Исаак Ньютон

Исаак Ньютон (англ. Sir Isaac Newton (Сэр Айзек Ньютон), 4 января 1643, Вулсторп – 31 марта 1727) – выдающийся английский ученый, заложивший основы современного естествознания, создатель классической физики.
1665 – окончил Кембриджский университет (в 1669-1701 возглавлял в нем кафедру).
С 1695 – смотритель, с 1699 – директор Королевского монетного двора.
Его научные работы относятся к механике, оптике, астрономии, математики.
Сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, дисперсию света, развил корпускулярную теорию света, разработал (независимо от Г. Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисления.
Обобщив результаты исследований в области механики своих предшественников и своих собственных, создал фундаментальный труд «Математические начала натуральной философии» («Начала», лат. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), изданный в 1687 году. Она содержала основные понятия и аксиоматику классической механики, в частности понятия масса (которому Ньютон придавал большое значение как основному в механических процессах), количество движения, сила, ускорение, центростремительная сила и три закона движения (законы Ньютона): закон инерции, закон пропорциональности силы ускорению и закон действия и противодействия. Здесь же дан его закон всемирного тяготения, исходя из которого, Ньютон объяснил движение небесных тел (планет, их спутников, комет) и создал теорию тяготения. Открытие этого закона знаменовало переход от кинематического описания Солнечной системы к динамическому объяснению явлений и окончательно утвердило победу учения Коперника. Он показал, что из закона всемирного тяготения вытекают три закона Кеплера; объяснил особенности движения Луны, явление прецессии; развил теорию формы Земли, отметив, что она должна быть сжата на полюсах, теорию приливов и отливов; рассмотрел проблему создания искусственного спутника Земли и т.д.
Установил закон сопротивления и основной закон внутреннего трения в жидкостях и газах, дал формулу для скорости распространения волн.
Ньютон создал физическую картину мира, которая длительное время господствовала в науке (ньютоновская теория пространства и времени). Пространство и время он считал абсолютным, постулируя это в своих «Началах». С таким пониманием пространства и времени тесно связана его идея дальнодействия – мгновенной передачи действия от одного тела к другому на расстояние через пустое пространство без помощи материи. Ньютоновская теория дальнодействия и его схема мира господствовали до начала 20 в. Впервые ее ограниченность обнаружили Майкл Фарадей и Джеймс Клерк Максвелл, показав неприменимость ее к электромагнитным явлениям, а теория относительности, возникшая в начале 20 века, окончательно доказала ограниченность классической физики Ньютона – физики малых скоростей и макроскопических масштабов. Но специальная теория относительности не отбросила совсем закономерностей, установленных классической механикой Ньютона, а лишь уточнила и дополнила ее для случая движения со скоростями, сравнимыми со скоростью света в вакууме. "Ныне место ньютоновской схемы дальнодействующих сил, – писал Альберт Эйнштейн, – заняла теория поля, испытали изменения и его законы, но все, что было создано после Ньютона является дальнейшим органическим развитием его идей и методов".
Большой вклад внес Ньютон в оптику. В 1666 г. при помощи трехгранной стеклянной призмы он разложил белый свет на 7 цветов (в спектр), тем самым доказав его сложность (явление дисперсии), открыл хроматическую аберрацию. Пытаясь избежать аберрации в телескопах, в 1668 и 1671 сконструировал телескоп – рефлектор оригинальной системы – зеркальный (отраженный), где вместо линзы использовалось вогнутое сферическое зеркало (телескоп Ньютона). Исследовал интерференцию и дифракцию света. Изучая цвета тонких пластинок, открыл так называемые кольца Ньютона, установил закономерности в их размещении, высказал мысль о периодичности светового процесса. Пытался объяснить двойное лучепреломление и близко подошел к открытию явления поляризации. Ньютон считал свет потоком корпускул – корпускулярная теория света (но на разных этапах рассматривал возможность существования и волновых свойств света, в частности в 1675 предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно-волновую теорию света). Свои оптические исследования изложил в «Оптике» (1704).
По своему мировоззрению Ньютон был стихийным материалистом, вторым после Р. Декарта великим представителем механистического материализма в естествознании 17-18 вв. Научный мировоззрение, однако, не препятствовал Ньютону быть религиозным человеком. Физика была лишь третьим по значению захватом Ньютона после теологии и алхимии. Ньютон написал больше произведений, посвященных философии и истории христианства, чем физике.
