Сэр Исаак Ньютон (Isaac Newton, 25 декабря 1642 – 20 марта 1727) – наиболее известный во всём мире английский математик, физик и астроном. Его считают основателем и родоначальником классической физики, поскольку в одном из своих трудов – «Математические начала натуральной философии» – Ньютон изложил три закона механики и доказал закон всемирного тяготения, что помогло классической механике продвинуться далеко вперед.
Детство
Исаак Ньютон родился 25 декабря в небольшом городишке Вулсторп, находившемся на территории графства Линкольншир. Его отец был средним, но весьма преуспевающим фермером, который не дожил до рождения собственного сына и скончался за пару месяцев до этого события от тяжелой формы чахотки.
Именно в честь отца ребенок был назван Исааком Ньютоном. Так решила мать, которая еще долго оплакивала погибшего супруга и надеялась, что её сын не повторит его трагическую судьбу.
Несмотря на то, что Исаак родился в положенный ему срок, мальчик был очень болезненным и слабым. По некоторым записям, именно из-за этого его не решались крестить, однако когда ребенок немного подрос и окреп, крещение всё-таки состоялось.
Существовало две версии о происхождении Ньютона. Ранее библиографы были уверены, что его предками были дворяне, жившие на территории Англии в те далекие времена.
Тем не менее, теория была опровергнута позже, когда в одном из местных поселений нашли рукописи, из которых был сделан следующий вывод: Ньютон не обладал абсолютно никакими аристократическими корнями, скорее наоборот – происходил из беднейшей части крестьян.
В рукописях говорилось, что его предки работали на богатых землевладельцев и позже, накопив достаточное количество средств, выкупили небольшой участок земли, став йоменами (полноправными землевладельцами). Поэтому к моменту появления на свет отца Ньютона положение его предков было немного лучше, чем до этого.
Зимой 1646 года мать Ньютона – Анна Эйскоу – выходит замуж второй раз за вдовца, и на свет появляется еще три ребенка. Поскольку отчим мало общается с Исааком и практически не замечает его, уже через месяц подобное отношение к ребенку уже можно различить и в его матери.
Она также становится холодна к собственному сыну, из-за чего итак угрюмый и закрытый мальчик становится еще более отчужденным, причем не только в семье, но и с окружающими его одноклассниками и друзьями.
В 1653 году отчим Исаака умирает, оставляя всё своё состояние новообретенной семье и детям. Казалось бы, теперь мать должна начинать уделять ребенку намного больше времени, но этого не случается. Скорее наоборот, теперь в её руках находится всё хозяйство мужа, а также дети, за которыми требуется уход. И несмотря на то, что часть состояния всё-таки переходит к Ньютону, внимания он, как и прежде, не получает.
Юность
В 1655 году Исаак Ньютон идет в школу Грэнтема, располагавшуюся недалеко от его дома. Так как отношения с матерью в этот период у него практически отсутствуют, он сближается с местным аптекарем Кларком и переезжает к нему. Но спокойно обучаться и мастерить в свободное от учебы время разные механизмы (к слову, это была единственная страсть Исаака) ему не дают. Через полгода мать насильно забирает его из школы, возвращает в поместье и пытается передать ему часть собственных обязанностей по управлению хозяйством.
Она считала, что так сможет не только обеспечить сыну достойное будущее, но и значительно облегчить собственную жизнь. Но попытка оказалась провальной – управление не было интересно юноше. В поместье он лишь читал, изобретал новые механизмы и пытался сочинять стихотворения, всем своим видом показывая, что вмешиваться в хозяйство не собирается. Поняв, что ждать помощи от сына не придется, мать разрешает ему продолжить обучение.
В 1661 году, окончив обучение в школе Грэнтема, Ньютон пребывает на поступление в Кэмбридж и успешно проходит вступительные экзамены, после чего зачисляется в Тринити-колледж в качестве «сайзера» (учащегося, который не платит за своё обучение, а отрабатывает его путем оказания услуг самому учебному заведению или его более богатым студентам).
Об университетском обучении Исаака известно достаточно мало, поэтому восстановить этот период его жизни ученым было крайне сложно. Известно лишь то, что неустойчивая политическая ситуация негативно отражалась на университете: преподавателей увольняли, студенческие выплаты задерживали, а учебный процесс частично отсутствовал.
Начало научной деятельности
Вплоть до 1664 года Ньютон, согласно его же собственным записям в рабочих тетрадях и личном дневнике, не видит никакой пользы и перспективы в своем университетском образовании. Однако именно 1664-й становится для него переломным. Сначала Исаак составляет список проблем окружающего мира, состоящий из 45 пунктов (к слову, подобные списки в дальнейшем не раз будут появляться на страницах его рукописей).
Далее он знакомится с новым учителем математики (и в последующем лучшим другом) Исааком Барроу, благодаря которому проникается особой любовью к математической науке. В это же время он совершает своё первое открытие – создает биномиальное разложение для произвольного рационального показателя, с помощью которого доказывает существование разложения функции в бесконечный ряд.
В 1686 году Ньютон создал теорию о всемирном тяготении, которая позже, благодаря Вольтеру, приобрела некий таинственный и слегка юмористический характер. Исаак находился в дружественных отношениях с Вольтером и делился с ним практически всеми теориями. Однажды они сидели после обеда в парке под деревом, разговаривая о сущности мироздания. И в этот самый момент Ньютон вдруг признается приятелю, что теория всемирного тяготения пришла к нему как раз в такой же момент – во время отдыха.
