Исаак Ньютон
Исаак Ньютон
Исаак
Ньютон (Newton, 4.01.1643-31.03.1727, Вулсторп (графство Линкольншир), Англия)
механик, астроном и физик, создатель классической механики. В книге, сданной в
печать в феврале 1-я часть, в марте 2-я часть, апреле 3-я часть (напечатана
полностью в Лондоне 5 июля тиражом в 250экз.) и послужившей возникновению
классической физики, "Математические начала натуральной философии" (в
3-х книгах), излагает учение о всемирном тяготении и теорию движения небесных
тел, т.е. объединяет небесную и земную философию, вводит понятие массы, силы,
количества движения, подвергает анализу основные понятия механики а также
пространства и времени. Книга написана за 18 месяцев после того, как в 1784г
приехавший к нему будущий королевский астрономом Э.Галлей (Халли), попросил
обосновать законами движение открытой им кометы. На деньги Э.Галлея и под его
давлением на Ньютона написана и печаталась в Лондоне книга, третья часть
завершена 5 июля 1687г.
Будучи
другом Р.Гука и И.Ньютона и, зная предысторию открытия Закона Всемирного
тяготения, Э.Галлей попросил включить ссылку на Р.Гука. Но И.Ньютон сделал
ссылку в виде F~1/r2 и указал, что эта идея принадлежит Р.Гуку,
Э.Галлею и Кристоферу Рену (королевский архитектор, президенту Королевского
общества), хотя оба последних никакого особого отношения к Закону не имели.
Хотя в действительности план Начал был впервые набросан Гуком.
В
первой книге "О движении тел рассматривается движение тел под действием
сил, показано применение трех установленных им в 1665г законов механики
(основывался на механике Г.Галилея и законах движения Р.Декарта), выведенного и
сформулированного Закона Всемирного тяготения в среде без сопротивления на
примере Луны. Во второй книге "О движении тел" анализирует те две
движения, но в среде, оказывающей телам сопротивление, гидро- и аэростатику,
законы волнового движения, простейшие случаи ветрового движения. На основании
своих законов объясняет понятие силы, массы, количества движения. В последующих
изданиях 1713г и 1726г развивает и уточняет выдвинутые положения.
Летом
1666г предложил, что земная тяжесть и есть та сила, которая управляет движением
Луны, зная радиус Земли, расстояние до Луны в 60,3 R⊕, период
обращения и вычисляя ускорение а=v2/г (раньше Х.Гюйгенса), делая
предложение, что шар с равномерно распределенной массой притягивает также, как
будто масса сосредоточена в центре и исходя из 3-го закона Кеплера получает,
что F~1/R2 и выводит закон Всемирного тяготения, который затем
переводит на другие планеты, их спутники и т.д. уравнивая ускорение Луны на
орбите с земным ускорением, получил расхождение в 16% (из-за неточности радиуса
Земли) и поэтому ни чего не опубликовал по тяготению, как впрочем и большинство
других работ до этого не публиковал.
В
третьей книге «О системе мира» излагает законы движения применительно к
Солнечной системе. Сравнивая силы притяжения между Луной и Землей, выводит все
три закона Кеплера. Первый закон доказывает сложным геометрическим способом и
проще чем И.Кеплер, используя открытое им дифференциальное исчисление. Второй
закон доказывает исходя из изменения количества движения и уточняет вид орбиты
в зависимости от скорости (это кривые: эллипс, парабола и гипербола, называемые
каноническими сечениями. Получены древнегреческим геометром и астрономом
Менехмом (ученик Евдокса) при сечении конусов вращения плоскостями,
перпендикулярными их образующим). Третий закон, объединив законы движения и
всемирного тяготения, выводит и уточняет с учетом масс тел. Рассчитывает массу
всех планет и спутников в массах Земли и Солнца (за исключение Земли и Луны,
масса которых только оценил). Указывает на бесконечность Вселенной и ее
стационарность (неизменность во времени), что мир создан творцом, придавшим
столь правильное движение. Указывает, что только в бесконечном пространстве
материя под действием силы тяготения не могла собраться в единую массу, а
образовала бесчисленное число звездных масс. Указывает на наличие тяготения
между Солнцем и планетами. Таким образом завершает создание небесной механики,
начатой Т.Браге и И.Кеплером.
