Александр Петров - Гравитация От хрустальных сфер до кротовых нор
Ньютон никогда не мог бы развить и доказательно сформулировать свою гениальную идею, если бы не обладал могущественным математическим методом — дифференциальным и интегральным исчислением. Задолго до него исследователи занимались вопросом о бесконечно малых, но ограничились лишь самыми элементарными выводами. Когда именно Ньютон разработал свой новый метод — в точности неизвестно. Однако по использованию его для развития теории тяготения следует думать, что он был развит между 1666 и 1669 годами.
Параллельно и независимо развитием этого же формализма занимался великий немецкий математик Готфрид Лейбниц (1646–1716). В письме, написанном в июне 1677 года, Лейбниц прямо раскрывал Ньютону свой метод дифференциального исчисления, что, конечно, было позже разработок Ньютона. Тот на письмо Лейбница не ответил. Ньютон считал, что открытие принадлежит ему навечно. При этом достаточно того, что оно было лишь в его голове — результаты своих исследований Ньютон опубликовал лишь в 1704 году] Учёный искренне считал: своевременная публикация не приносит никаких прав. Перед Богом первооткрывателем всегда останется тот, кто открыл первым.
Систематическое изложение начал дифференциального исчисления Лейбниц напечатал в журнале «Труды учёных» в 1684 году. Все опубликованные им трактаты, особенно последний, вышедший почти за три года до первого издания «Начал» Ньютона, дали науке огромный толчок. Дело в том, что результаты Ньютона по математическому анализу в силу их запутанности с большим трудом доходили до умов лучших французских и английских математиков того времени. Ньютон сам считал, что его метод флюксий (производных), это не отдельная наука, а лишь инструмент для исследования природы. А после публикаций Лейбница все стало вдруг ясным, отчётливым и общедоступным.
Возвратившись после чумы в Кембридж, Ньютон занялся научной и преподавательской деятельностью. С 1669 по 1671 год он читал лекции, в которых излагал свои открытия относительно анализа световых лучей. Но пока ни одна из его научных работ ещё не была опубликована.
Ньютон много работал над усовершенствованием оптических приборов. Замечательным результатом считается сконструированный им телескоп, который может с полным правом считаться первым отражательным телескопом (рефлектором). Лондонское королевское общество через посредство своего секретаря Ольденбурга обратилось к Ньютону с просьбою сообщить подробности изобретения. Этот инструмент впервые сделал имя Ньютона известным всему тогдашнему учёному миру. В конце 1670 года Ньютон был избран в члены Лондонского королевского общества (английской академии наук).
После этого, по некоторым данным, был период, когда он занимался наукой чрезвычайно мало, а увлёкся алхимией, которую к науке не причисляли. На попытки получить золото (философский камень) Ньютон потратил в этот период значительно больше усилий и времени, чем на исследования по математике и физике.
В тетрадях Ньютона (а он подробно описывал все опыты, чтобы можно было их повторить) есть запись: «Вонь ужасная, видимо, я близок к цели».
В 1678 году секретарём Лондонского королевского общества стал английский естествоиспытатель с широчайшим научным кругозором Роберт Гук (1635–1703). У Ньютона с ним всегда были отношения соперничества, если не враждебные. Правда, нелюбовь к Ньютону не мешала Гуку признавать его гений. Гук был изумительным экспериментатором, у него всегда была масса идей. К сожалению, многие из них он не доводил до конца. А когда кто‑нибудь их завершал, почти всегда лавры доставались последнему. Первое столкновение с Ньютоном произошло в 1673 году по поводу природы света, которую Ньютон считал корпускулярной, а Гук — волновой. Потом по инициативе Гука было примирение. Правда, отметим, что Ньютон результаты своих исследований по оптике опубликовал только после смерти Гука.
После того как Гук стал секретарём Королевского общества, между ним и Ньютоном произошёл обмен письмами, в которых Гук изложил свою гипотезу тяготения и попросил Ньютона высказаться по этому поводу. Гук считал, что сила притяжения между двумя телами в соответствии с законами Кеплера должна быть обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Письмо датировано 6 января 1680 года. Получив его, Ньютон переписку с Гуком оборвал и больше ему никогда не писал. Возможно, причина была тай же, что и при переписке с Лейбницем — уже поняв суть закона притяжения во время исследований «чумной ссылки», он не считал нужным что‑то ещё обсуждать. Кто знает? С этого, считают, и началась вошедшая в историю полемика и противостояние между этими учёными.
