Стаття Наукова творчість Ньютона
Роботи в галузі фізики
Наукова спадщина І. Ньютона дуже багатогранна: великий вчений зробив внесок у механіку, оптику, астрономію, математику. Проте славу творця нової наукової картини світу, роботи якого зумовили наукову революцію XVII століття і призвели до зміни парадигми наукового мислення, йому приніс виданий 1687 р. величезний працю “Математичні засади натуральної філософії” (“Початки”).
“У цій роботі Ньютон узагальнив результати досліджень своїх попередників у галузі механіки та свої власні.
"Початки" в закінченій, послідовній і чіткій формі відобразили нові, вже набули поширення в працях різних учених риси наукової творчості. У передмові Ньютона до першого видання “Початок” йдеться про завдання природознавства. Насамперед, заявляє Ньютон, потрібно, спостерігаючи конкретні явища руху, знайти сили – причини цих рухів, потім необхідно, з знайдених сил, вивести конкретні движения. У першій книзі “Початок” розглядається рух під впливом центральних сил, у другій – рух у опірному середовищі, у третій книзі (“Про систему світу”) із сформульованих раніше законів виводяться сили взаємного тяжіння небесних тіл та його руху.
"Початки" містять основні поняття та аксіоматику класичної механіки, зокрема поняття "маса" (якому Ньютон надавав велике значення як основному в механічних процесах), кількість руху, сила, прискорення, доцентрова сила і три закони руху (закони Ньютона) - закон інерції (“будь-яке тіло продовжує утримуватися у своєму стані спокою або рівномірного та прямолінійного руху, поки і оскільки воно не примушується докладеною силою змінити цей рух”), закон пропорційностісили прискорення та закон дії та протидії. З цих законів Ньютон виводить струнку систему наслідків. Він доповнює їх знаменитим законом всесвітнього тяжіння, з якого пояснює рух небесних тіл (планет, їх супутників, комет) і створює теорію тяжіння. Так, Ньютон довів, що сила тяжіння, що спостерігається на Землі, - це та ж сила, яка утримує Місяць на постійній орбіті при її русі навколо Землі, і та ж сила, яка утримує Землю на еліптичній орбіті при її обертанні навколо Сонця, що ця сила утримує на еліптичних орбітах і всі інші небесні тіла, що вона пропорційна масам тіл, що тяжіють, і назад пропорційна квадрату відстані між ними. Ньютон показав, що із закону всесвітнього тяжіння випливають три закони Кеплера; розвинув теорію фігури Землі, зазначивши, що вона повинна бути стиснута біля полюсів, теорію припливів та відливів; розглянув проблему створення штучного супутника Землі тощо” [1, с.685]. Вважаючи простір і час абсолютними, Ньютон висунув ідею далекодії чи на відстані – миттєвої передачі дії від одного тіла до іншого на відстань через порожній простір без допомоги матерії. У "Початках" Ньютон висунув ідею божественного походження світу - "першоштовх".
Таким чином, у своїй основній праці - "Початках" - Ньютон створив фізичну картину світу - ньютонівську теорію простору та часу, яка тривалий час панувала в науці.
Ньютонівська схема світу панувала на початок ХХ століття. Вперше її обмеженість виявили Майкл Фарадей і Дж. Максвелл, показавши, що ця схема не застосовується до електромагнітних явищ, а теорія відносності А. Ейнштейна остаточно довела обмеженість класичної фізики Ньютона - фізики малих швидкостей імакроскопічні масштаби. Однак теорія відносності не відкинула зовсім закономірностей, встановлених Ньютоном, а лише уточнила і доповнила їх для руху зі швидкостями, порівнянними зі швидкістю світла у вакуумі. "Нині місце ньютонівської схеми далекодійних сил, - писав А. Ейнштейн, - зайняла теорія поля, зазнали змін і його законів, але все, що було створено після Ньютона, є подальшим органічним розвитком його ідей і методів".
Необхідно відзначити внесок Ньютона в оптику. “У 1666 р. за допомогою скляної тригранної призми він розклав білий колір на сім кольорів (у спектр), тим самим довівши його складність (явище дисперсії), відкрив хроматичну аберацію. Намагаючись уникнути аберації в телескопах, у 1668 та 1671 рр. сконструював телескоп-рефлектор оригінальної системи – дзеркальний (відбивний), де замість лінзи використав увігнуте сферичне дзеркало (телескоп Ньютона). Досліджував інтерференцію та дифракцію світла, вивчаючи кольори тонких платівок, відкрив так звані кільця Ньютона, встановив закономірності у їх розміщенні, висловив думку про періодичність світлового процесу. Намагався пояснити подвійне променезаломлення та близько підійшов до відкриття явища поляризації. Світло вважало потоком корпускул – корпускулярна теорія світла Ньютона (проте на різних етапах розглядав можливість існування та хвильових властивостей світла, зокрема у 1675 р. зробив спробу створити компромісну корпускулярно-хвильову теорію світла). Свої оптичні дослідження виклав у “Оптиці” (1704)”.
