величайший ученый, завершивший
научную революцию XVII в. и
создавший основу современной
математики и физики.
Исаак Ньютон родился в сельском
местечке Вулторп в графстве
Линкольншир, в Англии, в семье
фермера средней руки. В семь лет Ньютон
стал посещать сельскую школу.
В июне 1661 г. Ньютон был принят в
колледж Тринити (колледж Св. Троицы)
в Кембридже.
Хотя обучение в Кембридже
определялось философией Аристотеля,
на третьем году разрешались
некоторые вольности, поэтому Ньютон
смог изучить новые философские идеи
Декарта, Гассенди и Бойля, алгебру и
аналитическую геометрию Виета,
Декарта и Валлиса, механику Галилея и
астрономию Коперника. В годы учения
Ньютон не проявил особых дарований.
Его научный гений вспыхнул внезапно,
когда из-за страшной эпидемии чумы,
охватившей Англию летом 1665 г.,
пришлось закрыть университет и
Ньютон вернулся в родные места. Там, в
родительском доме, он начал
революционные исследования по
математике, оптике, физике и
астрономии. В конце жизни Ньютон
вспоминал об этих неполных 18-и
месяцах 1665-66 гг.: "В те дни я был в
расцвете сил для исследований и
размышлял о математике и физике
больше времени, чем когда-либо за всю
жизнь".
Математический анализ
Ньютон заложил основы
дифференциального и интегрального
исчисления за десять лет до того, как
это же сделал великий немецкий
философ и математик Готтфрид
Лейбниц. Ньютон назвал свое
исчисление "методом флюксий".
Главная идея заключалась в том, чтобы
рассматривать интегрирование
функции (нахождение площади под
кривой) как операцию, обратную
дифференцированию (нахождение
наклона касательной к кривой в
каждой точке). Взяв за основу
операцию дифференцирования,
Ньютон нашел простые аналитические
способы расчетов, заменившие
множество путаных и сложных методов,
применявшихся при нахождении
площадей, объемов, длин кривых,
максимумов и минимумов. Даже
несмотря на то, что Ньютон не сумел
обосновать свои методы вычислений
(это было сделано только в XIX в.), они
получили широкое признание, как
мощное средство решения задач
чистой математики и физики. Исаак
Барроу, Лукасовский профессор
математики в Тринити, был так
восхищен достижениями Ньютона, что
рекомендовал его на свое место.
В 1669 г. 27-летний Ньютон получил
эту очень престижную должность. В
течение последующих лет Ньютон
читал лекции в университете, но
студенты не очень охотно их
посещали, так как Ньютон был плохим
лектором и часто бормотал что-то себе
под нос, вместо того чтобы говорить,
обращаясь к слушателям.
Тяготение и законы механики
Наивысшим достижением гения
Ньютона были исследования в области
физики и небесной механики,
кульминацией которых стала теория
тяготения. Исследования этого вопроса
Ньютон начал еще во время чумного
карантина. История о том, как в 1666 г.
он открыл закон тяготения, наблюдая в
саду за падающим яблоком, просто
миф. В этом году им были
сформулированы три знаменитых
закона движения.
Величайшим прозрением Ньютона
было предположение, что сила
тяготения Земли, действующая на Луну,
должна убывать как квадрат
расстояния между этими телами.
Теория тяготения Ньютона
согласовывалась с наблюдениями за
движением планет с точностью
порядка 10%. Однако ученый оставил
занятия небесной механикой и не
публиковал свои результаты.
Ньютон уже давно знал о законе
обратных квадратов и умел выводить
его из законов Кеплера. В 1684 г.
молодой астроном Эдмонд Галлей (тот
самый, по имени которого названа
комета) посетил Ньютона и задал ему
вопрос, по какой траектории будет
двигаться планета, если сила меняется
обратно пропорционально квадрату
расстояния. Ньютон немедленно
ответил: "По эллипсу". Галлей был
поражен и спросил, откуда Ньютон
знает это. Ньютон коротко ответил: "Я
это вычислил". На просьбу Галлея
показать вычисления Ньютон ответил,
что сделал это давно, но листок, на
котором было изложено
доказательство, куда-то потерялся. По
настоянию Галлея Ньютон заново
решил задачу, расширив изложение до
большой статьи по основным законам
механики и движения планет. Наконец,
Галлей убедил Ньютона собрать вместе
исследования по физике и астрономии
в одну книгу. После полутора лет
напряженной работы Ньютон
опубликовал в 1687 г., возможно, самую
великую из всех написанных книг по
физике: Philosophiae Naturalis Principia
Mathematica ("Математические начала
натуральной философии") или, как
сокращенно говорят, "Начала".
