«Случилось яблоку, упавши, прервать
глубокие Ньютона размышленья…
…Нашел он этим способ доказать
весьма наглядно силу притяженья,
с паденьем, стало быть, и с яблоком лишь он
был в силах справиться с адамовых времен».
Лорд Байрон, поэт.
Из цикла «Жизнь замечательных идей: Закон Всемирного тяготения»
Нет, никакие яблоки на голову великому физику не падали.
Легенду про то, как Ньютон открыл закон всемирного тяготения, получив яблоком по макушке, придумал Вольтер.
Причем сам Вольтер уверял, что эту правдивую историю ему рассказала любимая племянница Ньютона Кэтрин Бартон.
Вот только странно, что ни сама племянница, ни ее очень близкий друг Джонатан Свифт, тоже, между прочим, сочинитель, ни даже муж Кэтрин — Кондуитт — в своих воспоминаниях о Ньютоне про судьбоносное яблоко никогда не говорили.
Кстати, и сам сэр Исаак Ньютон, подробно записывая в своих тетрадях результаты экспериментов по падению разных тел, упоминал только сосуды, наполненные золотом, серебром, свинцом, стеклом, песком, водой или пшеницей. Но никак не яблоки…
Впрочем, это не помешало потомкам Ньютона водить экскурсантов по саду в имении Вулсторп и показывать им ТУ САМУЮ яблоню, пока ее не сломала буря.
Да, яблоня была! И яблоки по осени с нее наверняка падали.
Но насколько велика заслуга яблок в деле открытия закона всемирного тяготения?
«Я не понимаю, как этот случай мог ускорить или замедлить это открытие». Немецкий математик и астроном Карл Гаусс.
Споры о яблоке не затихают вот уже три сотни лет. Равно, как и споры о самом законе всемирного тяготения. Вернее о том, кому принадлежит приоритет открытия.
28 апреля 1686 года. Лондон. Королевское Общество.
Из протокола заседания Королевского общества: «28 апреля 1686 года доктор Винсент передал манускрипт Ньютона под заглавием «Математические начала натуральной философии», где дается математическое доказательство гипотезы Коперника в том виде, как она была предложена Кеплером, и все небесные движения объясняются на основании единственного предположеия о тяготении к центру Солнца, обратно пропорциональном квадрату расстояния».
«Математические начала» Ньютона вот уже более трех веков считаются наиболее замечательным творением человеческого гения. Эта книга стала главным источником всех последующих открытий в астрономии, физике, математике и технике.
Приступая к работе над «Началами», Ньютон, по сути, преследовал только одну цель – вывод и доказательство закона всемирного тяготения. Но на деле в этой книге он создал всю современную механику. До Ньютона механики, как науки, не существовало.
Ньютон написал свою гениальную книгу в поразительно короткие сроки – примерно за год, может быть, за полтора.
Но еще более удивительно, что писал он ее не по собственной инициативе! Эдмунд Галлей попросил его об этом.
Галлей приехал в Лондон летом 1684 года. Будущий королевский астроном в тот момент был всецело поглощен движением кометы, за которой он два года назад наблюдал из своей домашней обсерватории в Айлингтоне.
Комету эту, кстати, впоследствии назовут его именем. Но это произойдет только через семьдесят пять лет, в очередной год ее появления, предсказанный королевским астрономом. А пока – летом 1684-го – Галлей, пытаясь рассчитать орбиту зловещей звезды с помощью гармонических пропорций Кеплера, неожиданно сделал открытие, что центростремительная сила должна снижаться обратно пропорционально квадрату расстояния.
Но закон обратных квадратов не давал ответ на главный вопрос: по какой орбите движется комета. С этим вопросом Галлей и приехал в Лондон к своим друзьям – архитектору и математику Кристоферу Рену и физику-экспериментатору Роберту Гуку.
И Рен, и Гук согласились с предположением Галлея, что кометы, как и планеты, движутся по вытянутым эллипсам. Более того, Гук заявил, что ему это давно известно. И что он – Гук – уже определил законы небесного движения.
