Исак Нютон (1643—1727 г.) — един от най-великите физици на всички времена. Роден е на 4 януари 1643 г, в с. Булстроп, графство Линкълншир. Баща му Исак Нютон—дребен земевладелец, умрял малко преди раждането му. Самият Нютон се родил преждевременно, хилаво и болнаво дете за чийто живот близките му доста се страхували. Въпреки това той живял, без да боледува и доживял до дълбока старост. След завършване на селското училище на дванадесетгодишна възраст Нютон продължил образованието си в градското училище в съседния Грантъм.
Оскъдните сведения, запазили се за ученичеството на Нютон, ни го рисуват като срамежливо, затворено момче, което избягвало шумната компания на своите съученици. Заедно с това се отбелязва и неговото самолюбие — Нютон не понасял обиди и в желанието си да изпъкне сред съучениците си, ако не със сила, поне с успеха си, той се издигнал от посредствен ученик на едно от първите места.
Обучението в грантъмското училище имало схоластичен средновековен характер. Освен богословски предмети — свещено писание, библия и пр., Нютон изучавал още древни езици — латински, гръцки, староеврейски, които овладял основно. Що се отнася до новите езици — френски и немски — тях Нютон владеел слабо. Училището не му дало достатъчни познания и в областта на математиката. Той изучавал само аритметика и елементи от геометрията.
В свободното си време Нютон се отдавал на изработването на механични играчки и уреди, увличал се в изкуството — рисуване, писане на стихове, четял много и с желание.
През 1658 г. петнадесетгодишният юноша Нютон завършил училище. Под влияние на неговия вуйчо Ейскоу, получил образованието си Кеймбридж и на неговия учител Сток, Нютон се готви да постъпи в Кеймбриджския университет. На 5 юли 1661 г. той е записан като студент в Тринити колидж. От този момент до 1696 г. животът на Нютон е свързан с Кеймбридж, с Тринити колидж. Тук той последователно преминава всички степени — от студент до член на колежа (преподавател) и професор. Тук той е създал най-великия си научен труд — „Математически принципи на естествената философия“ (или накратко „Начала“), направил е най-големите си открития.
В Кеймбридж се развил с целия си блясък научният гений на Нютон. Би могло да се помисли, че превръщането на Нютон от тихо и срамежливо момче от село в най-велик световен учен е станало в резултат на влиянието на специфичната научна атмосфера в Кеймбридж, обаче това не е вярно. Тъкмо обратното: Нютон станал Нютон не толкова благодарение на Кеймбридж, колкото въпреки него. Всъщност заедно с растежа на Нютон се развил и Кеймбриджският университет, който се превърнал от изостанало средновековно учебно заведение в най-крупния център на съвременната наука.
1664 г. е превратна година в живота на Нютон. Той преминава в горния курс и получава званието действителен студент. В този период той замисля своите велики открития. През януари 1665 г. Нютон получава степента бакалавър и заминава в родното си село поради чумна епидемия. Тук, на село, той окончателно обмислил своите открития: новия математически метод — смятане с производни, разлагането на светлината и законите за всеобщото привличане.
От 20 май 1665 г. до началото на 1666 г. Нютон написал пет статии за новия математически метод, но нито една от тях не била публикувана. Любопитно е да се отбележи, че Нютон по принцип не обичал да бърза с публикуването на своите открития. Понякога създателят на новото, намирайки се още в плен на старото, сам е пречел за разпространението на новите идеи. С това Нютон правел лоша услуга както на себе си (по-късно той е бил въвлечен в тягостния спор с Лайбниц относно приоритета в откриването на диференциалното смятане), така и на развитието на науката.
В 1667 г. Нютон бил избран за младши член на Тринити калидж, а след няколко месеца, на 16 март 1668 г. — за старши член. След година и половина, през октомври 1669 г., неговият учител Бароу му предал своята професорска катедра.
Двадесет и седемгодишният Нютон станал професор в кеймбриджкия университет. Оттогава Кеймбридж започнал да се слави не с богословие, а с физика и математика. Получаването на катедрата, в която работил Нютон, станало въпрос на чест за английските учени.
