Исаак

Ньютон

Кто такой Исаак Ньютон?

Исаак Ньютон — самый известный английский ученый, физик, механик, математик и астроном. Считается одним из великих умов научной революции XVII века.

В 1687 году была опубликована его самая известная работа — «Математические принципы естественной философии» (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), которая стала самой влиятельной книгой по физике того времени За свои выдающиеся труды в 1705 году Исаак Ньютон был посвящён в рыцари, став сэром Исааком Ньютоном.

Ранняя жизнь и семья

Ньютон родился 4 января 1643 года (или 25 декабря 1642 года по юлианскому календарю) в Вулсторпе, Линкольншир, Англия.

Ньютон был единственным сыном местного фермера по имени Исаак, у которого неплохо шли дела, но который скончался за три месяца до его рождения. Ньютон родился недоношенным, мало кто верил что он выживет.

Когда ему было три года, его мать, Ханна Эйскоу Ньютон, вторично вышла замуж за состоятельного священника Барнабаса Смита и переехала жить к нему, оставив юного Ньютона с бабушкой по материнской линии.

Этот опыт оставил неизгладимый отпечаток на Ньютона, позже проявившийся в остром чувстве незащищенности. Он с тревогой зациклился на своей опубликованной работе, защищая ее достоинства иррациональным поведением.

В возрасте 12 лет Ньютон воссоединился со своей матерью после смерти ее второго мужа. Она привезла с собой троих маленьких детей от второго брака.

Образование Исаака Ньютона

Ньютон был зачислен в Королевскую школу в Грэнтеме, городке в Линкольншире, где он поселился у местного аптекаря и познакомился с увлекательным миром химии.

Мать забрала его из школы в возрасте 12 лет. Ее план состоял в том, чтобы сделать из него фермера и заставить ухаживать за фермой. Ньютон с треском провалился, так как считал сельское хозяйство однообразным. Вскоре Ньютона отправили обратно в Королевскую школу, чтобы закончить базовое образование.

Возможно, почувствовав врожденные интеллектуальные способности молодого человека, его дядя, выпускник тринити-колледжа Кембриджского университета, убедил мать Ньютона отдать его в университет. Ньютон записался на программу, похожую на work-study, в 1661 году и впоследствии обслуживал столики и заботился о комнатах более состоятельных студентов.

Научная революция

Когда Ньютон прибыл в Кембридж, научная революция XVII века была уже в полном разгаре. Гелиоцентрический взгляд на Вселенную, теоретизированный астрономами Николаем Коперником и Иоганном Кеплером, а позже усовершенствованный Галилеем, был хорошо известен в большинстве европейских академических кругов.

Философ Рене Декарт начал формулировать новую концепцию природы как сложной, безличной и инертной машины. Тем не менее, как и большинство университетов Европы, Кембридж был пропитан философией Аристотеля и взглядом на природу, основанным на геоцентрическом взгляде на Вселенную, рассматривающем природу в качественных, а не количественных терминах.

В течение первых трех лет учебы в Кембридже Ньютона обучали по стандартной учебной программе, но он был очарован более продвинутыми науками. Все свое свободное время он проводил за чтением современных философов. Результатом стало не слишком блестящее выступление, но его можно понять, учитывая всего два курса его обучения.

Именно в это время Ньютон вел вторую серию заметок, озаглавленную Quaestiones Quaedam Philosophicae («Некоторые философские вопросы»). «Вопросы» показывают, что Ньютон открыл новую концепцию природы, которая послужила основой для научной революции. Хотя Ньютон окончил университет не на отлично, его усилия принесли ему звание стипендиата и четыре года финансовой поддержки для дальнейшего образования.

В 1665 году бубонная чума, опустошавшая Европу, пришла в Кембридж, вынудив университет закрыться. После двухлетнего перерыва Ньютон вернулся в Кембридж в 1667 году и был избран младшим научным сотрудником Тринити-колледжа, поскольку его все еще не считали выдающимся ученым.

В последующие годы его состояние улучшилось. Ньютон получил степень магистра искусств в 1669 году, когда ему еще не было 27 лет. За это время он наткнулся на опубликованную книгу Николаса Меркатора о методах работы с бесконечными рядами.

