Исаак ньютон произведения. История ньютона. Всемирное тяготение и астрономия

> Что открыл Исаак Ньютон?

Открытия Исаака Ньютона – законы и физика от одного из величайших гениев. Изучите закон всемирного тяготения, три закона движения, гравитация, форма Земли.

Исаак Ньютон (1642-1727) запомнился нам как философ, ученый и математик. Для своего времени он сделал очень много и активно участвовал в научной революции. Интересно, что его взгляды, законы и физика Ньютона будут преобладать еще 300 лет после смерти. По сути, перед нами создатель классической физики.

В последствии слово «ньютоновский» будут вставлять ко всем утверждениям, имеющим связь с его теориями. Исаака Ньютона считают одним из величайших гениев и наиболее влиятельных ученых, чья деятельность охватывала множество научных сфер. Но чем мы ему обязаны и какие открытия совершил?

Три закона движения

Начнем с его знаменитой работы «Математические начала натуральной философии» (1687), в которой раскрывались основы классической механики. Речь идет о трех законах движения, добытых из законов планетарного движения, выдвинутых Иоганном Кеплером.

Первый закон – инерция: объект в состоянии покоя будет оставаться в этом покое, пока на него не повлияет сила, лишенная баланса. Тело в движении продолжит двигаться с изначальной скоростью и в том же направлении, если не столкнется с несбалансированной силой.

Второй: ускорение появляется, когда сила влияет на массу. Чем больше масса, тем больше силы потребуется.

Третий: для каждого действия есть равное противодействие.

Универсальная гравитация

Ньютона стоит поблагодарить за закон всемирного тяготения. Он вывел, что каждая точка массы притягивает другую силой, направленной вдоль линии, пересекающей обе точки (F = G frac{m_1 m_2}{r^2}).

Эти три постулата гравитации помогут ему измерять траектории комет, приливов, равноденствий и прочих явлений. Его доводы разбили последние сомнения касательно гелиоцентрической модели и научный мир принял факт, что Земля не выступает вселенским центром.

Все знают, что Ньютон пришел к выводам о гравитации благодаря случаю с яблоком, упавшим ему на голову. Многие думают, что это всего лишь шуточный пересказ, а ученый вывел формулу постепенно. Но в пользу яблочного прорыва говорят записи в дневнике Ньютона и пересказы его современников.

Форма Земли

Исаак Ньютон полагал, что наша планета Земля сформировалась в виде сплющенного сфероида. Позже догадка подтвердится, но в его времена это была важная информация, которая помогла перевести большую часть научного мира с декартовской системы на механику Ньютона.

В математическом поле он обобщил биномиальную теорему, исследовал степенные ряды, вывел собственный метод для аппроксимации корней функции и поделил на классы большинство кривых кубических плоскостей. Также он делился разработками с Готфридом Лейбницем.

Его открытия были прорывными в физике, математике и астрономии, помогавшие при помощи формул разобраться в строении пространства.

Оптика

В 1666 году он все больше углубляется в оптику. Все началось с изучения свойств света, который он измерял сквозь призму. В 1670-1672 гг. исследовал рефракцию света, показывая, как разноцветный спектр перестраивается в одиночный белый свет при помощи линзы и второй призмы.

В итоге, Ньютон понял, что цвет формируется из-за взаимодействия объектов изначально окрашенных. Кроме того заметил, что объектив любого инструмента страдает из-за светового рассеивания (хроматическая аберрация). Ему удалось решить проблемы при помощи телескопа с зеркалом. Его изобретение считается первой моделью отражающего телескопа.

Кроме того…

Также ему принадлежит заслуга в формулировке эмпирического закона охлаждения и изучение скорости звука. С его подачи появился термин «ньютоновская жидкость» – описание любой жидкости, где вязкие напряжения линейно пропорциональны скорости ее трансформации.

Большое количество времени Ньютон посвящал исследованию не только научных постулатов, но и библейской хронологии и внедрялся в алхимию. Однако многие работы появились только после смерти ученого. Так что Исаак Ньютон запомнился не только как талантливый физик, но и философ.

Чем же мы обязаны Исааку Ньютону? Его идеи были прорывными не только для того времени, но и послужили стартовыми точками для всех последующих ученых. Он подготовил плодородную почву для новых открытый и вдохновил на исследование этого мира. Неудивительно, что у Исаака Ньютона появились последователи, развивающие его идеи и теории. Если вам интересно узнать больше, то на сайте есть биография Исаака Ньютона, где представлены дата рождения и смерти (по новому и старому стилю), самые важные открытия, а также интересные факты о величайшем физике.

Великий английский физик, математик и астроном. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), в котором он описал закон всемирного тяготения и так называемые Законы Ньютона, заложившие основы классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисление, теорию цветности и многие другие математические и физические теории.

Исаак Ньютон, сын мелкого, но зажиточного фермера, родился в деревне Вулсторп (графство Линкольншир), в год смерти Галилея и в канун гражданской войны. Отец Ньютона не дожил до рождения сына. Мальчик родился болезненным, до срока, но всё же выжил и прожил 84 года. Факт рождения под Рождество Ньютон считал особым знаком судьбы.

Покровителем мальчика стал его дядя по матери, Вильям Эйскоу. По окончании школы (1661) Ньютон поступает в Тринити-колледж (Колледж святой Троицы) Кембриджского университета. Уже тогда сложился его могучий характер - научная дотошность, стремление дойти до сути, нетерпимость к обману и угнетению, равнодушие к публичной славе. В детстве Ньютон, по отзывам современников, был замкнут и обособлен, любил читать и мастерить технические игрушки: часы, мельницу и т. п.

Судя по всему, научной опорой и вдохновителями творчества Ньютона в наибольшей степени были физики: Галилей, Декарт и Кеплер. Ньютон завершил их труды, объединив в универсальную систему мира. Меньшее, но существенное влияние оказали другие математики и физики: Евклид, Ферма, Гюйгенс, Меркатор, Валлис. Конечно, нельзя недооценивать и огромное влияние его непосредственного учителя Барроу.