«Послеобеденная погода была настолько тепла и хороша, что мне непременно захотелось выйти на свежий воздух, под яблони. И в тот момент, когда я сидел, полностью погруженный в свои мысли, с одной из веток упало большое яблоко. И я задумался над тем, почему все предметы падают вертикально вниз?» .
Дальнейшая научная деятельность Исаака Ньютона была более чем просто плодотворной. Он находился в постоянной переписке со многими известными учеными, математиками, астрономами, биологами и физиками. Его перу принадлежат такие труды, как «Новая теория света и цветов» (1672), «Движение тел по орбите» (1684), «Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света» (1704), «Перечисление линий третьего порядка» (1707), «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов» (1711), «Метод разностей» (1711) и многие другие.
Исаак Ньютон - великий английский ученый-теоретик. Годы жизни Ньютона - 1642−1727. Жизнь не щадила великого гения. Много горя, боли и одиночества выпало на долю ученого. Финансовые трудности, давление общества, неприятие идей, смерть матери, умственное расстройство. Все пережил великий Ньютон и подарил миру свои гениальные идеи устройства мира и Вселенной. Краткая биография ученого представлена в этой статье.
Детство юного ученого
Ньютон родился в фермерской семье с небольшим достатком. За несколько месяцев до рождения его отец умер. Ребенок родился очень слабым и недоношенным
. Все родственники полагали, что он не выживет. Детская смертность в те годы была просто чудовищной. Младенец был настолько мал, что помещался в рукавичке из шерсти. Из этой злосчастной рукавички мальчик выпадал два раза на пол и ударялся головой.
В трехлетнем возрасте мальчик остается на попечение дедушки и бабушки, так как мать второй раз выходит замуж и уезжает. Позже он воссоединится с мамой.
Исаак рос очень хилым, болезненным ребенком. Это была абсолютно интровертивная личность
- «вещь в себе». Ребенок был очень любознательным, мастерил различные предметы: бумажных змеев, тележки с педалями, мельницы и так далее. Очень рано проснулся у него интерес к чтению. Он часто уединялся в саду с книгой и мог часами изучать материал.
В 1660 году Исаак поступил в Кембриджский университет. Он относился к числу необеспеченных студентов , поэтому помимо учебы в его обязанности входило прислуживать персоналу университета.
Изучение оптических явлений
В 1665 году Ньютону присвоили степень магистра искусств. В этом же году в Англии начинается эпидемия чумы. Исаак поселяется в Вулсторпе. Именно здесь он начинает изучать оптику, чтобы понимать природу света. Он изучает хроматическую аберрацию
, ставит сотни опытов, которые стали классикой и используются в учебных заведениях до сих пор.
Изучая оптику, ученый на первых порах исповедовал волновую природу света . Свет в виде волн движется в эфире. Потом он отказался от этой теории, понимая, что эфир должен обладать некой степенью вязкости, которая бы препятствовала движению космических тел, чего не происходит в действительности.
Со временем ученый приходит к мысли о корпускулярной природе света. Он ставит эксперименты по преломлению света, процессам отражения и поглощения спектра.
Законы механики
Постепенно из опытов со светом начинает вырисовываться представление ученого о физике окружающего мира. Оно станет главным детищем И. Ньютона. Ньютон изучает материю и законы ее движения в пространстве:
- Благодаря исследованиям движения, он приходит к мысли, что если на объект нет никаких существенных воздействий, то он в пространстве будет двигаться равномерно и прямолинейно. Этот вывод называют первым законом Ньютона.
- Второй гласит, что движущиеся тела могут приобретать ускорение под действием сил, приложенных к этим телам. Ускорение прямо пропорционально силам, приложенным к телу, и обратно пропорционально массе. Именно из следствий этого закона исходит понимание проблем приложенных сил: что это за силы, как они действуют, как возникают.
- Ну и, наконец, третий закон - закон противодействия. Сила действия равна силе противодействия. С какой силой я давлю на стену, с такой же силой она давит на меня.
Закон всемирного тяготения
Одна из главных заслуг Ньютона заключается в открытии закона всемирного тяготения. Есть миф о том, что ученый сидел под яблоней в саду и ему на голову упало яблоко. Это осенило ученого: все тела тянутся друг к другу. Начались просчеты на бумаге, бесконечные формулы и, наконец, результат - сила притяжения между телами пропорциональна их массе и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта формула объясняла движение планет и космических тел. Многие физики встретили эту теорию в штыки, так как ее применение казалось весьма сомнительным.
Работа в Кембридже
После того как эпидемия чумы пошла на спад, Ньютон возвращается в Кембридж и поступает работать на кафедру математики в 1668 году. К этому времени он уже был известен в узких кругах как автор бинома, теории флюксий - интегрально исчисления.
Работая преподавателем, он занимается усовершенствованием телескопа - создает отражательный телескоп. Изобретение оценили представители Лондонского королевского общества . Ньютон получает приглашение стать его членом. Однако он отказывается под предлогом того, что ему нечем платить членские взносы. Ему было позволено быть членом клуба бесплатно.
В 1869 году мать Ньютона серьезно заболела тифом и была прикована к постели. Ньютон очень любил свою мать и проводил сутки напролет у постели больной. Он сам готовил ей лекарства, ухаживал за ней. Однако болезнь прогрессировала, и вскоре мать умерла.
Членство в обществе было мучительным для Ньютона. Его идеи часто воспринимались очень оппозиционно, что очень огорчало ученого. Это также сказалось на его здоровье. Постоянный стресс и переживание вылились в психическое расстройство. В 1692 году случился пожар и все его рукописи и наработки сгорели.
