Филиппов Михаил Михайлович - Исаак Ньютон. Его жизнь и научная деятельность

енбургу письмо, в котором изложил свои основные опыты. Письмо это возбудило чрезвычайно живой интерес среди членов общества. Собрание постановило "передать автору торжественное изъявление благодарности за его остроумный трактат". Было выражено желание, чтобы этот трактат немедленно появился в печати, "дабы его лучше могли рассмотреть философы" и с целью "оградить автора от посягательств других лиц". Подробное рассмотрение письма Ньютона и составление доклада были поручены епископу Уарду вместе с Бойлем и Гуком.

   Внимание Королевского общества к Ньютону было для него сильной нравственной поддержкой, и он с величайшей готовностью согласился на напечатание своего трактата в "Известиях" общества ("Philosophical Transactions", журнал, издающийся до сих пор). Ньютон пишет по этому поводу Ольденбургу: "Чрезвычайно приятно излагать свои открытия не предубежденной толпе, но столь правдивому и беспристрастному обществу". В то время Ньютона еще не коснулись интриги, слишком обыкновенные в ученом мире.

   В первых оптических трактатах, присланных им обществу, Ньютон намечает также основания теории цвета тел, которая гораздо сложнее, чем вопрос о разложении лучей призмою.

   В то время Ньютон произвел немало опытов, имевших целью обратное соединение известных лучей в бесцветные. Простейший способ состоит в том, чтобы к призме приложить другую такую же призму, так как обе вместе образуют тело с параллельными гранями, причем лучи, пройдя сквозь это тело, принимают направление, параллельное тому, которое они имели с самого начала. Ньютон старался пояснить соединение цветных лучей более популярными, хотя и менее научными способами. Так, он вращал круги, оклеенные цветными секторами, а также смешивал разноцветные порошки. При смешении сурика с синькой, охрой и зеленой краской получилась грязно-белая смесь; но при ярком освещении такого порошка, рассыпанного по полу, Ньютон достиг того, что он казался белее бумаги. Этот опыт был уже переходом к изучению цвета тел.

   Освещая предметы разными цветными огнями, получаемыми, например, при помощи цветных фонарей, Ньютон заметил, что всякий цвет выигрывает, то есть кажется более ярким от освещения однородным с ним светом: так, красные предметы кажутся наиболее яркими при освещении красным огнем, тогда как зеленые предметы при этом кажутся почти черными. Эти опыты навели Ньютона на мысль, что цвет тел вовсе не так присущ им при всяких условиях, как, например, протяжение или тяжесть. Цвет есть результат отражения цветных лучей, и если лучей данного качества не имеется, то и соответствующий цвет тел вовсе пропадает. Нет поэтому тел "существенно зеленых", но всякое тело становится зеленым при освещении одними зелеными лучами, что легко наблюдать при горении бенгальских огней. Наоборот, если в лучах данного света нет зеленых лучей, то все предметы, казавшиеся при солнечном свете зелеными, примут иной цвет. Одним словом, и здесь, как в явлениях спектра, главную роль играют падающие лучи, а не предмет, ими освещенный.

   Как и следовало ожидать, теории Ньютона не были приняты без борьбы. Тотчас вслед за письмом Ньютона, где излагались его главные открытия по оптике, появилось в тех же "Известиях" Лондонского королевского общества письмо французского иезуита Пардиса, профессора математики в Клермоне. Иезуит этот пытался объяснить явления преломления, исходя из опытов Гримальди над светорассеянием, - мысль блестящая и совершенно в духе гипотезы волнообразного движения, но доказательство ее оказалось не по силам Пардису, и, убежденный возражениями Ньютона, он уступил его доводам и прислал по этому поводу весьма лестное письмо. Еще более слабы были возражения люттихского врача Линюса; но они привели к тому, что один из его учеников, Гаскойн, решился вместо голословной полемики взяться за опыты, и по его просьбе опыт был сделан талантливым ученым Люкасом в Люттихе. Люкас описал свои опыты в статье, где отдает должное Ньютону и подтверждает все его результаты кроме одного. Хотя призма Люкаса имела такой же преломляющий угол, как у Ньютона, но была, очевидно, сделана из стекла другого качества. В то время как у Ньютона длина спектра превышала ширину в пять раз, у Люкаса длина была больше ширины лишь в три с половиной раза. Опыты Люкаса были первым шагом к открытию ахроматических стекол, которые, преломляя свет, то есть изменяя направление лучей, не дают, однако, ни цветных лучей, ни цветной окраски рассматриваемым предметам. Очевидно, что такое явление невозможно с двумя однородными призмами, но если взять призмы из различных сортов стекла, то можно подобрать их так, что две вместе взятые призмы дадут ахроматическое преломление. Этого и достигли Голль, Доллонд и Блэр уже после смерти Ньютона.

   В вопросе об ахроматизме Ньютон обнаружил упорство, недостойное такого великого ума. Так, вместо того чтобы проверить опыты Люкаса, он прямо заявлял, что, вероятно, Люкас ошибся в измерении углов, и наконец сказал: "Я не желаю отвлекаться в сторону и повторять опыты по вопросу, достаточно уже исследованному". Люкас не настаивал, и полемика прекратилась.

   Но самыми опасными противниками Ньютона оказались Гук и Гюйгенс. Оба эти физика по математическому таланту если и не равнялись Ньютону, то во всяком случае стояли в ряду первоклассных светил тогдашней науки. Оба они отстаивали правильную теорию света, которую Ньютон отвергал до самой смерти.