Похоже на то, что значительную часть своих математических открытий Ньютон сделал ещё студентом, в «чумные годы» 1664-1666. В 23 года он уже свободно владел методами дифференциального и интегрального исчислений, включая разложение функций в ряды и то, что впоследствии было названо формулой Ньютона-Лейбница. Тогда же, по его утверждению, он открыл закон всемирного тяготения, точнее, убедился, что этот закон следует из третьего закона Кеплера. Кроме того, Ньютон в эти годы доказал, что белый цвет есть смесь цветов, вывел формулу «бинома Ньютона» для произвольного рационального показателя (включая отрицательные), и др.

1667: эпидемия чумы отступает, и Ньютон возвращается в Кембридж. Избран членом Тринити-колледжа, а в 1668 году становится магистром.

В 1669 году Ньютон избирается профессором математики, преемником Барроу. Барроу пересылает в Лондон сочинение Ньютона «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов», содержавшее сжатое изложение некоторых наиболее важных его открытий в анализе. Оно получило некоторую известность в Англии и за ее пределами. Ньютон готовит полный вариант этой работы, но найти издателя так и не удаётся. Он был опубликован лишь в 1711 году.

Продолжаются эксперименты по оптике и теории цвета. Ньютон исследует сферическую и хроматическую аберрации. Чтобы свести их к минимуму, он строит смешанный телескоп-рефлектор (линза и вогнутое сферическое зеркало, которое полирует сам). Всерьёз увлекается алхимией, проводит массу химических опытов.

1672: демонстрация рефлектора в Лондоне - всеобщие восторженные отзывы. Ньютон становится знаменит и избирается членом Королевского общества (британской Академии наук). Позже усовершенствованные рефлекторы такой конструкции стали основными инструментами астрономов, с их помощью были открыты иные галактики, красное смещение и др.

Разгорается полемика по поводу природы света с Гуком, Гюйгенсом и другими. Ньютон даёт зарок на будущее: не ввязываться в научные споры.

1680: Ньютон получает письмо Гука с формулировкой закона всемирного тяготения, послужившее, по признанию первого, поводом его работ по определению планетных движений (правда, потом отложенных на некоторое время), составивших предмет «Начал». Впоследствии Ньютон по каким-то причинам, быть может, подозревая Гука в незаконном заимствовании каких-то более ранних результатов самого Ньютона, не желает признавать здесь никаких заслуг Гука, но потом соглашается это сделать, хотя и довольно неохотно и не полностью.

1684-1686: работа над «Математическими началами натуральной философии» (весь трёхтомник издан в 1687 году). Приходит всемирная слава и ожесточённая критика картезианцев: закон всемирного тяготения вводит дальнодействие, несовместимое с принципами Декарта.

1696: Королевским указом Ньютон назначен смотрителем Монетного двора (с 1699 года - директор). Он энергично проводит денежную реформу, восстанавливая доверие к основательно запущенной его предшественниками монетной системе Великобритании.

1699: начало открытого приоритетного спора с Лейбницем, в который были вовлечены даже царствующие особы. Эта нелепая распря двух гениев дорого обошлась науке - английская математическая школа вскоре увяла на целый век, а европейская - проигнорировала многие выдающиеся идеи Ньютона, переоткрыв их много позднее. На континенте Ньютона обвиняли в краже результатов Гука, Лейбница и астронома Флемстида, а также в ереси. Конфликт не погасила даже смерть Лейбница (1716).

1703: Ньютон избран президентом Королевского общества, которым управлял двадцать лет.

1705: королева Анна возводит Ньютона в рыцарское достоинство. Отныне он сэр Исаак Ньютон . Впервые в английской истории звание рыцаря присвоено за научные заслуги.

Последние годы жизни Ньютон посвятил написанию «Хронологии древних царств», которой занимался около 40 лет, и подготовкой третьего издания «Начал».

В 1725 году здоровье Ньютона начало заметно ухудшаться (каменная болезнь), и он переселился в Кенсингтон неподалёку от Лондона, где и скончался ночью, во сне, 20 (31) марта 1727 года.

Надпись на его могиле гласит:

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 появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал. Прилежный, мудрый и верный истолкователь природы, древности и Св. писания, он утверждал своей философией величие Всемогущего Бога, а нравом выражал евангельскую простоту.

Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого.

В честь Ньютона названы:

кратеры на Луне и на Марсе;

единица силы в системе СИ.

На статуе, воздвигнутой Ньютону в 1755 г. в Тринити-колледже, высечены стихи из Лукреция:

Qui genus humanum ingenio superavit (Разумом он превосходил род человеческий)

Научная деятельность

С работами Ньютона связана новая эпоха в физике и математике. В математике появляются мощные аналитические методы, происходит вспышка в развитии анализа и математической физики. В физике основным методом исследования природы становится построение адекватных математических моделей природных процессов и интенсивное исследование этих моделей с систематическим привлечением всей мощи нового математического аппарата. Последующие века доказали исключительную плодотворность такого подхода.

По словам А. Эйнштейна, «Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, которые определяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точности» и «… оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всё мировоззрение в целом».

Математический анализ

Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление одновременно с Г. Лейбницем (немного раньше) и независимо от него.

До Ньютона действия с бесконечно малыми не были увязаны в единую теорию и носили характер разрозненных остроумных приёмов (см. Метод неделимых), по крайней мере, отсутствовала опубликованная систематическая формулировка и не была достаточно выявлена мощь аналитических приемов к решению таких сложных задач, как задачи небесной механики в их полноте. Создание математического анализа сводит решение соответствующих задач, в значительной степени, до технического уровня. Появился комплекс понятий, операций и символов, ставший отправной базой дальнейшего развития математики. Следующий, XVIII век, стал веком бурного и чрезвычайно успешного развития аналитических методов.

