Основные физические идеи, положившие начало новому развитию этой науки, были сформулированы И. Ньютоном в очень короткий период, в 1665–1667 годах, во время его пребывания в родной деревне Вулсторп, хотя опубликованы они были гораздо позднее.
В 1665–1667 годах в Англии свирепствовала страшная эпидемия чумы. И. Ньютон уезжает из Кембриджа, где он только что стал бакалавром, в деревню и проводит там около полутора лет. Здесь он непрерывно работает над шлифовкой стекол, созданием приборов, ставит химические опыты. И в это же время напряженно размышляет над основными проблемами физики, астрономии. математики. Результаты этой работы поистине фантастические и могут быть названы озарением. В деревне он приходит к формулировке основ физики, создает теорию тяготения, согласно которой тяжесть, заставляющая тела падать на Землю, тождественна силе, которая удерживает небесные тела на их орбитах, и эта сила ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния.
Уже на склоне лет он рассказывал, как в вулсторпском саду обратил внимание на падение яблока с дерева на Землю и задумался над тем, почему падает яблоко. Ответ, казалось, был давно известен людям: падать его заставляет тяжесть. Но что это такое? И пришел к выводу, что тяжесть означает притяжение яблока Землей. Эта же сила должна распространяться дальше от поверхности Земли, захватывать Луну, удерживая ее на орбите, не позволяя, двигаясь по инерции, улететь в космическое пространство.
Полвека спустя, в 1714 году, И. Ньютон так вспоминал об этом периоде своей работы: «И в том же году, 1665-м или 1666-м, я начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны… Все это было в 1665 и 1666 годах — в годы чумы, ибо я в те дни был на заре своей поры изобретения, и математика и философия волновали меня более, чем когда-либо после».
Тачную формулировку закона тяготения И. Ньютон опубликовал много позже в своем знаменитом труде «Математические начала натуральной философии» (1686), или, как его кратко называют, «Начала». Надо сказать, что почти всегда он не спешил с публикациями, хотя проблемы приоритета были ему далеко не чужды. Почему так происходило? Главной причиной, вероятно, является совершенно новое отношение ученого и к проблемам познания, и к тому, что считать установленной истиной.
Если кратко охарактеризовать эти его отношения, то можно сказать, что он стремился к полнейшему порядку в знаниях о природе, стремился к таким знаниям, которые точно подтверждены экспериментами, точно обоснованы логикой и математикой. Это те требования, которые предъявляются к науке и сегодня.
Как и многие великие идеи, теория тяготения Ньютона имеет свою предысторию. Почти одновременно с ним к пониманию отдельных свойств тяготения подошли многие ученые. Так, Дж. Боррелли пришел к выводу о взаимном притяжении всех тел во Вселенной и к тому, что при вращении планет по орбитам притяжение к Солнцу уравновешивает центробежные силы, открытые X. Гюйгенсом. Другой современник И. Ньютона, Г. Гук, утверждал, что сила притяжения тел изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Но мы считаем, что именно И. Ньютон является создателем теории тяготения.
Отдавая дань прозорливости других исследователей, мы по праву приписываем славу первооткрывателя ему.
Почему? Потому что именно он дал доказательства справедливости своих построений. От умозрительных рассуждений он перешел к математическим расчетам, к физическим опытам и интерпретации астрономических наблюдений.
Так начиналась новая физика!
Мы в дальнейшем поговорим о том, как И. Ньютон впервые сформулировал важнейшие свойства времени, о котором в основном и ведется повествование в этой книге. Но здесь я хочу отметить, что открытие им закона всемирного тяготения было очень важным не только для создания небесной механики, управляющей всеми движениями небесных тел во Вселенной, но и для понимания того, что такое время. Правда, это выяснилось очень не скоро — около трех столетий спустя, уже в нашем веке, когда было доказано, что тяготение влияет на бег времени. Но опять вернемся в XVII век.
В Вулсторпе в 1665–1667 годах И. Ньютон занимался не только проблемами тяготения, но и механикой, оптикой, математикой, в которых ему принадлежат фундаментальные открытия.