   Гук являлся одним из девяноста восьми учредителей Лондонского королевского общества и всего на семь лет был старше Ньютона. Как большая часть людей талантливых, но не достигающих высоты гения, он считал себя гениальным и непогрешимым и при этом был крайне завистлив и несправедлив к заслугам других. Так, например, из всех ученых, рассматривавших телескоп Ньютона, только Гук отозвался об изобретении свысока, причем заявил, что он один обладает секретом делать превосходнейшие оптические инструменты и может приготовлять их с удивительною легкостью и точностью. Эту тайну он унес с собой в могилу.

   Когда появились в печати первые оптические трактаты Ньютона, Гук как хороший экспериментатор тотчас понял, что опыты Ньютона точны; тем ожесточеннее напал он на теоретические выводы своего гениального противника. При этом, однако, Гук, хотя и исходил из правильного начала, именно из теории волнообразного движения, по обыкновению не сумел справиться со своими верными гипотезами и отвергал даже то, что было выведено Ньютоном совершенно независимо от обеих противоположных теорий. Так, Гук стал доказывать, что будто бы есть только два рода цветных лучей - красные и фиолетовые и что все остальные составляют продукт смешения двух первых. На это Ньютон возразил целым рядом опытных данных, и Гук не решился продолжать спор. Наконец Ньютону пришлось выдержать борьбу с самим Гюйгенсом. Этот голландский ученый был уже знаменит, когда Ньютон только что стал известен ученому миру. Как математик Гюйгенс немногим уступал Ньютону. Не возражая против опытов Ньютона, Гюйгенс утверждал - и не без основания, - что белые лучи можно получить не только соединением всех цветных лучей спектра, но и соединением голубых лучей с желтыми. Ньютон на это отвечал, что в опыте Гюйгенса, вращавшего, например, желтые и голубые секторы, не было чистых желтых и голубых лучей, но смешанные цвета, дающие все лучи спектра. Гюйгенс, однако, стоял на своем и даже заметил в письме к Ольденбургу, что "Ньютон защищает свои мнения с некоторым упорством".

   Эта полемика сильно раздражила Ньютона. Еще в 1672 году, после ответа, данного Гюйгенсу, он писал Ольденбургу: "Я больше не намерен заниматься философскими предметами. Надеюсь, вы не обидитесь, если увидите, что я перестал делать что бы то ни было в этой области. Думаю, что вы даже не откажетесь содействовать моему решению, по возможности устраивая так, чтобы я не получал никаких возражений и даже никаких касающихся меня философских писем". Три года спустя Ньютон писал: "Я хотел еще написать трактат о цветах тел для прочтения в одном из ваших собраний. Но думаю теперь, что не стоит писать более об этом предмете". В письме к Лейбницу (1675 год) он говорит: "Меня до того преследовали полемикой, возникшей из-за опубликования моей теории света, что я проклинал свою неосторожность, променяв такое блаженство, как спокойствие духа, на погоню за тенью". Еще до этого письма, а именно в феврале 1675 года, Ньютон сообщил Королевскому обществу свою теорию "цветов естественных тел", тесно связанную с теорией разложения лучей призмою. Выяснив, что цвет зависит от качества освещающих предмет лучей, Ньютон обосновывает затем следующие положения.

   Цвет предмета определяется теми лучами, которые отражаются от его поверхности. Тела, обладающие наибольшей преломляющей способностью, как, например, свинцовый сахар, вместе с тем отражают наибольшее количество лучей. Нет тел абсолютно непрозрачных: так, тонкая пластинка золота отчасти пропускает свет. Прозрачны тела, обладающие слишком малыми порами для того, чтобы отражать лучи. Что касается, наконец, цветов тел, то Ньютон добавляет, что причина, почему отражаются лучи того или иного цвета, для массивных тел и для тончайших пластинок - одна и та же.

   Как раз в тот день, когда Ньютон написал Лейбницу, что не желает более "гоняться за тенью", он не вытерпел и отправил в Королевское общество новый философский трактат, содержавший исследование цветов тонких пластинок и, в частности, изучение оптических свойств мыльных пузырей. В виде курьеза следует отметить, что в эпоху мимолетного разочарования в философии Ньютон вздумал заняться самым прозаическим делом, а именно посадкою яблонь с целью производства фруктового кваса (сидра). Но такова была натура Ньютона, что он и к яблокам относился лишь с научной точки зрения. Сохранилось письмо, в котором он пишет о посадке яблонь и производстве сидра в таком тоне, как будто речь идет о всемирном тяготении.

   Что касается мыльных пузырей, то ими занимались еще до Ньютона сначала Бойль, а потом Гук. Гук правильно описал основные явления. Он также расщеплял пластинки талька на чрезвычайно тонкие слои и убедился, что получающиеся цвета находятся в некоторой зависимости от толщины пластинок. Одна из полученных им пластинок имела желтый отлив, другая - голубой, а сложив обе вместе, он получил темно-пурпуровый цвет. Гук нашел Даже предел толщины, а именно убедился, что его пластинки имеют толщину менее одной двенадцатитысячной доли дюйма. Далее этого он не пошел и даже не мог представить себе метод, позволяющий точное измерение столь тонких пластинок. Для этого понадобился экспериментальный гений Ньютона. Ньютон взял двояковыпуклое стекло чрезвычайно малой кривизны, то есть почти плоское, а именно такое, что выпуклая поверхность составляла часть поверхности шара, имеющего радиус в пятьдесят футов. Это стекло он прижал винтами к плоской поверхности другого плосковыпуклого стекла. Таким образом, между обоими стеклами получился чрезвычайно тонкий слой воздуха, всего тоньше подле центра и толще к краям. Осветив этот прибор ярким светом, Ньютон увидел ряд концентрических темных и светлых колец; но, зная радиус выпуклого стекла, он мог без труда вычислить толщину воздушного слоя в любом месте. При освещении однородным светом, например красным, получались темные и красные кольца; белый свет давал темные кольца поочередно с радужными, но цвета радужных колец оказались не совсем такими, как в спектре.