Повидимому, Ньютон пришёл к идее анализа через разностные методы, которыми много и глубоко занимался. Правда, в своих «Началах» Ньютон почти не использовал бесконечно малых, придерживаясь античных (геометрических) приёмов доказательства, но в других трудах применял их свободно.

Отправной точкой для дифференциального и интегрального исчисления были работы Кавальери и особенно Ферма, который уже умел (для алгебраических кривых) проводить касательные, находить экстремумы, точки перегиба и кривизну кривой, вычислять площадь её сегмента. Из других предшественников сам Ньютон называл Валлиса, Барроу и шотландского астронома Джеймса Грегори. Понятия функции ещё не было, все кривые он трактовал кинематически как траектории движущейся точки.

Уже будучи студентом Ньютон понял, что дифференцирование и интегрирование - взаимно обратные операции (по-видимому, первая опубликованная работа, содержащая этот результат в форме детально разобранной двойственности задачи о площадях и задачи о касательных, принадлежит учителю Ньютона Барроу).

Ньютон почти 30 лет не заботился о публикации своего варианта анализа, хотя в письмах (в частности, к Лейбницу) охотно делится многим из достигнутого. Тем временем вариант Лейбница широко и открыто распространяется по Европе с 1676 года. Лишь в 1693 году появляется первое изложение варианта Ньютона - в виде приложения к «Трактату по алгебре» Валлиса. Приходится признать, что терминология и символика Ньютона по сравнению с лейбницевской довольно неуклюжи: флюксия (производная), флюэнта (первообразная), момент величины (дифференциал) и т. п. Сохранились в математике только ньютоновское обозначение «o» для бесконечно малой dt (впрочем, эту букву в том же смысле использовал ранее Грегори), да ещё точка над буквой как символ производной по времени.

Достаточно полное изложение принципов анализа Ньютон опубликовал только в работе «О квадратуре кривых» (1704), приложении к его монографии «Оптика». Почти весь изложенный материал был готов ещё в 1670-1680-е годы, но лишь теперь Грегори и Галлей уговорили Ньютона издать работу, которая, с опозданием на 40 лет, стала первым печатным трудом Ньютона по анализу. Здесь у Ньютона появляются производные высших порядков, найдены значения интегралов разнообразных рациональных и иррациональных функций, приведены примеры решения дифференциальных уравнений 1-го порядка.

1711: наконец напечатан, спустя 40 лет, «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов». Ньютон с одинаковой лёгкостью исследует как алгебраические, так и «механические» кривые (циклоиду, квадратрису). Появляются частные производные, но почему-то нет правила дифференцирования дроби и сложной функции, хотя Ньютону они были известны; впрочем, Лейбниц на тот момент их уже опубликовал.

В этом же году выходит «Метод разностей», где Ньютон предложил интерполяционную формулу для проведении через (n + 1) данные точки с равноотстоящими или неравноотстоящими абсциссами параболической кривой n-го порядка. Это разностный аналог формулы Тейлора.

1736: посмертно издаётся итоговый труд «Метод флюксий и бесконечных рядов», существенно продвинутый по сравнению с «Анализом с помощью уравнений». Приводятся многочисленные примеры отыскания экстремумов, касательных и нормалей, вычисления радиусов и центров кривизны в декартовых и полярных координатах, отыскания точек перегиба и т. п. В этом же сочинении произведены квадратуры и спрямления разнообразных кривых.

Надо отметить, что Ньютон не только достаточно полно разработал анализ, но и сделал попытку строго обосновать его принципы. Если Лейбниц склонялся к идее актуальных бесконечно малых, то Ньютон предложил (в «Началах») общую теорию предельных переходов, которую несколько витиевато назвал «метод первых и последних отношений». Используется именно современный термин «предел» (limes), хотя внятное описание сущности этого термина отсутствует, подразумевая интуитивное понимание.

Теория пределов изложена в 11 леммах книги I «Начал»; одна лемма есть также в книге II. Арифметика пределов отсутствует, нет доказательства единственности предела, не выявлена его связь с бесконечно малыми. Однако Ньютон справедливо указывает на бо́льшую строгость такого подхода по сравнению с «грубым» методом неделимых.

Тем не менее в книге II, введя моменты (дифференциалы), Ньютон вновь запутывает дело, фактически рассматривая их как актуальные бесконечно малые.

Другие математические достижения

Первые математические открытия Ньютон сделал ещё в студенческие годы: классификация алгебраических кривых 3-го порядка (кривые 2-го порядка исследовал Ферма) и биномиальное разложение произвольной (не обязательно целой) степени, с которого начинается ньютоновская теория бесконечных рядов - нового и мощнейшего инструмента анализа. Разложение в ряд Ньютон считал основным и общим методом анализа функций, и в этом деле достиг вершин мастерства. Он использовал ряды для вычисления таблиц, решения уравнений (в том числе дифференциальных), исследования поведения функций. Ньютон сумел получить разложение для всех стандартных на тот момент функций.

В 1707 году выходит книга «Универсальная арифметика». В ней приведены разнообразные численные методы.

Ньютон всегда уделял большое внимание приближённому решению уравнений. Знаменитый метод Ньютона позволял находить корни уравнений с немыслимой ранее скоростью и точностью (опубликован в «Алгебре» Валлиса, 1685). Современный вид итерационному методу Ньютона придал Джозеф Рафсон (1690).

Примечательно, что теорией чисел Ньютон совершенно не интересовался. По всей видимости, физика ему была гораздо ближе математики.

Теория тяготения

Сама идея всеобщей силы тяготения неоднократно высказывалась и до Ньютона. Ранее о ней размышляли Эпикур, Кеплер, Декарт, Гюйгенс, Гук и другие. Кеплер полагал, что тяготение обратно пропорционально расстоянию до Солнца и распространяется только в плоскости эклиптики; Декарт считал его результатом вихрей в эфире. Были, впрочем, догадки с правильной формулой (Буллиальд, Рен, Гук), и даже достаточно серьезно обоснованные (с помощью соотнесения формулы центробежной силы Гюйгенса и третьего закона Кеплера для круговых орбит). Но до Ньютона никто не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера).