Ньютон быстро написал трактат De Analysi, в котором излагал свои собственные более широкие результаты. Он поделился этим с другом и наставником Айзеком Барроу, но не указал своего имени в качестве автора.

В июне 1669 года Барроу поделился неакредитованной рукописью с британским математиком Джоном Коллинзом. В августе 1669 года Барроу назвал ее автора Коллинзу как «мистера Ньютон... очень молод... но необычайно гениален и опытен в этих вещах».

Работа Ньютона впервые была доведена до сведения математического сообщества. Вскоре после этого Барроу отказался от должности профессора лукасианства в Кембридже, и Ньютон занял кафедру.

Открытия Исаака Ньютона

Ньютон совершил открытия в области оптики, движения и математики. Ньютон предположил, что белый свет представляет собой совокупность всех цветов спектра и что свет состоит из частиц.

Книга «Принципы» содержит описание основным понятиям физики, за исключением энергии, что в конечном счете помогает ему объяснить законы движения и теорию тяготения. 

Изобретения Исаака Ньютона

Первым крупным публичным научным достижением Ньютона стало проектирование и постройка телескопа-рефлектора в 1668 году. Будучи профессором в Кембридже, Ньютон должен был читать ежегодный курс лекций и выбрал оптику в качестве своей начальной темы. Он использовал свой телескоп для изучения оптики и помог доказать свою теорию света и цвета.

Королевское общество попросило продемонстрировать его телескоп-рефлектор в 1671 году, и интерес организации побудил Ньютона опубликовать свои заметки о свете, оптике и цвете в 1672 году. Эти заметки были позже опубликованы как часть книги Ньютона «Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, перегибах и цветах света».

Миф о яблоке

Между 1665 и 1667 годами Ньютон вернулся домой из тринити-колледжа, чтобы продолжить свое частное обучение, поскольку школа была закрыта из-за Великой чумы. Легенда гласит, что в это время Ньютон испытал свое знаменитое озарение гравитацией с падающим яблоком. Согласно этому распространенному мифу, Ньютон сидел под яблоней, когда с нее упал плод и ударил его по голове, вдохновив на внезапную разработку теории всемирного тяготения.

Хотя нет никаких доказательств того, что яблоко действительно попало Ньютону по голове, он действительно видел, как яблоко упало с дерева, что заставило его задуматься, почему оно упало прямо вниз, а не под углом. Следовательно, он начал изучать теории движения и гравитации.

Именно во время этого 18-месячного перерыва в студенчестве Ньютон осознал многие из своих важнейших открытий, включая метод бесконечно малого исчисления, основы своей теории света и цвета и законы движения планет, которые в конечном итоге привели к публикации его книги по физике «Принципы» и его теории тяготения.

Законы движения Ньютона

В 1687 году, после 18 месяцев интенсивной и фактически безостановочной работы, Ньютон опубликовал Philosophiae Naturalis Principia Mathematica («Математические принципы естественной философии»), наиболее часто известные как Principia.

Говорят, что «Принципы» — единственная наиболее влиятельная книга по физике и, возможно, по всей науке. Его публикация немедленно подняла Ньютона до международной известности.

Principia предлагает точное количественное описание движущихся тел с тремя основными, но важными законами движения:

Первый закон

Неподвижное тело будет оставаться неподвижным, если к нему не приложить внешнюю силу.

Второй закон

Сила равна массе, умноженной на ускорение, а изменение движения (т.е. изменение скорости) пропорционально приложенной силе.

Третий закон

На каждое действие существует равная и противоположная реакция.

Ньютон и теория всемирного тяготения

Три основных закона движения Ньютона, изложенные в «Принципах», помогли ему прийти к своей теории тяготения. Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что два объекта притягиваются друг к другу с силой гравитационного притяжения, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между их центрами.

Эти законы помогли объяснить не только эллиптические орбиты планет, но и почти все другие движения во Вселенной: как планеты удерживаются на орбитах под действием силы тяжести Солнца; как Луна вращается вокруг Земли, а спутники Юпитера — вокруг нее; и как кометы вращаются по эллиптическим орбитам вокруг Солнца.

