25 декабря 1642 / 4 января 1643 года (да, в Британии до 1752 года тоже действовал Юлианский календарь) родился сэр Исаак Ньютон, великий британский математик, физик, один из отцов-основателей современной науки как таковой.
Семья: фермер
Родился он в деревне Вулсторп в Линкольншире, в относительно богатой фермерской семье. Отец его умер до рождения сына. Мать, Анна Эйскоу, снова вышла замуж, когда Исааку было 3 года. У неё было трое младших детей от нового мужа, и это мешало особо близким отношениям со старшим сыном.
Впрочем, отчим в итоге тоже умер, а наследство от отца и отчима позволило будущему великому физику учиться . Очевидный талант, отмеченный учителями, сподвиг мать Исаака отпустить его делать карьеру по научной части, а не управлять фермой.
Кембридж и "чумные годы"
Юный Исаак Ньютон оказался в Тринити-колледже Кембриджского университета. Там он обучался на протяжении семи лет (с 1661 по 1668 гг.) и там начал самостоятельную научную деятельность. Ключевую роль сыграл, однако, двухлетний перерыв в работе университета связи с эпидемией чумы (со второй половины 1665-го по начало 1667-го). У Ньютона с "чумными годами" получилось, как у Пушкина с "Болдинской осенью": значительная часть открытий, ассоциируемых сегодня с именем Ньютона, была совершена именно тогда.
В частности, открытия в области оптики - разложение белого света в цветной спектр и всё, с этим связанное - были совершены в период пребывания на родительской ферме. Открытия в области математики тоже связаны с "чумными годами". Ну, и именно к этому времени приписывается знаменитый мифический эпизод с упавшим яблоком и законом всемирного тяготения...
Основные научные заслуги
Научные заслуги Ньютона огромны: помимо закона всемирного тяготения и открытий в области оптики, это, собственно говоря, три закона Ньютона (основные законы движения). Благодаря исследованиям в сфере разложения света в спектр, он создал телескоп-рефлектор (основным элементом которого было искривлённое зеркало), свободный от цветовых искажений телескопов-рефракторов (на основе увеличительных линз). Ньютон разработал и применил в науке многие математические методы исследования (включая дифференциальное и интегральное исчисление - ещё до Лейбница).
Благодаря этим теоретическим выкладкам Ньютон получил большое количество практических данных. Вычислил форму Земли (выяснилось, что она не шар, а сплюснутый с полюсов эллипсоид), определил массу Луны. Как ни странно, огромное практическое значение имело его усовершенствование телескопа: оно давало возможность очень точного определения времени - и, как следствие, географических координат. Это было очень важно в контексте борьбы за приоритет в открытии новых островов и т.п. географических вопросах.
Законы движения, всемирного тяготения, математические методы были опубликованы в 1687 г. в трёх томах "Математических начал натуральной философии" (в современной терминологии это значило бы "Математические принципы в физике"). И, возможно, важнейшим вкладом Ньютона в развитие науки стало именно установление нового - основанного на математике - стандарта научности.
Новый стандарт научности
Прежде считалось, что принципиально важно описать силы, лежащие в основе каких-либо природных явлений. Поэтому картезианцы - последователи Декарта - вводили постоянно разнообразные "тонкие силы", взаимодействующие между собой, и всё в этом духе. Ньютон же считал, что нужно восходить от факта к обобщению. Нужно сначала честно описывать то, что видишь, потом выводить математические закономерности - а уж после этого думать, почему дело обстоит так, а не иначе.
Собственно, именно так у него получилось с законом всемирного тяготения. Ньютон не знал, какова природа сила тяготения (представление о гравитации как об искривлении метрики пространства-времени появилось лет через триста). Но описать её действие - мог. Это ему тогда оппоненты ставили в вину: что он описывает "не пойми что". Ньютон же считал, что так и только так и следует действовать. Лишь благодаря очень высокой эффективности этой методики с таким непривычным подходом со временем смирились.
Благодаря Ньютону механика превратилась в точную науку "третьего уровня". В научном познании выделяют три этапа:
- накопление фактов (например, "на севере холодно, на юге жарко, ещё дальше на юг - опять холодно");
- выявление эмпирических закономерностей ("на полюсах холодно, но чем ближе к экватору - тем теплее");
- создание всеобъемлющей теории ("температура зависит от средней высоты Солнца над горизонтом").
Вот первой наукой третьего уровня - со всеобъемлющей теорией - стала механика при Ньютоне. В XVIII веке таковыми стали другие разделы физики, в частности, оптика. В XIX веке - электродинамика (Фарадей и Максвелл), химия (Менделеев), биология (Дарвин и Мендель). В XX веке - медицина, социальные науки...
