> Что открыл Исаак Ньютон?

Открытия Исаака Ньютона – законы и физика от одного из величайших гениев. Изучите закон всемирного тяготения, три закона движения, гравитация, форма Земли.

Исаак Ньютон (1642-1727) запомнился нам как философ, ученый и математик. Для своего времени он сделал очень много и активно участвовал в научной революции. Интересно, что его взгляды, законы и физика Ньютона будут преобладать еще 300 лет после смерти. По сути, перед нами создатель классической физики.

В последствии слово «ньютоновский» будут вставлять ко всем утверждениям, имеющим связь с его теориями. Исаака Ньютона считают одним из величайших гениев и наиболее влиятельных ученых, чья деятельность охватывала множество научных сфер. Но чем мы ему обязаны и какие открытия совершил?

Три закона движения

Начнем с его знаменитой работы «Математические начала натуральной философии» (1687), в которой раскрывались основы классической механики. Речь идет о трех законах движения, добытых из законов планетарного движения, выдвинутых Иоганном Кеплером.

Первый закон – инерция: объект в состоянии покоя будет оставаться в этом покое, пока на него не повлияет сила, лишенная баланса. Тело в движении продолжит двигаться с изначальной скоростью и в том же направлении, если не столкнется с несбалансированной силой.

Второй: ускорение появляется, когда сила влияет на массу. Чем больше масса, тем больше силы потребуется.

Третий: для каждого действия есть равное противодействие.

Универсальная гравитация

Ньютона стоит поблагодарить за закон всемирного тяготения. Он вывел, что каждая точка массы притягивает другую силой, направленной вдоль линии, пересекающей обе точки (F = G frac{m_1 m_2}{r^2}).

Эти три постулата гравитации помогут ему измерять траектории комет, приливов, равноденствий и прочих явлений. Его доводы разбили последние сомнения касательно гелиоцентрической модели и научный мир принял факт, что Земля не выступает вселенским центром.

Все знают, что Ньютон пришел к выводам о гравитации благодаря случаю с яблоком, упавшим ему на голову. Многие думают, что это всего лишь шуточный пересказ, а ученый вывел формулу постепенно. Но в пользу яблочного прорыва говорят записи в дневнике Ньютона и пересказы его современников.

Форма Земли

Исаак Ньютон полагал, что наша планета Земля сформировалась в виде сплющенного сфероида. Позже догадка подтвердится, но в его времена это была важная информация, которая помогла перевести большую часть научного мира с декартовской системы на механику Ньютона.

В математическом поле он обобщил биномиальную теорему, исследовал степенные ряды, вывел собственный метод для аппроксимации корней функции и поделил на классы большинство кривых кубических плоскостей. Также он делился разработками с Готфридом Лейбницем.

Его открытия были прорывными в физике, математике и астрономии, помогавшие при помощи формул разобраться в строении пространства.

Оптика

В 1666 году он все больше углубляется в оптику. Все началось с изучения свойств света, который он измерял сквозь призму. В 1670-1672 гг. исследовал рефракцию света, показывая, как разноцветный спектр перестраивается в одиночный белый свет при помощи линзы и второй призмы.

В итоге, Ньютон понял, что цвет формируется из-за взаимодействия объектов изначально окрашенных. Кроме того заметил, что объектив любого инструмента страдает из-за светового рассеивания (хроматическая аберрация). Ему удалось решить проблемы при помощи телескопа с зеркалом. Его изобретение считается первой моделью отражающего телескопа.

Кроме того…

Также ему принадлежит заслуга в формулировке эмпирического закона охлаждения и изучение скорости звука. С его подачи появился термин «ньютоновская жидкость» – описание любой жидкости, где вязкие напряжения линейно пропорциональны скорости ее трансформации.

Большое количество времени Ньютон посвящал исследованию не только научных постулатов, но и библейской хронологии и внедрялся в алхимию. Однако многие работы появились только после смерти ученого. Так что Исаак Ньютон запомнился не только как талантливый физик, но и философ.

