Детские годы

Исаак Ньютон появился на свет в небольшой деревушке в семье мелкого фермера, умершего за три месяца до рождения сына. Младенец был недоно­шенным; бытует легенда, что он был так мал, что его поместили в овчинную рукавицу, лежавшую на лавке, из которой он однажды выпал и сильно уда­рился головкой об пол.

Когда ребенку исполнилось три года, его мать вторично вышла замуж и уеха­ла, оставив его на попечении бабушки. Ньютон рос болезненным и необщитель­ным, склонным к мечтательности. Его привлекала поэзия и живопись, он, вдали от сверстников, мастерил бумажных змеев, изобретал ветряную мельницу, водя­ные часы, педальную повозку. Трудным было для Ньютона начало школьной жизни. Учился он плохо, был слабым мальчиком, и однажды одноклассники из­били его до потери сознания. Переносить такое унизительное положение было для самолюбивого Ньютона невыносимо, и оставалось одно: выделиться успехами в учебе. Упорной работой он добился того, что занял первое место в классе.

Интерес к технике заставил Ньютона задуматься над явлениями природы; он углубленно занимался и математикой. Об этом позже написал Жан Батист Био: «Один из его дядей, найдя его однажды под изгородью с книгой в руках, погруженного в глубокое размышление, взял у него книгу и нашел, что он был занят решением математической задачи. Пораженный таким серьезным и дея­тельным направление столь молодого человека, он уговорил его мать не проти­виться далее желанию сына и послать его для продолжения занятий». После серьезной подготовки Ньютон в 1660 г. поступил в Кембридж в качестве Subsizzfr'a (так назывались неимущие студенты, которые обязаны были при­служивать членам колледжа, что не могло не тяготить Ньютона).

За шесть лет Ньютоном были пройдены все степени колледжа и подготов­лены все его дальнейшие великие открытия. В 1665 г. Ньютон стал магист­ром искусств.

В этом же году, когда в Англии свирепствовала эпидемия чумы, он решил временно поселиться в Вулсторпе. Именно там он начал активно заниматься оптикой; поиски способов устранения хроматической аберрации в линзовых телескопах привели Ньютона к исследованиям того, что теперь называется дисперсией, т. е. зависимости показателя преломления от частоты. Многие из проведенных им экспериментов (а их насчитывается более тысячи) стали классическими и повторяются и сегодня в школах и институтах.

Лейтмотивом всех исследований было стремление понять физическую при­роду света. Сначала Ньютон склонялся к мысли о том, что свет — это волны во всепроникающем эфире, но позже он отказался от этой идеи, решив, что сопротивление со стороны эфира должно было бы заметным образом тормо­зить движение небесных тел. Эти доводы привели Ньютона к представлению, что свет — это поток особых частиц, корпускул, вылетающих из источника и движущихся прямолинейно, пока они не встретят препятствия. Корпуску­лярная модель объясняла не только прямолинейность распространения све­та, но и закон отражения (упругое отражение), и — правда, не без дополни­тельного предположения — закон преломления. Это предположение заклю­чалось в том, что световые корпускулы, подлетая, к поверхности воды, на­пример, должны притягиваться ею и потому испытывать ускорение. По этой теории скорость света в воде должна быть больше, чем в воздухе (что вступи­ло в противоречие с более поздними экспериментальными данными).

На формирование корпускулярных представлений о свете явным образом повлияло, что в это время уже, в основном, завершилась работа, которой суждено было стать основным великим итогом трудов Ньютона — создание еди­ной, основанной на сформулированных им законах механики физической картины Мира.

В основе этой картины лежало представление о материальных точках — фи­зически бесконечно малых частицах материи и о законах, управляющих их движением. Именно четкая формулировка этих законов и придала механике Ньютона полноту и законченность. Первый из этих законов был, фактически, определением инерциальных систем отсчета: именно в таких системах не ис­пытывающие никаких воздействий материальные точки движутся равномер­но и прямолинейно. Второй закон механики играет центральную роль. Он гла­сит, что изменение количества движения (произведения массы на скорость) за единицу времени равно силе, действующей на материальную точку. Масса каж­дой из этих точек является неизменной величиной; вообще все эти точки «не истираются», по выражению Ньютона, каждая из них вечна, т. е. не может ни возникать, ни уничтожаться. Материальные точки взаимодействуют, и коли­чественной мерой воздействия на каждую из них и является сила. Задача вы­яснения того, каковы эти силы, является корневой проблемой механики.

