Михаил Михайлович Филиппов
Исаак Ньютон. Его жизнь и научная деятельность
Весьма любопытно объяснение, придуманное Ньютоном для явлений прилива и отлива, тесно связанное с его учением о всемирном тяготении. Зависимость между приливами и фазами Луны была замечена еще до Ньютона. Иезуитская коллегия в Коимбре (Португалия), затем Антонио де Доминис и Кеплер признавали эту связь, но объяснения их были так недостаточны, что убедили немногих. Даже великий Галилей смеялся над их объяснениями. Между тем есть факты, делающие эту связь почти очевидной. Так, прилив бывает около того времени, когда Луна проходит через меридиан данного места (над или под горизонтом). Если вследствие местных условий прилив запаздывает по сравнению с прохождением Луны через меридиан, например, на час, то и отлив всегда запаздывает ровно на столько же времени, так что промежуток между приливом и отливом всегда точно равен половине лунного дня. Далее, замечено, что всего сильнее бывает прилив, когда Луна, Земля и Солнце находятся на одной прямой, то есть в полнолуние или новолуние. Это зависит от совместного действия Луны и Солнца на воды морей и океанов. Может показаться непонятным, почему прилив бывает всегда одновременно по обе стороны земного шара, то есть у нас и у наших антиподов. Но и это обстоятельство объяснено Ньютоном весьма просто. Действительно, представим себе, что вместо Земли дан ее центр, в котором сосредоточена вся масса земного шара, и что по обе стороны этого центра, на линии, соединяющей его с центром Луны, находятся массы, равные массам морей. Получится система такого рода, что одно из морей будет между Луною и земным центром, другое будет далее от Луны, чем земной центр. Масса первого моря будет притягиваться к Луне по своей близости сильнее, чем центр Земли (речь идет о единице массы), а центр Земли сильнее, чем масса второго моря. Поэтому воды первого моря будут оттягиваться от центра Земли и поднимутся выше своего нормального уровня; но, с другой стороны, воды второго моря притягиваются Луною весьма слабо, слабее, чем центр Земли, и этот последний будет, в свою очередь, оттягиваться от вод второго моря, вследствие чего их уровень также поднимается, так как весь вопрос в относительном положении морского дна и уровня моря. Таким образом, и у нас, и у наших антиподов прилив будет в одно и то же время, хотя действие Луны весьма различно в обоих случаях.
Солнечное тяготение также влияет на моря и океаны. Но хотя Солнце несравненно больше Луны, зато Луна к нам гораздо ближе Солнца, а потому влияние солнечного притяжения сравнительно незначительно. По вычислению Ньютона, в открытом море сила лунного притяжения производит прилив высотою в 8,63 фута, сила солнечного притяжения – в 1,93 фута, обе вместе – в 10,5 фута. Этот вывод очень близко подходит к действительности. У берегов явление усложняется присутствием горных масс, в свою очередь притягивающих воды моря, и другими условиями.
Что касается собственно так называемой “небесной механики”, Ньютон не только продвинул, но, можно сказать, создал эту науку, так как до него существовал лишь ряд эмпирических данных. Насколько удовлетворительна теория Ньютона, видно, например, из того, что его теоретические вычисления лунных движений отличались от лунных таблиц лишь на несколько секунд. Весьма удовлетворительное объяснение дано им также явлению так называемого предварения равноденствий, открытому еще древними, но оставшемуся непонятым до самого Ньютона. Явление это состоит в отступлении так называемой точки весеннего равноденствия на пятьдесят секунд в год, так что полный оборот она совершает в 25 920 лет. Это явление зависит от конического движения (вращения) земной оси вокруг линии, параллельной оси эклиптики. Полное механическое объяснение “предварения равноденствий” весьма сложно; Ньютон упростил вопрос, заменив сфероидальную форму Земли шарообразною формой с подобием вздутия или кольца на экваторе. Он показал, что общая сила солнечного и лунного тяготения, действуя на Землю, снабженную таким кольцом, заставляет земную ось, вместо того чтобы двигаться параллельно своему прежнему направлению, описывать конус, вследствие чего положение земного, а стало быть, и небесного полюса относительно неподвижных звезд постепенно изменяется и лишь по истечении 25 920 лет становится прежним. Ньютон показал, что в этом случае влияние Солнца на Землю относится к влиянию Луны приблизительно как два к пяти. Некоторое, хотя и ничтожное, влияние оказывают также планеты.
Весьма любопытна данная Ньютоном теория движения комет, которую он считал недостаточно разработанной и напечатал лишь по настоянию Галлея. Изучение комет чрезвычайно затрудняется тем обстоятельством, что они движутся по весьма удлиненным эллипсам, и мы имеем возможность наблюдать лишь ничтожную часть их орбит, нередко заходящих далеко за пределы Солнечной системы. Но великий ум Ньютона сумел воспользоваться этой трудностью для упрощения вопроса. Ньютон понял, что очень удлиненный эллипс весьма сходен с незамкнутою, то есть удаляющейся в бесконечность кривою, называемою параболой; он знал, что вычисление параболического движения гораздо легче, чем вычисление эллиптического, так как первое требует лишь трех наблюдений. Приложив этот метод к вычислению пути кометы 1680 года, он убедился, что вычисление чрезвычайно близко сходится с наблюдением. Вывод тем более важный, что подчинение комет, удаляющихся за пределы нашей планетной системы, закону тяготения доказало приложимость этого закона и к запланетным пространствам. В новейшее время было доказано, что этому закону подчиняются даже так называемые двойные звезды, и поэтому тяготение в полном смысле слова можно назвать всемирным.