Они также позволили ему рассчитать массу каждой планеты, рассчитать сплющивание Земли у полюсов и выпуклость на экваторе, а также то, как гравитационное притяжение Солнца и луны создает земные приливы. По мнению Ньютона, гравитация поддерживала равновесие во Вселенной, заставляла ее работать и объединяла небеса и Землю в одном великом уравнении.

Исаак Ньютон и Роберт Гук

Не все в Королевской академии были в восторге от открытий Ньютона в области оптики и публикации «Оптических приборов» в 1672 году: или «Трактат об отражениях, преломлениях, перегибах и цветах света». Среди несогласных был Роберт Гук, один из первых членов Королевской академии и ученый, достигший успехов в ряде областей, включая механику и оптику.

В то время как Ньютон теоретизировал, что свет состоит из частиц, Гук полагал, что он состоит из волн. Гук быстро осудил статью Ньютона в снисходительных выражениях и подверг критике методологию и выводы Ньютона.

Гук был не единственным, кто ставил под сомнение работу Ньютона в области оптики. Известный голландский ученый Христиан Гюйгенс и ряд французских иезуитов также высказали возражения. Но из-за связи Гука с Королевским обществом и его собственной работы в области оптики его критика задела Ньютона сильнее всего.

Не в силах справиться с критикой, он впал в ярость — реакция на критику, которая продолжалась всю его жизнь. Ньютон опроверг обвинение Гука в том, что его теории имели какие-либо недостатки, и доказал важность его открытий для всей науки.

В последующие месяцы перепалка между двумя мужчинами становилась все более ожесточенной, и вскоре Ньютон пригрозил вообще покинуть Королевское общество. Он остался только после того, как несколько других членов клуба заверили его, что стипендиаты высоко ценят его.

Соперничество между Ньютоном и Гуком продолжалось еще несколько лет после этого. Затем, в 1678 году, у Ньютона случился полный нервный срыв, и переписка резко оборвалась. Смерть его матери в следующем году привела к тому, что он стал еще более изолированным, и в течение шести лет он воздерживался от интеллектуального обмена, за исключением тех случаев, когда другие начинали переписку, которую он всегда вел коротко.

Во время своего перерыва в общественной жизни Ньютон вернулся к изучению гравитации и ее влияния на орбиты планет. По иронии судьбы, толчок, который направил Ньютона в правильном направлении в этом исследовании, исходил от Роберта Гука.

В письме общей переписки 1679 года членам Королевского общества за вклад Гук написал Ньютону и поднял вопрос о движении планет, предположив, что формула, включающая обратные квадраты, может объяснить притяжение между планетами и форму их орбит.

Последовали последующие обмены мнениями, прежде чем Ньютон снова быстро прервал переписку. Но идея Гука вскоре была включена в работу Ньютона о движении планет, и из его записей следует, что к 1680 году он быстро пришел к собственным выводам, хотя и держал свои открытия при себе.

В начале 1684 года в беседе с другими членами Королевского общества Кристофером Реном и Эдмондом Галлеем Гук изложил свои аргументы в пользу доказательства движения планет. И Рен, и Халли думали, что он к чему-то клонит, но указали, что необходима математическая демонстрация.

В августе 1684 года Галлей отправился в Кембридж, чтобы навестить Ньютона, который выходил из своего затворничества. Галлей лениво спросил его, какую форму приняла бы орбита планеты, если бы ее притяжение к Солнцу было обратно пропорционально квадрату расстояния между ними (теория Гука).

Ньютон знал ответ благодаря своей сосредоточенной работе в течение последних шести лет и ответил: «Эллипс». Ньютон утверждал, что решил проблему примерно за 18 лет до этого, во время своего перерыва в учебе в Кембридже и во время эпидемии, но он не смог найти свои записи. Галлей убедил его решить проблему математически и предложил оплатить все расходы, чтобы идеи могли быть опубликованы, что и было сделано, в «Принципах Ньютона».

После публикации первого издания «Принципов» в 1687 году Роберт Гук немедленно обвинил Ньютона в плагиате, утверждая, что он открыл теорию обратных квадратов и что Ньютон украл его работу. Обвинение было необоснованным, как и знало большинство ученых, поскольку Гук лишь теоретизировал на основе этой идеи и никогда не доводил ее до какого-либо уровня доказательства.

