Эти три закона движения лежат в основе его теории; уместно даже сказать, что они являются основой существования самой Вселенной. Согласно первому закону, «всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения», пока на него не воздействует внешняя сила. Второй закон утверждает, что изменение движения или его направления пропорционально приложенной внешней силе «и происходит по направлению» той прямой линии, «по которой приложена сила». Эти два закона сами по себе еще не являются грандиозным открытием, но затем Ньютон добавил к ним третий, заявляющий, что «всякому действию всегда есть равное противодействие». Затем он усовершенствовал формулировку: «Взаимодействия двух тел всегда равны и направлены в противоположные стороны». Для первых читателей эта идея стала своего рода интеллектуальной загадкой, поскольку ее нелегко было наглядно продемонстрировать. Поэтому ученый привел простую аналогию, почерпнув ее из тех дней, которые он провел на ферме в Линкольншире: если лошадь тянет на веревке большой камень, то камень тянет лошадь назад так же сильно, как и лошадь тянет его вперед. Видимое движение будет совершаться в сторону большей массы.
В ходе расширения и уточнения своих первоначальных представлений Ньютон ввел новое для науки и по-настоящему революционное различие между «массой» и «весом»: они пропорциональны друг другу, но не эквивалентны. Масса – произведение плотности и объема, тогда как вес может быть различным в разных местах. По сути, Ньютон явил миру идею массы – с успехом применяемую до сих пор. Кроме того, он ввел понятие «центростремительный» – ключевой элемент его теории всемирного тяготения: при определенных условиях одно тело должно притягиваться к центру другого тела. И это, как нетрудно догадаться, стало одним из основополагающих принципов созданной им гравитационной теории.
За год девятистраничный трактат разросся в десять раз и был разбит на две книги – De Motu Corporum и De Mundi Systemate;[33] первая посвящена математике кругового движения, а вторая – более общему описанию того, что в предисловии он именовал «рациональной механикой». Но затем Ньютон изменил план и композицию своего сочинения. В окончательном варианте вторую книгу он сделал третьей, добавив при этом новый второй том, где описывал маятники, волновое движение и, что самое главное, механику и сопротивление жидкостей. Таким образом, почти весь материал, содержащийся в третьей книге, подвергся пересмотру по сравнению с его более ранними работами.
В этом третьем томе он выделяет набор принципов (regulae) натурфилософских исследований. Затем снова излагает математические тезисы из первого тома – как ключ к пониманию всемирного тяготения, после чего переходит к своей теории приливов, концепции движения Луны и наконец – теории перемещения комет. В своем сочинении он объясняет: «Из небесных явлений я вывел силы тяготения, благодаря коим тела стремятся к Солнцу и к планетам. А зная эти силы, по другим математическим равенствам, я расчислил движение планет, комет, Луны и моря».
Это стало феноменальным достижением: Ньютон изложил свой знаменитый принцип всемирного тяготения, совершивший переворот в науке. Всё во Вселенной взаимозависимо, все ее части связаны между собой единой силой, которую можно понять, выразив ее действие математически. Он открыл математические законы, которым подчиняется сила, удерживающая тело на его орбите, и законы, регулирующие криволинейную траекторию, по которой движется такое тело. Это было настоящее откровение. Он математизировал космос. Он подчинил его законам, открытым человеком. Совершая эти деяния, он шел вперед, руководствуясь сравнительно несложным принципом, который сводится к фразе: «Природа чрезвычайно проста и сама для себя удобна». Она – не хаос, не ошеломляющая мешанина атомов и сил, а объяснимое целое. До этого ни один ученый трактат не основывался на столь тщательно выверенной доказательной базе; еще не существовало научной работы, где выводы в такой большой мере полагались бы на эксперименты и наблюдения. В предисловии он писал: «Тот, кто работает с меньшею точностью, – несовершенный механик, а если работать с точностью совершенной, можно сделаться совершеннейшим механиком из всех». Таким совершеннейшим механиком можно, разумеется, с полным правом назвать самого Ньютона.