Научное творчество Ньютона сыграло исключительно важную роль в истории развития физики. 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 все мировоззрение в целом».
В его честь названа единица сила в Международной системе единиц – Ньютон.
Ньютон был первым человеком в Англии, которую посвятили в рыцари за научные заслуги.
Член Парижской Академии Наук с 1699 года.
На его могиле выбиты слова: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов. Он исследовал разнообразие световых лучей и различные свойства цветов, которые при этом появляются, о чем раньше никто не подозревал … Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого ».
Для мира Исаак Ньютон стал эквивалентом научных заслуг. Ньютоном химии называли позже Г. Кавендиша, Ньютоном электродинамики – А. Ампера, Ньютоном 20 века – А. Эйнштейна.
Ранние годы
Исаак Ньютон, сын мелкого, но зажиточного фермера, родился в селе Вулсторп (англ. Woolsthorpe, графство Линкольншир), в год смерти Галилея и в канун гражданской войны. Отец Ньютона не дожил до рождения сына. Мальчик родился болезненным, до срока, неделю его жизнь висела на волоске (его даже долго не решались крестить). И все же он выжил, был окрещен (1 января) и назван Исааком в честь покойного отца. Факт рождения под Рождество Ньютон считал особым знаком судьбы. Несмотря на слабое здоровье в детстве, он прожил 84 года.
Ньютон искренне считал, что его род уходит шотландских дворян XV века, однако историки обнаружили, что в 1524 году его предки были бедными крестьянами. К концу XVI века семья разбогатела и перешла в разряд иоменов (Землевладельцев). В январе 1646 мать Ньютона, Анна Ейскаф (англ. Ayscough) вновь вышла замуж, от нового мужа, 63-летнего вдовца, у нее были трое детей, и ей стало не до Исаака. Заместителем мальчика стал его дядя по матери, Вильям Ейскаф. В детстве Ньютон, по отзывам современников, был молчалив, замкнут и обособлен, любил читать и мастерить технические игрушки: солнечный и водяные часы, мельницу и т.п. Всю жизнь он чувствовал себя одиноким.
Отчим умер в 1653 году, часть его наследия перешла к матери Ньютона и была сразу же оформлена ней на Исаака. Мать вернулась домой, однако основное внимание уделяла трем младшим детям и большому хозяйству; Исаак прежнему был предоставлен сам себе.
В 1655 году Ньютона отдали учиться в расположенную неподалеку школу в Грентеми, где он жил в доме аптекаря Кларка. Вскоре мальчик показал незаурядные способности, однако в 1659 году мать Анна вернула его в имение и попыталась возложить на 16-летнего сына часть дел по управлению хозяйством. Попытка не увенчалась успехом – Исаак предпочитал всем другим занятием чтение книг и конструирования различных механизмов. В это время к Анне обратился школьный учитель Ньютона Стокс и начал уговаривать ее продолжить обучение чрезвычайно одаренного сына; к этой просьбе присоединились дядя Уильям и грентемський знаком Исаака (родственник аптекаря Кларка) Гемфри Бабингтон, член кембриджского Тринити-Колледжа. Объединенными усилиями они наконец добились своего. В 1661 году Ньютон успешно окончил школу и отправился продолжить образование в оплот английского веры и учености – Кембриджский университет.
Первый опыт
3 сентября 1658 умер Оливер Кромвель, английский революционер, ненадолго стал полновластным правителем страны. В этот день над Англией пронесся сильнейший ветер. Народ говорил, что это сам дьявол прилетал за душой узурпатора! В городке Грентам, где в то время жил Ньютон, дети затеяли соревнование по прыжкам в длину. Заметив, что прыгать лучше по ветру, чем против него, Исаак обскакал всех соперников. Позже он занялся опытами: записал, на сколько футов удается прыгнуть за ветром, на сколько – против него и на какую дальность он может прыгнуть в безветренный день. Так он получил представление о силе ветра, выраженную в футах. Став знаменитым ученым, он считал эти прыжки своими первыми экспериментами.
Тринити-Колледж (1661-1664)
В июне 1661 17-летний Ньютон приехал в Кембридж. Согласно уставу, ему устроили экзамен на знание латинского языка, после чего сообщили, что он принят в Тринити-Колледж (Колледж святой Троицы) Кембриджского университета. С этим учебным заведением связаны более 30 лет жизни Ньютона.
