Ньютон и Гук
Ньютон и Гук
Гук изучил «Новую теорию света» и через несколько дней написал свой отзыв. Вначале он не преминул отдать должное остроумию и профессионализму, с которыми Ньютон провел свои опыты. Такой отзыв из уст видного ученого, к тому же много внесшего в дело развития оптики, вполне можно было считать похвальным. Но вот теоретические выводы Ньютона Гук подверг довольно резкой критике. Сам Гук являлся одним из основателей волновой теории. И он писал, что опыты Ньютона отнюдь не подтверждают того факта, что свет является субстанцией. Он резко возражал против того, что цвет является первоначальным свойством света. Разложение же белого цвета Гук объясняет тем, что в призме под действием света возникают собственные волновые движения разного характера. Сам белый цвет Гук считает комбинацией нескольких световых волн.
Ньютон, которому достался талантливый, всесторонне образованный и опытный оппонент, очень серьезно отнесся к дискуссии. Свой ответ он дал только через полгода. За это время ученый всесторонне проанализировал доводы Гука и подготовил взвешенное и осторожное письмо. Он высказывал очень сдержанные возражения и продолжал настаивать на том, что природа света является не главным выводом его работы, и делал упор только на изучении конкретных свойств света: «Справедливо, что я заключаю из моей теории о телесности света, но я делаю это без всякой абсолютной определенности, что и указывается словом "может быть". Это заключение в крайнем случае только очень вероятное следствие моей доктрины, а не основная предпосылка».
Далее он пытается продемонстрировать, что полученные им результаты могут стать основой для неких компромиссных выводов: «Положим даже, что я упорно настаиваю на этой гипотезе; и в этом случае я все же не понимаю, почему мой противник так возражает против нее: эта гипотеза значительно ближе к его собственной, чем он думает. Колебания эфира одинаково полезны и нужны и в той, и в другой. Ибо, если мы предположим, что световые лучи состоят из маленьких частиц, выбрасываемых по всем направлениям светящимся телом, то эти частицы, попадая на преломляющие или отражающие поверхности, должны возбудить в эфире колебания столь же неизбежно, как камень, брошенный в воду. Если мы предположим, что эти колебания имеют различную ширину или толщину в зависимости от того, какой величины или скорости были телесные лучи, их возбудившие, то польза таких колебаний для объяснения отражения и преломления света, образования тепла солнечными лучами, излучения света накаленными, гниющими и прочими веществами, частицы которых находятся в сильном движении, для объяснения явлений цветов тонких прозрачных пленок и мыльных пузырей и всех других естественных тел, для объяснения зрения, различных цветов, их гармонии и дисгармонии не ускользнет от внимания тех, которые считают целесообразным затратить труд на применение гипотезы к объяснению явлений».
В словах о различной ширине и толщине колебаний можно увидеть гениальное предвидение идеи о длине волн. Дальше Ньютон пишет: «Колебания, вызывающие синий и фиолетовый цвета, короче тех, которые вызывают красный или желтый; поэтому они и должны отражаться при меньшей толщине пленки.»
За вежливой формой письма кроется и определенная твердость. Ньютон показывает, что его выводы все-таки предпочтительней и призывает оппонента согласиться с его правотой: «Мне кажется, что все это — ясные, первоначальные и необходимые следствия гипотезы, и они столь хорошо согласуются с моей теорией, что если мой противник считает их верными, то он не должен бояться крушения своей гипотезы. Я не знаю, однако, каким образом он может защищать свою гипотезу против других затруднений. По моему мнению, невозможно его основное положение о том, что волны или колебания какой-либо жидкости распространяются по прямым линиям, не загибаясь и не распространяясь по тем направлениям в покоящейся среде, которой они ограничены. Или я глубоко заблуждаюсь, или опыт и наблюдение приводят к обратному выводу».
Надо сказать, что в то время доводы Ньютона были убедительнее. Например, говоря о том, что волны распространяются по прямым линиям, он, естественно, не имел представления о теории дифракции, появившейся почти через 150 лет.
