Відкривши свій третій закон, Кеплер прийшов у такий захоплений стан, що йому здалося, начебто він марить. В 1619 році Кеплер видав знамениту «Гармонію світобудови», у якій був на відстані одного taara від відкриття Ньютона й все-таки не зробив його. Мало того, що Кеплер приписував рух планет деякому взаємному притяганню, він навіть готовий був прийняти закон « квадратної пропорції» (тобто дії, обернено пропорційного квадратам відстаней). На жаль, незабаром він відмовився від нього й замість цього припустив, що притягання обернено пропорційне не квадратам відстаней, а самим відстаням. Кеплеру не вдалося встановити механічних початків їм же відкритих законів планетного руху.
Безпосередніми попередниками Ньютона в цій області були його співвітчизники Джильберт і особливо Гук. В 1660 році Джильберт видав книгу « Про магніт», у якій порівнював дію Землі на Місяць із дією магніту на залізо. В іншому творі Джильберта, надрукованому вужі після його смерті, сказане, що Земля й Місяць впливають один на одного як два магніти, і притому пропорційно своїм масам. Але ближче всього до істини підійшов Роберт Гук, сучасник і суперник Ньютона. 21 березня 1666 року, тобто незадовго до того часу, коли Ньютон уперше глибоко вник у таємниці небесної механіки, Гук прочитав на засіданні Лондонського королівського суспільства звіт про свої досліди над зміною сили ваги залежно від відстані падаючого тіла щодо центру Землі. Усвідомлюючи незадовільність своїх перших дослідів, Гук придумав вимірювати силу ваги за допомогою хитання маятника — думка найвищою мірою дотепна й плідна. Через два місяці Гук повідомив у тому ж суспільстві, що сила, що втримує планети в їхніх орбітах, повинна бути подібна тієї, яка робить круговий рух маятника. Гук незалежно від Ньютона прийшов до думки, що «сила, що управляє рухом планет», повинна змінюватися в «деякій залежності від відстаней», і заявив, що «побудує цілу систему світобудови», засновану на цьому початку. Але тут-то й виявилася відмінність між талантом і генієм. Щасливі думки Гука так і залишилися в зародковому стані. Йому не вистачило сил упоратися зі своїми гіпотезами, і пріоритет відкриття належить Ньютону.
Ісаак Ньютон (1642-1726) народився в сільці Вульсторп у Лінкольнширі. Батько його вмер ще до народження сина. Мати Ньютона, уроджена Айскоф, незабаром після смерті чоловіка передчасно народила, і немовля Ісаак був разюче мале і кволе. Думали, що дитина не виживе. Ньютон, однак, дожив до глибокої старості й завжди, за винятком короткочасних розладів і однієї серйозної хвороби, відрізнявся гарним здоров'ям.
По майновім положенню родина Ньютонів належала до фермерів середньої руки. Коли Ісаак підріс, його влаштували в початкову школу. По досягненню дванадцятирічного віку хлопчик почав відвідувати суспільну школу в Грантемі. Його помістили на квартиру до аптекаря Кларку, де він прожив з перервами близько шести років. Життя в аптекаря вперше пробудило в ньому полювання до занять хімією.
5 червня 1660 року, коли Ньютону ще не здійснилося вісімнадцяти років, він був прийнятий у Триніті-Коледж. Кембриджський університет був у той час одним із кращих у Європі: тут однаково розвивались науки філологічні й математичні. Ньютон звернув головну увагу на математику. Але одночасно в 1665 році він одержав ступінь бакалавра образотворчих мистецтв (словесних наук).
Його перші наукові досвіди пов'язані з дослідженнями світла. Учений довів, що за допомогою призми білий колір можна розкласти на складові його кольору. Вивчаючи переломлення світла в тонких плівках, Ньютон спостерігав дифракційну картину, що одержала назву «кілець Ньютона».
В 1666 році в Кембриджі виявилася якась епідемія, яку по тодішньому звичаю порахували чумою, і Ньютон повернувся у свій Вульсторп. Тут у сільській тиші, не маючи під рукою ні книг, ні приладів, двадцятичотирьохрічний Ньютон зрадився глибоким філософським міркуванням. Плодом їх було найгеніальніше з його відкриттів — вчення про всесвітнє тяжіння.
