Восхождение человечества - Джейкоб Броновски

В это самое время, в 1642 году, в небольшой деревне Вулсторп в доме своей матери родился Исаак Ньютон. Его отец умер, не дожив до рождения сына несколько месяцев. Мать через некоторое время повторно вышла замуж, в этом ее браке родились дети, и старшего сына она передала на попечение бабушки. Мальчик не стал беспризорником, но все же недополучил материнской любви и заботы, на которую был вправе рассчитывать. Из-за этого всю жизнь Ньютон оставался нелюдимым угрюмым холостяком. Все открытия он совершил в одиночку: ученый боялся, что их могут похитить, так же как в детстве у него увели мать. Наверное, по этой причине Ньютон не вел дневников, и мы ничего не знаем о том, как он учился в школе и университете.

В 1665 году Ньютон завершил учебу в Кембридже, но к полноценной работе приступить не смог и трудился в родной деревне, потому что в течение 1665–1666 годов в крупных городах Англии свирепствовала великая эпидемия чумы. Незадолго до этого его мать, овдовев, вернулась в Вулсторп. Приезд матери придал ученому сил, и он приступил к работе с утроенной энергией. Его настоящей страстью стала математика. Сегодня, когда изучены конспекты Ньютона, стало очевидным, что он был не слишком усидчивым и прилежным учеником: он не стремился заучивать уже существующие формулы, правила и теоремы, а разрабатывал, придумывал и выстраивал свои. В эти годы он совершил первое свое открытие — изобрел флюксии, которые мы сегодня называем производными. Он применял их как своего рода секретный инструмент, обнародовав только результаты. На публичных выступлениях он пользовался принятыми в его время математическими терминами.

Здесь же, в родной деревне, он начал работу над законом всемирного тяготения, и сразу же проверил его, рассчитав движение Луны вокруг Земли. Ночное светило Ньютон сделал главным объектом своих наблюдений и расчетов. Если Луна движется по своей орбите благодаря притяжению Земли, то она должна лететь подобно очень быстро брошенному мячу или яблоку, скорость должна быть достаточно велика, чтобы при движении Луна падала ровно настолько, чтобы ее изгибающаяся траектория оставалась на одном и том же расстоянии от центра Земли. Но какова должна быть в этом случае величина силы притяжения?

Я вычислил, что планеты на их орбитах удерживают силы тяготения, каждая из которых обратно пропорциональна квадрату ее расстояния от Солнца. Это позволило мне найти отношение силы тяжести на поверхности Земли к силе, с которой она притягивает Луну. Многие расчеты я выполнил с довольно высокой точностью.

Несмотря на то что в своих расчетах Ньютон пользовался довольно грубыми данными, вычисленный им период обращения Луны вокруг Земли довольно точно совпал с реально наблюдаемым — 27 1/4 дня.

Когда что-то получается из простых числовых закономерностей, как у Пифагора, вы понимаете, что у вас в руках оказывается разгадка тайны природы — универсальный закон, который управляет движением небес с точностью часового механизма. Представьте, что вы вставили ключ в замок и повернули его, и природа открылась перед вами в числах, описывающих ее структуру. Но, будучи Ньютоном, вы не публикуете результаты своих трудов.

В 1667 году Ньютон вернулся в Кембридж, чтобы начать работать в Тринити-колледже. Два года спустя учебное заведение покинул профессор, который читал курс математики. Событие вполне рядовое, если бы не одно обстоятельство: на должность этого профессора был принят Исаак Ньютон. На момент назначения ему исполнилось 26 лет.

Став профессором, Ньютон почти сразу же опубликовал свою первую работу по оптике. Труд задуман во время вынужденных «чумных каникул» 1665 и 1666 годов, оказавшихся самыми продуктивными для ученого. Как только эпидемия чумы пошла на спад, Ньютон тут же вернулся в Тринити-колледж.

Может быть, кому-то покажется странным, что гений, почти все время изучавший строение Вселенной, вдруг задумывается о природе света и цвета. Однако столь резкому на первый взгляд повороту есть по крайней мере два объяснения. Англия — островное государство. Единственный путь в другие страны лежит через море, поэтому лучшие умы страны работали на Адмиралтейство. Однако наивно предполагать, что таких гениев, как Ньютон, удовлетворит работа по усовершенствованию уже изобретенных кем-то машин, приспособлений, приборов и устройств. Они совершают собственные открытия, которые определяют развитие науки и техники на столетия вперед. Телескопы того времени обладали рядом недостатков. Ньютон впервые столкнулся с проблемой разделения белого света на составляющие цвета, изготавливая линзы для своего телескопа.

