Научна статия на Нютон
Работи в областта на физиката
Научното наследство на И. Нютон е многостранно: великият учен направи принос в механиката, оптиката, астрономията и математиката. Въпреки това, славата на създателя на нова научна картина на света, чиито трудове определят научната революция от 17-ти век и водят до промяна в парадигмата на научното мислене, му е донесена от огромния труд „Математически принципи на естествената философия“ („Начала“), публикуван през 1687 г.
„В тази работа Нютон обобщава резултатите от изследванията на своите предшественици в областта на механиката и своите собствени.
„Началата“ в пълна, последователна и ясна форма отразяват новите черти на научното творчество, които вече са широко разпространени в трудовете на различни учени. Предговорът на Нютон към първото издание на Елементите се занимава с проблемите на естествените науки. На първо място, заявява Нютон, е необходимо, като се наблюдават специфични явления на движение, да се намерят силите, които са причините за тези движения, след това, въз основа на намерените сили, е необходимо да се изведат конкретни движения. В първата книга на "Началата" се разглежда движението под действието на централни сили, във втората - движението в съпротивителна среда, в третата книга ("За системата на света"), силите на взаимното притегляне на небесните тела и тяхното движение се извеждат от предварително формулираните закони.
„Началата“ съдържат основните понятия и аксиоматика на класическата механика, по-специално понятията „маса“ (на която Нютон придава голямо значение като основна в механичните процеси), импулс, сила, ускорение, центростремителна сила и три закона на движението (законите на Нютон) – закона за инерцията („всяко тяло продължава да се държи в състояние на покой или равномерно и праволинейно движение, докато и след като бъде принудено от приложена сила, за да промени това движение"), законът за пропорционалносттасили на ускорение и закон за действие и реакция. От тези закони Нютон извежда последователна система от следствия. Той ги допълва с прочутия закон за всемирното притегляне, въз основа на който обяснява движението на небесните тела (планети, техните спътници, комети) и създава теория за гравитацията. Така Нютон доказа, че силата на гравитацията, наблюдавана на Земята, е същата сила, която поддържа Луната в постоянна орбита, когато се движи около Земята, и същата сила, която поддържа Земята в елиптична орбита, когато се върти около Слънцето, че тази сила поддържа всички други небесни тела в елиптични орбити, че тя е пропорционална на масите на гравитиращите тела и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Нютон показа, че трите закона на Кеплер следват от закона за всемирното привличане; разработи теорията за фигурата на Земята, отбелязвайки, че тя трябва да бъде компресирана на полюсите, теорията за приливите и отливите; разгледа проблема за създаването на изкуствен спътник на Земята и др. [1, стр.685]. Считайки пространството и времето за абсолютни, Нютон излага идеята за действие на далечни разстояния или действие на разстояние - мигновено прехвърляне на действие от едно тяло към друго на разстояние през празно пространство без помощта на материя. В "Началата" Нютон излага идеята за божествения произход на света - "първият импулс".
Така в основния си труд - "Начала" - Нютон създава физическа картина на света - Нютоновата теория за пространството и времето, която дълго време доминира в науката.
Нютоновата схема на света доминира до началото на 20 век. За първи път нейните ограничения бяха открити от Майкъл Фарадей и Дж. Максуел, показвайки, че тази схема не е приложима към електромагнитни явления, а теорията на относителността на А. Айнщайн най-накрая доказа ограниченията на класическата физика на Нютон - физиката на ниските скорости имакроскопичен мащаб. Теорията на относителността обаче не отхвърли напълно установените от Нютон закони, а само ги усъвършенства и допълни за случая на движение със скорости, сравними със скоростта на светлината във вакуум. „Сега мястото на Нютоновата схема на силите на далечни разстояния“, пише А. Айнщайн, „е заето от теорията на полето, нейните закони също са претърпели промени, но всичко, което е създадено след Нютон, е по-нататъшно органично развитие на неговите идеи и методи.“
Трябва да се отбележи приносът на Нютон към оптиката. „През 1666 г. с помощта на стъклена тристенна призма той разлага белия цвят на седем цвята (в спектър), като по този начин доказва неговата сложност (феномен на дисперсия), открива хроматична аберация. Опитвайки се да избегне аберацията в телескопите, през 1668 и 1671 г. проектира отразяващ телескоп на оригиналната система - огледало (рефлектор), където вместо леща използва вдлъбнато сферично огледало (телескоп на Нютон). Той изучава интерференцията и дифракцията на светлината, изучавайки цветовете на тънките пластини, открива т. нар. Нютонови пръстени, установява закономерности в тяхното разположение и предполага периодичността на светлинния процес. Той се опита да обясни двойното пречупване и се доближи до откриването на феномена на поляризацията. Светлината разглежда поток от корпускули - корпускулярната теория на светлината на Нютон (обаче на различни етапи той разглежда възможността за съществуването и вълновите свойства на светлината, по-специално през 1675 г. прави опит да създаде компромисна корпускулярно-вълнова теория на светлината). Оптическите си изследвания той очертава в „Оптика“ (1704)“.