В этом же году Ньютон серьезно заболел. Два года он страдал умственным расстройством. Он перестал понимать собственные труды.
Постоянная нужда в деньгах и одиночество также послужили причиной его болезни.
В 1699 году Ньютона назначают смотрителем и директором монетного двора. Это поправило материальное положение ученого. А с 1703 года его избирают президентом Лондонского королевского общества с присвоением рыцарского звания.
Опубликованные труды
Перечислим основные труды ученого, которые были опубликованы:
- «Математические начала натуральной философии»;
- «Оптика».
Личная жизнь Ньютона
Всю свою жизнь Ньютон провел в одиночестве. Не сохранилось упоминаний о его партнерах и спутниках жизни. Считается, что Исаак всю жизнь был одинок. Это, конечно же, влияло на его сублимированное переключение сексуальной энергии в творческий потенциал. Но этот же факт служил основой его эмоциональных расстройств.
В зрелые годы ученый имел большой денежный достаток и очень щедро раздавал свои деньги нуждающимся. Он говорил: если не помогать людям при жизни, то это будет означать, что ты никому и никогда не помог. Он поддерживал всех своих дальних родственников, жертвовал деньги приходу, в котором он некоторое время воспитывался, назначал индивидуальные стипендии для талантливых и способных студентов (например, Маклорену - знаменитому математику).
Всю свою жизнь Исаак Ньютон отличался чрезвычайно скромностью и стеснительностью. Он долгое время не публиковал свои труды по этой причине. Имея чин директора Монетного двора, он был очень снисходителен со служащими. Никогда не грубил студентам и не унижал их. Хотя последние часто подтрунивали над профессором.
При жизни Исаак Ньютон фото не делал, так как в то время фотосъемка еще не была изобретена, но есть огромное количество портретов ученого.
С 1725 года Ньютон, будучи уже в преклонном возрасте, перестал работать. В 1727 году в Великобритании началась новая волна эпидемии чумы. Ньютон заболевает этой страшной болезнью и умирает. В Англии устраивают траур в честь великого ученого. Он похоронен в Вестминстерском аббатстве. На его надгробной плите есть надпись: «Пусть ныне живущие радуются, что в их мире была такая красота человеческого рода».
Известный каждому школьнику великий английский ученый появился на свет 24 декабря 1642 года по старому стилю или 4 января 1643 года по ныне действующему биография которого берет свое начало в местечке Вулсторп, графство Линкольншир, родился настолько слабым, что его долгое время не решались крестить. Однако мальчик выжил и, несмотря на слабое здоровье в детские годы, сумел дожить до преклонных лет.
Детство
Отец Исаака умер еще до его рождения. Мать, Анна Эйскоу, рано овдовев, вышла замуж еще раз, родив еще троих детей от нового мужа. Она мало уделяла внимания старшему сыну. Ньютон, биография которого в детские годы внешне вроде бы была благополучна, очень страдал от одиночества и отсутствия внимания со стороны матери.
О мальчике больше заботился его дядя, брат Анны Эйскоу. В детстве Исаак был замкнутым молчаливым ребенком, со склонностью мастерить разные технические поделки, такие, например, как и солнечные часы.
Школьные годы
В 1955 году в возрасте 12-ти лет Исаак Ньютон был отдан в школу. Незадолго до этого
умирает его отчим, и мать наследует его состояние, тут же переоформляя его на старшего сына. Школа находилась в Грэнтеме, и Ньютон жил у местного аптекаря Кларка. Во время учебы раскрылись его незаурядные способности, но мать через четыре года вернула 16-летнего юношу домой с целью возложить на него обязанности по управлению фермой.
Но сельское хозяйство - это было не его дело. Чтение книг, стихосложение, конструирование сложных механизмов - в этом был весь Ньютон. Биография его именно в этот момент определила свое направление в сторону науки. Школьный учитель Стокс, дядя Уильям и член Тринити-колледжа при Кембриджском университете Хэмфри Бабингтон объединенными усилиями добились продолжения обучения Исаака Ньютона.
Университеты
В Кембридже краткая биография Ньютона выглядит следующим образом:
- 1661 год - поступление в Тринити-колледж при университете на бесплатное обучение в качестве студента-«сайзера».
- 1664 год - успешная сдача экзаменов и перевод на следующую ступень обучения в качестве студента-«школяра», что дало ему право на получение стипендии и возможность продолжать обучение дальше.
В это же время Ньютон, биография которого зафиксировала творческий подъем и начало самостоятельной знакомится с Исааком Барроу, новым преподавателем-математиком, оказавшим сильное влияние на увлечение
В общей сложности Тринити-колледжу был отдан большой отрезок жизни (30 лет) и математика, но именно тут он совершил свои первые открытия (биномиальное разложение для произвольного рационального показателя и разложение функции в бесконечный ряд) и создал, опираясь на учения Галилея, Декарта и Кеплера, универсальную систему мира.
Годы великих достижений и славы
С началом эпидемии чумы в 1665 году занятия в колледже прекратились, и Ньютон уехал в свое поместье в Вулсторп, где и были совершенны самые существенные открытия - оптические эксперименты с цветами спектра,
В 1667 году ученый возвращается в Тринити-колледж, где продолжает свои изыскания в области физики, математики, оптики. Созданный им телескоп вызвал восторженные отзывы в Королевском обществе.
