Читать книгу "Исаак Ньютон. Биография - Питер Акройд"

Глава восьмаяЭврика!

Вначале 1687 года на одном из собраний Королевского научного общества Галлей вступил в спор с Кристофером Реном и Робертом Гуком по поводу динамики планет. Вопрос, который поставил Галлей, считался в то время очень важным, и звучал он так: может ли сила, заставляющая планеты вращаться вокруг Солнца, убывать обратно пропорционально квадрату расстояния между планетой и светилом? Услышав этот вопрос, Рен и Гук расхохотались. Закон «обратных квадратов» им был уже давно знаком. Гук утверждал, что именно он лежит в основе движения небесных тел, а Рен признался, что какое-то время сам хотел доказать его, но не смог. Затем Гук пообещал в течение двух месяцев представить собственное доказательство, но и ему это не удалось.

Потому-то Галлей и решил обратиться к профессору математики из Тринити-колледжа. Если кто-то и может убедительно продемонстрировать действие закона, так это Исаак Ньютон. Галлей подумывал написать ему, однако, зная о затворническом существовании, которое ведет Ньютон, просто сел в карету, направлявшуюся в Кембридж, и храбро проник в логово математика. Скоро разговор стал достаточно дружелюбным, и Галлей решился задать свой вопрос. Он поинтересовался у Ньютона, как выглядит кривая, которую описывают планеты, движущиеся вокруг Солнца, «если предполагать, что сила притяжения, влекущая планету к Солнцу, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними». Ньютон мгновенно ответил, что эта траектория – эллипс. Галлей, «пораженный восторгом и изумлением», по словам мемуариста, записавшего его воспоминания, полюбопытствовал, откуда Ньютон это знает. «Проще простого, – отвечал Ньютон, – я сам это вычислил». Впервые в истории человечества кто-то сумел совершить этот подвиг! Галлей спросил, нельзя ли взглянуть на расчеты, и Ньютон стал рыться в бумагах. Он сказал Галлею, что не может сейчас найти нужные заметки, но обещал сделать расчеты заново и прислать ему.

Ньютона тогда удержала врожденная осторожность. Он заново сделает расчеты, чтобы в них не вкралась ошибка, а потом уже предоставит их Галлею и всему миру. Он и в самом деле выявил некоторые неточности в своей первоначальной работе. Вдохновленный энтузиазмом Галлея, он трудился над этим проектом со своим обычным неустанным рвением и сосредоточенностью. К ноябрю он завершил короткий девятистраничный трактат, озаглавленный De Motu Corporum in Gyrum – «О движении тел по орбите». Как только Галлей увидел этот манускрипт, он тут же осознал всю его ценность. Впервые кто-то «расшифровал» орбиты планет – и, что еще важнее, доказал характер их траектории математически. Не теряя времени, Галлей вернулся в Кембридж, где начал обсуждать с Ньютоном, каким образом лучше сообщить эти сведения миру.

Но, как позже выразился Галлей, он стал Улиссом, породившим Ахиллеса. Ньютон не остановился на De Motu, а пошел дальше – чтобы вывести более общую теорию. Он написал Флемстиду, прося прислать больше данных о движении звезд. Кроме того, он занимался мелкими флуктуациями орбиты Сатурна, а также составлением точных таблиц приливов. В сферу его рассмотрения попадала вся известная тогдашнему человеку Вселенная. «Теперь, когда я занимаюсь этим предметом, – сообщал он Флемстиду, – я предпочту выявить всю его подоплеку, прежде чем публиковать мои труды». Еще более двух лет он проживет почти в полном уединении, чтобы завершить свои расчеты. Если не считать двух кратких поездок в Линкольншир, весной и в начале лета 1685-го, он провел безвылазно в своем колледже два с половиной года.

Хамфри Ньютон вспоминал об этом периоде: «Порою, совершив один или два поворота [при прогулке по саду], он внезапно замирал, а затем стремглав бежал вверх по лестнице, точно новый Архимед с криком «эврика!», бросался к своему столу и записывал нечто стоя, даже не тратя времени на то, чтобы взять кресло и сесть в него…Он забывал поесть, а если ему напоминали, что он оставил пищу нетронутой, он восклицал: «Уже, уже!», и потом, по-прежнему стоя, что-то съедал. Он никогда не трудился сесть ради трапезы». Перед нами портрет человека, охваченного вдохновением или страстью, которые не отпускают его ни на минуту и не позволяют отдохнуть. Он понимал, что находится на пороге величайшего научного открытия современности.

Трактат De Motu был отослан Галлею в ноябре, а за следующие восемнадцать месяцев Ньютон написал 550-страничный труд, которому суждено было принести ученому всемирную славу. Как сообщал сам Ньютон в краткой памятной записи, «Книга о Началах написана за 17 или 18 месяцев, из коих около двух заняли поездки, и манускрипт отослан К. обществу весною 1686 года». «Книга о Началах» – это, разумеется, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, или «Математические начала натуральной философии».

Ньютон уже рассчитал, что движение планет вокруг Солнца и движение Луны вокруг Земли подчиняется «закону обратных квадратов». Но ему хотелось шагнуть еще дальше и создать общую теорию небесной динамики. В более раннем трактате De Motu, на основе которого были написаны Principia Mathematica, нет и следа теории всемирного тяготения; нет там и какого-либо описания того, что позже назовут тремя ньютоновскими законами движения. Прежде он занимался лишь законом обратных квадратов в приложении к планетам и кометам. Но просьба к Флемстиду выслать точные данные о характере приливов в устье Темзы дает основания предположить, что Ньютон стал расширять свои гравитационные теории гораздо дальше.

Эти три закона движения лежат в основе его теории; уместно даже сказать, что они являются основой существования самой Вселенной. Согласно первому закону, «всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения», пока на него не воздействует внешняя сила. Второй закон утверждает, что изменение движения или его направления пропорционально приложенной внешней силе «и происходит по направлению» той прямой линии, «по которой приложена сила». Эти два закона сами по себе еще не являются грандиозным открытием, но затем Ньютон добавил к ним третий, заявляющий, что «всякому действию всегда есть равное противодействие». Затем он усовершенствовал формулировку: «Взаимодействия двух тел всегда равны и направлены в противоположные стороны». Для первых читателей эта идея стала своего рода интеллектуальной загадкой, поскольку ее нелегко было наглядно продемонстрировать. Поэтому ученый привел простую аналогию, почерпнув ее из тех дней, которые он провел на ферме в Линкольншире: если лошадь тянет на веревке большой камень, то камень тянет лошадь назад так же сильно, как и лошадь тянет его вперед. Видимое движение будет совершаться в сторону большей массы.

В ходе расширения и уточнения своих первоначальных представлений Ньютон ввел новое для науки и по-настоящему революционное различие между «массой» и «весом»: они пропорциональны друг другу, но не эквивалентны. Масса – произведение плотности и объема, тогда как вес может быть различным в разных местах. По сути, Ньютон явил миру идею массы – с успехом применяемую до сих пор. Кроме того, он ввел понятие «центростремительный» – ключевой элемент его теории всемирного тяготения: при определенных условиях одно тело должно притягиваться к центру другого тела. И это, как нетрудно догадаться, стало одним из основополагающих принципов созданной им гравитационной теории.