Какви заслуги е имал младият учен, за да бъде издигнат до такъв висок пост? Както се споменава по-горе, Нютон в продължение на две години, 1665—67 г., по същество вече направил своите велики открития, но това не било известно никому — Нютон не е имал печатни трудове. Въпреки всичко това славата на Нютон се разпространила в Кеймбридж и Бароу, споменава в печата за забележителните способности и знания на Нютон. Без съмнение, владеейки нов, по-могъщ математически метод (диференциалното смятане), Нютон без особени затруднения решавал най-сложните математически задачи, които циркулирали в тогавашния учен свят.
Нютон имал и други твърде осезаеми резултати. Става дума за неговите работи в оптиката, които били главното му занимание през първите години на професорската му дейност (той започнал да чете след Бароу лекции по оптика). В резултат на продължителни проучвания за усъвършенстване на телескопите той конструирал през 1668 г. модел на нов телескоп – рефлектор. Последният бил твърде миниатюрен апарат, дълъг само 15 cm, с диаметър 2,5 m, но давал същото увеличение като двуметрова тръба. След три години през 1671 г., Нютон построява втори телескоп-рефлектор с дължина (около) ~ 120 cm, с радиус на огледалото повече от 2 m. Този телескоп предизвикал голяма сензация Той бил изпратен в Лондон, където бил разгледан от краля и членовете на Кралското дружество (Английската академия на науките). Уредът получил единодушно одобрение. На 11 януари 1672 г. Нютон бил избран за член на Лондонското Кралско дружество.
Нютон не се съмнявал във важността на направените от него научни открития и бил уверен, че те ще бъдат посрещнати от учения свят още по-благосклонно, отколкото например телескопът. Но него го очаквало жестоко разочарование. Новото не побеждава без борба — в тази истина е трябвало да се убеди Нютон след като на 6 февруари 1672 г. той изнася доклад в Кралското дружество върху новата теория на светлината и цветовете. Против опитите и особено против изводите на Нютон заставал членът на Кралското дружество Робърт Хук (1635—1703 г.), знаменитият физик Християн Хюйгенс (1629—1695), йезуитите Пардис, Лилус, белгийският учен Люкас и др. При това доста интересно е обстоятелството, че наред с неразбирането и непризнаването на новото, внесено в науката на светлината, го обвинили в плагиатство, в заимствуване на чужди открития Такова обвинение например повдигнал Хук, приписвайки на себе си приоритета за опитите с оцветяването на тънки пластинки и оспорвал приоритета на Нютон в изобретяването на рефлектора. Такива обвинения в присвояване на приоритет съпътствали всяко откритие на Нютон: приоритета за изобретяване на диференциалното смятане оспорвал Лайбниц, а за откриването на закона за гравитацията — пак Хук. Всички тези неща показват, че откритията на Нютон, при цялата им дълбочина и значение, не са били спонтанен изблик на откровение, а са се подготвяли от цялото развитие на науката, или както се казва „са витаели във въздуха“. Заслугата на Нютон е, че той е довел тези идеи до такова съвършенство и завършеност както никой друг от неговите съвременници. Той по-дълбоко и по-далеч от всички проникнал в новото, което се е заключавало в тези идеи. Затова с пълно основание считаме единствено Нютон за автор на споменатите открития.
Преминал от въпросите на оптиката към въпросите на гравитацията и механиката, Нютон работи над тези проблеми интензивно. По онова време мисълта за силата, която заставя планетите да се движат около Слънцето по законите на Кеплер, вълнувала много умове. За тази сила мислил и Хук, който доловил правилния й закон, а също и членовете на Кралското дружество, известният лондонски архитект Кристофър Рен и астрономът Халей. Те дори успели да формулират съответната задача: да се докаже, че под действието на сила, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието до Слънцето, планетата ще се движи по елипса, но не могли да я решат. Халей решил да се обърне към Нютон за помощ. През август 1684 г. той бил в Кеймбридж и се отбил при Нютон, за да се консултира с него по тази задача. Нютон отговорил, че е решил вече задачата и обещал да му изпрати своя ръкопис. През есента ръкописът бил у Халей. Халей незабавно поставил пред дружеството въпроса за публикуването му. Но Нютон не се съгласявал да се отпечата представената част от неговия труд. Едва на 28 април 1686 г. той представил пред Кралското дружество ръкописа на книгата си „Математически принципи на естествената философия“. Отпечатването на книгата се забавило по различни причини, но в края на краищата всички пречки били отстранени и в средата на 1687 г. великото творение на Нютон се появило на бял свят. С издаването на тази книга се завършва епохата на борбата за нова наука и мироглед и започнала нова епоха в развитието на науката.
