Реферат: Исаак Ньютон
/>ИСААК НЬЮТОН
/>
Введение
ИсаакНьютон – английский математик и естествоиспытатель, механик, астроном и физик,основатель классической физики. Роль открытий Ньютона для истории науки сложнопереоценить. Не случайно дерево в саду родового имения семьи Ньютонов вВульсторе, неподалеку от Кембриджа, откуда сорвалось знаменитое яблоко, в течениемногих лет, пока его не сломила буря, было музейным экспонатом. Но, быть может,еще ярче /> значение Ньютона /> передает эпиграмма XVIII в.
Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет! И вот явился Ньютон.
Вотчто говорил сам Ньютон о своем творчестве: «Не знаю, как на меня посмотрит мир,но самому себе я представляюсь мальчиком, играющим на морском берегу иприходящим в восхищение, когда ему удается порой найти более гладкий, нежелиобыкновенный, камушек или красивую раковину; между тем громадный океансокровенной истины простирается передо мной».
ДляНьютона, по словам Эйнштейна, «природа была открытой книгой, письмена которойон без труда читал. Концепции, которые он привлекал для упорядочения данныхопыта, казалось, сами собой вытекали из опыта, из изящных экспериментов,заботливо описываемых им со множеством деталей и расставленных по порядкуподобно игрушкам. В одном лице он сочетал экспериментатора, теоретика, мастераи – в не меньшей степени – художника слова. Он предстает перед нами сильным,уверенным и одиноким».
Глава 1. Юность
Родилсяон 25 декабря 1642 в Вулсторпе (графство Линкольншир). Отец Ньютона умер еще доего рождения, и, когда мальчику было два года, его мать вторично вышла замуж.Воспитанием Исаака занималась бабушка с материнской стороны. В возрасте 10 летНьютон был отдан в классическую школу в Грантеме. Эти годы он прожил в домеаптекаря Кларка, откуда, по-видимому, вынес сохранившийся на всю жизнь интереск различным химическим манипуляциям. Ньютон рос тихим, не слишком углублявшимсяв книги мальчиком, очень любившим, однако, делать что-нибудь своими руками. Онсмастерил несколько солнечных часов, игрушечных водяных мельниц, водяные часы,механический экипаж и воздушных змеев с прикрепленными к их хвостам фонариками.Но в школе, по собственному признанию, Ньютон был очень невнимателен.
В1656 мать Ньютона после смерти второго мужа вернулась в Вулсторп и забрала сынаиз школы с намерением сделать из него фермера. Однако он не проявил никакихнаклонностей к фермерскому делу. Уступив настойчивым уговорам учителяГрантемской школы, мать наконец разрешила сыну готовиться к поступлению вКембриджский университет. В июне 1661 Ньютон был принят в Тринити-колледж направах сабсайзера – студента, в обязанности которого входило прислуживатьпреподавателям колледжа. Из записных книжек Ньютона того периода явствует, чтоон изучал арифметику, геометрию, тригонометрию, астрономию и оптику.Несомненно, большим стимулом для него стало общение с выдающимся математиком итеологом И.Барроу. В январе 1665 Ньютон получил степень бакалавра. К томувремени Ньютон основательно продвинулся в разработке «метода флюксий» (анализебесконечно малых).
Глава2. Опыты ученого
Когдав Кембридже вспыхнула эпидемия чумы, Ньютон вернулся в Вулсторп, где пробылпочти два года. Именно в этот период он записал свои первые мысли о всемирномтяготении. По словам Ньютона, импульсом к размышлениям о тяготении послужилояблоко, упавшее на его глазах в саду. Как явствует из записи разговора сНьютоном в преклонном возрасте, в то время он пытался определить, какого родасилы могли бы удерживать Луну на ее орбите. Падение яблока навело его на мысль,что, возможно, на яблоко действует та же самая сила тяготения. Свою догадку онпроверил, оценив, какой должна быть сила притяжения, если исходить из гипотезыо том, что она обратно пропорциональна квадрату расстояния (именно такова силапритяжения между Солнцем и планетами).