   Повторяя опыты, Ньютон увидел, что наименее преломляемые, то есть красные лучи давали самые широкие кольца, а фиолетовые - наиболее узкие. При освещении белым светом получались поэтому: в середине фиолетовое кольцо, потом синее и так далее до красного; затем темное, потом опять фиолетовое и так далее. Удовлетворительное объяснение этому явлению могла дать только теория волнообразного движения. Что касается Ньютона, он для объяснения цветов тонких пластинок должен был придумать новую гипотезу.

   Здесь уместно сказать, почему Ньютон не соглашался принять теорию волнообразного движения и так упорно отстаивал свою гипотезу истечения, вынуждавшую его для объяснения самых простых явлений придумывать все новые и новые свойства, которыми он наделял светоносные частички. Несомненно, что главным препятствием к принятию теории волнообразного движения казалось Ньютону следующее обстоятельство. "Если свет распространяется подобно звуку, - рассуждал Ньютон, - то он, очевидно, должен обладать способностью огибать тела, и, подобно тому как из-за перегородки мы слышим звук, следует ожидать, что и световые лучи обогнут перегородку и зайдут внутрь тени. Но опыт показывает, что лучи никогда не загибаются, всегда идут по прямым и тень получается по законам прямолинейной перспективы". Это рассуждение было вполне правильно и аналогично с тем, которому следовал Ньютон, когда отверг гипотезу об искривлении лучей, прошедших сквозь призму. Но, по несчастью, на этот раз Ньютон не сделал надлежащих опытов. Опыт убедил бы его, что есть случаи, когда лучи загибаются внутрь тени, и что для этого надо только взять достаточно тонкие предметы и узкие щели, так как волны света сами по себе имеют чрезвычайно малую толщину, а потому не могут огибать предметов сколько-нибудь большого размера, подобно тому как это возможно для звуковых волн.

   Понадобились работы Юнга и Френеля и ряд вычислений Эйлера, Коши и других математиков, для того чтобы только в нашем веке окончательно восторжествовала теория волнообразного движения.

   Мы уже имели случай заметить, что, отвергая безусловно эту теорию, Ньютон был менее категоричен по вопросу о существовании эфира. Трудности его собственной теории истечения несколько раз заставляли Ньютона прибегать к помощи эфира: неизвестное проще всего объяснить другим неизвестным. Но положительный ум Ньютона весьма редко довольствовался такими объяснениями и во всяком случае не придавал им особого научного значения. В конце 1675 года Ньютон пишет письмо, озаглавленное "Гипотеза, объясняющая свойства света"; здесь он прямо высказывается за существование эфира и, не довольствуясь световыми явлениями, прилагает эфир даже к объяснению явлений всемирного тяготения. Но ко всему этому Ньютон относится как к научному развлечению.

   "Я счел себя вынужденным написать все это, - говорит он, - ибо заметил, что в головах некоторых великих виртуозов кроется множество гипотез. Поэтому и я составил такую, которая кажется мне наиболее вероятной, если только вообще признать, что я обязан принять какую-либо гипотезу".

   Полгода спустя он пишет астроному Галлею: "Все это догадки, я вовсе не ручаюсь за их верность". В 1678 году Ньютон объясняет при помощи эфира не только явления света, но и сцепление, капиллярное притяжение, тяготение и даже свойства взрывчатых веществ. Позднее Ньютон совсем отказался от гипотезы эфира. "Эфир - это совершенно праздное предположение", - пишет он в 1702 году. "Изучая явления, которые я хотел объяснить с помощью эфира, - продолжает Ньютон, - я убедился, что они отлично объяснимы и без его помощи, так, например, явления волосности зависят просто от взаимного притяжения между стенками трубки и жидкостью". В своей "Оптике", стало быть еще позднее, Ньютон снова возвращается к эфиру, но уже специально для объяснения некоторых световых явлений. Ньютон полагал, что в эфире происходят колебания "более скорые, чем свет". Он утверждал, что упругость эфира в 490 миллиардов раз более упругости воздуха, а плотность в 600 миллионов раз менее плотности воды. Далее он утверждал, что колебания эфира влияют на зрительный нерв, подобно тому как колебания воздуха действуют на слуховой нерв. Подойдя так близко к теории волнообразного движения, Ньютон все-таки считал свет истечением частиц, только влияющих на эфирную среду. Относительно тяготения Ньютон в конце концов также пришел к мысли, что допущение передачи действия силы на расстояние без посредства какого-либо материального агента - вещь немыслимая, и этим агентом он считал эфир, хотя и в этом случае выражения его оставались неопределенными и взгляды часто менялись. Ньютон не любил недоказанных гипотез.

  

   В 1678 году умер секретарь Лондонского королевского общества Ольденбург, относившийся к Ньютону чрезвычайно дружески и с величайшим уважением. Место его занял Гук, хотя и завидовавший Ньютону, но невольно признававший его гений. В начале следующего года Гук по предложению общества обратился к Ньютону с письмом, спрашивая его мнения насчет движения Земли и законов падения тел, отчасти исследованных Галилеем. Ньютон написал Гуку, что действительность вращения Земли вокруг оси может быть проверена прямым опытом, который и посоветовал произвести. Если Земля неподвижна, то тело, падающее с большой высоты под влиянием одной только силы тяжести, должно упасть по вертикальной линии, то есть по направлению к центру Земли; но если Земля вращается вокруг своей оси, то, по словам Ньютона, очевидно, что падающее тело должно отклониться к востоку и при падении со значительной высоты это отклонение должно быть достаточно чувствительным для того, чтобы допустить прямую опытную проверку.