Объясняет
важнейшие особенности движения Луны, попросив астрономов уточнить наблюдаемые
данные: вариацию, попятное движение узлов, годичное неравенство и др. Так
сперва объясняет поворот орбиты Луны в своей плоскости на 1,5º при
реальном 3º, затем, не публикуя, получает верный результат, а математики
еще будут вынуждены искать доказательство. Определяет, что ускорение Луны в
3600 раз больше, чем Земли.
В
1663г выдвинул идею использования реактивной силы пара в своем проекте
самодвижущейся паровой повозки.
Разложив
свет призмой в 1665г в спектр (открыл дисперсию света, хотя спектр получен
раньше Й.М.Марци (1648г), Д. Б. Гримальди (1665г) но не объяснен ими), строит в
1666г корпускулярную теорию света (хотя и не категоричен в ней, работа 1672г «
О новой теории света и цветов» (представлена Лондонсколму Королевскому обществу
6 февраля 1672г). И в 1673г у него возник первый спор с Р.Гуком по поводу
природы света: Ньютон считал корпускулярной (господствовала до О.Френеля
(1818г), а Гук – волновой. Потом оказалось что оба правы. За два года чумы в
Англии Ньютон сделал три своих главных открытия: метод флюксий и квадратур
(дифференциальное и интегральное исчисления), объяснение природы света и закон
всемирного тяготения. Метод флюксий и квадратур изложен в пяти коротких
мемуарах - так раньше называли научные записки. Они были написаны между 20 мая
1665г и ноябрём 1666г и содержали геометрические чертежи и формулы.
В1668г
построил первым действующий зеркальный телескоп – рефлектор, помещением в
фокальной плоскости плоского бронзового зеркала, радиусом 2.5см при 41х,
F=6.5 cм и L=15см. При построении использовал схему, предложенную Дж.Грегори
(1663г), но с перевернутым изображением. В 1671г построил телескоп с зеркалом
диаметром 3.4см, F=16см, L=120см. В 1672г Кассегрен предложил в фокальной
плоскости располагать вогнутое зеркало, которое значительно удлиняло фокусное
расстояние зеркального объектива. У рефлекторов отсутствовала хроматическая
аберрация, открытая им в 1671г.
В
1669г впервые наблюдал спектр Венеры.
Изучил
явление интерференции (в 1801г Т.Юнг объяснил и ввел термин, а, обнаружив
впервые Р. Бойль и Р. Гук) в отраженном свете от длиннофокусной линзы на
плоском стекле (Кольца Ньютона), открыл и изучил интерференцию в тонких пленках
(1675г).
В
1672-1684г занимался алхимией (химия появилась только при А.Л.Лавуазье),
пытаясь получить золото. Имея в своей библиотеке около 100 книг по химии и
алхимии с 1666 по 1696г занимался химическими опытами и металлургией.
Излагает
к 1680г (вернувшись в этом году к задачам механики и вопросам тяготения) теорию
сжатия Земли по полюсам на 24 км (т.е. Земля эллипсоид) на основе измерения
времени Ж.Рише (1671г) и выводит, что на экваторе тело весит меньше, чем на
полюсах, на М*V2/R , вычисляет поправку к ускорению свободного
падения. Объясняет приливы и отливы – неравномерным притяжением воды Луной и по
величине приливов оценивает массу Луны (из вызываемого прилива в 1,3м,
солнечного в 0,35м и лунного в 0,95м). Объясняет Процессию - как прямые следствие
несимметричности притяжения экваториальной выпуклости Земли Солнцем и Луной
(прямое следствие 2-го закона).
Раскрыл
природу комет – что они движутся под действием гравитации по очень вытянутым
эллиптическим орбитам. (Наблюдал комету 1680 г – комета Ньютона, возвращение
которой можно ожидать в 2255г – по преданию именно она возвестила о гибели
Ю.Цезаря).
