Ньютон. Закон всемирного тяготения. Самая притягательная сила природы
Шрифт:
Ньютон оказался жертвой своего главного заблуждения: «Эксперименты и опыты доказывают, – написал он, – что давления, волны или вибрации в жидкости окружают препятствия и проникают в область геометрической тени», чего, как выяснилось, свет не делает.
Ученый начал экспериментировать с призмами и изучать свет во время своих anni mirabiles. Хотя он и не был первым, кто этим занимался, никто из его современников не смог достичь того же мастерства и ловкости.
Первый осуществленный им эксперимент состоял в пропускании через призму единственного луча света, который проникал в темную комнату через маленькое круглое отверстие в окне и преломлялся в призме, направляясь на стену, противоположную окну. Теории того времени утверждали, что полученная таким образом проекция должна иметь форму окружности. Но Ньютон увидел другое: «Продолговатая фигура, ограниченная двумя параллельными и прямолинейными сторонами и двумя полукруглыми краями, – объясняет он в «Оптике». – Края размыты,
Этот эксперимент и его последующие уточнения убедили Ньютона в том, что доктрина об однородности белого света ошибочна. Найти выход помогли рассуждения о природе цвета – проблема до тех пор относительно второстепенная, но сыгравшая центральную роль в исследованиях Ньютона.
Для этого он сделал то, что назвал experimentum crucis, решающий опыт, который включал две призмы и два экрана, каждый с отверстием, через которое проходили лучи «из большого пучка солнечного света, входящего в комнату через отверстие, которое я сделал в оконных ставнях». Первая призма раскладывала белый солнечный свет на спектр, а затем, используя второй экран и вторую призму, Ньютон убедился в том, что однородные лучи не раскладываются снова на другие цвета, отметая таким образом вариант, что причиной появления спектра является призма (см. рисунок). Ученый заключил, что белый свет – это сочетание световых лучей различных цветов, и каждый из них характеризуется собственной степенью преломления, от меньшей к большей: красный, желтый, зеленый, синий и, наконец, фиолетовый. Другой эксперимент, в котором Ньютон использовал колесо, привел его к выводу, что белый свет – это не что иное, как впечатление, вызванное гетерогенной смесью цветов: он выставил колесо на некотором расстоянии от призмы таким образом, что на его широкие спицы падали только разные цвета; если колесо вращалось медленно, можно было увидеть, как разные цвета следуют друг за другом по кругу, но при высокой скорости вращения глаз переставал различать отдельные цвета, и появлялся белый цвет. В третьем эксперименте Ньютон разместил на одной линии несколько призм, через них он пропускал луч света, который, преломляясь, раскладывался на разные цвета. Лучи из обеих призм падали на специальный экран, где смешивались и снова давали свет белого цвета.
Из всего этого Ньютон сделал вывод, что цвет – это не свойство белого света, которое проявляется из-за различного преломления лучей на различных объектах, а неотъемлемая характеристика соответствующих световых лучей с собственным показателем преломления.
В начале 1672 года Ньютон опубликовал в «Философских трудах» свою новую теорию о природе света и цвета – и это была первая научная работа, о которой ученый заявил открыто. Публикацию с нетерпением ожидали не только в Англии, но и в Европе. И после ее появления мгновенно поднялась волна неизбежной критики и недоверия. И это несмотря на то, что Ньютон пытался скрыть свою приверженность корпускулярной теории света и не говорил о ней до публикации «Оптики» в 1704 году. Так, вопрос 28 «Оптики» начинается словами: «Не ошибочны ли все гипотезы, в которых свет приписывается давлению или движению, распространяющемуся через некоторую жидкую среду?», в то время как 29-й риторически спрашивает: «Не являются ли лучи света очень малыми телами, испускаемыми светящимися веществами?».
Против Ньютона выступили Роберт Гук, который считался главным авторитетом в вопросах, касающихся оптики, и Христиан Гюйгенс, светило европейской науки. Уэстфол так объяснил последствия этой публикации и последующего кризиса: «В течение восьми лет он, в одиночестве, отвоевывал истину в титанической борьбе. […] Восемь лет без времени на еду, восемь лет ночей без сна […] дали о себе знать. […] В 1672 году Ньютон жил со своей теорией уже шесть лет и теперь считал ее очевидной. Однако для всех остальных казалось, что она отрицает здравый смысл, и они просто не могли ее принять. Ньютон же не был готов к какой-либо иной реакции, кроме немедленного с ней согласия». Ученый относился к научному исследованию как к религиозному акту сопричастности к Творцу, поэтому провал эксперимента или его неверная интерпретация были для него не просто нарушением научного метода, а оскорблением божественного.
