Михаил Михайлович Филиппов
Исаак Ньютон. Его жизнь и научная деятельность
В вопросе об ахроматизме Ньютон обнаружил упорство, недостойное такого великого ума. Так, вместо того чтобы проверить опыты Люкаса, он прямо заявлял, что, вероятно, Люкас ошибся в измерении углов, и наконец сказал: “Я не желаю отвлекаться в сторону и повторять опыты по вопросу, достаточно уже исследованному”. Люкас не настаивал, и полемика прекратилась.
Но самыми опасными противниками Ньютона оказались Гук и Гюйгенс. Оба эти физика по математическому таланту если и не равнялись Ньютону, то во всяком случае стояли в ряду первоклассных светил тогдашней науки. Оба они отстаивали правильную теорию света, которую Ньютон отвергал до самой смерти.
Гук являлся одним из девяноста восьми учредителей Лондонского королевского общества и всего на семь лет был старше Ньютона. Как большая часть людей талантливых, но не достигающих высоты гения, он считал себя гениальным и непогрешимым и при этом был крайне завистлив и несправедлив к заслугам других. Так, например, из всех ученых, рассматривавших телескоп Ньютона, только Гук отозвался об изобретении свысока, причем заявил, что он один обладает секретом делать превосходнейшие оптические инструменты и может приготовлять их с удивительною легкостью и точностью. Эту тайну он унес с собой в могилу.
Когда появились в печати первые оптические трактаты Ньютона, Гук как хороший экспериментатор тотчас понял, что опыты Ньютона точны; тем ожесточеннее напал он на теоретические выводы своего гениального противника. При этом, однако, Гук, хотя и исходил из правильного начала, именно из теории волнообразного движения, по обыкновению не сумел справиться со своими верными гипотезами и отвергал даже то, что было выведено Ньютоном совершенно независимо от обеих противоположных теорий. Так, Гук стал доказывать, что будто бы есть только два рода цветных лучей – красные и фиолетовые и что все остальные составляют продукт смешения двух первых. На это Ньютон возразил целым рядом опытных данных, и Гук не решился продолжать спор. Наконец Ньютону пришлось выдержать борьбу с самим Гюйгенсом. Этот голландский ученый был уже знаменит, когда Ньютон только что стал известен ученому миру. Как математик Гюйгенс немногим уступал Ньютону. Не возражая против опытов Ньютона, Гюйгенс утверждал – и не без основания, – что белые лучи можно получить не только соединением всех цветных лучей спектра, но и соединением голубых лучей с желтыми. Ньютон на это отвечал, что в опыте Гюйгенса, вращавшего, например, желтые и голубые секторы, не было чистых желтых и голубых лучей, но смешанные цвета, дающие все лучи спектра. Гюйгенс, однако, стоял на своем и даже заметил в письме к Ольденбургу, что “Ньютон защищает свои мнения с некоторым упорством”.
Эта полемика сильно раздражила Ньютона. Еще в 1672 году, после ответа, данного Гюйгенсу, он писал Ольденбургу: “Я больше не намерен заниматься философскими предметами. Надеюсь, вы не обидитесь, если увидите, что я перестал делать что бы то ни было в этой области. Думаю, что вы даже не откажетесь содействовать моему решению, по возможности устраивая так, чтобы я не получал никаких возражений и даже никаких касающихся меня философских писем”. Три года спустя Ньютон писал: “Я хотел еще написать трактат о цветах тел для прочтения в одном из ваших собраний. Но думаю теперь, что не стоит писать более об этом предмете”. В письме к Лейбницу (1675 год) он говорит: “Меня до того преследовали полемикой, возникшей из-за опубликования моей теории света, что я проклинал свою неосторожность, променяв такое блаженство, как спокойствие духа, на погоню за тенью”. Еще до этого письма, а именно в феврале 1675 года, Ньютон сообщил Королевскому обществу свою теорию “цветов естественных тел”, тесно связанную с теорией разложения лучей призмою. Выяснив, что цвет зависит от качества освещающих предмет лучей, Ньютон обосновывает затем следующие положения.
Цвет предмета определяется теми лучами, которые отражаются от его поверхности. Тела, обладающие наибольшей преломляющей способностью, как, например, свинцовый сахар, вместе с тем отражают наибольшее количество лучей. Нет тел абсолютно непрозрачных: так, тонкая пластинка золота отчасти пропускает свет. Прозрачны тела, обладающие слишком малыми порами для того, чтобы отражать лучи. Что касается, наконец, цветов тел, то Ньютон добавляет, что причина, почему отражаются лучи того или иного цвета, для массивных тел и для тончайших пластинок – одна и та же.
Как раз в тот день, когда Ньютон написал Лейбницу, что не желает более “гоняться за тенью”, он не вытерпел и отправил в Королевское общество новый философский трактат, содержавший исследование цветов тонких пластинок и, в частности, изучение оптических свойств мыльных пузырей. В виде курьеза следует отметить, что в эпоху мимолетного разочарования в философии Ньютон вздумал заняться самым прозаическим делом, а именно посадкою яблонь с целью производства фруктового кваса (сидра). Но такова была натура Ньютона, что он и к яблокам относился лишь с научной точки зрения. Сохранилось письмо, в котором он пишет о посадке яблонь и производстве сидра в таком тоне, как будто речь идет о всемирном тяготении.
