Ньютон Исаак

Родился: 1642, Линкольншир, Англия.

Умер: 1727, Лондон, Англия.

Главные сочинения: Philosophiae naturalis principia mathematicа{1} (1687, 1713, 1726), «Оптика» (1704, 1717, 1721, 1730).

Главные идеи

Исаак Ньютон придал основаниям физики такую форму, которая до сего дня остается отправным пунктом для каждого занимающегося этой наукой. После безрезультатных выступлений Галилея и других своих предшественников именно Ньютон раз и навсегда покончил с реакционной теорией Аристотеля о том, что падающие тела «стремятся занять свое естественное место». Математические и философские аспекты Ньютонова творчества оказали глубочайшее воздействие на науку и практически всю научную культуру наступающего восемнадцатого столетия. Его творческий гений был столь поразителен, что он стал вдохновляющим образцом для всех физиков будущего, а также образом, олицетворяющим в общественном мнении естествознание (в последней роли к нему приблизился только Эйнштейн).

К значительной части обширного архива Ньютона историки получили доступ лишь в последние десятилетия. Их исследования заменили традиционный, чрезмерно героизированный портрет Ньютона портретом человека куда более сложного, значительная часть жизни и деятельности которого ошеломляюще расходится с современными представлениями об ученом-рационалисте. Отец Ньютона был удачливым, но не богатым земледельцем в аграрном Линкольншире и умер за несколько месяцев до рождения Исаака. Его мать, Анна, снова вышла замуж три года спустя (на этот раз за человека весьма состоятельного), однако весь остаток своего детства Исаак был предоставлен попечению своей бабушки. Он питал острую неприязнь к пожилому отчиму, после чьей смерти мать вернулась домой (Исааку исполнилось к тому времени десять лет) вместе с тремя младшими детьми. Должно быть, то были главные факторы, обусловившие его позднейшую строгость и подозрительность, которые изолировали его от сверстников и стали причиной периодических резких споров, отравлявших бóльшую часть его жизни.

Юный Исаак несколько лет посещал школу в деревне по соседству — Грэнтеме, где проявил острейшую любознательность и способности к механике. Непродолжительное время он готовился к тому, чтобы взять управление семейным наделом в свои руки; все это закончилось бы катастрофой, если бы не вмешательство людей, распознавших его истинные способности и отправивших восемнадцатилетнего Исаака в Кембриджский университет. В смутные годы Гражданской войны и Реставрации Стюартов академическая жизнь Кембриджа была весьма хаотичной; для Ньютона ее главными преимуществами были, по всей видимости, возможность посвятить себя науке и книгам; занимался он по большей части самостоятельно. (Знаменитый отъезд из Кембриджа на родину в годы чумы, по-видимому, не внес особых изменений в его умственную жизнь.) Получив степень бакалавра в 1665 году, он остался в Колледже св. Троицы, постоянным сотрудником которого он стал в 1667 году. К этому он добавил степень магистра искусств в 1668 году, а в 1669 году был назначен лукасовским профессором математики.

Во время пребывания Ньютона в должности Кембридж в целом и Колледж св. Троицы в частности переживали катастрофический упадок, и ни чтение лекций, ни занятия со студентами особенно его не обременяли. Большую часть своего времени он посвящал исследованиям по натуральной философии, математике, алхимии, даже истории итеологии. Наукой он занимался с присущей ему дотошностью и напряженностью, которые не только позволяли ему овладевать любым предметом, но и принесли ему репутацию человека, не спящего ночами и забывающего о пище. Свои изыскания он проводил исключительно ради собственного удовольствия и обычно не доводил их до конца, если менялся объект его интересов. Он не просто пренебрегал обнародованием важных работ, но, как правило; выказывал к публикациям нескрываемое отвращение. Ревнивая, враждебная реакция Роберта Гука на первую работу Ньютона, представленную на рассмотрение Королевского общества в 1672 году, по-видимому, только усилила врожденную склонность Ньютона не выносить свои труды на суд критики.

После глубокого психологического кризиса, пережитого в 1693 году (его причины не до конца ясны), научное творчество Ньютона практически сходит на нет. В конце 1680-х годов он втягивается в университетскую политику, а в 1689 — становится членом Согласительного парламента, и в силу этого его интересы все больше сосредоточиваются в Лондоне. Он получает политические назначения: в 1696 году его выдвигают на пост смотрителя, а в 1699 - начальника монетного двора; на последней должности он пробудет до конца своих дней. Обычно эти посты рассматривались как синекуры, но Ньютон исполнял свои обязанности со свойственной ему добросовестностью, подав один из первых выдающихся примеров ответственного подхода к государственной службе.