Физические явления всегда заключаются во взаимодействии энергии с веществом. Мы видим материю благодаря свету, мы можем перекрыть луч света материальным телом. Понимание этой взаимосвязи позволяет ученому проникнуть вглубь явлений, поскольку одно не может существовать без другого.

В 1666 году Ньютон занялся вопросом появления радужных ореолов вокруг изображений, создаваемых линзами. Край линзы можно представить в виде небольшой призмы. Разумеется, тот факт, что призма разлагает белый цвет в радугу, никого не мог удивить, по крайней мере он был так же стар, как Аристотель.

Но, увы, описание Аристотеля не содержало никакого анализа явления. Он просто говорил, что белый свет, проходя через стеклянную призму, слегка темнеет со стороны тонкого края, приобретая красную окраску, затем он чуть более темнеет по мере смещения к середине призмы, приобретая зеленую окраску, и, наконец, у основания призмы становится синим. Чудесно! Все это описание не объясняет ровным счетом ничего, хотя выглядит весьма правдоподобно. Ньютон указал на очевидную вещь, которую не объясняет аристотелевское описание. Пропустив солнечный свет через узкое отверстие, можно на противоположной стене получить круглое изображение солнца. Если на пути луча поставить призму то изображение солнца станет вытянутым и окрашенным. До сих пор все считали, что призма преобразует белый свет в радугу, и не находили этому объяснения. Ньютон же показал, что белый свет на самом деле изначально является смесью всех прочих цветов, а призма лишь разделяет их.

Подобное объяснение стало принципиально новой научной идеей, которую не поняли и не приняли современники. С Ньютоном спорили Роберт Гук и другие физики. Их аргументы были сомнительны, но риторика при этом носила столь агрессивный характер, что Ньютон написал Лейбницу:

Я сто раз пожалел о том, что неосторожно опубликовал теорию света, потому что ее подвергают беспощадной, жесткой критике во время обсуждений, а мне пришлось забыть о благословенной тишине, которая так необходима в моей работе.

Ньютон начал избегать общества и работать в одиночестве, чтобы не тратить время на пустые, по его мнению, споры. Он опубликовал результаты исследований только в 1704 году, после смерти своего главного оппонента Роберта Гука, прежде официально известив о своем решении президента Королевского научного общества Великобритании:

Увидев, сколь болезненную реакцию вызвала моя публикация, в дальнейшем я намерен быть более аккуратным в этом вопросе и надеюсь, что вы не сочтете мое решение ошибочным.

Оставим в покое эти околонаучные споры и прочитаем у Ньютона, чем он был занят в 1666 году:

Я закупил несколько стеклянных треугольных призм, чтобы получить знаменитый эффект разложения белого цвета на радугу. Для этого я выбрал темную комнату с одним окном, затемнил его и сделал небольшую прорезь в затемнении так, чтобы поймать солнечный луч. Одну из стеклянных призм я разместил на его пути, чтобы свет преломлялся и падал на противоположную стену. В первую очередь таким способом я смог насладиться яркими интенсивными цветами. Затем я стал внимательно рассматривать радугу и с удивлением увидел, что изображение представляет собой полосу вместо того чтобы в соответствии с законами преломления света образовать круг.

Внезапно меня осенило… Свет, падающий на один край изображения, преломлялся сильнее, чем падающий на другой. Значит, истинная причина удлинения спектра заключается именно в том, что белый свет состоит из совокупности цветовых лучей, по-разному преломляемых. Эти лучи, невзирая на угол падения, по-разному отображаются на стене в зависимости от показателя преломляемости каждого.

Ньютон объяснил вытянутую форму спектра тем, что белый свет разделяется на составляющие. Каждый из цветов преломляется по-своему и это его абсолютное свойство.

Затем я поставил другую призму… так, чтобы преломленный через первую призму свет… мог пройти через вторую и снова преломиться, прежде чем он проявится радугой на стене. Я поворачивал первую призму разными гранями, даже вращал вокруг вертикальной центральной оси, приближал и удалял ее к источнику света и ко второй призме. Я делал это, чтобы исследовать, как изменится спектр.