Исак Нютон

[Stefoto]

Исак Нютон (1643-1727)

Името на гениалния английски физик и математик Исак Нютон с пълно право може да се постави и сред първите имена на най-известните астрономи в света. В астрономическите занятия на Нютон, в работите му по конструиране и усъвършенствуване на оптичните схеми на телескопите се зараждат основните насоки на неговото научно творчество в механиката, физиката, математиката. Именно в астрономията - чрез създадената от него небесна механика - започва победното шествие на неговата теория за всеобщо привличане, завършило с пълния й триумф - откриването на Нептун от Адамс и Льоверие.

Нютон е роден на 4 януари 1643 г. в селото Уулсторп (около 150 км северо-източно от Лондон). Баща му, дребен земевладелец, умира четири месеца преди раждането на сина. Майка му, Хана Ейскоу, е умна жена с много широки интереси. На дванадесет години Нютон заминава да учи в градчето Грентъм. В училището заедно със задължителните теологични дисциплини изучава латински, гръцки и староеврейски, малко немски и френски, аритметика и геометрия. На 18 години Нютон става студент в Тринити колеж - полудуховно висше учебно заведение към Кембриджския университет. Тук отчасти под влиянието на видния математик и оптик на това време Н. Бароу, а най-вече в резултат на изучаването на съчинението на Декарт "Геометрия", на Уолис - "Аритметика на безкрайното" и особено това на Кеплер "Оптика", се формират окончателно научните интереси на Нютон. Неговите самостоятелни научни наблюдения и търсения започват от оптиката, свързана с астрономически задачи.

Телескопостроенето, станало в средата на XVII в. всеобщо увлечение, завладява и Нютон, който достига високо съвършенство при шлифоването и полирането на лещи за рефрактори, а по-късно и на огледала за отражателни телескопи.

След завършването на колежа (1665 г.) и преминаването на всички служебни степени - от бакалавър (1665 г.) до магистър (1668 г.) Нютон заема през 1669 г. катедра в Кембриджския университет. Тук той чете лекции по механика и оптика.

Всичко най-важно, свързано с името на Нютон и познато ни още от ученическия чин - неговите закони, схема на телескоп, открития в математиката, механиката, оптиката - той прави на младини по време на епидемия от чума, от която се спасява в Уулстроп и където може би действително е видял падането на своята знаменита ябълка. В Уулстроп Нютон пристига с напълно определени представи за законите, действуващи в заобикалящия ни свят. Познава категоричността на закона за инерцията: телата се движат праволинейно само когато върху тях не действа никаква сила. За младия Нютон е съвсем ясно, че щом небесните тела се движат около централно тяло, източник на сила е това централно тяло. "... Той се замисля върху силата на привличането и тъй като при тази сила не е намерено забележимо намалява не и при най-големите разстояния от центъра на Земята, до които можем да досстигнем..., на него му се стори приемливо да заключи, че тази сила трябва да се простира много по-далеч, отколкото обикновено се мисли. Защо не на височината на Луната - си казва той, и ако това е така, то нейното движение би трябвало да се влияе от тази сила - може би тя (Луната) по този начин се държи на орбитата си" (Хенри Пембъртън, "Преглед на Исак Нютоновата философия" - 1728 г.). Идеята е много интересна, но как да се докаже всичко това? Историята казва, че в разрешаването на проблема се намесила една падаща ябълка в градината на фермата. Падащата ябълка поражда рой от мисли. "Защо пада ябълката? Защо предметите падат винаги отвесно по посока на центъра на Земята, а не отлитат нагоре, наляво, надясно? Сигурно материята, съсредоточена в центъра на Земята, притежава притегателна сила. Ако материята на Земята така привлича материята на ябълката, то трябва да става и обратното и да има пропорционалност в количеството на това привличане. Затова ябълката привлича Земята също така, както Земята ябълката. Следователно трябва да съществува сила, подобна на тази, която ние наричаме тежест, простираща се в цялата Вселена."

Този разказ на Стекелей, приятел на Нютон, ни показва, че още през 1665-1666 г. в главата на младия учен са се зародили мисли, които по-късно намират израз в книгата "Начала". Разбира се, това зараждане нито е случайно хрумване, нито пък Нютон го оставя без проверка. Той познава Галилеевите закони за падането на телата. Знае, че скоростта на кое да е свободно падащо тяло е пропорционална на времето при постоянно ускорение. Тъй като падането на телата се приписва на влиянието на Земята, то явно е, че тя е причината за това ускорение. Точно тук Нютон прави решителна крачка напред - защо да не заключим, както и Пембъртън, че тази сила се простира до Луната? По-нататък може да се допусне, че тя намалява по същия закон, по който намалява осветлението, т. е. че това става обратно пропорционално на квадрата от разстоянието. Още от времето на Галилей е известно, че земното ускорение е равно на 981 см/сек². Сега възниква въпросът, колко ще бъде то на разстоянието, на което се намира Луната? Поради неверни изходни данни Нютон получил, че земното ускорение на разстоянието, на което е Луната, е 0,002225 м/сек² - с разлика от около 12% по-малко от пресметнатото. Тази разлика обезсърчава Нютон. Той оставя за дълго време настрана всеобщото привличане и насочва вниманието си върху изследване състава на бялата светлина. Минават много години, преди той отново да се върне към този проблем.

