Есть в истории науки имена и творения, которые не только составили эпоху в развитии знаний и техники, но и сохранили на века свое непреходящее значение. К ним по праву принадлежит имя Исаака Ньютона - величайшего английского физика, математика, астронома. Гений Ньютона раскрыл многие тайны природы, осветил человечеству новые горизонты мироздания.
В бессмертном труде «Математические начала натуральной философии», увидевшем свет в 1687 году, Ньютон сформулировал три закона движения, составивших основу классической механики и физики, изложил свою теорию всемирного тяготения, связавшую в единую семью бег небесных светил - Солнца, планет, комет. Ньютон создал новую, механическую систему мира. В этом его великий научный подвиг.
Огромен его вклад и в оптику, математику: он выдвинул гипотезу о свете как потоке особых частиц, открыл в разнообразной гамме цветов простые, монохроматические лучи, создал, наряду с Лейбницем, метод дифференциального и интегрального исчисления.
Открытия Ньютона выдержали самую суровую проверку. Проверку временем, практикой. Прогресс естествознания, его революционные преобразования создали новые, более общие и совершенные концепции, включившие в себя законы Ньютона, которые являются такой же первоосновой практической деятельности людей, как геометрия Евклида и гидростатика Архимеда.
Открытия Ньютона имели огромное значение. Он продолжил и завершил дело, начатое Коперником и Галилеем. Недаром на вопрос о том, как ему удалось сделать столь значительные открытия, Ньютон ответил: «Я стоял на плечах гигантов».
Оценку богословским изысканиям Ньютона дал выдающийся французский философ Поль Гольбах. «….Великий Ньютон, - писал он, - становится просто ребенком, когда, покинув физику и очевидные факты, углубляется в фантастический мир теологии».
Некоторые пытаются истолковать великое научное наследие Ньютона в религиозном духе, доказать на его примере гармонию науки и религии, но научные взгляды и религиозные представления у Ньютона не образовывали подлинного согласия, единства. И не религиозные взгляды составили его славу и величие. Сейчас любой двоечник знает имя Ньютона и открытые его гением законы природы. А его истолкование библейских пророчеств не представляет особого интереса.
Величие и бессмертие Исаака Ньютона состоит в том гигантском шаге, который сделало человечество с помощью его научного творчества на пути победного шествия разума, на пути познания мира.
Исаак Ньютон появился на свет 4 января 1643 года в небольшой британской деревушке Вулсторп, располагавшейся на территории графства Линкольншир. Хилый, преждевременно покинувший лоно матери мальчик пришел в этот мир накануне Английской гражданской войны, вскоре после смерти своего отца и незадолго до празднования Рождества.
Ребенок был настолько слабым, что на протяжении долгого времени его даже не крестили. Но все же маленький Исаак Ньютон, названный так в честь своего отца, выжил и прожил очень долгую для семнадцатого века жизнь – 84 года.
Отец будущего гениального ученого был мелким фермером, однако довольно успешным и состоятельным. После смерти Ньютона-старшего его семья получила несколько сотен акров полей и лесных угодий с плодородной почвой и внушительную сумму размером в 500 фунтов стерлингов.
Мать Исаака, Анна Эйскоу, вскоре снова вышла замуж и родила своему новому супругу троих детей. Анна уделяла больше внимания младшим отпрыскам, а воспитанием ее первенца поначалу занималась бабушка Исаака, а потом его дядя Уильям Эйскоу.
В детстве Ньютон увлекался живописью, поэзией, самозабвенно изобретал водяные часы, ветряную мельницу, мастерил бумажных змеев. При этом он по-прежнему был весьма болезненным, а также крайне необщительным: веселым играм со сверстниками Исаак предпочитал собственные увлечения.
Физик в молодости Когда ребенка отправили в школу, его физическая слабость и плохие коммуникативные навыки однажды даже стали причиной того, что мальчика избили до полуобморочного состояния. Это унижение Ньютон стерпеть не мог. Но, конечно, в одночасье приобрести атлетическую физическую форму он не мог, поэтому мальчик решил тешить свое самоуважение иначе.