Важно отметить, что Ньютон опубликовал не просто предполагаемую формулу закона всемирного тяготения, но фактически предложил целостную математическую модель в контексте хорошо разработанного, полного, явно сформулированного и систематически изложенного подхода к механике:

закон тяготения;

закон движения (2-й закон Ньютона);

система методов для математического исследования (математический анализ).

В совокупности эта триада достаточна для полного исследования самых сложных движений небесных тел, тем самым создавая основы небесной механики. До Эйнштейна никаких принципиальных поправок к указанной модели не понадобилось, хотя математический аппарат был очень значительно развит.

Ньютоновская теория тяготения вызвала многолетние дебаты и критику концепции дальнодействия.

Первым аргументом в пользу ньютоновской модели послужил строгий вывод на её основе эмпирических законов Кеплера. Следующим шагом стала теория движения комет и Луны, изложенная в «Началах». Позже с помощью ньютоновского тяготения были с высокой точностью объяснены все наблюдаемые движения небесных тел; в этом большая заслуга Клеро и Лапласа.

Первые наблюдаемые поправки к теории Ньютона в астрономии (объяснённые ОТО) были обнаружены лишь более чем через 200 лет (смещение перигелия Меркурия). Впрочем, и они очень малы в пределах Солнечной системы.

Ньютон также открыл причину приливов: притяжение Луны (даже Галилей считал приливы центробежным эффектом). Более того, обработав многолетние данные о высоте приливов, он с хорошей точностью вычислил массу Луны.

Ещё одним следствием тяготения оказалась прецессия земной оси. Ньютон выяснил, что из-за сплюснутости Земли у полюсов земная ось совершает под действием притяжения Луны и Солнца постоянное медленное смещение с периодом 26000 лет. Тем самым древняя проблема «предварения равноденствий» (впервые отмеченная Гиппархом) нашла научное объяснение.

Оптика и теория света

Ньютону принадлежат фундаментальные открытия в оптике. Он построил первый зеркальный телескоп (рефлектор), в котором, в отличие от чисто линзовых телескопов, отсутствовала хроматическая аберрация. Он также открыл дисперсию света, показал, что белый свет раскладывается на цвета радуги вследствие различного преломления лучей разных цветов при прохождении через призму, и заложил основы правильной теории цветов.

В этот период было множество спекулятивных теорий света и цветности; в основном боролись точка зрения Аристотеля («разные цвета есть смешение света и тьмы в разных пропорциях») и Декарта («разные цвета создаются при вращении световых частиц с разной скоростью»). Гук в своей «Микрографии» (1665) предлагал вариант аристотелевских взглядов. Многие полагали, что цвет есть атрибут не света, а освещённого предмета. Всеобщий разлад усугубил каскад открытий XVII века: дифракция (1665, Гримальди), интерференция (1665, Гук), двойное лучепреломление (1670, Эразм Бартолин, изучено Гюйгенсом), оценка скорости света (1675, Рёмер), значительное усовершенствование телескопов. Теории света, совместимой со всеми этими фактами, не существовало.

В своём выступлении перед Королевским обществом Ньютон опроверг как Аристотеля, так и Декарта, и убедительно доказал, что белый свет не первичен, а состоит из цветных компонентов с разными углами преломления. Эти-то составляющие и первичны - никакими ухищрениями Ньютон не смог изменить их цвет. Тем самым субъективное ощущение цвета получало прочную объективную базу - показатель преломления.

Ньютон создал математическую теорию открытых Гуком интерференционных колец, которые с тех пор получили название «Кольца Ньютона».

В 1689 г. Ньютон прекратил исследования в области оптики - по распространённой легенде, поклялся ничего не печатать в этой области при жизни Гука, который постоянно донимал Ньютона болезненно воспринимаемой последним критикой. Во всяком случае, в 1704 году, на следующий год после смерти Гука, выходит в свет монография «Оптика». При жизни автора «Оптика», как и «Начала», выдержала три издания и множество переводов.

Книга первая монографии содержала принципы геометрической оптики, учение о дисперсии света и составе белого цвета с различными приложениями.

Книга вторая: интерференция света в тонких пластинках.

Книга третья: дифракция и поляризация света. Поляризацию при двойном лучепреломлении Ньютон объяснил ближе к истине, чем Гюйгенс (сторонник волновой природы света), хотя объяснение самого явления неудачное, в духе эмиссионной теории света.

Ньютона часто считают сторонником корпускулярной теории света; на самом деле он, по своему обыкновению, «гипотез не измышлял» и охотно допускал, что свет может быть связан и с волнами в эфире. В своей монографии Ньютон детально описывал математическую модель световых явлений, оставляя в стороне вопрос о физическом носителе света.

Другие работы в физике

Ньютону принадлежит первый вывод скорости звука в газе, основанный на законе Бойля-Мариотта.

Он предсказал сплюснутость Земли у полюсов, примерно 1:230. При этом Ньютон использовал для описания Земли модель однородной жидкости, применил закон всемирного тяготения и учёл центробежную силу. Одновременно аналогичные расчёты на сходных основаниях выполнил Гюйгенс,рассматривал тяготение таким, как будто его источник находится в центре планеты, так как, видимо, не верил в универсальный характер силы тяготения, то есть в конечном итоге не учел тяготения деформированного поверхностного слоя планеты. Соответственно Гюйгенс предсказал более чем вдвое меньшее сжатие, чем Ньютон, 1:576. Более того, Кассини и другие картезианцы доказывали, что Земля не сжата, а выпукла у полюсов наподобие лимона. Впоследствии, хотя и не сразу (первые измерения были неточны), прямые измерения (Клеро, 1743) подтвердили правоту Ньютона; реальное сжатие равно 1:298. Причина отличия этого значения от предложенного Ньютоном в сторону Гюйгенсовского состоит в том, что модель однородной жидкости всё же не вполне точна (плотность заметно возрастает с глубиной). Более точная теория, явно учитывающая зависимость плотности от глубины, была разработана только в XIX веке.