Чем же мы обязаны Исааку Ньютону? Его идеи были прорывными не только для того времени, но и послужили стартовыми точками для всех последующих ученых. Он подготовил плодородную почву для новых открытый и вдохновил на исследование этого мира. Неудивительно, что у Исаака Ньютона появились последователи, развивающие его идеи и теории. Если вам интересно узнать больше, то на сайте есть биография Исаака Ньютона, где представлены дата рождения и смерти (по новому и старому стилю), самые важные открытия, а также интересные факты о величайшем физике.

Сэра Ньютона по праву считают одним из самых влиятельных ученых всех времен и ключевой фигурой в научной революции. Его книга "Математические начала натуральной философии" ("Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica"), где изложены основы классической механики, впервые была опубликована в 1687-м. В 1691-м Ньютон серьезно отравился; после эксгумации в его теле было обнаружено высокое содержание ртути.


Ньютон сформулировал законы движения и всемирного тяготения, которые доминировали в течение следующих трех веков среди ученых, занятых исследованием структуры физической вселенной. После того как Кеплер (Kepler) открыл закон движения планет Солнечной системы, уточненные на основе закона тяготения Ньютона, английский физик лишился последних сомнений по поводу обоснованности гелиоцентрической модели космоса.

Ньютон построил первый действующий телескоп-рефлектор и разработал теорию цвета, взяв за основу наблюдения за белым светом, разлагающимся призмой на спектральные цвета. Он сформулировал эмпирический закон теплового излучения и занимался изучением скорости звука. В дополнение к своим работам по исчислениям, Ньютон внес свой вклад в изучение степенных рядов, обобщил формулу бинома Ньютона и разработал метод Ньютона – итерационный численный метод нахождения корня в заданной функции.

Ньютон был членом Тринити-колледжа (Trinity College) и профессором математики в Кембриджском Университете (University of Cambridge). Помимо прочего, Ньютон увлекался алхимией и богословием, но никаких трудов по химии и алхимии не публиковал и рассматривал Библию с рационалистических позиций. По его подсчетам, конец света не должен наступить ранее 2060-го. Он отказался принять духовный сан от англиканской церкви, возможно, потому что отвергал доктрину тринитаризма. Ближе к концу своей жизни Ньютон стал президентом Королевского общества (Royal Society).

Исаак Ньютон родился 4 января 1643-го в семье фермера, в д. Вулсторп-бай-Колстерворт, графство Линкольншир (Woolsthorpe-by-Colsterworth, Lincolnshire). Отец не дожил до рождения Ньютона. Мать, Анна Эйскоу (Hannah Ayscough), вышла замуж во второй раз, за 63-летнего вдовца, и родила троих детей. Она стала уделять Исааку меньше внимания, и мальчик замкнулся, погрузился в чтение и нашел отдушину в том, чтобы мастерить диковинные технические игрушки.

В 1655-м Ньютон поступил в Грантемскую школу (The King"s School, Grantham) и жил в доме аптекаря. Его отчим скончался, и мать в 1659-м вернула Исаака назад в поместье, пытаясь подключить его к управлению хозяйством. Ньютон же просто ненавидел сельскую жизнь и с большей охотой занимался стихосложением, чем помогал матери. В конечном итоге, юноша вернулся обратно в школу, где стал одним из лучших учеников.

В 1661-м Исаак начал обучение в Тринити-колледже, на правах "сайзера", бедного студента, фактически соглашавшегося с ролью слуги в колледже, чтобы оплачивать обучение. В студенческие годы Ньютон по-прежнему не завел близких контактов, был равнодушен к славе и всецело поглощен одной идеей – во всем доходить до самой сути. В 1665-м Ньютон получил степень бакалавра. На волне творческого подъема он наметил для себя порядка 45 глобальных нерешенных вопросов, как в природе, так и в жизни человека. В 1665-1667 гг. он сформулировал свои главные идеи, впоследствии вылившиеся в систему дифференциальных и интегральных исчислений, в изобретение зеркального телескопа и открытие закона всемирного тяготения.

Ньютон был связан с Тринити-колледжем более 30 лет. Здесь же он проводил свои опыты над разложением света. В 1668-м ему была присвоена степень магистра; Ньютон получил отдельную комнату для жилья и оклад. Он добросовестно читал группе студентов лекции по стандартным учебным предметам, но никогда не пользовался популярностью, и на его занятиях была плохая посещаемость.