Если до этого случая он достаточно плохо учился и явно не был любимчиком учителей, то после начал серьезно выделяться по успеваемости среди своих одноклассников. Постепенно он стал лучшим учеником, а также еще серьезнее, чем до этого, начал интересоваться техникой, математикой и удивительными, необъяснимыми явлениями природы.
Когда Исааку исполнилось 16 лет, мать забрала его обратно в поместье и попыталась возложить на повзрослевшего старшего сына часть забот по ведению хозяйства (второй муж Анны Эйскоу к тому времени тоже скончался). Однако парень только и занимался тем, что конструировал хитроумные механизмы, «проглатывал» многочисленные книги и писал стихи.
Школьный учитель молодого человека, мистер Стокс, а также его дядя Уильям Эйскоу и знакомый Хэмфри Бабингтон (по совместительству – член Кембриджского Тринити-колледжа) из Грэнтема, где будущий всемирно известный ученый посещал школу, уговорили Анну Эйскоу позволить одаренному сыну продолжить обучение. В результате коллективных уговоров в 1661 году Исаак завершил учебу в школе, после чего успешно выдержал вступительные экзамены в Кембриджский университет.
Начало научной карьеры
Как студент Ньютон имел статус «sizar». Это означало, что он не платил за свое образование, однако должен был выполнять в университете разноплановые работы, либо оказывать услуги более богатым студентам. Исаак мужественно выдержал это испытание, хотя по-прежнему крайне не любил чувствовать себя угнетенным, был нелюдим и не умел заводить друзей.
В то время философию и естествознание в знаменитом на весь мир Кембридже преподавали по , хотя на тот момент миру уже были продемонстрированы открытия Галилея, атомистическая теория Гассенди, смелые труды Коперника, Кеплера и других выдающихся ученых. Исаак Ньютон с жадностью поглощал всю возможную информацию по математике, астрономии, оптике, фонетике и даже теории музыки, какую только мог найти. При этом он нередко забывал про еду и сон.
Исаак Ньютон изучает преломление света Самостоятельную научную деятельность исследователь начал в 1664 году, составив перечень из 45 проблем в человеческой жизни и природе, которые пока не были решены. Тогда же судьба свела студента с одаренным математиком Исааком Барроу, который начал работать на математической кафедре колледжа. Впоследствии Барроу стал его учителем, а также одним из немногих друзей.
Еще сильнее заинтересовавшись математикой благодаря одаренному преподавателю, Ньютон выполнил биномиальное разложение для произвольного рационального показателя, которое стало его первым блестящим открытием в математической области. В том же году Исаак получил звание бакалавра.
В 1665-1667 годах, когда по Англии прокатилась чума, Великий Лондонский пожар и крайне затратная война с Голландией, Ньютон ненадолго осел в Вусторпе. В эти годы он направил свою основную деятельность на открытие оптических тайн. Пытаясь выяснить, как избавить линзовые телескопы от хроматической аберрации, ученый пришел к исследованию дисперсии. Суть экспериментов, которые ставил Исаак, была в стремлении познать физическую природу света, и многие из них до сих пор проводят в учреждениях образования.
В результате Ньютон пришел к корпускулярной модели света, решив, что его можно рассматривать как поток частиц, которые вылетают из некоторого источника света и осуществляют прямолинейное движение до ближайшего препятствия. Такая модель хоть и не может претендовать на предельную объективность, однако стала одной из основ классической физики, без которой не появились бы и более современные представления о физических явлениях.
Среди любителей собирать интересные факты давно бытует заблуждение о том, что этот ключевой закон классической механики Ньютон открыл после того, как ему на голову упало яблоко. В действительности Исаак планомерно шел к своему открытию, что понятно из его многочисленных записей. Легенду о яблоке популяризовал авторитетный в те времена философ Вольтер.