Прочие работы

Параллельно с изысканиями, закладывавшими фундамент нынешней научной (физической и математической) традиции, Ньютон много времени отдавал алхимии, а также богословию. Никаких трудов по алхимии он не издавал, и единственным известным результатом этого многолетнего увлечения стало серьёзное отравление Ньютона в 1691 году.

Парадоксально, что Ньютон, много лет трудившийся в Колледже святой Троицы, сам, видимо, в Троицу не верил. Исследователи его богословских работ, такие как Л. Мор, считают, что религиозные взгляды Ньютона были близки к арианству.

Ньютон предложил свой вариант библейской хронологии, оставив после себя значительное количество рукописей по данным вопросам. Кроме того, он написал комментарий на Апокалипсис. Теологические рукописи Ньютона ныне хранятся в Иерусалиме, в Национальной Библиотеке.

Тайные работы Исаака Ньютона

Как известно, незадолго до конца жизни Исаак опроверг все выдвинутые собой теории и сжёг документы, в которых содержалась тайна их опровержения: одни не сомневались, что всё было именно так, другие же полагают, что подобные действия были бы просто абсурдны и утверждают, что архив с документами цел, но только принадлежит избранным...

Исаак Ньютон - ученый с мировым именем, чей вклад в науку переценить невероятно сложно. Он был механиком, физиком, астрономом, математиком; именно ему принадлежит заслуга формулировки главных законов классической механики, открытия законов всемирного тяготения, объяснения механизма движения небесных тел. Им был заложен фундамент акустики, физической оптики, механики сплошных сред. Исаак Ньютон, будучи личностью разносторонней, имел репутацию известного алхимика, изучал хронологию древних царств, писал теологические труды, большинство из которых осталось неопубликованным. Современники недооценивали и мало понимали его сочинения, поскольку те ушли далеко вперед от уровня науки того периода.

4 января 1643 г. в графстве Линкольншир, неподалеку от Грантема, в деревушке Вулсторп, семье фермера родился крохотный слабый ребенок, которого даже боялись крестить, считая, что он долго не протянет. Звали его Исаак, он прожил 84 года и стал величайшим ученым. С трех лет Исаак воспитывался бабушкой, часто болел, сторонился сверстников, проводил много времени в мечтаниях и размышлениях. Подросшего мальчика определили в начальную школу, в 12-летнем возрасте он оказался в Грантеме, где учился в школе и жил у аптекаря. Будучи физически слабым, испытывая серьезные коммуникативные трудности, юный Ньютон приложил много усилий для того, чтобы преуспеть в учебе и стать первым среди сверстников.

Серьезность мальчика, его интерес к математике, одаренность не остались незамеченными, знакомые общими усилиями уговорили мать Исаака позволить сыну продолжить обучение, хотя у нее были на него свои планы. В итоге после серьезной подготовки 5 июня 1660 г. 17-летний Ньютон поступает в Кембриджский университет на особое положение: он не платил за обучение, но обязан был прислуживать состоятельным студентам. Настоящим студентом Ньютон стал в 1664 г., а на следующий год он был уже обладателем степени бакалавра изящных искусств.

Именно за годы обучения в Кембридже были подготовлены дальнейшие открытия, обессмертившие его имя. Этот самый плодотворный период в его научной биографии продлился и когда в связи с начавшейся в университетском городке эпидемией (возможно, чумы) он на протяжении 1665-1607 гг. жил дома. Здесь им был открыт закон всемирного тяготения, выдвинуты идеи интегрального и дифференциального исчисления, изобретен зеркальный телескоп.

В 1668 г. состоялось возвращение Ньютона в Кембридж, где он получил степень магистра и занял лукасовскую кафедру математики: ее любимому ученику отдал известный математик И. Барроу, чтобы финансово его поддержать. Физико-математическую кафедру Кембриджского университета Ньютон возглавляет на протяжении 1669-1701 гг. В январе 1672 г. его избирают членом Лондонского Королевского общества. В апреле 1686 г. Ньютон отсылает в столицу две части прославленного фундаментального труда «Математические начала натуральной философии», который заложил основы классической физики, подвел итог многим его предыдущим работам в области математики, физики, астрономии, оптики.

В 1689 г. у Ньютона умерла мать, что стало для него тяжелым ударом и явилось наряду с постоянным большим интеллектуальным и нервным напряжением одним из факторов умственного расстройства, которое настигло ученого в 1692 г. Спровоцировал его пожар, уничтоживший огромное количество рукописей. С трудом оправившись после болезни, Ньютон по-прежнему занимался наукой, но уже не так интенсивно.

Еще одной из глубинных причин заболевания Ньютона была угнетающая его финансовая необеспеченность. В 1695 г. фортуна наконец ему улыбнулась: он получил должность смотрителя при Монетном дворе, при этом оставаясь профессором Кембриджа. В 1699 г. его благодаря отличной работе назначают директором, в связи с чем он оставляет преподавательскую деятельность и уезжает в Лондон, где остается на директорском посту до самой смерти.

К 1703-му, году избрания президентом Королевского общества, Ньютон находится в зените славы. В 1705 г. его удостаивают рыцарского звания, он получает большое жалование, живет в просторной квартире, но по-человечески остается одиноким - как и всегда. В 1725 г. Ньютон оставил госслужбу, а в 1727 г., когда Англия была охвачена чумой, 31 марта скончался. День его похорон стал днем национального траура; похоронили выдающего ученого в Вестминстерском аббатстве.

НЬЮТОН, ИСААК (Newton, Isaac) (1643–1727) – английский математик, физик, алхимик и историк, заложивший основы математического анализа, рациональной механики и всего математического естествознания, а также внесший фундаментальный вклад в развитие физической оптики.