Существует расхожее представление, что он стал первым, кто открыл или даже «изобрел» гравитацию. Но это не так. До него Коперник и Кеплер уже размышляли о гравитационном притяжении. Уникальность вклада Ньютона – в том, что он описал гравитацию математически, доказав, что она является универсальной силой. Так, никто до него не сумел дать неопровержимого доказательства, что на морские приливы влияют Солнце и Луна. Это – открытие Ньютона. Он показал, что существуют невидимые силы, действующие на большом расстоянии: до него это считалось какой-то суеверной фантазией. Кроме того, он продемонстрировал, что силы, перемещающие земные и небесные тела, составляют часть одной и той же единой системы. Каждый клочок материи во Вселенной управляется законами, которые он открыл. Он был не просто «совершеннейшим механиком». Он стал, по сути, истинным мудрецом. «Теперь, – заявлял он, – установлено, что сила эта – гравитация. Посему так мы ее и будем отныне именовать».
На фронтисписе первого издания его труда прописными буквами выделены слова PHILOSOPHIAE и PRINCIPIA: похоже, Ньютон сознательно противопоставлял свое произведение трактату Декарта Principiae Philosophiae. Собственную работу он назвал Principia Mathematica – сугубо математический ответ на то, что он считал ошибочными и гипотетическими умопостроениями французского философа. Он стремился показать огрехи картезианской философии, с ее идеей «механической Вселенной» и в особенности с ее доктриной вихрей, водоворотов эфирного вещества. Ньютон не соглашался с ней. Как выразился голландский математик Гюйгенс, «вихри оказались побеждены Ньютоном».
Свою книгу он написал на латыни, чтобы ее могли изучить европейские натурфилософы. Он признавался, что намеренно сделал ее усложненной, с более серьезным математическим аппаратом, дабы отпугнуть пронырливых невежд. В такой процедуре есть что-то от алхимической таинственности, но ему хотелось отвадить и критиков. Как сообщал один из его знакомых, «дабы его не травили профаны от математики, он, по его собственным словам, намеренно сделал свои Principia затруднительными для понимания». Так или иначе, он достиг своей цели и добился в этом грандиозного успеха: его Principia Mathematica до сих пор считаются у студентов труднейшим сочинением.
В предисловии к первому изданию он называл свой труд изысканием в области «рациональной механики». Но ошибкой было бы думать, что он считал Вселенную постоянной и неизменной. Ньютон сам признавал сложность своей теории – ведь каждая планета и звезда влияет на все остальные, а это привносит некую неопределенность во все расчеты относительного движения. Как он выражался, «человеческий ум не в силах одновременно рассматривать столь великое множество причин движения».
Часто замечают, что Ньютон вряд ли сумел бы вообразить свою теорию всемирного тяготения (поскольку она, по сути, была именно плодом воображения), если бы не его алхимические занятия. И в самом деле, идею невидимой силы, действующей между материальными частицами, он мог вывести из сочинений адептов этой науки. Сами алхимические изыскания основаны на понятии о некоем тайном принципе, одушевляющем вещественный мир, и теорию гравитации можно воспринимать как один из аспектов таких рассуждений. Хотя, разумеется, в самих «Началах» об этих материях нет ни слова – Ньютон настойчиво утверждал, что в основе его открытий лишь математика. Он заявлял, что «натуральная философия» не должна быть «возведена… на фундаменте метафизических мнений» и что его выводы можно «доказать только опытным путем».
Не исключено, что так проявлялась его горячая потребность скрыть свое пристрастие к алхимическим идеям, как и свои не совсем традиционные религиозные и теологические воззрения, однако, так или иначе, в результате он помог зарождению современного представления о науке и ученых, хотя термин scientist[34]был введен лишь в 1834 году. По иронии судьбы, сам Ньютон не совсем соответствовал образу лабораторного ученого, рационального и сосредоточенного на одной цели, однако образ науки, определение того, что такое есть наука, он сформулировал и ввел в мир почти в одиночку.
В своих «Началах» он разработал также и научный стиль – стиль намеренно нейтральной и простой прозы, который он позаимствовал у Локка, насытив его цифрами и схемами, дабы сбить с толку тех, у кого нет математической подготовки. Здесь нет цветистых риторических фигур, здесь даже мало прилагательных. Вот один характерный пример, в наиболее современном переводе с латыни он звучит так: «Следовательно, поскольку площадь PIGR неизменно уменьшается при вычитании данных моментов, площадь Y возрастает пропорционально PIGR – Y, а площадь Z также возрастает…» (милосердно оборвем цитату). Впрочем, он создавал не памятник литературы, а учебник для образованных людей. В изложении он был очень точен. Он мог, написав фразу, перечеркнуть ее, заменить одно слово, добавить уточняющее предложение; в процессе правки он постоянно вычеркивал куски текста и вставлял новые.