   Эта мысль Ньютона чрезвычайно понравилась Королевскому обществу, и Гуку было поручено произвести указанный Ньютоном опыт. Проницательный Гук, взявшись за этот вопрос, исправил вывод Ньютона и написал последнему, что падающие тела должны уклоняться не совсем точно на восток, но на юго-восток.

   Ньютон согласился с доводами Гука, и опыты, произведенные этим последним, вполне подтвердили теорию. Гук исправил еще другую ошибку Ньютона, и это единственный случай, когда он был вправе сказать, что внушил Ньютону некоторые новые мысли. Ньютон полагал, что падающее тело, вследствие соединения его движения с движением Земли, опишет винтообразную линию. Гук показал, что винтообразная линия получается лишь в том случае, если принять во внимание сопротивление воздуха и что в пустоте движение должно быть эллиптическим - речь идет об истинном движении, то есть таком, которое мы могли бы наблюдать, если бы сами не участвовали в движении земного шара.

   Проверив выводы Гука, Ньютон убедился, что тело, брошенное с достаточной скоростью, находясь в то же время под влиянием силы земного тяготения, действительно может описать эллиптический путь. Размышляя над этим предметом, Ньютон открыл знаменитую теорему, по которой тело, находящееся под влиянием притягивающей силы, подобной силе земного тяготения, всегда описывает какое-либо коническое сечение, то есть одну из кривых, получаемых при пересечении конуса плоскостью (эллипс, гипербола, парабола и, в частных случаях, круг и прямая линия). Сверх того, Ньютон нашел, что центр притяжения, то есть точка, в которой сосредоточено действие всех притягивающих сил, действующих на движущуюся точку, находится в фокусе описываемой кривой.^[*] Так, центр Солнца находится (приблизительно) в общем фокусе эллипсов, описываемых планетами.

  

  [*] - Если воткнуть в доску две булавки, привязать нить, превосходящую длиною расстояние между булавками, и, натянув ее, карандашом описать кривую линию, то получится кривая, называемая эллипсом, и булавки будут в местах, называемых фокусами..

  

   Достигнув таких результатов, Ньютон сразу увидел, что он вывел теоретически, то есть исходя из начал рациональной механики, один из законов Кеплера, гласящий, что центры планет описывают эллипсы и что в фокусе их орбит находится центр Солнца. Но Ньютон не удовольствовался этим основным совпадением теории с наблюдением. Он хотел убедиться, возможно ли при помощи теории действительно вычислить элементы планетных орбит, то есть предсказать все подробности планетных движений? На первых порах ему не повезло. Еще в 1666 году, во время кембриджской чумы, когда Ньютон в деревенской тиши впервые задумал свою гениальную теорию, он пытался сверить ее с данными, полученными наблюдением. Желая убедиться, действительно ли сила земного тяготения, заставляющая тела падать на Землю, тождественна силе, удерживающей Луну в ее орбите, Ньютон стал вычислять, но, не имея под рукой книг, воспользовался лишь самыми грубыми данными, взятыми из тогдашних учебников мореходного искусства, и принял орбиту Луны за круг, а градус земного экватора предположил равным шестидесяти английским милям - приближение довольно грубое. Вычисление показало, что при таких числовых данных сила земной тяжести больше силы, удерживающей Луну в ее орбите, на одну шестую и как будто существует некоторая причина, противодействующая движению Луны. На первый раз Ньютон, по словам его ученика Уистона, предположил, что, вероятно, движение Луны задерживается чем-либо вроде декартовских вихрей. Но, не имея достаточных оснований для такой гипотезы, он бросил ее и терпеливо продолжал вычисления, не составляя пока никакого окончательного суждения. Изучение законов эллиптического движения значительно подвинуло вперед исследования Ньютона. Но до тех пор, пока вычисления не согласовались с наблюдением, Ньютон должен был подозревать существование некоторого все еще от него ускользавшего источника ошибки или неполноты теории.

   В 1682 году, стало быть через шестнадцать лет после того, как Ньютон начал свои вычисления, он приехал в Лондон, чтобы присутствовать на заседаниях Королевского общества. На одном из заседаний был прочитан отчет об измерении меридиана, произведенном за три года перед тем французским ученым Пикаром. Ньютон тотчас оценил значение этой работы для своих выводов и сделал заметки, записав результаты, полученные французским астрономом. Зная длину меридиана, Ньютон вычислил диаметр земного шара и немедленно ввел новые данные в свои прежние вычисления. По мере того как вычисление приближалось к концу, Ньютон стал убеждаться, что результат получится как раз такой, какого он ожидал согласно своей теории. К концу вычисления Ньютон впал в состояние такого нервного возбуждения, что не мог продолжать. Он попросил одного из своих друзей окончить вычисление и к величайшей радости своей убедился, что его давнишние взгляды совершенно подтвердились. Сила, заставляющая тела падать на Землю, оказалась совершенно равной той, которая управляет движением Луны.

   Этот вывод был для Ньютона высочайшим торжеством. Теперь вполне оправдались его слова: "Гений есть терпение мысли, сосредоточенной в известном направлении". Все его глубокие гипотезы, многолетние вычисления оказались верными. Теперь он вполне и окончательно убедился в возможности создать целую систему мироздания, основанную на одном простом и великом начале. Все сложнейшие движения Луны, планет и даже скитающихся по небу комет стали для него вполне ясными. Явилась возможность научного предсказания движений всех тел Солнечной системы, а быть может, и самого Солнца, и даже звезд и звездных систем.