Исаак (по-английски его имя произносится как Айзек) родился в местечке Вулсторп в Линкольншире на Рождество 25 декабря 1642 (4 января 1643 по новому стилю) уже после смерти отца. Детство Ньютона прошло в условиях материального достатка, но было лишено семейной теплоты. Мать вскоре вышла вторично замуж – за немолодого уже священника из соседнего местечка – и переехала к нему, оставив сына с бабушкой в Вулсторпе. В течение следующих лет отчим практически не общался с пасынком. Примечательно, что спустя почти десять лет после смерти отчима девятнадцатилетний Ньютон включил в подготовленный им к исповеди ко дню св. Троицы длинный перечень своих грехов и детские угрозы отчиму и матери сжечь их дом. Душевным надломом в детстве некоторые современные исследователи объясняют болезненную нелюдимость и желчность Ньютона, проявившиеся впоследствии в отношениях с окружающими.

Ньютон получил начальное образование в окрестных деревенских школах, а затем в Грамматической школе, где изучал преимущественно латынь и Библию. Вследствие обнаружившихся способностей сына мать отказалась от намерения сделать сына фермером. В 1661 Ньютон поступил в колледж св. Троицы (Тринити-колледж) Кембриджского университета и через три года получил – благодаря таинственно сопутствовавшему ему на протяжении всей жизни благоволению судьбы – одну из 62 стипендий, дававших право на последующее принятие в члены (Fellows) колледжа.

Ранний период поразительной творческой активности Ньютона приходится на пору его студенчества в страшные чумные 1665 и 1666, занятия в Кембридже частично приостанавливались. Значительную часть этого времени Ньютон провел в деревне. К этим годам относится зарождение у Ньютона, не имевшего до поступления в университет практически никакой математической подготовки, фундаментальных идей, легших в основу большинства его последующих великих открытий, – от элементов теории рядов (включая бином Ньютона) и математического анализа до новых подходов в физической оптике и динамике, включая вычисление центробежной силы и возникновение, по крайней мере, догадки о законе всемирного тяготения.

В 1667 Ньютон стал бакалавром и младшим членом колледжа, а на следующий год – магистром и старшим членом Тринити-колледжа. Наконец, осенью 1669 он получил одну из восьми привилегированных королевских кафедр Кембриджа – Лукасовскую кафедру математики, унаследованную им от оставившего ее Исаака (Айзека) Барроу .

Согласно уставу колледжа его члены должны были принимать священство. Это ожидало и Ньютона. Но к этому времени он впал в страшнейшую для правоверного христианина ересь : член колледжа Святой и Нераздельной Троицы усомнился в фундаментальном догмате учения о троичности Бога. Перед Ньютоном возникла мрачная перспектива покинуть Кембридж. Даже король не мог освободить члена Тринити-колледжа от посвящения в сан. Но в его власти было допустить исключение для профессора, занимавшего королевскую кафедру, и такое исключение для Лукасовской кафедры (формально не для Ньютона) было узаконено в 1675. Так последнее препятствие на служебном поприще Ньютона в университете было чудесным образом устранено. Он приобрел твердое положение, не будучи обременен почти никакими обязанностями. Излишне сложные лекции Ньютона не пользовались у студентов успехом, и в последующие годы профессор не обнаруживал порой слушателей в аудитории.

К концу 1660-х – началу 1670-х относится изготовление Ньютоном телескопа-рефлектора, за что он был удостоен избрания в Лондонское королевское общество (1672). В том же году он представил Обществу свои исследования по новой теории света и цветов, вызвавшие острую полемику с Робертом Гуком (развившийся с возрастом патологический страх Ньютона перед публичными дискуссиями привел, в частности, к тому, что он опубликовал подготовленную в те годы Оптику лишь через 30 лет, дождавшись смерти Гука). Ньютону принадлежат обоснованные тончайшими экспериментами представления о монохроматических световых лучах и периодичности их свойств, лежащие в основе физической оптики.

В те же годы Ньютон разрабатывал основы математического анализа, о чем стало широко известно из переписки европейских ученых, хотя сам Ньютон не опубликовал тогда по этому поводу ни одной строчки: первая публикация Ньютона об основах анализа была напечатана лишь в 1704, а более полное руководство – посмертно (1736).

Десятью годами позже Ньютона к общим идеям математического анализа пришел также Г.В.Лейбниц , начавший уже с 1684 печатать свои работы в этой области. Надо отметить, что общепринятая впоследствии система обозначений Лейбница была практичнее «метода флюксий» Ньютона, получив широкое распространение в континентальной Западной Европе уже в 1690-х.

Однако, как это окончательно выяснилось только в 20 в., центр тяжести интересов Ньютона лежал в 1670–1680-х годах в алхимии. Он активно интересовался трансмутацией металлов и золотом с самого начала 1670-х.

Внешне однообразная жизнь Ньютона в Кембридже была покрыта налетом таинственности. Едва ли не единственным серьезным нарушением ее ритма были два с половиной года, посвященные в середине 1680-х написанию Математических начал натуральной философии (1687), положивших начало не только рациональной механике, но и всему математическому естествознанию. В этот короткий период Ньютон проявил сверхчеловеческую активность, сосредоточив на создании Начал весь творческий потенциал дарованного ему гения. Начала содержали законы динамики, закон всемирного тяготения с эффективными приложениями к движению небесных тел, истоки учения о движении и сопротивлении жидкостей и газов, включая акустику. Это сочинение остается на протяжении свыше трех веков наиболее замечательным творением человеческого гения.