В своих «Началах» он разработал также и научный стиль – стиль намеренно нейтральной и простой прозы, который он позаимствовал у Локка, насытив его цифрами и схемами, дабы сбить с толку тех, у кого нет математической подготовки. Здесь нет цветистых риторических фигур, здесь даже мало прилагательных. Вот один характерный пример, в наиболее современном переводе с латыни он звучит так: «Следовательно, поскольку площадь PIGR неизменно уменьшается при вычитании данных моментов, площадь Y возрастает пропорционально PIGR – Y, а площадь Z также возрастает…» (милосердно оборвем цитату). Впрочем, он создавал не памятник литературы, а учебник для образованных людей. В изложении он был очень точен. Он мог, написав фразу, перечеркнуть ее, заменить одно слово, добавить уточняющее предложение; в процессе правки он постоянно вычеркивал куски текста и вставлял новые.
При этом он не прочь был подкорректировать цифры, чтобы показалось, будто он достиг большего уровня точности, чем на самом деле. В некоторых характеристиках гравитации и скорости он подправил свои расчеты, стремясь показать, что их точность составляет одну трехтысячную. В то время, разумеется, никто не в состоянии был проверить его вычисления, так что этот номер сошел ему с рук. Таким образом, можно заключить, что Ньютону по-прежнему было свойственно тщеславное желание произвести впечатление на окружающих.
Глава девятая
Великий труд
К весне 1686 года Ньютон завершил большой фрагмент своей рукописи и отправил его Эдмонду Галлею, согласившемуся подготовить публикацию. Галлей поблагодарил за «несравненный трактат», но затем перешел к весьма деликатной теме. «Мистер Гук, – сообщал он Ньютону, – имеет некие претензии касательно изобретения правила убывания гравитации… Он уверяет, что вы переняли эту идею у него и, по-видимому, ожидает, чтобы вы как-либо упомянули о нем в предисловии». Для Ньютона это было слишком. Его поразили самонадеянность и наглость оппонента.
Ньютон послал Галлею ответ – весьма резкий для той эпохи вежливых и велеречивых аристократических околичностей. Он пункт за пунктом перечислил все подробности своего общения с Гуком и отверг все его притязания. «Это не слишком-то достойно, как вы полагаете?» – вопрошал он Галлея. Человек, который «ничего не делал, лишь притворялся знатоком и хватался за всевозможные предметы», теперь, видите ли, должен отобрать лавры Ньютона, обретенные за его тяжелейшие математические труды. Ньютон добавлял, что «лучше бы ему любезно отойти в сторону по причине собственной неспособности». Ньютон пришел в такую ярость, что даже провозгласил намерение отозвать обещанный третий том, заявив Галлею, что «Философия – столь непостоянная и ветреная дама, что лучше уж быть вовлеченным в судебные тяжбы, нежели иметь дело с нею». Похоже, это была типичная для Ньютона вспышка уязвленного самолюбия, но она, как и все подобные приступы, миновала. Его успокоил Галлей, который, судя по всему, успел понять чувствительную и ранимую натуру Ньютона. Галлей умолял «не позволить вашим обидам зайти слишком далеко». В ближайшие месяцы Ньютон все же переслал третий том Галлею, при этом он успел усложнить и так весьма непростой математический язык изложения. Возможно, надеялся, что Гук не сможет разобраться в этом тексте.
Но обвинение в плагиате привело Ньютона в такое бешенство, что он убрал из своей рукописи все ссылки на Гука – в частности, вычеркнул замечание о «clarissimus Hookius», «славнейшем Гуке». Собственно, он хотел бы вообще его отовсюду вымарать. Он так никогда и не простил Гука и оставался его врагом до конца жизни. На публике Ньютон, бывало, с трудом держался в рамках рационального спора. Гук, говорил он, вероятно, догадывался о различных вещах и строил гипотезы, но только я сумел доказать их. Во втором издании «Начал» он торжественно провозгласил: «Hypotheses non fingo» – «Я не строю (не выдумываю) гипотез». Он полагался на математические доказательства и демонстрации, основывая свои теории на «явлениях», и не пускался в рассуждения о причинах или возможных объяснениях.
Оставался лишь один вопрос, на который пока не было ответа. Как сам Ньютон выразился в неопубликованном введении к «Началам», «из этого явления мне до сих пор не удалось вывести причину тяготения». Что такое гравитация? Откуда она происходит? Проще говоря, «из чего она сделана»? Никто так и не сумел хоть в какой-то мере приблизиться к ответу на этот вопрос. Позже в одном из писем Ньютон признавался: «Я даже не дерзаю заявлять, будто знаю причину тяготения», а объясняя это несвойственное ему невежество, добавлял, что «гравитацию должен вызывать некий агент, постоянно действующий в согласии с некоторыми законами, но является таковой агент вещественным или невещественным – вопрос, который я оставляю на рассмотрение моих читателей».