   В конце 1683 года Ньютон наконец сообщил Королевскому обществу основные начала своей системы в виде ряда теорем о движении планет.

   Теория была слишком гениальна, чтобы не нашлись завистники и люди, старавшиеся приписать себе хотя бы часть славы этого открытия. Без сомнения, некоторые из тогдашних английских ученых довольно близко подошли к открытиям Ньютона, но понять трудность вопроса еще не значит решить его. Математик Рен (Wren) пытался объяснить движение планет "падением тел на Солнце, соединенным с первоначальным движением". Астроном Галлей предполагал, что законы Кеплера объяснимы при помощи действия силы, обратно пропорциональной квадратам расстояний, но не умел доказать этого. Встретившись однажды с Гуком, Галлей сообщил ему свою мысль. Гук, человек необычайно самонадеянный, ответил, что давно все это знает и что он сумеет объяснить при помощи этого закона все планетные движения. "Сознаюсь, - сказал Галлей, - что мои попытки были неудачны". Кристофер Рен, присутствовавший при этой беседе, желая поощрить своих друзей, произнес в свою очередь следующее: "Я предлагаю такую сделку: кто из вас первый в течение двух месяцев даст требуемое доказательство, тот получит от меня в подарок книгу ценою в сорок шиллингов". Гук смешался. "Я повторяю, - сказал он, - что давно обладаю требуемым методом, но дело в том, что до поры до времени я хотел бы хранить его в тайне. Впрочем, вам как другу я покажу в чем дело". Это обещание так и осталось за Гуком. Через год после обнародования первых исследований Ньютона по теории тяготения Галлей приехал в Кембридж с целью посоветоваться с Ньютоном насчет занимавшего его вопроса. "Я довел свое доказательство до полного совершенства", - сказал Ньютон и вскоре действительно прислал Галлею копию со своего решения. Галлей вторично отправился в Кембридж, убеждая Ньютона по крайней мере внести свои открытия в протоколы Королевского общества. Галлей, человек благородный, чуждый зависти и преклонявшийся перед Ньютоном, заботился об ограждении прав великого ученого более чем сам Ньютон. Он поспешил заявить обществу, что видел в Кембридже рукопись Ньютона, в которой излагается ряд удивительных открытий. Не довольствуясь своими хлопотами, он уговорил кембриджского учителя математики Пэджета помочь в деле убеждения Ньютона, и они оба вновь стали просить Ньютона обеспечить за собою хотя бы право первенства впредь до того времени, когда у него хватит досуга для обнародования своих работ.

   Только 25 февраля 1685 года Ньютон наконец последовал их советам и прислал в Королевское общество письмо, в котором заявил о намерении напечатать свои работы. На время, однако, дело затянулось вследствие того, что Ньютон предпринял поездку на родину, в Линкольншир. Отдохнув в деревне, он по возвращении со свежими силами принялся за работу, и до конца апреля 1686 года рукопись первых двух частей его книги была готова и послана в Лондон.

   Эта рукопись называлась "Philosophiac Naturalis Principia Mathematica" - "Математические начала естественной философии" - название, чрезвычайно удачно придуманное и вполне характеризующее план и выполнение этого бессмертного произведения. Книга была посвящена Королевскому обществу.

   28 апреля 1686 года состоялось заседание Королевского общества. Председательское место занимал сэр Госкинс, закадычный друг Гука, главного из соперников Ньютона. Один из членов общества заметил: "Мистер Ньютон довел этот предмет до такого совершенства, что ничего нельзя ни прибавить, ни убавить". Госкинс в свою очередь сказал: "Это произведение тем более изумительно, что оно в одно и то же время было изобретено и доведено до высочайшего совершенства". При этих словах Гук, давно уже выражавший нетерпение, не выдержал.

   - Я решительно протестую, - сказал он, - и выражаю порицание сэру Джону за то, что он ни словом не упомянул о сообщениях, которые давно были сделаны ему мною по тому же предмету.

   - Что касается меня, - возразил Госкинс, - я, к сожалению, не помню, чтобы доктор Гук делал мне какие-либо подобные сообщения.

   С этого дня неразлучные до тех пор друзья стали заклятыми врагами и при встрече не кланялись.

   После заседания члены общества, как у них водилось, отправились в кофейню. Здесь Гук продолжал ораторствовать, горячился, защищал свое право на первенство, доказывал даже, что без его "первого намека" Ньютон будто никогда не смог бы сделать своего открытия.

   Само собою разумеется, что нашлись люди, которые поспешили сообщить Ньютону о претензиях Гука. Галлей написал Ньютону, что Гук приписывает себе открытие закона "квадратной пропорции". Мы видели, что закон этот был известен Ньютону еще в 1666 году и что Гук узнал об этом законе гораздо позднее от Рена (Wren). Тем не менее Гук имел смелость уверять, что Ньютон заимствовал у него. Гук великодушно уступал Ньютону доказательство теоремы, гласящей, что тела, подчиняющиеся закону тяготения, описывают конические сечения. По-видимому, Гук сам сознавал неосновательность своих претензий и просил Галлея частным образом дать понять Ньютону, что он, Гук, удовлетворится весьма малым. "Гук ожидает, - писал Галлей, - что вы хотя бы упомянете о нем в предисловии, которое вы, вероятно, напишете".

   Ньютон ответил Галлею обширным письмом, в котором подробно разбирал претензии Гука, признавая за ним лишь указание на возможность эллиптического движения брошенных с известной скоростью предметов. Он собирался отправить письмо, когда вдруг получил из Лондона новое извещение от одного из членов Королевского общества, который писал ему: "Гук поднял шум, он уверяет, что вы все взяли у него, и требует, чтобы ему была оказана справедливость".

