Публикация Ньютоном «Математических начал»

Исаак Ньютон – символ науки Нового времени, самый знаменитый физик всех времен и народов. Его труды ознаменовали собой новую эпоху в естествознании, на несколько веков ньютоновская картина мира стала господствующей в науке. Если Коперник «сдвинул Землю и остановил Солнце», то Исаак Ньютон «заставил все вещи двигаться по своим законам». Ньютоном были изучены все основные вопросы физики и математики, актуальные для его времени. Принципы его механики, его универсальность и способность объяснить и описать широчайший круг явлений природы оказали огромное влияние на многие области физики и химии.

Будущий великий физик и математик родился в 1642 г. в семье фермера в Вулсторпе. Отец Исаака умер незадолго до его рождения. В 1661 г. юноше удалось поступить в Тринити‑колледж при Кембриджском университете. В 1665–1667 гг. Ньютон во время эпидемии чумы жил в родной деревне. Именно в это время у него и сложились идеи, которые привели его к созданию дифференциального и интегрального исчислений, изобретению зеркального телескопа, открытию закона всемирного тяготения. Он провел первые опыты по разложению (дисперсии) света.

В 1669 г. Ньютон возглавил физико‑математическую кафедру в университете. В 1672 г. он был избран членом Лондонского королевского общества – английской академии наук. В своей первой работе «Новая теория света и цветов», представленной им в королевском обществе в 1672 г., Ньютон высказал свои взгляды о «телесности света» (корпускулярную теорию света). Позже он развил теорию, сочетавшую корпускулярные и волновые представления о свете. Многолетние оптические исследования Ньютона были опубликованы им в 1704 г. в фундаментальном сочинении «Оптика».



С конца 1670‑х годов Ньютона все больше интересуют различные математические задачи. В 1687 г. он опубликовал свой грандиозный труд «Математические начала натуральной философии» – книгу, которая имеет для науки не меньшее значение, чем другие «Начала» – Евклида. В своем труде автор обобщил результаты, полученные его предшественниками – астрономами Галилеем, Кеплером и Галлеем, математиком и философом Декартом, физиками Гюйгенсом и Гуком, и своих собственных исследований. Впервые была создана единая стройная система земной и небесной механики, которая стала фундаментом всей классической физики. Была дана и общая схема строгого математического подхода к решению любой конкретной задачи механики.

В книге были приведены определения исходных понятий – количества материи, эквивалентного массе, плотности, количества движения, эквивалентного импульсу, и различных видов силы. Ученый сформулировал понятия времени и пространства, которые легли в основу классической механики.

Ньютон впервые рассмотрел основной метод описания любого физического воздействия через посредство силы. В «Математических началах» сформулированы три основополагающих закона механики – законы Ньютона:

1) всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние;

2) изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует;

3) действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны.

Из второго и третьего законов Ньютон вывел закон сохранения количества движения для замкнутой системы. Он также рассмотрел движение тел под действием центральных сил и доказал, что траекториями таких движений являются конические сечения (эллипс, гипербола, парабола), изложил свое учение о всемирном тяготении, сделал заключение, что все планеты и кометы притягиваются к Солнцу, а спутники – к планетам с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния, и разработал теорию движения небесных тел. В «Началах» Ньютон исследовал движение тел в сплошной среде (газе, жидкости) в зависимости от скорости их перемещения и привел результаты своих экспериментов по изучению качания маятников в воздухе и жидкостях. Здесь же он рассмотрел скорость распространения звука в упругих средах. В этом сочинении он уделил значительное внимание и закону механического подобия. Автор «Начал» показал, что из закона всемирного тяготения вытекают законы Кеплера и важнейшие отступления от них.

Дальнейшее развитие науки показало пределы применения классической механики Ньютона (появилась квантовая механика, была разработана теория относительности Эйнштейна). Но для XVII века это был не просто шаг вперед, это был прорыв.

В 1703 г. Ньютон стал президентом английского Королевского общества. В 1705 г. за свои научные труды он был возведен в дворянское достоинство. Любопытно, что выдающийся ученый серьезно занимался астрологией, алхимией, а также, будучи глубоко верующим человеком, толковал Апокалипсис. Занимая должность директора Монетного двора, он наладил монетное дело в Англии.

Умер Ньютон в 1727 г. Он был похоронен в английском национальном пантеоне – Вестминстерском аббатстве. Надпись на его могиле гласит: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, который почти божественной силой своего ума впервые объяснил с помощью своего математического метода движения и формы планет, пути комет, приливы и отливы океана. Он первый исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности цветов… Пусть смертные радуются, что в их среде жило такое украшение человеческого рода».