През пролетта на 1667 г. Нютон се връща в Кембридж и на 1 октомври е приет за действителен член на Тринити колеж.

Една голяма част от научното наследство на Нютон става основа за създаването на физическата оптика и за по-нататъшното развитие на наблюдателната астрономия. Нютон е изключителен експериментатор-универсал, и металург, и химик, но преди всичко оптик. Той притежава уникална за онова време оптическа лаборатория. Упоритите двегодишни търсения на освободена от аберации несферична форма го довеждат през 1666 г. до откриването на спектралното разлагане на бялата светлина и до първите изследвания на пречупването на монохроматични лъчи. Последното позволява на Нютон да обясни хроматичната аберация на лещовите обективи. След като установява неотстранимостта на този дефект, в търсенето на ахроматичен обектив той изобретява през 1668 г. рефлектора. Неговият телескоп-рефлектор с диаметър на обектива само 36 мм давал увеличение 40 пъти. Нютон вижда с него спътниците на Юпитер и фазите на Венера. През 1672 г. Нютон демонстрира в присъствието на краля пред Кралското дружество свой телескоп-рефлектор с диаметър на обектива около 15 см и увеличение около 150 пъти. Огледалото било покрито с амалгамен слой и отразявало добре светлината.

В деня на изпробването на телескопа пред Кралското дружество Нютон е избран за негов член. На 6 февруари 1672 г. той прочита доклада си пред Дружеството "Нова теория за светлината и цветовете".

Най-голямото постижение на цялата научна дейност на Нютон - създадената от него класическа механика - се публикува за пръв път едва през 1687 г., 20 години след откриването от Нютон на основните закони на механиката и количественото решение на проблема за всеобщото привличане. Благодарение на настойчивостта и енергията на Халей Нютон завършва изследването на този проблем и се заема с оформянето на направените от него открития за печат. Монументалният труд "Математически начала на натуралната философия" бил напечатан с лични средства на Халей, тъй като се оказало, че Кралското дружество не разполага с пари.

В "Началата" Нютон за пръв път доказва тъждествеността на силата на тежестта на Земята и силата за взаимно привличане на небесните тела и намира математически израз на силата за привличане на две материални точки една към друга. По такъв начин е открит универсалният закон за всеобщото привличане, обясняващ всички наблюдавани движения в Слънчевата система, а по-късно и движенията на звездите.

Основни изходни пунктове при откриването на закона за всеобщото привличане за Нютон са емпирично получените от Кеплер закони за движението на планетите, основите на динамиката, заложени от Галилей, и на края теорията на центростремителната сила при кръгово движение, построена от Хюйгенс. Тези отделни открития хармонично влезли в завършената строга теория, в системата на света на Нютон, построена на един принцип - закона за всеобщото привличане. От този основен закон Нютон извел като следствия и уточнил при това Кеплеровите закони на елиптичното движение на планетите. Заедно с това той дошъл до извода за неизбежността на някои отклонения от тях в резултат на смущаващото действие на всяка планета или спътник върху останалите тела от Слънчевата система. Нютон пръв обяснява редица подобни отклонения или неравенства в движението на Луната. Теорията на нейното движение и до днес остава една от най-трудните задачи на небесната механика, тъй като смущенията в движението на това най-близко до нас небесно тяло са най-забележими и поради това многобройни. На Нютон принадлежат обясненията на т. нар. вариации в движението на Луната, обратното движение на възлите на лунната орбита, годишното и паралактичното неравенство и др.

В теорията на Нютон намират обяснение и такива загадъчни за своето време явления, като прецесията и приливите и отливите. Въз основа па теорията за всеобщото привличане той обяснява сплеснатостта на Юпитер и построява първата динамична теория на фигурата на Земята, където - правилно посочва сплеснатостта й при полюсите. Нютон пръв изказва мисълта, че законът за всеобщото привличане, а следователно и законите на Кеплер се разпростират не само върху планетите, но и върху кометите, като траекториите на последните могат да бъдат произволни конични сечения. По такъв начин подходът на Нютон при изучаване на явленията в природата се оказва изключително плодотворен.

