Исаак Ньютон

В Рождественскую ночь 1б42 г. (согласно современному календарю, 4 января 1б43 г.) в деревушке Вулсторп в доме недавно скончавшегося фермера Ньютона родился мальчик. Младенец появился на свет тихим, слабым и таким маленьким, что его можно было искупать в миске. Ему дали имя отца — Исаак Исаак Ньютон. Он пришёл в мир в тот год, когда во Флоренции предали земле прах Галилея.
Ньютон прожил 85 лет и отличался хорошим здоровьем.
Главные годы жизни Ньютона прошли в стенах колледжа Святой Троицы Кембриджского университета. Он любил одиночество, его голос слышали редко. Он терпеть не мог споров, особенно научных. Поэтому Ньютон всячески избегал публикаций. А размышлять и писать он любил.
В своём уединении этот тихий, молчаливый человек совершил переворот в отношениях человека и природы, в нашем миропонимании. Он создал язык классической науки, на котором она думает и говорит уже три века.
Гений науки был достойным сыном своего времени. Отстаивая права Кембриджского университета, он один посмел сказать Якову II, что закон выше короля. Новые деньги, отчеканенные Ньютоном в невероятно короткие сроки, способствовали процветанию британской экономики в течение всего XVIII столетия. Старый Исаак Ньютон принимал на Монетном дворе Петра I. Незадолго до смерти сэр Исаак получил известие, что русский царь основал-таки в Петербурге Императорскую Академию наук и художеств. Это тоже можно считать наследием Ньютона.
Детство Ньютона прошло в годы гражданских войн в Англии. Когда Исааку шёл четвёртый год, его мать вышла замуж за пожилого пастора и уехала к нему в дом. Исаак остался с бабушкой. Через шесть лет мать Ньютона вторично овдовела и вернулась в усадьбу с тремя детьми. Исаак очень любил мать, только рядом с ней не чувствовал себя одиноким. Среди сверстников друзей у него не было. Он не участвовал в шумных играх, требовавших физической силы и сноровки, в которых он проигрывал. Зато Исаак часто выигрывал в шашки и всегда подчёркивал своё превосходство.
Читать, писать и считать Ньютон выучился в сельских школах Вулсторпа. Когда Исааку исполнилось 12 лет, дядя Уильям отправил его учиться в бесплатную Королевскую школу в Грантеме. Здесь он изучал латинский язык, закон Божий и начала математики.
Исаак жил в доме аптекаря Кларка, с женой которого была дружна мать Ньютона. В семье аптекаря было два сына и дочь. Исаак дружил с девочкой и враждовал с её братьями. Мальчики учились с ним в одном классе. Ньютон по успеваемости был одним из последних. Однако после очередной ссоры с братьями он решил обойти их в учёбе и добился своего, став лучшим учеником в школе. Он увлёкся латинским языком и началами богословия.
После школьных занятий Исаак предпочитал проводить время дома. Он мастерил сложные механические игрушки, модели водяных мельниц, самокаты, водяные и солнечные часы. Ему удалось сделать из дерева и ткани маленькую копию ветряной мельницы, построенной в Грантеме, и установить её на крыше дома аптекаря. Мельничка работала даже при слабом ветре. В безветренную погоду её крылья вращали пойманные мышки. Исаак увлекался также воздушными змеями, запуская их ночью с бумажными цветными фонарями, а в городе распространялись слухи, что опять появилась комета.
В доме аптекаря Исаак получил элементарные сведения по химии и увлёкся алхимией. Он проводил много времени в библиотеке, выписывая из книг сведения о правилах рисования пером и красками, о химических опытах, о лекарственных травах и медицинских снадобьях. Все книги были на латинском языке.
Осенью 1658 г. мать забрала Исаака из Грантема. Ей нужен был помощник в хозяйственных работах. Но фермер из Ньютона не получился. Он не интересовался своими владениями. Когда Исаака отправляли в Грантем продавать урожай, он оставлял слугу на рынке, а сам шёл в библиотеку к аптекарю или навещал директора школы Стокса.
Стоке и дядя Уильям убедили мать Исаака позволить сыну продолжить учёбу в Королевской школе. Осенью 1660 г. Стоке поселил Ньютона у себя и занялся его подготовкой к Кембриджскому университету. Исаак занимался латынью, учил древнегреческий и французский языки, штудировал текст Библии. Учитель Стоке и дядя Уильям были уверены, что их любимец станет знаменитым богословом.
