Чтение онлайн

Исаак Ньютон родился в рождественский день 1642 г. на семейной ферме в имении Вулсторп в Линкольншире. Его отец, неграмотный йомен (мелкий землевладелец), умер вскоре после рождения сына. У матери было более высокое положение в обществе, она была джентри (мелкопоместная дворянка), а ее брат закончил Кембриджский университет и стал священником. Когда Ньютону было три года, его мать снова вышла замуж и уехала из Вулсторпа, оставив сына на попечение бабушки. С десяти лет Ньютон посещал королевскую школу, занимавшую одну комнату в городке Грэнтем, в двенадцати километрах от Вулсторпа. Там он жил в доме местного аптекаря. В Грэнтеме он изучал латынь и теологию, арифметику и геометрию, немного греческий и древнееврейский.

В возрасте семнадцати лет Ньютона вернули домой, чтобы он занялся фермерством, но выяснилось, что для этого занятия он совершенно не подходит. Через два года его отправили в Тринити-колледж Кембриджского университета, где он стал студентом-сайзером, то есть с него не брали плату за обучение, проживание и питание, но он должен был выполнять различные работы в колледже и прислуживать тем студентам, которые имели возможность оплачивать свои счета. Как и Галилей в Пизе, Ньютон начал свое образование с изучения трудов Аристотеля, но вскоре углубился в собственные разработки. На втором курсе он стал вести серию заметок под названием «Вопросник» (Questiones quandam philosophicae) в тетради, в которой ранее делал заметки о работах Аристотеля и которая, к счастью, сохранилась до наших дней.

В декабре 1663 г. Кембриджский университет получил пожертвование от Генри Лукаса, члена английского парламента, учредившего именную профессуру – должность Лукасовского профессора математики – со стипендией lb100 в год. Начиная с 1664 г. эту должность занимал Исаак Барроу, первый профессор математики в Кембридже, который был на двенадцать лет старше Ньютона. Примерно в это время Ньютон начал изучать математику под началом Барроу и самостоятельно, а также получил степень бакалавра искусств. В 1665 г. чума поразила Кембридж, университет был практически закрыт, и Ньютон уехал домой в Вулсторп. В эти годы, начиная с 1664 г., он начал свои научные исследования, о которых мы поговорим ниже.

Вернувшись в 1667 г. в Кембридж, Ньютон был избран в братство Тринити-колледжа, что давало ему lb2 в год и право свободно пользоваться библиотекой колледжа. Он много работал с Барроу, помогая ему записывать лекции. Затем, в 1669 г. Барроу освободил должность Лукасовского профессора математики, чтобы полностью посвятить себя теологии. По предложению Барроу должность перешла к Ньютону, который, получив финансовую поддержку от матери, начал жить на широкую ногу, покупая новую одежду, мебель и даже немного увлекшись азартными играми {248} .

А незадолго до этого, сразу же после реставрации монархии Стюартов в 1660 г., несколько лондонцев, в том числе Бойль, Гук, а также астроном и архитектор Кристофер Рен, создали научное общество, где собирались, чтобы обсуждать вопросы натурфилософии и наблюдать за демонстрацией экспериментов. Вначале в нем был только один иностранец – Христиан Гюйгенс. В 1662 г. общество получило королевскую грамоту и стало называться Лондонским королевским обществом. Оно сохранилось до наших дней как Британская национальная академия наук. В 1672 г. Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества, а позже стал его президентом.

В 1675 г. Ньютон столкнулся с кризисной ситуацией. После восьми лет членства в братстве Тринити-колледжа он, как и все другие братья в колледже Кембриджа, должен был принять духовный сан в англиканской церкви. Для этого требовалось поклясться в вере в Святую Троицу, но для Ньютона, который отверг решение Никейского собора о том, что Бог-отец и Бог-сын являются единым целым, это было невозможно. К счастью, документ, по которому была учреждена должность Лукасовского профессора математики, включал оговорку о том, что человек, ее занимающий, не обязан каким-либо образом заниматься делами церкви. На этом основании король Карл II выпустил указ о том, что от занимающего должность Лукасовского профессора математики впредь не должны требовать вступления в духовный сан. Таким образом, Ньютон и дальше мог оставаться в Кембридже.

А теперь перейдем к той огромной работе, которую в 1664 г. Ньютон начал в Кембридже. Эти исследования включали в себя оптику, математику и то, что позже было названо динамикой. Работы Ньютона в каждой из названных областей характеризуют его как одного из величайших ученых в истории.