В 1687-м Исаак опубликовал свой великий труд – "Математические начала натуральной философии". В это же время начался его конфликт с королем Яковом II (James II), лишь после свержения которого Ньютон был в первый раз избран парламент от Кембриджского Университета.

С 1699-го система мира Ньютона начала преподаваться в Кембридже, а с 1704-го – в Оксфорде (Oxford University). В декабре 1701-го Ньютон официально оставил все свои посты в Кембридже и ушел в отставку. В 1705-м королева Анна впервые в истории Англии возвела в рыцари человека за его научные достижения. Однако сэр Исаак Ньютон, по одной из версий, все же был произведен в рыцари по политическим соображениям.

Незадолго до своей кончины Ньютон "погорел" на ценных бумагах, когда обанкротился банк торговой компании "The South Sea Company". Он умер во сне, 31 марта 1727-го. Кембриджский психолог Саймон Барон-Коэн (Simon Baron-Cohen) уверен, что причиной неконтактности и трудностей в социальном взаимодействии Ньютона был синдром Аспергера.

Исаак Ньютон

Английский математик, физик, алхимик и историк Исаак Ньютон родился в местечке Вулсторп в Линкольншире в семье фермера. Отец Ньютона умер незадолго до его рождения; мать вскоре вышла вторично замуж за священника из соседнего городка и переехала к нему, оставив сына с бабушкой в Вулсторпе. Душевным надломом в детстве некоторые исследователи объясняют болезненную нелюдимость и желчность Ньютона, проявившиеся впоследствии в отношениях с окружающими. В 12 лет Ньютон начал учиться в Грантемской школе, в 1661 г. поступил в колледж св. Троицы Кембриджского университета в качестве субсайзера (так назывались бедные студенты, выполнявшие работу слуг), где его учителем был известный математик И.Барроу. Окончив университет, Ньютон в 1665 г. получил учёную степень бакалавра. В 1665-1667 гг., во время эпидемии чумы, он находился в своей родной деревне Вулсторп; эти годы были наиболее продуктивными в научном творчестве Ньютона. Здесь у него сложились в основном те идеи, которые привели его к созданию дифференциального и интегрального исчислений, к изобретению зеркального телескопа, открытию закона всемирного тяготения, здесь он провёл и опыты над разложением света. В 1668 г. Ньютону была присвоена степень магистра, а в 1669 г. Барроу передал ему физико-математическую кафедру, которую Ньютон занимал до 1701 г. В 1671 г. Ньютон построил второй зеркальный телескоп – больших размеров и лучшего качества. Демонстрация телескопа произвела сильное впечатление на современников, и вскоре после этого, в январе 1672 г., Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества (в 1703 г. он стал его президентом). В том же году он представил Обществу свои исследования по новой теории света и цветов, вызвавшие острую борьбу с Робертом Гуком (присущий Ньютону патологический страх перед публичными дискуссиями привел к тому, что он опубликовал подготовленную в те годы «Оптику» лишь через 30 лет, после смерти Гука). Ньютону принадлежат обоснованные тончайшими экспериментами представления о монохроматических световых лучах и периодичности их свойств, лежащие в основе физической оптики. В те же годы Ньютон разрабатывал основы математического анализа, о чем стало широко известно из переписки европейских ученых, хотя сам Ньютон не опубликовал тогда по этому поводу ни одной строчки: первая публикация Ньютона об основах анализа была напечатана лишь в 1704 году. В 1687 г. Ньютон опубликовал свой грандиозный труд «Математические начала натуральной философии», положивший начало не только рациональной механике, но и всему математическому естествознанию. В 1695 г. Ньютон получил должность смотрителя Монетного двора. Ньютону было поручено руководство перечеканкой всей английской монеты. Ему удалось привести в порядок расстроенное монетное дело Англии, за что он получил в 1699 г. пожизненное высокооплачиваемое звание директора Монетного двора. В 1705 г. за научные труды королева Анна возвела его в рыцарское звание. В последние годы жизни Ньютон много времени посвящал теологии и античной, библейской истории. Похоронен Ньютон в английском национальном пантеоне – Вестминстерском аббатстве.