Твори в областта на математиката
Както вече беше отбелязано, в "Принципите" Нютон за първи път (независимо от Г. Лайбниц) даде обща схема на строг математически подход към решаването на специфични проблеми на небесната и земната механика. Това изискваше от него да се развивафундаментално нови математически методи: диференциално и интегрално смятане, които той основава на понятията за поток (производна) и флуент (интеграл).
Научното наследство на Нютон включва редица математически трудове: „Анализ с помощта на уравнения с безкраен брой термини“ (1669), „Беседа върху квадратурата на кривите“ (началото на 1670-те години), „Обща аритметика“ (публ. 1707) и др. ), където Нютон формулира два основни взаимно обратни проблема на анализа:
- определяне на скоростта на движение в даден момент от време по известен път (задача за диференциране);
- определяне на изминатия път за дадено време (интеграционна задача) [2, с.731, 732] .
Използването на математическия апарат, разработен от Нютон, позволи за първи път да се премине от качествени обяснения на структурата на Вселената към количествени изчисления, да се свърже поведението на земните обекти с поведението на звездите и планетите.
Дълго време изглеждаше доста изненадващо, че такъв строг физик и математик като Нютон посвети около 30 години от живота си на алхимични изследвания. Изследванията на съвременните историци на науката обаче позволиха да се обясни този странен феномен. Както се оказа, страстта на Нютон към алхимията е пряко свързана с неговите изследвания в областта на астрономията и математиката.
Дори работата върху "Математическите принципи на естествената философия" не може да го отвлече от алхимичните изследвания. Освен това през тези години Нютон е най-активен в алхимията. Изследователите на творчеството на Нютон дори правят такова на пръв поглед парадоксално предположение: „Не бъркаме ли в поставянето на акцентите вНютоново творчество? За нас, безспорно, "Начало" изглежда неговата кулминация. Но от гледна точка на Нютон, може би, работата върху „Принципите“ може да се представи като някаква пречка за предишната му дейност“ [3, с. 53].
Отговаряйки на този въпрос, нека припомним, че основната цел на изследванията на алхимиците е била търсенето на „философския камък“, „универсалния разтворител“, лек за всички болести, начини за превръщане на неблагородни метали в злато, вещество, което неутрализира действието на магнита и други чисто практически неща. Що се отнася до Нютон, той преследва съвсем друга цел: „изучавайки алхимичните трактати, Нютон търси в тях описание на универсалните процеси на природата: възникването на телата в резултат на комбинацията от противоположни принципи и пречистването на несъвършените творения, в резултат на което духовните принципи, лежащи в основата им, могат да получат своя пълен израз и да бъдат познати.
Природата, според Нютон, не може да бъде сведена до подредено движение или подреждане на инертни частици материя, тя съдържа активни принципи, духовни агенти... Според Нютон, ограничаващият активен агент на Природата е това, което алхимиците наричат философския камък...
„Проникващата сила на духа и постоянната сила на тялото“ – това са двата фундаментални принципа на битието, които Нютоновата мисъл се опитва да обхване. Не невероятните химически открития, не измамната мечта за злато и сребро, не тайната отдаденост на окултното като такова разтревожиха ума и сърцето на Нютон. Източникът на неговата упоритост и дълготърпение на бюрото и в алхимичната ковачница в малката лаборатория на Тринити Колидж беше желанието да разбере скрития източник на движение и промяна в естествените тела, биенето на живота, да познае немеханичния активен световен принцип, произтичащ от Бога, „без койтотелата на Земята, планетите, кометите и Слънцето биха започнали да изстиват, замръзват и да се превръщат в безжизнени маси” [3, с. 65, 66].
Научната работа на Нютон изигра изключително важна роля в историята на развитието на природните науки. Според А. Айнщайн: "Нютон е първият, който се опитва да формулира елементарни закони, които определят времевия ход на широк клас процеси в природата с висока степен на пълнота и точност" и "... със своите трудове той оказва дълбоко и силно влияние върху целия светоглед като цяло."
1. Световна история. Т.В. М., 1958.
2. Математици: енциклопедичен речник. М., 1995.
3. Дмитриев И.С. Лов за зелен лъв (алхимия в работата на Исак Нютон) // Въпроси на историята на естествените науки и технологиите. номер 2. 1993. P.52–66.