Колледж, как и весь университет, переживал тяжелое время. Только что (1660) в Англии была восстановлена монархия, король Карл II часто задерживал предназначены выплаты университета, но не замедлил освободить значительную часть преподавательского состава, предназначенную в годы революции. Всего в Тринити-колледже проживало 400 человек, включая студентов, слуг и 20 нищих, которым по уставу колледж обязан выдавать милостыню. Учебный процесс находился в плачевном состоянии.
Ньютона зачислили в разряд студентов-«сайзерив», из которых не брали платы за обучение (вероятно, по рекомендации Бабингтона). Документальных свидетельств и воспоминаний об этом периоде его жизни сохранилось очень мало. В эти годы окончательно сложился характер Ньютона – научная скрупулезность, стремление дойти до сути, нетерпимость к обману, клеветы и угнетению, равнодушие к публичной славе. У него по-прежнему нет друзей.
В апреле 1664 Ньютон, сдав экзамены, перешел в высшую студенческую категорию «сколерив» (scholars), что дало ему право на стипендию и продолжения обучения в колледже. Несмотря на открытие Галилея, естествознание и философию в Кембридже прежнему преподавали по Аристотелю. Однако в сохранившихся тетрадях Ньютона уже упоминаются Галилей, Коперник, картезианство, Кеплер и атомистическая теория Гассенди. Судя по этим тетрадей, он продолжал мастерить (в основном научные инструменты), с увлечением занимался оптикой, астрономией, математикой, фонетикой, теорией музыки. Согласно воспоминаниям соседа по комнате, Ньютон беззаветно отдавался учебе, забывая о еде и сне; вероятно, несмотря на все трудности, это был именно тот образ жизни, которого он сам желал.
1664 в жизни Ньютона был богат и другими событиями. Ньютон переживает творческий подъем, начинает самостоятельную научную деятельность и составляет масштабный список (из 45 пунктов) нерешенных проблем в природе и человеческой жизни («Вопросник», лат. Questiones quaedam philosophicae). В дальнейшем подобные списки не раз появляются в его рабочих тетрадях. В марте этого же года на недавно основанной (1663) кафедре математики колледжа начались лекции нового преподавателя, Исаака Барроу, великого математика, будущего друга и учителя Ньютона. Интерес Ньютона к математике резко возрастает. Он делает первое значительное математическое открытие: биномиальное расписание для произвольного рационального показателя (включая отрицательные), а через нее приходит к своему главному (чрезвычайно мощного и плодотворного) математическом метода – разложения функции в бесконечный ряд. Наконец, в самом конце года Ньютон становится бакалавром. Научной опорой и вдохновителями творчества Ньютона наибольшей степени были физики: Галилей, Декарт и Кеплер. Ньютон завершил их труды, объединив в универсальную систему мира. Меньше, но существенное влияние обнаружили другие математики и физики: Евклид, Ферма, Гюйгенс, Уоллис и его непосредственный учитель Барроу. В студенческой записной книжке Ньютона является программная фраза: «В философии не может быть государя, кроме истины … Мы должны поставить памятники из золота Кеплеру, Галилею, Декарту и на каждом написать:« Платон – друг, Аристотель – друг, но главный друг – истина »
«Чумные годы» (1665-1667)
В канун Рождества 1664 году на лондонских домах стали появляться красные кресты – первые метки Великой эпидемии чумы. К лету смертоносная эпидемия значительно расширилась. 8 августа 1665 занятия в Тринити-колледже были прекращены и персонал распущен до окончания эпидемии. Ньютон уехал домой в Вулсторп, захватив с собой основные книги, тетради и инструменты.