История создания Начал примечательна. В 1660-х о проблеме всемирного тяготения размышлял и Гук. В 1674 он опубликовал свои прозорливые представления об устройстве Солнечной системы, движение планет в которой складывается из равномерного прямолинейного движения и движения под действием всеобщего взаимного притяжения между телами. Вскоре Гук стал секретарем Королевского общества и поздней осенью 1679, предав забвению прежние распри, пригласил Ньютона высказаться о законах движения тел и, в частности, о представлении, что «небесные движения планет складываются из прямого движения по касательной и движения вследствие притяжения к центральному телу». Через три дня Ньютон подтвердил Гуку получение его письма, но уклонился под надуманными предлогами от обстоятельного ответа. Впрочем, Ньютон допустил опрометчивое высказывание, отметив, что тела отклоняются при падении на Землю к востоку и двигаются по сходящейся к ее центру спирали. Торжествующий Гук почтительно указал Ньютону на то, что тела падают вовсе не по спирали, а по некоей эллипсоидальной кривой. Затем Гук добавил, что тела на вращающейся Земле падают не строго к востоку, а к юго-востоку. Ньютон ответил поразительным для его непримиримого характера письмом: «Я согласен с вами, – писал он, – что тело на нашей широте будет падать больше на юг, чем на восток … А также с тем, что если предположить его тяжесть однородной, то оно не опустится по спирали до самого центра, а будет кружиться с поочередным подъемом и опусканием … Но … тело не будет описывать эллипсоидальную кривую». По мнению Ньютона, тело будет при этом описывать траекторию типа своеобразного трилистника наподобие эллиптической орбиты с вращающейся линией апсид. Гук в своем очередном письме возразил Ньютону, указав, что апсиды орбиты падающего тела не будут смещаться. Ньютон ему не ответил, но Гук, воспользовавшись другим предлогом, добавил в своем последнем письме из этого цикла: «Теперь остается узнать свойства кривой линии,... обусловленной центральной притягательной силой, под действием которой скорости уклонения от касательной или равномерного прямолинейного движения на всех расстояниях обратно пропорциональны квадратам расстояния. И я не сомневаюсь, что при помощи вашего замечательного метода вы легко установите, что это должна быть за кривая и каковы ее свойства …».

Что и в какой последовательности происходило в последующие четыре года, нам точно неизвестно. Дневники Гука за эти годы (равно как и многие другие его рукописи) впоследствии странным образом исчезли, а Ньютон почти не выходил из своей лаборатории. Раздосадованный своей оплошностью, Ньютон, конечно, должен был сразу же взяться за анализ четко сформулированной Гуком задачи и, наверное, вскоре получил свои основные фундаментальные результаты, доказав, в частности, существование центральных сил при соблюдении закона площадей и эллиптичность планетных орбит при нахождении центра притяжения в одном из их фокусов. На этом Ньютон счел, по-видимому, разработку основ развитой им позже в Началах системы мира для себя завершенной и на этом успокоился.

В начале 1684 в Лондоне произошла историческая встреча Роберта Гука с будущим королевским астрономом Эдмундом Халли (которого называют обычно по-русски Галлеем) и королевским архитектором Кристофером Реном, на которой собеседники обсуждали закон притяжения ~ 1/R 2 и поставили задачу вывода эллиптичности орбит из закона притяжения. В августе того же года Халли посетил Ньютона и спросил его о том, чтоон думает по поводу этой задачи. В ответ Ньютон сказал, что уже располагает доказательством эллиптичности орбит, и пообещал разыскать свои выкладки.

Далее события развивались с кинематографической для 17 в. быстротой. В конце 1684 Ньютон выслал в Лондонское королевское общество первый заявочный текст сочинения о законах движения. Под давлением Халли он начал писать большой трактат. Он работал со всей страстью и увлеченностью гения, и в итоге Начала были написаны в поразительно короткий срок – от полутора до двух с половиной лет. Весной 1686 Ньютон представил в Лондон текст первой книги Начал , содержавшей формулировку законов движения, учение о центральных силах в связи с законом площадей и решение разнообразных задач о движении под действием центральных сил, в том числе о движении по прецессирующим орбитам. В своем изложении он даже не упоминает созданный им математический анализ и пользуется только разработанной им теорией пределов и классическими геометрическими методами древних. Никаких упоминаний о Солнечной системе первая книга Начал также не содержит. Королевское общество, с энтузиазмом встретившее сочинение Ньютона, оказалось, однако, неспособным финансировать его публикацию: печатание Начал взял на себя сам Халли. Опасаясь возникновения дискуссий, Ньютон передумал публиковать третью книгу Начал , посвященную математическому описанию Солнечной системы. Все же дипломатия Халли победила. В марте 1687 Ньютон выслал в Лондон текст второй книги, излагавшей учение о гидроаэродинамическом сопротивлении движущихся тел и молчаливо направленной против теории вихрей Декарта, а 4 апреля Халли получил завершающую третью книгу Начал – о системе мира. 5 июля 1687 печатание всего сочинения было завершено. Темп, в котором Халли осуществил издание Начал триста лет тому назад, может быть вполне поставлен в пример современным издательствам. Набор (с рукописи!), чтение корректур и печатание второй и третьей книг Начал , составляющих несколько более половины всего сочинения, заняли ровно четыре месяца.

При подготовке Начал к печати Халли попытался убедить Ньютона в необходимости так или иначе отметить роль Гука в установлении закона всемирного тяготения. Однако Ньютон ограничился лишь весьма двусмысленным упоминанием Гука, попытавшись своим замечанием еще и вбить клин между Гуком, Халли и Реном.

Точка зрения Ньютона на роль математических доказательств в открытиях, вообще, очень своеобразна, – по крайней мере, когда речь идет о его собственном приоритете. Так, Ньютон не только не признавал заслуг Гука в формулировке закона всемирного тяготения и постановке задачи о движении планет, но считал, что и те два предложения, которые мы называем первыми двумя законами Кеплера, принадлежат ему – Ньютону, так как именно он получил эти законы как следствия из математической теории. Кеплеру Ньютон оставлял лишь его третий закон, который только и упоминал в качестве закона Кеплера в Началах .

В наши дни приходится все же признать видную роль Гука как предшественника Ньютона в понимании механики Солнечной системы. С.И.Вавилов сформулировал эту мысль в следующих словах: «Написать Начала в XVII в. никто, кроме Ньютона, не мог, но нельзя оспаривать, что программа, план Начал был впервые набросан Гуком».

