Исаак Ньютон

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исаак Ньютон (1642-1727)

ньютон ученый декарт

Многие считают Ньютона величайшим ученым в истории человечества. Действительно, он внес науку столько нового, сколько внесли Евклид и Архимед, вместе взятые. Или Гильберт и Архимед тоже вместе взятые. Но Ньютон придумал все это один и в считанные годы! Впрочем, сам Ньютон не считал себя одиночкой в науке. Вот его слова: «Если я видел дальше, чем другие, то потому, что стоял на плечах гигантов». Но, конечно, не только поэтому! Ньютон сам был гигантом; его фигура заметно возвышается над плечами Декарта, Кеплера и Галилея. Ведь Ньютон изобрел первую систему аксиом математической физики: это равносильно достижениям Евклида в геометрии. Он создал также математический анализ гладких функций: это сравнимо с изобретением планиметрии или алгебры. Для таких успехов мало быть гением; надо еще вовремя родиться. Ньютон родился под Рождество 1642 года» в самом начале Английской революции. Как только она закончилась, 18 летний Исаак поступил в Тринити колледж знаменитого Кембриджского университета. Здесь он узнал, что в математике и физике тоже происходит революция. Ньютон включился в нее " и вскоре стал главою партии победителей.

Научную революцию начал Декарт. Он показал, как задать любую точку на плоскости или в пространстве набором чисел. После этого любое движение физического тела можно описать набором числовых функций. Оставалось придумать исчисление этих функций «наподобие арифметики чисел или того исчисления плоских фигур, которое развил Пифагор. Декарт научился свободно работать с многочленами от одной или двух переменных; в итоге ему покорились все плоские кривые, заданные многочленами. Но многие важные кривые (например, синусоиду или экспоненту) нельзя задать с помощью многочленов. Как их исчислять» Ньютон первый понял, как это можно сделать. Любую функцию с гладким графиком нужно представить в виде степенного ряда» то есть, бесконечно длинного многочлена с числовыми коэффициентами! Например, синус и логарифм разлагаются так:

sin(x) = x «x/6 + x/120» log (1+x) = x «x/2 + x/3»…

С помощью степенных рядов нетрудно вычислить производную или интеграл от любой функции. (Ньютон называл эти операции нахождением флюксии по флюенте, или обратно). Владея этими двумя действиями в мире функций, можно решить любое дифференциальное уравнение " а значит, понять любой процесс в физическом мире. Каждый шаг Ньютона на этом пути порождал новую теорему или обнаруживал новый закон природы, сразу попадающий в учебники. Например, операции дифференцирования и интегрирования функций оказались взаимно обратными. Сейчас этот факт называют теоремой Ньютона Лейбница (немецкий ученый открыл ее независимо от англичанина), и постоянно используют при составлении таблиц интегралов. Без этой теоремы жизнь студентов первокурсников была бы намного тяжелее! Другой пример: законы Кеплера, описывающие движение планет вокруг Солнца. Ньютон попытался вывести из них свойства сил, которые связывают планеты с Солнцем. Так получился закон всемирного тяготения: сила притяжения между телами прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами. Одновременно получился третий закон Ньютона (равенство действующей и противодействующей сил), а также правило векторного сложения сил, действующих на одно тело. Второй закон Ньютона (прямая пропорция между ускорением тела и силой, действующей на него) был найден Ньютоном в ходе опытов с телами, скользящими по наклонной плоскости. Только первый закон Ньютона (принцип инерции) не был его изобретением: этот факт открыл еще Галилей, а прежде его угадали средневековые богословы (например, Жан Буридан из Сорбонны).

Интересно, что открытие всех этих законов заняло у Ньютона всего полтора года. В 1665 году он уехал из Кембриджа в деревню, спасаясь от эпидемии чумы. Осенью 1667 года Исаак Ньютон вернулся в Тринити колледж с готовой математической теорией движения любых тел во Вселенной. Через два года учитель Ньютона «Исаак Барроу» уступил своему питомцу кафедру математики, а сам занялся богословием. Так 27 летний профессор стал «королем математиков и физиков». Королевская должность оказалась тяжкой и хлопотной. Не так уж трудно сделать открытие, если ты гений. Куда труднее убедить окружающих в своей правоте» особенно если ты не силен в ораторском искусстве (так было с Ньютоном), и если в ученом мире действует закон: «Ничего на словах». «Nullis in verba»» таков был девиз английского Королевского Общества, первой академии наук в Европе. К счастью, руки Ньютона работали не хуже, чем его голова. Для проверки своих теорий астрономическими наблюдениями он изобрел первый зеркальный телескоп и сам построил его. Чтобы проверить предсказание о сплюснутости земного шара у полюсов и его расширении возле экватора, понадобилось сравнить ход маятниковых часов в Европе и в Южной Америке. Это сделали французские астрономы «а часы с маятником изобрел Христиан Гюйгенс, президент Парижской академии наук, глубоко чтимый Ньютоном. Превращение фонтана открытий в строгую и всеобъемлющую книгу заняло у Ньютона 20 лет. Только в 1687 году вышел из печати его главный труд: «Математические принципы философии природы». Это был первый учебник новой физики. Многие читатели жаловались, что книга написана тяжело: Ньютон убрал те «лесенки», по которым он сам поднялся к своим открытиям. Другие утверждали, что многие теоремы Ньютона был открыты раньше другими учеными. Сам Ньютон не умел спорить и ненавидел это занятие (а также всех, кто пытался втянуть его в ученый спор). Он и смолоду не был общителен» а после 40 лет стал настоящим отшельником. Только постоянные размышления о науке в любой обстановке (вплоть до заседаний парламента) позволяли Ньютону сохранить вкус к жизни.

