В погоне за Солнцем - Ричард Коэн

Еще не достигнув двадцати четырех лет, Ньютон начал формулировать принципы тяготения – основы современной предсказательной астрономии – и доказывать, что объекты на Земле и в небе движутся согласно одним и тем же законам. К этому возрасту он уже сделал важнейшие открытия о природе оптики, о свойствах цвета и света и собирался разрабатывать законы охлаждения, формулировать принципы сохранения момента, изучать скорость звука в воздухе, строить теорию происхождения Солнца. Он первым объяснил природу приливов, изложил новые идеи о конструировании телескопов и выступил одним из создателей математического анализа – дисциплины, без которой наука в ХХ веке не сделала бы ни шагу. “Не стоит заблуждаться, – сказал Эйнштейн в 1919 году, когда его теория относительности принесла ему мировую славу, – и полагать, что сильнейшая работа Ньютона может быть упразднена той или иной новой теорией. Его великие и яркие идеи сохранят свое уникальное значение навечно”[271].

Исаак Ньютон родился на Рождество в семье фермера в деревеньке Вулсторп на восточном побережье, в графстве Линкольншир. Ранняя смерть отца и скорое повторное замужество матери оставили ребенка на попечении бабушки – не редкость в те дни, но и не слишком плодотворно в плане воспитания. Мальчиком Ньютон мастерил солнечные и обычные часы и всегда точно определял время по Солнцу. В июне 1661-го он уже учился в Тринити-колледже – тогда, как и сейчас, самом знаменитом и большом колледже Кембриджского университета.

Аристотель и прочие великие греческие философы все еще служили поддержкой царящей ортодоксии, но ростки радикальных инноваций уже возникали в лице Рене Декарта (1596–1650), который хоть и сохранял свои исследования в тайне из боязни смертоносной немилости церкви, но в 1644 году опубликовал “Начала философии”. В этом сочинении он, в частности, утверждал, что Солнце – лишь одна из множества звезд, каждая из которых находится в центре собственной “воронки”. У Ньютона такая вселенная вызывала массу вопросов. Почему любой объект всегда стремится упасть как можно ниже? Или почему он двигается в определенном направлении? Галилей рассмотрел, что лунные горы и ущелья похожи на земные, но если они сделаны из того же вещества, что и наша планета, то что удерживает Луну в небе? Почему она кружит вокруг Земли, вместо того чтобы устремиться вниз или, напротив, улететь прочь? Личный физик королевы Елизаветы Уильям Гилберт мог сделать невольную подсказку, когда в работе De Magnete (1600) предположил, что Земля обнаруживает то, что мы сегодня называем “биполярным магнитным полем”, т. е. что ее полюсы заряжены и превращают ее в “большой магнит”. Но что такое магнит?

Сэр Исаак Ньютон (1643–1727) (Science Source / Photo Researchers, Inc.)

Над этими головоломками Ньютон размышлял в своей комнате, расположенной между Главными воротами Тринити-колледжа и часовней. Но во время суровой зимы 1665 года в Англию с континента пришла чума, распространяясь от прихода к приходу, убивая тысячи людей еженедельно. Менее чем за год погиб каждый шестой лондонец. Кембридж не остался в стороне – шестнадцать колледжей были закрыты (каждый был небольшой общиной, даже к XIX веку весь университет насчитывал всего четыре сотни студентов), а Ньютону пришлось вернуться в каменный фермерский дом своей бабки. Его изоляция продлилась около девятнадцати месяцев, в течение которых он успешно создал современную математику, механику и оптику. Как вспоминал сам Ньютон, “я был в самом расцвете сил и занимался математикой и философией больше, чем когда-либо потом”[272].

Его научную проницательность можно обнаружить в ответах, которые он нашел на два солнечных вопроса – какова масса Солнца по сравнению с Землей и какова его относительная плотность. Ньютон подсчитал, что Солнце в 28 700 раз массивнее Земли (сильно заниженная оценка, но ближе не подходил никто), а его плотность составляет примерно 0,25 от земной (отличается от современной оценки на 2 %). Сила тяжести, впрочем, оказалась более крепким орешком: пройдет почти двадцать лет, прежде чем Ньютон публично выдвинет свою теорию, и к тому времени он уже частично воспользуется чужими идеями. Около 1639 года астроном Джереми Хоррокс (1617–1641), тоже учившийся в Кембридже, предположил, что на движение Луны, обусловленное Солнцем, воздействует и некоторая сила, исходящая от Земли. Вслед за этим члены Королевского общества Роберт Гук (1635–1703), Эдмунд Галлей (1656–1742) и сэр Кристофер Рен (1632–1723), а также французский священник Исмаэль Буйо (1605–1694) предположили, что эта сила стремительно уменьшается по мере удаления объекта от центра Земли. Но именно Ньютон распознал действие общего закона и первым продемонстрировал, как он работает.

Ученый заключил, что тело на поверхности Земли удерживается силой примерно в триста пятьдесят раз большей, чем центробежная сила, отталкивающая его от Земли из-за ее вращения, – эту силу он назвал “гравитацией” (лат. gravitas – тяжесть). Вопрос был не в том, существует ли эта сила – Галилей показал, что существует, – а в том, простирается ли она столь далеко от Земли, чтобы оказаться силой, которая удерживает Луну на ее орбите. По расчетам Ньютона, если взаимное притяжение было пропорционально массам тел и уменьшалось пропорционально квадрату расстояния между ними, то оно объясняло не только орбитальное вращение Луны, но и формирование орбит всех прочих планет – отсюда и его термин “всемирное тяготение”. Этой же формулой он описал расположение планет и звезд, а также причину предварения равноденствий, объяснил отливы и приливы. Даже сегодня грандиозный масштаб этого рассуждения ставит его в первые ряды среди достижений человеческого разума; но, произведя все расчеты, Ньютон отложил их в сторону.

Много лет спустя он расскажет как минимум четырем разным людям, что его вдохновило яблоко в собственном саду. Что, если сила, заставляющая плод падать с дерева, не ограничивается каким-то расстоянием, а распространяется от Земли дальше и дальше? Ньютон никогда не писал о каких-то вспышках прозрения, только “я начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны” как о силе, действие которой всегда направлено от центра Земли[273].