Був літній день. Ньютон любив міркувати, сидячи в саду, на відкритім повітрі. Переказ повідомляє, що міркування Ньютона були перервані падінням яблука, що налилося. Знаменита яблуня довго зберігалася в повчання потомству. А після того як засохла, була зрубана й перетворена в історичний пам'ятник у вигляді лави.
Ньютон давно міркував про закони падіння тіл, і досить можливо, що, зокрема, падіння яблука знову навело його на ці думки, від яких він перейшов до питання: скрізь чи на земній кулі падіння тіл відбувається однаково? Так, наприклад, чи можна стверджувати, що у високих горах тіла падають із такою же швидкістю, як і в глибоких шахтах?
Але яким образом відкрив Ньютон цей закон, для якого аналогія з падінням яблука вже не могла мати ніякого значення? Сам Ньютон писав через багато років, що математичну формулу, що виражає закон всесвітнього тяжіння, він вивів з вивчення знаменитих законів Кеплера. Можливо, однак, що його роботу в цьому напрямку значно прискорили дослідження, що проводилися їм в області оптики. Закон, яким визначається «сила світла» або «ступінь висвітлення» даної поверхні, досить схожий з математичною формулою тяжіння. Прості геометричні міркування й прямий досвід показують, що при видаленні, наприклад, аркуша паперу від свічі на подвійну відстань ступінь висвітлення поверхні паперу зменшується, і притім не вдвічі, а в чотири рази, при потрійній відстані — у дев'ять раз і так далі. Це і є закон, який у часи Ньютона називали коротко законом « квадратної пропорції». Якщо, говорити точніше, «сила світла обернено пропорційна квадратам відстаней». Досить природно для такого розуму, як Ньютон, було спробувати прикласти цей закон до теорії тяжіння.
Раз дійшовши до думки, що притягання Місяця Землею визначає рух земного супутника, Ньютон неминуче прийшов до подібної ж гіпотези щодо руху планет навколо Сонця. Але розум його не задовольняв неперевіреними гіпотезами. Він став обчислювати, і знадобилися десятки років для того, щоб його припущення перетворилися в систему світобудови.
При цьому Ньютон ніколи не міг би розвити й довести своєї геніальної ідеї, якби не володів могутнім математичним методом, відомим сьогодні під іменем диференціального й інтегрального обчислень.
Справедливість вимагає відзначити й внесок Роберта Гука. Так, проникливий Гук виправив висновок Ньютона й написав останньому, що падаючі тіла повинні ухилятися не зовсім точно на схід, але на південний схід. Той погодився з доводами Гука, і досвіди, зроблені останнім, цілком підтвердили теорію.
Гук виправив і іншу помилку Ньютона. Ісаак уважав, що падаюче тіло, внаслідок з'єднання його руху з рухом Землі, опише гвинтоподібну лінію. Гук показав, що гвинтоподібна лінія виходить лише в тому випадку, якщо взяти до уваги опір повітря й що в порожнечі рух повинний бути еліптичним — мова йде про дійсний рух, тобто такий, який ми могли б спостерігати, якби самі не брали участь у русі земної кулі.
Перевіривши висновки Гука, Ньютон переконався, що тіло, кинуте з достатньою швидкістю, перебуваючи в той же час під впливом сили земного тяжіння, дійсно може описати еліптичний шлях. Міркуючи над цим предметом, Ньютон відкрив знамениту теорему, по якій тіло, що перебуває під впливом сили, що притягає, подібній силі земного тяжіння, завжди описує який-небудь конічний перетин, тобто одну із кривих, одержуваних при перетинанні конуса площиною (еліпс, гіпербола, парабола й в окремих випадках коло й пряма лінія). Крім того, Ньютон визначив, що центр притягання, тобто крапка, у якій зосереджена дія всіх сил, що притягають, діють на крапку, що рухається, перебуває у фокусі описуваної кривої. Так, центр Сонця перебуває (приблизно) у загальному фокусі еліпсів, описуваних планетами.