Завершив издание Начал , Ньютон, по-видимому, вновь замкнулся в своей (ал)химической лаборатории. Последние годы его пребывания в Кембридже в 1690-х были омрачены особенно глубокой психической депрессией. Кто-то окружил тогда Ньютона заботой, предупредив широкое распространение слухов о его болезни, и в результате мало что известно о действительном положении дел.

Весной 1696 Ньютон получил место хранителя (Warden) Монетного двора и переехал из Кембриджа в Лондон. Здесь Ньютон сразу же интенсивно включился в организационно-административную деятельность, под его руководством была осуществлена в 1696–1698-х громадная работа по перечеканке всей английской монеты. В 1700 он был назначен на высокооплачиваемую должность директора (Master) Монетного двора, которую занимал до своей кончины. Весной 1703 скончался Роберт Гук – непримиримый оппонент и антипод Ньютона. Смерть Гука предоставила Ньютону полную свободу в Лондонском королевском обществе, и на ближайшем же годичном собрании Ньютон был избран его президентом, заняв это кресло на четверть века.

В Лондоне он приблизился ко двору. В 1705 королева Анна возвела его в рыцарское звание. Вскоре сэр Исаак Ньютон стал общепризнанной национальной гордостью Англии. Обсуждение преимуществ его философской системы над декартовой и его приоритета по отношению к Лейбницу в открытии исчисления бесконечно малых стали непременным элементом бесед в образованном обществе.

Сам Ньютон в последние годы жизни много времени посвящал теологии и античной и библейской истории.

Скончался 31 марта 1727 холостяком на 85-ом году жизни в своем загородном доме, тайно отказавшись от причастия и оставив весьма значительное состояние. Через неделю прах его был торжественно помещен на почетное место в Вестминстерском аббатстве.

Сравнительно полное собрание сочинений Ньютона было опубликовано в Лондоне в пяти томах (1779–1785). Однако более глубоко его труды и рукописи стали изучаться лишь с середины 20 в., когда были изданы 7 томов его переписки (Correspondence , 1959–1977) и 8 томов математических рукописей (Mathematical Papers , 1967–1981). На русском языке опубликованы Математические начала натуральной философии Ньютона (первое издание – 1915/1916, последнее – 1989), его Оптика (1927) и Лекции по оптике (1945), избранные Математические работы (1937) и Замечания на книгу «Пророк Даниил и Апокалипсис св. Иоанна » (1916).

Глеб Михайлов

Известный каждому школьнику великий английский ученый появился на свет 24 декабря 1642 года по старому стилю или 4 января 1643 года по ныне действующему биография которого берет свое начало в местечке Вулсторп, графство Линкольншир, родился настолько слабым, что его долгое время не решались крестить. Однако мальчик выжил и, несмотря на слабое здоровье в детские годы, сумел дожить до преклонных лет.

Детство

Отец Исаака умер еще до его рождения. Мать, Анна Эйскоу, рано овдовев, вышла замуж еще раз, родив еще троих детей от нового мужа. Она мало уделяла внимания старшему сыну. Ньютон, биография которого в детские годы внешне вроде бы была благополучна, очень страдал от одиночества и отсутствия внимания со стороны матери.

О мальчике больше заботился его дядя, брат Анны Эйскоу. В детстве Исаак был замкнутым молчаливым ребенком, со склонностью мастерить разные технические поделки, такие, например, как и солнечные часы.

Школьные годы

В 1955 году в возрасте 12-ти лет Исаак Ньютон был отдан в школу. Незадолго до этого

умирает его отчим, и мать наследует его состояние, тут же переоформляя его на старшего сына. Школа находилась в Грэнтеме, и Ньютон жил у местного аптекаря Кларка. Во время учебы раскрылись его незаурядные способности, но мать через четыре года вернула 16-летнего юношу домой с целью возложить на него обязанности по управлению фермой.

Но сельское хозяйство - это было не его дело. Чтение книг, стихосложение, конструирование сложных механизмов - в этом был весь Ньютон. Биография его именно в этот момент определила свое направление в сторону науки. Школьный учитель Стокс, дядя Уильям и член Тринити-колледжа при Кембриджском университете Хэмфри Бабингтон объединенными усилиями добились продолжения обучения Исаака Ньютона.

Университеты

В Кембридже краткая биография Ньютона выглядит следующим образом:

• 1661 год - поступление в Тринити-колледж при университете на бесплатное обучение в качестве студента-«сайзера».
• 1664 год - успешная сдача экзаменов и перевод на следующую ступень обучения в качестве студента-«школяра», что дало ему право на получение стипендии и возможность продолжать обучение дальше.

В это же время Ньютон, биография которого зафиксировала творческий подъем и начало самостоятельной знакомится с Исааком Барроу, новым преподавателем-математиком, оказавшим сильное влияние на увлечение

В общей сложности Тринити-колледжу был отдан большой отрезок жизни (30 лет) и математика, но именно тут он совершил свои первые открытия (биномиальное разложение для произвольного рационального показателя и разложение функции в бесконечный ряд) и создал, опираясь на учения Галилея, Декарта и Кеплера, универсальную систему мира.

Годы великих достижений и славы

С началом эпидемии чумы в 1665 году занятия в колледже прекратились, и Ньютон уехал в свое поместье в Вулсторп, где и были совершенны самые существенные открытия - оптические эксперименты с цветами спектра,

В 1667 году ученый возвращается в Тринити-колледж, где продолжает свои изыскания в области физики, математики, оптики. Созданный им телескоп вызвал восторженные отзывы в Королевском обществе.

В 1705 году Ньютон, фото которого сегодня можно найти в каждом учебнике, первым был удостоен звания рыцаря именно за научные достижения. Количество открытий в разных сферах науки очень велико. Монументальные труды по математике, основам механики, в области астрономии, оптики, физики перевернули представления ученых о мире.