Геостанционарная орбита. Исаак Ньютон

    В истории науки Роберт Гук отмечен  не только замечательными открытиями и изобретениями, но и постоянными  приоритетными спорами. Своего первого  покровителя, Роберта Бойля, он обвинил  в том, что тот присвоил себе усовершенствования воздушного насоса, придуманные Гуком. С секретарём Общества Ольденбургом он рассорился, заявив, что с помощью  Ольденбурга Гюйгенс украл у  Гука идею часов со спиральной пружиной.Его друг и биограф Ричард Уоллер писал в предисловии к посмертному сборнику трудов Гука: «Характер его был меланхоличным, недоверчивым и ревнивым, что с годами становилось всё заметней». С. И. Вавилов пишет:

Живость ума, связанная с крайней неустойчивостью  характера, отсутствием выдержки и  настойчивости, болезненным самолюбием, была поистине роковой для Гука. Почти ни одно его изобретение, ни одна идея, ни один опыт не доводились до конца, а бросались на полдороге. Возникали непрерывные недоразумения, обиды, зависть, споры из-за приоритета, заполнявшие жизнь Гука. Почти  всякий талантливый ученый современник  становился врагом Гука, потому что  деятельность Гука в науке и технике  была столь разносторонней, что постоянно  приходилось затрагивать вопросы, так или иначе им изучавшиеся; поэтому разгорались споры о  приоритете и даже плагиате.

В 1675 году Ньютон прислал Обществу свой трактат с  новыми исследованиями и рассуждениями  о природе света. Гук на заседании  заявил, что всё, что есть ценного  в трактате, уже имеется в ранее  опубликованной книге Гука «Микрография». В частных беседах он обвинял Ньютона в плагиате «Я показал, что господин Ньютон использовал мои гипотезы об импульсах и волнах» (из дневника Гука). Гук оспаривал приоритет всех открытий Ньютона в области оптики, кроме тех, с которыми он был не согласен.Ольденбург тут же известил Ньютона об этих обвинениях, и тот расценил их как инсинуации. На этот раз конфликт удалось погасить, и учёные обменялись примирительными письмами (1676). Однако с этого момента и вплоть до смерти Гука (1703) Ньютон никаких работ по оптике не публиковал, хотя у него накопился огромный материал, систематизированный им в классической монографии «Оптика» (1704). 

Когда Ньютон готовил к публикации свои «Начала», Гук потребовал, чтобы Ньютон в  предисловии оговорил приоритет  Гука относительно закона тяготения. Ньютон возразил, что Буллиальд, Кристофер Рен и сам Ньютон пришли к той же формуле независимо и раньше Гука.Разгорелся конфликт, немало отравивший жизнь обоим учёным. С. И. Вавилов пишет:

  Если  связать в одно все предположения  и мысли Гука о движении  планет и тяготении, высказанные  им в течение почти 20 лет,  то мы встретим почти все  главные выводы «Начал» Ньютона,  только высказанные в неуверенной  и мало доказательной форме.  Не решая задачи, Гук нашел  ее ответ. Вместе с тем перед  нами вовсе не случайно брошенная  мысль, но несомненно плод долголетней работы. У Гука была гениальная догадка физика-экспериментатора, прозревающего в лабиринте фактов истинные соотношения и законы природы. С подобной редкостной интуицией экспериментатора мы встречаемся в истории науки еще у Фарадея, но Гук и Фарадей не были математиками. Их дело было довершено Ньютоном и Максвеллом.

  Бесцельная  борьба с Ньютоном за приоритет  набросила тень на славное  имя Гука, но истории пора, спустя  почти три века, отдать должное  каждому. Гук не мог идти  прямой, безукоризненной дорогой  «Математических начал» Ньютона,  но своими окольными тропинками, следов которых нам теперь  уже не найти, он пришел туда  же.

В дальнейшем отношения Ньютона с Гуком  оставались напряжёнными. Например, когда  Ньютон представил Обществу придуманную  им новую конструкцию секстанта, Гук тут же заявил, что изобрёл  такой прибор более 30 лет назад (хотя никогда секстантов не строил).Всё же Ньютон сознавал научную ценность открытий Гука и в своей «Оптике» несколько раз упомянул своего, уже покойного, оппонента.

Джон Флемстид, выдающийся английский астроном, познакомился с Ньютоном в Кембридже (1670), когда Флемстид был ещё студентом, а Ньютон — магистром. Однако уже в 1673 году, почти одновременно с Ньютоном, Флемстид тоже стал знаменит — он опубликовал великолепные по качеству астрономические таблицы, за которые король удостоил его личной аудиенции и звания «Королевский астроном». Более того, король распорядился построить в Гринвиче вблизи Лондона обсерваторию и передать её в распоряжение Флемстида. Однако деньги на оснащение обсерватории король посчитал излишними тратами, и почти все доходы Флемстида уходили на постройку инструментов и хозяйственные нужды обсерватории.