В Грантеме Исаак прочитал книги Джона Уилкинса «Математическая магия» и «Открытие нового мира на Луне». Он узнал о механических машинах, линзах, вечном двигателе для путешествия на Луну, системе мира Коперника и законах Кеплера. Эти две научно-популярные книги разбудили гений Ньютона. Богатое воображение, страсть к механике, склонность к систематизации и поискам связей между явлениями, религиозность и вера в свою исключительность (ведь он родился в Рождественскую ночь) — всё это превратило юношеские увлечения Исаака в осознанное желание посвятить себя научному познанию как одной из форм служения Богу.
Ньютон прибыл в Кембридж в мае 1661 г., когда приём в университет был уже закончен. Однако, прочитав рекомендательное письмо дяди Уильяма, директор Тринити-колледжа (англ. Trinity — «Святая Троица») допустил Исаака к экзамену по латыни. Экзамен был сдан, и 18-летнего Ньютона зачислили в студенты колледжа в ранге «сайзера». Так называли бедных студентов, которые, не имея возможности платить за учёбу, должны были прислуживать профессорам колледжа. Удивительно, что Ньютон попал в положение слуги. По своим доходам его мать входила в число двух тысяч самых богатых людей Англии, но на учёбу сына денег почти не выделяла.
Первые три года студенты изучали диалектику, риторику, латинский и греческий языки, богословие, философию, математику и астрономию. Особое внимание уделялось в Трини-ти-колледже изучению Библии. Ньютон увлёкся богословием. Он штудировал труды великого гуманиста Эразма Роттердамского, который в начале XVI в. жил и работал в Кембридже. За свою жизнь Ньютон написал много богословских трудов и считал их своим основным делом, хотя заметного вклада в развитие религиозного мировоззрения он не сделал.
Исаак был прилежным студентом: деньги тратил не на пирушки и развлечения, а на инструменты и книги. В 1663 г. он приобрёл книгу по индуистской астрологии. Но она требовала знаний по геометрии и тригонометрии. Тогда Ньютон купил и изучил учебник по евклидовой геометрии. В том же году он увлёкся оптическими опытами и прочитал трактат Иоганна Кеплера «Диоптрика».
В марте 1664 г. в колледже начал читать лекции по математике и оптике профессор Исаак Барроу (1630- 1б77), который сыграл очень важную роль в жизни Ньютона.
Лекции Барроу помогли Ньютону разобраться в трудах французского мыслителя Рене Декарта (1596- 1650). Он изучил «Геометрию», «Трактат о свете» и «Начала философии» Рене Декарта, который ввёл в математику алгебраические обозначения с помощью букв латинского алфавита. Он же предложил метод координат для геометрического изображения функций, введённых Кеплером.
В январе 1665 г. Ньютон получил степень бакалавра. К тому времени он имел свою программу исследований в богословии, математике и натуральной философии — физике.
В 1664 г. в Англии началась эпидемия чумы. За три года (с 1664 по 1667 г.) только в Лондоне умерло около 30 тыс. человек. Спасаясь от заразы, жители городов убегали в деревни. В августе 1665 г. Тринити-колледж был распущен до лучших времён. Ньютон уехал в Вулсторп, взяв с собой набор лекарственных трав, блокноты, книги, инструменты, призмы, линзы и зеркала. Он пробыл в Вулсторпе до марта 1667 г.
За два чумных года Ньютон сделал три своих главных открытия: метод флюксий и квадратур (дифференциальное и интегральное исчисления), объяснение природы света и закон всемирного тяготения. Об удивительном творческом подъёме тех лет Ньютон позже вспоминал как о лучшей поре своей жизни.
Метод флюксий и квадратур изложен в пяти коротких мемуарах — так раньше называли научные записки. Они были написаны между 20 мая 1665 г. и ноябрём 1666 г. и содержали геометрические чертежи и формулы. В них Ньютон рассмотрел несколько математических задач, важных для механики и оптики.
С оптики-то всё и началось. Фокусное расстояние линзы определяется кривизнами её поверхностей. Радиус кривизны тогда определяли «на глазок», вычерчивая касательные к поверхности линзы в нескольких точках. Ньютон поставил цель найти аналитический, вычислительный способ вместо грубого геометрического. Обобщив достижения своих предшественников, Джона Валлиса и Исаака Барроу, он создал то, что назвал потом методом флюксий. Через некоторое время Ньютон понял, что процедура построения касательных к функции является обратной по отношению к процедуре вычисления площади под графиком этой функции. Это привело учёного к открытию метода обратных функций — сегодняшнего интегрального исчисления. (Здесь мы следуем терминологии Готфрида Лейбница, который открыл те же методы независимо от Ньютона, хотя и позже.) С помощью своего исчисления Ньютон мог быстро находить касательные, площади и объёмы любых сложных фигур, что было актуальным для торговли и строительства. Но главное применение его открытий было впереди.