Тем не менее, общение с Гуком сыграло, конечно, очень важную роль. Например, Ньютон полагал, что падающее тело вследствие соединения его движения с движением Земли опишет спираль. Гук показал, что траектория этого типа получается лишь в том случае, если принять во внимание сопротивление воздуха, а в пустоте движение должно быть эллиптическим — речь идёт об истинном движении, то есть таком, которое мы могли бы наблюдать, если бы сами не участвовали в движении земного шара. Проверив выводы Гука, Ньютон убедился, что тело, брошенное с достаточной скоростью, находясь в то же время под влиянием силы земного тяготения, действительно должно двигаться по эллипсу.
Это означало, что многолетние вычисления оказались верными. Теперь он вполне и окончательно убедился в возможности создать целую систему, основанную на одном простом начале. Все движения Луны, планет и даже комет стали для него вполне ясными В конце 1683 года Исаак Ньютон, наконец, сообщил Королевскому обществу основные начала своей системы, изложив их в виде ряда теорем о движении планет. Свои основные выводы Ньютон представил в фундаментальном труде под названием «Математические начала натуральной философии». До конца апреля 1686 года первые две части его книги были готовы и посланы в Лондон. Весь трехтомник был издан в 1687 году. Отметим, что издание принадлежало не ему, а Королевскому обществу.
Ньютону было уже за пятьдесят. Несмотря на свою огромную славу и успех книги, жил он в весьма стеснённых обстоятельствах. Жалованье было незначительно, и Ньютон тратил все, что имел, частью на химические опыты, частью на помощь своим родственникам, он помогал даже своей старинной любви — бывшей мисс Сторей.
В 1695 году материальные обстоятельства Ньютона изменились. Его близкий друг и поклонник Чарльз Монтегю был назначен канцлером казначейства. Заняв этот пост, Монтегю озаботился проблемой улучшения денежного обращения в Англии, где в то время, после ряда войн и революций, было множество фальшивой и неполновесной монеты, что приносило огромный ущерб торговле. Монтегю решил перечеканить всю монету. Чтобы придать наибольший вес своим начинаниям, Монтегю обратился к тогдашним знаменитостям, в том числе и к Ньютону. И учёный не обманул ожиданий своего друга. Он взялся за новое дело с чрезвычайным усердием и вполне добросовестно, причём своими познаниями в химии и математической сообразительностью оказал огромные услуги стране. Благодаря этому, трудное и запутанное дело перечеканки было удачно выполнено в течение двух лет, что сразу восстановило торговый кредит. Ньютон из управляющего монетным двором был сделан главным директором монетного дела с окладом 15 тысяч фунтов в год и эту должность занимал до самой смерти При его чрезвычайно умеренном образе жизни из жалованья образовался значительный капитал. Он никогда не вёл счета деньгам, всегда поддерживал близких и дальних родственников, часто давал стипендии молодым учёным. Так, в 1724 году он назначил стипендию в двести фунтов Маклорену, впоследствии знаменитому математику.
В 1701 году Исаак Ньютон был избран членом парламента, а в 1703 году стал президентом английского Королевского общества. В 1705 году английский король возвёл Ньютона в рыцарское достоинство. Многие историки считают (в отличие от многих других), что Ньютона отличали скромность и застенчивость. Он долго не решался опубликовать свои открытия и даже собирался уничтожить некоторые из глав своих бессмертных «Начал». Известно его изречение: «Я только потому стою высоко, что стал на плечи гигантов».
С 1725 года Ньютон перестал ходить на службу, умер в 1726 году во время эпидемии чумы. В день его похорон был объявлен национальный траур. Его прах покоится в Вестминстерском аббатстве рядом с другими выдающимися людьми Англии. Надпись на памятнике Ньютону, сделанная его современниками, гласит: «…сэр Исаак Ньютон, дворянин, наделённый почти божественным разумом…»
Механика Ньютона
Теория тяготения Ньютона без использования его законов механики не была бы создана. Опуская детали, которые можно найти и в школьном учебнике физики, приведём эти три основных закона в окончательном виде. Без всякого сомнения, они имеют фундаментальное значение и сейчас. Отметим только, что при публикации законов Ньютон отдал должное своим предшественникам, особенно Галилею. Ньютон считал, что первые два закона открыты до него, он их лишь представляет. Итак, в современной формулировке законы механики Ньютона звучат так.
