«Так как древние, по словам Паппуса, придавали большое значение механике при изучении природы, то новейшие авторы, отбросив субстанции и скрытые свойства, стараются подчинить явления природы законам математики». (И. Ньютон. «Математические начала натуральной философии»)
Как известно, создателем классической физики считают Исаака Ньютона (1643-1727). Великий ученый родился в семье бедного фермера и был принят в Тринити-колледж при Кембриджском университете в качестве субсайзера - так называли малообеспеченных студентов, которые прислуживали в учебных заведениях, чтобы иметь возможность получить образование. В 1665 г. Ньютон получил степень бакалавра, в 1669 г. возглавил в университете физико-математическую кафедру… А в 1687 г. вышел в свет его знаменитый трактат «Математические начала натуральной философии» (на обложке стояло латинское название «Philosophia Naturalis Principia Mathematica». В этом фундаментальном труде были сформулированы закон всемирного тяготения и три закона движения, ставшие впоследствии основой классической механики. В то же время в нем Ньютон попытался пролить свет на тайну всего мироздания.
Ньютон и Галлей
История создания «Начал» такова. В 1682 г. физик, астроном и математик Эдмонд Галлей (1656-1742) на фоне всплеска интереса публики к «небесной механике» в связи с прохождением кометы, получившей впоследствии имя Галлея, предложил Ньютону опубликовать научную работу по «общей теории движения». Но тогда ученый ответил отказом. Его больше интересовали практические исследования, чем написание научных талмудов. Однако в ноябре 1684 г. Галлею все же удалось уговорить его описать свои открытия и подготовить их к публикации.
Сначала трактат назывался «De motu» («О движении»). Работал над ним Ньютон в течение двух лет – с 1684 по 1686 год. Издание первоначально предполагалось осуществить за счет Лондонского Королевского общества, но в последний момент оказалось, что у того нет средств, и тогда Галлей издал труд Ньютона на собственные деньги.
Первый том трактата был представлен Королевскому обществу 28 апреля 1686 г. Последний, третий том, вышел в 1687 г. Весь тираж (около 300 экземпляров) разошелся в течение четырех лет, что для того времени являлось небывалым успехом. Только при жизни Ньютона книга выдержала три издания, причем при каждом переиздании автор вносил в текст изменения, дополнения и уточнения.
Структура и математический аппарат книги во многом близка к «Началам» Евклида. В отличие от своих предшественников, таких, как Аристотель или Декарт, Ньютон отошел от метафизики и попытался четко изложить научные доказательства описываемых им явлений. Например, закон тяготения он выводит из характера движения планет: «…если все тела тяготеют к Земле, то и Земля равным образом тяготеет ко всем телам».
Основные понятия
В первом томе автор дает определения базовым понятиям, таким, как масса, сила и инерция («врожденная сила материи»), количество движения и др., приводит постулаты об абсолютности пространства и времени и формулирует три закона механики, впервые дает общие уравнения движения:
«Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменять это состояние».
При этом, если Аристотель в своей «Метафизике» утверждал, что скорость тела зависит от движущей силы, то у Ньютона речь идет не о скорости, а об ускорении. Он также вводит правило векторного сложения сил, понятие гравитации и описывает теорию колебаний и выводит из этого принцип относительности:
«Относительные движения друг по отношению к другу тел, заключенных в каком-либо пространстве, одинаковы, покоится ли это пространство, или движется равномерно и прямолинейно без вращения».
Гидромеханика и «метод флюксий»
Второй том практически весь посвящен гидромеханике, то есть движению тел на Земле с учетом сопротивления среды. В нем Ньютон также предлагает свой «метод флюксий» (дифференциального исчисления):
«В письмах, которыми около десяти лет тому назад я обменивался с весьма искусным математиком г-ном Лейбницем, я ему сообщал, что обладаю методом для определения максимумов и минимумов, проведения касательных и решения тому подобных вопросов, одинаково приложимых как для членов рациональных, так и для иррациональных, причем я метод скрыл, переставив буквы следующего предложения: “когда задано уравнение, содержащее любое число текущих количеств, найти флюксии и обратно”.