Это были тяжелые годы для Англии – опустошительная чума (только в Лондоне погибла пятая часть населения), разрушительная война с Голландией, Великий лондонский пожар и др. Но именно в эти годы в отдаленном селе готовился будущий триумф английской науки. Существенную часть своих научных открытий Ньютон сделал в одиночестве «чумных лет». Из сохранившихся заметок видно, что 23-летний Ньютон уже свободно владел базовыми методами дифференциального и интегрального исчислений, включая разложение функций в ряды и то, что впоследствии было названо формулой Ньютона-Лейбница. Проведя ряд остроумных оптических экспериментов, он доказал, что белый цвет является смесью цветов. Позже Ньютон вспоминал об этих годах:
Но самым выдающимся его открытием в эти годы стал закон всемирного тяготения. Позднее, в 1686 году, Ньютон писал Галлею:
Неточность, упомянутая Ньютоном, вызвана тем, что размеры Земли и величину ускорения свободного падения Ньютон взял из «Механики» Галилея, где они приведены со значительной погрешностью. Позже Ньютон получил более точные данные Пикара и окончательно убедился в истинности своей теории. Общеизвестна легенда о том, что закон тяготения Ньютон открыл, наблюдая падение яблока с ветки дерева. Впервые «яблоко Ньютона» мельком упомянул биограф Ньютона Уильям Стьюкли, а популярной эта легенда стала благодаря Вольтеру. Другой биограф, Генри Пембертон, приводит соображения Ньютона (без упоминания яблоки) более подробно: «сравнивая периоды нескольких планет и их расстояния до Солнца, он обнаружил, что … эта сила должна снижаться в квадратичной пропорциональности с увеличением расстояния». Иными словами, Ньютон обнаружил, что из третьего закона Кеплера, связывающего периоды обращения планет с расстоянием до Солнца, следует именно «формула обратных квадратов» для закона тяготения (в приближении круговых орбит). Окончательная формулировка закона тяготения, который вошел в учебники, Ньютона вывел позже, после того как ему стали ясны законы механики.
Эти открытия, а также многие из более поздних, были опубликованы на 20-40 лет позже, чем были сделаны. Ньютон не гнался за славой. В 1670 году он писал Джону Коллинзу: «Я не вижу ничего желаемого в славе, даже если бы я был способен заслужить ее. Это, возможно, увеличило бы число моих знакомых, но это именно то, чего я больше всего стараюсь избегать … »Свою первую научную работу (октябрь 1666), что преподавала основы анализа, он не стал публиковать, ее нашли лишь через 300 лет.
Начало научной популярности (1667-1684)
В марте-июне 1666 Ньютон посетил Кембридж. Смельчаки, которые остались в колледже, как оказалось, не пострадали ни от чумы, ни даже от популярных тогда противочумных лекарств (включавших кори ясеня, крепкий уксус, спиртные напитки и строгую диету. Однако летом волна чумы заставила его снова уехать домой. Наконец, в начале 1667 года эпидемия отступает, и в апреле Ньютон возвращается в Кембридж. 1 октября он избран членом Тринити-колледжа, а в 1668 году становится магистром. Ему выделили пространства отдельную комнату для жилья, назначили неплохой оклад и передали группу студентов, с которыми он несколько часов в неделю добросовестно занимался стандартными учебными предметами. Впрочем, ни тогда, ни позже Ньютон не прославился как преподаватель, его лекции посещались плохо.
Упрочив свое положение, Ньютон совершил путешествие в Лондон, где незадолго до того, в 1660 году, было создано Лондонское королевское общество – авторитетная организация значительных научных деятелей, одна из первых Академий наук. Печатным органом Королевского общества был журнал «Философские труды» (лат. Philosophical Transactions).
В 1669 году в Европе стали появляться математические работы, использующие расклад в бесконечные ряды. Хотя по глубине эти открытия не шли ни в какое сравнение с ньютоновскими, Барроу настоял на том, чтобы его ученик зафиксировал свой приоритет в этом вопросе. Ньютон написал короткий, но достаточно полный конспект этой части своих открытий, который назвал «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов». Барроу переслал этот трактат в Лондон. Ньютон просил Барроу не раскрывать имя автора работы (но тот все же обмолвился). «Анализ» распространился среди специалистов и получил некоторую известность в Англии и за ее пределами.
В этом же году Барроу принял приглашение короля стать придворным капелланом и оставил преподавание. 29 октября 1669 Ньютон избран его преемником, профессором математики и оптики Тринити-Колледжа. Барроу оставляет Ньютону большую лабораторию алхимии; в этот период Ньютон всерьез увлекся алхимией, проводит массу химических опытов.
Одновременно продолжаются эксперименты по оптике и теории цвета. Ньютон исследует сферическую и хроматическую аберрации. Чтобы свести их к минимуму, он построил смешанный телескоп-рефлектор: линза и вогнутое сферическое зеркало, которое сделал и пополирував сам. Проект такого телескопа впервые предложил Джеймс Грегори (1663), однако этот замысел так и не был реализован. Первая конструкция Ньютона (1668) оказалась неудачной, но уже следующая, с тщательно отполированным зеркалом, несмотря на небольшие размеры, давала 40-кратное увеличение превосходного качества.