Однако математических доказательств ни у Гука, ни у Рена не было.
И тогда Галлей отправился в Кембридж к Ньютону.
Из письма Ньютона Галлею: «Гук имеет лишь отдаленное представление о всемирном тяготении, основанное лишь на догадке. Одно дело изобретать гипотезы, другое – доказывать их. Гук имеет не большее право на закон обратных квадратов, чем Кеплер имеет право на закон эллипсов: догадки не считаются, а доказательств у Кеплера не было».
Август 1684 года. Начало.
«Как вы думаете, сэр, по какой кривой двигалось бы небесное тело, если бы сила притяжения его Солнцем была бы все время обратно пропорциональна расстоянию от него?» — спросил Галлей Ньютона.
«Эллипс, разумеется. Я вычислил это. У меня где-то есть доказательство. Я пришлю вам его позже», — ответил Ньютон.
Ньютон лукавил, обещая Галлею прислать готовые расчеты. В тот момент у него еще не было никаких доказательств. Но, тем не менее, он сдержал обещание. И уже в ноябре 1684 года отправил Галлею некую рукопись – заметки о движении.
Так что встречу Ньютона и Галлея можно считать точкой отсчета. Здесь начинается великая книга Ньютона. Здесь начинается путь к открытию.
В конце 1684 года Ньютон также выслал первый заявочный текст своего сочинения о законах движения в Лондонское Королевское общество. А уже весной 1686 года Ньютон отправил в Лондон первую книгу «Математических начал». И 28 апреля книга была представлена на заседании Королевского общества.
Председателем заседания был Джон Хоскинс, вице-президент Королевского общества и близкий друг Роберта Гука.
В ходе дискуссии Хоскинс отметил тот уникальный факт, что Ньютон в одиночку смог разработать всю огромную тему книги без каких-либо помощников или соавторов.
Тут Гук не выдержал и обвинил Ньютона в том, что он украл у него закон всемирного тяготения.
Из письма Галлея Ньютону: «Есть еще одна вещь, о которой я должен вас информировать, а именно о том, что мистер Гук имеет кое-какие притязания на открытие закона изменения тяжести, которая затухает пропорционально расстоянию от центра. Он сказал, что Вы заимствовали эту идею у него. Что из этого правда, а что нет – Вы знаете лучше меня, как знаете лучше меня и то, как поступить Вам в данном вопросе. Во всяком случае, мистер Гук, по-видимому, ожидает, что Вы должны каким-то образом отметить его в предисловии, которое, возможно, вы сочтете нужным предпослать вашему труду…»
За 23 года до открытия. Лондон. 1661 год.
О том, что между движением планет и силой тяжести существует некая связь, было известно задолго до Ньютона. В частности, Кеплер в своем труде «Тайна Вселенной», изданном в конце шестнадцого века, смело утверждал, что Луна движется вследствие земного притяжения.
В 1661 году Королевское общество, которое, к слову говоря, тогда еще не было официально утверждено, поручило особой комиссии исследовать вопрос о природе тяжести. Председателем комиссии был назначен известный английский химик и физик Роберт Бойль. К решению задачи Бойль привлек своего молодого и очень талантливого ассистента Роберта Гука.
Гук был прирожденным физиком-экспериментатором. В общей сложности за всю свою жизнь он сделал около 500 научных и технических открытий. Но только одно из них — закон упругой деформации — носит имя Гука. Все остальные открытия, составляющие основу современной науки, приписываются другим ученым. В том числе и знаменитый закон газового состояния, который открыл Гук, и который вошел во все университетские курсы физики как закон Бойля-Мариотта.
В силу особенностей характера Гук редко доводил начатое до конца и никогда не патентовал свои открытия. Ему было жалко тратить время на доказательство приоритета.
В марте 1666-го года Гук представил Королевскому обществу свой первый доклад об экспериментах с силой тяжести. И хотя первые его попытки найти зависимость между весом тела и высотой над землей закончились неудачно, Гук все же высказал предположение, что сила тяготения подобна магнитной или электрической силе.