В 1705 году Ньютон, фото которого сегодня можно найти в каждом учебнике, первым был удостоен звания рыцаря именно за научные достижения. Количество открытий в разных сферах науки очень велико. Монументальные труды по математике, основам механики, в области астрономии, оптики, физики перевернули представления ученых о мире.
Исаак Ньютон - талантливый английский физик, известный математик, знаменитый астроном и гений в механике, один из легендарных создателей базовой, классической физики, почётный член, а затем и президент Лондонского королевского общества.
Биография
Детство
Отец - Исаак Ньютон, зажиточный фермер, умерший ещё до рождения сына. Мать - Анна Эйскоу, после смерти мужа вторично вышла замуж и забросила воспитание сына. Будущий учёный родился настолько болезненным, что родственники считали, что он не выживет, но Исаак дожил до глубокой старости. У Анны было ещё трое детей, но уже от второго брака. Исааком занимался исключительно её брат, Уильям Эйскоу.
Образование
Обучаясь в школе в Грэнтеме, Ньютон обнаружил незаурядные способности, которые были замечены учителями. Мать забирала его из школы, пытаясь сделать из него фермера, но её попытки оказались тщетными. Под давлением своего брата и учителей Анна разрешила Исааку закончить школу. После этого он успешно поступил в Тринити-колледж при Кембриджском университете.
Жизненный путь
Обучаясь в колледже, Ньютон пытается решить с научной точки зрения те явления в окружающем мире, которые не были объяснены. Он всерьёз увлекается математикой и уже в 21 год выводит бином разложения произвольного рационального показателя и получает бакалавра.
В 1665 году в Англии объявляют чуму. Карантин длился два года, и Ньютон, покинув колледж, целиком предался науке. В эти годы и был открыт знаменитый закон всемирного тяготения, с которым связана легенда об упавшем на голову физику яблоке. Когда чума утихла, Исаак вернулся в Кембридж, где получил степень магистра. Продолжая математические изыскания, он становится профессором математики в колледже. В эти годы он занимается изучением оптики и создаёт телескоп-рефлектор, который получил широкую популярность, так как позволял высчитывать более точное время по небесным телам и помогал морякам в навигации. Именно это изобретение стало для Ньютона пропуском в Королевское общество, почётным членом которого он был избран.
Ньютон переписывается с Лейбницем, спорит с великими умами того времени по поводу природы света. В 1677 году в доме Ньютона вспыхнул пожар, уничтоживший часть научных трудов физика. В 1679 году после болезни умерла мать учёного.
Свои научные изыскания Ньютон смог обобщить в книге «Математические начала натуральной философии», в которой объяснил основные понятия механики, ввёл новые физические величины (масса, количество движения, внешняя сила), сформулировал законы механики, сделал вывод из закона тяготения для законов Кеплера, описал параболические и гиперболические орбиты небесных тел и высказал свои взгляды о гелиоцентрической системе Коперника.
Исаак Ньютон принимал участие и в общественной жизни Англии: в 1689 году он был избран в парламент. Начало 90-х ознаменовались серьёзной болезнью, общим переутомлением и перерывом в научной деятельности.
В 1696 году он становится смотрителем Монетного двора в Лондоне, а с 1699 года и его управляющим. На этой должности Ньютон сделал много полезного для государства: стал инициатором денежной реформы и активно боролся с фальшивомонетчиками.
В 1703 году Ньютон стал президентом Королевского общества, будучи к тому времени уже признанным и авторитетным учёным. Он опубликовывает «Оптику», становится рыцарем, продолжает свои научные изыскания. Незадолго до смерти становится участником денежной аферы и теряет большую часть своего состояния.
Личная жизнь
Ньютон не оставил после себя потомков, так как никогда не был женат: всё своё свободное время он посвящал науке, а его заурядная, серая внешность делала его неприметным для женщин. Биографы упоминают лишь одну симпатию, промелькнувшую в юности Ньютона: учась в Грэнтэме, он был влюблён в мисс Сторей, свою сверстницу, с которой поддерживал тёплые, дружеские отношения до конца своих дней.
Смерть
Последние годы Ньютон провёл в Кенсингтоне, где и скончался во сне 31 марта 1727 года. Похоронен учёный в Вестминстерском аббатстве.
Основные достижения Ньютона
- Ньютон - основатель механики, важного раздела физики.
- Ему принадлежат три закона, названные его же именем.
- Открыл закон всемирного тяготения.
- Разложил солнечный свет на спектр и обратно.
- Стал автором популярной корпускулярной теории света.
- Открыл «кольца Ньютона», изучая интерференцию света.
- В математике Ньютон стал основателем интегрального счисления.
- Автор бинома, который также носит его имя.
- Построил зеркальный телескоп.
- Объяснил с научной точки зрения движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца.
Важные даты биографии Ньютона
- 1643 год - рождение
- 1655–1661 года - обучение в школе Грэнтеме
- 1661 год - обучение в Тринити-колледж при Кембриджском университете
- 1664 год - открытие бинома, учёная степень бакалавра
- 1665–1667 года - «чумные годы», открытие закона всемирного тяготения
- 1668 год - учёная степень магистра
- 1669 год - профессор математики в колледже
- 1672 год - член Лондонского королевского общества
- 1677 год - пожар в доме Ньютона
- 1679 год - смерть матери
- 1687 год - «Математические начала натуральной философии»
- 1689 год - избрание в парламент
- 1691–1693 года - болезнь
- 1696 год - смотритель Монетного двора
- 1699 год - управляющий Монетного двора
- 1703 год - президент Лондонского королевского общества
- 1704 год - «Оптика»
- 1705 год - звание рыцаря
- 1727 год - смерть
- Именно Ньютон разложил радугу на семь цветов. Причём изначально он упустил из вида оранжевый и синий, но затем сравнял количество оттенков с количеством основных тонов в музыкальной гамме.