Итак, создана новая математика (исчисление флюксий и флюент) и новая физика (исчисление сил и движений), Что делать дальше» Ньютон решил разобраться в свойствах света» самой неуловимой вещи в природе. В 1704 году вышла из печати «Оптика» Ньютона; но полного решения главной проблемы в ней не было. Из чего состоит свет: из волн (как считал Гюйгенс), или из частиц (как думал Демокрит)» Ньютону была ближе вторая точка зрения. Но доказать ее опытами или расчетами он не мог, и был от этого в тихом бешенстве. Неужели надвигается старость» Никто не мог подсказать Ньютону, что споры о природе света продлятся еще 200 лет, и только новая революция в математике позволит объединить свойства волны и частицы в одном объекте.

Последние 40 лет своей долгой жизни Ньютон провел, размышляя о тех явлениях, которые не удается объяснить с помощью тяготения. Почему электрические заряды бывают двух сортов» Почему одинаковые заряды отталкиваются друг от друга» Связано ли взаимодействие зарядов со взаимодействием магнитов или с притяжением масс» Какая сущность передает все эти силы от тела к телу через пустоту» Может ли свет быть такой сущностью» Ни одну из этих догадок Ньютон не сумел облечь в строгую математическую форму. А высказывать гипотезы, не подкрепленные математикой, он считал ниже своего достоинства. Лишь услышав о какой-либо новой математической задаче, непосильной его современникам, Ньютон брался за нее» и обычно решал за несколько дней или часов. Порою из такой работы вырастала новая наука. Так, задача о брахистохроне (кривой наибыстрейшего спуска) породила вариационное исчисление. Классификация кривых третьего порядка положила начало алгебраической геометрии. Нелюдимый характер Ньютона всю жизнь мешал ему сотрудничать с другими учеными. Так, Ньютон не придал должного значения закону сохранения импульса, который открыл его старший коллега и почитатель «Джон Валлис. Лейбница Ньютон считал слабым математиком и нечестным человеком: поэтому он не обратил внимания на угаданный Лейбницем закон сохранения механической энергии. А ведь это были новые аксиомы физики» дополнительные к тем закономерностям движений, которые выявил Ньютон! Только в конце 18 века Лагранж и другие математики осознали роль законов сохранения в физической науке; еще веком позже эти законы были связаны с математической теорией групп.

Кажется, лишь однажды резкий нрав Ньютона пошел на пользу ученому сообществу Англии. В 1687 году самовластный король Яков 2 попытался ущемить привилегии Кембриджского университета. Группа профессоров во главе с Ньютоном воспротивилась этому. Вскоре король лишился престола, а Ньютон был избран членом английского парламента. Там он просидел пять лет, не произнеся ни одной речи: политические споры казались ему чепухой, по сравнению с научной работой. Однако позднее Ньютон принял от умного и тактичного короля Вильяма 3 пост директора Монетного двора и (к удивлению многих) проявил себя в этой роли инициативным и удачливым администратором, грозой фальшивомонетчиков. Одновременно Ньютон стал президентом Королевского Общества. Но этот высший пост в английской науке он согласился занять только после смерти своего научного недруга и критика Роберта Гука, замечательного экспериментатора. Увы: на всякого мудреца довольно и простоты! К счастью, смерть престарелого Ньютона заставила англичан забыть о скверном характере их прославленного соотечественника. Ньютон был похоронен в Вестминстерском аббатстве с почти королевским почестями. Надпись на его могиле гласит: «Порадуйтесь, что на Земле жило такое украшение рода человеческого!» Пожалуй, это главная часть правды об Исааке Ньютоне.

Размещено на Allbest.ru