Исаак Ньютон и тайны Вселенной

Исаака Ньютона многие знают как основателя классической физики — автора формул, без которых невозможно представить ни один учебник. Но за строгими уравнениями стоял человек с непростым характером.

Ньютон предпочитал жить в уединении и любил искать порядок в хаосе. Он пытался навести его в законах движения планет, в падении яблок, в расследованиях фальшивомонетничества и даже в библейских текстах. Его жизнь — это история учёного, который стремился разгадать закон мироздания и изменил представления человечества о Вселенной.

Давайте проследим биографию Исаака Ньютона и попробуем выяснить, какой личностью он был и что позволило ему сделать столько открытий.

Содержание

• Одиночество, травмы и первые опыты
• Юность в Грэнтеме
• Годы чумы и рождение великих идей
• Телескоп, признание и спор о природе света
• Научное величие и переход на госслужбу
• Наследие

Одиночество, травмы и первые опыты

В середине XVII века Англия переживала достаточно смутное время: страну раздирала гражданская война, университеты пустовали, а наука подчинялась религиозным догмам и политической обстановке. Учёные искали философский камень, а астрология считалась уважаемой дисциплиной и даже влияла на принятие государственных решений.

В этот непростой период, 25 декабря 1642 года по старому юлианскому календарю в Вулсторп-мэноре — фермерском доме в деревне Вулсторп-бай-Колстерворт — родился Исаак Ньютон. Его назвали в честь отца — богатого фермера, который умер за три месяца до рождения сына. Младенец появился на свет недоношенным, слабым и таким маленьким, что, по словам матери, мог уместиться в пивную кружку. Даже повитуха не верила, что он проживёт хотя бы несколько часов.

Когда Исааку исполнилось три года, его мать вновь вышла замуж — за состоятельного священника, который не хотел воспитывать пасынка. Мальчик остался на попечении бабушки, и разрыв с матерью стал для него глубокой психологической травмой. Некоторые биографы считают, что именно это событие сделало Ньютона замкнутым, молчаливым и недоверчивым — он избегал сверстников и тяжело переносил критику.

Вместо компании других детей юный Исаак Ньютон предпочитал мастерить и изобретать. Например, однажды он увидел ветряную мельницу и построил её уменьшенную копию. А когда не было ветра, помещал внутрь мышь: та тянулась к зёрнам и вращала лопасти. В другой раз он сконструировал водяные часы из деревянного ящика, где вода капала с равномерной скоростью и приводила в движение стрелки.

Юность в Грэнтеме

В 12 лет Ньютона отправили в Королевскую школу в Грэнтеме, где он поселился в доме местного аптекаря. Поначалу мальчик ничем не выделялся: на уроках быстро терял внимание, оставался замкнутым и чаще погружался в собственные размышления, чем в школьные задания.

Всё изменил конфликт с лучшим учеником класса. Тот постоянно дразнил Ньютона, называл деревенщиной и насмехался над его увлечениями. В итоге Исаак вызвал обидчика на поединок — и победил. Но физической победы ему оказалось мало, и он решил превзойти соперника в знаниях. С этого момента Ньютон всерьёз взялся за учёбу и отдавался ей с той же страстью, с какой прежде конструировал модели.

Отдельно стоит сказать о доме аптекаря, где жил Ньютон во время учёбы в Грэнтеме. Это было нечто среднее между лавкой, библиотекой и химической лабораторией: полки были уставлены банками с порошками и настойками, рядом лежали медицинские книги и алхимические трактаты. Исаак много наблюдал за работой хозяина, и позже навыки обращения с разными веществами пригодились ему в опытах с оптикой.

В целом жизнь в Грэнтеме складывалась неплохо, пока в 17 лет Ньютону не пришлось внезапно прервать образование. После смерти отчима его мать вернулась в Вулсторп и решила, что старший сын должен заняться семейным хозяйством. Но Исаак терпеть не мог сельскохозяйственные работы и интересовался только наукой. Однажды его даже оштрафовали за то, что он слишком увлёкся решением задач и потерял несколько овец.

К счастью, в ситуацию вовремя вмешались учитель Генри Стоукс и дядя Ньютона. Они убедили его мать, что у Исаака есть особый талант, который нельзя загубить фермерской работой. Благодаря их настояниям юноша вернулся к учёбе, чтобы подготовиться к поступлению в Кембридж.

