Исаак Ньютон

Грандиозные события, как правило, происходят на стыке различных эпох, когда рождаются неординарные личности, такие как Иоган Кеплер (1571 - 1630 гг.), Галилео Галилей (1564 - 1642 гг.), Исаак Ньютон (1642 - 1727 гг.).

Галилей одним из первых отошёл от античного метода мучительного угадывания таинственных сил обожествлённой множественно природы и стал использовать остроумные эксперименты, совершенно новые оценочные методики и строгие математические формулировки. Пифагорейская идея о Мире как гармонии чисел стала возрождаться Галилеем на новом витке эволюционной спирали естествознания.

Пожалуй, впервые так плодотворно в науке была реализована Галилеем идея формулировки общих законов природы на основании наблюдения отдельных их частных проявлений и наоборот. С одной стороны, исследования простых механизмов были интегрированы в общие механические законы, с другой - астрономические наблюдения дали возможность исследовать свойства не только отдельных небесных тел, но и трансформировать их на вполне земные явления.

Масштабы наблюдаемого мира существенно расширились после реконструкции Галилеем микроскопа голландского механика Захария Янсена в телескоп. Открытие Галилеем спутников Юпитера сделало очередную брешь в, казалось бы, непотопляемом конгломерате аристотелевского представления об исключительности Земли. Оказалось, привилегией иметь собственные спутники обладает не только третья планета Солнечной Системы.

Наблюдения неба в телескоп, позволившие обнаружить скопление звёзд в туманности Андромеды, заставило вспомнить гипотезу Демокрита о том что Млечный путь, т.е.

wt

Новорожденного Ньютона (рис. 1.45), по словам его маменьки, можно было купать в большой пивной кружке, такой он был маленький и тщедушный. Будущий гений, которому будет начертана судьба открывателя великих тайн Вселенной, действительно родился недоношенным, и все близкие были озабочены состоянием его здоровья и временем пребывания в этом мире.

Но ребёнок, родившийся в селении Вульсторп, что в 200 километрах к северу от Лондона, со временем окреп и дожил без особых хлопот со здоровьем до глубокой старости.

Вульсторп располагался в живописной долине с чистыми ключами. Дом, где родился Ньютон, был Рис. 1.45. Псаак Ньютон окружён садами с яблоневыми деревьями.

Среди множества легенд, окружающих имя великого естествоиспытателя, есть и общеизвестная притча о яблоке, которое, упав на голову учёного, вызвало эмоции, побудившие к размышлениям о законе всемирного тяготения (рис. 146).

Следует отметить, что яблоко является своеобразным символом многих судьбоносных событий в истории человечества. Так, например, Демокрит (460 - 370 гг. до н.э.) свои размышления о дискретном строении материи сопровождал мысленным разрезанием яблока, которое держал в руке. Яблоко, таким образом, стало первым материальным телом, глядя на которое древний грек сформулировал понятие атома. Роковую роль сыграло яблоко и в судьбе первых библейских людей Адама и Евы.

С двенадцатилетнего возраста Ньютон начал учиться в общественной школе в Грэнтэме. Жил он в доме местного аптекаря, что вызвало у юного Ньютона интерес к химическим экспериментам.

Однажды один из примерных и хорошо успевающих соучеников Ньютона достаточно сильно ударил хиляка в живот. Ответить ему физически самолюбивый Ньютон не мог, поэтому он решил опередить обидчика в учёбе. Ньютона прорвало. Он стал внимательным и активным на уроках, много читал и в короткий срок стал лучшим учеником класса.

Первые признаки неординарных способностей Ньютона обнаружились, однако не на поприще учёбы, в те времена многие школьники училось достойно. Он конструировал и изготавливал, вызывающие восхищение у детей и взрослых действующие модели - игрушки.

Среди коллекции игрушек особый интерес вызывала миниатюрная мельница, которая могла вращаться силой ветра и могла даже молоть зернышки. В безветренную погоду мельницу вращала мышка, взбирающаяся по специальному колесику, над которым висел мешочек с зёрнышками.

А ещё Ньютон смастерил водяные часы, клепсидру, которые были настолько точны, что семейство аптекаря использовало их для отсчёта времени. Воздушные змеи с маленькими фонариками, изготовленные юным моделистом вызывали восхищение и восторг у всего окрестного населения независимо от возраста.

Когда Ньютону исполнилось 15 лет, вторично овдовевшая мать решила вернуть мальчика в родной дом для помощи ей поведению хозяйства на ферме. Чтобы привить вкус к фермерской жизни мать по субботам посылала мальчика со слугой на ближайший рынок продавать продукты фермы и закупать требующуюся на неделю снедь.