   На этот раз Ньютон рассердился не на шутку. Просмотрев свое письмо к Галлею, он прибавил к нему гневный сатирический постскриптум, в котором писал о Гуке уже без всякой церемонии. "Я готов даже предположить, - писал Ньютон, - что Гук узнал закон квадратной пропорции (то есть обратной пропорциональности квадратам расстояний) впервые из моего письма к Гюйгенсу, помеченного 14 января 1672 года. Мое письмо было адресовано на имя Ольденбурга, хранившего оригиналы. По смерти его все бумаги перешли в распоряжение Гука. Зная мой почерк, Гук легко мог полюбопытствовать и заглянуть в это письмо, из которого он должен был получить понятие о сравнении сил, исходящих из центров двух планет; так что вполне возможно, что все, сообщенное впоследствии Гуком мне об измерении тяготения, есть ничто иное, как плоды из моего собственного сада".

   Письмо это произвело на Гука сильное впечатление, и вскоре после того Галлей, очевидно по просьбе Гука, писал Ньютону: "Притязания Гука были выставлены вам в худшем свете, чем следовало. Гук вовсе не требовал от общества, чтобы ему была оказана справедливость, и вовсе не заявлял, что вы все взяли у него". Получив это письмо, Ньютон пожалел о своей горячности. Он написал Галлею, что не только жалеет о вырвавшихся у него резких выражениях, но даже признает, что переписка с Гуком была ему полезна и внушила многие новые мысли. "Наилучший способ уладить эту распрю, - пишет Ньютон, - состоит в том, чтобы прибавить в рукописи примечание, в котором каждому будет отдано должное". И действительно, Ньютон поместил в своих "Началах" заметку, в которой признал, что Рен, Гук и Галлей независимо от него вывели математический закон силы тяготения из второго закона Кеплера. [Напомним законы Кеплера, заметив кстати, что они строго точны лишь для материальных точек, а для планет приблизительны и что степень этого приближения весьма удовлетворительна.

   1. Планеты описывают эллипсы, в фокусе которых находится Солнце.

   2. Площади, описываемые радиус-векторами, то есть линиями, соединяющими центр Солнца с центрами планет, пропорциональны времени.

   3. Квадраты времен обращений планет относятся как кубы больших полуосей орбит. Из второго закона выводится формула "квадратных пропорций", а из третьего закона следует, что сила тяготения пропорциональна массам планет.].

   В тот же день, когда рукопись "Начал" была предъявлена Королевскому обществу, последнее постановило: печатание рукописи поручить совету общества, послать автору благодарственное письмо и главное наблюдение за печатанием поручить Галлею. Галлей уведомил Ньютона об этом решении.

   Ньютон пишет Галлею в ответ: "Я предполагал напечатать три книги. Вторую я кончил еще прошлым летом, она не велика, остается только переписать да хорошо начертить чертежи. Третья книга касается комет. Последняя осень пропала даром: я провел два месяца в бесплодных вычислениях из-за отсутствия хорошего метода и возвратился к обработке первой книги. Третью книгу я намерен уничтожить. Философия - это такая невежливая и сварливая дама, что связаться с нею хуже, чем вести тяжбу. Я всегда был этого мнения, а теперь стоит мне к ней приблизиться, чтобы почувствовать опасность. Две первые книги без третьей не совсем ловко назвать "Началами философии". Я решился было назвать их: "О движении тел", да пусть лучше останется по-прежнему. Так, пожалуй, будут скорее покупать книгу, а теперь, когда она ваша (то есть общества), вы, вероятно, не захотите уменьшить число читателей".

   Галлей ответил на это выражением крайнего прискорбия по поводу такого решения Ньютона. "Вероятно, - пишет он, - вы приняли такое решение вследствие происков завистников, к сожалению, постоянно нарушающих ваш покой; но именем общества и от своего имени умоляю вас не уничтожать третьей книги". Ньютонова теория комет особенно интересовала Галлея, много занимавшегося кометами, "а что касается "любопытных опытов", которые, вероятно, содержатся в третьей книге, то это сделает все сочинение более популярным и доступным тем многочисленным читателям, которые называют себя "философами без математики".

   Ньютон уступил этим доводам. Он прислал вторую книгу, а затем третью, и полное сочинение было отпечатано в мае 1687 года.

   Скажем хотя бы несколько слов о содержании этого гениального произведения.

   Первые две книги составляют весьма полный трактат теоретической механики; третья посвящена главным образом применению выведенных законов к планетной системе и носит заглавие "Система мира", впоследствии заимствованное у Ньютона Лапласом.

   В области механики Ньютон не только развил положения Галилея и других ученых, но и дал новые принципы, не говоря уже о множестве замечательных отдельных теорем.

   По словам самого Ньютона, еще Галилей установил начала, названные Ньютоном "двумя первыми законами движения". Ньютон формулирует эти законы так:

   I. Всякое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не подействует какая-либо сила и не заставит его изменить это состояние.

   Этот закон называется началом инерции и до сих пор формулируется таким же образом. Заметим, что, в сущности, он разделяется на два положения, из которых одно было известно еще древним, тогда как другое было понято вполне лишь со времени Галилея и Кеплера. Легко понять, что неодушевленное тело не может само собою перейти из состояния покоя в состояние движения и что для этого необходимо действие какой-либо силы; этот закон, который можно назвать началом статической инерции, очевиден. Гораздо труднее понять, что если тело или, точнее, материальная точка находится в движении и если при этом на точку не действует никакая сила, то данная точка необходимо обладает прямолинейным и равномерным движением - это начало кинетической инерции. В древности, например, думали, что если тело движется равномерно по окружности крута, значит, это движение "естественно", то есть совершается без участия какой-либо силы. Теперь известно, что, наоборот, когда тело движется по какой бы то ни было кривой линии, это уже служит доказательством, что оно подвержено влиянию какой-либо силы.

