Научное творчество Ньютона

Будрейко Е. Н.

Работы в области физики

Научное наследство И. Ньютона очень многогранно: великий ученый внес вклад в механику, оптику, астрономию, математику. Однако славу создателя новой научной картины мира, работы которого обусловили научную революцию XVII столетия и привели к смене парадигмы научного мышления, ему принес изданный в 1687 г. огромный труд тАЬМатематические начала натуральной философиитАЭ (тАЬНачалатАЭ).

тАЬВ этой работе Ньютон обобщил результаты исследований своих предшественников в области механики и свои собственные.

тАЬНачалатАЭ в законченной, последовательной и четкой форме отразили новые, уже получившие распространение в трудах различных ученых черты научного творчества. В предисловии Ньютона к первому изданию тАЬНачалтАЭ говорится о задачах естествознания. Прежде всего, заявляет Ньютон, необходимо, наблюдая конкретные явления движения, отыскать силы тАУ причины этих движений, затем нужно, исходя из найденных сил, вывести конкретные движения. В первой книге тАЬНачалтАЭ рассматривается движение под действием центральных сил, во второй тАУ движение в сопротивляющейся среде, в третьей книге (тАЬО системе миратАЭ) из сформулированных ранее законов выводятся силы взаимного тяготения небесных тел и их движения.

тАЬНачалатАЭ содержат основные понятия и аксиоматику классической механики, в частности понятия тАЬмассатАЭ (которому Ньютон придавал большое значение как основному в механических процессах), количество движения, сила, ускорение, центростремительная сила и три закона движения (законы Ньютона) тАУ закон инерции (тАЬвсякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенной силой изменить это движениетАЭ), закон пропорциональности силы ускорению и закон действия и противодействия. Из этих законов Ньютон выводит стройную систему следствий. Он дополняет их знаменитым законом всемирного тяготения, исходя из которого объясняет движение небесных тел (планет, их спутников, комет) и создает теорию тяготения. Так, Ньютон доказал, что сила тяжести, наблюдающаяся на Земле, тАУ это та же сила, которая удерживает Луну на постоянной орбите при ее движении вокруг Земли, и та же сила, которая удерживает Землю на эллиптической орбите при ее вращении вокруг Солнца, что эта сила удерживает на эллиптических орбитах и все остальные небесные тела, что она пропорциональна массам тяготеющих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон показал, что из закона всемирного тяготения вытекают три закона Кеплера; развил теорию фигуры Земли, отметив, что она должна быть сжата у полюсов, теорию приливов и отливов; рассмотрел проблему создания искусственного спутника Земли и т.д.тАЭ [1, с.685]. Считая пространство и время абсолютными, Ньютон выдвинул идею дальнодействия или действия на расстоянии тАУ мгновенной передачи действия от одного тела к другому на расстояние через пустое пространство без помощи материи. В тАЬНачалахтАЭ Ньютон выдвинул идею божественного происхождения мира тАУ тАЬпервотолчкатАЭ.

Таким образом, в своем основном труде тАУ тАЬНачалахтАЭ тАУ Ньютон создал физическую картину мира тАУ ньютоновскую теорию пространства и времени, которая длительное время господствовала в науке.

Ньютоновская схема мира господствовала до начала XX века. Впервые ее ограниченность обнаружили Майкл Фарадей и Дж. Максвелл, показав, что эта схема неприменима к электромагнитным явлениям, а теория относительности А.Эйнштейна, окончательно доказала ограниченность классической физики Ньютона тАУ физики малых скоростей и макроскопических масштабов. Однако теория относительности не отбросила совсем закономерностей, установленных Ньютоном, а лишь уточнила и дополнила их для случая движения со скоростями, соизмеримыми со скоростью света в вакууме. тАЬНыне место ньютоновской схемы дальнодействующих сил,тАУ писал А.Эйнштейн,тАУ заняла теория поля, испытали изменения и его законы, но все, что было создано после Ньютона, является дальнейшим органическим развитием его идей и методовтАЭ.

Необходимо отметить вклад Ньютона в оптику. тАЬВ 1666 г. при помощи стеклянной трехгранной призмы он разложил белый цвет на семь цветов (в спектр), тем самым доказав его сложность (явление дисперсии), открыл хроматическую аберрацию. Пытаясь избежать аберрации в телескопах, в 1668 и в 1671 гг. сконструировал телескоп-рефлектор оригинальной системы тАУ зеркальный (отражательный), где вместо линзы использовал вогнутое сферическое зеркало (телескоп Ньютона). Исследовал интерференцию и дифракцию света, изучая цвета тонких пластинок, открыл так называемые кольца Ньютона, установил закономерности в их размещении, высказал мысль о периодичности светового процесса. Пытался объяснить двойное лучепреломление и близко подошел к открытию явления поляризации. Свет считал потоком корпускул тАУ корпускулярная теория света Ньютона (однако на разных этапах рассматривал возможность существования и волновых свойств света, в частности в 1675 г. предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно-волновую теорию света). Свои оптические исследования изложил в тАЬОптикетАЭ (1704)тАЭ.

Работы в области математики

Как уже отмечалось, в тАЬНачалахтАЭ Ньютон впервые (независимо от Г. Лейбница) дал общую схему строгого математического подхода к решению конкретных задач небесной и земной механики. Это потребовало от него разработки принципиально новых математических методов: дифференциального и интегрального исчисления, в основу которого он положил понятия флюксии (производной) и флюенты (интеграла).