Слухи о новом инструменте быстро дошли до Лондона, и Ньютона приглашают показать свое изобретение научной общественности. В конце 1671 – начале 1672 прошла демонстрация рефлектора перед королем, а затем – в Королевском обществе. Аппарат вызвал общие восторженные отзывы. Ньютон становится знаменит и в январе 1672 году избирается членом Королевского общества. Позже усовершенствованные рефлекторы такой конструкции стали основными инструментами астрономов, с их помощью были открыты другие галактики, красное смещение и др. Первое время Ньютон дорожил общением с коллегами из Королевского общества, где находились Барроу, Грегори, Джон Уоллис, Роберт Гук, Роберт Бойль, Кристофер Рен и другие известные деятели английской науки. Однако вскоре начались утомительные конфликты, которых Ньютон очень не любил. В частности, разгорелся громкий полемика по поводу природы света. Уже в феврале 1672 году Ньютон опубликовал в «Philosophical Transactions» подробное описание своих классических опытов с призмами и своей теории цвета. Гук, который уже опубликовал собственную теорию цвета, заявил, что результаты Ньютона его не убедили, его поддержал Гюйгенс на том основании, что теория Ньютона «противоречит общепринятым взглядам». Ньютон ответил на их критику только через полгода, но к этому времени число критиков значительно умножилось. Особую активность проявил определенный Линус с Льежа, который атаковал Общество письмами с совершенно абсурдными возражениями против результатов Ньютона.
Лавина некомпетентных нападок вызывает у Ньютона раздражение и депрессию. Он сожалеет, доверчиво обнародовал свои открытия перед собратьями по науке. Ньютон просит секретаря Общества Ольденбурга больше не пересылать ему критических писем и зарекается на будущее: не ввязываться в научные споры. В письмах он жалуется, что поставлен перед выбором: либо не публиковать свои открытия, или тратить все время и все силы на отражения недружелюбно дилетантской критики. Наконец он выбрал первый вариант и сделал заявление о выходе из Королевского общества (8 марта 1673). Ольденбург не без труда уговорил его залишитися.Однак научные контакты с Обществом теперь сведены к минимуму.
В 1673 году произошло два важных события. Первая: королевским указом в Тринити вернулся старый друг и заместитель Ньютона, Исаак Барроу, теперь в качестве руководителя («мастера»). Вторая: математическими открытиями Ньютона заинтересовался Лейбниц, известный на тот момент как философ и изобретатель. Получив труд Ньютона 1669 году по бесконечным рядам и глубоко его изучив, он дальше самостоятельно начинает развивать свою версию анализа. В 1676 году Ньютон и Лейбниц обменялись письмами, в которых Ньютон разъяснил ряд своих методов, ответил на вопросы Лейбница и намекнул на существование еще более общих методов, пока не опубликованных (имелось в виду общее дифференциальное и интегральное исчисление). Секретарь Королевского общества Генри Ольденбург настойчиво просил Ньютона в славу Англии опубликовать свои математические открытия по анализу, но Ньютон ответил, что уже пять лет как занимается другой темой и не стремится отвлекаться. На очередное письмо Лейбница Ньютон не ответил. Первая короткая публикация по ньютоновском варианта анализа появилась только в 1693 году, когда вариант Лейбница уже широко распространился по Европе.
Конец 1670-х годов был печальный для Ньютона. В мае 1677 неожиданно умер 47-летний Барроу. Зимой этого же года в доме Ньютона возник сильный пожар, и часть рукописного архива Ньютона сгорела. В 1678 году умер секретарь Королевского Общества Ольденбург, и новым секретарем стал Гук, что относился к Ньютона неприязненно. В 1679 году тяжело заболела мать Анна; Ньютон приехал к ней, принимал активное участие в уходе за больным, но состояние матери быстро ухудшалось, и она умерла. Мать и Барроу были в числе некоторых людей, скрашивали одиночество Ньютона.