В студенческие годы Ньютон был серьезно вдохновлен натуральной философией и аналитической геометрией Рене Декарта, и его первые работы по математике и оптике непосредственно вырастали из этих его интересов. Двадцать лет спустя он отстаивал свою интеллектуальную независимость, не только отвергая физику и философию Декарта, но и всячески очерняя его аналитический метод. Основные математические труды Ньютона были созданы в 1664—1666 годах, но при этом они либо были опубликованы гораздо позднее, либо не опубликованы вообще. Джон Коллинз тщетно уговаривал его обнародовать их в начале 1670-х. Работа над книгой, начатой в первой половине 1690-х годов, была прервана, и некоторые ее материалы вошли в состав «Оптики». Arithmetica universalis{2} 1707 года была издана только Уистоном и представляла собой наспех собранный овод ранних работ Ньютона.

Изобретение дифференциального исчисления

Ньютон внес важный вклад в теорию бесконечного ряда, включая изобретение «ряда Тейлора» за двадцать лет до Брука Тейлора. Некоторые перспективы этой работы и «метода неделимых» Джона Уоллиса подвели его к открытию новых подходов к проблемам квадратур кривых и касательных к ним, результатом которых явилось изобретение метода, известного ныне как дифференциальное исчисление (наиболее употребительные в наши дни символика и терминология восходят к его сопернику Лейбницу, разработавшему дифференциальное исчисление независимо от Ньютона несколько лет спустя). Он также посвятил важный труд классификации кубических форм.

В эти же годы (1664-1665) Ньютон проводил много экспериментов по преломлению света, особенно по его разложению с помощью призм. Так, он показал не только то, что солнечный свет может быть разложен на спектральные цвета, но и то, что путем обратного комбинирования можно снова получить белый свет. Множество других остроумных экспериментов явились ответом на разнообразные возражения и твердо установили, что различные цвета представляют собой различные типы света, а не просто разновидности или степени единого типа. Ньютон также наблюдал за кометами и научился шлифовке линз. Изобретение зеркального телескопа принесло ему признание и принятие в члены Королевского общества (1672). После этого он вынес на рассмотрение Общества свое сочинение по теории света, в котором, к несчастью, смешивались две важные проблемы. Новаторские взгляды Ньютона на природу света противоречили как популярным представлениям о колебаниях или вихрях в пронизывающем пространство эфире, так и явлениям интерференции, которые он и другие ученые наблюдали в тонких пленках, и задним числом мы должны признать, что он был не прав. Но его революционное доказательство сложной природы белого света — также непопулярное в некоторых кругах — попало точно в цель. Отчасти вследствие смешения этих проблем между Ньютоном и Гуком разгорелась ожесточенная полемика, в известной мере повлиявшая на нежелание Ньютона публиковать другие свои сочинения. Хотя оптические теории Ньютона были, по сути, к этому времени уже завершены, он написал большую часть своей «Оптики» только двадцать лет спустя и откладывал ее публикацию еще десять лет — до смерти Гука.

Законы движения Ньютона

В середине 1660-х годов Ньютон далеко продвинулся также и в изучении движения и тяготения, однако прежде, чем придать своей теории завершенную форму, он переключился на разработку других вопросов. Но возникшая около 1680 года угроза того, что Гук присвоит некоторые из идей, отложенных Ньютоном в долгий ящик, вынудила его вернуться к этой теме, и работа над «Началами» заставила Ньютона ясно сформулировать свои идеи и установить законы движения в известном нам сегодня виде:

1. При отсутствии воздействия внешней силы любое имеющее массу тело пребывает в состоянии покоя или движения.

2. Внешняя сила производит ускорение, пропорциональное этой силе и обратно пропорциональное массе тела, подвергающегося ее воздействию.

3. Каждая сила, действующая на тело, порождает равное противодействие этого тела на его окружение.

В завершающей стадии работы над «Началами» большую роль сыграли помощь и поддержка Эдмонда Галлея, однако это не значит, что Галлей вырвал из рук Ньютона произведение, пролежавшее под спудом много лет. Решающий успех был достигнут лишь в результате упорных усилий и заключался в выдвижении на первый план свойства инерции и ясного отграничения этого понятия от понятия внешних сил, особенно в случае кругового движения; фактически полностью эта задача была решена только во втором издании книги. Формулировка законов движения и обратно пропорционального закона всемирного тяготения были тесно связаны между собой, так как движения планет и комет обеспечивают лучшее средство проверки любой теории движения. Конкурирующая теория вихрей, выдвинутая еще Декартом, была полностью опровергнута.

