Галилей раскрыл сущность математической структуры Вселенной в своем знаменитом изречении:
«Философия написана в великой книге Вселенной, всегда открытой перед нашими глазами. Но ее невозможно прочитать, не понимая ее языка и символов. Эта книга написана на языке математики».
Ньютон первым превратил это выражение в реальность, поскольку для физических исследований ему была необходима математика. Все доказательства физических законов, которые мы находим в «Математических началах натуральной философии», обоснованы с помощью математических инструментов.
К достижениям Ньютона в области математики и физики следует добавить и его вклад в оптику. Широко известны эксперименты ученого с призмами, которые позволили показать, что белый свет не однороден, как принято было считать, а состоит из цветных лучей с разными показателями преломления.
Ньютон считал эксперимент важным научным методом. Ученый всегда отличался пытливым умом, это стало понятно уже в детстве, когда он с увлечением конструировал макеты мельниц и других механизмов. Можно сказать, что его инженерный талант ничем не уступал необыкновенной научной одаренности. Ньютон построил рефлекторный телескоп, благодаря чему был принят в Лондонское королевское общество; но он не просто усовершенствовал традиционную конструкцию, а использовал зеркала вместо увеличительных стекол и при создании телескопа решил множество технических проблем. Ему принадлежит и метод полировки медных пластин, что позволило использовать их в качестве зеркал: ученый создал новое химическое соединение, которое применил как абразив.
Ньютоновская картина мира царила в науке в течение почти двух с половиной веков, пока ей на смену не пришла теория относительности Эйнштейна. Но классическая физика успешно применяется и сегодня и дает сбой только при описании скоростей, близких к скорости света, или гигантских масс – в этом случае на сцену выходит физика Эйнштейна.
Вопреки распространенному мнению, Исаака Ньютона нельзя считать человеком, который посвятил себя только науке. В ходе серьезных исторических исследований, которые были проведены после Второй мировой войны и основывались на тщательном изучении рукописей Ньютона, оказалось, что его настоящий научный и человеческий масштаб нам практически неизвестен. Этот английский гений гораздо сложнее и многограннее, чем мы привыкли считать, и именно с таким Ньютоном мы познакомим читателя. Вы увидите перед собой не только математика, физика и ученого, но также мистика, алхимика и молчаливого, но упорного арианина. Мы проследим, как Ньютон из ребенка, брошенного матерью, превратился в знаменитого ученого, авторитет которого оставался незыблемым в течение нескольких веков, в верного слугу короны на своем посту в английском казначействе и непреклонного главу Лондонского королевского общества. Читатель познакомится с увлеченным юношей, который в 20 лет создал анализ бесконечно малых, с затворником, который с головой ушел в свои эксперименты с призмами или в работу над книгой «Математические начала натуральной философии», он увидит перед собой почти волшебника, готовящего алхимические эликсиры в попытках найти философский камень, теолога и историка Библии, уникального знатока христианской патристики первых веков – а также нелюдимого и замкнутого человека, неспособного попасть под чужое научное влияние, инициатора ряда ожесточенных споров, предметом которых стало первенство в научном открытии. Мы имеем все основания сказать: это был человек неоднозначный, противоречивый, гениальный и поразительный, каких немного рождается на земле.
1642 Появление на свет Исаака Ньютона в Вулсторпе, графство Линкольншир, 25 декабря (4 января 1643 года по григорианскому календарю). Отец Исаака, тоже Исаак, умер до рождения сына, мать Ханна, в девичестве Эйскоу, выйдя повторно замуж, оставляет трехлетнего ребенка на попечение бабушки.
1653 После смерти отчима, Барнабаса Смита, Исаак воссоединяется с матерью. Поступает в школу в Грэнтеме.
1661 Ньютон поступает в Тринити-колледж Кембриджского университета.