Через два месяца, в мае, он вновь возвращается к этой теме. На сей раз его доклад называется: «Об искривлении прямолинейного движения под влиянием притягательной силы».
А через восемь лет – в 1674-ом году – Гук представляет Королевскому Обществу диссертацию: «Попытка доказать движение Земли посредством наблюдений».
Из диссертации Роберта Гука: «Я изложу теперь систему мира, которая отличается во многих отношениях от до сих пор известных, но которая во всех отношениях согласуется с обычными законами механики…»
Забегая вперед, скажем, что все предположения Гука о движении планет и тяготении, высказанные им в этой работе, повторил потом Ньютон в своих «Математических началах». Только у Ньютона эти неуверенные предположения приобрели математические доказательства.
Гук написал условия задачи и дал правильный ответ, а Ньютон эту задачу решил.
Из письма Ньютона Галлею: «Математики, которые все открывают, все устанавливают и все доказывают, должны довольствоваться ролью сухих вычислителей и чернорабочих. Другой же, который ничего не может доказать, а только на все претендует и все хватает на лету, уносит всю славу как своих предшественников, так и своих последователей… И вот я должен признать теперь, что я все получил от него и что я сам только подсчитал, доказал и выполнил всю работу вьючного животного по изобретениям этого великого человека…»
За двенадцать лет до открытия. Лондон. 1672 год.
Первая ссора Ньютона и Гука произошла в феврале 1672 года, когда на заседании Королевского Общества был зачитан мемуар Ньютона «Новая теория света и цветов».
Ньютон был тогда начинающим провинциальным ученым из Кембриджа и его только что приняли в Королевское Общество. А Роберт Гук к тому времени был уже достаточно широко известен и уже десять лет как исполнял в Королевском Обществе обязанности куратора экспериментальных работ. Кроме того Гук был признанным авторитетом в области теории света и цвета.
Гук выступил против теории Ньютона. Более того, он подготовил специальный доклад: «Размышления мистера Гука относительно сообщения мистера Ньютона о свете и цвете».
Ньютон был вынужден вступить в полемику.
Этот спор о природе света длился четыре года. Гук писал Ньютону достаточно злые, но очень остроумные письма. Ньютон отвечал на них с плохо скрываемым раздражением.
В марте 1673-го, устав от перепалки с Гуком, Ньютон попросил исключить его из членов Королевского общества.
Секретарю Общества Ольденбургу едва удалось переубедить Ньютона. Ньютон остался в Королевском обществе, но объявил, что больше не будет заниматься философскими вопросами.
Последней серией оскорбительных писем Ньютон и Гук обменялись в начале 1676 года. Некоторые письма они посылали друг другу через секретаря Королевского Общества Ольденбурга. Таким образом приватная переписка превратилась в публичный диспут.
Из переписки Ньютона и Гука:
«Мистер Ньютон повторил мою гипотезу о пульсации волн…»
«Мистер Гук обязан своими теориями Декарту и другим ученым…»
«Ньютон только закончил ту картину, которую я начал, но не мог закончить по недостатку времени…»
«Мистер Гук показал свою неспособность приложить к решению задач оптики точные измерения, что и пришлось сделать мне…»
За 5 лет до открытия. Лондон. 1679 год.
Поздней осенью 1679 года Гук, который в тот момент исполнял обязанности секретаря Королевского Общества, предложил Ньютону забыть прежние распри и высказаться о законах движения тел.
Из письма Гука Ньютону: «Я почел бы большой честью, если бы вы сообщили письмом ваши возражения против любой моей гипотезы или мнения, в частности, если бы вы ознакомили меня с вашими мыслями о том, что небесные движения планет складываются из прямого движения по касательной и притягательного движения к центральному телу».
Но в то время Ньютон – и это доподлинно известно! – совершенно не интересовался ни планетами, ни их орбитами, ни законами притяжения. В то время его интересовало только одно: превращение металлов в золото. Да-да, великий физик двенадцать лет своей жизни отдал алхимии.