Предшественники Ньютона (особенно Галилей) и его современники (в частности Христиан Гюйгенс и Гук) достигли значительного частичного понимания этих законов. Но только ньютоновская кристаллизация физики в сочетании с его новыми математическими методами извлечения предсказаний из этих общих законов позволила физике стать фундаментальной квантитативной наукой. Он продемонстрировал ее силу, объяснив океанские приливы, движение Луны под объединенным влиянием Солнца и Земли, взаимное возмущение Юпитера и Сатурна, орбиты комет, несферичность Земли и прецессию равноденствий.

Значительные отрезки ньютоновской биографии были заполнены изысканиями совершенно иного рода. Он собирал обширные материалы по алхимии и лично проводил множество экспериментов; до сих пор неопубликованный «Index chemicus»{3} Ньютона является, вероятно, самым обстоятельным обзором алхимической литературы из всех когда-либо сделанных. По всей видимости, Ньютон надеялся, что квантитативный подход наряду с концепцией универсальных корпускулярных притяжений, аналогичных тяготению, способен превратить алхимию в цельную и рациональную науку. Кроме того, Ньютон посвящал много времени богословию и толкованию пророчеств и связанных с ними событий древней истории. Долгие годы он трудился над «Исправленной хронологией древних царств», изданной через год после его смерти. По мнению самого Ньютона, это сочинение было еще одним делом всей его жизни, однако, на наш взгляд, физиком он был куда лучшим, нежели историком, так как в последнем случае он находился под чрезмерным влиянием религиозных предубеждений. Отчасти изоляция Ньютона от общества была обусловлена тем, что он придерживался твердых арианских убеждений (разновидность унитарианства) в то время как общественно приемлемыми являлись исключительно тринитарные догматы; если бы его истинные убеждения стали достоянием гласности, то даже он лишился бы своего положения и респектабельности, как это случилось с его другом и последователем Уильямом Уистоном. (Долгие годы работы в Колледже св. Троицы Ньютон должен был воспринимать как горькую иронию судьбы.)

Представляет интерес также роль Ньютона в Лондонском Королевском обществе, которое было основано в 1662 году, когда он был еще студентом, и приняло его в свои члены в 1672 году. Соперничество с Робертом Гуком продолжалось вплоть до смерти Гука в 1703 году и было одной из причин, по которым Ньютон держался на почтительном расстоянии от деятельности общества в течение трех десятилетий, причем даже после переезда в Лондон. В начале восемнадцатого века Общество, можно сказать, находилось при смерти; первое его поколение ушло из жизни, многие его члены были лишь любителями, на протяжении нескольких лет его возглавляли люди, избранные в президенты общества исключительно из политических соображений и не проявлявшие ни малейшего интереса к науке. Возрождение Общества — это, в известной мере, заслуга Ньютона, избранного его президентом в 1703 году. Чтобы сохранить этот пост, он, не колеблясь, спекулировал своей славой, а временами был непереносимо автократичен. К стыду Ньютона, он использовал Королевское общество как орудие второй и третьей вендетт своей жизни. Первая из них разгорелась у него с королевским астрономом Джоном Фалмстидом за право контроля над публикацией монументального звездного каталога, составление которого было делом всей жизни астронома. Второй вендеттой стал спор Ньютона с немецким философом и математиком Готтфридом Вильгельмом Лейбницем о приоритете в изобретении дифференциального исчисления. Сегодня мы знаем, что вердикт беспристрастного, на первый взгляд, комитета, учрежденного Обществом, был фактически инспирирован самим Ньютоном. Нам остается только задаваться вопросом, не препятствовали ли его деспотичность и мстительность достичь ему еще большего величия в истории мысли или мучительная страстность была тем ингредиентом, который сделал возможным само его творчество.

Необходимость экспериментирования

Большую часть своей жизни Ньютон обычно предоставлял другим высказываться по философским и богословским вопросам; в этом отразились его врожденная скрытность и необходимость избегать учения о Троице. В высшей степени осторожные высказывания насчет оснований ньютоновского творчества приведены в Общем схолии к «Началам» и в «Вопросах», помешенных в конце «Оптики», особенно ее второго и последующих изданий. Ньютон утверждал, что естествознание должно твердо опираться на эксперименты, хотя он и не проявлял сколько-нибудь серьезного интереса к прикладной науке. «В самом деле, поскольку качества тел познаются нами только из экспериментов, за всеобщее мы должны принимать только то, что всеобщим образом согласуется с экспериментами... Мы ни в коем случае не должны отказываться от экспериментальных данных в пользу грез и фантазий нашего собственного изготовления».