Научная известность
В конце 1660-ых годов Исаак Ньютон вернулся в Кембридж, где получил статус магистра, собственную комнату для жизни и даже группу юных студентов, у которых ученый стал преподавателем. Впрочем, преподавание явно не было «коньком» одаренного исследователя, и посещаемость его лекций заметно хромала. Тогда же ученый изобрел телескоп-рефлектор, который прославил его и позволил Ньютону вступить в Лондонское королевское общество. Посредством данного приспособления было сделано множество потрясающих астрономических открытий.
В 1687 году Ньютон опубликовал, пожалуй, самую важную свою работу – труд под названием «Математические начала натуральной философии». Исследователь и до этого издавал свои труды, но этот имел первостепенное значение: он стал основной рациональной механики и всего математического естествознания. Здесь содержался хорошо всем известный закон всемирного тяготения, три известных до сих пор закона механики, без которых немыслима классическая физика, вводились ключевые физические понятия, не подвергалась сомнениям гелиоцентрическая система Коперника.
По математическому и физическому уровню «Математические начала натуральной философии» были на порядок выше, чем изыскания всех ученых, работавших над этой проблемой до Исаака Ньютона. Здесь не было недоказанной метафизики с пространными рассуждениями, безосновательными законами и неясными формулировками, которой так грешили работы Аристотеля и Декарта.
В 1699 году, когда Ньютон работал на административных должностях, в университете Кембриджа начали преподавать его систему мира.
Личная жизнь
Женщины ни тогда, ни с годами не проявляли особой симпатии к Ньютону, и за всю свою жизнь он ни разу не женился.
Смерть великого ученого наступила в 1727 году, причем на его похороны собрался практически весь Лондон.
Законы Ньютона
- Первый закон механики: всякое тело покоится или остается в состоянии равномерного поступательного движения, пока этот состояние не будет скорректировано приложением внешних сил.
- Второй закон механики: изменение импульса пропорционально приложенной силе и осуществляется по направлению ее воздействия.
- Третий закон механики: материальные точки взаимодействуют друг с другом по прямой, их соединяющей, с равными по модулю и противоположными по направлению силами.
- Закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками пропорциональна произведению их масс, умноженному на гравитационную постоянную, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими точками.
Цельная картина мира, созданная великим английским ученым Исааком Ньютоном, до сих пор поражает ученых. Заслуга Ньютона в том, что открытым им законам подчиняются как громадные небесные тела, так и мельчайшие песчинки, гонимые ветром.
Исаак Ньютон родился в Англии 4 января 1643 года. В 26 лет он стал профессором математики и физики и 27 лет занимался преподаванием. В первые годы своей научной деятельности он заинтересовался оптикой, где сделал немало открытий. Им был собственноручно изготовлен первый зеркальный телескоп, который увеличивал в 40 раз (по тем временам величина немалая).
С 1676 года Ньютон занялся изучением механики. Основные открытия в этой области ученый изложил в монументальном труде «Математические начала натуральной философии». В «Началах» было рассказано все, что было известно о простейших формах движения материи. Учение Ньютона о пространстве, массе и силе имело огромное значение для дальнейшего развития физики. Только открытия 20 века, в особенности Эйнштейна, показали ограниченность законов, на которых была построена теория классической механики Ньютона. Но несмотря на это, классическая механика не потеряла своего практического значения.
Исаак Ньютон изложил закон всемирного тяготения и три закона механики, ставшие основой классической механики. Он дал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики. Он разработал дифференциальное и интегральное исчисление, сделал много открытий в науке оптике и теории цвета, разработал ряд других математических и физических теории. Научные труды Ньютона намного опередили общий научный уровень его времени, и поэтому многие из них были малопонятны современникам. Многие его гипотезы и предсказания оказались пророческими, например, отклонение света в поле тяготения, явление поляризации света, взаимопревращение света и вещества, гипотеза о сплюснутости Земли у полюсов и др.
На могиле великого ученого высечены следующие слова:
«Здесь покоится
Сэр Исаак Ньютон,
Который почти божественной силой своего ума
Впервые объяснил
Помощью своего математического метода
Движения и формы планет,
Пути комет, приливы и отливы океана.
Он первый исследовал разнообразие световых лучей
И проистекающие отсюда особенности цветов,
Каких до того времени никто даже не подозревал.