- Великий учёный не боялся экспериментировать на самом себе. Доказывая, что человек видит окружающий мир в результате давления на сетчатку глаза света, Ньютон тонким зондом надавил себе на дно глазного яблока, чуть не лишившись при этом глаза. К счастью, глаз остался невредимым, а разноцветные круги, который увидел при этом физик, доказали выдвинутую им гипотезу.
- Ньютон был уважаем и был почётным членом английской палаты лордов не один год. Заседания он не пропускал, но и никогда не выступал на них. Когда пошёл третий год этого социального служения, Исаак Ньютон неожиданно встал и попросил слова. Все были изумлены - в палате воцарилась мёртвая тишина. А физик уставшим голосом попросил всего лишь закрыть окно.
- По своей рассеянности Ньютон может равняться только с Альбертом Эйнштейном. Однажды он решил сварить себе яйцо, но вместо него опустил в кипяток свои карманные часы. Причём ошибку физик заметил лишь через 2 минуты, когда нужно было вытаскивать «яйцо».
- Ньютону принадлежит одно из пророчеств о втором пришествии Христа: он называл 2060 год.
Великий английский физик, математик и астроном. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), в котором он описал закон всемирного тяготения и так называемые Законы Ньютона, заложившие основы классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисление, теорию цветности и многие другие математические и физические теории.
Исаак Ньютон, сын мелкого, но зажиточного фермера, родился в деревне Вулсторп (графство Линкольншир), в год смерти Галилея и в канун гражданской войны. Отец Ньютона не дожил до рождения сына. Мальчик родился болезненным, до срока, но всё же выжил и прожил 84 года. Факт рождения под Рождество Ньютон считал особым знаком судьбы.
Покровителем мальчика стал его дядя по матери, Вильям Эйскоу. По окончании школы (1661) Ньютон поступает в Тринити-колледж (Колледж святой Троицы) Кембриджского университета. Уже тогда сложился его могучий характер - научная дотошность, стремление дойти до сути, нетерпимость к обману и угнетению, равнодушие к публичной славе. В детстве Ньютон, по отзывам современников, был замкнут и обособлен, любил читать и мастерить технические игрушки: часы, мельницу и т. п.
Судя по всему, научной опорой и вдохновителями творчества Ньютона в наибольшей степени были физики: Галилей, Декарт и Кеплер. Ньютон завершил их труды, объединив в универсальную систему мира. Меньшее, но существенное влияние оказали другие математики и физики: Евклид, Ферма, Гюйгенс, Меркатор, Валлис. Конечно, нельзя недооценивать и огромное влияние его непосредственного учителя Барроу.
Похоже на то, что значительную часть своих математических открытий Ньютон сделал ещё студентом, в «чумные годы» 1664-1666. В 23 года он уже свободно владел методами дифференциального и интегрального исчислений, включая разложение функций в ряды и то, что впоследствии было названо формулой Ньютона-Лейбница. Тогда же, по его утверждению, он открыл закон всемирного тяготения, точнее, убедился, что этот закон следует из третьего закона Кеплера. Кроме того, Ньютон в эти годы доказал, что белый цвет есть смесь цветов, вывел формулу «бинома Ньютона» для произвольного рационального показателя (включая отрицательные), и др.
1667: эпидемия чумы отступает, и Ньютон возвращается в Кембридж. Избран членом Тринити-колледжа, а в 1668 году становится магистром.
В 1669 году Ньютон избирается профессором математики, преемником Барроу. Барроу пересылает в Лондон сочинение Ньютона «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов», содержавшее сжатое изложение некоторых наиболее важных его открытий в анализе. Оно получило некоторую известность в Англии и за ее пределами. Ньютон готовит полный вариант этой работы, но найти издателя так и не удаётся. Он был опубликован лишь в 1711 году.
Продолжаются эксперименты по оптике и теории цвета. Ньютон исследует сферическую и хроматическую аберрации. Чтобы свести их к минимуму, он строит смешанный телескоп-рефлектор (линза и вогнутое сферическое зеркало, которое полирует сам). Всерьёз увлекается алхимией, проводит массу химических опытов.
1672: демонстрация рефлектора в Лондоне - всеобщие восторженные отзывы. Ньютон становится знаменит и избирается членом Королевского общества (британской Академии наук). Позже усовершенствованные рефлекторы такой конструкции стали основными инструментами астрономов, с их помощью были открыты иные галактики, красное смещение и др.
Разгорается полемика по поводу природы света с Гуком, Гюйгенсом и другими. Ньютон даёт зарок на будущее: не ввязываться в научные споры.
1680: Ньютон получает письмо Гука с формулировкой закона всемирного тяготения, послужившее, по признанию первого, поводом его работ по определению планетных движений (правда, потом отложенных на некоторое время), составивших предмет «Начал». Впоследствии Ньютон по каким-то причинам, быть может, подозревая Гука в незаконном заимствовании каких-то более ранних результатов самого Ньютона, не желает признавать здесь никаких заслуг Гука, но потом соглашается это сделать, хотя и довольно неохотно и не полностью.
1684-1686: работа над «Математическими началами натуральной философии» (весь трёхтомник издан в 1687 году). Приходит всемирная слава и ожесточённая критика картезианцев: закон всемирного тяготения вводит дальнодействие, несовместимое с принципами Декарта.
