В то время как в Великобритании 17-го века бушевала бубонная чума, молодой Исаак Ньютон, находясь в изоляции, сделал существенную часть своих научных открытий, включая закон всеобщего тяготения. Позже Ньютон называл это время самым интеллектуально продуктивным периодом своей жизни.
Зимой 1664 года одна из жительниц не самого благополучного района Лондона вдруг была найдена мертвой. Предательские «бубоны» на ее трупе не оставляли сомнений в причине смерти. Дом погибшей был опечатан, а на его дверях появилась красная надпись: «Господи, помилуй нас всех»: женщина скончалась от бубонной чумы, занесенной в страну, как считается, из Нидерландов.
В течение следующих нескольких месяцев были зарегистрированы лишь несколько других смертельных случаев чумы. Но начиная с апреля, по мере того, как воздух прогревался, цифры начали заметно расти. Когда наступило лето, смерть была уже повсюду. Записи середины июля 1665 года говорят о 2,010 смертях, установленных по всем районам Лондона. Число погибших всего за неделю увеличилось до 7,496. В течение 18 месяцев Великая эпидемия чумы в Лондоне, как назвали это бедствие, унесла жизни более 100 000 человек — примерно четверть населения города.
Тогда, как и сейчас, социальное дистанцирование и строгий карантин были мощным ответом на смертельную вспышку заболевания. Городские жители, которые могли себе это позволить, бежали в деревню.
Среди учреждений, закрытых на время эпидемии, оказался Кембриджский университет, а среди студентов относящегося к нему Тринити-колледжа, которые отправились домой на то, что сегодня мы назвали бы вынужденной самоизоляцией, был 23-летний студент-математик по имени Исаак Ньютон. Прихватив с собой книги, записи и инструменты, молодой человек вернулся в родную деревню.
Не время предаваться безделью
В течение следующих полутора лет Ньютон в одиночестве жил на ферме своей семьи в Линкольншире, используя это время для чтения, размышлений и исследований. В то время как совсем рядом бушевала бубонная чума, молодой ученый начал свой великий научный путь.
Позже в воспоминаниях Исаак напишет: “В это время я переживал лучшую пору своей юности и больше интересовался математикой и философией, чем когда бы то ни было впоследствии”.
Оптика и теория света
Одной из тем, которые всегда интересовали Ньютона, был вопрос света и цвета. Двумя годами ранее, посетив ежегодную выставку Sturbridge Fair возле своего университета, он купил маленькую стеклянную призму. Исаак был очарован тем, как призма, казалось, превращала белый свет в целый спектр всех цветов радуги. Никто не понимал, откуда брались эти цвета; одна из теорий людей заключалась в том, что стекло каким-то образом добавляло цвет к бесцветному лучу света.
Ньютон решил использовать свое вынужденное отсутствие в Кембридже с пользой и раскрыть эту тайну. Устанавливая призму в разных положениях там, куда светило проникающее через окно, выходящее на юг, солнце, он обратил внимание, где на стене комнаты появлялись солнечные блики, переливающиеся цветами радуги.
Ученый терпеливо проводил подробные наблюдения и измерения и постепенно пришел к выводу, что призма преломляет, то есть изгибает солнечный свет, и в процессе этого выявляет составляющие его цвета. Ньютон обнаружил, что белый свет — это смесь всех цветов спектра радуги, но эти цвета становятся видимыми только тогда, когда лучи света преломляются под разными углами.
Вся современная оптика основана на открытии Ньютона. Прошло еще семь лет, прежде чем он сообщил кому-либо о своих выводах, и почти 40 лет, прежде чем он опубликовал свои исследования в виде книги. Но сама по себе идея этого открытия датируется теми месяцами карантина на ферме в Линкольншире.
Механика и математика
Это было не все, что занимало мысли Ньютона в изоляции от общества. Он так же изучал движение и инерцию и хотел понять, как измерить изменяющуюся скорость и направление объекта в полете. Будь то полет стрелы, выпущенной из лука, или ядра, выстрелившего из пушки: они устремляются вверх, затем постепенно замедляются, меняют направление и снова падают вниз. Но что определяет их скорость и направление?
Это оставалось загадкой для всего мира, которую никто не мог разгадать — пока Ньютон не сосредоточил свое внимание на вопросе движения и управления им. Постепенно он разработал три основных закона, которые делают тему движения объектов понятной:
- Тело в состоянии покоя остается в покое, а тело в состоянии движения остается в движении до тех пор, пока на него не начинает действовать некая внешняя сила.
- Сила, действующая на объект, равна массе этого объекта, умноженной на его ускорение — в виде математической формулы этот закон выглядит как F = ma.
- Для каждого действия есть равное ему противодействие.
Законы Ньютона положили начало классической механике, и на ее основе поколения великих физиков сделали множество открытий.
