Краткая история науки

К счастью для Ньютона и для науки в целом, у него были могущественные покровители в университете, так что он сначала стал членом Тринити-колледжа, а потом лукасовским профессором математики, не принося официальной клятвы верности христианским доктринам. Профессором он оставался на протяжении двадцати с гаком лет. Увы, к несчастью, он был отвратительным преподавателем, студенты не могли понять, о чем он говорит, и иногда на его лекции просто никто не являлся.

Ньютон наставлял студентов по поводу таких безопасных вещей, как свет и движение, не затрагивая алхимию и теологию, которыми занимался втайне, хотя эти предметы наверняка заинтересовали бы молодых людей.

К середине 1680-х работы Ньютона в математике, физике и астрономии понемногу становятся известными. Он написал множество статей и некоторые даже опубликовал, но всегда замечал, что его научная работа предназначена для него самого или для тех, кто придет после его смерти.

В 1684 году астроном Эдмунд Галлей посетил Ньютона в Кембридже (посмотрите на комету Галлея, названную в его честь, она в 2061 году вновь подойдет к Земле и станет различима невооруженным глазом). Галлей и Гук тогда дискутировали по поводу того, по какой траектории один объект будет вращаться вокруг другого (Земля вокруг Солнца или Луна вокруг Земли). Они размышляли, влияет ли гравитация на движение таких объектов, причем в рамках того, что мы сейчас называем «законом обратных квадратов».

Гравитация – только одно из нескольких проявлений этого самого закона.

Он гласит, что сила гравитации уменьшается пропорционально квадрату расстояния между двумя объектами и, само собой, увеличивается в той же пропорции, если они сближаются. Притяжение будет обоюдным, но масса каждого из объектов тоже имеет значение. В главе 12 рассказано, как Галилей использовал функцию «квадрата» в своей работе с падающими телами, и мы увидим этот принцип дальше, в других разделах, поскольку природа почему-то любит, когда некую величину возводят в квадрат, идет ли речь о времени, ускорении или притяжении.

Когда вы работаете со степенями (3 на 3 равно 9 или 32, например), вспомните, что природа наверняка улыбается в этот момент.

Визит Галлея заставил Ньютона отложить в сторону штудии по теологии и алхимии. Он сел за стол и написал свою величайшую работу, одну из важнейших книг за всю историю науки, пусть даже и не ставшую легким чтением.

Сейчас ее называют «Principia» («Начала»), хотя полное латинское наименование (автор писал на латыни) «Philosophiae naturalis principia mathematica» (по-русски – «Математические начала натуральной философии»): сочетанием «натуральная философия» тогда именовали науку вообще. Этот трактат давал исчерпывающее представление о том, как новая математика Ньютона может быть приложена к объяснению многих явлений природы с помощью уравнений, а не слов.

Очень немногие люди при жизни Ньютона поняли этот текст, и все его значение было осознано позже. В нем оказался сокрыт принципиально новый взгляд на то, как воспринимать и описывать мир.

Многие аспекты ньютонианского подхода к Вселенной содержались в трех знаменитых законах движения, которые он описал в «Началах».

Первый закон утверждает, что любое тело либо остается в покое, либо движется по прямой линии с постоянной скоростью до тех пор, пока на него не окажет воздействие какая-либо внешняя сила. Скала на склоне горы будет пребывать на одном месте вечно, пока нечто – ветер, дождь, человеческое существо – не заставит ее двигаться; и без каких-либо помех (например, трения) она будет двигаться по прямой.

Второй закон утверждает, что если некое тело находится в движении, то приложенная к нему сила может изменить направление движения. Насколько велико будет изменение, зависит от приложенной силы, от ее величины, и перемена направления происходит по прямой линии, по которой действует новая сила. Так, например, если хлопнуть по боку опускающийся воздушный шарик, то он полетит в сторону, если шлепнуть его сверху, то он двинется вниз быстрее.

Третий закон Ньютона гласит, что на любое действие существует противодействие той же силы. Это значит, что два тела всегда влияют друг на друга с одинаковой силой, но в противоположном направлении. Вы можете хлопнуть по воздушному шарику, и он полетит в сторону, но этот удар также окажет воздействие на вашу ладонь, и вы его почувствуете. Если нанести удар такой же силы по валуну, то он не сдвинется, а ваша рука отскочит от него и, скорее всего, будет болеть. Всего лишь по той причине, что легковесным объектам сложнее влиять на тяжелые, и наоборот (мы видели, что то же самое происходит и с гравитацией).

Эти три закона помогли собрать паззл, оставленный натурфилософами более раннего времени. В руках Ньютона они объяснили многие наблюдения, начиная от движения планет и заканчивая траекторией стрелы, выпущенной из лука. Законы движения дают возможность взглянуть на Вселенную целиком как на громадную, правильным образом действующую машину вроде часов, идущих в ногу со временем благодаря наличию системы пружин, рычагов и передач.