Прилежный, проницательный и верный истолкователь
Природы, древностей и священного писания,
Он прославил в своем учении Всемогущего Творца.
Требуемую Евангелием простоту он доказал своей жизнью.
Пусть смертные радуются, что в их среде
Жило такое украшение человеческого рода.
Англичанин, которого многие считают вообще величайшим ученым всех времен и народов. Родился в семье мелкопоместных дворян в окрестностях г. Вулсторпа (графство Линкольншир, Англия). Отца в живых не застал (тот умер за три месяца до рождения сына). Вступив в повторный брак, мать оставила двухлетнего Исаака на попечение его бабушки. Своеобразное эксцентричное поведение уже взрослого ученого многие исследователи его биографии как раз и приписывают тому факту, что до девятилетнего возраста, когда последовала смерть его отчима, мальчик был полностью лишен родительской заботы.
Какое-то время юный Исаак изучал премудрости сельского хозяйства в ремесленном училище. Как это часто случается с великими впоследствии людьми, о его чудачествах в ту раннюю пору его жизни до сих пор ходит масса легенд. Так, в частности, рассказывают, будто однажды его отправили на выпас сторожить скот, который благополучно разбрелся в неизвестном направлении, пока мальчик сидел под деревом и увлеченно читал заинтересовавшую его книгу. Так это или не так, но тягу подростка к знаниям вскоре приметили — и отправили обратно в гимназию г. Грантем, по окончании которой юноша успешно поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета.
Ньютон быстро овладел учебной программой и перешел к изучению трудов ведущих ученых того времени, в частности последователей французского философа Рене Декарта (René Descartes, 1596-1650), который придерживался механистических взглядов на Вселенную. Весной 1665 года он получил ученую степень бакалавра — а дальше случились самые невероятные события в истории науки. В том же самом году в Англии разразилась последняя эпидемия бубонной чумы, всё чаще раздавался звон погребальных колоколов, и Кембриджский университет был закрыт. Ньютон почти на два года вернулся в Вулсторп, успев захватить с собой всего несколько книг и свой недюжинный интеллект в придачу.
Когда через два года Кембриджский университет вновь открылся, Ньютон уже (1) разработал дифференциальное исчисление — отдельный раздел математики, (2) изложил основы современной теории цвета, (3) вывел закон всемирного тяготения и (4) решил несколько математических задач, которые до него никто решить не смог. Как говорил сам Ньютон, «В те дни я был в расцвете своих изобретательских сил, и Математика и Философия с тех пор меня уже ни разу не захватывали так сильно, как тогда». (Я часто спрашиваю своих студентов, рассказывая им в очередной раз о достижениях Ньютона: «А что вы успели сделать за летние каникулы?»)
Вскоре после возвращения в Кембридж Ньютон был избран в ученый совет Тринити-колледжа, его статуя до сих пор украшает университетскую церковь. Он прочитал курс лекций по теории цвета, в которых показывал, что цветовые различия объясняются основными характеристиками световой волны (или, как теперь говорят, длины волны) и что свет имеет корпускулярную природу. Он также сконструировал зеркальный телескоп, и это изобретение привлекло к нему внимание Королевского общества. Многолетние исследования света и цветов были опубликованы в 1704 году в его фундаментальном труде «Оптика» (Optics ).
Отстаивание Ньютоном «неправильной» теории света (в то время господствовали волновые представления) привело к конфликту с Робертом Гуком (см. Закон Гука), главой Королевского общества. В ответ Ньютон высказал гипотезу, сочетавшую корпускулярные и волновые представления о свете. Гук обвинил Ньютона в плагиате и выступил с притязаниями на приоритет в этом открытии. Конфликт продолжался до самой смерти Гука в 1702 году и произвел на Ньютона такое гнетущее впечатление, что он на шесть отказался от участия в интеллектуальной жизни. Впрочем, некоторые психологи того времени объясняют это нервным расстройством, обострившимся после смерти его матери.