Однако вскоре к полемике присоединились многие другие ученые. И большинство из них выступало на стороне Гука. Например, к партии «волновиков» принадлежал такой известный ученый, как Гюйгенс. Но появились сторонники и у Ньютона. Его соавтор по изобретению зеркального телескопа Грегори писал в одном из писем: «Я был крайне поражен опытами мистера Ньютона; они, по всей видимости, вызовут великие перемены во всей системе натуральной философии, если только факты верны, в чем я не сомневаюсь».
Но в общем суммарный вес авторитета сторонников волновой теории был гораздо выше, чем у их оппонентов. Между тем Ньютон продолжал настаивать на том, что он прежде всего изучал свойства света и только потом делал выводы о его происхождении. Но в то же время он не отказывался от этих выводов, продолжая настаивать на ошибочности точки зрения его оппонентов, и в этом вполне преуспел. Доводы Ньютона выглядели гораздо сильнее аргументов его противников. В будущем к силе этих доводов прибавился и научный авторитет ученого. Это впоследствии, в XVIII веке, снискало Ньютону недобрую славу сторонника неверной теории света, так как опыты по изучению интерференции, казалось бы, полностью подтвердили и волновую теорию. И только на рубеже XIX–XX веков, после открытия квантов, и тот и другой взгляд объединились в корпускулярно-волновую теорию света.
Полемика приобретала все более напряженный характер. Ее масштабы и тон начали сильно тяготить Ньютона. Он был очень подавлен и раздражен. Весной 1673 года ученый написал Ольденбургу, секретарю Лондонского Королевского общества, о своем желании выйти из состава Общества. К счастью, секретарь уговорил Ньютона не делать этого. Но уже летом ученый опять писал Ольденбургу. На сей раз он заявлял, что вообще отказывается от занятий естественными науками и не намерен более принимать участие в научной переписке.
В этот период в жизни ученого произошло еще одно разочарование. Он попытался занять кафедру гражданского права в Тринити-колледже. По всей видимости, на такой шаг Ньютона вынудили правила членства в колледже. Но поскольку его предыдущая деятельность была мало связна с юриспруденцией, администрация колледжа отдала предпочтение другому кандидату. Возможно, не только полемика, но и неопределенное положение в Кембридже стало причиной угнетенности Ньютона.
О его научной и преподавательской деятельности в этот период времени известно немного. Конечно же, он продолжал читать лекции по оптике, кроме того, преподавал географию и даже составил собственные дополнения к существующему пособию по этому предмету, а также к переводному пособию по математике.
Но отказаться от участия в полемике и тем более от исследований Ньютон не смог. Все это время он продолжал работать. Осенью 1675 года ученый закончил и отправил в Королевское общество еще один труд по оптике: «Теория света и цветов, заключающая гипотезу объяснения свойств света, изложенных автором в предыдущих мемуарах, а также описание наиболее существенных явлений различных цветов тонких пластин и мыльных пузырей, равным образом зависящих от ранее характеризованных свойств света».
Эта работа стала ответом на новые исследования Гука. В ней Ньютон еще раз предлагает компромиссную теорию, согласно которой частицы света возбуждают колебания в эфире. Кроме того, в работе изложены результаты новых опытов Ньютона и его объяснения некоторых оптических явлений. Во время чтений этой работы в Королевском обществе Гук заявил о своем приоритете во многих выводах, сделанных Ньютоном. К научной дискуссии примешались и личностные мотивы. Наш герой смог доказать самостоятельность своих выводов, но при этом признал, что использовал опыты Гука, описанные в «Микрографии». Возобновление полемики и ее перевод в новое русло привели к тому, что Ньютон принял решение больше не публиковать работы по оптике. И действительно, работу «Оптика», в которой он собрал все свои результаты и теории, касающиеся этого раздела науки, ученый издал только в 1704 году после смерти Гука, да и то после уговоров коллег.
