Kitabı oku: «Исаак Ньютон. Его жизнь и научная деятельность», sayfa 4
По замечанию Огюста Конта, дифференциальное исчисление, или анализ бесконечно малых величин, есть мост, перекинутый между конечным и бесконечным, между человеком и природой: глубокое познание законов природы невозможно при помощи одного грубого анализа конечных величин, потому что в природе на каждом шагу – бесконечное, непрерывное, изменяющееся.
Ньютон создал свой метод, опираясь на прежние открытия, сделанные им в области анализа, но в самом главном вопросе он обратился к помощи геометрии и механики.
Когда именно Ньютон открыл свой новый метод, в точности неизвестно. По тесной связи этого способа с теорией тяготения следует думать, что он был выработан Ньютоном между 1666 и 1669 годами и во всяком случае раньше первых открытий, сделанных в этой области Лейбницем.
ГЛАВА IV
Отражательный телескоп. – Избрание в члены Королевского общества. – Дальнейшие работы по оптике. – Полемика. – Ошибки Ньютона: ахроматизм и теория волнообразного движения. – Исследование мыльных пузырей. – Теория “фазисов легкого отражения и преломления”
Возвратившись в Кембридж, Ньютон занялся научною и преподавательскою деятельностью. С 1669 по·1671 год он читал лекции, в которых излагал свои главные открытия относительно анализа световых лучей; но ни одна из его научных работ еще не была опубликована. Ньютон все еще продолжал работать над усовершенствованием оптических зеркал. Отражательный телескоп Грегори с отверстием в середине объективного зеркала не удовлетворял Ньютона. “Невыгоды этого телескопа, – говорит он, – показались мне весьма значительными, и я счел необходимым изменить конструкцию, поставив окуляр сбоку трубы”.
Известно, что изобретение телескопа как научного прибора, а не игрушки, было сделано Галилеем в том самом году (1609), когда явилась в печати “Новая астрономия” Кеплера. Узнав от своих парижских друзей об игрушке, изобретенной голландцем Янсенсом для принца Морица, Галилей тотчас догадался, каков принцип этой конструкции, и, так сказать, переоткрыл его вновь. Восторженные отзывы Галилея о первых построенных им телескопах весьма характерны. “Мне удалось наконец, – восклицает он, – соорудить столь превосходный инструмент, что в него можно видеть предметы в тысячу раз большими и в тридцать раз приближенными по сравнению с простым глазом”. Понятие об увеличении выражено здесь еще в совсем наивной форме.
В наше время трудно себе представить, какое впечатление произвело изобретение телескопа на ученый мир и на всех образованных людей того времени. С восторгом говорили о том, что планеты кажутся в телескоп гораздо больше самых ярких звезд, что Юпитер представляется чем-то вроде полной Луны и что можно ясно различить его шарообразную форму. Великий Кеплер сгорал от нетерпения, ожидая каждый новый номер “Звездного вестника”, в котором Галилей публиковал свои открытия.
Тем не менее в области техники телескопного дела оставалось еще много работы. Ньютон сначала пытался шлифовать увеличительные стекла, но после открытий, сделанных им относительно разложения световых лучей, он оставил мысль об усовершенствовании преломляющих телескопов и взялся за шлифовку вогнутых зеркал.
Впервые о построенном им телескопе великий ученый сообщил в письме, обращенном к врачу Эту, одному из учредителей Лондонского королевского общества. Телескоп был весь сделан собственными руками Ньютона. В его инструмент можно было ясно видеть четыре спутника Юпитера и фазы Венеры. Главным преимуществом своего телескопа Ньютон считал его малые размеры: шестидюймовый маленький инструмент его был не хуже тогдашних четырехфутовых преломляющих труб. Впоследствии надежды Ньютона оказались преувеличенными: он думал, например, что шестифутовый телескоп его конструкции будет равной силы с наилучшею стофутовой преломляющей трубой.
Не ограничиваясь этим, Ньютон полагал, что вообще не стоит тратить времени на усовершенствование преломляющих телескопов. Источником такого мнения было теоретическое заблуждение Ньютона: он был уверен в невозможности уничтожить в преломляющих телескопах радужную окраску контуров, вредящую ясности изображения.
