(1642-1727) — английский математик и физик, широко известный как самая важная фигура научной революции благодаря своим трем законам движения и универсальному закону всемирного тяготения. Законы Ньютона стали фундаментальной основой физики, а его открытие того, что белый свет состоит из цветов радуги, произвело революцию в области оптики.
Ранняя жизнь
Исаак Ньютон родился 25 декабря 1642 года. Его семья в Вулсторпе, Линкольншир, принадлежала к классу йоменов, но было ясно, что Исааку была уготована карьера, отличная от фермерства. Отец Исаака умер за несколько месяцев до его рождения, а его отчим, священник, умер, когда ему было 14 лет. Его матерью была Ханна Эйскоу, и ее второй муж настоял на том, чтобы Исаак был разлучен со своей матерью на несколько лет. Некоторые историки усматривают в этом периоде пренебрежения причину печально известного колючего характера Ньютона и повышенной чувствительности к критике в более позднем возрасте.
Юный Айзек проявлял огромный интерес ко всему механическому, и он сам смастерил несколько работающих моделей, но в школе он учился не особенно хорошо. Он был озорником и однажды запустил в ночное небо серию фонариков, зажженных свечами, которые напугали местных жителей, заставив их подумать, что на них вот-вот обрушится ливень комет. Дядя Исаака был непреклонен, и в июне 1661 года его отправили изучать юриспруденцию в Тринити-колледж в Кембридже. Однако молодой ученый преуспел не в юриспруденции, а в математике.
Если я и видел дальше, то только стоя на плечах гигантов – Ньютон
Исаак дополнил свое ортодоксальное образование частными уроками у математика и богослова Исаака Барроу (1630-1677). Позже Барроу порекомендовал Ньютона на свою собственную, вскоре ставшую вакантной кафедру в Тринити-колледже. Ньютон окончил школу в апреле 1665 года, но всякая надежда на быстрый старт карьеры рухнула, когда произошла вспышка чумы Черной смерти. Исаак был вынужден вернуться в семейный дом в Вулторпе на год или больше.
Подход Ньютона к познанию
Исаак не потратил впустую свой год вынужденного затворничества, начав серию научных исследований, причем настолько, что назвал 1665-1666 годы своим «годом чудес» (Бернс, 217). Ньютон открыл «биномиальную теорию, дифференциальное и интегральное исчисление и преломление света, и он начал разрабатывать теорию всемирного тяготения» (там же ). Пьянящий материал. Ньютон был полон решимости использовать все виды методологий и мышления, от алхимии до механической философии, чтобы найти научные истины, которые могут быть выражены математически. С этой целью он неустанно собирал крупицы древних и современных знаний, экспериментов и даже преданий в нескольких избранных и очень личных томах в кожаных переплетах, таким образом сохраняя свои открытия для последующего использования, когда его научные теории станут более ясными. Как однажды заявил сам Ньютон в частном письме, «Если я и увидел дальше, то только потому, что стоял на плечах гигантов» (Wootton, 341).
К счастью для прогресса человечества, Ньютон в конце концов обнародовал свои новаторские исследования.
Ньютон также был христианином-протестантом (хотя и неортодоксальным в частной жизни) и не видел противоречия в своих попытках объяснить, почему в физическом мире все происходит именно так, как это происходит в Библии. Действительно, несовершенства физического мира, доказанные его теориями, требовали, по словам Ньютона, Творца, который время от времени их корректировал. Некоторые христиане рассматривали это как отрицание совершенства Творца, другие видели в этом поддержку того, что Создатель вообще есть. Для Ньютона пространство было «выдающимся действием Бога», и «он, кажется, зашел так далеко, что позже отождествил пространство с необъятностью Бога, так что библейские высказывания о том, что «В Нем мы живем, и движемся, и существуем» (Деяния 17:28), были воспринимается совершенно буквально» (Генри, 89 лет).
