Биография великана

«Гипотез я не измышляю»

На протяжении всей жизни Ньютон много раз возвращался к вопросу о свойствах световых лучей, но печатал мало и неохотно. Его тяготила необходимость отвечать на многочисленные возражения, часто объясняющиеся невежеством читателей или же нежеланием понять смысл его работ. «Я убедился, — с горечью писал он, — что либо не следует сообщать ничего нового, либо придется тратить все силы на защиту своего открытия».

Первый доклад Ньютона не только знакомил мир с неизвестными до того свойствами света, но и являлся наглядной иллюстрацией могущества экспериментального метода.

Как и его великие предшественники, Ньютон решительно опровергает заблуждения средневековой науки. Но если бессмертные «Диалоги» Галилея были шедевром научной публицистики, предназначенной для широкого круга читателей, то Ньютон свои труды адресовал непосредственно ученым. Понять их подчас было нелегко.

Автор прекрасно понимал значение математики для построения строгой научной теории. «Я надеюсь на этом примере показать, — писал он в „Лекциях по оптике“, — что значит математика в натуральной философии (так тогда называли физику. — Б. К.), и побудить геометров ближе подойти к исследованию природы, а жадных до естественной науки сначала выучиться геометрии, чтобы первые не тратили все свое время на рассуждения, бесполезные для жизни человеческой, а вторые — старательно выполнявшие до сих пор свою работу превратным способом, — разобрались в своих надеждах, чтобы философствующие геометры и философы, применяющие геометрию, вместо домыслов и возможностей, восхваляемых всюду, укрепляли науку о природе высшими доказательствами».

Уже в старости, в 1704 году, Ньютон подытожил свои оптические исследования в книге, которая называлась «Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света». Трактат был напечатан по-английски, имел большой успех и трижды переиздавался при жизни Ньютона. В нем излагалось учение о свете, учение, значительно сохранившее свое значение до наших дней.

Что же было сделано Ньютоном в оптике?

Он первый открыл, что белый свет — это смесь лучей разного цвета. Окрашенные лучи, наблюдаемые после прохождения солнечного света через стеклянную призму, существуют в луче и до того, как он упал на призму. Последняя только разделяет их.

А что говорили об этом схоласты? Вот как думал Аристотель: «Цвет есть видимая граница в ограниченном теле»; «свет есть качество прозрачного, а цвет его граница». Согласитесь, не легко понять, что хотел сказать «учитель». Цвета тел возникают, по мысли Аристотеля, от смешения света солнца с «темнотою». Добавьте к свету определенное количество «темноты» — возникнет красный цвет; уменьшите или увеличьте количество «темноты» — возникнут другие цвета.

Нет, возражает схоластам Ньютон, «красное тело… кажется всегда красным, как в сумерках, так и в ярчайший полдень». И опровергает ложные утверждения не только остроумными возражениями, но и постановкой тщательно продуманных и безукоризненно осуществленных опытов.

Именно в оптических опытах впервые встречается знаменитое выражение «experimentum crucis», которое затем прочно утвердилось в науке и которое употребляется и сейчас, когда речь идет об опыте, долженствующем однозначно решить какой-либо спорный вопрос, то есть быть последним и безапелляционным судьей при оценке каких-либо научных предположений. Это пережившее три столетия название возникло от латинского слова «crucis», что означает «крест». Такие кресты ставили на разветвлениях дорог, чтобы они указывали путешественнику правильный путь.

В этих работах Ньютон убедительно показывает, каким замечательным помощником при построении научной теории является опыт. В его исследованиях опыт — это мудрый учитель или советник, выводящий пытливого ученика на верную дорогу к нахождению истины.

Заканчивая первый доклад Королевскому обществу, Ньютон с твердым убеждением заявляет: «Я не буду смешивать домыслов с достоверностями». Позднее эта мысль превратилась в гордый девиз ученого: «Hypotheses non fingo» — «Гипотез я не измышляю». Именно поэтому он так неохотно высказывает свое мнение о природе света.

Свет можно было представлять или как поток мельчайших частиц световых корпускул, или как волны, подобные волнам, бегущим по поверхности пруда от упавшего в него камня. Как предполагалось сторонниками второй точки зрения, световые волны распространяются в особом веществе — световом эфире.

Ньютону казалось более вероятным считать свет потоком световых корпускул. Однако им он склонен приписывать периодическое изменение свойств, в какой-то степени роднящее их с волнами. В этом отношении его световые корпускулы напоминают современные световые фотоны, которые, являясь частицами-сгустками световой энергии, обладают в то же время волновыми свойствами.

В девятнадцатом столетии Ньютона незаслуженно обвиняли в том, что он своим авторитетом задержал развитие «истинной», как тогда думали, волновой теории света.

Однако верный своему девизу, Ньютон излагал в своих трудах обе гипотезы о природе света и совершенно справедливо указывал, что большинство известных в то время свойств света лучше объясняются корпускулярной гипотезой.

Продолжая читать лекции, которые не очень нравились студентам и плохо ими посещались, Ньютон много времени проводил в лаборатории над всевозможными химическими опытами. В эти годы он меньше занимался оптическими исследованиями, а больше времени уделял механике.

В наши дни механика и оптика — далекие области физики, но не так было тогда. Декарт, например, пытался одной и той же гипотезой о вихрях объяснить и особенности поведения света и движение планет. Галилей одновременно занимался и оптикой и механикой.

Движением небесных тел Ньютон интересовался давно. Как мы уже говорили, закон всемирного тяготения был открыт им в годы вынужденного одиночества в Вульсторпе. Так, уже в старости он рассказал, что мысль о существовании силы, заставляющей все тела падать по направлению к центру Земли, возникла у него при виде падающего яблока, когда он, погруженный в свои думы, сидел в саду.

«Почему яблоко всегда падает отвесно… почему не в сторону, а всегда к центру Земли? Должна существовать притягательная сила в веществе, сосредоточенная в центре Земли. Если вещество так тянет другое вещество, то должна существовать пропорциональность его количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей вселенной».

Сейчас трудно с уверенностью сказать, почему Ньютон 20 лет скрывал ото всех свое великое открытие. Возможно, что причиной тому было нежелание сообщать о своих работах, прежде чем он придаст им то совершенство, которое считал необходимым.

Как бы то ни было, но время текло, ученые настойчиво искали причину наблюдаемого движения небесных тел, и в восьмидесятых годах мысль о существовании между планетами и Солнцем притяжения, убывающего обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, уже как бы носилась в воздухе. Однако никому не удавалось на этом основании математически строго объяснить законы движения планет.

В 1683 году известный ученый и архитектор Рэн, строитель знаменитого собора Святого Павла в Лондоне, полушутя-полусерьезно предложил небольшую премию тому, кто решит эту задачу. Астроном Галлей рассказал об этом Ньютону, а тот заметил, что такую задачу он уже давно решил, и обещал прислать в Королевское общество ее письменные решения. Это обещание он выполнил, но опубликовать свою работу не согласился.

Только в 1686 году Королевское общество получило рукопись, называвшуюся «Principia mathematica philosophiae naturalis», что в переводе означало: «Математические начала естественной философии».

Великий труд Ньютона увидел свет в 1687 году.