Владимир Карцев - Ньютон

• Название: Ньютон
• Автор: Владимир Карцев
• Издательство: Издательство; «Молодая гвардия»
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1987

Книга известного советского учёного и писателя В. П. Карцева представляет собой первое на русском языке научно-художественное жизнеописание одного из величайших мыслителей мира — английского математика, физика, механика и астронома Исаака Ньютона, оказавшего воздействие на всё развитие науки вплоть до нашего времени. Книга построена на обширном документальном материале, отечественном и зарубежном. Она содержит также широкое полотно общественной и научной жизни Англии конца XVII — первой половины XVIII века.

Рецензенты: доктор физико-математических наук, профессор В. В. Толмачёв, кандидат филологических наук, член СП СССР Б. Н. Тарасов.

---

Причина столь яростной оппозиции Гука по отношению к статье Ньютона вполне ясна и объяснима: и доктрина Ньютона, и гипотеза Гюйгенса-Гука не могли быть в то время строго доказаны. Корпускулярно-волновой дуализм света — мирное решение споров Гука и Ньютона, принадлежит лишь двадцатому веку. И Гук, и Ньютон были каждый по-своему правы. Но вот оно — отличие таланта от гения: если Гук насмерть стоял на своей волновой гипотезе, то Ньютон признавал и корпускулярную и волновую, надеясь даже создать компромиссную теорию.

Гении видят на сотни лет вперёд.

ЭФИР

Бесконечная тяжба с оппонентами выбивала Ньютона из колеи. После первого опыта он не мог больше писать о цветах. Но понимал, что для поддержания своей позиции в Королевском обществе, ему нужно было бы представить туда какой-то новый мемуар. Ньютон стал собирать сохранившиеся наброски. Просмотрев их, он решил кое-что добавить, что заняло несколько дней. Викинса засадил за переписку. В результате появились две работы: «Трактат о наблюдениях», который стал зародышем второй части будущей книги «Оптика», и «Гипотеза, объясняющая свойства света, изложенные в нескольких моих статьях».

В сопроводительном письме Ньютон пытался разъяснить изменение своей позиции.

Ньютон — Ольденбургу

«Сэр, когда-то я обещал никогда не обнародовать гипотез о свете и цветах, боясь, что это послужит средством вовлечения меня в пустые споры; надеюсь, однако, что провозглашённое мною ранее решение не отвечать ни на что, похожее на возражения… всё-таки сможет защитить меня от этой опасности.

…Я счёл, что подобная гипотеза сделает значительно нагляднее тот мемуар, который я Вам обещал; как раз на этой неделе у меня выдалось свободное время, и я не удержался, наскоро собрал свои мысли и добавил гипотезу, не заботясь о том, покажется ли она возможной или невероятной…

…По перечёркиваниям и вставкам между строк Вы можете видеть, что гипотеза набросана наскоро, и я не имел времени её переписать, что заставляет меня оставить за собой право сделать добавления; я хотел бы также, чтобы Вы вернули мне как эту, так и другие статьи по миновании надобности…»

В очередном письме Ольденбургу, поясняющем подробности одного из опытов (стекло при опытах по электричеству должно быть ближе к столу, чем он утверждал ранее), содержится примечательная приписка.

Ньютон — Ольденбургу, Кембридж

14 декабря 1675 года

«…Прошу передать мой почтительный привет г. Бойлю, если Вы его увидите, и поблагодарить его за беседу, которой он меня удостоил этой весной. Моя идея поймать эфир в западню, как ему угодно было выразиться, думается мне, не так смешна, как ему казалось…»

В «Гипотезе» Ньютон впервые делится своими мыслями о внутренней структуре материи и устройстве природы.

Прежде всего он решил показать своему основному оппоненту — Гуку, что корпускулярная доктрина вовсе не противоречит его вибрационной гипотезе. «Гипотеза о телесности света, если бы я предлагал таковую, имеет значительно большее родство с собственной гипотезой оппонента, чем это ему, по-видимому, известно; колебания эфира полезны и необходимы и в той и в другой. Ибо, если предположить, что лучи света являются малыми телами, испускаемыми во все стороны светящими субстанциями, то лучи эти, ударяясь о преломляющую или отражающую поверхность, должны бы возбуждать в эфире колебания столь же необходимо, как камни в воде, когда они в неё брошены».

Речь идёт не более не менее как о компромиссной, корпускулярно-волновой теории света!

«Если бы мне пришлось принять какую-нибудь гипотезу, — продолжает автор, — я выбрал бы эту, но высказанную в более общей форме, без определения того, что такое свет, кроме того, что он есть нечто, способное возбуждать колебания в эфире…» «Я заметил, — пишет далее Ньютон, — что головы некоторых великих виртузов очень склонны к гипотезам… Сам я не буду принимать ни этой, ни какой-либо другой гипотезы… Однако, излагая гипотезу, во избежание многословия и для более удобного представления её, я буду иногда говорить о ней так, как будто бы я её принял и верю в неё».