Как и многие мыслители того времени, Ньютон был убежден, что великие знания были приобретены, а затем утрачены на протяжении веков, и поэтому тщательное исследование прошлых интеллектуальных усилий было необходимо для того, чтобы вернуть эту утраченную мудрость (известную как приска разумная ). Эта вера в утраченные или секретные знания – своеобразная эксцентричность для ученого – может также объяснить, почему Ньютон был известен своей сдержанностью в публикации собственных открытий. Казалось, он наслаждался секретностью, как это было в традиции великих алхимиков Средневековья. К счастью для прогресса человечества, Ньютон в конце концов обнародовал свои новаторские исследования.
Ньютоновский спектр света
Ньютон не счел уважаемое Королевское общество очень восприимчивым к его новым идеям, особенно в области оптики, и поэтому он переступил порог этого учреждения, спроектировав в 1668 году отражающий телескоп. В телескопах этого типа использовалось изогнутое зеркало, изготовленное из сплава олова и меди, что улучшало четкость изображения за счет уменьшения хроматической аберрации, то есть когда все цвета не сходятся в одной точке (проблема стеклянных линз в то время). Телескоп Ньютона имел увеличение в 40 раз и был в десять раз короче, чем был бы стандартный преломляющий телескоп такой же мощности. Королевское общество заинтересовалось, и Ньютон был избран в этот ученый орган в 1672 году; затем он представил свои исследования по оптике, которые, по сути, сделали возможным его супер-пупер телескоп.
Между 1666 и 1668 годами Ньютон проводил оптические эксперименты, в ходе которых он улавливал узкий луч света через отверстие, который затем проецировался на стену в темной комнате. Свет проходил через призму. Другие проделывали подобные вещи раньше, но, что примечательно, Ньютон поместил свою призму рядом с отверстием и подальше от стены, на которую проецировался блок цветов радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Еще более важный – в том, что он назвал своим experimentum crucis – Затем Ньютон заставил различные цветные лучи расщепленного белого света пройти через вторую призму, и они оставили ту вторую призму того же цвета, что и вошли, т.е. их нельзя было разделить дальше. Таким образом, Ньютон смог разработать новую теорию света, которая заключалась в том, что белый свет состоит из спектра различных цветов, каждый из которых имеет разный угол преломления, подобно радуге, которую можно увидеть на небе после проливного дождя. В радуге на небе капли воды функционируют как призма, то есть белый свет преломляется. Ньютон также обнаружил, что в крошечном пространстве между линзой и листом стекла можно увидеть цветные концентрические кольца, которые теперь называются кольцами Ньютона.
Идея Ньютона о неоднородном свете, опубликованная в Философские труды в 1672 году он пошел прямо вразрез со стандартной теорией того времени, которая была обратной теории Ньютона. Среди сторонников стандартной теории был Роберт Гук (1635-1703), который отверг теорию Ньютона, а позже даже обвинил его в плагиате (безосновательном). Ньютон, обладавший «несколько параноидальным темпераментом» (Бернс, 73 года) и «социально неблагополучный» (Джардин, 36 лет), быстро вышел из Королевского общества и даже не согласился стать его президентом до тех пор, пока Гук не покинет эту землю. В 1704 году Ньютон, наконец, подробно опубликовал свою работу о свете в своей книге Оптика Потребовалось некоторое время, чтобы теория Ньютона получила широкое признание, но сейчас она является краеугольным камнем науки оптики.
Закон всемирного тяготения Ньютона
Немецкий астроном Иоганн Кеплер создал самую точную на сегодняшний день систему планетарной астрономии, в которой небесные тела движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца, а не по традиционной модели идеальных кругов, предложенной мыслителями от Клавдия Птолемея (ок. 100 — ок. 170) до Николая Коперника (1473-1543). Открытие того, что планеты увеличивают свою скорость по мере приближения к Солнцу, было необходимо Ньютону для построения его собственной работы. Закон всемирного тяготения Ньютона послужил причиной для тщательных наблюдений Кеплером эллиптических движений планет. Поощряемый, как словами, так и деньгами, своим хорошим другом Эдмундом Галлеем (1656-1742), Ньютон, наконец, представил свою теорию всемирного тяготения в Математических принципах естественной философии (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ), опубликованный в 1687 году.