Знаменитейший муж отвечал мне, что он также напал на такой метод и сообщил мне свой метод, который оказался едва отличающимся от моего, и то только терминами и начертанием формул».
Мировая система
Третий том повествует о «системе мира». В основном речь в нем идет о небесной механике, а также теории приливов. В начале тома Ньютон формулирует свой подход к явлениям, наподобие известной «Бритвы Оккама»: «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений… Природа ничего не делает напрасно, а было бы напрасным совершать многим то, что может быть сделано меньшим. Природа проста и не роскошествует излишними причинами».
Используя данные наблюдений за планетами, Луной и другими спутниками, ученый выводит закон тяготения. Опыты с маятниками помогли ему прийти к заключению о том, что сила тяжести (вес) пропорциональна массе. Этот же закон, полагает Ньютон, можно применить к движению небесных тел: «…так, Луна тяготеет к Земле пропорционально своей массе, и взаимно наши моря тяготеют к Луне, все планеты тяготеют друг к другу; подобно этому и тяготение комет к Солнцу. На основании этого правила можно утверждать, что все тела тяготеют друг к другу».
«Начала» вызвали широчайший резонанс среди мировой научной общественности. Помимо восторженных отзывов, труд Ньютона получил и немало критических откликов. Особенно часто критиковалась концепция тяготения. Многим было непонятно, каким образом объекты могут притягиваться друг к другу без прямого соприкосновения (например, взять то же яблоко, падающее на землю, падения комет или приливы Луны). Закон всемирного тяготения отвергали такие корифеи тогдашней научной мысли, как Лейбниц, Гюйгенс, Бернулли и Кассини, пытаясь объяснить движение планет и притяжение тел магнетизмом или другими явлениями. Лишь когда позднее появились работы Эйнштейна по теории относительности, открытия Ньютона окончательно закрепились в классической физике.
Физика и алхимия
Между тем, наряду с научными изысканиями, Ньютон активно занимался тем, что сегодня назвали бы «лженаукой». В частности, он увлекался алхимией и астрологией. В 2005 г. в процессе каталогизации хранилища библиотеки Лондонского Королевского общества был обнаружен манускрипт, содержащий заметки сэра Исаака на соответствующую тему. Данная 22-страничная рукопись считалась утерянной после того, как была продана в 1936 г. на аукционе «Сотби» за 15 фунтов стерлингов.
Большая часть текста представляет собой заметки, посвященные работам алхимиков прошлого. На нескольких страницах ученый изложил свои мысли по поводу алхимии. По-видимому, его весьма интересовали превращение свинца в золото и создание гомункулусов – искусственных существ.
Загвоздка в том, что содержание записей, хоть они и сделаны на английском языке, выглядит весьма туманным. «Алхимики использовали между собой тайный язык, полный символов и кодов, – комментирует пресс-секретарь Королевского общества Тим Уотсон. – Этим они хотели добиться того, чтобы ни один некомпетентный человек не смог повторить их эксперименты».
Так как Ньютон и сам проводил алхимические опыты, он мог добиться определенных результатов, тем более обладая обширными научными знаниями и практикой (если, разумеется, в алхимии вообще можно достичь каких-то результатов). Но тайные науки не для всех, и потому нет ничего удивительного в том, что ученый не захотел открыто рассказывать о своих исследованиях.
«Это чрезвычайно волнующая находка для исследователей Ньютона и историков науки, – считает Джон Йанг из Лондонского императорского колледжа. – Она указывает на то, каких авторов-алхимиков Ньютон в конце XVII столетия читал и какие из алхимических теорий исследовал».
Вероятно, можно считать данный трактат своего рода дополнением к пресловутым «Началам». Если последний труд излагает основы классической физики, то загадочный манускрипт «препарирует» скрытую сторону законов бытия…
Из книги Ирины Шлионской
"50 Великих книг, содержащих послания человечеству. Мифы и реальность"
Публикуется с разрешения автора