Начал
на примере Юпитера и Сатурна исследовал возмущение в движении небесных тел,
сформулировал и решил «задачу двух тел» (Для трех тел решена лишь в 1912г
финским математиком К.Зундманом в общем виде, не имеющем практического
применения). Сейчас расчет орбиты КА ведет на ЭВМ. Рассматривает возможность
снаряда стать искусственным спутником, в зависимости от скорости показывает
возможные траектории.
В
1694г разрабатывает строгую теорию рефракции.
Предлагает
идею изготовления угломерного инструмента для определения долготы на море
(секстанта - от лат. sextans – шестой, так как его лимб составляет шестую часть
круга) в 1699г, который был сделан его другом Э.Галлей (1730г). Прибор служит
для измерения угловой высоты небесного светила относительно горизонта и
применяется в морской (где называется секстан) и авиационной навигации. Проведя
измерения угловых высот хотя бы двух (или нескольких) небесных тел, можно
определить координаты (широту и долготу) места наблюдения.
В
1701г в работе « О шкале степеней тепла и холода» впервые описывает 12-ти
градусную температурную шкалу.
В
1704г вышла работа «Оптика» в трех томах, обобщающая все исследования по оптике
и задающая программу дальнейших действий. Здесь впервые объясняет причину
соединения «элементов» (корпускул – название дал Р.Бойль) между собой (т.е. в
молекулы), объясняя притяжением частиц и силой, которая велика на малых
расстояниях. В «Лекции по оптике» (напечатаны в 1729г), не вошедшие в «Оптика»,
описывает преломление света и происхождение цветов радуги в дополнение
Р.Декарта. Высказывает впервые предположение, что лучи света отклоняются
массивными телами при прохождении возле них (доказано в 1919г) и то, что тела
могут превращаться в свет и обратно (подтверждение 1933-34гг превращение
электрона и позитрона).
В
математике постоянно соперничал с Г.В.Лейбниц. Ввел понятие «предел». В
систематической форме предложил в 1670-1671гг дифференциальное и интегральное
исчисление (напечатано только в 1736г «Метод флюксий и бесконечных рядов».)
Одновременно и независимо в другом варианте было предложено Г.В.Лейбниц в
1684г, введя соответствующие современные обозначения. Опять сказалось то, что
не любил печататься и поэтому публиковались открытия только тогда, когда уже
это же открывали другие (Гук и Лейбниц).
Известный
алхимик, Ньютон занимался хронологией древних царств. Теологические труды
посвятил толкованию библейских пророчеств (большей частью не опубликованы).
Получил
начальное образование в Грамматической школе, где изучал преимущественно латынь
и Библию. В мае 1661г поступил в колледж св. Троицы (Тринити-колледж)
Кембриджского университета, где обучался у профессора –филолога, физика и
математика И. Барроу –заведующий кафедры математики. Здесь увлекся работами
И.Кеплера и Р.Декарта. Через три года получил одну из 62 стипендий, дававших
право на последующее принятие в члены (Fellows) колледжа. В 21 год открывает
теорему (Бином). В январе 1665г получил степень магистра искусств (бакалавра).
К 24 годам изучил движение Луны, заложил основы дифференциального и
интегрального исчисления, всемирное тяготение, теорию света и цвета. В 1667г
стал бакалавром и младшим членом колледжа, а на следующий год – магистром и
старшим членом Тринити-колледжа. Наконец, осенью 1669г получил одну из восьми
привилегированных королевских кафедр Кембриджа – Лукасовскую кафедру
математики, унаследованную (до 1701г) им от оставившего ее Исаака (Айзека)
Барроу и стал профессором. В 1672г избирается членом Королевского Общества, с
1688г становится депутатом парламента. В апреле 1695г встречался с Петром
1(прав. 1689-1725). Переехав в 1699г в Лондон, становится хранителем, а затем
директором Монетного двора. С 1703г до конца жизни Президент Королевского
Общества (Английской АН). В апреле 1705г возведен в рыцарское достоинство.
Незадолго
до смерти Ньютон говорил: "Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе
я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что
иногда отыскиваю камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую
ракушку, в то время как великий океан истины расстилается передо мной
неисследованным".
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://astro.websib.ru/
|