Сделанный Ньютоном телескоп может с полным правом считаться первым отражательным телескопом. Хотя Грегори раньше Ньютона дал теорию своего телескопа и построил модель, но выполнение этой модели он предоставил потомству. Знаменитые тогдашние английские практические оптики Райвз и Кокс по заказу Грегори пытались отполировать зеркало шестифутового радиуса, но эта работа им не удалась, и Грегори собирался ехать в Голландию, да так и не поехал. Поэтому Ньютон имел право выставить на своем телескопе подпись: “Первый отражательный телескоп”.
Успех первого сделанного опыта побудил Ньютона к дальнейшим работам. Несмотря на то что как раз в это время Ньютон занимался теорией преломления, методом бесконечно малых и гипотезой всемирного тяготения, он принялся за новую работу и снова сделал вручную еще один телескоп больших размеров и лучшего качества.
Этот инструмент возбудил в Кембридже самый живой интерес.
Один из кембриджских профессоров в свою очередь взялся за работу и по указаниям Ньютона сделал еще более хороший инструмент. Об этих телескопах узнало наконец Лондонское королевское общество, которое обратилось к Ньютону через посредство своего секретаря Ольденбурга с просьбою сообщить подробности изобретения. В 1670 году Ньютон передал свой телескоп Ольденбургу – событие весьма важное в его жизни, так как этот инструмент впервые сделал имя Ньютона известным всему тогдашнему ученому миру.
11 января 1671 года было заявлено на заседании Лондонского королевского общества, что телескоп Ньютона был показан королю и рассмотрен комиссией, состоявшей из председателя общества Морэя и членов: Ниля, Рена и Гука. Эти ученые (исключая завистливого Гука) выразили самое лестное мнение об изобретении Ньютона и, желая обеспечить за ним первенство открытия, посоветовали Ньютону составить описание своего прибора и послать одному из первых тогдашних астрономов и математиков, голландцу Гюйгенсу, жившему в то время в Париже. По соглашению с Ньютоном секретарь Королевского общества Ольденбург взялся составить латинское описание, которое по исправлении его Ньютоном было послано Гюйгенсу. Телескоп, сделанный руками Ньютона, до сих пор хранится в библиотеке Лондонского королевского общества.
В конце 1670 года Ньютон был избран в члены Лондонского королевского общества. 23 декабря доктор Уард, известный епископ, автор нескольких астрономических сочинений и профессор астрономии в Оксфорде, предложил Ньютона в члены общества, основывая его права главным образом на изобретении телескопа. Предложение епископа было принято. Избрание доставило Ньютону величайшее удовольствие, о чем он вполне искренне заявляет в письме на имя Ольденбурга: “Постараюсь выразить свою благодарность, сообщая то, что могут произвести скромные усилия одинокого труженика”. Вскоре после того Ньютон послал Ольденбургу письмо, в котором впервые известил общество о своих оптических открытиях. Письмо это весьма интересно. Ньютон пишет: “Я хочу сообщить обществу о философском открытии, которое и побудило меня сделать названный телескоп; не сомневаюсь, что общество поблагодарит меня за это сообщение гораздо больше, чем за мой инструмент, так как, по моему мнению, это мое открытие (речь идет о разложении лучей света) есть самое удивительное, если не самое важное, какое до сих пор было сделано относительно явлений природы”.
6 февраля Ньютон действительно написал Ольденбургу письмо, в котором изложил свои основные опыты. Письмо это возбудило чрезвычайно живой интерес среди членов общества. Собрание постановило “передать автору торжественное изъявление благодарности за его остроумный трактат”. Было выражено желание, чтобы этот трактат немедленно появился в печати, “дабы его лучше могли рассмотреть философы” и с целью “оградить автора от посягательств других лиц”. Подробное рассмотрение письма Ньютона и составление доклада были поручены епископу Уарду вместе с Бойлем и Гуком.