Годы чумы и рождение великих идей

В 1661 году Исаак Ньютон поступил в Тринити-колледж Кембриджа — один из самых престижных колледжей университета. Однако его зачислили как сайзара — бедного студента, который должен был совмещать учёбу со службой. Ему приходилось чистить чужую обувь и одежду, выносить ночные горшки, подавать блюда за общим столом. Всё это казалось унизительным и ещё больше усиливало его отчуждённость.

Помимо тяжёлых условий, Ньютона разочаровала и учебная программа. Она по-прежнему опиралась на устаревшие труды Аристотеля, тогда как в Европе уже шла научная революция: Коперник предложил гелиоцентрическую систему мира, Кеплер сформулировал законы движения планет, Галилей с помощью телескопа открыл новые небесные тела, а Декарт создал аналитическую геометрию. Исаак решил не отставать и начал самостоятельно изучать труды всех современных мыслителей.

В 1665 году города Англии охватила эпидемия чумы, и студенты были вынуждены разъехаться по домам. Ньютон вернулся в Вулсторп, где провёл почти два года в изоляции. Именно в этот период он придумал три главных идеи, которые заложили фундамент современной науки.

Первая идея. Исаак Ньютон разработал основы дифференциального и интегрального исчисления — нового математического языка, который он назвал «методом флюксий». Этот инструмент позволял рассчитывать скорость и ускорение в любой момент времени. Например, с его помощью можно было рассчитать время полёта пушечного ядра до цели или предсказать точное местоположение кометы через несколько лет.

Вторая идея. Ньютон исследовал природу света и пришёл к выводу, что белый свет неоднороден и состоит из смеси цветов. До него считалось, что белый свет — это чистая, однородная субстанция, а цвета возникают из-за его искажения при взаимодействии с различными материалами.

Для подтверждения своей теории Исаак Ньютон провёл серию экспериментов со стеклянной призмой. Сначала он наблюдал, как белый свет разлагается на спектр из семи цветов — красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового. Затем с помощью второй призмы он снова собрал разложенный спектр в единый белый луч.

Третья идея. Вы наверняка слышали легенду о яблоке, которое упало на голову Ньютона. На самом деле он просто сидел в саду, заметил падающее яблоко и задумался: может ли та же сила, что притягивает яблоко к Земле, удерживать Луну на орбите вокруг нашей планеты?

Постепенно из этих размышлений возникла теория всемирного тяготения, которая объясняет, почему яблоко падает на землю, а Луна, находясь гораздо дальше, не падает прямо вниз, а движется по орбите — постоянно «падая» к Земле и одновременно ускользая вперёд. По такому же принципу планеты удерживаются на орбитах вокруг Солнца.

Однако все эти фундаментальные открытия Исаак Ньютон сделал только для себя. Он не спешил ничего публиковать, поскольку не любил делиться незавершёнными трудами и опасался, что его идеи будут раскритикованы другими учёными. Поэтому, чтобы ни с кем не спорить, он оставил заметки в записных книжках и решил вернуться к ним позже.

Телескоп, признание и спор о природе света

Когда эпидемия чумы отступила, Исаак Ньютон вернулся в Кембридж и сблизился с профессором Исааком Барроу. Барроу стал его наставником и первым, кто увидел записи Ньютона о «методе флюксий». Осознав огромную значимость открытия, он переслал труды молодого учёного в Лондон, где их высоко оценили все ведущие математики того времени.

В 1669 году Барроу оставил кафедру и порекомендовал Исаака Ньютона на своё место. Благодаря этому Ньютон стал профессором математики в Кембридже, что обеспечило ему финансовую независимость и возможность полностью посвятить себя научной деятельности.

Среди немногочисленных обязанностей Ньютона было чтение лекций студентам. Он пытался изложить свои идеи о свете, но быстро понял, что они слишком сложны для большинства слушателей. Тогда Ньютон решил создать телескоп, который мог бы наглядно подтвердить его выводы и дать астрономам более точный инструмент для наблюдений.

У него вышел компактный прибор длиной всего около 15 сантиметров. Несмотря на небольшие размеры, он давал изображение значительно более чёткое и яркое, чем громоздкие линзовые трубы того времени.