Научное наследство Ньютона включает целый ряд математических сочинений: тАЬАнализ при помощи уравнений с бесконечным числом членовтАЭ (1669), тАЬРассуждение о квадратуре кривыхтАЭ (начало 1670-х гг.), тАЬВсеобщая арифметикатАЭ (опубл. 1707) и др. Наиболее полное изложение дифференциального и интегрального исчисления содержится в трактате тАЬМетод флюксий и бесконечных рядовтАЭ (1670тАУ1671), где Ньютон сформулировал две основные взаимно обратные задачи анализа:

тАУ определение скорости движения в данный момент времени по известному пути(задача дифференцирования);

тАУ определение пройденного за данное время пути (задача интегрирования) [2, с.731, 732] .

Использование математического аппарата, разработанного Ньютоном, впервые позволило перейти от качественных объяснений строения вселенной к количественным подсчетам, связать воедино поведение земных объектов с поведением звезд и планет.

Алхимические изыскания

Долгое время казалось довольно удивительным, что такой строгий физик и математик, как Ньютон около 30 лет своей жизни посвятил алхимическим занятиям. Однако изыскания современных историков науки позволили объяснить этот странный феномен. Как выяснилось, увлечение Ньютона алхимией было напрямую связано с его исследованиями в области астрономии и математики.

тАЬУже в первой половине 1660-х годов в записной книжке Ньютона, хранящейся в библиотеке Кембриджского университета, появляются алхимические заметки тАЬО форме и трансмутациитАЭ, тАЬО солях и сернистых телах, о ртути и металлахтАЭ и т.д. Ученый составляет химический словарь, где подробно описывает многие химические операции и, в частности, способы выделения и очистки золота и серебра. Несколько позже Ньютон начинает собирать и конспектировать алхимические сочинения. (В этой связи интересно отметить, что лишь 16% книг из библиотеки ученого посвящены проблемам математики, физики и астрономии, тогда как литература по теологии, философии, истории, оккультизму составляет около 70%.) Большая часть этих рукописей тАУ комментарии ученого к прочитанному. Известны и алхимические трактаты самого НьютонатАж примерно с 1678 г. Ньютон ставит алхимические опыты, первые же описания выполненных им химических экспериментов датируются концом 1660-х гг. По свидетельству Х.Ньютона, около шести недель весной и шести недель осенью огонь в лаборатории его великого однофамильца практически не гастАЭ [3, с. 53]. Эта работа в лаборатории Тринити-колледжа не прошла для ученого бесследно: весной 1693 года у него стали проявляться признаки тяжелого нервного заболевания. Ньютон потерял сон и аппетит, стал замкнутым и раздражительным. К счастью, к концу года он начал поправляться. Как считают некоторые биографы, а также специалисты, анализировавшие сохранившиеся пряди волос Ньютона, причина его болезни тАУ отравление тяжелыми металлами, прежде всего ртутью.

Даже работа над тАЬМатематическими началами натуральной философиитАЭ не смогла отвлечь его от алхимических занятий. Более того, на эти годы приходится наибольшая активность Ньютона в занятиях алхимией. Исследователи творчества Ньютона высказывают даже такое, казалось бы, парадоксальное предположение: тАЬНе ошибаемся ли мы в расстановке акцентов в ньютоновском творчестве? Для нас, бесспорно тАЬНачалатАЭ представляются его кульминационным пунктом. Но с точки зрения Ньютона, возможно, работа над тАЬНачаламитАЭ могла представляться как некоторая помеха его прежней деятельноститАЭ [3, с. 53].

Отвечая на этот вопрос, вспомним, что главной целью изысканий алхимиков были поиски тАЬфилософского камнятАЭ, тАЬуниверсального растворителятАЭ, лекарства от всех болезней, способов превращения неблагородных металлов в золото, вещества, нейтрализиризующего действие магнита и прочих чисто практических вещей. Что касается Ньютона, то он преследовал совершенно иную цель: тАЬштудируя алхимические трактаты, Ньютон искал в них описание универсальных процессов Природы: возникновение тел в результате соединения противоположных первоначал и очищение несовершенных творений, в результате чего лежащие в их основе духовные начала могли бы получить свое законченное выражение и быть познанными.

Природа, по мысли Ньютона, не может быть сведена к упорядоченному движению или расположению инертных частиц материи, она содержит активные начала, духовные агентытАж Предельным активным агентом Природы служит, по Ньютону, то, что алхимики называли философским камнемтАж

тАЬПроникающая сила духа и постоянная сила телатАЭ тАУ вот те два фундаментальных начала бытия, которые пыталась охватить ньютоновская мысль. Не удивительные химические открытия, не обманчивая злато-сереброискательская мечта, не тайная приверженность оккультизму как таковому тревожили ум и сердце Ньютона. Источником его упорства и долготерпения за письменным столом и у алхимического горна в маленькой лаборатории Тринити-колледжа стало желание постичь скрытый источник движения и изменения природных тел, биение жизни, познать исходящее от Бога немеханическое активное мировое начало, тАЬбез которого тела Земли, планет, комет и Солнца начали бы охлаждаться, замерзать и превратились бы в безжизненные массытАЭ [3, с. 65, 66].

Научное творчество Ньютона сыграло исключительно важную роль в истории развития естественных наук. По словам А. Эйнштейна: тАЬНьютон был первым, кто пытался сформулировать элементарные законы, которые определяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точноститАЭ и тАЬтАжоказал своими трудами глубокое и сильное влияние на все мировоззрение в целомтАЭ.

Список литературы

1. Всемирная история. Т.V. М., 1958.

2. Математики: энциклопедический словарь. М., 1995.

3. Дмитриев И.С. Охота на зеленого льва (алхимия в творчестве Исаака Ньютона) // Вопросы истории естествознания и техники. №2. 1993. С.52тАУ66.

Вместе с этим смотрят:

Aerospace industry in the Russian province

РЖсторiя астрономii

РЖсторiя ракетобудування Украiни

РЖсторiя спостереження НЛО

Авиационно-космические отрасли в российской провинции