Ньютон предложил свой вариант библейской хронологии, оставив после себя значительное количество рукописей по данным вопросам. Кроме того, он написал комментарий на Апокалипсис. Теологические рукописи Ньютона ныне хранятся в Иерусалиме, в Национальной Библиотеке.

Удивительные совпадения

Гравитационная постоянная 6,67∙10 -11 Н∙м 2 /кг 2 и ее порядок цифр совпадает с тем, временем, когда на Ньютона якобы упало яблоко примерно 1666 - 1667 года.

Цитаты

  • "Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов."
  • "Как же эти неувязки увязались."
  • "Гений есть терпение мысли, сосредоточенной в известном направлении."
  • "Гипотез не измышляю."
  • "Будьте мужественны и преданы законам, и тогда дыне сможете потерпеть поражения."
  • "Я смотрю на себя, как на ребенка, который, играя на морском берегу, нашел несколько камешков поглаже и раковин попестрее, чем удавалось другим, в то время как неизмеримый океан истины расстилался перед моим взором неисследованным."
    • Исаак Ньютон

Исаак Ньютон родился 4 января 1642 года в городе Вулсторп, Англия. Мальчик появился на свет в небольшой деревушке в семье мелкого фермера, умершего за три месяца до рождения сына. Мальчик родился преждевременно, оказался болезненным, поэтому его долго не решались крестить. И все же он выжил, крещен, и назван Исааком в память об отце. Факт рождения под Рождество Ньютон считал особым знаком судьбы. Несмотря на слабое здоровье в младенчестве, прожил восемьдесят четыре года.

Когда ребенку исполнилось три года, его мать вторично вышла замуж и уехала, оставив его на попечении бабушки. Ньютон рос необщительным, склонным к мечтательности. Его привлекала поэзия и живопись. Вдали от сверстников мастерил бумажных змеев, изобретал ветряную мельницу, водяные часы, педальную повозку.

Интерес к технике заставил Ньютона задуматься над явлениями природы, углубленно заниматься математикой. После серьезной подготовки Исаак Ньютон в 1660 поступил в Кембридж в качестве Subsizzfr"a, так назывались неимущие студенты, которые обязаны прислуживать членам колледжа, что не могло не тяготить Ньютона.

За шесть лет Исааком Ньютоном пройдены все степени колледжа и подготовлены все его дальнейшие великие открытия. В 1665 году Ньютон стал магистром искусств. В том же году, когда в Англии свирепствовала эпидемия чумы, решил временно поселиться в Вулсторпе.

Именно там ученый начал активно заниматься оптикой, поиски способов устранения хроматической аберрации в линзовых телескопах привели Ньютона к исследованиям того, что теперь называется дисперсией, то есть зависимости показателя преломления от частоты. Многие из проведенных им экспериментов, а их насчитывается более тысячи, стали классическими и повторяются по сей день в школах и институтах.

Лейтмотивом всех исследований стало стремление понять физическую природу света. Сначала Ньютон склонялся к мысли о том, что свет является волной во всепроникающем эфире, но позже отказался от этой идеи, решив, что сопротивление со стороны эфира должно было бы заметным образом тормозить движение небесных тел. Эти доводы привели Ньютона к представлению, что свет представляет собой поток особых частиц, корпускул, вылетающих из источника и движущихся прямолинейно, пока не встретят препятствия.

Корпускулярная модель объясняла не только прямолинейность распространения света, но и закон отражения. Это предположение заключалось в том, что световые корпускулы, подлетая, к поверхности воды, например, должны притягиваться ею и потому испытывать ускорение. По этой теории скорость света в воде должна быть больше, чем в воздухе, что вступило в противоречие с более поздними экспериментальными данными.

На формирование корпускулярных представлений о свете явным образом повлияло, что в это время уже, в основном, завершилась работа, которой суждено стать основным великим итогом трудов Ньютона: создание единой, основанной на сформулированных им законах механики физической картины Мира.