Роботи з математики
Як зазначалося, у “Початках” Ньютон вперше (незалежно від Р. Лейбніца) дав загальну схему суворого математичного підходи до вирішення конкретних завдань небесної і земної механіки. Це вимагало від нього розробкипринципово нових математичних методів: диференціального та інтегрального обчислення, в основу якого він поклав поняття флюксії (похідної) та флюенти (інтеграла).
Наукове спадщина Ньютона включає низку математичних творів: “Аналіз з допомогою рівнянь із нескінченним числом членів” (1669), “Міркування про квадратуру кривих” (початок 1670-х рр.), “Загальна арифметика” (опубл. 1707) та інших. Найбільш повний виклад диференціального та інтегрального обчислення міститься в трактаті “Метод флюксій та нескінченних рядів” (1670–1671), де Ньютон сформулював дві основні взаємно обернені завдання аналізу:
- Визначення швидкості руху в даний момент часу по відомому шляху (завдання диференціювання);
- Визначення пройденого за даний час шляху (завдання інтегрування) [2, с.731, 732].
Використання математичного апарату, розробленого Ньютоном, вперше дозволило перейти від якісних пояснень будови всесвіту до кількісних підрахунків, пов'язати воєдино поведінку земних об'єктів з поведінкою зірок і планет.
Довгий час здавалося досить дивним, що такий суворий фізик і математик, як Ньютон, близько 30 років свого життя присвятив алхімічним заняттям. Проте дослідження сучасних істориків науки дозволили пояснити цей дивний феномен. Як з'ясувалося, захоплення Ньютона алхімією було пов'язане з його дослідженнями в галузі астрономії та математики.
Навіть робота над "Математичними засадами натуральної філософії" не змогла відвернути його від алхімічних занять. Понад те, ці роки припадає найбільша активність Ньютона у заняттях алхімією. Дослідники творчості Ньютона висловлюють навіть таке, здавалося б, парадоксальне припущення: “Чи не помиляємось ми у розстановці акцентів уньютонівській творчості? Для нас, безперечно, “Початки” є його кульмінаційним пунктом. Але з погляду Ньютона, можливо, робота над “Початками” могла бути як деяка перешкода його колишньої діяльності” [3, з. 53].
Відповідаючи це питання, пригадаємо, що головною метою пошуків алхіміків були пошуки "філософського каменю", "універсального розчинника", ліки від усіх хвороб, способів перетворення неблагородних металів на золото, речовини, що нейтралізує дія магніту та інших суто практичних речей. Що ж до Ньютона, він переслідував зовсім іншу мету: “штудуючи алхімічні трактати, Ньютон шукав у яких опис універсальних процесів Природи: виникнення тіл у результаті з'єднання протилежних першопочатків і очищення недосконалих творінь, у результаті духовні початку, які лежать у їх основі, могли б отримати своє закінчений вираз і бути пізнаними.
Природа, на думку Ньютона, не може бути зведена до впорядкованого руху або розташування інертних частинок матерії, вона містить активні початки, духовні агенти... Граничним активним агентом Природи служить, за Ньютоном, те, що алхіміки називали філософським каменем.
"Проникаюча сила духу і постійна сила тіла" - ось ті два фундаментальні початку буття, які намагалася охопити ньютонівська думка. Не дивовижні хімічні відкриття, не оманлива злато-сріблошукачська мрія, не таємна прихильність до окультизму як такому турбували розум і серце Ньютона. Джерелом його завзятості і довготерпіння за письмовим столом і біля алхімічного горна в маленькій лабораторії Трініті-коледжу стало бажання осягнути приховане джерело руху і зміни природних тіл, биття життя, пізнати немеханічне активне світове начало, що походить від Бога, «без якоготіла Землі, планет, комет та Сонця почали б охолоджуватися, замерзати і перетворилися б на неживі маси” [3, с. 65, 66].
Наукова творчість Ньютона зіграла винятково важливу роль історії розвитку природничих наук. За словами А. Ейнштейна: "Ньютон був першим, хто намагався сформулювати елементарні закони, які визначають тимчасовий хід широкого класу процесів у природі з високим ступенем повноти і точності" і "...надав своїми працями глибокий і сильний вплив на весь світогляд в цілому".
1. Всесвітня історія. Т.V. М., 1958.
2. Математики: енциклопедичний словник. М., 1995.
3. Дмитрієв І.С. Полювання на зеленого лева (алхімія у творчості Ісаака Ньютона) // Питання історії природознавства та техніки. №2. 1993. С.52-66.