Кроме того, весной и осенью 1676 года Ньютон опять дважды писал Ольденбургу. Тон и предмет этих писем в общих чертах такие же, как и в предыдущих. Во втором Ньютон также хорошо описывает свои мотивы: «.Я вижу, что сделался рабом философии. Когда я освобожусь от дела мистера Лукаса, я решительно и навсегда распрощусь с философией за исключением работы для себя и того, что я оставлю для опубликования после смерти; я убедился, что либо не следует сообщать ничего нового, либо придется тратить все силы на защиту своего открытия».
Однако внешне дискуссия между двумя величайшими учеными закончилась вполне мирно. Гук написал Ньютону примирительное письмо, и вражда была позабыта. К сожалению, временно.
Тут нужно сделать некоторое отступление. С начала 60-х годов XVII века Роберт Гук начал работать над изучением силы тяжести. В 1666 году он доложил Обществу некоторые результаты своих исследований, но ничего существенного не сообщил. Между тем ученый продолжал заниматься этим вопросом и в 1674 году опубликовал работу под названием «Попытка доказательства годичного движения (планет) на основании наблюдений». В этой работе Гук высказывает три гипотезы:
«Во-первых, все небесные тела производят притяжение к их центрам, притягивая не только свои части, как мы это наблюдали на Земле, но и другие небесные тела, находящиеся в сфере их действия. Таким образом, не только Солнце и Луна оказывают влияние на форму и движение Земли, а Земля на Луну и Солнце, но также Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн влияют на движение Земли; в свою очередь притяжение Земли действует на движение каждой планеты».
«Второе предположение состоит в том, что всякое тело, получившее однажды простое прямолинейное движение, продолжает двигаться по прямой до тех пор, пока не отклонится в своем движении другой действующей силой и не будет вынуждено описывать круг, эллипс или иную сложную линию».
«Третье предположение заключается в том, что притягивающие силы действуют тем больше, чем ближе тело, на которое они действуют, к центру притяжения».
Как видим, Гук высказал идею о всемирном тяготении. Конечно, он был первым, кто напрямую сформулировал эту мысль. Но, во-первых, еще Галилей, да и не только он, делал некоторые выводы, предвосхищавшие это открытие, а во-вторых, Гук, как видно из последнего утверждения, пока не смог установить математическую зависимость силы тяготения от расстояния между телами.
После смерти секретаря Лондонского Королевского общества Ольденбурга в 1679 году, Гук занял эту почетную должность. Он написал Ньютону очень теплое письмо и попросил своего бывшего оппонента восстановить переписку с Обществом. Новый секретарь даже предлагал смело критиковать его гипотезы и попросил высказаться по интересовавшему его вопросу о механизмах движения планет.
Ньютон ответил, что в данное время исследованиями не занимается и о последних работах Гука не осведомлен. Но, тем не менее, между учеными завязалась переписка. Ньютон предложил своему коллеге интересный способ определения суточного вращения Земли. Для этого было необходимо бросить некое тело с большой высоты. Поскольку на высоте скорость движения тела будет больше, чем на поверхности Земли (из-за большего расстояния от ее центра), тело упадет не прямо вниз, а несколько к востоку. Гук проделал подобный эксперимент, и результат, как будто, подтвердил предположения Ньютона. На самом деле опыт Гука не мог дать каких-либо заметных результатов и отклонение было, по-видимому, случайным. Интересно, что уже по этому вопросу у Гука возникли некоторые теоретические возражения, касающиеся характера и направления падения тела. К его чести надо сказать, что он был прав. В своем ответе Ньютон согласился с возражениями Гука, но сам ответ был написан довольно холодно.
В своем следующем письме, от 6 января 1680 года, Гук предполагает, что сила притяжения между телами пропорциональна квадрату расстояния между ними. Таким образом, мы видим, что он пришел к этому выводу самостоятельно и в ходе длительной работы над проблемой. Получив это последнее письмо, Ньютон оборвал переписку.