В основе этой картины лежало представление о материальных точках, физически бесконечно малых частицах материи и о законах, управляющих их движением. Именно четкая формулировка этих законов и придала механике Ньютона законченность. Первый из этих законов являлся, фактически, определением инерциальных систем отсчета: именно в таких системах не испытывающие никаких воздействий материальные точки движутся равномерно и прямолинейно.

Второй закон механики играет центральную роль. Он гласит, что изменение количества, движения произведения массы на скорость за единицу времени равно силе, действующей на материальную точку. Масса каждой из этих точек является неизменной величиной. Вообще все эти точки «не истираются», по выражению Ньютона, каждая из них вечна, то есть не может ни возникать, ни уничтожаться. Материальные точки взаимодействуют, и количественной мерой воздействия на каждую из них и является сила. Задача выяснения того, каковы эти силы, является корневой проблемой механики.

Наконец, третий закон, закон «равенства действия и противодействия» объяснял, почему полный импульс любого тела, не испытывающего внешних воздействий, остается неизменным, как бы ни взаимодействовали между собой его составные части.

Поставив задачу изучения различных сил, Исаак Ньютон сам же дал первый блистательный пример ее решения, сформулировав закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значительно меньше расстояния между ними, прямо пропорциональна их массам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой. Закон всемирного тяготения позволил Ньютону дать количественное объяснение движению планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, понять природу морских приливов.

Это не могло не произвести огромного впечатления на умы исследователей. Программа единого механического описания всех явлений природы: и «земных», и «небесных» на долгие годы утвердилась в физике. Более того, многим физикам в течение двух столетий сам вопрос о границах применимости законов Ньютона представлялся неоправданным.

В 1668 Исаак Ньютон вернулся в Кембридж и вскоре получил Лукасовскую кафедру математики. Эту кафедру до него занимал его учитель Исаака Барроу, который уступил кафедру своему любимому ученику, чтобы материально обеспечить его. К тому времени Ньютон уже являлся автором бинома и создателем метода флюксий, того, что ныне называется дифференциальным и интегральным исчислением.

Вообще, этот период стал плодотворнейшим в творчестве Ньютона: за семь лет, с 1660 по 1667 сформировались его основные идеи, включая идею закона всемирного тяготения. Не ограничиваясь одними лишь теоретическими исследованиями, Исаак Ньютон в эти же годы сконструировал, и начал создавать телескоп-рефлектор.

Эта работа привела к открытию того, что позже получило название интерференционных «линий равной толщины». Ньютон, поняв, что здесь проявляется «гашение света светом», не вписывавшееся в корпускулярную модель, пытался преодолеть возникавшие здесь трудности, введя предположение, что корпускулы в свете движутся волнами, «приливами».

Второй из изготовленных телескопов послужил поводом для представления Ньютона в члены Лондонского королевского общества. Когда ученый отказался от членства, сославшись на отсутствие средств на уплату членских взносов, сочтено возможным, учитывая его научные заслуги, сделать для него исключение, освободив его от их уплаты.

Будучи по натуре весьма осторожным человеком, Исаак Ньютон, помимо его воли оказывался порой втянутым в мучительные для него дискуссии и конфликты. Так, его теория света и цветов, изложенная в 1675 году, вызвала такие нападки, что Ньютон решил не публиковать ничего по оптике, пока жив Гук, наиболее ожесточенный его оппонент.

Пришлось Ньютону принять участие и в политических событиях. С 1688 до 1694 года ученый являлся членом парламента. К тому времени вышел в свет его основной труд «Математические начала натуральной философии», основа механики всех физических явлений, от движения небесных тел до распространения звука. На несколько веков вперед эта программа определила развитие физики, и ее значение не исчерпано и поныне.

Постоянное огромное нервное и умственное напряжение привело к тому, что в 1692 Ньютон заболел умственным расстройством. Непосредственным толчком к этому явился пожар, в котором погибли все подготавливавшиеся им рукописи.

Постоянное гнетущее ощущение материальной необеспеченности стало, несомненно, одной из причин болезни Ньютона. Поэтому для него имела большое значение должность смотрителя Монетного двора с сохранением профессуры в Кембридже. Ревностно приступив к работе и быстро добившись заметных успехов в 1699 году назначен директором. Совмещать это с преподаванием оставалось невозможно, и Ньютон перебрался в Лондон.