ВВулсторпе Ньютон поставил первые опыты по исследованию света. В то время белыйсвет считался однородным. Однако эксперименты с призмой сразу показали, чтопрошедший через нее пучок солнечного света разворачивается в разноцветнуюполоску (спектр). Выводы Ньютона, проверенные с помощью остроумныхэкспериментов, сводились к следующему: солнечный свет представляет собойкомбинацию лучей всех цветов, сами же эти лучи монохроматичны, или, как говорилученый, «гомогенеальны», и разделяются потому, что обладают разнойпреломляемостью.
Воктябре 1667, после возвращения в Кембридж, Ньютона избрали младшим членомТринити-колледжа; шесть месяцев спустя он стал одним из старших членов и вскореполучил степень магистра. Первые же эксперименты с призмами убедили его в том,что дальнейшее усовершенствование телескопа ограничено не столько трудностямивытачивания линз, сколько разной преломляемостью лучей разных цветов, из-зачего пучок белого света невозможно сфокусировать в одной точке. Хроматическаяаберрация обусловлена различием в углах, на которые отклоняются при прохождениичерез линзу лучи света разных цветов и, следовательно, разных длин волн.Сегодня хроматическую аберрацию корректируют подбором линз, изготовленных изстекол с разными показателями преломления (такие комбинации линз называютсяахроматами), но во времена Ньютона этот способ еще не был изобретен. Ньютонобратился к единственному практически возможному решению – конструированиюзеркального телескопа (телескопа-рефлектора). Схему такого телескопа предложилв 1663 шотландский математик Дж. Грегори, но первым его построил Ньютон в 1668.
В1669 г. Ньютон передал Барроу рукопись, известную под сокращенным латинскимназванием Об анализе. Благодаря Барроу этот труд стал известеннескольким ведущим математикам Великобритании и континентальной Европы, но былопубликован лишь в 1711. К концу 1669 Барроу оставил кафедру в Кембриджскомуниверситете и употребил все свое влияние, чтобы его преемником стал Ньютон.
В1671 г. Королевское общество удостоверило приоритет Ньютона в созданиителескопа, опубликовав описание инструмента. В начале следующего года он былизбран членом Королевского общества и вскоре получил предложение представитьотчет об открытии сложной природы белого света. Отчет ученого произвел сильноевпечатление, однако в ряде статей взгляды Ньютона были подвергнуты критике.Большинство возражений пришло из континентальной Европы, часть принадлежала Р. Гуку,куратору Королевского общества. Споры о приоритете усилили нетерпимость квозражениям, столь типичную для Ньютона в конце его жизни.
Глава3. Проблема планетарных орбит
Впоследующие годы Ньютон занимался различными математическими, оптическими ихимическими исследованиями, а в 1679 вернулся к проблеме планетных орбит. Идеяо том, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния от Солнцадо планет, которую он проверил приближенными выкладками в Вулсторпе, сталапредметом широкого обсуждения. Именно такой закон следовал (для простого случаякруговой орбиты) из третьего закона Кеплера, устанавливающего зависимость междупериодами обращения планет вокруг Солнца и радиусами их орбит, и формулыцентростремительного ускорения тела, движущегося по окружности, которую в 1673вывел Х.Гюйгенс. Обратную задачу – определение орбиты из закона изменения силыс расстоянием, бывшую предметом обсуждения Гука, Рена и Галлея, – Ньютон решилоколо 1680. Ньютон доказал теорему о том, что сферически симметричнораспределенная масса притягивает внешние тела так, как если бы вся масса быласосредоточена в центре.
Вавгусте 1684 Галлей посетил Кембридж. Во время беседы о форме орбиты тела,движущегося под действием силы притяжения к неподвижному центру, обратнопропорциональной квадрату расстояния, Ньютон высказал предположение, что орбитабудет иметь форму эллипса. Во время второго визита Галлею был показан трактат одвижении, по просьбе Галлея представленный Королевскому обществу в феврале1685. Этот трактат о законах движения лег в основу первой книги Математическихначал натуральной философии. Важную роль в создании Начал сыгралГаллей, который сглаживал разногласия между Ньютоном и Гуком, утверждавшим, чтоо законе обратной пропорциональности силы квадрату расстояния Ньютон узнал изего, Гука, сообщения. В порыве раздражения Ньютон даже решил было отказаться отиздания третьей книги Начал, но Галлею удалось уговорить его не делатьэтого. Именно Галлей взял на себя все хлопоты, связанные с изданием, и оплатилвсе издержки. Летом 1687 Начала вышли из печати и сразу были признанынаучным шедевром.