Градусните измервания, проведени от Парижката академия на науките през 1735-1744 г., доказват верността на Нютоновата теория за сплеснатостта на Земята. Като използува теорията на Нютон за всеобщо привличане, знаменитият френски математик А. Клеро предизчислява точния момент на преминаването на кометата Халей през перихелия на орбитата й през 1759 г. През 1798 г. Кавендиш експериментално доказва действието на всеобщото привличане между всеки две тела на Земята. Пълно признание небесната механика на Нютон получава с откриването на планетата Нептун в резултат на теоретичните работи на Льоверие и Адамс през 1846 г. А по-рано, през 1802 г. Хершел доказва чрез непосредствени наблюдения съществуването на физически двойни звезди, в които компонентите на системата обикалят около общ център на тежестта по законите на Кеплер и следователно под действието на взаимното привличане. Така теорията на Нютон получава потвърждение и в звездната Вселена.

Открил съществени закони на движението и взаимодействието на телата във Вселената, Нютон естествено се замисля и над причината за възникването на реда във Вселената, разбирайки под това Слънчевата система, доколкото другите звезди той смята за също такива центрове на планетни системи. Но в областта на космогонията Нютон не разполага, от една страна, с достатъчно факти, а, от друга - както той сам отбелязва: "Аз не измислям хипотези". И макар че хипотези, особено в оптиката, той изказва, те винаги са здраво обвързани с факти. Да измисля хипотези, т. е. да лети на крилата на фантазията, Нютон не само не желае, но, както изглежда, и не умее. Той е гениален систематизатор, строител на науката, но не и генератор на идеи. Съществуващият ред в Слънчевата система Нютон не смята за възникнал от хаотични механични движения в сляпата, лишена от разум природа. Той проявява при това по-скоро дълбочина на мисълта, отколкото ограниченост, когато твърди, че механичните причини не могат сами да създадат цялото природно разнообразие от следствия. И в неговото време било нужно да се прибегне до вездесъщия бог, с вмешателството на който Нютон обяснява възникването и поддържането на космическия ред. Но богът в разбиранията на Нютон не е някакво върховно същество, а природа, надарена с "разум", "воля" да действува в една или друга насока, вечна и безкрайна.

С течение на времето Нютоновата феноменологична физическа картина на света била до голяма степен изкривена от нейните апологети. Както последователите на Птолемей вулгаризирали неговия математически модел на света и емпиричния геоцентричен постулат, издигайки го в неизменен принцип, така и картината на света на Нютон била променена с твърдението за пълен вакуум в световното пространство (докато Нютон твърди само, че материята в него е само крайно разредена, така че не създава забележимо съпротивление на движението на планетите). Точно така далеч от истинските представи на Нютон е и провъзгласеният от "нютонианците" принцип на далекодействието - мигновеното предаване на привличането през пространството... И само оригиналните трудове на Нютон свидетелстват за силата, точността,отговорността на изводите му от позицията на развиващото се естествознание, разсъжденията, предположенията, показващи един наистина гениален ум.

Във връзка с появата и голямата роля на гений като Нютон в естествознанието в същото време, когато цяла плеяда от блестящи умове - негови непосредствени предшественици и съвременници (от Декарт до Хук), не се оказва в състояние да осъществи великия синтез, възниква мисълта, че в науката закономерно се сменят периоди на натрупване на нови факти и идеи с периоди на систематизацията и синтезирането им, претворяването им в работеща система, оръдие за разкриване на нови факти, проверки и отричане или утвърждаване на умозрително развити преди това концепции. Генерирането на нови идеи по фундаментални проблеми се ограничава по онова време дори съзнателно (Птолемей, Нютон). В светлината на подобни разсъждения Нютон е най-ярък представител на втория, обобщаващ етап в развитието на естествознанието.

Втората половина от живота на Нютон не е изпълнена така интензивно с научни изследвания поради неговата обществена заетост. След преврата през 1688 г. той е избран за член на Парламента. Този пост Нютон заема в продължение на една година. През 1690 г. той заминава отново за Кембридж и се занимава с научна работа, но към края на 1691 г. умственото претоварване и един пожар в жилището му, при който изгарят много негови ръкописи, извеждат Нютон от равновесие и той заболява от психическо разстройство. В началото на 1694 г. оздравява и отново се залавя за работа. Сега той се занимава с теорията за движението на Луната, като използува наблюденията на Флемстийд.

През същата 1694 г. приятелят на Нютон Чарлс Монтегю (по-късно лорд Халифакс) става министър на финансите и поканва Нютон да стане пазител на монетния двор. На 29 март 1696 г. той приема длъжността, а три години по-късно става директор на монетния двор. През 1699 г. Френската академия на науките го избира за свой член заедно с Бернули, Лайбниц и Рьомер. През 1703 г. е избран за председател на Кралското дружество, а през 1705 г. кралица Ана му дава дворянско звание.

На 31 март 1727 г. Нютон умира. Тялото му било погребано в Уестминстерското абатство - пантеон на великите хора на Англия. На гроба му е издигнат паметник със скулптурна фигура и епитафия: "Тук почива сър Исак Нютон, дворянин, който почти с божествен разум пръв доказа с факела на математиката движението на планетите, пътищата на кометите и приливите на океаните...".