Несмотря на убедительность и привлекательность учения Ньютона, не следует думать, чтобы оно было принято сразу всем ученым миром. Рутина, зависть, национальные пристрастия играли в этом случае немалую роль. В тогдашних школах почти безраздельно господствовала декартовская теория вихрей. Казалось весьма удобным объяснять движения планет вихрями, подобными тем, какие образуются в водовороте. Теория Декарта, основанная на довольно поверхностных аналогиях, привлекала своею популярностью, удобопонятностью и мнимыми опытными доказательствами вроде вращения воды с плавающими на ней шариками в сосуде.
Против учения Ньютона восстала тогдашняя школьная мудрость; восстал и пресловутый “здравый смысл” светски образованных людей. Эти последние никак не могли взять в толк, каким образом планеты могут “висеть в пустом пространстве”, хотя Ньютон, чтобы не слишком испугать их, не раз замечал, что планеты “плавают в эфире”. Но даже философы не могли понять, что такое тяготение, и многие из них обвиняли Ньютона чуть ли не в мистицизме, говоря, что он воскрешает “скрытые качества” древних физиков. Ньютон, однако, был мало расположен рассуждать о “сущности” тяготения: он оставлял большей частью открытым вопрос о материальности или нематериальности агента, передающего действие тяготения на расстояние, и, заявляя прямо: hypotheses non fingo (я не выдумываю гипотез), говорил, что все вообще силы рассматриваются им не с физической, а с чисто математической точки зрения.
Такая точка зрения мало кому была доступна в эпоху, недалеко отстоявшую от времен схоластики. Даже Лейбниц неясно представлял себе основные идеи Ньютона. Гюйгенс соглашался признать тяготение как свойство планетных масс, но считал невозможным допустить взаимное притяжение между отдельными частицами материи. Такой астроном, как Кассини, не имел понятия о теории Ньютона и продолжал вычислять орбиты комет старинными, частью неудобными, частью неверными способами. Вообще на континенте учение Ньютона прививалось весьма туго, и Вольтер, много способствовавший популяризации идей Ньютона, был прав, сказав, что по смерти Ньютона у него за пределами Англии не было и двадцати последователей.
На родине Ньютона успех его учения был гораздо более значителен, но все-таки дело не обошлось без упорной борьбы. Даже в Англии господствовали физические теории Декарта, вытеснившие учение Аристотеля. Один из горячих последователей Ньютона, доктор Самуил Кларк, придумал весьма ловкий способ распространить новое учение. Он издал латинский перевод “Физики” Poro, написанный совершенно в картезианском (декартовском) духе и принятый в то время в Кембридже как руководство. К переводу этой французской книги Кларк добавил от себя примечания, в которых изложил взгляды Ньютона. Примечания эти были в большей части случаев опровержением текста, и каждый мог судить, что лучше. Таким образом, даже в Англии учение Ньютона проникло в школьное преподавание первоначально под покровительством Декарта.
Сам Ньютон читал, правда, лекции, в которых отчасти касался и теории тяготения, но, если верить Уистону, лекции эти были не по силам студентам. Позднее знаменитый слепой математик Саундерсон читал лекции о теории Ньютона в форме чрезвычайно популярной и увлекательной. Успех этих лекций был так значителен, что Ньютон переписывался по этому поводу с лектором.
Ньютоновы “Начала” распродавались весьма успешно, особенно если принять во внимание, что первые две части его книги недоступны пониманию большинства читателей. В 1707 году цена книги была уже вчетверо больше номинальной, а еще восемь лет спустя первого издания нельзя уже было нигде достать.
Относительно распространения идей Ньютона вне мира специалистов сохранилось много рассказов современников. Сам Ньютон любил рассказывать следующий анекдот о своем приятеле, философе Локке, не отличавшемся математическими познаниями. Не будучи в состоянии понять ньютоновых “Начал”, но и не желая верить автору на слово, Локк справился у Гюйгенса, верны ли все математические положения Ньютона? Когда Гюйгенс ответил, что на верность математических выводов Ньютона смело можно положиться, Локк счел их доказанными и затем тщательно исследовал рассуждения и выводы не математического характера. Таким образом он понял и усвоил в общих чертах физические истины, вытекающие из теории Ньютона. Подобным же способом он изучил “Оптику” Ньютона и превосходно усвоил все, что не требовало глубоких математических познаний. Между бумагами Локка найдена рукопись Ньютона, озаглавленная: “Доказательство того, что планеты вследствие тяготения к Солнцу могут описывать эллипсы”. Ньютон, очевидно, сам употребил немало труда, чтобы сообщить знаменитому философу свои выводы в форме более популярной, чем та, которую он избрал в первых двух книгах своих “Начал”.
Джон Кейль был первым из учеников Ньютона, читавшим о его теории публичные лекции, которые сопровождались опытами. Он излагал кроме теории тяготения также оптику и гидростатику. Кейль читал в Оксфорде и Лондоне, и лекции его благодаря блестящей манере изложения и интересным экспериментам пользовались немалым успехом “среди людей всех профессий и даже среди дам, которым нравились, по словам современника, опыты, пояснявшие дело”.
Таким образом, если не повсюду, то по крайней мере в Англии учение Ньютона распространилось еще при его жизни не только в ученых кругах, но и во всем образованном обществе.