В 1679 году Ньютон вернулся к работе и снискал себе славу, исследуя траектории движения планет и их спутников. В результате этих исследований, также сопровождавшихся спорами с Гуком о приоритете, были сформулированы закон всемирного тяготения и законы механики Ньютона , как мы теперь их называем. Свои исследования Ньютон обобщил в книге «Математические начала натуральной философии» (Philosophiae naturalis principia mathematica ), представленной Королевскому обществу в 1686 году и опубликованной годом позже. Эта работа, положившая начало тогдашней научной революции, принесла Ньютону всемирное признание.
Его религиозные взгляды, его твердая приверженность протестантизму также привлекали к Ньютону внимание широких кругов английской интеллектуальной элиты, и особенно философа Джона Локка (John Locke, 1632-1704). Проводя всё больше времени в Лондоне, Ньютон втянулся в политическую жизнь столицы и в 1696 году был назначен смотрителем Монетного двора. Хотя эта должность традиционно считалась синекурой, Ньютон подошел к своей работе со всей серьезностью, рассматривая перечеканку английской монеты как действенную меру борьбы с фальшивомонетчиками. Как раз в это время Ньютон был вовлечен в очередной спор о приоритете, на сей раз с Готфридом Лейбницем (Gottfreid Leibniz, 1646-1716), по поводу открытия дифференциального исчисления. В конце жизни Ньютон выпустил новые издания своих основных трудов, а также работал на посту президента Королевского общества, занимая при этом пожизненную должность директора Монетного двора.
Кто-то способен умножать в уме пятизначные числа. Другой с трудом подсчитывает сдачу в магазине, но может из мусора на помойке собрать машину Апокалипсиса. Третьему по силам вывести общую формулу всего - если, конечно, с него снимут смирительную рубашку. А иногда рождаются люди, способные за чашкой чая написать теорию оптики, в обед разработать методы интегрального исчисления, а перед сном набросать законы гравитации - и все это в эпоху, когда на площадях еще иногда жгли ведьм, а знаменитые ученые всерьез интересовались оккультизмом.
Трудно знать многое, все знать невозможно. Но делать великие открытия в абсолютно разных областях фундаментальных знаний и определять облик науки на сотни лет вперед - это почти что чудо. На свете было немного людей, чьи портреты одновременно висят в школьных кабинетах математики, физики, астрономии и культурологии. И, пожалуй, главным «мессией от науки» был сэр Исаак Ньютон. В 2005 году Лондонское королевское общество провело голосование по кандидатуре самого влиятельного физика в истории планеты. Ньютон был сочтен более значимым, чем Эйнштейн.
Неразговорчивый и одинокий
В апреле 1642 года зажиточный, но совершенно безграмотный фермер Исаак Ньютон из маленькой деревеньки Вулсторп женился на хорошо образованной 19-летней Анне Эйскоу из деревни Маркет Овертон. Счастье молодых длилось недолго. В октябре муж умер. А аккурат на Рождество, 25 декабря, Анна родила мальчика. Его назвали в честь отца - Исааком. Эти обстоятельства определили участь научного прогресса, ведь будь Исаак старший жив, он наверняка воспитал бы сына-фермера.
Малыш родился недоношенным. По воспоминаниям матери, ребенок был так мал, что мог поместиться в чашку на четверть кварты. Все ожидали, что он не проживет и суток. Однако, несмотря на это, Исаак вырос здоровым и дожил до 84 лет.
Через три года Анна вышла замуж за богатого викария Барнаби Смита, которому к тому времени исполнилось 63 года. Она оставила сына своим родителям и переехала к преподобному. Второй брак матери «подарил» Ньютону двух сводных сестер и одного сводного брата (Мэри, Бенджамина и Анну). Надо сказать, что отношения у них были хорошие - добившись успеха, Исаак всегда помогал сводным родственникам.
Некоторые исследователи полагают, что юный Ньютон страдал от аутизма. Он мало говорил (качество, сохранявшееся на протяжении всей его жизни) и так сильно погружался в свои мысли, что забывал принимать пищу. До семи лет его часто «заклинивало» на повторении одних и тех же предложений, что, естественно, не добавляло странному мальчику друзей.