Досягши таких результатів. Ньютон відразу побачив, що він вивів теоретично, тобто виходячи з початків раціональної механіки, один із законів Кеплера, що говорить, що центри планет описують еліпси й що у фокусі їх орбіт перебуває центр Сонця. Але Ньютон не задовольнився цим основним збігом теорії зі спостереженням. Він прагнув переконатися, чи можливо за допомогою теорії дійсно обчислити елементи планетних орбіт, тобто передбачити всі подробиці планетних рухів? Спочатку йому не повезло.
Джон Кондуітт пише про цей так: «В 1666 році він знову залишив Кембридж... щоб поїхати до своєї матері в Лінкольншир, і в той час як він міркував у саду, йому в голову прийшло, що сила ваги (яка змушує яблуко падати на землю) не обмежена певною відстанню від Землі, а що сила повинна поширюватися набагато далі, ніж звичайно думають. Чому б не до Місяця? - сказав він собі, і якщо так, це повинно впливати на її рух і, можливо, утримувати її на орбіті, внаслідок чого він вирішив обчислити, який міг би бути ефект такого припущення; але оскільки в нього не було тоді книг, він використовував загальновживане судження, розповсюджене серед географів і наших моряків до того, як Норвуд виміряв Землю, що й полягає в тому, що в одному градусі широти на поверхні Землі втримується 60 англійських миль. Розрахунки не збіглися з його теорією й змусили його задовольнятися припущенням, що поряд із силою ваги повинна бути ще домішка тієї сили, якій був би підданий Місяць, якби вона переносилася у своєму русі вихром...»
Вивчення законів еліптичного руху значно просунуло вперед дослідження Ньютона. Але доти, поки обчислення не узгодилися зі спостереженням, Ньютон повинен був підозрювати існування якогось усе ще вислизаю чого від нього джерела, помилки або неповноти теорії.
Лише в 1682 році Ньютон зміг використовувати більш точні дані при вимірі меридіана, отримані французьким ученим Пікаром. Знаючи довжину меридіана, Ньютон обчислив діаметр земної кулі й негайно ввів нові дані у свої колишні обчислення До найбільшої радості своєї вчений переконався, що його давні погляди зовсім підтвердилися. Сила, що змушує тіла падати на Землю, виявилася зовсім рівною тій, яка управляє рухом Місяця.
Цей висновок був для Ньютона найвищим торжеством його наукового генія. Тепер цілком виправдалися його слова: «Геній є терпіння думки, зосередженої у відомому напрямку». Усі його глибокі гіпотези, багаторічні обчислення виявилися вірними. Тепер він цілком і остаточно переконався в можливості створити цілу систему світобудови, засновану на одному простому й великому початку. Усі найскладніші рухи Місяця, планет, комет стали для нього цілком ясними. З'явилася можливість наукового пророкування рухів усіх тіл Сонячної системи, а можливо, і самого Сонця, і навіть зірок і зоряних систем.
Наприкінці 1683 року Ньютон, нарешті, повідомив Королівське суспільство основні початки своєї системи у вигляді ряду теорем про рух планет.
Однак теорія була занадто геніальна, щоб не знайшлися заздрісники й люди, які намагалися приписати собі хоча б частину слави цього відкриття. Без сумніву, деякі з тодішніх англійських учених досить близько підійшли до відкриттів Ньютона, але зрозуміти труднощі питання ще не значить розв'язати його. Знаменитий архітектор і математик Кристофер Рен намагався пояснити рух планет «падінням тіл на Сонце, з'єднаним з первісним рухом». Астроном Гал-Лий припускав, що закони Кеплера з'ясовні за допомогою дії сили, обернено пропорційної квадратам відстаней, але не вмів довести цього.
Гук запевняв членів Королівського суспільства, що всі ідеї, що втримувалися в «Початках», уже сто раз пропонувалися ним; ті ж, що не викладалися ним раніше, — помилкові. Гюйгенс повністю й категорично відкинув ідею взаємного тяжіння часток, допускаючи наявність тяжіння лише усередині тіл. Лейбниц продовжував наполягати на тому, що рух планет може бути пояснений тільки за допомогою деякої ефірної рідини, що вихриться, збиває планети із прямолінійного шляху Бернуллі й Кассіні теж завзято повторювали про вихри.
Однак потихеньку шум затих, а слава відкриття всесвітнього тяжіння дісталася по праву Ісааку Ньютону.
Немає коментарів:
Дописати коментар
Примітка: лише член цього блогу може опублікувати коментар.