Математические начала натуральной философии (1684-1686)
История создания этого труда, знаменитого в истории науки наряду с «Началами» Евклида, начинается в 1682, когда прохождение кометы Галлея вызвало подъем интереса к небесной механики. Эдмонд Галлей пытался уговорить Ньютона опубликовать его «общую теорию движения», о которой уже давно ходили слухи в ученом сообществе. Ньютон отказался. Он вообще неохотно отвлекался от своих исследований ради мешкотно дела издание научных трудов.
В августе 1684 Галлей приехал в Кембридж и рассказал Ньютону, что они с Реном и Гуком обсуждали, как из формулы закона тяготения вывести эллиптичность орбиты планет, но не знали, как подступиться к решению. Ньютон сообщил, что у него уже есть такое доказательство, и в ноябре направил Галлею готова рукопись. Тот сразу оценил значение результата и метода, немедленно вновь посетил Ньютона и на этот раз сумел уговорить его опубликовать свои открытия. 10 декабря 1684 в протоколах Королевского общества появился исторический запись:

Господин Галлей … недавно видел в Кембридже м-ра Ньютона, и тот показал ему интересен трактат «De motu» [О движении].
По желанию п. Галлея, Ньютон обещал послать упомянутый трактат в Общество.

Работа над книгой шла в 1684-1686 годах. По воспоминаниям Гемфри Ньютона, родственника ученого и его помощника в эти годы, сначала Ньютон писал «Начала» в перерывах между опытами по алхимии, которым уделял основное внимание, потом постепенно увлекся и с воодушевлением посвятил себя работе над главной книгой своей жизни.
Публикацию предполагалось осуществить на средства Королевского общества, но в начале 1686 Общество выдало трактат по истории рыб, который не имел спроса, и тем самым истощило свой бюджет. Тогда Галлей объявил, что он берет расходы по изданию на себя. Общество с благодарностью приняло эту великодушное предложение и в качестве частичной компенсации бесплатно предоставила Галлею 50 экземпляров трактата по истории рыб.
Труд Ньютона – возможно, по аналогии с «Началами философии Декарта (1644) – получила название« Математические начала натуральной философии »(лат. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), т.е., современным языком,« Математические основы физики ».
28 апреля 1686 первый том «Математических начал» был представлен Королевскому обществу. Все три тома, после некоторого авторского исправления, вышедшие в 1687 году. Тираж (около 300 экземпляров) был распродан за 4 года – для того времени очень быстро. Два экземпляра этого редчайшего издания хранятся в России, один из них Королевское общество в годы войны (1943) подарило Академии наук СССР на празднование 300-летнего юбилея Ньютона. Как физическое, так и математический уровень труда Ньютона совершенно несопоставимые с работами его предшественников. В нем отсутствует аристотелева или декартова метафизика, с ее туманными рассуждениями и неясно сформулированными, часто надуманными «первопричинами» природных явлений. Ньютон, например, не провозглашает, что в природе действует закон тяготения, он строго доказывает этот факт, исходя из наблюдаемой картины движения планет и их спутников. Метод Ньютона – это создание модели явления, «не выдумывая гипотез», а потом уже, если данных достаточно, поиск его причин. Такой подход, начало которому было положено Галилеем, означал конец старой физики. Качественное описание природы уступил место количественном – значительную часть книги занимают расчеты, чертежи и таблицы.
В своей книге Ньютон понятно определил базовые понятия механики, причем ввел несколько новых, включая такие важнейшие физические величины, как масса, внешняя сила и количество движения. Сформулированы три закона механики. Приводится строгий вывод из закона притяжения всех трех законов Кеплера. Описаны и неизвестные Кеплеру гиперболические и параболические орбиты небесных тел.
Слабым местом теории тяготения Ньютона, по мнению многих ученых, было отсутствие объяснения природы этой силы. Ньютон изложил только математический аппарат, оставив открытыми вопросы о причине тяготения и его материального носителя. Для научной общественности, воспитанной на философии Декарта, это был необычный и дерзкий подход, и только триумфальный успех небесной механики в XVIII веке заставил физиков временно примириться с ньютоновской теорией. Физические основы тяготения прояснились только спустя более чем два века, с появлением Общей теории относительности.