Необычайные таланты Исаака впервые проявились на практической почве. Он мастерил игрушки, миниатюрные ветряные мельницы, воздушных змеев (запускал с ними фонари и распространял по округе слух о комете), сделал каменные солнечные часы для своего дома, а также измерял силу ветра, прыгая по его направлению и против.
В 1652 году Ньютона послали учиться в школу Грэнтхэма. Этот городок был всего в 5 милях от его дома, но Исаак предпочел покинуть родные стены и поселился у грэнтхэмского аптекаря - мистера Кларка.
В 1656 году викарий умирает, и вдова Смит возвращается в родовое имение. Нельзя сказать, что Исаак был рад ей. В возрасте 19 лет он составил перечень своих былых юношеских грехов, где, в частности, указал намерение сжечь дом викария вместе со своей нерадивой матерью. Анна запоздало решила принять участие в воспитании первенца и решила, что сын пойдет по стопам отца. Исаака забрали из школы, и некоторое время он усердно вскапывал поля графства Линкольншир.
Приобщение к земле длилось недолго. Стараниями преподобного Вильяма Эйскоу (брата матери Ньютона и пастора соседней деревни) английское земледелие лишилось очередного плохого работника. Дядя заметил научные успехи юноши и уговорил Анну послать сына в университет.
Одинокий и гениальный
Первое время Ньютон был субсайзером - а проще говоря, оплачивал учебу работой по хозяйству. Весной 1664 года он был зачислен в Тринити-колледж стипендиатом. Это открыло ему доступ к огромной библиотеке Кембриджа. Молодой человек жадно глотал труды Архимеда, Аристотеля, Платона, Коперника, Кеплера, Галилея и Декарта - тех самых гигантов, на плечах которых, по его собственным словам, он стоял в дальнейшем.
Про его отношения с однокурсниками сохранилось мало сведений. Можно предположить, что замкнутый Ньютон, попавший в цитадель столь обожаемой им науки, избегал разгульной студенческой жизни. Известно, что однажды он поменял комнату из-за «буйства» соседа и поселился рядом с тихим Джоном Уилкинсом.
Увлекшись оптикой, Ньютон посвящал немало времени наблюдению атмосферных явлений - в частности, гало (кольцо вокруг Солнца, подробнее см. «МФ» №11(63), 2008).
Исааку хватило года, чтобы набраться базовых знаний в математике, физике и оптике. В июле 1665 года Лондон поразила страшная эпидемия чумы. Количество жертв было так велико, что руководство университета распустило студентов по домам (на протяжении двух следующих лет Кембридж закрывался и открывался несколько раз).
Ньютон взял «творческий отпуск» и вернулся в родной Вулсторп. Спокойствие деревенской жизни благоприятно сказывалось на Исааке. Шумные студенты не отвлекали его от книг, поэтому уже в январе 1665 года он защитился на бакалавра, а в 1668 стал магистром.
Это покажется странным, но Ньютон сделал основные открытия, еще будучи учеником Кембриджа. Он не кричал «Эврика!» на каждом углу и не стремился популяризовать свои достижения, так что мировую известность Исаак получил лишь в зрелом возрасте.
К 23 годам молодой человек освоил методы дифференциального и интегрального исчисления, вывел формулу бинома Ньютона, сформулировал основную теорему анализа (позже названную «формулой Ньютона-Лейбница), открыл закон всемирного тяготения и доказал, что белый цвет - смесь цветов.
Все это делалось с помощью кратких заметок в дневниках. Судя по ним, мысли Ньютона свободно перескакивали от оптики к математике и наоборот. Деревенская тишина предоставляла ему неограниченное количество времени для размышлений. Сам он объяснял успех тем, что размышлял постоянно.
В 1669 году чума отступила. Кембридж вновь ожил, и Ньютона назначили профессором математики. В то время под математическими науками подразумевались также геометрия, астрономия, география и оптика, однако лекции Ньютона считались скучными и не пользовались спросом у студентов - зачастую ему приходилось выступать перед пустыми скамьями.
| Это интересно | ||
|