Благо, профессорская деятельность не отвлекала Ньютона от поисков философского камня. Потому что лекции Ньютона в Кембридже, как впоследствии вспоминал его секретарь, «мало кто посещал и еще меньше того понимал».
Первое письмо Гука Ньютон оставил без внимания. Получение подтвердил, но от обстоятельного ответа уклонился. Тем не менее, Гуку удалось втянуть Ньютона в дискуссию. И они обменялись несколькими письмами.
В одном из них Ньютон высказал некое ошибочное предположение о траектории падения тел. Гук тут же указал Ньютону на эту ошибку. И Ньютон немедленно… прекратил переписку.
Может быть, в тот момент у него просто не было правильного ответа. А может быть, он не хотел вновь спорить с Гуком.
Из письма Ньютона Галлею: «Существо того, что происходило между мистером Гуком и мной таково. Он настойчиво просил, чтобы я присылал ему ответы на те или иные философские вопросы… Я взял простейший для вычисления случай и определил условия настолько точно, насколько смог. Он же ответил, что сила тяжести не однородна и поэтому условие будет иное… Но я вспоминаю и то, что примерно за девять лет до этого сэр Кристофер Рен был у мистера Донна и я дал ему, Рену, полный обзор проблемы определения небесных движений на научных принципах. Это было за год или два до того, как я получил письма Гука…»
За 19 лет до открытия. Имение Вулсторп. 1665 год.
В 1665 году в Англии разразилась эпидемия чумы. Все, у кого была такая возможность, спешно покидали столицу. Ньютон, только что закончивший колледж и получивший степень бакалавра, уехал из Кембриджа в свое имение Вулсторп. Считалось, что в деревне меньше шансов заразиться.
Ньютон прожил в Вулсторпе два года. По его собственному признанию в эти два чумных года он был в расцвете своих изобретательских сил и думал о математике и философии более, чем когда-либо.
Именно в это время, если верить более поздним дневниковым записям Ньютона, он впервые задумался о притягательной силе материи, сосредоточенной в центре земли.
Из дневников Ньютона: «В том же году я начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны, нашел, как оценить силу, с которой шар, вращающийся внутри сферы давит на поверхность этой сферы…»
В одном из писем Ньютон уверял Галлея, что первые расчеты были сделаны им в тот самый Вултсторпский период. То есть раньше первой публикации Гука. И уж точно независимо от нее.
Ньютон чрезвычайно серьезно относился к вопросам приоритета. Он говорил, что каждый ученый должен однажды сделать выбор: либо ничего не публиковать, либо потратить жизнь на публикации и борьбу за свой приоритет.
Сам Ньютон почти ничего не публиковал, но при этом постоянно боролся за свой приоритет.
В споре за права на закон всемирного тяготения, Роберт Гук был, пожалуй, в более выгодном положении. Поскольку его первая публикация на эту тему датирована 1666 годом. Ньютон же ничего не публиковал ни в 1665 году, когда он, по его собственным словам, сделал первые расчеты, ни в 1679, после переписки с Гуком. А о бумагах Ньютона мы знаем только с его собственных слов…
Из письма Ньютона Галлею: «В бумагах, написанных более 15 лет тому назад, я выразил обратную квадратичную пропорциональность тяготения планет к Солнцу в зависимости от расстояния и вычислил правильное отношение земной тяжести и стремление Луны к центру Земли, хотя и не совсем точно…»
За 24 года до открытия. Лондон. 1660 год.
В 1660 году соотечественник Ньютона Джильберт издал книгу «О магните». В этой книге он сравнил действие Земли на Луну с действием магнита на железо. Чуть позже Джильберт развил собственную гипотезу и уточнил, что это влияние двух планет прямо пропорционально их массам.
