Исаак Ньютон

Введение

Исаак Ньютон – английский математик и естествоиспытатель, механик, астроном и физик, основатель классической физики. Роль открытий Ньютона для истории науки сложно переоценить. Не случайно дерево в саду родового имения семьи Ньютонов в Вульсторе, неподалеку от Кембриджа, откуда сорвалось знаменитое яблоко, в течение многих лет, пока его не сломила буря, было музейным экспо

натом. Но, быть может, еще ярче значение Ньютона передает эпиграмма XVIII в.

Был этот мир глубокой тьмой окутан.

Да будет свет! И вот явился Ньютон.

Вот что говорил сам Ньютон о своем творчестве: «Не знаю, как на меня посмотрит мир, но самому себе я представляюсь мальчиком, играющим на морском берегу и приходящим в восхищение, когда ему удается порой найти более гладкий, нежели обыкновенный, камушек или красивую раковину; между тем громадный океан сокровенной истины простирается передо мной».

Для Ньютона, по словам Эйнштейна, «природа была открытой книгой, письмена которой он без труда читал. Концепции, которые он привлекал для упорядочения данных опыта, казалось, сами собой вытекали из опыта, из изящных экспериментов, заботливо описываемых им со множеством деталей и расставленных по порядку подобно игрушкам. В одном лице он сочетал экспериментатора, теоретика, мастера и – в не меньшей степени – художника слова. Он предстает перед нами сильным, уверенным и одиноким».

Глава 1. Юность

Родился он 25 декабря 1642 в Вулсторпе (графство Линкольншир). Отец Ньютона умер еще до его рождения, и, когда мальчику было два года, его мать вторично вышла замуж. Воспитанием Исаака занималась бабушка с материнской стороны. В возрасте 10 лет Ньютон был отдан в классическую школу в Грантеме. Эти годы он прожил в доме аптекаря Кларка, откуда, по-видимому, вынес сохранившийся на всю жизнь интерес к различным химическим манипуляциям. Ньютон рос тихим, не слишком углублявшимся в книги мальчиком, очень любившим, однако, делать что-нибудь своими руками. Он смастерил несколько солнечных часов, игрушечных водяных мельниц, водяные часы, механический экипаж и воздушных змеев с прикрепленными к их хвостам фонариками. Но в школе, по собственному признанию, Ньютон был очень невнимателен.

В 1656 мать Ньютона после смерти второго мужа вернулась в Вулсторп и забрала сына из школы с намерением сделать из него фермера. Однако он не проявил никаких наклонностей к фермерскому делу. Уступив настойчивым уговорам учителя Грантемской школы, мать наконец разрешила сыну готовиться к поступлению в Кембриджский университет. В июне 1661 Ньютон был принят в Тринити-колледж на правах сабсайзера – студента, в обязанности которого входило прислуживать преподавателям колледжа. Из записных книжек Ньютона того периода явствует, что он изучал арифметику, геометрию, тригонометрию, астрономию и оптику. Несомненно, большим стимулом для него стало общение с выдающимся математиком и теологом И.Барроу. В январе 1665 Ньютон получил степень бакалавра. К тому времени Ньютон основательно продвинулся в разработке «метода флюксий» (анализе бесконечно малых).

Глава 2. Опыты ученого

Когда в Кембридже вспыхнула эпидемия чумы, Ньютон вернулся в Вулсторп, где пробыл почти два года. Именно в этот период он записал свои первые мысли о всемирном тяготении. По словам Ньютона, импульсом к размышлениям о тяготении послужило яблоко, упавшее на его глазах в саду. Как явствует из записи разговора с Ньютоном в преклонном возрасте, в то время он пытался определить, какого рода силы могли бы удерживать Луну на ее орбите. Падение яблока навело его на мысль, что, возможно, на яблоко действует та же самая сила тяготения. Свою догадку он проверил, оценив, какой должна быть сила притяжения, если исходить из гипотезы о том, что она обратно пропорциональна квадрату расстояния (именно такова сила притяжения между Солнцем и планетами).

В Вулсторпе Ньютон поставил первые опыты по исследованию света. В то время белый свет считался однородным. Однако эксперименты с призмой сразу показали, что прошедший через нее пучок солнечного света разворачивается в разноцветную полоску (спектр). Выводы Ньютона, проверенные с помощью остроумных экспериментов, сводились к следующему: солнечный свет представляет собой комбинацию лучей всех цветов, сами же эти лучи монохроматичны, или, как говорил ученый, «гомогенеальны», и разделяются потому, что обладают разной преломляемостью.

В октябре 1667, после возвращения в Кембридж, Ньютона избрали младшим членом Тринити-колледжа; шесть месяцев спустя он стал одним из старших членов и вскоре получил степень магистра. Первые же эксперименты с призмами убедили его в том, что дальнейшее усовершенствование телескопа ограничено не столько трудностями вытачивания линз, сколько разной преломляемостью лучей разных цветов, из-за чего пучок белого света невозможно сфокусировать в одной точке. Хроматическая аберрация обусловлена различием в углах, на которые отклоняются при прохождении через линзу лучи света разных цветов и, следовательно, разных длин волн. Сегодня хроматическую аберрацию корректируют подбором линз, изготовленных из стекол с разными показателями преломления (такие комбинации линз называются ахроматами), но во времена Ньютона этот способ еще не был изобретен. Ньютон обратился к единственному практически возможному решению – конструированию зеркального телескопа (телескопа-рефлектора). Схему такого телескопа предложил в 1663 шотландский математик Дж. Грегори, но первым его построил Ньютон в 1668.

В 1669 г. Ньютон передал Барроу рукопись, известную под сокращенным латинским названием Об анализе. Благодаря Барроу этот труд стал известен нескольким ведущим математикам Великобритании и континентальной Европы, но был опубликован лишь в 1711. К концу 1669 Барроу оставил кафедру в Кембриджском университете и употребил все свое влияние, чтобы его преемником стал Ньютон.

В 1671 г. Королевское общество удостоверило приоритет Ньютона в создании телескопа, опубликовав описание инструмента. В начале следующего года он был избран членом Королевского общества и вскоре получил предложение представить отчет об открытии сложной природы белого света. Отчет ученого произвел сильное впечатление, однако в ряде статей взгляды Ньютона были подвергнуты критике. Большинство возражений пришло из континентальной Европы, часть принадлежала Р. Гуку, куратору Королевского общества. Споры о приоритете усилили нетерпимость к возражениям, столь типичную для Ньютона в конце его жизни.

Глава 3. Проблема планетарных орбит

В последующие годы Ньютон занимался различными математическими, оптическими и химическими исследованиями, а в 1679 вернулся к проблеме планетных орбит. Идея о том, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния от Солнца до планет, которую он проверил приближенными выкладками в Вулсторпе, стала предметом широкого обсуждения. Именно такой закон следовал (для простого случая круговой орбиты) из третьего закона Кеплера, устанавливающего зависимость между периодами обращения планет вокруг Солнца и радиусами их орбит, и формулы центростремительного ускорения тела, движущегося по окружности, которую в 1673 вывел Х.Гюйгенс. Обратную задачу – определение орбиты из закона изменения силы с расстоянием, бывшую предметом обсуждения Гука, Рена и Галлея, – Ньютон решил около 1680. Ньютон доказал теорему о том, что сферически симметрично распределенная масса притягивает внешние тела так, как если бы вся масса была сосредоточена в центре.

 Скачать реферат