Преди да дадем представа за общата схема на „Началата“, би могло да отбележим, че в механиката геният на Нютон се проявил преди всичко в осмисляне работите на неговите предшественици и в обобщаване на закони, известни дотогава за частни случаи.
Първите страници от „Началата“ съдържат основните понятия, аксиоматиката на класическата механика. Тази част се състои от осем определения, три закона за движение, следствия от тях и една схолия (поучение).
Първите, три определения са за маса, импулс (количество на движение) и инертност. Четвъртото определение е за сила. Следващите определения, от петото до осмото, се отнасят за центростремителна сила. Като примери на центростремителна сила Нютон привежда силата на тежестта, магнитната сила, онази сила (независимо от нейния произход!), която удържа планетите на криволинейните им орбити. От тези примери Нютон е показал, че е възможно да се „изстреля“ изкуствен спътник на Земята или да се отправи тяло от Земята, което да продължава вечно своето движение в небесното пространство. Тези две възможности са могли да станат действителност едва три века по-късно! Осмото определение е за ускорението.
След осемте определения следва знаменитото „поучение”, послужило като предмет на дълбоки размисли и дълги дискусии първоначално за философи, а след това и за физици, до наши дни. В това поучение са постулирани абсолютното време и абсолютното пространство, господствали във физиката до 19 век. За Нютон силата е абсолютен елемент (абсолютна величина), докато движението може да има само относителен характер поради отсъствието на абсолютна отправна система.
След определенията следват трите закона на движение: законът за инерцията, законът за пропорционалността на силата на ускорението и законът за действието и противодействието.
По-нататък Нютон разглежда движението на тела под действието на централни сили. С помощта на много просто доказателство Нютон установява валидността на следната теорема (и обратната на нея): движението на материална точка под-действието на централна сила е в една равнина и става така, че площта, описана от радиус-вектора, е пропорционална на изтеклото време. Изложени са и други твърдения, а именно, че силите са обратно пропорционални на квадрата на разстоянията, ако квадратите на периодите на обикаляне са пропорционални на кубовете на разстоянията. Формулира се и обща теорема за движение по крива линия около център. Това са нови теореми в механиката, достатъчни за обяснение на емперичните закони на Кеплер и разширяващи областта на приложимост на новата динамика за движението на планетите.
Най-голямото достижение в Нютоновите „Начала“ е построяването на „системата на света, изложена в последната трета книга на съчинението. Нютон отначало изброява установените от наблюдения закони за движенията на планетите Луната, спътниците на Юпитер и Сатурн. Като използва изложените по-напред резултати, Нютон дава динамична интерпретация на тези закони по същество в онзи вид, в който това сега се прави, а курсовете по физика, и стига до извода, че във всички случаи централната звезда действа на планетата или планетата на спътника със сила, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието. Централен пункт в тази част от „Началата“ е доказателството, че силата, удържаща Луната на нейната орбита — това е онази сила, която заставя телата да падат на повърхността на Земята.
Преодолявайки всички трудности по пресмятането на силата на привличане между материална точка и тяло със сферична Форма. Нютон стига до извода, че
„Привличането съществува за всички тела изобщо и е пропорционално на масата на всяко от тях.”