Но первой была механика. Потому в развитии всех остальных наук имелся период "механицизма": учёные брали пример с механики, потому что больше его брать было не с кого...
Конфликты и споры о приоритете
Ньютон довольно часто конфликтовал с другими учёными. Инициатива конфликта никогда не исходила от него, но человек он был довольно принципиальный. Достаточно вспомнить сложную ситуацию, когда король Яков II потребовал от Кембриджа сделать магистром католического монаха. Ньютон отказался и убедил других представителей университета не идти на компромисс.
Широко известны три основных его научных противника (речь не об оппонентах, а именно об учёных, с которыми сложились напряженные личные отношения и/или велись активные споры о приоритете).
Роберт Гук заявлял, что представления о всемирном тяготении у него возникли раньше, чем у Ньютона, и что они с Ньютоном списывались на этот счёт. В частности, он установил, что сила притяжения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, и что движение планеты по орбите - сочетание ("суперпозиция") прямолинейного движения с постоянным падением планеты на Солнце под влиянием силы тяготения.
Но Гуку не хватило математической "подкованности" формально вывести закон, и у него не было идеи об универсальности тяготения - что люди притягиваются Землёй ровно по тем же причинам, по которым планеты обращаются вокруг Солнца. Учитывая, что обратно-квадратичный закон был вычислен ещё раньше, до Гука, то его вклад значительный, но не так, чтоб определяющий: Ньютон, конечно, подытожил исследования череды предшественников, но всё же именно он дал тот закон всемирного тяготения, который в школе сейчас учат.
Со стороны Гука был еще ряд претензий - в сфере оптики. Нужно сказать, что Гука коллеги, по его словам, постоянно "обижали" и "обкрадывали" - такой уж у него был характер... В итоге он так "достал" Ньютона, что тот вообще перестал что-либо публиковать по оптике, и свою монографию на этот счёт выпустил только после смерти Гука.
Джон Флемстид - глава Гринвичской обсерватории - также с определённого момента был в ссоре с Ньютоном. Тому были нужны новейшие наблюдательные данные по поводу движения Луны как аргументы в пользу его теории тяготения. Флемстид же, опасаясь за свой приоритет в астрономических наблюдениях, предоставлял их крайне неохотно, несмотря на то, что Ньютон помогал работе обсерватории. Под очень сильным давлением Ньютону удалось получить необходимые сведения, но сердечности в отношениях это не способствовало.
Ну и третий известный случай - спор с Лейбницем касательно приоритета изобретения дифференциального и интегрального исчисления (математического анализа). Конфликт имел далекоидущие последствия: фактически британская и континентальная математика рассорились на столетие, это замедлило развитие их обеих.
Насколько сейчас понятно, Ньютон действительно изобрёл эти методы раньше Лейбница - ещё в "Чумные годы" (в 1665-66 гг.), но оставил их в секрете. Лейбниц пришёл к ним после 1675 г. - отчасти самостоятельно, отчасти под влиянием информации о том, что Ньютон нечто подобное уже создал. Так как он сразу начал пропагандировать свои работы, большинство европейских математиков и не сомневалось в его приоритете. Основные формулы, обозначения и т.п., используемые сейчас, восходят к Лейбницу (но кое-что пришло и от Ньютона).
Математический гений: как Ньютон стал Ньютоном
Тут, собственно говоря, становится понятно, за счёт чего Ньютон вообще стал таким великим. Он, прежде всего, был именно гениальным математиком. Он изобрёл принципиально новые методы расчётов (включая дифференциальное и интегральное исчисления, но ими не ограничиваясь). Напомню: Исаак на тот момент был вообще ещё студентом 23-24 лет!
После чего Ньютон и стал эти методы их использовать - так сказать, "в личных целях": применять ко всему массиву актуальных научных задач, открывая один закон природы за другим. Гук погорел именно на своей неспособности соперничать с Ньютоном как с математиком. Потому и ньютоновский критерий научности во главу угла именно математику и ставит.
Но побочным эффектом такого подхода оказалось то, что в собственно математической сфере Ньютон нечаянно "отстал" от Лейбница.
Разумеется, всё это не умаляет заслуг Ньютона как экспериментатора и наблюдателя. Но талантливые экспериментаторы и наблюдатели тогда встречались значительно чаще, чем гениальные математики...
"Гипотез не измышляй!.."