Молчание длилось несколько лет. В это время наш герой преподавал, занимался химическими исследованиями, управлял делами на своей ферме в Вулсторпе, продолжал давно начатую работу над своим фундаментальным трудом «Математические начала натуральной философии». Как мы уже писали, он был очень осторожен в обнародовании своих работ, предпочитая неоднократно проверять результаты, чтобы не допустить каких-либо огрех.
Между тем над проблемой движения планет по эллиптическим орбитам в то время работали многие ведущие ученые мира. Одним из них был знаменитый английский астроном Эдмунд Галлей. Летом 1684 года Галлей посетил Ньютона. Годом раньше, на основе третьего закона Кеплера[48] Галлей повторил выводы Гука. Но ни он, ни Гук не могли доказать, что под действием этой силы планеты движутся по эллиптическим орбитам. Теперь Галлей решил предложить эту задачу Ньютону.
Услышав вопрос Галлея, ученый ответил, что задача им уже решена. В ноябре Галлей получил рукопись Ньютона. Астроном ознакомился с работой и, оценив ее важность, попросил у ее автора разрешение опубликовать трактат. Ньютон дал согласие и в феврале 1685 года отправил текст в Лондонское Королевское общество. Но он не торопился и попросил только зарегистрировать рукопись, с целью обеспечить приоритет своих открытий. Вот выдержка из протокола заседания Лондонского Королевского общества:
«28 апреля 1686 года д-р Випцент передал манускрипт Ньютона под заглавием «Principia mathematica philosophiae naturalis» (Математические начала естественной философии), где дается математическое доказательство гипотезы Коперника в том виде, как она была предложена Кеплером, и все небесные движения объясняются на основании единственного предположения о тяготении к центру Солнца, обратно пропорциональном квадрату расстояния».
Ознакомившись с рукописью, Гук выразил вполне справедливое возмущение. Ведь, основываясь на открытой им закономерности, Ньютон не посчитал нужным даже упомянуть его имя. Вот что Галлей, занявшийся изданием рукописи, писал Ньютону: «Он [Гук] утверждает, что Вы заимствовали это понятие у него, хотя и соглашается, что доказательство кривой, образующейся вследствие этого, вполне Ваше собственное. Гук, по-видимому, надеется, что в предисловии, которое, может быть, Вы предпошлете Вашему труду, Вы упомянете его имя».
Но Ньютон не желал идти на компромисс. Он написал резкое письмо, в котором в свою очередь обвинил Гука в заимствовании результатов итальянского астронома Борелли. Еще в 1666 году Борелли изучил движение планет, предположил существование силы тяготения между небесными телами и описал роль этой силы в формировании эллиптических орбит. Свои выводы Борелли отправлял в Лондонское Королевское общество. Кроме того, Ньютон настаивал на том, что Гук только высказал предположение, не обосновав его математически: «Из собственных слов Гука следует, что он не знал пути решения задачи. Математики, открывающие и определяющие все, должны удовлетворяться тем, что они только сухие счетчики и слабые работники, а кто-то другой, ничего не сделавший, но претендующий на все и все захватывающий, будет забирать все открытия себе».
Ньютон был так расстроен новым спором о приоритете, что даже собирался отказаться от публикации своей работы. Конечно, горечь, которую испытал ученый, вполне понятна. Ведь одной своей гениальной догадкой Гук опередил его длительный и кропотливый труд. Но фактически в вопросе приоритета он был не прав. Возможно, понимая это, Ньютон в конце концов решает опубликовать «Начала», упомянув в них Гука. В 1687 году одна из наиболее важных работ в истории физики увидела свет. О содержании этой работы и ее значении мы расскажем ниже.
Казалось бы, очередной спор между Гуком и Ньютоном был закончен вполне мирно. Но по некоторым сведениям, Ньютон продолжал питать жгучую ненависть к своему противнику. Гук стал единственным членом Лондонского Королевского общества, портрет которого до нас не дошел. Согласно легенде, виноват в этом не кто иной, как Ньютон. После смерти Гука он принял предложение стать главой Королевского общества. Одним из первых его действий, якобы, было уничтожение бумаг покойного и его портретов.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.