Практическое воплощение этих принципов особенно наглядно показывают работы Ньютона по оптике; их характеризует непрерывный ряд экспериментов, назначение которых — исключить другие интерпретации и забота о количественном описании и точности измерений. Он также питал недоверие ко всевозможным объяснениям ad hoc, настаивая на том, что наука должна опираться на принципы широкой объяснительной силы: «И какая достоверность может быть в Философии, которая состоит из числа Гипотез, равного числу подлежащих объяснению Явлений».

Ньютоновский закон всемирного тяготения гласит, что два тела, обладающих массой, воздействуют друг на друга на любом расстоянии, даже через пустое пространство, и философский смысл этого утверждения многих приводил в замешательство. Лейбниц и многие другие критиковали Ньютона за то, что он вводит в науку «тайные качества». Самому знаменитому его утверждению Hypotheses non Jingo{4} не следует придавать чрезмерного веса вне контекста. Оно появляется во втором издании «Начал» и является, по существу, защитной реакцией, предназначенной форсировать признание эмпирических данных о том, что обратно пропорциональное взаимодействие имеет место в действительности, еще до того, как мы попытаемся набросать общую картину осуществления этого взаимодействия: «Довольно того, что тяготение действительно существует и действует согласно изложенным нами законам». В письме к Ричарду Бентли он замечал: «Тяготение может обусловливаться силой, постоянно действующей по определенным законам, но является эта сила материальной или нет, этот вопрос я оставляю на рассмотрение своих читателей». Не подлежит сомнению, что Ньютон имел некоторые умозрительные гипотезы на этот счет — например, гипотезу о возможных отношениях между тяготением и химическим сродством или электрическим взаимодействием, однако, он отдавал себе ясный отчет в том, что не располагает необходимыми доказательствами.

Ньютон рассматривал знание как власть над вещами и как откровение Божие; он говорил, что писал «Начала» «с намерением не умалить Творца, но подчеркнуть и доказать могущество и попечение о мире высшего существа». Влияние Ньютона на философию восемнадцатого столетия оказалось совсем не таким, как он рассчитывал. Особую роль в преобразовании ньютоновской метафизики сыграл Дэвид Юм, исключив Бога из картины мироздания, а всего столетие спустя Лаплас на вопрос о Боге заметил: «Я не нуждаюсь в этой гипотезе». Когда Ньютон разрабатывал механистическую картину мира с атомами, пустотой и дальнодействием, он ни в коей мере не хотел показать, что мир самодостаточен. Он никогда бы не согласился с деистической карикатурой на Бога, который приводит мир в движение, как будто заводит часы, и позволяет идти ему собственным ходом, полемизируя с ней так же яростно, как некогда с вихревой космологией картезианства. Бог Ньютона был имманентен, постоянно и прямо ответствен за поддержание упорядоченного хода вещей. Иными словами, Ньютон ни за что не поддержал бы «ньютонианство» в его позднейших воплощениях.

Библиография

Newton, I., Philosophiae naturalis principia mathematical Latin text of the 3d edition, 1726, with editorial comments in English, ed. by A. Koyre and I.B.Cohen, Cambridge: Harvard University Press, 1972.
Newton, I., Opticks, 4th ed., London, 1730; repr. New York: Dover, 1952.
Newton, I., The Mathematical Papers of Isaac Newton, 8 vols., ed. by D.T. Whiteside, Cambridge: Cambridge University Press, 1967-1981.
Newton, I., Correspondence, ed. by H.W. TurnbuII, 7 vols, Cambridge: Cambridge University Press, 1959-1977.
Ньютон, И., Математические начала натуральной философии, М.,1989.
Ньютон, Исаак., Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света, М., 1954.
Ньютон, Исаак., Математические работы, М.-Л., 1937.
Ньютон, Исаак., Лекции по оптике, М., 1946.
Ньютон, Исаак., Всеобщая арифметика, или Книга об арифметическом синтезе и анализе, М.-Л., 1948.
Ньютон, Исаак., Замечания на книгу «Пророк Даниил» и Апокалипсис св. Иоанна, Спб., 1916.
Исаак Ньютон (1643-1727), Сборник статей, М.-Л., 1943.

Оригинал © Дональд ХОЛЛ, 1992

Перевод © В. Федорин, 1997

Великие мыслители Запада. — М.: Крон-Пресс, 1999

{1} «Математические начала натуральной философии» (лат.)

{2} «Всеобщая арифметика» (лат.)

{3} «Указатель по химии» (лат.)

{4} «Я не придумываю гипотез» (лат.)