УВЕРТЮРА

УВЕРТЮРА

Телескоп Ньютона можно назвать увертюрой ко всей его дальнейшей деятельности.

С. И. Вавилов

Из бесед Ньютона с Кондуиттом (на склоне лет).

Кондуитт: Не можете ли Вы вспомнить, как изготавливали Ваш телескоп?

Ньютон: Я сделал его сам.

Кондуитт: Где же Вы взяли инструменты для этого?

Ньютон: Я сделал их сам… (смеясь)… если бы я ждал, что кто-то сделает за меня инструменты или ещё что-нибудь, я бы никогда ничего не создал.

…Смельчаки, у которых любопытство пересиливало страх божий, глядя в небо, давно не довольствовались уже глазами. Одним из первых, изучавших небо с помощью телескопа, был Галилей.

— «Мне удалось наконец соорудить столь превосходный инструмент, что в него можно видеть предметы в тысячу раз более крупными и в тридцать раз более близкими, чем простым глазом», — рассказывал Галилей. С помощью на самом деле весьма грубого инструмента Галилей смог тем не менее совершить небесный переворот. Его Вселенная, описанная в «Звёздном вестнике», вышедшем в марте 1610 года, столь же отличалась от Вселенной Коперника, сколь Вселенная Коперника от небесного свода Птолемеева «Альмагеста».

На Луне Галилей обнаружил горные хребты, Юпитера одарил четырьмя спутниками, а Сатурн снабдил «ушами» — так увидел он знаменитые кольца Сатурна. Сколько новых сокровищ звёздного неба подобрал он, прежде невидимых! Млечный Путь распался на мириады звёзд, открыв бездну ещё более глубокую, ещё более жуткую, ещё более немыслимую. Телескоп Галилея метался по звёздному небу, бесполезно пытаясь сосчитать, по его выражению, «звёздные стада».

Невозможно вообразить себе сегодня степень потрясения общества, вызванного открытиями Галилея. Но не успев опомниться, переварить, пережить величие открытий, новую Вселенную, люди — странные создания, любопытство которых превосходит мудрость! — стали строить всё более мощные телескопы, стремясь подобрать ещё не замеченное «рысьеглазым» Галилеем. Лучшие телескопы Галилея имели фокусное расстояние в три фута, а уже через пятьдесят лет французы замахнулись на стофутовый телескоп. Трубы гнулись, дрожали, ломались, не выдерживали таких длин; решили делать «воздушные» телескопы, с фокусным расстоянием в 200 футов, но уже без всяких тубусов и труб, с разделёнными лишь темнотой ночи объективом и окуляром.

Появлялись всё новые телескопы. Кеплер предложил заменить в Галилеевом инструменте вогнутую окулярную линзу выпуклой — это увеличило поле зрения, хотя небо в результате перевернулось. Трубы кеплеровского расчёта быстро вытеснили трубы Галилея: в них можно было получать действительное изображение, использовать нитяное перекрестье для ловли светила и микрометр для определения его положения. Лондонский оптик Джон Ярвелл в лавке, расположенной рядом с собором святого Павла, предлагал телескопы шести различных видов и силы (он же предлагал лупы, зажигательные стёкла, обычные и солнечные очки).

Естественно, подумывали и о вогнутых зеркалах, известных с древности. Уже в 1626 году такой телескоп построил Чезаре Караваджи, занимался этим делом в 1632 году и ученик Галилея Бонавентура Кавальери, знаменитый математик. Он решил, что телескопы-рефлекторы «никогда не дойдут до совершенства труб со стёклами». Математик Джеймс Грегори, устав улучшать линзовый телескоп-рефрактор, отчаявшись получить от оптиков доброкачественные стёкла, а от механиков — прочные трубы, решил сделать зеркальный телескоп-рефлектор. Видя недостатки телескопов, состоявших только из зеркал — многочисленные отражения и, как следствие, неизбежные потери, — Грегори решил не упорствовать в идее «зеркальности», а использовать совместно зеркало и линзу. Новая конструкция описана в книге «Optica promota», изданной в 1669 году в Лондоне. Была даже предпринята попытка построить телескоп Грегори длиной в 6 футов: однако и лучшие лондонские оптики — Рейос и Кок — не смогли отполировать параболического зеркала. Грегори подумывал заказать зеркало голландским мастерам, но не успел осуществить это намерение — он ослеп от наблюдений и вскоре скончался.