 Гринвичская обсерватория, старое здание

Поначалу  отношения Ньютона и Флемстида были добросердечными. Ньютон готовил второе издание «Начал» и крайне нуждался в точных наблюдениях Луны для построения и (как он надеялся) подтверждения своей теории её движения; в первом издании теория движения Луны и комет была неудовлетворительна. Это было важно и для утверждения ньютоновской теории тяготения, подвергавшейся на континенте резкой критике картезианцев. Флемстид охотно передавал ему запрошенные данные, и в 1694 году Ньютон с гордостью известил Флемстида, что сравнение расчётных и опытных данных показало их практическое совпадение. В некоторых письмах Флемстид настоятельно просил Ньютона в случае использования наблюдений оговорить его, Флемстида, приоритет; это в первую очередь относилось к Галлею, которого Флемстид не любил и подозревал в научной нечестности, но могло означать и недоверие к самому Ньютону. В письмах Флемстида начинает сквозить обида:

Я согласен: проволока дороже, чем золото, из которого она сделана. Я, однако, собирал  это золото, очищал и промывал его, и не смею думать, что Вы столь  мало цените мою помощь только потому, что столь легко её получили.

Начало открытому  конфликту положило письмо Флемстида, в котором он с извинениями сообщал, что обнаружил в части предоставленных Ньютону данных ряд систематических ошибок. Это ставило под угрозу ньютоновскую теорию Луны и вынуждало переделать расчёты, причём доверие к остальным данным также было поколеблено. Ньютон, который терпеть не мог недобросовестности, был крайне раздражён и даже заподозрил, что ошибки был внесены Флемстидом сознательно.

В 1704 году Ньютон посетил Флемстида, который к этому времени получил новые, чрезвычайно точные данные наблюдений, и просил его передать эти данные; взамен Ньютон обещал помочь Флемстиду в издании его основного труда — Большого звёздного каталога. Флемстид, однако, стал тянуть время по двум причинам: каталог был ещё не вполне готов, а Ньютону он больше не доверял и боялся кражи своих бесценных наблюдений. Предоставленных ему для завершения труда опытных вычислителей Флемстид использовал для расчёта положений звёзд, в то время как Ньютона интересовали в первую очередь Луна, планеты и кометы. Наконец, в 1706 году печать книги началась, но Флемстид, страдавший от мучительной подагры и становившийся всё более подозрительным, потребовал, чтобы Ньютон не вскрывал запечатанный типографский экземпляр до окончания печати; Ньютон, которому данные были срочно нужны, пренебрёг этим запретом и выписал нужные величины. Напряжение росло. Флемстид устроил Ньютону скандал за попытку лично внести мелкие корректуры ошибок. Печать книги шла крайне медленно. 

Из-за финансовых трудностей Флемстид не уплатил членский взнос и был исключён из Королевского общества; новый удар нанесла королева, которая, видимо, по ходатайству Ньютона, передала Обществу контрольные функции над обсерваторией. Ньютон предъявил Флемстиду ультиматум:

Вы представили  несовершенный каталог, в котором  многого не хватает, Вы не дали положений  звёзд, которые были желательны, и  я слышал, что печать сейчас остановилась из-за их непредоставления. Таким образом, от Вас ожидается следующее: или Вы пришлёте конец Вашего каталога д-ру Арбетноту, или по крайней мере пришлёте ему данные наблюдений, необходимые для окончания, с тем, чтобы печатание могло продолжаться.

Ньютон также  пригрозил, что дальнейшие задержки будут рассматриваться как неподчинение приказу Её Величества. В марте 1710 года Флемстид, после горячих жалоб на несправедливость и козни врагов, всё же передал завершающие листы своего каталога, и в начале 1712 года первый том, под названием «Небесная история», вышел в свет. В нём были все данные, нужные Ньютону, и год спустя переработанное издание «Начал», с гораздо более точной теорией Луны, также не замедлило появиться. Злопамятный Ньютон не включил в издание благодарности Флемстиду и вычеркнул все упоминания о нём, присутствовавшие в первом издании. В ответ Флемстид сжёг все не распроданные 300 экземпляров каталога в своём камине и стал готовить второе его издание, уже по собственному вкусу. В 1719 году он скончался, но усилиями жены и друзей это замечательное издание, гордость английской астрономии, было опубликовано в 1725 году.

Преемником  Флемстида в королевской обсерватории стал Галлей, который также немедленно засекретил все результаты наблюдений во избежание кражи данных соперниками. До конфликта с Галлеем дело не дошло, однако на заседаниях Общества Ньютон неоднократно отчитывал Галлея за нежелание поделиться нужными Ньютону данными.

Из сохранившихся  документов историки науки выяснили, что дифференциальное и интегральное исчисление Ньютон открыл ещё в 1665-1666 годы, однако не публиковал его до 1704 года.[69] Лейбниц разработал свой вариант  анализа независимо (с 1675 года), хотя первоначальный толчок, вероятно, его  мысль получила из слухов о том, что  такое исчисление у Ньютона уже  имеется, а также благодаря научным  беседам в Англии и переписке с Ньютоном. В отличие от Ньютона, Лейбниц сразу опубликовал свою версию, и в дальнейшем, вместе с Якобом и Иоганном Бернулли, широко пропагандировал это эпохальное открытие по всей Европе. Большинство учёных на континенте не сомневались, что анализ открыл Лейбниц. 

