История науки: начавший физику с «Начала»

Что привело к созданию главного труда великого физика, почему работа не была написана «популярно» и что у Ньютона и Галлея общего с Бором и Гейзенбергом, рассказываем в нашей рубрике «История науки».

Своим рождением «Математические начала натуральной философии» во многом обязаны целой плеяде выдающихся астрономов. Англичанин Эдмунд Галлей, большой любитель комет, мучился, пытаясь понять, по каким же траекториям они движутся. Он вел астрономические наблюдения в Париже, у Джованни Кассини. Тот считал, что кометы, как и планеты, движутся по круговой орбите, Галлей не соглашался.

Другой астроном, немец Иоганн Кеплер (его увлечение астрономией началось с наблюдения кометы в детстве) воспользовался наблюдениями своего учителя, Тихо Браге, и на их основе вывел законы движения небесных тел. Он считал, что все небесные тела движутся по эллиптическим орбитам, и только кометы — по прямой. Но с этим не согласовывались наблюдения Галлея за кометой 1680-1681 года, которая сначала приближалась к Солнцу, а потом удалялась от него.

Подобно Кеплеру, на основе эмпирических данных Галлей вычислил, что такое движение, как у наблюдаемой им кометы, должна давать сила, исходящая от Солнца и убывающая пропорционально квадрату расстояния до него. Но продвинуться дальше и понять, по какой орбите должно двигаться тело под действием такой силы, он не смог.

Много времени потратил Галлей на размышления над законами Кеплера и попытками их обосновать. Он обсуждал их с коллегами: Робертом Гуком и Кристофером Реном. В 1684 году Галлей встречался в Кембридже с Ньютоном. Тот огорошил Эдмунда заявлением о том, что давно решил эту проблему, но вычисления (вот досада!) что-то никак не может найти. Ответ — эллиптическая орбита — у Галлея теперь был, а обоснования его пришлось подождать (очевидно, пока великий Ньютон разберет бумаги на своем столе). Здесь стоит отметить, что описания встречи двух умов даются по их воспоминаниям спустя десятилетия и несколько различаются. Как известно, история повторяется, и похожая встреча произойдет в Копенгагене в сентябре 1941 года между Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом (подробнее о ней читайте в нашей заметке о Гейзенберге).

Так или иначе, терпение Галлея было вознаграждено: Ньютон прислал ему небольшую работу «О движении тел по их орбитам». В ней физик привел обоснования и вычисления, касающиеся законов Кеплера, используя в них и то, что станет известно как законы Ньютона. Работа впечатлила Галлея, и он попросил Ньютона расписать его вычисления поподробнее и прислать работу в Королевское общество. Нехотя Ньютон отложил свои алхимические опыты, которым посвятил годы, и сосредоточился на силах, массах и ускорениях. А уж работать он умел: по свидетельствам своего помощника и родственника, Хэмфри Ньютона, ученый забывал есть и спать и, гуляя иногда по саду, мог примчаться домой с какой-то новой мыслью и начать ее записывать прежде, чем садился за стол.

В конце апреля 1686 года первый том был готов, за ним последовали еще два. Во время работы над книгой Ньютон не раз менял свой замысел и переписывал все заново. Так, сначала планировалось два тома, а не три, и написать их он собирался более легким языком, чем вышло в итоге (стиль Ньютон изменил, как пояснял он сам, чтобы прочесть труд могли лишь те, кто достаточно подготовлен, а потому может отказаться от своих предубеждений).

Завершение работы чуть не сорвалось, когда к Обществу со своим заявлением о приоритете обратился Гук. Ньютон пригрозил запретить издание третей книги, но благодаря Галлею и его дипломатическим навыкам (и за его счет) книга все-таки была издана.

А вот проблемы с Гуком на этом не закончились. По утверждениям ученого, их с Ньютоном переписка подтолкнула последнего к исследованиям и стала источником основных идей будущей работы (например, обратной зависимости силы притяжения от квадрата расстояния).

Ньютон признавал, что переписка послужила ему стимулом заняться вопросами движения тел, однако любую возможность заимствования идей у Гука он отрицал. Если уж чьи-то размышления ему и помогли, то это были их общие с Гуком предшественники: француз Исмаэль Буйо и итальянец Джованни Борелли. Предоставить убедительные подтверждения своего приоритета Гук не смог, и даже Галлей с Реном его не поддержали. О спорах Ньютона с другим коллегой, Флемстидом, мы уже рассказывали.

Первое издание «Начал» появилось в июле 1687 года и состояло из 250-400 экземпляров. Некоторые из них сохранились и находятся в известных библиотеках в Кембридже, Стэнфорде, Королевской обсерватории в Эдинбурге, несколько — в США, еще один был подарен Академии наук.

Помимо уже упомянутых споров о приоритете, на Ньютона посыпались критические отзывы и другого рода: многие его коллеги (в том числе Готфрид Лейбниц, Якоб Бернулли, Джованни Кассини) не могли принять силы тяготения, для которой не нужна была среда и которая действовала через пустое пространство. Ньютону и самому было не все понятно в работе описанных им сил. И все же труд стал началом целой эпохи, господства классической механики, которое продолжится до начала XX века.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.