Общая идея Ньютона - "давайте честно математически опишем то, что видим, а выяснять, что это такое, будем потом - с чувством, с толком, с расстановкой на протяжении последующих веков". Его девиз - "гипотез не измышляй", сначала накопи факты и опиши их.
Пример - его оптика. Основная проблема оптики тех времён (да и более поздних - вплоть до эпохи квантовой механики) - рассматривать луч света как поток частиц или как волну в некой светоносной среде. Почему-то считается, что Ньютон придерживался корпускулярной теории. Но для таких выводов нет особых оснований.
Ньютон как раз честно описывал, что иногда свет ведет себя как поток частиц, а иногда в нём есть нечто волновое. Он иногда пытался как-то состыковать это - мол, возможно, что поток частиц порождает волны света в мировом эфире, но вовсе не пытался усилием воли загнать факты в сторону нужной теории. Он как раз исходил из своего принципа: непонятно - да и ладно, потом поймём. Главное - чтобы правильно было описано. Он был всё же исходно больше математик, чем физик.
А если бы Ньютона не было?
Трудно оценить, насколько большую роль сыграл Ньютон в развитии науки. И в тоже время вполне очевидно, что и помимо него учёных было достаточно. Грубо говоря, не было бы Ньютона - теория Гука, как весьма убедительная, хоть и недостаточно обоснованная, всё равно завоевала бы популярность. Лейбниц без Ньютона всё равно бы занимался дифференциальным и интегральным исчислением - и успешно разработал бы их (возможно, чуть позже). Появилась бы возможность математически обосновать всемирное тяготение...
Одним словом, наука, с небольшой задержкой, пошла бы по прежнему пути. Задержка могла сыграть важную роль... А могла - и никакой не сыграть.
Разносторонняя личность...
А вообще-то - на удивление разносторонний человек. Занимался алхимией и мистикой ("последний великий маг"). Занимался хронологией истории... Особых лавров не снискал. Но он действительно пытался применить свои методы и в этой сфере тоже.
Был депутатом парламента. Вопреки историческому анекдоту о том, что за всё время ему принадлежала лишь одна реплика - "Закройте окно!" - депутатом он был вполне активным и профессиональным.
Первым за свои научные исследования получил рыцарское звание (происходя, фактически, из крестьян). В связи с тем, что он, не дрогнув, противостоял королю Якову Второму, после свержения Якова новая власть весьма благоволила к Ньютону. Он получил предложение стать хранителем Монетного двора, это весьма значимый государственный пост...
Хранитель Монетного двора
За время правление Якова финансовая система Британии пришла в упадок: в обращении была куча фальшивых монет, большинство же были "испорчены". "Порча монеты" - обычное для тех времён явление: монеты из драгоценных металлов снаружи обрезались, и реальное содержание металла в них оказывалось меньше номинального. Ньютон ввёл сложный гурт: боковую насечку с надписью, которую весьма сложно было подделать в кустарных условиях и, главное, совершенно невозможно "испортить".
Однако оставался вопрос: как обменивать старые монеты на новые? Прежде в таких ситуациях меняли монеты по весу, по принципу "если 5 старых монет содержат столько же серебра, сколько 4 новых полновесных, то так их и надо менять". Страдали от этого граждане - владельцы монет. Они становились беднее, причём все долги, налоги и т.д. номинировались в монетах по номиналу, а не фактическому содержанию металла. То есть фактически проблемы государства перекладывались на население. Так вот, по предложению Ньютона, во время "великой перечеканки 1696 года" поступили иначе: монеты обменивались по номиналу, один к одному.
Что для государства было совершенно невыгодно. Фактически, по инициативе Ньютона Британия влезла в колоссальные долги (в основном - перед Нидерландами). Но зато и стагнации, вызванной обеднением населения, в этот раз не было: наоборот, произошёл экономический подъём. Усиление экономической активности позволило резко поднять налоговые поступления в бюджет, и в итоге долги были со временем успешно погашены. Расчёт великого математика оправдался и на этот раз.
Одним словом Исаак Ньютон - один из, наверное, десятка тех людей, чьи жизнь и деятельность наиболее повлияли на современную цивилизацию. Если говорить о XVII веке - едва ли кто-то по значимости может с ним сравниться.
PS: Ньютон и Пётр
Кстати, достоверно известно что Петр Первый встречался с Ньютоном как минимум трижды - как с хранителем Монетного двора. Совершенно очевидно, что монетная реформа, начавшаяся в России в 1700 г, по возвращении Петра из "Великого Посольства", была задумана под влиянием идей Ньютона.