Из дневника Ньютона известна точная дата начала его работ в области совершенствования оптических приборов — 25 марта 1666 года. Казалось, самое интересное в науке заключалось тогда в астрономии, но Ньютона звёздные стада Галилея увлекали мало. По причине близорукости сам он редко занимался астрономическими наблюдениями. Но книгу Декарта «Диоптрика» прочёл от корки до корки и хорошо изучил это руководство для оптиков-практиков. По рецепту Декарта он даже построил специальный станок для шлифования линз несферической формы.

Став членом колледжа и профессором, Ньютон не изменил своим привычкам. Он продолжал собственноручно мастерить всевозможные приспособления. Центр его научных интересов, естественно, переместился ближе к оптике, ведь он читал студентам лекционный курс по этому предмету. Собственноручно изготавливая линзы на своём шлифовально-полировочном станке, Ньютон пытался проверить положения оптических трактатов Кеплера и Декарта, придирчиво проверял все принятые ими гипотезы. Он методически, одну за другой испытывал конструкции и схемы различных оптических инструментов. Естественно, он пришёл и к галилеевскому телескопу. Испытывая его, Ньютон постелено пришёл к выводу о том, что этот телескоп действительно обладает серьёзным, неисправимым недостатком, так называемой сферической аберрацией — размыванием изображения при сильном увеличении, принципиальной, как тогда казалось, невозможностью получения резкого изображения сразу всех точек предмета.

Ньютон пытался совершенствовать галилеевский телескоп, подбирая всевозможные радиусы линз, тратя долгие часы на шлифовку всё новых и новых стёкол. Как и Декарт, он пытался использовать параболические и гиперболические поверхности. Делать такие стёкла было очень трудно, гораздо труднее, чем изготавливать обычные сферические чечевицы. Необходимо было, непрерывно вращая рукоятку станка, необычайно твёрдо держать в другой руке шлифовальный инструмент. Нужно было сочетать круговое движение машинки с одновременным продвижением вдоль оси параболы или гиперболы. Делать это следовало необычайно медленно в аккуратно, с тем, чтобы стёкла получились абсолютно гладкими и прозрачными.

Заключительная стадия испытания каждой линзы — проверка её совершенства путём сбора в фокус собираемых лучей. Ньютон подметил, что изображения, даваемые линзами, всякий раз окружены очень тонкой цветной каёмкой. Какие бы усилия ни прилагал он, чтобы прогнать каёмку, она появлялась вновь и вновь. Каёмка была очень слабой, на неё попросту не обращали внимания великие предшественники Ньютона. А он установил, что точно такие же тончайшие цветные ободочки на изображении есть у всех телескопов и всех линз при любой их форме и точности обработки. Ньютон решил, что именно этот дефект наряду со сферической аберрацией затрудняет достижение резкости изображения в линзах и телескопах.

Хроматическая аберрация, как стали впоследствии называть это явление, была открыта Ньютоном случайно, но лишь в том смысле, в каком вообще можно говорить о случайности в научных открытиях. Даже если предположить, что это была случайность, которая могла бы одарить любого, занявшегося подобной работой, и даже если отвлечься от того, что такая случайность прошла мимо «рысьеглазого» Галилея, мудрейшего Декарта, трудолюбивейшего Кеплера, то и тогда заслуга Ньютона весьма велика.

Он извлекает из своего «случайного» открытия всё, что может извлечь мощный гений: систематически и тщательнейшим образом изучает «мелкое» явление, не зная покоя и отдыха до тех пор, пока полностью не вскрывает его причин, пока перед ним не выстраивается цепь новых следствий. И то, что он дошёл до причин этого «малого» явления, привело его к великому прозрению: открытию сложного состава белого цвета. Из изученного явления Ньютон делает и практические выводы. Он решает, что бессмысленно совершенствовать телескопы-рефракторы, увеличивая размеры линз, улучшая их качество и тщательно их полируя. Столь же бесполезно увеличивать размеры тубуса. Никакие ухищрения: новые формы линз и усложнение их поверхностей не могли спасти линзы и телескопы от хроматической аберрации — маленькой цветной каёмочки в изображении.

Ньютон-лектор, вещая в гулкой пустоте аудитории своим немногочисленным слушателям о премудростях оптики, мог с полным основанием говорить так:

— Изучающие диоптрику — науку о линзах — воображают, что зрительные приборы могут быть доведены до любой степени совершенства… Для этой цели придуманы были разные инструменты для притирания стёкол по гиперболическим, а также параболическим фигурам, однако точное изготовление таких фигур до сих пор никому не удавалось. И вот для того, чтобы не тратили далее труд свой на безнадёжное дело, осмеливаюсь я предупредить, что, если бы даже всё происходило удачно, всё же полученное не отвечало бы ожиданиям. Ибо стёкла, коим дали фигуры наилучшие, какие для этой цели можно придумать, не будут действовать и вдвое лучше сферических зеркал, отполированных с той же точностью. Говорю это не для осуждения авторов-оптиков. Однако нечто, и притом очень важное, было оставлено ими для открытия потомкам. Так, я обнаружил в преломлениях некую неправильность, искажающую всё…

Что именно за «неправильность» — Ньютон умалчивал. Он рассказывал студентам многое, но не говорил главного — о цветной каёмочке. Эта каёмочка была его открытием, его собственностью, его богатством. Он хотел заявить о своём открытии лишь тогда, когда его уже невозможно будет смести потоком неизбежной критики.