СОБСТВЕННОЕ ТЕЛО В КАЧЕСТВЕ ЛАБОРАТОРИИ
Экспериментаторство Ньютона шло рука об руку с его храбростью – он смело использовал собственное тело для опытов, при этом его храбрость часто граничила с безрассудством. Однажды ученый
Рукопись с записями Ньютона после эксперимента с надавливанием на свое собственное глазное яблоко.
При этом Ньютон, даже публикуя «Оптику», сохранял нежелание предавать свои работы широкой огласке. В первоначальном примечании к «Оптике» можно прочесть: «Я избегал до сегодняшнего дня публикации этих работ, чтобы не оказаться вовлеченным в дискуссии и споры, и если бы не упрямство друзей, которое одержало верх над моим принципом, я бы откладывал публикацию и дальше».
Эксперименты Ньютона с призмами и теория о природе цвета изменили строение телескопа. Прежние модели были рефракторными, то есть увеличивали изображение, пропуская его через выпуклую линзу, объектив, а в конце трубки оно попадало на линзу окуляра (рисунок 1). Этот тип телескопов имел недостаток: он искажал изображение, особенно по краям. Чтобы решить эту проблему, уже в XVI веке начали появляться идеи о возможности построить телескоп-рефлектор, который для увеличения изображения использовал бы зеркала, а не линзы.
РИС.1
РИС. 2
Ньютон прочитал о теоретической модели такого телескопа в работе шотландского математика Джеймса Грегори, засучил рукава и в 1668 году построил прототип, который усовершенствовал пару лет спустя, когда все свое время посвящал оптике. За разработку и строительство телескопа с такими великолепными характеристиками (при длине чуть меньше 20 см он имел увеличение в 40 раз без деформации изображения) ученого в начале 1672 года приняли в члены Королевского общества. Впрочем, несколько месяцев спустя он хотел аннулировать свое членство после научной полемики, вызванной публикацией его теории о природе света и цвета. Ньютона можно считать создателем современных телескопов. Его модель имела в конце трубки зеркало параболической формы, на которое попадало увеличенное изображение, отраженное во втором зеркале, расположенном диагонально по отношению к окулярной линзе (рисунок 2).
ГДЕ ПОРТРЕТЫ ГУКА?
Несмотря на научную известность Роберта Гука и на то, что несколько раз с него писались портреты, до нас не дошло ни одно его изображение. Сохранилось лишь несколько словесных описаний. Два из них, оставленные друзьями Гука, во многом совпадают: это был человек низкого роста, немного кособокий, худого телосложения и с большой головой. Периодически появляются новости о находке какого-либо потерянного портрета Гука, но вскоре они опровергаются. Последняя такая новость звучала в 2003 году. В трехсотлетнюю годовщину со дня смерти Гука историк Лайза Джардин заявила, что она обнаружила один из портретов ученого; на этот раз изображение больше совпадало с описаниями. Джардин использовала его на обложке биографии ученого, которую она вместе с другими тремя соавторами опубликовала в 2003 году. Однако позже оказалось, что на картине был изображен фламандский ученый Ян Баптиста ван Гельмонт (1579-1644). Некоторые злые языки именно на Ньютона возлагают ответственность за потерю портретов Роберта Гука. В тот период, когда Ньютон занимал пост президента, Королевское общество переезжало в новые здания на улице Крейн-корт. Вероятно, во время этого переезда и переноса всех вещей изображения Роберта Гука и были утеряны.
Построив телескоп, Ньютон продемонстрировал выдающееся мастерство. Несколько десятилетий спустя кто-то спросил ученого, кому он поручил строительство телескопа. «Я его построил сам», – ответил Ньютон. «А где вы взяли инструменты?» – снова спросил собеседник. «Я сам их сделал». Смеясь, Ньютон добавил: «Если бы мне пришлось доверять другим людям делать мне инструменты или другие вещи, я бы никогда ничего не создал». Но дело было не только в ловкости рук, но и в осведомленности в самых разных сферах. Ньютон сам cделал из двух медных пластинок зеркала телескопа и сам их отполировал, создав для этого специальный абразив.