   II. Изменение движения пропорционально движущей силе и направлено по прямой, по которой действует данная сила.

   Этот второй закон, также известный Галилею и Кеплеру, Ньютон поясняет так: "Если некоторая сила производит определенное движение, то сила вдвое большая произведет двойное движение и так далее, причем безразлично, подействует ли она сразу или мало-помалу. Так как движение направлено в сторону производящей его силы, то если тело уже двигалось и если направление силы такое же, какое имело прежнее движение, то новое движение прибавится к прежнему; если эти оба направления противоположны между собой, то новое движение будет вычитаться из прежнего; а если оба направления не одинаковы и не прямо противоположны, а образуют между собой угол, то движение будет не суммою и не разностью прежнего и нового, а новое частью прибавится, частью вычтется из прежнего".

   Из этого начала Ньютон прямо выводит знаменитую теорему, известную под названием параллелограмма сил. Хотя эта теорема была известна и до Ньютона, но ни раньше, ни позднее никто не дал более простого и одновременно более строгого доказательства. Действительно, из второго закона движения прямо вытекает, что сложение сил сводится к так называемому геометрическому сложению, я это утверждение содержит в себе параллелограмм сил. И вместе с тем становится очевидным, что аналогичным образом слагаются также скорости и вообще все величины, которые могут быть изображены с помощью прямолинейных отрезков.

   Сверх этих двух законов Ньютон сформулировал еще третий закон движения, выразив его так:

   III. Действие всегда равно и прямо противоположно противодействию, то есть действия двух тел друг на друга всегда равны и направлены в противоположные стороны.

   Этот знаменитый закон, часто весьма плохо понимаемый, требует некоторых разъяснений. Укажем на разъяснения самого Ньютона.

   Ньютон приводит следующие примеры. Всякое тело, оказывающее давление на другое тело или притягивающее его, само испытывает такое же давление или тягу со стороны этого последнего. Если давить пальцем на камень, то палец испытывает такое же давление от камня. Если лошадь тянет камень с помощью веревки, то и камень тянет к себе лошадь с такою же силою, потому что веревка натягивается в обе стороны одинаково и это натяжение влечет лошадь к камню и камень к лошади, противодействуя движению одного из этих тел настолько же, насколько содействует движению другого.

   Если бы, например, тяготение одной части земного шара к другой было сильнее обратного тяготения второй к первой, то Земля должна была бы представлять самодвижущееся тело, удаляющееся в бесконечность. Вообще закон действия и противодействия теснейшим образом связан с законом инерции, так как допустить, что действие больше противодействия, значит допустить существование тел, движущихся как угодно без действия какой бы то ни было внешней силы. С другой стороны, из закона действия и противодействия вытекает установленный в новейшее время закон сохранения энергии и, в свою очередь, этот последний закон объясняет некоторые кажущиеся отступления от первого.

   Установив общие законы движения, Ньютон вывел из них множество следствий и теорем, позволивших ему довести теоретическую механику до высокой степени совершенства. С помощью этих теоретических начал он подробно выводит свой закон тяготения из законов Кеплера и затем решает обратную задачу, то есть показывает, каково должно быть движение планет, если признать закон тяготения за доказанный.

   Дальнейшие исследования Ньютона позволили ему определить массу и плотность планет и самого Солнца. Для этого он сначала решил вопрос, какой вес имели бы наши земные тела, если бы были перенесены, например, на поверхность Солнца. Оказалось, что в этом случае вес тел или, точнее, тяжесть увеличилась бы в двадцать три раза. Ньютон показал, что плотность Солнца вчетверо менее плотности Земли, а средняя плотность Земли приблизительно равна плотности гранита и вообще самых тяжелых каменных пород. Ясно, что этот вывод дает любопытные указания на физический состав земного шара: нельзя, например, допустить, чтобы внутренность Земли была наполнена веществами весьма малой плотности, например, газами. Относительно планет Ньютон установил, что наиболее близкие к Солнцу планеты отличаются наибольшею плотностью.

   Далее Ньютон приступил к вычислению фигуры земного шара. Астроном Кассини открыл еще до того, что планета Юпитер имеет сфероидальную форму, а именно представляет как бы шар, расширенный у экватора и сплюснутый у полюсов. Это открытие навело Ньютона на исследование фигуры Земли, и он увидел, что вследствие вращения Земли вокруг оси форма ее не могла остаться сферической. При вращении полюсы остаются неподвижными, тогда как точки экватора движутся всего скорее. Вследствие этого тяжесть на экваторе не может быть наблюдаема непосредственно - мы можем наблюдать лишь относительные, а не абсолютные действия земного тяготения, - и дело происходит так, как если бы действию тяжести противодействовала некоторая сила, называемая центробежною. Вместо тяжести предметов мы поэтому всюду (кроме полюсов земного шара) наблюдаем их вес, который составляет разность между тяжестью и центробежной силой. Эта последняя, как показывает вычисление, пропорциональна квадрату скорости вращения. Ньютон нашел, что на экваторе центробежная сила уменьшает тяжесть на 1 /289; поэтому если бы Земля вращалась в семнадцать раз быстрее чем на самом деле и центробежная сила была бы в 17x17=289 раз больше, то мы не могли бы здесь совсем наблюдать действия тяжести, то есть все предметы на экваторе были бы лишены веса, невесомы и не оказывали бы никакого давления на точки опоры. Из этого ясно, какое огромное различие существует между понятиями "тяжесть" и "вес", почти совпадающими лишь потому, что вращение Земли вокруг оси происходит чрезвычайно медленно: Земля делает полный оборот в сутки, то есть угловая скорость ее вращения вдвое меньше, чем часовой стрелки. Вращайся Земля в двадцать раз скорее нынешнего, ни один предмет без особого прикрепления не мог бы оставаться на ее поверхности, но отбрасывался бы в пространство.