Джильберта можно назвать предшественником Ньютона в деле открытия закона всемирного тяготения. Как и Кеплера, Гюйгенса, Борелли…
Свои сображения о том, что существует некоторое естественное стремление небесных тел к соединению друг с другом, итальянец Борелли высказал еще в 1666 году. Ньютон знал об этой работе и упомянул ее в одном из писем к Галлею. Не уточняя, однако, какое влияние рассуждения Борелли оказали на рассчеты Ньютона.
По большому счету предшественников Ньютона можно отыскать и в более глубокой древности. Потому что еще в третьем веке до нашей эры астрономы Китая и астрологи ближнего Востока высказывали предположение, что приливы и отливы на Земле происходят под влиянием Солнца и Луны.
А можно вести отсчет от Коперника, то есть, с момента перехода от геоцентрической к гелиоцентрической системе мира.
Но сам Ньютон считал, что своим открытия он обязан трудам только одного ученого – Кеплера: «Математическую формулу, выражающую закон всемирного тяготения, я вывел из изучения знаменитых законов Кеплера».
И категорически не хотел признавать заслуги Гука!
Из письма Ньютона Галлею: «Борелли кое-что сделал в этой области и скромно об этом написал. Он же не сделал ничего, но написал так, как будто бы он знал и достаточно откровенно намекал: все, что осталось сделать после него, – это только провести нудную работу вычислений и наблюдений, и тем избавил себя от этих трудов по причине занятости другими делами; а он должен был бы исключить себя из рассмотрения этих вопросов по причине его неспособности…»
Через 3 года после открытия. Лондон. 1687 год.
Летом 1687 года «Математические начала натуральной философии» Ньютона вышли в свет. Отпечатана книга была на собственные деньги Эдмонда Галлея и в рекордно короткие даже для нашего времени сроки: набор с рукописи, чтение корректур и печать – все ровно за четыре месяца.
Сдавшись под натиском Галлея, Ньютон все же упомянул в своей книге Гука. Но в весьма оригинальной форме. Ньютон написал, что идея об обратной пропорциональности силы притяжения квадрату расстояния принадлежит помимо него самого также Галлею, Рену и Гуку.
Галлей и Рен никакого отношения к закону не имели. Поэтому для Гука оказаться в подобной компании было оскорбительно.
Академик Вавилов, исследователь творчества Ньютона: «Ньютон был, очевидно, неправ: скромные желания Гука имели полное основание. Написать «Начала натуральной философии» в 17 веке никто, кроме Ньютона не мог, но нельзя оспаривать, что программа, план «Начал» был впервые набросан Гуком».
Королевское Общество не удовлетворило аппеляции Гука, хотя и признало его величайшие заслуги. Приоритет открытия закона всемирного тяготения остался за Ньютоном.
Гук так и не смог смириться с этим решением. Но и Ньютон, признанный современниками еще при жизни гениальным ученым, тоже так и не признал заслуги своего предшественника.
Более того, опасаясь нарваться на очередной научный спор с Гуком, Ньютон не публиковал свою «Оптику» тридцать лет, дожидаясь смерти непримиримого оппонента. И все эти годы отказывался от поста Президента Королевского Общества. Лишь после смерти Гука Ньютон согласился переехать в Лондон. И первое, что он сделал, став президентом, уничтожил все инструменты, все бумаги и портреты Гука.
Поэтому нам доподлинно не известно, как выглядел один из самых талантливых физиков-экспериментаторов 17 века Роберт Гук.
Зато портретов сэра Исаака Ньютона сохранилось предостаточно.
И имение Ньютона в Вулсторпе время тоже пощадило.
Вот только той самой яблони давно уже нет.
А ведь была яблоня, была. И яблоки с нее по осени, конечно же, падали…
Из воспоминаний современника Ньютона Стекелея: «После обеда погода была жаркая; мы перешли в сад и пили чай под тенью нескольких яблонь; были только мы вдвоем. Между прочим, сэр Исаак сказал мне, что точно в такой обстановке он находился, когда впервые ему пришла в голову мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока, когда он сидел, погрузившись в думы…»