Несмотряна благосклонный прием труда, потребовалось еще пятьдесят лет для того, чтобыконцепция Ньютона смогла ниспровергнуть теорию вихрей Р.Декарта. С самогоначала в сочинении Ньютона видели доказательство существования в мирозданииединого плана, указывающего на наличие Творца. Позднее идею неукоснительнодействующего универсального закона стали связывать с материалистической иагностической философией.
Занесколько месяцев до публикации Начал Ньютон приобрел известность какзащитник академических свобод. Король Яков II в феврале 1687 издал повеление,которым предписывал Кембриджу присвоить степень магистра некоему монаху орденабенедиктинцев, не требуя от него обычной присяги на верность и послушание.Университет ответил категорическим отказом. Сенат назначил депутацию, в составкоторой вошел и Ньютон. После низвержения короля Ньютон был избранпредставителем от университета в парламент, где заседал с января 1689 до егороспуска год спустя.
Работаянад задачей о движении Луны, ученый вступил в переписку с Дж.Флемстидом, первымкоролевским астрономом. Однако отношения Ньютона и Флемстида оказалисьомраченными непониманием и ссорами. В 1698 Ньютон попытался продолжить работунад теорией орбиты Луны и возобновил отношения с Флемстидом, однако возниклиновые трения, и Ньютон обвинил Флемстида в том, что тот утаивает часть наблюдений.Вражда между Ньютоном и Флемстидом не прекращалась вплоть до смерти последнегов 1719 г.
Глава 4. Признание
В1696 г. усилиями друзей, пытавшихся подыскать для Ньютона должность нагосударственной службе, он был назначен смотрителем Монетного двора. Этопотребовало от него постоянного пребывания в Лондоне. Ньютону было порученоруководство перечеканкой английской монеты. Имевшие тогда хождение монетыобесценились из-за мошеннической практики обрубания краев. Необходимо былоналадить чеканку новых монет с насечкой по краю, имеющих стандартные массу исостав. Эта задача, требовавшая больших технических познаний иадминистративного искусства, была успешно решена к 1699. Тогда же Ньютон былназначен на должность директора Монетного двора. Этот хорошо оплачиваемый постученый занимал до конца жизни.
В1701 Ньютон отказался от кафедры в Кембридже и от должности члена советаТринити-колледжа, а в 1703 был избран президентом Королевского общества. В1704, после смерти своего главного оппонента, Гука, Ньютон выпустил свой второйфундаментальный труд – Оптику. В 1717 вышло второе издание соспециальным приложением, содержащим общие рассуждения в форме Вопросов.
В1705 Ньютон был возведен в рыцарское достоинство. К тому времени он сталпризнанным главой не только британских, но и европейских ученых. В последниедва десятилетия жизни Ньютон подготовил второе и третье издания Начал(1713, 1726). Были опубликованы также второе и третье издания Оптики (1717,1721). В эти же годы Ньютон оказался вовлеченным в долгий спор с Г.Лейбницем оприоритете в создании математического анализа. Спор, продолженный после смертиЛейбница его сторонниками, наполнил горечью последние годы жизни Ньютона иослабил научные связи Великобритании с континентальной Европой, отрицательносказавшись на развитии математической науки.
Заключение
СлаваНьютона неразрывно связана с его приоритетом в систематическом примененииматематических методов к исследованию природы, а также в открытии законатяготения. Ньютон упрочил основания динамики как надежной опоры механическойкартины мира, приложив ее законы к небесным явлениям. Достижения Ньютона вприменении бесконечных рядов и в дифференциальном и интегральном исчисленияхнамного превосходят все, что было сделано до него, и поэтому Ньютона считают основоположникомэтих методов анализа.
Чтокасается влияния на развитие физической науки, то его трудно преуменьшить.Только к 20 в. основные положения, на которые опирался Ньютон, потребоваликоренного пересмотра. Ревизия привела к созданию теории относительности иквантовой теории. Ньютону принадлежат также многочисленные сочинения потеологии, хронологии, алхимии и химии.
В1725 Ньютон вынужден был оставить Лондон и переехать в Кенсингтон. Умер Ньютонв Кенсингтоне 20 марта 1727.
Списоклитературы
1. КудрявцевП.С. История физики. Т. 1. М., 1956.
2. ВавиловС.И. Исаак Ньютон. М., 1961.