1696: Королевским указом Ньютон назначен смотрителем Монетного двора (с 1699 года - директор). Он энергично проводит денежную реформу, восстанавливая доверие к основательно запущенной его предшественниками монетной системе Великобритании.
1699: начало открытого приоритетного спора с Лейбницем, в который были вовлечены даже царствующие особы. Эта нелепая распря двух гениев дорого обошлась науке - английская математическая школа вскоре увяла на целый век, а европейская - проигнорировала многие выдающиеся идеи Ньютона, переоткрыв их много позднее. На континенте Ньютона обвиняли в краже результатов Гука, Лейбница и астронома Флемстида, а также в ереси. Конфликт не погасила даже смерть Лейбница (1716).
1703: Ньютон избран президентом Королевского общества, которым управлял двадцать лет.
1705: королева Анна возводит Ньютона в рыцарское достоинство. Отныне он сэр Исаак Ньютон . Впервые в английской истории звание рыцаря присвоено за научные заслуги.
Последние годы жизни Ньютон посвятил написанию «Хронологии древних царств», которой занимался около 40 лет, и подготовкой третьего издания «Начал».
В 1725 году здоровье Ньютона начало заметно ухудшаться (каменная болезнь), и он переселился в Кенсингтон неподалёку от Лондона, где и скончался ночью, во сне, 20 (31) марта 1727 года.
Надпись на его могиле гласит:
Здесь покоится сэр Исаак Ньютон , дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов.
Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал. Прилежный, мудрый и верный истолкователь природы, древности и Св. писания, он утверждал своей философией величие Всемогущего Бога, а нравом выражал евангельскую простоту.
Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого.
В честь Ньютона названы:
кратеры на Луне и на Марсе;
единица силы в системе СИ.
На статуе, воздвигнутой Ньютону в 1755 г. в Тринити-колледже, высечены стихи из Лукреция:
Qui genus humanum ingenio superavit (Разумом он превосходил род человеческий)
Научная деятельность
С работами Ньютона связана новая эпоха в физике и математике. В математике появляются мощные аналитические методы, происходит вспышка в развитии анализа и математической физики. В физике основным методом исследования природы становится построение адекватных математических моделей природных процессов и интенсивное исследование этих моделей с систематическим привлечением всей мощи нового математического аппарата. Последующие века доказали исключительную плодотворность такого подхода.
По словам А. Эйнштейна, «Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, которые определяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точности» и «… оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всё мировоззрение в целом».
Математический анализ
Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление одновременно с Г. Лейбницем (немного раньше) и независимо от него.
До Ньютона действия с бесконечно малыми не были увязаны в единую теорию и носили характер разрозненных остроумных приёмов (см. Метод неделимых), по крайней мере, отсутствовала опубликованная систематическая формулировка и не была достаточно выявлена мощь аналитических приемов к решению таких сложных задач, как задачи небесной механики в их полноте. Создание математического анализа сводит решение соответствующих задач, в значительной степени, до технического уровня. Появился комплекс понятий, операций и символов, ставший отправной базой дальнейшего развития математики. Следующий, XVIII век, стал веком бурного и чрезвычайно успешного развития аналитических методов.
Повидимому, Ньютон пришёл к идее анализа через разностные методы, которыми много и глубоко занимался. Правда, в своих «Началах» Ньютон почти не использовал бесконечно малых, придерживаясь античных (геометрических) приёмов доказательства, но в других трудах применял их свободно.
Отправной точкой для дифференциального и интегрального исчисления были работы Кавальери и особенно Ферма, который уже умел (для алгебраических кривых) проводить касательные, находить экстремумы, точки перегиба и кривизну кривой, вычислять площадь её сегмента. Из других предшественников сам Ньютон называл Валлиса, Барроу и шотландского астронома Джеймса Грегори. Понятия функции ещё не было, все кривые он трактовал кинематически как траектории движущейся точки.
Уже будучи студентом Ньютон понял, что дифференцирование и интегрирование - взаимно обратные операции (по-видимому, первая опубликованная работа, содержащая этот результат в форме детально разобранной двойственности задачи о площадях и задачи о касательных, принадлежит учителю Ньютона Барроу).
Ньютон почти 30 лет не заботился о публикации своего варианта анализа, хотя в письмах (в частности, к Лейбницу) охотно делится многим из достигнутого. Тем временем вариант Лейбница широко и открыто распространяется по Европе с 1676 года. Лишь в 1693 году появляется первое изложение варианта Ньютона - в виде приложения к «Трактату по алгебре» Валлиса. Приходится признать, что терминология и символика Ньютона по сравнению с лейбницевской довольно неуклюжи: флюксия (производная), флюэнта (первообразная), момент величины (дифференциал) и т. п. Сохранились в математике только ньютоновское обозначение «o» для бесконечно малой dt (впрочем, эту букву в том же смысле использовал ранее Грегори), да ещё точка над буквой как символ производной по времени.
Достаточно полное изложение принципов анализа Ньютон опубликовал только в работе «О квадратуре кривых» (1704), приложении к его монографии «Оптика». Почти весь изложенный материал был готов ещё в 1670-1680-е годы, но лишь теперь Грегори и Галлей уговорили Ньютона издать работу, которая, с опозданием на 40 лет, стала первым печатным трудом Ньютона по анализу. Здесь у Ньютона появляются производные высших порядков, найдены значения интегралов разнообразных рациональных и иррациональных функций, приведены примеры решения дифференциальных уравнений 1-го порядка.