Ньютон, однако, был в ярости и решительно защищал свои открытия. Он изъял все ссылки на Гука в своих заметках и пригрозил вообще отказаться от публикации последующего издания «Принципов».

Галлей, который вложил большую часть себя в работу Ньютона, попытался помирить этих двух людей. Хотя Ньютон неохотно согласился включить совместное признание работы Гука (совместно с Реном и Галлеем) в свое обсуждение закона обратных квадратов, это никак не успокоило Гука.

Шли годы, и жизнь Гука начала распутываться. Его любимая племянница и компаньонка умерла в тот же год, когда были опубликованы «Принципы», в 1687 году. По мере того как репутация и известность Ньютона росли, репутация Гука падала, заставляя его становиться еще более ожесточенным и омерзительным по отношению к своему сопернику.

До самого конца Гук использовал любую возможность, чтобы оскорбить Ньютона. Зная, что его соперник вскоре будет избран президентом Королевского общества, Гук отказывался уходить в отставку до самой своей смерти, в 1703 году.

Ньютон и алхимия

После публикации «Принципов» Ньютон был готов к новому направлению в жизни. Он больше не находил удовлетворения в своей должности в Кембридже и все больше погружался в другие проблемы.

Он помог возглавить сопротивление попыткам короля Якова II восстановить католическое преподавание в Кембридже, а в 1689 году был избран представителем Кембриджа в парламенте.

Находясь в Лондоне, Ньютон познакомился с более широкой группой интеллектуалов и познакомился с политическим философом Джоном Локком. Хотя многие ученые на континенте продолжали преподавать механику в соответствии с Аристотелем, молодое поколение британских ученых было очаровано новым взглядом Ньютона на физический мир и признало его своим лидером.

Одним из таких поклонников был Николя Фатио де Дюилье, швейцарский математик, с которым Ньютон подружился во время пребывания в Лондоне.

Однако через несколько лет, в 1693 году, у Ньютона случился еще один нервный срыв. Причина открыта для предположений: его разочарование из-за того, что новые монархи Англии Вильгельм III и Мария II не назначили его на более высокий пост, или последующая потеря его дружбы с Дюилье; истощение от переутомления; или, возможно, хроническое отравление ртутью после десятилетий алхимических исследований.

Точную причину трудно установить, но факты свидетельствуют о том, что письма, написанные Ньютоном нескольким своим лондонским знакомым и друзьям, включая Дюилье, казались невменяемыми и параноидальными, и обвиняли их в предательстве и заговоре.

Как ни странно, Ньютон быстро пришел в себя, написал письма с извинениями друзьям и через несколько месяцев вернулся к работе. Он вышел оттуда со всеми своими интеллектуальными способностями, но, казалось, потерял интерес к научным проблемам и теперь предпочитал изучать пророчества, Священные Писания и алхимию.

Хотя некоторые могут счесть это работой, недостойной человека, совершившего революцию в науке, правильнее было бы приписать это Ньютону, отвечавшему на вопросы времени в неспокойной Британии XVII века.

Многие интеллектуалы ломали голову над смыслом множества различных предметов, не в последнюю очередь над религией, политикой и самой целью жизни. Современная наука все еще была настолько новой, что никто точно не знал, как она соотносится со старыми философиями.

Золотой стандарт

В 1696 году Ньютон смог получить правительственную должность, к которой он так долго стремился: смотритель монетного двора; после получения этого нового титула он навсегда переехал в Лондон и жил со своей племянницей Кэтрин Бартон.

Бартон была любовницей лорда Галифакса, высокопоставленного правительственного чиновника, который сыграл важную роль в повышении Ньютона в 1699 году до начальника монетного двора — должность, которую он занимал до самой своей смерти.

Не желая, чтобы это считалось просто почетной должностью, Ньютон серьезно подошел к работе, реформировав валюту и сурово наказав фальшивомонетчиков. Будучи начальником монетного двора, Ньютон перевел британскую валюту, фунт стерлингов, с серебряного стандарта на золотой.

Королевское общество

В 1703 году Ньютон был избран президентом Королевского общества после смерти Роберта Гука. Однако Ньютон, казалось, никогда не понимал концепцию науки как совместного предприятия, и его амбиции и яростная защита собственных открытий продолжали приводить его от одного конфликта с другими учеными к другому.