А в 1671 году Ньютон представил усовершенствованную версию своего телескопа с увеличением примерно в 40 раз. Новый прибор позволял с невиданной ранее чёткостью наблюдать Луну (можно было разглядывать кратеры), спутники Юпитера и другие небесные тела. Телескоп произвёл впечатление на Королевское научное общество, и вскоре учёного избрали членом этого общества.

Воодушевлённый полученным признанием, Исаак Ньютон решил не останавливаться и направил в Королевское общество работу «Новая теория о свете и цветах». В ней он изложил результаты своих опытов с призмами и хотел доказать, что белый свет состоит из смеси цветов.

Однако вместо восторга публикация вызвала только споры. Главным оппонентом Ньютона стал влиятельный член Королевского общества Роберт Гук, который был сторонником волновой теории света. Нападки Гука стали для Ньютона тяжёлым ударом, который он воспринимал как личное унижение. Сначала Исаак пытался публично на них отвечать, но позже решил отстраниться и почти десять лет ничего не публиковал.

В период затворничества от научного мира Исаак Ньютон продолжал преподавать в Кембридже, но большую часть времени посвящал алхимии и богословию. Он верил, что древние цивилизации обладали утраченным знанием о скрытых силах материи, и хотел его восстановить.

Однако свои оккультные увлечения он держал в тайне и не публиковал при жизни, чтобы не навредить своей репутации и не подвергнуться критике.

Научное величие и переход на госслужбу

Пока Ньютон находился в уединении, наука продолжала развиваться, и астрономы установили, что планеты движутся по эллиптическим орбитам. Однако никто не мог точно объяснить, почему они движутся именно так и какая сила заставляет их подчиняться этим законам.

В 1684 году астроном Эдмунд Галлей посетил Исаака Ньютона в Кембридже и задал ему вопрос о природе силы, которая удерживает планеты на эллиптических орбитах. Ньютон к тому времени уже долго размышлял над этой проблемой и подготовил для Галлея подробный черновик, где математически обосновал законы движения небесных тел.

Эдмунд Галлей уговорил Исаака Ньютона превратить этот черновик в полноценную книгу, а также взял на себя все расходы по её публикации. В результате в 1687 году вышел главный научный труд Ньютона — «Математические начала натуральной философии», или просто «Принципия». В этой работе Исаак сформулировал три закона движения, вывел закон всемирного тяготения и доказал, что небесные и земные явления подчиняются одним и тем же математическим законам.

После публикации «Принципии» физика превратилась в точную науку, которая способна предсказывать движение тел во Вселенной. Например, геофизики смогли объяснить природу приливов и отливов, связав их с гравитационным взаимодействием между Луной и земными водами.

Постепенно идеи, описанные в «Принципии», распространились по всей Европе, и Исаак Ньютон стал самым авторитетным учёным своего времени. Впереди его ждали слава, значительное богатство, высокие государственные посты и столкновения с научными противниками.

Однако дальнейшая его деятельность уже не была связана с наукой. Например, в 1696 году он стал смотрителем Монетного двора, возглавил масштабную перечеканку монет и боролся с фальшивомонетчиками.

Наследие

Исаак Ньютон умер в 1727 году в возрасте 84 лет. Его похоронили в Вестминстерском аббатстве — рядом с английскими королями и величайшими мыслителями эпохи. На его могильной плите высечены слова: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, который почти божественной силой своего ума впервые объяснил с помощью математического метода движения и формы планет, пути комет, приливы и отливы океана».

Сегодня закон всемирного тяготения Ньютона позволяет точно рассчитать орбиты космических аппаратов, а его три закона движения используются инженерами при проектировании всего: от автомобильных двигателей до систем стабилизации небоскрёбов.

Несмотря на колоссальное значение работ Исаака Ньютона, только с появлением теории относительности Альберта Эйнштейна научное сообщество осознало ограничения классической механики. Эйнштейн показал, что законы Ньютона теряют точность в экстремальных условиях. Например, система GPS должна учитывать релятивистские эффекты, поскольку спутники вращаются вокруг Земли со скоростью около 14 000 км/ч. Без таких поправок их показания давали бы ошибку.

Однако даже теория относительности не отвергает механику Ньютона, а расширяет её. В повседневных условиях его уравнения по-прежнему дают высокоточные результаты и остаются фундаментом инженерных расчётов. И стоит признать, что без работ Ньютона Эйнштейну и другим учёным не с чего было бы начинать свои революционные открытия.

Читайте также:

Альберт Эйнштейн: жизнь, E = mc² и научные революции