Что касается мыльных пузырей, то ими занимались еще до Ньютона сначала Бойль, а потом Гук. Гук правильно описал основные явления. Он также расщеплял пластинки талька на чрезвычайно тонкие слои и убедился, что получающиеся цвета находятся в некоторой зависимости от толщины пластинок. Одна из полученных им пластинок имела желтый отлив, другая – голубой, а сложив обе вместе, он получил темно-пурпуровый цвет. Гук нашел Даже предел толщины, а именно убедился, что его пластинки имеют толщину менее одной двенадцатитысячной доли дюйма. Далее этого он не пошел и даже не мог представить себе метод, позволяющий точное измерение столь тонких пластинок. Для этого понадобился экспериментальный гений Ньютона. Ньютон взял двояковыпуклое стекло чрезвычайно малой кривизны, то есть почти плоское, а именно такое, что выпуклая поверхность составляла часть поверхности шара, имеющего радиус в пятьдесят футов. Это стекло он прижал винтами к плоской поверхности другого плосковыпуклого стекла. Таким образом, между обоими стеклами получился чрезвычайно тонкий слой воздуха, всего тоньше подле центра и толще к краям. Осветив этот прибор ярким светом, Ньютон увидел ряд концентрических темных и светлых колец; но, зная радиус выпуклого стекла, он мог без труда вычислить толщину воздушного слоя в любом месте. При освещении однородным светом, например красным, получались темные и красные кольца; белый свет давал темные кольца поочередно с радужными, но цвета радужных колец оказались не совсем такими, как в спектре.
Повторяя опыты, Ньютон увидел, что наименее преломляемые, то есть красные лучи давали самые широкие кольца, а фиолетовые – наиболее узкие. При освещении белым светом получались поэтому: в середине фиолетовое кольцо, потом синее и так далее до красного; затем темное, потом опять фиолетовое и так далее. Удовлетворительное объяснение этому явлению могла дать только теория волнообразного движения. Что касается Ньютона, он для объяснения цветов тонких пластинок должен был придумать новую гипотезу.
Здесь уместно сказать, почему Ньютон не соглашался принять теорию волнообразного движения и так упорно отстаивал свою гипотезу истечения, вынуждавшую его для объяснения самых простых явлений придумывать все новые и новые свойства, которыми он наделял светоносные частички. Несомненно, что главным препятствием к принятию теории волнообразного движения казалось Ньютону следующее обстоятельство. “Если свет распространяется подобно звуку, – рассуждал Ньютон, – то он, очевидно, должен обладать способностью огибать тела, и, подобно тому как из-за перегородки мы слышим звук, следует ожидать, что и световые лучи обогнут перегородку и зайдут внутрь тени. Но опыт показывает, что лучи никогда не загибаются, всегда идут по прямым и тень получается по законам прямолинейной перспективы”. Это рассуждение было вполне правильно и аналогично с тем, которому следовал Ньютон, когда отверг гипотезу об искривлении лучей, прошедших сквозь призму. Но, по несчастью, на этот раз Ньютон не сделал надлежащих опытов. Опыт убедил бы его, что есть случаи, когда лучи загибаются внутрь тени, и что для этого надо только взять достаточно тонкие предметы и узкие щели, так как волны света сами по себе имеют чрезвычайно малую толщину, а потому не могут огибать предметов сколько-нибудь большого размера, подобно тому как это возможно для звуковых волн.
Понадобились работы Юнга и Френеля и ряд вычислений Эйлера, Коши и других математиков, для того чтобы только в нашем веке окончательно восторжествовала теория волнообразного движения.
Мы уже имели случай заметить, что, отвергая безусловно эту теорию, Ньютон был менее категоричен по вопросу о существовании эфира. Трудности его собственной теории истечения несколько раз заставляли Ньютона прибегать к помощи эфира: неизвестное проще всего объяснить другим неизвестным. Но положительный ум Ньютона весьма редко довольствовался такими объяснениями и во всяком случае не придавал им особого научного значения. В конце 1675 года Ньютон пишет письмо, озаглавленное “Гипотеза, объясняющая свойства света”; здесь он прямо высказывается за существование эфира и, не довольствуясь световыми явлениями, прилагает эфир даже к объяснению явлений всемирного тяготения. Но ко всему этому Ньютон относится как к научному развлечению.
“Я счел себя вынужденным написать все это, – говорит он, – ибо заметил, что в головах некоторых великих виртуозов кроется множество гипотез. Поэтому и я составил такую, которая кажется мне наиболее вероятной, если только вообще признать, что я обязан принять какую-либо гипотезу”.
Полгода спустя он пишет астроному Галлею: “Все это догадки, я вовсе не ручаюсь за их верность”. В 1678 году Ньютон объясняет при помощи эфира не только явления света, но и сцепление, капиллярное притяжение, тяготение и даже свойства взрывчатых веществ. Позднее Ньютон совсем отказался от гипотезы эфира. “Эфир – это совершенно праздное предположение”, – пишет он в 1702 году. “Изучая явления, которые я хотел объяснить с помощью эфира, – продолжает Ньютон, – я убедился, что они отлично объяснимы и без его помощи, так, например, явления волосности зависят просто от взаимного притяжения между стенками трубки и жидкостью”. В своей “Оптике”, стало быть еще позднее, Ньютон снова возвращается к эфиру, но уже специально для объяснения некоторых световых явлений. Ньютон полагал, что в эфире происходят колебания “более скорые, чем свет”. Он утверждал, что упругость эфира в 490 миллиардов раз более упругости воздуха, а плотность в 600 миллионов раз менее плотности воды. Далее он утверждал, что колебания эфира влияют на зрительный нерв, подобно тому как колебания воздуха действуют на слуховой нерв. Подойдя так близко к теории волнообразного движения, Ньютон все-таки считал свет истечением частиц, только влияющих на эфирную среду. Относительно тяготения Ньютон в конце концов также пришел к мысли, что допущение передачи действия силы на расстояние без посредства какого-либо материального агента – вещь немыслимая, и этим агентом он считал эфир, хотя и в этом случае выражения его оставались неопределенными и взгляды часто менялись. Ньютон не любил недоказанных гипотез.