Внимание Королевского общества к Ньютону было для него сильной нравственной поддержкой, и он с величайшей готовностью согласился на напечатание своего трактата в “Известиях” общества (“Philosophical Transactions”, журнал, издающийся до сих пор). Ньютон пишет по этому поводу Ольденбургу: “Чрезвычайно приятно излагать свои открытия не предубежденной толпе, но столь правдивому и беспристрастному обществу”. В то время Ньютона еще не коснулись интриги, слишком обыкновенные в ученом мире.
В первых оптических трактатах, присланных им обществу, Ньютон намечает также основания теории цвета тел, которая гораздо сложнее, чем вопрос о разложении лучей призмою.
В то время Ньютон произвел немало опытов, имевших целью обратное соединение известных лучей в бесцветные. Простейший способ состоит в том, чтобы к призме приложить другую такую же призму, так как обе вместе образуют тело с параллельными гранями, причем лучи, пройдя сквозь это тело, принимают направление, параллельное тому, которое они имели с самого начала. Ньютон старался пояснить соединение цветных лучей более популярными, хотя и менее научными способами. Так, он вращал круги, оклеенные цветными секторами, а также смешивал разноцветные порошки. При смешении сурика с синькой, охрой и зеленой краской получилась грязно-белая смесь; но при ярком освещении такого порошка, рассыпанного по полу, Ньютон достиг того, что он казался белее бумаги. Этот опыт был уже переходом к изучению цвета тел.
Освещая предметы разными цветными огнями, получаемыми, например, при помощи цветных фонарей, Ньютон заметил, что всякий цвет выигрывает, то есть кажется более ярким от освещения однородным с ним светом: так, красные предметы кажутся наиболее яркими при освещении красным огнем, тогда как зеленые предметы при этом кажутся почти черными. Эти опыты навели Ньютона на мысль, что цвет тел вовсе не так присущ им при всяких условиях, как, например, протяжение или тяжесть. Цвет есть результат отражения цветных лучей, и если лучей данного качества не имеется, то и соответствующий цвет тел вовсе пропадает. Нет поэтому тел “существенно зеленых”, но всякое тело становится зеленым при освещении одними зелеными лучами, что легко наблюдать при горении бенгальских огней. Наоборот, если в лучах данного света нет зеленых лучей, то все предметы, казавшиеся при солнечном свете зелеными, примут иной цвет. Одним словом, и здесь, как в явлениях спектра, главную роль играют падающие лучи, а не предмет, ими освещенный.
Как и следовало ожидать, теории Ньютона не были приняты без борьбы. Тотчас вслед за письмом Ньютона, где излагались его главные открытия по оптике, появилось в тех же “Известиях” Лондонского королевского общества письмо французского иезуита Пардиса, профессора математики в Клермоне. Иезуит этот пытался объяснить явления преломления, исходя из опытов Гримальди над светорассеянием, – мысль блестящая и совершенно в духе гипотезы волнообразного движения, но доказательство ее оказалось не по силам Пардису, и, убежденный возражениями Ньютона, он уступил его доводам и прислал по этому поводу весьма лестное письмо. Еще более слабы были возражения люттихского врача Линюса; но они привели к тому, что один из его учеников, Гаскойн, решился вместо голословной полемики взяться за опыты, и по его просьбе опыт был сделан талантливым ученым Люкасом в Люттихе. Люкас описал свои опыты в статье, где отдает должное Ньютону и подтверждает все его результаты кроме одного. Хотя призма Люкаса имела такой же преломляющий угол, как у Ньютона, но была, очевидно, сделана из стекла другого качества. В то время как у Ньютона длина спектра превышала ширину в пять раз, у Люкаса длина была больше ширины лишь в три с половиной раза. Опыты Люкаса были первым шагом к открытию ахроматических стекол, которые, преломляя свет, то есть изменяя направление лучей, не дают, однако, ни цветных лучей, ни цветной окраски рассматриваемым предметам. Очевидно, что такое явление невозможно с двумя однородными призмами, но если взять призмы из различных сортов стекла, то можно подобрать их так, что две вместе взятые призмы дадут ахроматическое преломление. Этого и достигли Голль, Доллонд и Блэр уже после смерти Ньютона.