Главные экспериментальные достижения Ньютона касались оптики {249} . Студенческий «Вопросник» (Questiones quandam philosophicae) характеризует своего автора как ученого, заинтересовавшегося природой света. В отличие от Декарта, Ньютон пришел к заключению, что свет не оказывает никакого давления на глаза, поскольку, если бы это было так, небо казалось бы нам более ярким, когда мы бежим. В 1665 г. в Вулсторпе он внес свой величайший вклад в оптику – создал теорию цвета. Еще со времен античности известно, что, когда свет проходит через искривленное стекло, появляются различные цвета, но считалось, что эти цвета каким-то образом производятся самим стеклом. Ньютон предположил, что белый свет состоит из всех цветов одновременно, а угол преломления луча в стекле или воде зависит от его цвета. Например, для красного цвета он немного меньше, чем для синего, поэтому лучи разного цвета разделяются, когда свет проходит через призму или каплю воды {250} . Это объясняло то, чего не понимал Декарт, – появление цветов радуги. Чтобы проверить эту идею, Ньютон провел два важных эксперимента. Во-первых, использовав призму, чтобы выделить лучи синего или красного цвета, Ньютон попытался еще раз пропустить их через другие призмы и увидел, что дальнейшего разложения на новые цвета не происходит. Затем, расставив призмы определенным образом, он сумел соединить обратно все цвета, которые получаются при преломлении белого цвета, и увидел, что при этом снова получается белый цвет.

Зависимость угла преломления от цвета имела одно неприятное свойство: стеклянные линзы телескопов, которые были у Галилея, Кеплера и Гюйгенса, фокусировали различные цвета белого по-разному, искажая изображения далеких объектов. Чтобы избежать этой хроматической аберрации, Ньютон в 1669 г. изобрел телескоп, где свет первоначально фокусировался с помощью вогнутого зеркала, а не с помощью линзы (затем плоское зеркало направляло лучи из трубы телескопа в окуляр, состоящий из линзы, из-за чего не от всей хроматической аберрации удалось избавиться). С помощью телескопа-рефлектора длиной всего 15 см Ньютону удалось добиться увеличения в 40 раз. Все основные современные астрономические оптические телескопы – это телескопы-рефлекторы, потомки того, который изобрел Ньютон. Когда я побывал в сегодняшней штаб-квартире Лондонского королевского общества в Карлтон-Хаус-Террас, в качестве поощрения меня провели в подвальный этаж, чтобы взглянуть на маленький телескоп Ньютона, второй из тех, что он сделал.

В 1671 г. Генри Олденбург, секретарь и духовный лидер Королевского общества, предложил Ньютону опубликовать описание своего телескопа. Ньютон поместил письмо с этим описанием и свою работу о цвете в «Философские записки королевского общества» в начале 1672 г. После этого разгорелась полемика по поводу значимости и оригинальности работы Ньютона, в которой особое участие принимал Гук, бывший с 1662 г. куратором экспериментов при Королевском обществе и с 1664 г. читавший лекции по механике, профинансированные сэром Джоном Кутлером (так называемые «кутлеровские лекции»). Гук не был слабым оппонентом. Он сам внес значительный вклад в развитие астрономии, микроскопии, часового механизма, механики и градостроительства. Гук заявлял, что сам проводил такие же эксперименты со светом, как и Ньютон, и что они не доказывают ничего – призма просто добавляет цвета к белому свету.

В 1675 г. в Лондоне Ньютон прочитал лекцию по своей теории света. Он предполагал, что свет, как и любое вещество, состоит из множества маленьких частиц, что противоречило точке зрения, которой в то время придерживались Гук и Гюйгенс (о том, что свет – это волна). Это был один из тех случаев, когда научное чутье Ньютона подводило его. Существовало множество наблюдений, доказывающих волновую природу света. Действительно, в современной квантовой механике свет описывается как совокупность не имеющих массы частиц, которые называются фотонами, но в свете, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни, количество фотонов огромно, и вследствие этого свет ведет себя как волна.

В своей работе «Трактат о свете», вышедшей в 1678 г., Гюйгенс описал свет как волну возмущений в среде, эфире, состоящем из огромного количества мельчайших материальных частиц, располагающихся в тесном соседстве. Как и волна в океане в области больших глубин не перемещает воду вдоль поверхности океана, а лишь вызывает ее вертикальные колебания, так и свет, по теории Гюйгенса, – это волна возмущений среди частиц эфира, которая движется вдоль луча света, но сами частицы при этом вдоль луча не перемещаются. Каждая затронутая частица становится новым источником возмущения, что создает общую амплитуду волны. Конечно, после работ Джеймса Клерка Максвелла в XIX в. мы знаем (даже если отвлечься от квантовых эффектов), что Гюйгенс был прав только наполовину: свет – это действительно волна, но волна возмущений в электрическом и магнитном поле, а не волна возмущений материальных частиц.