Если уж сам Ньютон не знал ответа, вряд ли его читатели могли оказаться прозорливее. Вполне достаточно, что он объяснил законы гравитации – растолковав скорее математику этого явления, чем его физику. Разумеется, Ньютон не обошелся без довольно своеобразных рассуждений (так, одно время он склонялся к мысли о том, что «агент» гравитации – некий «эфир»), но в конце концов он, похоже, пришел к выводу, что, как выразился один из его помощников, «в основе силы тяготения лежит лишь произволение Господне». Важно заметить, что для Ньютона это Божественное Существо было зачинателем Вселенной, поддерживающим ее бытие, а без Божественного вмешательства Вселенная не смогла бы существовать дальше. Ньютон не верил в материалистический или механистический космос.
Хотя проблему гравитации так и не разрешили, никто не сможет подвергнуть сомнению удивительную точность ньютоновских расчетов. Французский натурфилософ Фонтенель, говоря о Ньютоне, заявлял: «Иногда в его умозаключениях содержались предсказания даже тех феноменов, которых астрономы не заметили прежде». Так оно и было. После выхода в свет Principia Mathematica удалось пронаблюдать явления, которые стали подтверждением его выводов. Среди них – новые измерения формы Земли, более точные наблюдения траектории Сатурна, анализ характера приливов и самое впечатляющее – возвращение кометы в 1758 году. Ньютон был не только мудрецом, но и пророком. В последующие столетия его влияние на науку ничуть не ослабло. Так, в Америке специалисты НАСА до сих пор полагаются на его расчеты, запуская в космос аппараты, сделанные по последнему слову техники.
К весне 1687 года Ньютон переправил Галлею всю свою рукопись. 5 апреля Галлей сообщил Ньютону о получении его «божественного трактата» и заверил, что «мир оценит сей труд по достоинству – как проницающий запутаннейшие тайны природы и как возводящий разум человеческий на ступень высочайшую, доступную лишь невероятнейшим усилиям ума». Письмо он отправил в Линкольншир: Ньютон, завершив трудиться над Principia Mathematica, решил на какое-то время вернуться домой и отдохнуть. Позже он подытожил свою работу более простыми словами: «Если я и сослужил обществу какую-то службу, то лишь благодаря труду и терпению мысли».
За четыре месяца, полные трудов и тревог, Галлей наконец успешно завершил руководство выпуском этого бесценного манускрипта и заплатил за его печать и публикацию. В начале июня из типографии вышел том формата in quarto – пятьсот одиннадцать страниц в кожаном переплете, цена – девять шиллингов. Отпечатано было от трех до четырех сотен экземпляров – сравнительно небольшой тираж для столь значительной работы. Галлей отправил в Кембридж с курьером двадцать экземпляров, чтобы Ньютон мог раздать их коллегам. Об отзывах коллег ничего не известно. Как-то раз один из кембриджских студентов, завидев на улице Ньютона, произнес: «Вот идет человек, написавший книгу, которую никто не понимает, в том числе и он сам».
Впрочем, это было не совсем так. При жизни Ньютона вышло три издания Principia Mathematica – в 1687, 1713 и 1726 годах, – и в каждый из них автор вносил поправки и дополнения. Воздействие его книги, пусть поначалу и не очень заметное широкой публике, было невероятно сильным. Она оказала глубочайшее влияние на общество и науку. Когда прусская королева спросила Лейбница, что он думает о достижениях Ньютона, тот отвечал, что, «если рассматривать математику от начала времен и до времени сэра Исаака, окажется, что больше половины открытий в ней совершил он». Один из ученых, писавших отзыв о втором издании, заявлял, что расчеты Ньютона, касающиеся движения Луны, «выказывают божественную силу разума и выдающуюся проницательность этого исследователя». А один шотландский математик, получив книгу Ньютона, в письме благодарил его за то, что он «столь усердно стремился научить мир тому, что, как мне казалось, не в силах узнать ни один смертный», и заверял, что его ждет восторженное одобрение «нашей эпохи и всех последующих». Джон Локк, сам являвшийся выдающимся представителем той эпохи, после выхода «Начал» стал считать Ньютона интеллектуальным светочем своего поколения.