Ньютона совсем не занимали фермерские заботы. Он «доверял» все рыночные хлопоты старому работнику, а сам в это время читал книги и решал математические задачи. Другими словами имел место сговор. Когда о страсти племянника к просвещению узнал дядя, то, будучи человеком мудрым и наблюдательным, посоветовал, матери Ньютона не противится желанию сына учиться.

Способностей и знаний у Ньютона вполне достало для поступления в один из престижных уже в то время университетский Тринити-колледж. Со средствами на обучение в семье было туго в связи, с чем Ньютон состоял в субсайзерах, т.е. студентах, зарабатывающих на образование оказанием всяческих услуг состоятельным соученикам и профессорам.

Благодаря своему усердию и способностям Ньютон через три года обучения стал лучшим и удостоился звания действительного студента. Уже не нужно было по утрам чистить чужие сапоги и прислуживать профессорам. Заведующий кафедрой Исаак Барроу, обратив внимание на неординарные данные Ньютона, на некоторое время взял на себя обязанности научного руководителя.

Молодой профессор Барроу, занимался вопросами теологии, но подходил к ним с научной точки зрения. Это в некоторой степени повлияло на увлечение Ньютона теологией, интерес к которой он не терял на протяжении всей жизни. Проблема творца занимала его на протяжении всего времени его творческих исканий. Ещё через год Ньютон получил первое научное звание бакалавра.

Привычный ритм студенческой жизни нарушился эпидемией чумы. Спасаясь от этой напасти, унесшей, в конечном счете, более 31 тысячи жизней обитателей Лондона, Ньютон на два года вернулся в родной Вульсторп.

Именно в этот период вынужденного затворничества Ньютон пришёл при рассмотрении особенностей механического движения к необходимости создания теории бесконечно малых величин.

В Вульстропе рождалось дифференциальное исчисление, называемое Ньютоном «Метод флюкций». Разрабатывая идею исчисления бесконечно малых, Ньютон решил и обратную задачу: «Определение по уравнению, содержащему известные флюкции соотношения между флюэнтами».

Это решение стало основой совершенно нового понятия неопределённого интеграла. Свои гениальные прозрения в области математики Ньютон так и не соберётся опубликовать при жизни, хотя понятие производной и интеграла использовал в своих работах по механике.

Метод исследования переменных величин, как таковой был опубликован только 9 лет спустя после смерти учёного, в 1736 году.

Период затворничества в родных пенатах ознаменовался не только открытиями в области математики. В эти два карантинных года, двадцати двух летний затворник после наблюдения за движениями Луны окончательно укрепился в идее закона всемирного тяготения. Как отмечалось выше, так же бытует легенда о том, что толчком для озарения стала не Луна, а яблоко, падающее с дерева. Кстати, этот, хорошо теперь всем известный основополагающий закон мироздания, о гравитационном взаимодействии

Г              г2 ’

Ньютон тоже не спешил публиковать, следуя своему неторопливому девизу: «Гипотез я не измышляю». В конечном счёте, многие открытия Ньютона «открывали» повторно и возникали горячие споры о приоритете.

Так случилось с дифференциальным и интегральным исчислением. До настоящего времени вопрос о первенстве Ньютона или Лейбница будоражит возбуждённые умы историографов этих, несомненно, значимых учёных.

Вульсторп, оторвав Ньютона от университетской суеты, предоставил все условия для взлёта научной активности. Наряду с механикой ньютон размышлял над проблемами оптики, результатом чего явилось открытие явления дисперсности, формула разложения бинома n-й степени (бином Ньютона).

Но самое главное, в эти страшные чумные годы, когда смерть ходила за каждым европейцем ежечасно, была сформулирована перспективная программа исследований, которая затем претворялась Ньютоном в жизнь долгие годы.

Рис. 1.47. Сэр Исаак Ньютон

В 1699 г. Барроу передал Ньютону физикоматематическую кафедру в Кембриджском университете. В 1672 году за изобретение новой конструкции телескопа рефлекторного типа Ньютона избирают действительным членом королевского общества.

В 1695 г. Ньютон был назначен смотрителем Монетного двора, по традиции на эту почётную должность назначались ведущие учёные страны.

Работники Монетного двора называли Ньютона «десятник», но относились с большим почтением, памятуя о его исключительных научных достижениях. Королева Анна произвела Ньютона в рыцарское звание, к его имени прибавилась приставка «сэр» (рис. 1.47).