Провъзгласявайки този закон, Нютон се въздържа от уточняване причината за привличането:
„Причината на тези свойства на силата на привличане досега не можах да изведа от явления; хипотези аз не измислям (hypotheses non figo).“
По-нататък Нютон излага знаменитата теорема за това, че две сфери, състоящи се от концентрични хомогенни слоеве, се привличат така като че ли техните маси са съсредоточени в центъра на всяка сфера. Нютон обръща внимание и на твърдението, че приливите и отливите на моретата стават от съвместното действие на Луната и Слънцето. „Началата“ завършват с формулирането на т. н. задача на Клеро, наречена по-късно „задачата за три тела“ и причинила толкова грижи и мъчнотии на математиците, започвайки от Нютон и стигайки до наши дни. Задачата се заключава в определяне движението на три тела (при Нютон — Слънце, Земя и Луна) под действието на централна (гравитационна) сила.
До Айнщайн гравитацията е била необяснимо явление в науката. Сам Нютон считал за безсмислено действието от разстояние без помощта на посредник (поле), но както бе споменато по-горе, винаги се отказвал публично да изрази своето отношение към природата на силата на тежестта.
Развитието на механиката и астрономията през 18 и 19 век са фактически триумф на Нютоновата механика. Не случайно Лагранж е казал, че Нютон е най-щастливият от всички световни гении, понеже системата на света може да се установи само един път.
Нютон е бил син на своето време, живял е с интересите на своя народ, на своята класа. Убеден привърженик на позицията „Законът е над краля“ — Нютон е бил избран в учредителния парламент. От януари 1688 г. до 1690 г. Нютон е в Лондон и взема участие в работата на Парламента. Тези години на интензивен живот, които заедно с наличието на несъмнена преумора, предизвикана от огромната работа по създаването на „Началата“, рязко влошили здравословното състояние на Нютон. Случаен удар — пожар, който унищожил редица книги на Нютон, го довели до нервно сътресение. Благодарение на грижите на неговите приятели Нютон бил излекуван и в 1694 г. пристъпил към работата върху теорията за движението на Луната. През 1696 г. Нютон бил назначен за пазител на Монетния двор. Кеймбриджският период от живота на Нютон завършил, започнал последният, лондонският период — период на обществено признание на заслугите на Нютон и славата му приживе.
В Лондон Нютон започнал да взема непосредствено участие в работата на Кралското дружество. На 30 ноември 1703 г. той бил избран за Председател на дружеството и останал такъв до края на живота си. В 1701 г. Нютон публикувал кратко съобщение: „Върху скалата на степените на топлината и студа“, което е една от основоположните работи в историята на термометрията. В 1704 г. излязла „Оптиката“ на Нютон. Тя била съставена от работите, написани още в Кеймбридж. „Оптиката“ донесла голяма слава на нейния автор. През живота на Нютон тя излязла три пъти: 1704 г., 1717 г. и в 1721 г. В 1706 г. бил издаден нейният латински превод, а в 1720 г. — френският. Към първото издание били приложени два математически трактата: „Върху квадратурата на кривите“ и „Класификация на кривите от трети ред“. Тази публикация дала повод за полемика с Лайбниц във връзка с приоритета. Полемиката продължила до смъртта на Нютон и създала както на Нютон, така и на Лайбниц не малко горчиви минути. (Сега е установено, че двамата автори дошли до откриването на диференциалното и интегралното смятане независимо един от друг, обаче Нютон направил откритието си няколко години по-рано от Лайбниц.)
„Оптиката“ се състои от три книги (подобно на „Началата“). В първата се разглеждат отражението, пречупването и дисперсията на светлината (анализ и синтез на цветове) с приложение за обяснение на дъгата и с допълнение, посветено на телескопите. Във втората книга се разглеждат оцветяванията на тънки слоеве. Накрая, третата книга, съдържа кратко експериментално изследване на дифракцията и завършва с 31 „въпроса“ от теоретически характер.
