Томас Левенсон - Ньютон и фальшивомонетчик

Последняя обращена к вопросу о том, что происходит, когда силы и объекты взаимодействуют: "Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны" [60] (курсив в оригинале. — Прим. авт. ).

Таковы три знаменитых закона движения — они представлены не как суждения, которые должны быть доказаны, но как основы реального мира. Ньютон понимал, что это было нечто из ряда вон выходящее, и в соответствии с этим выстроил свой текст, вторя работам, которые так хорошо знал. Он начал с откровения, простого утверждения фундаментальных истин, а затем следовали пятьсот страниц толкований, показывающих, что можно вывести из этих простых на первый взгляд начальных положений. [61]

Книги первая и вторая — обе названы "Движение тел" — показывают, сколь многое могут объяснить эти три закона. После небольшого введения Ньютон представил в переработанном виде материал, который он показывал Галлею, чтобы вывести свойства различных орбит, получающихся в результате применения закона обратных квадратов для силы тяжести. Он произвел математический анализ того, как объекты, которыми управляют эти три закона, сталкиваются и отскакивают друг от друга. Он вычислил то, что происходит, когда объекты проходят через различные среды — например, сквозь воду вместо воздуха. Он рассмотрел вопросы плотности и сжатия и создал математические инструменты, чтобы описать то, что случается с жидкостями под давлением. Он проанализировал движение маятника. Он вставил в свой труд более раннюю математическую работу о конических сечениях, очевидно, просто потому, что она была у него под рукой. Он сделал попытку проанализировать движение волны и распространение звука. Один за другим Ньютон разбирал каждый феномен, представляющий собой материю в движении.

Он писал в течение всей осени и зимы 1685 года — выдвигал утверждения и теоремы, представлял доказательства, выводил следствия из положений, уже доказанных, страница за страницей, доказательство за доказательством, покуда все нерешенные вопросы не пали под его напором. В то время страсть Ньютона к работе, всегда огромная, стала всепоглощающей. "Он очень редко ложился спать, пока часы не покажут два или три часа, а иногда только в пять или шесть, пребывая во сне четыре или пять часов", писал Хамфри Ньютон. Проснувшись, "он ревностно и неутомимо предавался своим исследованиям, так что едва вспоминал о времени молитвы". [62]

Ньютону потребовалось почти два года, чтобы закончить вторую книгу. Последняя теорема в ней окончательно разрушает теорию вихрей Декарта — тех водоворотов в некоторой странной среде, которые, как предполагалось, приводят в движение планеты и звезды. Ньютон безжалостен к Декарту — он пренебрежительно замечает, что работа предшественника "в меньшей степени разъясняет читателю законы движения небесных тел, [63]нежели запутывает его".

Уладив это старое дельце, Ньютон обращается к своей главной цели. В предисловии к "Началам" Ньютон писал: "Вся трудность философии, как будет видно, состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления". [64]Книги первая и вторая охватывают только первую половину этой территории, представляя "законы и условия движений", но, как писал Ньютон, эти законы были все же не философскими, а строго математическими. Теперь, провозгласил он, пришло время подвергнуть эту абстрактную теорию испытанию опытом. "Нам все еще остается задача, — писал он, — вывести систему мира из этих самых начал". [65]

При первом чтении книга третья, которую он так и звал — "Система мира", не достигает цели. Никакие сорок два положения не могут вместить весь опыт. Но, как обычно, Ньютон сделал именно то, что хотел. Он не обещал в математических выкладках всего на сотню страниц охватить все, что движется в обозримой Вселенной. Скорее, он предложил систему — метод, при помощи которого его преемники теперь изучают весь материальный мир, занимаясь тем, что мы называем наукой.

С самого начала книги третьей сила тяготения наконец становится центром повествования. Ньютон вновь начинает с основополагающих постулатов своего исследования. И самое важное — Ньютон делает утверждение, которое можно считать фундаментальной аксиомой всей науки: свойства объектов, которые можно наблюдать на Земле, являются свойствами любых тел [66]во всем космосе. Здесь он доказывает, что сила тяготения действует одинаково и когда она притягивает пушечное ядро к земле, и когда тащит за собою самый что ни на есть отдаленный объект в небесах. Он показывает, что спутники Юпитера подчиняются закону обратных квадратов для силы тяготения, а затем применяет то же рассуждение к большим планетам и к Луне.

Затем он доказывает, что центром планетарной системы должно быть Солнце, и исследует, как взаимная сила притяжения между Сатурном и Юпитером отдаляет орбиты этих планет от совершенного эллипса, какой бы мог вообразить геометр. Математика, подчеркивает здесь Ньютон, является существенной для анализа физического мира, но сама природа более сложна, чем любая его чисто математическая идеализация.

Ньютон торопится — он описывает множество явлений, уделяя каждому ровно столько времени и энергии, сколько необходимо. Возвращаясь ближе к Земле, он анализирует орбиту Луны и следствие наблюдаемого факта — что Земля не является совершенной сферой. (Он доказал, что сила притяжения на поверхности сфероида не будет повсюду одинаковой, и следовательно, вес немного изменяется в зависимости от того, где именно находится тело на поверхности Земли). И, словно бы завершая путешествие от наиболее удаленных известных планет к поверхности Земли, он исследует влияние Луны и Солнца на земные приливы и отливы. Если двадцать лет назад Ньютон рассматривал силу тяготения только как местное явление, теперь она становится двигателем всей системы мира, той силой, которая соединяет повышение и понижение уровня воды в Темзе или в Тонкинском заливе со всеми наблюдаемыми движениями солнечной системы.

Однако Ньютон не хочет заканчивать книгу третью на этом, и это говорит о том, что он стремится не просто обосновать свои выводы, но и убедить в них. Безусловно, Ньютон не романист, и "Начала" трудно назвать книгой для запойного чтения. Но книга третья — как и весь том — воспринимается как своего рода эпопея силы тяготения, и, чтобы привести рассказ к героическому финалу, Ньютон вновь уводит действие в космос, в царство комет.

Пассаж начинается неспешно — с подробного, утомительного описания ряда наблюдений за траекторией Большой кометы 1680 года, результата неустанных попыток Ньютона отличить верные данные от неверных. [67]На основе достоверных показаний Ньютон выстраивает ее орбиту. Затем он получает тот же самый путь благодаря вычислениям, выводя его из трех положений, заданных наблюдениями. Два пути, один — наблюдаемый, другой — рассчитанный, совпадают почти полностью, образуя кривую, именуемую параболой. Изменения в траектории, если комета движется по параболическому пути, а не эллиптическому, совсем невелики, но различие крайне важно. Кометы с эллиптической орбитой, такие как комета 1682 года, которую мы теперь называем кометой Галлея, возвращаются снова и снова. Комета с параболической траекторией проходит около Земли только раз. Она отклоняется Солнцем, и дальнейшее движение может унести ее к самым дальним пределам небес. [68]