Ньютон был избран в парламент, но никакого заметного влияния на политическую жизнь страны не оказал. Легенда гласит, что за всё время пребывания в парламенте сэр Ньютон произнёс всего одну сокраментальную фразу: «Закройте окно, дует!».

Несмотря на всеобщее признание, болезненно самолюбивый Ньютон находился в состоянии постоянных споров с коллегами, которые работали над теми же проблемами, что и он. Ньютон пререкается с Робертом Гуком, Лейбницем, Флэм- стидом и по этому поводу раздражённо замечает: «..Я убедился, что либо не следует сообщать ничего нового, либо придётся тратить все силы на защиту своего открытия».

Умер Ньютон от очередного приступа каменной болезни 20 марта 1727 г. в Ке- нингтоне, пригороде Лондона. Незадолго о кончины Исаак Ньютон произнёс фразу, которая характеризует его как учёного- естествоиспытателя: «Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красную раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным».

Лагранж сказал о Ньютоне: «Он самый счастливый, - систему мира можно установить только один раз».

1627 год вошёл в историю развития человеческой цивилизации как год, подаривший миру, пожалуй, самый значимый труд профессора Кембриджского университета сэра Исаака Ньютона «Philosophize natural principia mathematic» («Математические основы естествознания»).

Некоторые весьма известные учёные считают это творение ума человеческого, настолько значимо, что его уместно поставить в один ряд с Библией.

Французский математик и механик, уроженец Германии Жозеф Луи Лагранж (1736 - 1813 гг.) называл «Математические начала» величайшим произведением человеческого ума, а, известный своим сарказмом Вольтер после знакомства с «Началами» в нетрадиционной для себя манере заявил: «.самым великим был сэр Исаак Ньютон, ибо если истинное величие состоит в том, чтобы, получив в дар от неба мощный талант, использовать его для самообразования и просвещения других, то человек, подобный господину Ньютону, едва ли встречающийся однажды на протяжении десяти веков, действительно велик, тогда как все политики и завоеватели, без которых не обошлось ни одно столетие, обычно суть не что иное, как именитые злодеи. Мы чтим тех, кто владеет умами силою своей правды, но не тех, кто путём насилия создаёт рабов; тех, кто познал Вселенную, а не тех, кто её обезобразил».

В тот день, когда секретарь Ньютона, разносил только что полученные из типографии книги руководителям Кембриджского университета и знакомым автора, мало кто оценил творение Ньютона по достоинству. А иные, из коллег - профессоров перелистав книги, нашли их очень заумными и, не читая, поставили пылиться на дальние полки.

philosophit:

NATURAL1S

PRINCIPI A

MATHEMATICA

Однако, первое издание «Начал» 1000 экземпляров разошлось достаточно быстро, причём шесть экземпляров были отправлены в подарок Русскому царю - Петру Великому (рис. 148). Дважды «начала» переиздавалась при жизни автора в латинском подлиннике и многократно других языках после его смерти.

L О N D 1 N I

JuQii Sonet4и Revue ас Туря Jofcpbi Smjtcr. Proftat apud plum Bibliopolas. Anno MDCLXXXVIL

IMPRIMATURS. P E P Y S, Reg. Sot. PRISES.

5. а6І6.

Aurorc JS. NE/TTON, trin. Call. СшоЬ. Sot. Muhcfcos ProMiorc Ілглбтс, amp; Soaeraiu Regal» SoJali.

Основную задачу «Начал» Ньютон сформулировал в предисловии: «....намерен главным образом заниматься тем, что относится к силе тяжести, лёгкости, силе упругости, сопротивлению жидкостей и тому подобным притягательным или напирающим силам. Поэтому и сочинение это предлагается как математические основы естествознания. Вся трудность естествознания, как будет видно, и состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим си- Рис. 1.48. Титульный лист «Начал» дам объяснить остальные явления».

Другими словами Ньютон формулирует и решает вторую, так называемую, обратную задачу динамики, когда по заданной системе действующих сил

{F, F2, Fn } определяется уравнение движения r = f (t), определяющее положение движущегося тела в любой момент времени t.

Приступая к систематическому изложению своих фундаментальных идей, Ньютон, как и положено классику, делает ряд основополагающих определений. В частности: определение массы, количества движения, силы сопротивления, силы, центростремительной силы, времени, пространства и абсолютного движения.

Далее ньютон формулирует три закона динамики.