В конце 1703 года Исаака Ньютона избрали президентом Королевского общества. К тому времени Ньютон достиг вершины славы. В 1705 году его возводят в рыцарское достоинство, но, располагая большой квартирой, имея шесть слуг и богатый выезд, ученый остается по-прежнему одиноким. Пора активного творчества позади, и Ньютон ограничивается подготовкой издания «Оптики», переиздания «Начал» и толкованием «Священного Писания». Ему принадлежит толкование Апокалипсиса, сочинение о пророке Данииле.

Исаак Ньютон скончался 31 марта 1727 года в своем доме в Лондоне. Похоронен в Вестминстерском аббатстве. Надпись на его могиле заканчивается словам: «Пусть смертные радуются, что в их среде жило такое украшение человеческого рода». Ежегодно в день рождения великого англичанина научное сообщество отмечает День Ньютона.

Труды Исаака Ньютона

«Новая теория света и цветов», 1672 (сообщение Королевскому обществу)
«Движение тел по орбите» (лат. De Motu Corporum in Gyrum), 1684
«Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), 1687
«Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света» (англ. Opticks or a treatise of the reflections, refractions, inflections and colours of light), 1704
«О квадратуре кривых» (лат. Tractatus de quadratura curvarum), приложение к «Оптике»
«Перечисление линий третьего порядка» (лат. Enumeratio linearum tertii ordinis), приложение к «Оптике»
«Универсальная арифметика» (лат. Arithmetica Universalis), 1707
«Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов» (лат. De analysi per aequationes numero terminorum infinitas), 1711
«Метод разностей», 1711

«Лекции по оптике» (англ. Optical Lectures), 1728
«Система мира» (лат. De mundi systemate), 1728
«Краткая хроника» (англ. A Short Chronicle from the First Memory of Things in Europe, to the Conquest of Persia by Alexander the Great), 1728 (это конспект «Хронологии древних царств», французский перевод чернового варианта был опубликован ещё раньше, в 1725 году)
«Хронология древних царств» (англ. The Chronology of Ancient Kingdoms), 1728
«Замечания на книгу пророка Даниила и Апокалипсис св. Иоанна» (англ. Observations Upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St. John), 1733, написано около 1690 года
«Метод флюксий» (лат. Methodus fluxionum, англ. Method of Fluxions), 1736, написан в 1671 году
«Историческое прослеживание двух заметных искажений Священного Писания» (англ. An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture), 1754, написано в 1690 году

Канонические издания

Классическое полное издание трудов Ньютона в 5 томах на языке оригинала:

Isaaci Newtoni. Opera quae existant omnia. - Commentariis illustravit Samuel Horsley. - Londini, 1779-1785.

Избранная переписка в 7 томах:

Turnbull, H. W. (Ed.),. The Correspondence of Sir Isaac Newton. - Cambridge: Cambr. Univ. Press, 1959-1977.

Переводы на русский язык

Ньютон И. Всеобщая арифметика или Книга об арифметическом синтезе и анализе. - М.: Изд. АН СССР, 1948. - 442 с. - (Классики науки).
Ньютон И. Замечания на книгу пророка Даниила и Апокалипсис св. Иоанна. - Петроград: Новое время, 1915.
Ньютон И. Исправленная хронология древних царств. - М.: РИМИС, 2007. - 656 с.
Ньютон И. Лекции по оптике. - М.: Изд. АН СССР, 1946. - 298 с.
Ньютон И. Математические начала натуральной философии / Перевод с латинского и примечания А.Н. Крылова. - М.: Наука, 1989. - 688 с.
Ньютон И. Математические работы. - М.-Л.: ОНТИ, 1937.
Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. - М.: Гостехиздат, 1954.
Данилов Ю. А. Ньютон и Бентли // Вопросы истории естествознания и техники. - М., 1993. - № 1. Это перевод четырёх писем Ньютона из сборника его переписки: «The Correspondence of Isaac Newton», Cambridge, 1961. Vol. 3 (1688-1694).