Какова же эта гипотеза? Прежде всего предполагается, что «существует некая эфирная среда, во многом имеющая то же строение, что и воздух, но значительно разреженнее, тоньше и эластичнее. Немаловажным аргументом существования такой среды является то, что движение маятника в стеклянном сосуде с выкачанным воздухом прекращается почти столь же быстро, как и на открытом воздухе. Нельзя, однако, предполагать, что эта среда есть однородная материя: она складывается частью из основного косного тела эфира, частью из других различных эфирных газов во многом подобно тому, как воздух слагается из косного тела воздуха, перемешанного с различными парами или выдыханиями. В пользу такой разнородности, по-видимому, говорят электрические и магнитные истечения, а также тяготение. Может быть, общий остов природы не что иное, как различные сплетения некоторых эфирных газов или паров, конденсируемых как бы осаждением, подобно тому, как пары сгущаются в воду, или выдыхания в более грубые субстанции, хотя и не столь легко».

В существовании эфирной среды Ньютона убеждает не только неверно истолкованное им затухание колебаний маятника в вакууме — в этом Ньютона убеждают магнитные и электрические явления, оказывается, тоже исследованные им.

Ньютон, признавая эфир, тем не менее категорически отказывается от мнения Гука и Декарта, предполагающих, что колебания эфира — это и есть свет. «Свет не эфир, не его колебательное движение, но нечто иное, распространяющееся от светящихся тел. Желающие могут предполагать его агрегатом различных перипатетических свойств. Другие могут предполагать, что свет — множество невообразимо малых и быстрых корпускул различных размеров… Некоторые просто сочтут это начало духовным, хотя можно указать и механическое начало; но я предпочитаю обойти этот вопрос… Во избежание пререканий и для общности гипотезы пусть каждый останется при своём. Чем бы ни являлся свет, я предполагаю, однако, что он состоит из лучей, отличающихся один от другого по таким случайным признакам, как толщина, форма или сила, подобно тому как отличаются песчинки на берегу, морские волны, лица людей и все другие естественные предметы того же рода. Почти невозможно найти среди вещей одного рода вещи без какого-либо случайного отличия».

Почему же Ньютон отходит от «колебательно-эфирного» направления? Видимо, он слишком категорично разделял природу звука и света. Полагая колебания эфира продольными, как при звуке, он естественно приходит к выводу о том, что, «если бы свет был колебанием эфира, он должен бы всегда сильно расходиться по кривым линиям в тёмную или покоющуюся среду, нарушая все тени и направляясь по кривым порам или проходам, как звук». Ньютона всё же мучают сомнения. Не всё укладывается в его схему. Например, в каждом прозрачном теле, по мнению Ньютона, имеются поры различных размеров, а «…эфир находится в наибольшем разрежении в наименьших порах; поэтому эфир в каждой поре должен обладать различной разреженностью, и свет должен преломляться при переходе из каждой поры в соседнюю, что должно привести к рассеянию и уничтожению прозрачности тела…».

С помощью «гипотезы» Ньютон смог объяснить многие (но не все) явления, связанные с преломлением, отражением, прозрачностью и непрозрачностью тел. Теперь настала пора объяснить цвета. «Тела различных размеров, плотностей или качеств при ударе или другом действии возбуждают звуки различных тонов, а следовательно, и колебания в воздухе различных толщин».[21] Я предполагаю также, что лучи света, ударяясь о жёсткую преломляющую поверхность, возбуждают колебания в эфире. Эти лучи, что бы они собой ни представляли, различаются по величине, напряжению или силе и возбуждают колебания различных толщин… Концы волосков оптического нерва, которыми вымощена или облицована сетчатка, являются преломляющей поверхностью такого рода. Когда лучи ударяются об эти волоски, они должны возбуждать там указанные колебания. Эти колебания (подобно звукам рога или трубы) будут пробегать вдоль водянистых пор или кристаллических сердцевин волосков, через оптические нервы в чувствилище (сам свет сделать этого не может). В чувствилище, предполагаю я, они вызывают чувство различных цветов, соответственно своей толщине и смешению… Возможно, цвета различаются по своим главным степеням: красной, оранжевой, жёлтой, зелёной, синей, индиго и глубоко-фиолетовой на том же основании, как звук в пределах октавы располагается по тонам…»

Ньютону удаётся, используя, по существу, волновую теорию света, объяснить возникновение колец, видимых между пластинкой и плотно прижатой к ней линзой, называемых сегодня «кольцами Ньютона». В своём объяснении Ньютон, по существу, анализирует движение волн в упругой среде, правда, он считает их продольными, подобно звуковым.