   Весьма любопытно объяснение, придуманное Ньютоном для явлений прилива и отлива, тесно связанное с его учением о всемирном тяготении. Зависимость между приливами и фазами Луны была замечена еще до Ньютона. Иезуитская коллегия в Коимбре (Португалия), затем Антонио де Доминис и Кеплер признавали эту связь, но объяснения их были так недостаточны, что убедили немногих. Даже великий Галилей смеялся над их объяснениями. Между тем есть факты, делающие эту связь почти очевидной. Так, прилив бывает около того времени, когда Луна проходит через меридиан данного места (над или под горизонтом). Если вследствие местных условий прилив запаздывает по сравнению с прохождением Луны через меридиан, например, на час, то и отлив всегда запаздывает ровно на столько же времени, так что промежуток между приливом и отливом всегда точно равен половине лунного дня. Далее, замечено, что всего сильнее бывает прилив, когда Луна, Земля и Солнце находятся на одной прямой, то есть в полнолуние или новолуние. Это зависит от совместного действия Луны и Солнца на воды морей и океанов. Может показаться непонятным, почему прилив бывает всегда одновременно по обе стороны земного шара, то есть у нас и у наших антиподов. Но и это обстоятельство объяснено Ньютоном весьма просто. Действительно, представим себе, что вместо Земли дан ее центр, в котором сосредоточена вся масса земного шара, и что по обе стороны этого центра, на линии, соединяющей его с центром Луны, находятся массы, равные массам морей. Получится система такого рода, что одно из морей будет между Луною и земным центром, другое будет далее от Луны, чем земной центр. Масса первого моря будет притягиваться к Луне по своей близости сильнее, чем центр Земли (речь идет о единице массы), а центр Земли сильнее, чем масса второго моря. Поэтому воды первого моря будут оттягиваться от центра Земли и поднимутся выше своего нормального уровня; но, с другой стороны, воды второго моря притягиваются Луною весьма слабо, слабее, чем центр Земли, и этот последний будет, в свою очередь, оттягиваться от вод второго моря, вследствие чего их уровень также поднимается, так как весь вопрос в относительном положении морского дна и уровня моря. Таким образом, и у нас, и у наших антиподов прилив будет в одно и то же время, хотя действие Луны весьма различно в обоих случаях.

   Солнечное тяготение также влияет на моря и океаны. Но хотя Солнце несравненно больше Луны, зато Луна к нам гораздо ближе Солнца, а потому влияние солнечного притяжения сравнительно незначительно. По вычислению Ньютона, в открытом море сила лунного притяжения производит прилив высотою в 8,63 фута, сила солнечного притяжения - в 1,93 фута, обе вместе - в 10,5 фута. Этот вывод очень близко подходит к действительности. У берегов явление усложняется присутствием горных масс, в свою очередь притягивающих воды моря, и другими условиями.

   Что касается собственно так называемой "небесной механики", Ньютон не только продвинул, но, можно сказать, создал эту науку, так как до него существовал лишь ряд эмпирических данных. Насколько удовлетворительна теория Ньютона, видно, например, из того, что его теоретические вычисления лунных движений отличались от лунных таблиц лишь на несколько секунд. Весьма удовлетворительное объяснение дано им также явлению так называемого предварения равноденствий, открытому еще древними, но оставшемуся непонятым до самого Ньютона. Явление это состоит в отступлении так называемой точки весеннего равноденствия на пятьдесят секунд в год, так что полный оборот она совершает в 25 920 лет. Это явление зависит от конического движения (вращения) земной оси вокруг линии, параллельной оси эклиптики. Полное механическое объяснение "предварения равноденствий" весьма сложно; Ньютон упростил вопрос, заменив сфероидальную форму Земли шарообразною формой с подобием вздутия или кольца на экваторе. Он показал, что общая сила солнечного и лунного тяготения, действуя на Землю, снабженную таким кольцом, заставляет земную ось, вместо того чтобы двигаться параллельно своему прежнему направлению, описывать конус, вследствие чего положение земного, а стало быть, и небесного полюса относительно неподвижных звезд постепенно изменяется и лишь по истечении 25 920 лет становится прежним. Ньютон показал, что в этом случае влияние Солнца на Землю относится к влиянию Луны приблизительно как два к пяти. Некоторое, хотя и ничтожное, влияние оказывают также планеты.

   Весьма любопытна данная Ньютоном теория движения комет, которую он считал недостаточно разработанной и напечатал лишь по настоянию Галлея. Изучение комет чрезвычайно затрудняется тем обстоятельством, что они движутся по весьма удлиненным эллипсам, и мы имеем возможность наблюдать лишь ничтожную часть их орбит, нередко заходящих далеко за пределы Солнечной системы. Но великий ум Ньютона сумел воспользоваться этой трудностью для упрощения вопроса. Ньютон понял, что очень удлиненный эллипс весьма сходен с незамкнутою, то есть удаляющейся в бесконечность кривою, называемою параболой; он знал, что вычисление параболического движения гораздо легче, чем вычисление эллиптического, так как первое требует лишь трех наблюдений. Приложив этот метод к вычислению пути кометы 1680 года, он убедился, что вычисление чрезвычайно близко сходится с наблюдением. Вывод тем бол