1711: наконец напечатан, спустя 40 лет, «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов». Ньютон с одинаковой лёгкостью исследует как алгебраические, так и «механические» кривые (циклоиду, квадратрису). Появляются частные производные, но почему-то нет правила дифференцирования дроби и сложной функции, хотя Ньютону они были известны; впрочем, Лейбниц на тот момент их уже опубликовал.
В этом же году выходит «Метод разностей», где Ньютон предложил интерполяционную формулу для проведении через (n + 1) данные точки с равноотстоящими или неравноотстоящими абсциссами параболической кривой n-го порядка. Это разностный аналог формулы Тейлора.
1736: посмертно издаётся итоговый труд «Метод флюксий и бесконечных рядов», существенно продвинутый по сравнению с «Анализом с помощью уравнений». Приводятся многочисленные примеры отыскания экстремумов, касательных и нормалей, вычисления радиусов и центров кривизны в декартовых и полярных координатах, отыскания точек перегиба и т. п. В этом же сочинении произведены квадратуры и спрямления разнообразных кривых.
Надо отметить, что Ньютон не только достаточно полно разработал анализ, но и сделал попытку строго обосновать его принципы. Если Лейбниц склонялся к идее актуальных бесконечно малых, то Ньютон предложил (в «Началах») общую теорию предельных переходов, которую несколько витиевато назвал «метод первых и последних отношений». Используется именно современный термин «предел» (limes), хотя внятное описание сущности этого термина отсутствует, подразумевая интуитивное понимание.
Теория пределов изложена в 11 леммах книги I «Начал»; одна лемма есть также в книге II. Арифметика пределов отсутствует, нет доказательства единственности предела, не выявлена его связь с бесконечно малыми. Однако Ньютон справедливо указывает на бо́льшую строгость такого подхода по сравнению с «грубым» методом неделимых.
Тем не менее в книге II, введя моменты (дифференциалы), Ньютон вновь запутывает дело, фактически рассматривая их как актуальные бесконечно малые.
Другие математические достижения
Первые математические открытия Ньютон сделал ещё в студенческие годы: классификация алгебраических кривых 3-го порядка (кривые 2-го порядка исследовал Ферма) и биномиальное разложение произвольной (не обязательно целой) степени, с которого начинается ньютоновская теория бесконечных рядов - нового и мощнейшего инструмента анализа. Разложение в ряд Ньютон считал основным и общим методом анализа функций, и в этом деле достиг вершин мастерства. Он использовал ряды для вычисления таблиц, решения уравнений (в том числе дифференциальных), исследования поведения функций. Ньютон сумел получить разложение для всех стандартных на тот момент функций.
В 1707 году выходит книга «Универсальная арифметика». В ней приведены разнообразные численные методы.
Ньютон всегда уделял большое внимание приближённому решению уравнений. Знаменитый метод Ньютона позволял находить корни уравнений с немыслимой ранее скоростью и точностью (опубликован в «Алгебре» Валлиса, 1685). Современный вид итерационному методу Ньютона придал Джозеф Рафсон (1690).
Примечательно, что теорией чисел Ньютон совершенно не интересовался. По всей видимости, физика ему была гораздо ближе математики.
Теория тяготения
Сама идея всеобщей силы тяготения неоднократно высказывалась и до Ньютона. Ранее о ней размышляли Эпикур, Кеплер, Декарт, Гюйгенс, Гук и другие. Кеплер полагал, что тяготение обратно пропорционально расстоянию до Солнца и распространяется только в плоскости эклиптики; Декарт считал его результатом вихрей в эфире. Были, впрочем, догадки с правильной формулой (Буллиальд, Рен, Гук), и даже достаточно серьезно обоснованные (с помощью соотнесения формулы центробежной силы Гюйгенса и третьего закона Кеплера для круговых орбит). Но до Ньютона никто не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера).
Важно отметить, что Ньютон опубликовал не просто предполагаемую формулу закона всемирного тяготения, но фактически предложил целостную математическую модель в контексте хорошо разработанного, полного, явно сформулированного и систематически изложенного подхода к механике:
закон тяготения;
закон движения (2-й закон Ньютона);
система методов для математического исследования (математический анализ).
В совокупности эта триада достаточна для полного исследования самых сложных движений небесных тел, тем самым создавая основы небесной механики. До Эйнштейна никаких принципиальных поправок к указанной модели не понадобилось, хотя математический аппарат был очень значительно развит.
Ньютоновская теория тяготения вызвала многолетние дебаты и критику концепции дальнодействия.
Первым аргументом в пользу ньютоновской модели послужил строгий вывод на её основе эмпирических законов Кеплера. Следующим шагом стала теория движения комет и Луны, изложенная в «Началах». Позже с помощью ньютоновского тяготения были с высокой точностью объяснены все наблюдаемые движения небесных тел; в этом большая заслуга Клеро и Лапласа.
Первые наблюдаемые поправки к теории Ньютона в астрономии (объяснённые ОТО) были обнаружены лишь более чем через 200 лет (смещение перигелия Меркурия). Впрочем, и они очень малы в пределах Солнечной системы.
Ньютон также открыл причину приливов: притяжение Луны (даже Галилей считал приливы центробежным эффектом). Более того, обработав многолетние данные о высоте приливов, он с хорошей точностью вычислил массу Луны.
Ещё одним следствием тяготения оказалась прецессия земной оси. Ньютон выяснил, что из-за сплюснутости Земли у полюсов земная ось совершает под действием притяжения Луны и Солнца постоянное медленное смещение с периодом 26000 лет. Тем самым древняя проблема «предварения равноденствий» (впервые отмеченная Гиппархом) нашла научное объяснение.