Книгата започва с определение на светлината, от което става ясно, че Нютон се е придържал към корпускулярната концепция за природата на светлината. След това се привеждат експериментите по дисперсията на светлината, които са станали основа на съвременната физическа оптика. Би било излишно да се подчертава гениалността на постановката на проблема, на изкусността на Нютоновото решение, на точността на измерването. Достатъчно е само да споменем грамадния скок, станал под влияние на работите на Нютон в изследванията на пречупването в призма, с които са се занимавали до него твърде много физици. Серията опити, които Нютон е направил, му позволили да заключи, че „Лъчи, отличаващи се по цвят, се различават и по степента на пречупване.“ и „Всяка хомогенна светлина има собствена окраска, отговаряща на степента на нейната (на светлината) пречупваемост, и такава окраска не може да се изменя при отражения и пречупвания.“ По-нататък Нютон привежда серии от опити, в същата стенен изумителни, относно синтеза на цветовете.
Всички тези открити от Нютон свойства на светлината му позволили да даде ново, по-пълно обяснение на дъгата и да изтълкува цвета на телата като резултат от избирателно поглъщане на падащата върху тях светлина.
В първата част на втората книга на „Оптиката“, състояща се от четири части, се описват серия от основни опити, проведени с изключително изкуство и станали класически. Тази част от работата е истински шедьовър на експерименталното изкуство. Нютон изучава оцветяването на тънки слоеве, като наблюдава това явление не само в бяла светлина, но и в монохроматична. Многобройните опити върху това интересно явление и точните измервания позволили на Нютон да открие различни закономерности, останали верни до наши дни.
Първата част от третата книга на „Оптиката“ съдържа няколко експериментални изследвания на явления, открити от Грималди. Обаче Нютон се старае да избегне думата „дифракция“. Както по подход, така и по интерпретация тези негови опити силно отстъпват на описаните в първите две книги и са подбрани с цел да представят явлението дифракция като резултат на привличане на светлинните корпускули от веществото: светлинните лъчи, преминаващи близо до краищата на телата, изпитват привличане и затова се изкривяват. Нютон чувствува недостатъчност в тази част от работата и в експериментално, и в теоретично отношение и заключава с честното признание, че не е успял да извърши онова, което е бил запланувал. Затова той предлага 31 „въпроса“ за по-нататъшно изследване, което следва да се направи от други учени. В действителност тези въпроси се отнасят не само до оптиката, но и до гравитацията, химията и други частни явления. В тях са събрани най-различни съображения на Нютон, в които наред с много дълбоки мисли се срещат и грешки, и очевидни противоречия. Известно е, че по-нататък, през 18 и 19 в., главно благодарение на опитите на Юнг и Френел във физиката се налага вълновата теория на светлината. Обаче сто години по-късно станало ясно, че е необходимо да се приеме и схващането на светлината като поток от частици. Интересно е, че в 1675 г. Нютон е разработвал теория на светлината, в която се съчетавала представата за вълните с представата за частици, запазващи своите „първоначални“ свойства. Твърде интересна е също така мисълта на Нютон за възможно превръщане на веществото в светлина и обратно. И наистина откритите през 1933—34 г. превръщания на електрон и позитрон в светлинни кванти потвърждават тази идея. По такъв начин Нютон предугадил бъдещо откритие във физиката, преминавайки в своите оптически открития пътя от шлифовката на стъкла и огледала (при конструирането на телескопите) до дълбоките теоретични разсъждения върху природата на светлината.
Краят на живота на Нютон е отбелязан със слава признание и спокойствие. В Кралското дружество той се ползвал с неоспорим авторитет, учениците му се сражавали за неговите идеи, за победата на Нютоновата физика по целия свят. Нютон е бил обкръжен с внимателните услуги на племенницата си. Нютон починал през нощта на 20 срещу 21 март 1727 г. Погребали го с големи почести в Уестминстерското абатство — английския национален пантеон — до гроба на друг велик син на Англия — композитора Хенри Пърсел.
Надписът на паметника над гроба на Нютон завършва с думите:
„Нека смъртните се радват, че е съществувало такова украшение на човешкия род“.
На статуята на Нютон в Кеймбридж е изсечен следният стих от Лукреций:
„С разума си той превъзхождаше човешкия род“.
И най-сетне в къщата, където той се е родил, е поместено двустишието на английския поет Александр Поп:
„Природата и нейните закони били покрити с мрак.
И рече бог: да бъде Нютон — и настана светлина“.
И. Желязков
Източник: nauka.bg