Математический аппарат и общую структуру книги Ньютон построил максимально близкими к тогдашнему стандарта научной строгости – «Начал» Евклида. Математический анализ он сознательно почти нигде не использовал – применение новых, непривычных методов поставило бы под угрозу доверие к изложенных результатов. Эти соображения, однако, обесценили ньютоновских метод изложения для следующих поколений читателей. Книга Ньютона была первой работой с новой физики и одновременно одним из последних серьезных работ, использующих старые методы математического исследования. Все последователи Ньютона уже использовали созданные им мощные методы математического анализа. Крупнейшими непосредственными продолжателями дела Ньютона стали Д'Аламбер, Эйлер, Лаплас, Клеро и Лагранж.
При жизни автора книга выдержала три издания. Слава Ньютона становится всемирной.
В зените славы (1687-1703)
В 1689 году, после свержения власти короля Якова II, Ньютон был в первый раз избран в парламент от Кембриджского университета и заседал там больше года. Второе избрание состоялось в 1701-1702 годах. Существует популярный анекдот о том, что он взял слово для выступления в палате общин только один раз, попросив закрыть окно во избежание сквозняка. На самом деле Ньютон выполнял свои парламентские обязанности с той же добросовестностью, с которой он относился ко всем своим делам.
Около 1691 Ньютон серьезно заболел (скорее всего, отравился в ходе химических опытов, хотя есть и другие версии – переутомление, потеря важных результатов при пожаре и возрастные болезни). Близкие опасались за его рассудок; несколько сохранившихся его писем этого периода действительно свидетельствуют о душевном расстройстве. Только в конце 1693) здоровья Ньютона полностью восстановилось.
В 1679 году Ньютон познакомился в Тринити с 18-летним аристократом, любителем науки и алхимии, Чарльзом Монтегю (1661-1715). Вероятно, Ньютон сделал на Монтегю сильнейшее впечатление, потому что в 1696 году, став лорда Галифакса, президентом Королевского общества и канцлером Казначейства (т.е. министром финансов Англии), Монтегю предложил королю назначить Ньютона смотрителем Монетного двора. Король дал свое согласие, и в 1696 году Ньютон занял эту должность, покинул Кембридж и переехал в Лондон. С 1699 года он становится управляющим («мастером») Монетного двора.
Для начала Ньютон досконально изучил технологию монетного производства, упорядочил документооборот, переделал учет за последние 30 лет. Одновременно Ньютон энергично и квалифицированно способствовал проведенной Монтегю денежной реформе, восстановив доверие к основательно запущенной его предшественниками монетной системе Англии. Инфляция в стране резко снизилась. Серебряную монету, ранее неповновагу, начали делать на специальных станках и по ободку их шел надпись, так что преступное стачивания металла стало невозможным. Старая, неповновага серебряная монета за 2 года была полностью изъята из обращения и перечеканенные, выпуск новых монет вырос, чтобы успевать за потребностью в них, качество их улучшилось.
Однако честный и компетентный человек во главе Монетного двора устраивал не всех. С первых же дней на Ньютона посыпались жалобы и доносы, постоянно появлялись комиссии по проверке. Как выяснилось, многие доносов поступали от фальшивомонетчиков, раздраженных ньютоновскими реформами. Ньютон, как правило, безразлично относился к сквернословие, но никогда не прощал, если оно касалось его чести и репутации. Он лично принимал участие в десятках расследований, и более 100 фальшивомонетчиков были выслежен и осуждены, при отсутствии отягчающих обстоятельств их зачастую ссылали в североамериканские колонии, но несколько главарей были казнены. Число фальшивых монет в Англии резко сократилось.
В апреле 1698 Монетный двор в ходе «Великого посольства» посетил российский император Петр I; к сожалению, подробности его визита и общения с Ньютоном не сохранились. Известно, однако, что в 1700 году в России была проведена монетная реформа, подобная английского. А в 1713 году первые шесть печатных экземпляров 2-го издания «Начал» Ньютон послал императору Петру в Россию.
Символом научного триумфа Ньютона стали два события 1699: началось преподавание системы мира Ньютона в Кембридже (с 1704 года – и в Оксфорде), а Парижская академия наук, оплот его оппонентов-картезианцев, избрала его своим иностранным членом. В 1703 году умер тогдашний президент Королевского общества лорд Джон Сомерс, который за 5 лет своего президентства посетил заседание Общества лишь дважды. В ноябре Ньютон был избран его преемником и управлял Обществом до конца жизни – более двадцати лет. В отличие от своих предшественников, он лично присутствовал на всех заседаниях и сделал все для того, чтобы британская Академия заняла почетное место в научном мире. Число членов Общества росло (среди них, кроме Галлея, можно выделить Дэнни Папена, Абрахама де Муавра, Роджера Котса, Брука Тейлора и др.), проводились и обсуждались интересные эксперименты, качество журнальных статей значительно улучшилось, финансовые проблемы были смягчены. Общество обзавелось платными секретарями и собственной резиденцией (на Флит-стрит), расходы на переезд Ньютон оплатил из своего кармана. В эти годы Ньютона часто приглашают в качестве консультанта в разные правительственные комиссии, а принцесса Каролина, будущая королева Великобритании, часами ведет с ним во дворце беседы на философские и религиозные темы.
