Его первые научные опыты связаны с исследованиями света. Ньютон установил, что белый солнечный луч представляет собой комбинацию многих цветов. Ученый доказал, что с помощью призмы белый цвет можно разложить на составляющие его цвета.
В 1666 году в Кембридже началась эпидемия, которую сочли чумой, и Ньютон удалился в Вулсторп. Здесь 24-летний Ньютон предался философским размышлениям. Плодом их было гениальнейшее из его открытий – учение о всемирном тяготении. Предание сообщает, что размышления Ньютона были прерваны падением налившегося яблока. Знаменитая яблоня долго хранилась в назидание потомству, а затем ее срубили и превратили в исторический памятник в виде скамьи.
В 1669 году Ньютон уже был профессором математики. Тогда же, почти одновременно с немецким математиком Лейбницем, он создал важнейшие разделы алгебры – дифференциальное и интегральное исчисления. С 1669 по 1671 год он читал лекции, в которых излагал свои главные открытия относительно анализа световых лучей; но ни одна из его научных работ еще не была опубликована. В 60-х годах XVII века Ньютон изобрел новую оптическую схему зеркального телескопа (рефлектор Ньютона). В 1670 году он сделал доклад Лондонскому королевскому обществу (Академия наук Великобритании) о своих новых отражательных телескопах и был избран действительным членом этого Общества.
Ньютон открыл знаменитую теорему, по которой тело, находящееся под влиянием притягивающей силы, подобной силе земного тяготения, всегда описывает какое-либо коническое сечение, то есть одну из кривых, получаемых при пересечении конуса плоскостью (эллипс, гипербола, парабола и в частных случаях – круг и прямая линия). Более того, Ньютон выяснил, что центр притяжения, то есть точка, в которой сосредоточено действие всех притягивающих сил, действующих на движущуюся точку, находится в фокусе описываемой кривой. Так, центр Солнца находится (приблизительно) в общем фокусе эллипсов, описываемых планетами.
Таким образом, Ньютон вывел теоретически, то есть исходя из начал рациональной механики, один из законов Кеплера, гласящий, что центры планет описывают эллипсы и что в фокусе их орбит находится центр Солнца. Как только Ньютон узнал об измерении меридиана, произведенном Пикаром, он сразу произвел новые вычисления и убедился, что его давнишние взгляды подтвердились. Сила, заставляющая тела падать на Землю, оказалась равной той, которая управляет движением Луны.
В конце 1683 года Ньютон сообщил Королевскому обществу основные начала своей системы. Главные выводы Ньютон представил в труде «Математические начала натуральной философии». Открытие Ньютона привело к созданию новой картины мира, согласно которой все планеты, находящиеся на огромных расстояниях друг от друга, оказываются связанными в одну систему. Дальнейшие исследования Ньютона позволили ему определить массу и плотность планет и Солнца. Он установил, что расположенные близко к Солнцу планеты отличаются наибольшей плотностью. Ньютон доказал, что Земля представляет собой шар, расширенный у экватора и сплюснутый у полюсов, а также подтвердил зависимость приливов и отливов от действия Луны и Солнца на воды морей и океанов.
В 1695 году Ньютон, заняв пост управляющего Монетным двором, занялся улучшением денежного обращения в Англии и решил перечеканить всю монету. Вскоре, в 1701 году, Ньютон был избран членом парламента, а в 1703 году стал президентом английского Королевского общества. В 1705 году английский король посвятил Ньютона в рыцари.
В 1725 году здоровье Ньютона резко ухудшилось, и в ночь на 20 марта 1727 года великого ученого не стало. В день его похорон был объявлен национальный траур. Его прах покоится в Вестминстерском аббатстве рядом с другими выдающимися людьми Англии.
Чтобы подойти к разгадке тайны великого физика, нужно освежить школьные знания и вспомнить, что количественная формулировка закона тяготения позволила с большой точностью рассчитать орбиты планет и создать первую математическую модель Вселенной. Триумфальное вхождение закона всемирного тяготения в науку началось с публикации Ньютоном своего труда «Математические начала натуральной философии». В этой самой знаменитой научной книге всех времен и народов гениальный физик раскрыл изумленному человечеству великую тайну гравитации, связывающую земные и космические явления в теории падения тел и движения планет. Закон всемирного тяготения Ньютона, который стал первым научным законом, описывающим действие наиболее универсальной силы во всей Вселенной, гласил: каждые две частицы материи взаимно притягивают друг друга или тяготеют друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
«Кажущаяся нам сегодня такой естественной идея всемирного тяготения выглядела в свое время необычайно смелой и поражала воображение: выходило так, что в каждом теле, даже в самой маленькой пылинке, было скрыто нечто таинственное, что-то такое, что заставляло ее «чувствовать» присутствие других тел и с возрастающей скоростью устремляться им навстречу» (Дж. Трефил. Природа науки).
Чтобы в полной мере оценить гениальность прозрения великого физика, давайте вернемся к предыстории. Когда предшественники Ньютона, в частности Г. Галилей, изучали равноускоренное движение тел, падающих на поверхность Земли, они были уверены, что наблюдают явление чисто земной природы, существующее только недалеко от поверхности нашей планеты. Когда же другие ученые, например Кеплер, изучали движение небесных тел, они полагали, что в небесных сферах действуют совсем другие законы движения, нежели законы, управляющие движением здесь, на Земле.
На склоне лет Ньютон рассказывал о предыстории своего гениального прозрения так. Однажды он гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг в дневном небе увидел Луну. Тут же на его глазах с ветки сорвалось яблоко и упало на землю. В это время Ньютон работал над законами движения, поэтому уже знал, что яблоко движется под действием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.
История науки свидетельствует, что практически все аргументы, касающиеся движения небесных тел, до Ньютона сводились, в основном, к тому, что небесные тела, будучи совершенными, движутся по круговым орбитам в силу своего совершенства, поскольку окружность – суть идеальная геометрическая фигура.
Таким образом, выражаясь современным языком, считалось, что существует два типа гравитации, и это представление устойчиво закрепилось в сознании людей того времени. Все считали, что есть земная гравитация, действующая на несовершенной Земле, и гравитация небесная, действующая на совершенных небесах.
Триумфальному шествию закона всемирного тяготения в немалой степени способствовали бурные споры между Гуком и Ньютоном о приоритете открытия. Громогласность дискуссии и нешуточный накал страстей (ученые того времени не слишком затруднялись в выборе выражений) привлекли пристальное внимание мировой научной общественности.
Следует отметить, что, в отличие от высказываний Гука, Ньютон разработал математическую теорию гравитации и доказал численными методами действие закона тяготения. Взгляды своих предшественников на тяготение Ньютон выразил одной формулой, которая является математической моделью гравитационного взаимодействия двух материальных тел. Прозрение Ньютона как раз заключалось в том, что он объединил два типа гравитации.
С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование. Действие закона всемирного тяготения в явной форме распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. В частности, сейчас вы и эта книга испытываете равные по величине и противоположные по направлению силы взаимного гравитационного притяжения. Конечно, эти силы настолько малы, что их не зафиксируют даже самые точные современные приборы, но они реально существуют и их можно рассчитать. Точно так же вы испытываете взаимное притяжение и с далеким квазаром, удаленным от вас на десятки миллиардов световых лет. Опять же, силы этого притяжения слишком малы, чтобы их инструментально зарегистрировать и измерить.