Действие силы тяжести известно с глубокой древности. Древние мыслители выдвигали теории о том, почему предметы падают на землю, наиболее распространенной из которых было то, что Земля была самым центром Вселенной, и поэтому некая таинственная сила притягивала все объекты к центральной точке. Точно так же такие мыслители, как Галилео Галилей (1564-1642), размышляли о том, какая сила ответственна за то, что Солнце, по-видимому, притягивает вращающиеся планеты к своему центру тем быстрее, чем ближе они к нему приближаются. В качестве ответа часто предлагался магнетизм, но многих мыслителей это не убедило.
Возможно, на самом деле яблоко и не упало с ветки и не ударило Ньютона по голове, но, похоже, наблюдение за падением плода заставило его задуматься о том, какая сила была задействована и как ее измерить. Ньютон также заметил множество других «притяжений» и «отталкиваний» между многими другими объектами и субстанциями, и поэтому он начал формулировать теорию, которая могла бы измерить такие явления и, наконец, свести воедино (или, по крайней мере, примирить) два древних, но часто противоположных направления человеческой мысли: механику и математику.
В своих Принципах Ньютон выдвинул свою теорию всемирного тяготения, но сначала он представил систему математических законов, которые стали известны как «законы движения Ньютона», здесь кратко изложенные У. Э. Бернсом:
Что между телами существует сила притяжения, которая изменяется в зависимости от обратного квадрата расстояния между ними – и три закона движения Ньютона – 1. тело, находящееся в покое или движущееся по прямой траектории, будет стремиться оставаться в этом состоянии, 2. изменение движения тела изменяется в зависимости от сила воздействия, и 3. каждое действие вызывает равную и противоположную реакцию.
(218)
Затем Ньютон представил свою теорию всемирного тяготения:
Что между любыми двумя телами во Вселенной существует сила, прямо пропорциональная произведению масс двух тел и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.
(Бернс, 245)
Теория всемирного тяготения Ньютона была универсальной, потому что она применялась ко всему — от вращающихся планет до движения комет, морских приливов и апокрифического яблока, падающего с дерева. Закон всемирного тяготения (на самом деле Ньютон назвал его «законом» только в своей более поздней работе Оптика ) в равной степени применимо как к земным делам, так и к небесам. Ньютон теперь мог делать точные предсказания о воздействии силы тяжести. Это была новая наука. Конечно, не все сразу приняли теории Ньютона. Философы-механики и картезианцы, последователи Рене Декарта (1596-1650), например, не могли согласиться с тем, что одно физическое тело может воздействовать на другое тело без чего-либо, третьего элемента, соприкасающегося с ними обоими. Проще говоря, гравитация была довольно загадочной, поскольку никто, даже Ньютон, не знал, откуда она взялась, почему существует и кто или что обеспечивает ее постоянство. Размышление над этим фактом и вывод о том, что эти силы действуют без какого-либо учета интересов человечества, в некотором смысле привели к разочарованию в новом и безжалостном мире, по крайней мере, для тех, кто не верил, что за всем этим стоит какой-то бог.
Признание: Величайший ученый
Работа Ньютона о гравитации была в конечном счете хорошо принята, особенно в Англии, и в 1687 году он был избран членом Тринити-колледжа. Два года спустя Ньютон стал там профессором математики лукасианского университета. Вокруг Ньютона возник круг преданных последователей по всему миру, включая швейцарского математика Николаса Фатио де Дюилье (1664-1753), который стал очень близок к нему. С 1688 года Ньютон стал стремиться к политической карьере. Ученый надеялся переехать в Лондон, но в 1693 году у него случился нервный срыв, возможно, из-за разрыва его отношений с Фатио де Дюилье, но, безусловно, усугубленный его хронической бессонницей и, возможно, даже следствием отравления ртутью, ключевым ингредиентом экспериментов Ньютона по алхимии. Восстановившись к 1696 году, Ньютон был назначен смотрителем королевского монетного двора в Лондонском Тауэре, что принесло ему как престиж, так и солидное жалованье. Ньютон, применявший практический подход, который не требовался для того, что, по сути, было почетной должностью, произвел на своих работодателей такое сильное впечатление, что в 1699 году он был назначен мастером монетного двора. Он исполнял эту роль с поразительной самоотдачей в течение следующих 28 лет, к большому огорчению бесчисленных фальшивомонетчиков, которых он выявлял (которых затем неизменно вешали).