Последние годы
В 1704 году вышла в свет (сначала на английском языке) монография «Оптика», определявшей развитие этой науки в начале XIX века. Она содержала приложение «О квадратуре кривых» – первый и достаточно полное изложение ньютоновской версии математического анализа. Фактически это последняя работа Ньютона по естественным наукам, хотя он прожил еще более 20 лет. Каталог оставленной им библиотеки содержал книги в основном по истории и теологии, и именно этим занятием Ньютон посвятил остаток жизни. Ньютон оставался управляющим Монетного двора, поскольку этот пост, в отличие от должности смотрителя, требовал от него особой активности. Дважды в неделю он ездил на Монетный двор, раз в неделю – на заседание Королевского общества. Ньютон так никогда и не сделал путешествия за пределы английского острова.
В 1705 году королева Анна подняла Ньютона в рыцарское достоинство. Отныне он сэр Исаак Ньютон. Впервые в английской истории звание рыцаря было присвоено за научные заслуги. Ньютон обзавелся собственным гербом и (не очень достоверным) родословной.
В 1707 году вышел сборник математических работ Ньютона «Универсальная арифметика». Приведенные в ней численные методы ознаменовали рождение новой перспективной дисциплины – численного анализа.
В 1708 году начинается открытая приоритетная спор с Лейбницем, в которую были вовлечены даже царствующие лица. Эти бессмысленные дрязги двух гениев дорого обошлись науке – английская математическая школа вскоре увяла на целый век, а европейская – проигнорировала многие выдающиеся идей Ньютона, перевидкрившы их много позже. Конфликт не погасила даже смерть Лейбница (1716). Первое издание «Начал» Ньютона давно были раскуплены. Многолетний труд Ньютона по подготовке 2-го издания, уточненного и дополненного, увенчался успехом в 1710 году, когда вышел первый том нового издания (последний, третий – в 1713 году). Начальный тираж (700 экземпляров) оказался явно недостаточным, в 1714 и 1723 годах было допечатки. При доработке второго тома Ньютону, в виде исключения, пришлось вернуться к физике, чтобы объяснить расхождение теории с опытными данными, и он сразу же сделал великое открытие – гидродинамическое сжатие струи. Теперь теория хорошо согласовывалась с экспериментом. Ньютон добавил в конец книги «Поучения» с сокрушительной критикой «теории вихрей», с помощью которой его оппоненты-картезианцы пытались объяснить движение планет. На естественный вопрос «а как на самом деле?» В книге следует знаменитая и честный ответ: «Причину … свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не выдумываю».
В апреле 1714 Ньютон обобщил свой опыт финансового регулирования и передал в казначейство свою статью «Наблюдения о ценности золота и серебра». В статье содержались конкретные предложения по корректировке стоимости драгоценных металлов. Эти предложения были частично приняты, и это благоприятно сказалось на английской экономике. Последние годы жизни Ньютон посвятил написанию «Хронологии древних царств», которой занимался около 40 лет, и подготовкой третьего издания «Начал». Третье издание вышло в 1726 году; в отличие от второго, изменения в нем были невелики – в основном результаты новых астрономических наблюдений, включая достаточно полный справочник по кометах, идущих с XIV века. Среди других была представлена рассчитана орбита кометы Галлея, новое появление которой в указанное время (1758 год) наглядно подтвердило теоретические расчеты (к тому времени уже покойных) Ньютона и Галлея. Тираж книги для научного издания тех лет мог считаться огромным: 1250 экземпляров.
В 1725 году здоровье Ньютона начало заметно ухудшаться (каменная болезнь), и он переселился в Кенсингтон неподалеку от Лондона, где и умер ночью, во сне, 20 (31) Март 1727. По указу короля похоронен в Вестминстерском аббатстве.