Ньютон понимал, что цветная каёмочка возникает по той же причине, по которой стеклянная призма даёт цветное пятно. Любая линза уже по своей сущности имеет в разных точках разную толщину, как и призма.

Нужно было избавляться от линз, и Ньютон стал подумывать об изготовлении небольшого вогнутого зеркала, которое имело бы те же оптические характеристики, что и выпуклая линза, но не имело бы её неравномерной толщины. Это зеркало Ньютон решил использовать вместо первой собирающей линзы — объектива обычного телескопа.

Телескоп Ньютона, разумеется, сильно напоминал телескоп Грегори. Но зеркало Грегори было чрезвычайно сложно изготовить — оно было параболическим. Ньютон выбрал более простую сферическую форму. Телескоп Грегори имел в середине зеркала отверстие для наблюдения предметов обычным путём, то есть смотря вперёд, с помощью лучей, отражённых от плоского зеркала, размещённого в середине трубы. Изменение Ньютона было революционным: он поместил на пути лучей от вогнутого зеркала маленькое плоское наклонное зеркало, отражавшее лучи к стенке трубы, — там было проделано отверстие и помещена линза-окуляр. Теперь астроном, чтобы увидеть небо, должен был смотреть не в его сторону, а куда-то вбок и внушать себе, что небо находится именно там, где он его видит.

Ньютон — неизвестному, Трин. — колл., Кембридж

«Сэр… инструмент, который я сделал, был не более 6 дюймов в длину, с апертурой чуть больше дюйма и плоско-выпуклым очковым стеклом толщиной от 1/6 до 1/7 дюйма. И таким образом он увеличивает примерно в 40 раз по диаметру с достаточной чёткостью. Это лучше, чем у шестифутовой трубы. Однако из-за плохих материалов, из-за отсутствия должной полировки он не даёт такого отчётливого изображения, как шестифутовая труба. Думаю, что с его помощью можно открыть столько же, сколько с помощью трёх- или четырехфутовой трубы, особенно если объекты светящиеся. Я видел с помощью её Юпитер, резкий, круглый, и его спутников, и серп Венеры. Итак, сэр, я дал Вам краткое описание этого небольшого инструмента, который, хотя сам по себе удовлетворителен, всё же может быть рассматриваем лишь как модель того, что может быть сделано подобным образом, поскольку я не сомневаюсь, что в своё время этим методом могут быть сделаны и шестифутовые трубы, которые будут действовать, как действовали бы шестидесяти- или стофутовые трубы, сделанные обычным путём… И это, каким бы это утверждение ни показалось парадоксальным, является необходимым следствием экспериментов, которые я проделал и которые касаются природы света…»

«…каким бы это утверждение ни показалось парадоксальным…» Удивительное время! Молодой гений видит очевидный для всех, и в том числе для него, парадокс в том; что практические достижения могут быть плодами научных изысканий! В том, что этот парадокс со временем перестал существовать, большая заслуга Ньютона, заслуга «Ньютоновой революции».

Время Ньютона было удивительным. Многие современные представления тогда только зарождались, многие с тех пор канули в Лету, многие разительно переменились. С тех пор изменилось само представление о науке, о её роли в обществе, изменилось содержание научных понятий, коренным образом изменилась организация науки, формы общения учёных.

Копия письма Ньютона неизвестному адресату была обнаружена в архиве Коллинса. Именно через Коллинса об этом телескопе узнали многие учёные, в том числе члены Королевского общества. Через Коллинса же Ньютону было сообщено о том, что было бы желательно увидеть этот телескоп в Лондоне, и сделан намёк на то, что неплохо было бы подарить телескоп королю.