По мнению большинства, пребывание Ньютона в обществе было тираническим и автократичным; он был способен контролировать жизни и карьеры молодых ученых, обладая абсолютной властью.

В 1705 году в ходе полемики, которая назревала в течение нескольких лет, немецкий математик Готфрид Лейбниц публично обвинил Ньютона в плагиате его исследований, заявив, что он открыл бесконечно малое исчисление за несколько лет до публикации «Принципов».

В 1712 году Королевское общество учредило комитет для расследования этого дела. Конечно, поскольку Ньютон был президентом общества, он мог назначать членов комитета и контролировать его расследование. Неудивительно, что комитет пришел к выводу о приоритете Ньютона над открытием.

В том же году в другом из наиболее вопиющих эпизодов тирании Ньютона, он опубликовал без разрешения заметки астронома Джона Флемстида. Похоже, астроном собрал огромный массив данных за годы работы в Королевской обсерватории в Гринвиче, Англия.

Ньютон запросил большой том заметок Флемстида для своих правок к «Принципам». Раздраженный тем, что Флемстид не предоставил ему больше информации так быстро, как он хотел, Ньютон использовал свое влияние в качестве президента Королевского общества, чтобы его назначили председателем группы «посетителей», ответственных за Королевскую обсерваторию.

Затем он попытался добиться немедленной публикации каталога звезд Флэмстида, а также всех заметок Флэмстида, отредактированных и неотредактированных. Чтобы добавить оскорбление к оскорблению, Ньютон поручил смертельному врагу Флемстида, Эдмунду Галлею, подготовить заметки для печати.

Флемстиду наконец удалось добиться судебного приказа, заставляющего Ньютона прекратить свои планы по публикации и вернуть заметки — один из немногих случаев, когда Ньютона обошел один из его соперников.

Последние годы

Ближе к концу жизни Ньютон жил в Крэнбери-парке, недалеко от Винчестера, Англия, со своей племянницей Кэтрин (Бартон) Кондуитт и ее мужем Джоном Кондуитом.

К этому времени Ньютон стал одним из самых известных людей в Европе. Его научные открытия не вызывали сомнений. Он также разбогател, разумно инвестируя свой значительный доход и делая значительные пожертвования на благотворительность.

Несмотря на его славу, жизнь Ньютона была далека от совершенства: он так и не женился и не завел много друзей, а в последние годы жизни сочетание гордыни, неуверенности в себе и побочных действий в связи со своеобразными научными исследованиями заставило даже некоторых из его немногих друзей беспокоиться о его психической устойчивости.

Смерть

К тому времени, когда Ньютону исполнилось 80 лет, у него возникли проблемы с пищеварением, и ему пришлось кардинально изменить свой рацион питания и подвижность.

В марте 1727 года Ньютон почувствовал сильную боль в животе и потерял сознание, так и не придя в себя. Он умер на следующий день, 31 марта 1727 года, в возрасте 84 лет.

Наследие

Слава Ньютона еще больше возросла после его смерти, поскольку многие его современники провозгласили его величайшим гением, когда-либо жившим. Возможно, это небольшое преувеличение, но его открытия оказали большое влияние на западную мысль, приведя к сравнениям с такими личностями, как Платон, Аристотель и Галилей.

Хотя его открытия были одними из многих, сделанных во время научной революции, универсальные принципы всемирного тяготения Ньютона не нашли параллелей в науке того времени.

Конечно, было доказано, что Ньютон ошибался в некоторых своих ключевых предположениях. В XX веке Альберт Эйнштейн опроверг концепцию Ньютона о Вселенной, заявив, что пространство, расстояние и движение не абсолютны, а относительны и что Вселенная более фантастична, чем когда-либо представлял Ньютон.

Ньютон, возможно, и не был удивлен: в более поздней жизни, когда его спросили об оценке его достижений, он ответил: 

«Я не знаю, каким я могу показаться миру, но самому себе я кажусь всего лишь мальчиком, играющим на морском берегу и время от времени отвлекающимся на поиск более гладкого камешка или более красивой ракушки, чем обычные, в то время как великий океан истины лежит передо мной совершенно неоткрытым».