В период после Вулсторпа вплоть до 80-х годов он больше всего исследовал проблемы оптики, а также интересовался химическими опытами. В середине 80-х годов был написан и опубликован главный труд его жизни — знаменитые «Начала». В этом труде были подытожены и плоды вулсторповских размышлений, и результаты последующего развития возникших тогда идей.
Между получением основных результатов работы и их публикацией прошло около двух десятилетий! Как уже говорилось, И. Ньютон, стремясь к предельной точности и законченности всех выводов, их логической неуязвимости, никогда не спешил с публикациями. Непосредственным толчком к написанию «Начал» послужили следующие события.
Как-то в начале 80-х годов трое известных ученых — Э. Галлей, Р. Гук и К. Рен — собрались в лондонской кофейне и обсуждали проблемы движения планет вокруг Солнца. К тому времени было известно, что в согласии с законами, установленными И. Кеплером, планеты движутся по эллипсам. Собравшихся ученых интересовала проблема, как, исходя из предположения о том, что тяготение Солнца ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния, показать, что планеты должны двигаться именно по эллипсам. Решения этой проблемы они не знали. По предложению К. Рена была назначена символическая премия — книга стоимостью в сорок шиллингов тому, кто решит задачу. В 1684 году, когда Э. Галлей был в Кембридже, он рассказал И. Ньютону о дискуссии в кофейне. В ответ тот заметил, что давно знает решение! После этого Э. Галлей убедил И. Ньютона написать книгу с изложением доказательства. Так появились «Начала», которые редактировал и издал на свои средства Э. Галлей. По свидетельству секретаря И. Ньютона — его однофамильца Г. Ньютона — в период создания «Начал» жизнь Исаака отличалась исключительным напряжением. Он никогда не отдыхал, не ездил верхом, не играл в кегли, не гулял, почти не принимал гостей, спал не больше пяти часов, старался меньше тратить времени на еду. К счастью для него, он тратил мало времени на лекции, так как студенты их не посещали из-за их скучности.
Я вспоминаю, как меня еще в школьные годы поразили рассказы о необыкновенной уверенности, что успех человека в какой-нибудь области на 95 процентов обязан его способности не покладая рук работать. С тех пор я свято верю в это сам, нашел подтверждение своему убеждению в жизненном опыте моих друзей и стараюсь передать эту веру моим ученикам и коллегам. «Работать хорошо — это значит работать много», — кажется, эти слова принадлежат И. Ньютону (или еще кому-то из гениев).
После выхода в свет «Начал» стиль жизни И. Ньютона постепенно изменился. Он много и плодотворно работал в науке все последующие сорок лет. Но, помимо науки, его жизнь была заполнена и другими заботами. Заметную роль, в частности, играла общественно-политическая деятельность. Широко известен рассказ о том, что, будучи членом парламента, он выступил там только один раз с просьбой закрыть окно, так как из него дуло. Этим хотят, вероятно, подчеркнуть, что И. Ньютон был целиком предан науке и общественно-политическая деятельность для него ничего не значила. Но, по-видимому, он относился серьезно и к этой стороне жизни. Для него «общественная жизнь» началась в 1687 году. В это время король Яков II обратился к Кембриджскому университету с предписанием присвоить бенедиктинскому монаху А. Френсису степень магистра наук. Предписание противоречило закону.
Но властитель, по-видимому, лучше профессоров знал, кто должен быть магистром наук. Не правда ли, знакомая картина, повторявшаяся и позже в течение столетий и, увы, случающаяся сегодня?
Кембриджские ученые заволновались. Делегация, в которую входил и И. Ньютон, должна была явиться в высшую судебную инстанцию Англии — Верховную комиссию. Во главе комиссии находился Дж. Джеффис — «достойная» личность, наводившая ужас на всю Англию. В «Истории Англии» Т. Маколей пишет: «…редко кто не дрожал перед ним. Даже когда он бывал трезв, свирепый нрав его был довольно страшен. Но по большей части он находился под влиянием винных паров, которые отуманивали его рассудок и разжигали его бешеные страсти».