В этой книге прежде всего четко
сформулированы те постулаты о
пространстве и времени, которые
лежат в основе классической физики:
пространство трехмерно, бесконечно,
однородно, изотропно, пусто; время
однородно и абсолютно, т.е. течет
одинаково от прошлого к будущему во
всех точках пространства в одном и том
же темпе. В рамках этих
пространственно-временных
концепций Ньютон полностью решил
задачу о движении тел в среде без
сопротивления и с сопротивлением под
воздействием центростремительных
сил. Результаты были применены
Ньютоном к движению планет,
снарядов, маятника и к свободному
падению вблизи поверхности Земли.
Далее Ньютон доказал, что сила
тяготения, заставляющая планеты
двигаться по орбитам вокруг Солнца,
меняется обратно пропорционально
квадрату расстояния. Отсюда Ньютон
сделал вывод, что все тела
притягиваются друг к другу, и
сформулировал свой закон всемирного
тяготения.
Воспользовавшись законом
тяготения и законами движения,
Ньютон сумел объяснить широкий круг
непонятных до того явлений, вроде
вытянутых орбит комет, приливов,
прецессии орбиты Земли и т. п. Таким
образом, труды Галилея, Коперника и
Кеплера естественно объединились в
одну согласованную научную теорию.
Коперниканский взгляд на мир получил
прочное научное обоснование.
После публикации "Начал" Ньютон
был признан величайшим ученым
своего времени, однако сам он отошел
от научной деятельности. Перенеся в
1693 г. тяжелое нервное заболевание,
он переехал в Лондон. В 1696 г.
Ньютон получил должность смотрителя
королевского монетного двора, а в
1699 г. стал его начальником
(необычайно почетная и выгодная
должность в тогдашней Англии). По
руководством Ньютона была проведена
перечеканка монеты, и он стал грозой
фальшивомонетчиков. В 1708 г. Ньютон
первым из ученых получил рыцарское
звание из рук королевы Анны. В 1703 г.
он был избран и до самой смерти
занимал пост президента Лондонского
королевского общества.
Сэр Исаак Ньютон умер в глубокой
старости в Лондоне 31 марта 1727 г.
Его прах покоится в Вестминстерском
аббатстве.
Помимо величайших открытий в
конкретных областях физики и
астрономии, Ньютон оказал огромное
влияние на развитие методологии
научных исследований. Его "метод
принципов", реализованный в
"Началах" и "Оптике", состоит в
следующем: на основе опыта
формулируются наиболее общие
закономерности - аксиомы (принципы)
- и из них дедуктивным путем
выводятся законы и положения,
которые затем должны быть проверены
на опыте. Такой путь построения
физического знания (теоретически
восходящий к Френсису Бэкону)
оказался необычайно плодотворным.
Свой метод Ньютон противопоставлял
господствовавшему тогда в
естествознании стремлению во что бы
то ни стало объяснить явления даже с
помощью не обоснованных опытом
гипотез, догадок и спекуляций. Ньютон
полагал, что на такой основе
построить истинную физическую
теорию нельзя. Если на данном этапе
нет возможности объяснить причины,
следует ограничиться изучением
экспериментальных данных и пытаться
из них выявить некую закономерность.
Отсюда знаменитое высказывание
Ньютона: "Гипотез не измышляю"
(Hypothesis non fingo).
Сам Ньютон понимал, что все,
созданное им, не есть окончательная
истина, что познание мира бесконечно.
Он писал: "Не знаю, чем я могу
казаться миру, но сам себе я кажусь
только мальчиком, играющим на
морском берегу, развлекающимся тем,
что до поры до времени отыскиваю
камешек более цветистый, чем
обыкновенно, или красивую раковину, в
то время как великий океан истины
расстилается передо мной
неисследованным".