1665 Эпидемия чумы вынуждает Ньютона вернуться в Вулсторп, где он живет еще два года. В это время, а особенно в 1666 году, известном как ньютоновский annus mirabilis (год чудес), получают развитие многие его фундаментальные идеи в области математики, оптики, механики и астрономии.
1669 Ньютон получает место профессора математики в Тринити-колледже вместо Исаака Барроу. Пишет De analysi («Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов»).
1672 Ньютон избирается в члены Королевского общества и представляет оригинальную статью по оптике, которая позднее становится причиной конфликта с другим членом общества, Робертом Гуком.
1679 Умирает мать Ньютона, и он еще больше замыкается в себе.
1684 Астроном Эдмунд Галлей консультирует Ньютона о причинах движения планет. Эта встреча сыграет важную роль в написании книги «Математические начала натуральной философии».
1687 Публикует Philosophiae naturalis Principia mathematica («Математические начала натуральной философии»). Этот монументальный труд объединяет значительную часть его идей, касающихся небесной механики и всеобщего тяготения, и дает физическое объяснение таким явлениям, как приливы и отливы, движение планет ит. д.
1696 Ньютон становится управляющим монетного двора Англии.
1703 Назначается главой Королевского общества. Годом позже публикует Opticks («Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света») – труд, посвященный свету и его свойствам.
1714 Королевское общество решает спор между Ньютоном и Лейбницем об изобретении анализа бесконечно малых, длившийся с 1684 года, в пользу Ньютона.
1727 31 марта Ньютон умирает, достигнув богатства и славы. Похоронен с большими почестями в Вестминстерском аббатстве.
ГЛАВА 1 Почему движутся планеты?
Наука XVII века безуспешно билась над поставленными гелиоцентрической революцией вопросами, связанными с природой движения планет. В эти годы лихорадочных научных размышлений родился Исаак Ньютон. Рано проявившиеся способности открыли ему двери в Кембридж.
В 1652 году, в период правления Оливера Кромвеля, в Лондоне открылось первое кафе, и оно очень отличалось от более привычных таверн, которые в разгар пуританства считались вместилищами греха. Вскоре кафе будут открываться все чаще и станут местом встреч представителей всех слоев и званий: политиков, литераторов, коммерсантов и даже ученых. Неудивительно, что в их уютных стенах стали проводить свои встречи и дискуссии и члены созданного в это время Лондонского королевского общества – самого старого на сегодняшний день европейского научного учреждения. В дневнике Роберта Гука, секретаря королевского общества с 1677 года и до самой его смерти, описано более 60 лондонских кафе, которые посещали ученые в 1670-х. Научная биография Ньютона стартовала со встречи с Гуком в таком заведении. Позже Гук станет одним из самых заклятых врагов ученого, но начиналась история довольно мирно.
Был январь 1684-го, и Гук сидел в кафе с двумя другими прославленными членами общества, Эдмундом Галлеем и Кристофером Реном. Они спорили на тему, которая волновала человечество с незапамятных времен: как и почему движутся планеты на небе? Все трое разделяли страстный интерес к движению планет и многим другим научным проблемам, и, конечно. все они были членами Лондонского королевского общества. Эта троица участвовала в еженедельных научных собраниях, ученые ставили эксперименты и вели научные споры. Сам Гук занимал не только должность секретаря, но и пост куратора экспериментов.
В 1684 году Роберт Гук (1635-1703) был одним из ведущих ученых Англии, сделавшим значительный вклад в различные сферы науки. Его достижения, в частности теория упругости, используются в механике и инженерном деле. Исследования Гука по оптике и разработке микроскопов и телескопов имели огромную важность, а в 1665 году при поддержке Королевского общества была опубликована его знаменитая Micrographia («Микрография»), где великолепно описаны наблюдения ученого с использованием этих инструментов. Именно Гук ввел название «клетка» для обозначения основной единицы жизни. Ученый проявил себя и как архитектор – он наряду со своим другом Реном был одним из наиболее востребованных мастеров при реконструкции Лондона после пожара 1666 года.