Ньютон начал заново обдумывать систему мира Декарта, в которой природа оптических явлений и тяготения одна и та же. Но вихри Декарта не согласовывались с законами Кеплера, с движением комет. «Натуральную философию» Рене Декарта не удалось подтвердить математически.
Когда наглядная и симпатичная теория Декарта лопнула, не выдержав простых физических расчётов, Ньютон оказался в кризисе. Он отчаялся когда-либо узнать, имеется ли у природы скрытый принцип, который одновременно является и причиной движения небесных тел, и силы тяжести на Земле. Всё время Ньютона опять поглотило изучение природы света.
Однажды, закончив опыты, в темноте и духоте лаборатории, вулсторп-ский затворник вышел в сад. Был тихий августовский вечер, канун Преображения. Солнце закатилось, из-за кустов боком вышла круглая Луна — скоро полнолуние.
Стук упавшего яблока опять вернул его к давним размышлениям о законах падения: «Почему яблоко всегда падает отвесно… почему не в сторону, а всегда к центру Земли? Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя так тянет другую материю, то должна существовать пропорциональность её количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, та, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей Вселенной».
Ньютон вернулся в Кембридж в апреле 1667 г. В октябре того же года его избрали младшим членом колледжа и он получил небольшую стипендию. При посвящении в члены колледжа он дал клятву, в которой подтвердил, что принимает религию Христа, свои исследования посвящает Богу и не вступит в брак, будучи членом колледжа.
В 1668 г. Ньютон построил первый отражательный телескоп. Через год он получил должность профессора и кафедру в Тринити-колледже. В его обязанности входило чтение лекций по греческому языку, математике и натуральной философии, которую он читал как курс своей физики. На лекции Ньютона мало кто ходил: они были сложными по содержанию и непривычными по манере изложения. Ньютон не любил пространных рассуждений и примеров. Лишь со временем его лекции стали нормой преподавания науки.
6 февраля 1672 г. Ньютон представил Лондонскому королевскому обществу естественных наук доклад «Новая теория света и цветов». Этот мемуар и был переработкой его «Лекций по оптике».
Некоторые члены Общества высоко оценили работу Ньютона. Известный шотландский математик и астроном Джеймс Грегори писал: «Я был крайне поражён опытами г-на Ньютона; они, по всей видимости, вызовут великие перемены во всей натуральной философии…». Однако в целом отношение к Ньютону было недоброжелательным.
В ходе полемики Ньютон убедился в своём превосходстве как экспериментатора и математика. Учёного раздражали некомпетентность и снобизм оппонентов, не желавших разобраться в его опытах и представлениях. Ньютон не находил ничего интересного в их отзывах и уже не хотел тратить время на бесплодные споры. В письме Ольденбургу от 8 марта 1б73 г. он просил вычеркнуть его из списка членов Общества, но тот сумел уговорить Ньютона не покидать Общество. Вскоре учёный вновь написал Ольденбургу о том, что не желает заниматься натуральной философией и отказывается отвечать на критические замечания, чтобы «сохранить спокойную свободу».
В 1675 г. истёк срок пребывания Ньютона в колледже. Чтобы остаться членом колледжа, он должен был принять сан священника. Ньютон не вполне принимал догмат триединства Бога, так как это противоречило его представлениям о едином Боге, поэтому решиться стать священником не мог. Он поехал в Лондон, чтобы добиться королевского разрешения остаться членом колледжа, не принимая сана. Разрешение он получил, что было знаком большого расположения к нему короля.
В 1677 г. скончался Исаак Барроу. Ньютон очень тяжело переживал раннюю смерть своего учителя и друга.
В 1б78 г. умер Ольденбург, переписка с которым была для Ньютона единственным связующим звеном с научным сообществом. Он оказался в научной изоляции и привёл в исполнение свою угрозу «порвать с философией», хотя и продолжал физические и химические эксперименты, а также астрономические наблюдения.