Вняв уговорам друзей, взывавших к его патриотизму, Ньютон во 2-й книге своих «Начал» (1687) сообщил:

В письмах, которыми около десяти лет тому назад  я обменивался с весьма искусным математиком г-ном Лейбницем, я  ему сообщал, что обладаю методом  для определения максимумов и  минимумов, проведения касательных  и решения тому подобных вопросов, одинаково приложимых как для  членов рациональных, так и для  иррациональных, причем я метод скрыл, переставив буквы следующего предложения: «когда задано уравнение, содержащее любое  число текущих количеств, найти флюксии и обратно». Знаменитейший муж отвечал мне, что он также напал на такой метод и сообщил мне свой метод, который оказался едва отличающимся от моего, и то только терминами и начертанием формул.

В 1693 году, когда  Ньютон наконец опубликовал первое краткое изложение своей версии анализа, он обменялся с Лейбницем дружескими письмами. Ньютон сообщил:

Наш Валлис присоединил к своей «Алгебре», только что появившейся, некоторые  из писем, которые я писал к  тебе в своё время. При этом он потребовал от меня, чтобы я изложил открыто  тот метод, который я в то время  скрыл от тебя переставлением букв; я сделал это коротко, насколько мог. Надеюсь, что я при этом не написал ничего, что было бы тебе неприятно, если же это случилось, то прошу сообщить, потому что друзья мне дороже математических открытий.

После появления  первой подробной публикации ньютонова анализа (математическое приложение к «Оптике», 1704) в журнале Лейбница «Acta eruditorum» появилась анонимная рецензия с оскорбительными намёками в адрес Ньютона. Рецензия ясно указывала, что автором нового исчисления является Лейбниц. Сам Лейбниц решительно отрицал, что рецензия составлена им, но историки сумели найти черновик, написанный его почерком.Ньютон проигнорировал статью Лейбница, но его ученики возмущённо ответили, после чего разгорелась общеевропейская приоритетная война, «наиболее постыдная склока во всей истории математики».

31 января 1713 года Королевское общество получило  письмо от Лейбница, содержащее  примирительную формулировку: он  согласен, что Ньютон пришёл к  анализу самостоятельно, «на общих  принципах, подобных нашим». Рассерженный  Ньютон потребовал создать международную  комиссию для прояснения приоритета. Комиссии не понадобилось много  времени: спустя полтора месяца, изучив переписку Ньютона с  Ольденбургом и другие документы,  она единогласно признала приоритет  Ньютона, причём в формулировке, на этот раз оскорбительной  в отношении Лейбница. Решение  комиссии было напечатано в  трудах Общества с приложением  всех подтверждающих документов. В ответ с лета 1713 года Европу  наводнили анонимные брошюры,  которые отстаивали приоритет  Лейбница и утверждали, что «Ньютон  присваивает себе честь, принадлежащую  другому». Брошюры также обвиняли  Ньютона в краже результатов Гука и Флемстида. Друзья Ньютона, со своей стороны, обвинили в плагиате самого Лейбница; по их версии, во время пребывания в Лондоне (1676) Лейбниц в Королевском обществе ознакомился с неопубликованными работами и письмами Ньютона, после чего изложенные там идеи Лейбниц опубликовал и выдал за свои.

Война не ослабевала до декабря 1716 года, когда аббат Конти сообщил Ньютону: «Лейбниц умер — диспут окончен».

Научная деятельность

С работами Ньютона связана новая эпоха  в физике и математике. Он завершил начатое Галилеем создание теоретической  физики, основанной, с одной стороны, на опытных данных, а с другой — на количественно-математическом описании природы. В математике появляются мощные аналитические методы. В физике основным методом исследования природы  становится построение адекватных математических моделей природных процессов  и интенсивное исследование этих моделей с систематическим привлечением всей мощи нового математического аппарата. Последующие века доказали исключительную плодотворность такого подхода.

Философия и научный метод

Ньютон решительно отверг популярный в конце XVII века подход Декарта и его последователей-картезианцев, который предписывал при построении научной теории вначале «проницательностью ума» найти «первопричины» исследуемого явления. На практике этот подход часто  приводил к выдвижению надуманных гипотез  о «субстанциях» и «скрытых свойствах», не поддающихся опытной проверке. Ньютон считал, что в «натуральной философии» (то есть физике) допустимы  только такие предположения («принципы», сейчас предпочитают название «законы  природы»), которые прямо вытекают из надёжных экспериментов, обобщают их результаты; гипотезами же он называл  предположения, недостаточно обоснованные опытами. «Всё…, что не выводится  из явлений, должно называться гипотезою; гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам  не место в экспериментальной  философии».[73] Примерами принципов  служат закон тяготения и 3 закона механики в «Началах»; слово «принципы» (Principia Mathematica, традиционно переводимое как «математические начала») содержится и в названии его главной книги.