Также в 1699 году Ньютон был назначен членом Французской королевской академии наук, став первым иностранцем, получившим право на вступление. В 1703 году он был избран президентом Королевского общества и использовал свое положение для того, чтобы направить усилия общества гораздо больше в сторону практических экспериментов (в отличие от простого чтения научных работ других) на протяжении всего своего пребывания в должности, которое закончилось в 1727 году. Менее достойной восхищения была его продолжающаяся вражда с немецким математиком Готфридом Вильгельмом Лейбницем, которая значительно сдерживала развитие математики в Британии. Ньютон обвинил Лейбница в плагиате его работы по математическому анализу (математический инструмент для вычисления кривых и их площадей). На самом деле оба человека разработали математический анализ независимо, и хотя большинство историков считают, что Ньютон пришел к этому первым, версия Лейбница была лучше. Ньютон был посвящен в рыцари Анной, королевой Великобритании (1702-1714) в 1705 году, вероятно, больше за его службу на королевском монетном дворе, чем за огромный вклад в науку, но, тем не менее, это был памятный момент для всех ученых прошлого и настоящего, поскольку он был первым, кто удостоился такой чести.
Смерть и наследие
Ньютон был знаменит при жизни своими открытиями, как мы видели по его различным назначениям в престижные институты в стране и за рубежом. Довольно странно для человека, столь связанного с наукой, что Ньютон провел свои последние годы, изучая библейские пророчества, область, которую он считал столь же значимой, как и научные эксперименты. Сэр Исаак Ньютон умер от почечной недостаточности 20 марта 1727 года; ему было 84 года. Он никогда не был женат и не оставил детей. Ньютону были устроены государственные похороны и он был похоронен в Вестминстерском аббатстве. Александр Поуп написал памятную эпитафию:
Природа и законы природы были скрыты Ночью:
БОГ сказал: Да будет Ньютон! И все стало светло.
(Вуттон, 361)
Ньютон в одном из тех заявлений, которые он часто делал, когда возникает вопрос, действительно ли он скромен, прокомментировал свою карьеру и открытия в следующих выражениях:
Я не знаю, кем я могу показаться миру, но что касается меня самого, то я, похоже, был всего лишь мальчиком, играющим на морском берегу и развлекающимся тем, что время от времени нахожу более гладкий камешек или ракушку покрасивее обычной, в то время как великий океан истины лежал совершенно неоткрытым передо мной. (Глейк, 4)
После Ньютона в науке было бы еще много прорывов, но ничего столь революционного, как его работа, не было до развития в 20 веке теории относительности и квантовой физики.
Там развилось определенное движение, известное как ньютонианство, которое выдвинуло идею о том, что научное знание должно быть представлено в виде ряда математических законов, которые могли бы предсказывать тенденции движения по отношению к гипотетическим ускоряющим силам. Кроме того, поскольку исследования Ньютона были настолько сложными и недоступными большинству, появилось множество авторов, которые упростили работу Ньютона так, чтобы ее могли понять достаточно образованные люди. Ньютонианство постепенно распространилось по Европе, став доминирующим подходом в университетах и среди интеллектуалов. Ньютоновский подход к познанию, распространенный среди новых умов такими мыслителями, как Вольтер (1694-1778) в своей книге Элементы философии Ньютона (1738), был важной частью движения Просвещения, где улучшение условий жизни человека стало конечной целью философии и науки, несмотря на то, что Ньютон навсегда разделил эти две дисциплины. Даже великий гений современности Альберт Эйнштейн (1879-1955) со своей новой теорией относительности не смог ниспровергнуть ньютонианство, а лишь распространил его на новые и смелые горизонты. Как однажды сказал Эйнштейн о Ньютоне: «Он стоит перед нами сильный, уверенный и одинокий» (Глейк, 9).
https://worldhistory.org/Isaac_Newton/
Загрузка...