В библиотеке Ньютона было около 100 книг по химии и алхимии. В течение 30 лет (с 1666 по 1696 г.) он занимался химическими опытами и металлургией. Сохранился только один химический мемуар Ньютона — «О природе кислот». В нём есть замечательное размышление о золоте и ртути: «Золото состоит из взаимно притягивающихся частиц, сумму их назовём первым соединением (сегодня оно называется атомным ядром. — Прим. ред.), а сумму этих сумм — вторым (атомом. — Прим. ред.) и т. д. Ртуть и царская водка (смесь концентрированных кислот: азотной и соляной. — Прим. ред.) могут проходить через поры между частицами последнего соединения, но не через иные. Если бы растворитель мог проходить через другие соединения, иначе, если бы можно было разделить частицы золота первого и второго соединений (если б можно было разделить атомное ядро! — Прим.ред), то золото сделалось бы жидким и текучим. Если бы золото могло течь, то оно могло бы быть превращено в какое-нибудь другое вещество». Эта ньютоновская гипотеза на современном языке означает, что для разрушения атомов золота надо найти способ разделения атомных ядер — «первых соединений». Гений — он и в алхимии гений. Ньютон много занимался металлургическими опытами, часто использовал ртуть и к 30 годам стал совсем седым.
В 1680 г. Ньютон вернулся к задачам механики и к проблеме тяготения. В тот год появилась яркая комета. Ньютон уже знал, что небесные тела вблизи Солнца должны двигаться по эллипсам, параболам или гиперболам. Лишь обладая такой гипотезой, можно было построить по нескольким наблюдениям пространственный путь кометы, так как наблюдают ведь только направление на комету, но не расстояние до неё. Ньютон лично цровёл наблюдения и первым в астрономии построил и начертил орбиту кометы (см. статью «Кометы). Путь кометы 1680 г. оказался параболой, что подтвердило теорию тяготения Ньютона. Как обычно, он описал результаты своего открытия, а рукопись легла в стол.
Такие же наблюдения кометы в 1682 г. провёл Эдмунд Галлей, но он не владел методом построения орбит, уже известным Ньютону.
В августе 1684 г. Галлей был в Кембридже и посетил Ньютона. Оказалось, что у того есть решение и этой, и многих других задач, связанных с движением небесных тел. К тому же есть неизданная книга — величайшая из книг о природе, сравнимая по своей культурно-исторической значимости, может быть, только с Библией, — опус под названием «Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiae naturalis principia mathe-matica). Галлей умолил Ньютона напечатать рукопись и взял на себя все расходы по её изданию. Книга вышла в 1687 г. Её тираж (250 экземпляров) быстро разошёлся, и скоро она стала редкостью.
«Начала» написаны в стиле Евклида, и главная их цель — доказать, что закон всемирного тяготения следует из наблюдаемого движения планет, Луны и земных тел, которое анализируется с помощью ньютоновских принципов динамики.
Книга состоит из введения и трёх разделов. В третьем, астрономическом, разделе Ньютон выводит закон всемирного тяготения и его следствия. Он показывает, что из законов Кеплера и трёх законов динамики следует существование силы тяготения между Солнцем и планетами. Сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния между планетой и Солнцем. Ньютон доказывает, что тяготение Луны вызывает приливы океанов на Земле, что тяготение Земли и Солнца есть причина сложного движения Луны, а тяготение Солнца порождает прецессию земной оси и многообразие комет-ных орбит. Ньютон приходит к выводу, что «тяготение ко всей планете происходит и слагается из тяготения к отдельным частям её». Тогда любая частица имеет силу притяжения, а сила тяготения между двумя частицами пропорциональна произведению масс этих частиц. «Сила тяжести иного рода, нежели сила магнитная, ибо магнитное притяжение не пропорционально притягиваемой массе».
В «Началах» Исаак Ньютон использовал только геометрические методы. Флюксии и квадратуры появились лишь однажды во втором разделе, где он подчёркивал свой приоритет в открытии нового исчисления. Тем самым Ньютон сделал свой труд доступным современникам: ведь большинство из них не знало флюксий и квадратур. Годы старости Ньютона были омрачены спором с Лейбницем о том, кому из них принадлежит приоритет открытия методов нового исчисления.