Наконец, третий закон — закон «равенства действия и противодействия» объяснял, почему полный импульс любого тела, не испытывающего внешних воздействий, остается неизменным, как бы ни взаимодействовали между со­бой его составные части.

Поставив проблему изучения различных сил, Ньютон сам же дал первый бли­стательный пример ее решения, сформулировав закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значитель­но меньше расстояния между ними, прямо пропорциональна их массам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соеди­няющей их прямой. Закон всемирного тяготения позволил Ньютону дать коли­чественное объяснение движению планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, понять природу морских приливов. Это не могло не произвести огромного впе­чатления на умы исследователей. Программа единого механического описания всех явлений природы — и «земных», и «небесных» на долгие годы утвердилась в физике. Более того, многим физикам в течение двух столетий сам вопрос о границах применимости законов Ньютона представлялся неоправданным.

В 1668 г. Ньютон вернулся в Кембридж и вскоре он получил Лукасовскую ка­федру математики. Эту кафедру до него занимал его учитель И. Барроу, который уступил кафедру своему любимому ученику, чтобы материально обеспечить его. К тому времени Ньютон уже был автором бинома и создателем (одновременно с Лейбницем, но независимо от него) метода флюксий — того, что ныне называется дифференциальным и интегральным исчислением. Вообще, то был плодотворней­ший период в творчестве Ньютона: за семь лет, с 1660 по 1667 it. сформировались его основные идеи, включая идею закона всемирного тяготения. Не ограничива­ясь одними лишь теоретическими исследованиями, он в эти же годы сконструи­ровал и начал создавать тслескоп-рефлекгор (отражательный). Эта работа приве­ла к открытию того, что позже получило название интерференционных «линий равной толщины». (Ньютон, поняв, что здесь проявляется «гашение света светом», не вписывавшееся в корпускулярную модель, пытался преодолеть возникавшие здесь трудности, введя предположение, что корпускулы в свете движутся волна­ми — «приливами»). Второй из изготовленных телескопов (улучшенный) послу­жил поводом для представления Ньютона в члены Лондонского королевского об­щества. Когда Ньютон отказался от членства, сославшись на отсутствие средств на уплату членских взносов, было сочтено возможным, учитывая его научные зас­луга, сделать для него исключение, освободив его от их уплаты.

Будучи по натуре весьма осторожным (чтобы не сказать робким) челове­ком, Ньютон, помимо его воли оказывался порой втянутым в мучительные для него дискуссии и конфликты. Так, его теория света и цветов, изложенная в 1675 г., вызвала такие нападки, что Ньютон решил не публиковать ничего по оптике, пока жив Гук, наиболее ожесточенный его оппонент. Пришлось Ньютону принять участие и в политических событиях. С 1688 до 1694 гг. он был членом парламента. К тому времени, в 1687 г. вышел в свет его основной труд «Математические начала натуральной философии» — основа механики всех физических явлений, от движения небесных тел до распространения звука. На несколько веков вперед эта замечательное творение Ньютона опре­делило развитие физики, и ее значение не исчерпано и поныне.

Болезнь Ньютона

Постоянное огромное нервное и умственное напряжение привело к тому, что в 1692 г. Ньютон заболел умственным расстройством. Непосредственным толчком к этому явился пожар, в котором погибли все подготавливавшиеся им рукописи. Лишь к 1694 г. он, по свидетельству Гюйгенса, «начинает уже понимать свою книгу «Начала».

Постоянное гнетущее ощущение материальной необеспеченности было, не­сомненно, одной из причин болезни Ньютона. Поэтому для него имело важное значение должность смотрителя Монетного двора с сохранением профессуры в Кембридже. Ревностно приступив к работе и быстро добившись заметных успе­хов, он был в 1699 г. назначен директором. Совмещать это с преподаванием было невозможно, и Ньютон перебрался в Лондон. В конце 1703 г. его избрали прези­дентом Королевского общества. К тому времени Ньютон достиг вершины славы. В 1705 г. его возводят в рыцарское достоинство, но, располагая большой квар­тирой, имея шесть слуг и богатый выезд, он остается по прежнему одиноким. Пора акгивного творчества позади, и Ньютон ограничивается подготовкой из­дания «Оптики», переиздания «Начал» и толкованием Священного Писания (ему принадлежит толкование Апокалипсиса, сочинение о пророке Данииле).

Ньютон похоронен в Вестминстерском аббатстве. Надпись на его могиле заканчивается словам: «Пусть смертные радуются, что в их среде жило такое украшение человеческого рода».