Но это было невозможно! Телескоп, построенный Ньютоном в 1668 году, оказался весьма несовершенным. Изображения получались тусклыми и размытыми. Чтобы что-нибудь чётко увидеть, приходилось «подгадывать» положение телескопа и глаза. Уже через два-три месяца зеркальная поверхность безнадёжно потускнела. Ньютон решил сделать второй экземпляр, и при этом постараться избежать недостатков первого. Главным было, как понимал Ньютон, обеспечить качество полировки зеркала — требования к полировке, как он выяснил, были гораздо более жёсткими, чем к шлифовке линз. Но и само изготовление зеркала требовало и большого ремесленного мастерства, и громадного трудолюбия, и попутного проведения всё новых и новых исследований.

Ньютон — Ольденбургу

29 сентября 1671 года

«…Сначала я расплавил одну медь, затем положил туда мышьяк и, сплавив, размешал всё вместе, остерегаясь вдыхать ядовитый дым. Затем добавил олова и снова, после очень быстрого его расплавления, всё перемешал. После этого сразу всё вылил…»

Особые трудности вызывала, как говорилось, полировка.

Вот как происходил процесс изготовления зеркала, по описанию его в ньютоновской «Оптике», вышедшей почти через тридцать пять лет. Ньютон сделал две круглые медные пластины, по шесть дюймов в диаметре, одну выпуклую, другую вогнутую, точно притёртые одна к другой. К выпуклой пластине он притирал металл вогнутого зеркала, которое нужно было полировать до тех пор, пока оно не принимало форму пластинки и не было готово к полировке. Затем он покрывал пластину очень тонким слоем смолы, капая расплавленной смолой на металл и нагревая его; чтобы сохранить смолу мягкой, он в это время притирал её смоченной вогнутой пластиной. Потом брал очень тонкую золу, отмытую от больших частиц, и, положив немного на смолу, втирал её вогнутой пластиной до тех пор, пока не прекращался шорох; после этого он две-три минуты быстрыми движениями притирал, сильно прижимая, металл зеркала к смоле. Смолу он присыпал свежей золой, втирая её снова до исчезновения шума и после этого, как и прежде, притирал пластину к зеркалу. Эту работу он повторял до тех пор, пока металл не отполировывался. Напоследок он в течение изрядного времени притирал его со всей силой, при этом часто дыша на смолу, чтобы держать её сырой, не подсыпая уже свежей золы…

Слухи о новом телескопе распространились быстро. Через Коллинса о нём узнали и Гук, и Рен, и Таунлей, и Флемстид, и многие другие старейшины Королевского общества, которые считали, что пора бы им уже его и показать. В конце 1671 года Барроу привёз телескоп в Лондон. На телескопе была многозначительная надпись, сделанная самим Ньютоном: «Первый отражательный телескоп». Этим Ньютон подчёркивал, что он является не столько изобретателем телескопа-рефлектора, сколько изготовителем его действующей модели.

Телескоп был показан и королю, и в Королевском обществе, причём и во дворце, и в Грешем-колледже телескоп произвёл сенсацию. В Королевское общество телескоп попал лишь после того, как король вдоволь насладился им, насмотрелся на звёзды и планеты и полностью его одобрил. В обществе телескоп понравился всем, даже господину Гуку, хотя он тут же стал говорить о том, что ещё в 1664 году сам сделал небольшую трубку — примерно в дюйм длиной, чтобы класть её в кармашек для часов, — которая действовала лучше, чем любой телескоп в 50 футов длиной, сделанный обычным способом.

«Однако Большая чума, — продолжал Гук, — которая случилась тогда, а потом и Большой пожар, после которого мне пришлось вести перестройку города, привели к тому, что мне было недосуг; отдавать же изготавливать его шлифовщикам я не стал, дабы не узнали они моего секрета…»

Телескоп, конструкция которого была до сих пор скрыта Ньютоном под шифрованной анаграммой, вызвал громадный интерес и в одно мгновение вознёс Ньютона в число известных и почитаемых людей. Его кандидатуру тут же выдвинули в Королевское общество. И дело заключалось не только и, может быть, даже не столько в самом Ньютоне, сколько совсем в ином: Англия в те времена стремилась демонстрировать всему миру своё величие, в том числе и научное.

Ольденбург — Ньютону, Лондон

2 января 1672 года

«…Необходимо предпринять некоторые шаги, чтобы защитить это изобретение от узурпации иностранцев…»

Ньютон — Ольденбургу, Кембридж

6 января 1672 года

«Сэр, читая Ваше письмо, я был удивлён, увидев, как много внимания и заботы отдаётся в нём тому, чтобы обеспечить мне собственность на моё изобретение, чему я до сих пор придавал так мало значения. И поскольку Королевскому обществу угодно считать, что оно достойно поддержки, я должен известить, что это потребует гораздо больше усилий от него, чем от меня, поскольку я, не желая сообщать о нём, мог оставить это изобретение в моём личном владении ещё в течение многих лет… И я очень ценю честь, оказанную мне епископом Сарумма, предложившим меня кандидатом, что, как я надеюсь, в дальнейшем позволит мне удостоиться избрания в общество, и, если так, я буду пытаться в дальнейшем доказать свою признательность за это, сообщая обо всём том, что мои слабые и одинокие попытки будут приносить в направлении продвижения ваших философских замыслов.