Оптика и теория света
Ньютону принадлежат фундаментальные открытия в оптике. Он построил первый зеркальный телескоп (рефлектор), в котором, в отличие от чисто линзовых телескопов, отсутствовала хроматическая аберрация. Он также открыл дисперсию света, показал, что белый свет раскладывается на цвета радуги вследствие различного преломления лучей разных цветов при прохождении через призму, и заложил основы правильной теории цветов.
В этот период было множество спекулятивных теорий света и цветности; в основном боролись точка зрения Аристотеля («разные цвета есть смешение света и тьмы в разных пропорциях») и Декарта («разные цвета создаются при вращении световых частиц с разной скоростью»). Гук в своей «Микрографии» (1665) предлагал вариант аристотелевских взглядов. Многие полагали, что цвет есть атрибут не света, а освещённого предмета. Всеобщий разлад усугубил каскад открытий XVII века: дифракция (1665, Гримальди), интерференция (1665, Гук), двойное лучепреломление (1670, Эразм Бартолин, изучено Гюйгенсом), оценка скорости света (1675, Рёмер), значительное усовершенствование телескопов. Теории света, совместимой со всеми этими фактами, не существовало.
В своём выступлении перед Королевским обществом Ньютон опроверг как Аристотеля, так и Декарта, и убедительно доказал, что белый свет не первичен, а состоит из цветных компонентов с разными углами преломления. Эти-то составляющие и первичны - никакими ухищрениями Ньютон не смог изменить их цвет. Тем самым субъективное ощущение цвета получало прочную объективную базу - показатель преломления.
Ньютон создал математическую теорию открытых Гуком интерференционных колец, которые с тех пор получили название «Кольца Ньютона».
В 1689 г. Ньютон прекратил исследования в области оптики - по распространённой легенде, поклялся ничего не печатать в этой области при жизни Гука, который постоянно донимал Ньютона болезненно воспринимаемой последним критикой. Во всяком случае, в 1704 году, на следующий год после смерти Гука, выходит в свет монография «Оптика». При жизни автора «Оптика», как и «Начала», выдержала три издания и множество переводов.
Книга первая монографии содержала принципы геометрической оптики, учение о дисперсии света и составе белого цвета с различными приложениями.
Книга вторая: интерференция света в тонких пластинках.
Книга третья: дифракция и поляризация света. Поляризацию при двойном лучепреломлении Ньютон объяснил ближе к истине, чем Гюйгенс (сторонник волновой природы света), хотя объяснение самого явления неудачное, в духе эмиссионной теории света.
Ньютона часто считают сторонником корпускулярной теории света; на самом деле он, по своему обыкновению, «гипотез не измышлял» и охотно допускал, что свет может быть связан и с волнами в эфире. В своей монографии Ньютон детально описывал математическую модель световых явлений, оставляя в стороне вопрос о физическом носителе света.
Другие работы в физике
Ньютону принадлежит первый вывод скорости звука в газе, основанный на законе Бойля-Мариотта.
Он предсказал сплюснутость Земли у полюсов, примерно 1:230. При этом Ньютон использовал для описания Земли модель однородной жидкости, применил закон всемирного тяготения и учёл центробежную силу. Одновременно аналогичные расчёты на сходных основаниях выполнил Гюйгенс,рассматривал тяготение таким, как будто его источник находится в центре планеты, так как, видимо, не верил в универсальный характер силы тяготения, то есть в конечном итоге не учел тяготения деформированного поверхностного слоя планеты. Соответственно Гюйгенс предсказал более чем вдвое меньшее сжатие, чем Ньютон, 1:576. Более того, Кассини и другие картезианцы доказывали, что Земля не сжата, а выпукла у полюсов наподобие лимона. Впоследствии, хотя и не сразу (первые измерения были неточны), прямые измерения (Клеро, 1743) подтвердили правоту Ньютона; реальное сжатие равно 1:298. Причина отличия этого значения от предложенного Ньютоном в сторону Гюйгенсовского состоит в том, что модель однородной жидкости всё же не вполне точна (плотность заметно возрастает с глубиной). Более точная теория, явно учитывающая зависимость плотности от глубины, была разработана только в XIX веке.
Прочие работы
Параллельно с изысканиями, закладывавшими фундамент нынешней научной (физической и математической) традиции, Ньютон много времени отдавал алхимии, а также богословию. Никаких трудов по алхимии он не издавал, и единственным известным результатом этого многолетнего увлечения стало серьёзное отравление Ньютона в 1691 году.
Парадоксально, что Ньютон, много лет трудившийся в Колледже святой Троицы, сам, видимо, в Троицу не верил. Исследователи его богословских работ, такие как Л. Мор, считают, что религиозные взгляды Ньютона были близки к арианству.
Ньютон предложил свой вариант библейской хронологии, оставив после себя значительное количество рукописей по данным вопросам. Кроме того, он написал комментарий на Апокалипсис. Теологические рукописи Ньютона ныне хранятся в Иерусалиме, в Национальной Библиотеке.
Тайные работы Исаака Ньютона
Как известно, незадолго до конца жизни Исаак опроверг все выдвинутые собой теории и сжёг документы, в которых содержалась тайна их опровержения: одни не сомневались, что всё было именно так, другие же полагают, что подобные действия были бы просто абсурдны и утверждают, что архив с документами цел, но только принадлежит избранным...