Математика, необходимая для выведения этих законов — которые включают множество переменных с непрерывно меняющимися величинами — не существовала во времена до Ньютона. Фактически он изобрел совершенно новую математическую дисциплину. В конечном итоге то, что Ньютон называл своим “методом флюксий”, станет отдельным разделом математического анализа и будет известна как дифференциальное исчисление. (Независимо от Ньютона схожие наработки чуть позже сделал и немецкий ученый Готфрид Лейбниц.) Без этого открытия современные математика, инженерия и статистика были бы невозможны.
Любое из этих достижений даже по отдельности гарантировали бы славу Ньютона. Но он не гнался за славой. В одном из писем другу Исаак писал: «Я не вижу ничего желательного в славе, даже если бы я был способен заслужить её. Это, возможно, увеличило бы число моих знакомых, но это как раз то, чего я больше всего стараюсь избегать». Свой первый научный труд (завершенный в октябре 1666-го года), излагавший основы анализа, ученый даже не стал публиковать; его нашли лишь спустя 300 лет…
Словом, Ньютон занимался наукой не ради славы, а из искреннего интереса, а потому высоты, которых он смог достичь в течение долгих месяцев изоляции, были поистине умопомрачительными.
Всемирное тяготение и астрономия
Однажды в его саду с ветки действительно упало яблоко (по крайней мере, так он вспоминал десятилетия спустя, будучи уже стариком).
Ученый начал размышлять о силе, которая притянула яблоко на землю. Это была сила, которая, казалось, могла воздействовать на объекты даже на больших расстояниях: ведь даже плод, упавший с самой высокой яблони, какую только можно себе представить, все равно падал на землю. Так на какие расстояния она действует? Может быть, до самой луны? Однако же луна не падает на землю, а всегда остается на отдалении. Почему?
Проблема движения небесных тел вызывала у интеллектуалов времен Ньютона досаду. Они могли себе представить, что земной шар словно раскачивается на цепи и двигается по кругу, все вращаясь и вращаясь, а центростремительная сила удерживает его на некой неизменной орбите.
Однако, если эту цепь разрезать, то кружение прекращается — и тогда шар полетит по прямой линии и перестанет кружиться. При этом известно, что небесные тела не летают по прямой линии. Получается, что, хотя они не связаны цепями в буквальном смысле, их движение все равно совершается по фиксированным орбитам. Как такое возможно?
Оставшись в одиночестве в Линкольншире, Ньютон разгадал эту загадку: он открыл закон гравитации.
Та же самая сила, которая притягивает яблоко к земле, удерживает на нужных орбитах далекие планеты. Это была та самая цепь, связывающая Луну с Землей и планеты с Солнцем. Гравитацию нельзя было увидеть или потрогать, но ее существование можно было доказать с помощью математики. Ньютон одну за другой покрывал записями со своими вычислениями многие страницы тетради и в итоге вывел формулу, которая, по его словам, «позволяла объяснить систему мира».
В течение почти 20 лет Ньютон никому не рассказывал о своем открытии. И когда он, наконец, опубликовал свой великий трактат о движении и гравитации — его название звучало как Philosophi Naturalis Principia Mathematica (лат. «Математические начала натуральной философии») — он оказал в научном мире эффект разорвавшейся бомбы. Открытия Исаака Ньютона, по словам Алана Чарльза Корса, профессора истории в Университете Пенсильвании, составили «один из самых выдающихся научных синтезов в истории человеческого разума».
Сейчас тот трактат Ньютона вообще считается самой важной книгой в истории науки. Он поразил западную цивилизацию до глубины души, поскольку никогда прежде еще не было опубликовано какой-либо работы, подтверждающей, что вселенная подчиняется определенным законам и является логичной и понятной. Для глубоко религиозной Европы это означало, что теперь простые смертные могли, наконец, воспринять саму идею Творения. Изучать мир эмпирически, учиться понимать его работу — значит приближаться к разуму Бога, что прежде всегда казалось людям практически невозможным.
Изоляция, приведшая к триумфу
Открытия Ньютона, сделанные в течение вынужденной изоляции, вызванной бубонной чумой, привели нашу вселенную в состояние математического порядка, который навсегда закрыл дверь массовой вере в магию и дал дорогу чему-то еще более удивительному: триумфу современной науки. Этот поразительно плодотворный период дистанцирования от социума стал известен как annus mirabilis Ньютона — «год чудес» в его жизни.
В отличие от многих своих современников, часть которых погибла во время Великой эпидемии чумы в Лондоне, Исаак Ньютон прожил очень долгую по тем временам жизнь. В 1727 году, на момент его смерти, ученому было 84 года. Ньютон был похоронен с огромными почестями в Вестминстерском аббатстве.
Самой известной эпитафией ученого были строчки, написанные знаменитым английским поэтом Александром Поупом:
«Природа и её законы лежали спрятаны во тьме:
Господь сказал: Да будет НьЮтон! И стал свет!»