Остаюсь, сэр, Вашим покорным слугой,

И. Ньютон.»

Предложение о вступлении в общество было для Ньютона чрезвычайно лестно. Оно давало ему возможность войти в число людей, которых он втайне считал наиболее близкими по духу. Ведь в Кембридже он был один, как в пустыне. Здесь же сверкало целое созвездие умов, с которыми он жаждал общаться. То, что его столь легко приняли в этот избранный круг, и то, что телескоп вызвал столь большой энтузиазм, необычайно поразило Ньютона. Следуя весьма строгому настоянию членов Королевского общества, желавшего оградить английский приоритет от иностранных посягательств, он тут же сделал описание инструмента, которое должно было быть немедленно отослано всем видным иностранным учёным.

11 января он был заочно принят в члены Королевского общества. Это произошло на том же заседании, на котором обсуждался телескоп. И если вопрос о приёме изложен в протоколах сухо и кратко, то второй вопрос получил гораздо более широкое освещение.

Из протоколов Королевского общества

«…На заседании было уделено внимание совершенствованию телескопов посредством сокращения их размеров и тому образцу, который был прислан сюда для изучения, был осмотрен королём, а также президентом, сэром Робертом Мореем, сэром Полом Нилом, доктором Кристофером Реном и господином Гуком; все они составили о нём весьма лестное мнение и решили: описание и схема этого прибора должны быть посланы секретарём специальным письмом господину Гюйгенсу в Париж с тем, чтобы сохранить это изобретение за автором, который 6 января 1672 года написал мистеру Ольденбургу из Кембриджа, изменив и расширив описание инструмента, которое было послано ему ранее для просмотра перед тем, как оно могло бы пойти за границу».

Посылая описание телескопа Гюйгенсу, Королевское общество совершило невинный подлог, написав, что описание телескопа было представлено 1 января. Впрочем, опасения были отнюдь не напрасными, поскольку почти одновременно с Ньютоновым телескопом появился и телескоп, построенный французским мастером Кассегреном. Но Кассегрен опоздал.

Да, не случайно, не случайно называли Королевское общество близнецом Королевской компании африканской торговли — оба общества одновременно организовались, объединяли общих членов и равно рьяно защищали интересы нации.

Теперь Ньютону предстояло доказать работоспособность своей конструкции постройкой крупного зеркального телескопа. Общество готово было выделить для этого некоторую сумму.

Памятка Коллинса (на копии письма Ньютона неизвестному адресату)

«…Телескоп, упомянутый здесь, был впоследствии послан в Королевское общество, которое дало мистеру Коку распоряжение сделать подобный, но четырёх футов длины, который и был сделан… Глаз через маленькое отверстие, в котором размещено было плоско-выпуклое стекло, видел на отражающей пластинке объект, увеличенный, как в обычном телескопе сорока и более футов длины, причём без цветового искажения. Зеркало и отражающая пластинка сделаны так, что при нужде их можно вынуть и вытереть. Они ещё не вполне довольны металлом и полировкой отражающей пластинки, но испытывают сейчас «лапис османдиус» — чёрный камень, который привозят с горы Гекла, в Исландии, и другие материалы…»

Королевское общество заказало большой зеркальный телескоп Кристоферу Коку, известному оптику. Сначала речь шла о четырехфутовом телескопе, а потом общество размахнулось и на шестифутовый. Ни тот, ни другой изготовить не удалось из-за несовершенства зеркал. Кок, лучший шлифовальщик Лондона, не смог справиться с задачей, хотя Ньютон постоянно консультировал его. Была последняя надежда — обратиться к Гуку, но тот отказался совершенствовать чужой инструмент. При жизни Ньютона отражательный телескоп так и не был построен. Да и его маленький телескоп быстро испортился — уже в марте 1672 года зеркало начало тускнеть и вскоре совершенно потемнело.

Казалось бы, фиаско с постройкой телескопа должно было бы принести Ньютону глубокое разочарование. Но нет: телескоп и на самом деле стал увертюрой его научной жизни, в которой прозвучали многие основные темы его будущих больших работ. Телескоп привёл его и в Королевское общество — туда, куда он всей душой стремился, где были его единомышленники, где его понимали и ценили, где был его настоящий дом.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.