Ньютон ждал реакции на «Начала». Рецензии друзей, философа Джона Локка и Галлея, были доброжелательными. Лейбниц и Гюйгенс, напротив, полностью отвергли взаимодействие на расстоянии и взаимное тяготение частиц, придерживаясь вихрей Декарта. Роберт Гук выступил в Обществе с претензиями, что все идеи «Начал» он давно предлагал, а те, которые не предлагал, ошибочны. Просто у него не было времени изложить свою систему на бумаге. Ньютон был раздосадован. Действительно, Гук иногда высказывал сходные идеи, но путано и бездоказательно. Он мог бы стать единомышленником и коллегой Ньютона, но оказался крайне недоброжелательным критиком. Самолюбие и обидчивость не позволили Ньютону забыть резкость высказываний Гука до конца жизни.
Вселенная, заполненная телами, которым присуща сила тяготения, согласно Ньютону, должна быть бесконечной. В этом случае материя «никогда не сбилась бы в одну массу, а одна часть образовала бы одну массу, другая — другую, так что образовалось бы бесконечное число больших масс, рассеянных на больших расстояниях одна от другой по всему этому бесконечному пространству. Именно так могли бы образоваться Солнце и другие звёзды».
В конце 1691 г. в доме Ньютона произошёл пожар. Погибло много рукописей. Возможно, именно в этом пожаре сгорели черновые наброски «Начал». Пожар потряс Ньютона настолько, что у него наступило временное умопомешательство. После выздоровления он вернулся к прежней жизни.
В 1694 г. Чарлз Монтегю, друг Ньютона, был назначен канцлером казначейства (пост, равный по статусу министерскому) и пригласил Ньютона на должность смотрителя Монетного двора с 600 фунтами годового жалованья. Монтегю рассчитывал на его познания в металлургии и механике в связи с подготовкой финансовой реформы. Ньютон принял предложение и перебрался в Лондон.
После окончания гражданских войн Англия была наводнена фальшивыми деньгами. Государственные монеты легко подделывали, потому что процесс их чеканки был очень прост. При Карле II на Монетном дворе поставили новую штамповочную машину и начали чеканку новых монет правильной формы и с надписью по ободку. Дело шло очень медленно, а для преодоления кризиса необходимо было в короткий срок перечеканить все монеты.
Ньютон быстро разобрался в работе Монетного двора и организовал её так, что скорость чеканки увеличилась в восемь раз. Он столкнулся с политическими дрязгами, забастовками служащих Монетного двора. На него писали доносы, ему предлагали взятки. Однако в эпоху всеобщей коррупции он строго и честно выполнял свои обязанности. Перечеканка закончилась в 1699 г., и денежная реформа за неделю была совершена, вызвав, правда, волнения в Лондоне. Благодаря этому успеху Ньютон получил должность главного директора Монетного двора.
В 1703 г., после смерти Гука, Ньютона избрали президентом Лондонского королевского общества. Он отметил своё избрание тем, что подарил Обществу новый прибор — солнечную печь. Она состояла из системы линз и, фокусируя солнечные лучи, могла плавить металлы. Но был и другой подарок. В 1704 г. опубликована вторая книга — «Оптика». В отличие от «Начал», написанных на латыни, «Оптика» написана по-английски. Ньютон хотел, чтобы его книга была доступна как можно большему кругу читателей.
«Оптика» состоит из трёх разделов. Первый раздел посвящён геометрической оптике и описанию состава белого света. Во втором рассматриваются опыты с цветами тонких плёнок, в третьем описаны явления дифракции (огибания светом препятствий).
В апреле 1705 г. королева Анна посвятила Ньютона в рыцари.
В 1722 г. у Ньютона начались старческие болезни, но он продолжал находиться на посту президента Общества и руководить Монетным двором. Он готовил текст «Начал» к новому изданию и пробовал опять заняться движением «строптивой» Луны, в котором оставалось много неувязок с теорией. Для этого Ньютон запрашивал у Галлея, ставшего директором Гринвичской обсерватории, дополнительные сведения о наблюдениях Луны. В 1726 г. он выпустил третье издание «Начал».
2 марта 1727 г. Ньютон, как обычно, председательствовал на заседании Общества. Вернувшись в свой загородный дом 4 марта, он почувствовал острые приступы мочекаменной болезни и слёг. В ночь на 31 марта на 85-м году жизни Ньютон тихо скончался.
Исаак Ньютон был торжественно похоронен в Вестминстерском аббатстве. Над его могилой высится памятник с бюстом и эпитафией: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов. Он исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства цветов… Прилежный, мудрый и верный истолкователь природы, древности и Святого Писания, он утверждал своей философией величие всемогущего Бога, а нравом выражал евангельскую простоту. Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого».
Незадолго до смерти Ньютон говорил: «Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что иногда отыскиваю камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую ракушку, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным».