В погоне за Солнцем (другой перевод)

С появлением телескопа человеку XVII века пришлось заново выстраивать мир, уже не путем интерпретации воображаемого – солнечных богов, небесных колесниц, пожирающих солнечный диск драконов, – а путем постоянной квалификации и фильтрации наблюдаемых данных. И вероятно, мысль о том, что великая звезда пусть и центр солнечной системы, но лишь малая часть Божьего замысла, да и та в пятнах, переворачивала все мировоззрение.

Глава 10 Диковинные моря мыслей

Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что до поры до времени отыскиваю камешек, более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованный [268] .

Исаак Ньютон

Когда созрело яблоко и падает – отчего оно падает? Оттого ли, что тяготеет к земле, оттого ли, что засыхает стержень, оттого ли, что сушится солнцем, что тяжелеет, что ветер трясет его, оттого ли, что стоящему внизу мальчику хочется съесть его?

Лев Толстой, “Война и мир”

268

Пер. С. Вавилова.

“Я должен умереть, – писал нелюдимый и одинокий школьник Исаак Ньютон (1643–1727) в своем учебнике латинских упражнений, – я могу только рыдать и не знаю, что мне делать”. Главный биограф описывает его как “измученного человека… крайне невротичного, вечно колеблющегося, как минимум до достижения среднего возраста, на грани нервного срыва” [269] . За всю жизнь он так и не женился; как шутил персонаж в “Аркадии” Тома Стоппарда, секс был “притяжением, которое Ньютон сбросил со счетов”. Трудно представить себе его и наслаждающимся галилеевым определением вина как “света, собранного влагой”. У него не было слуха, скульптуры он называл “каменными куклами”, а поэзию – “гениальной бессмыслицей” [270] . Но после смерти сэр Исаак Ньютон был признан крупнейшим гением своего времени. Знаменитый во всем западном мире, он тридцать лет пробыл председателем Королевского общества (величайшая научная институция мира, основанная во времена физика-любителя Карла II), дважды был членом Парламента, удивительным образом он также оказался энергичным и квалифицированным управляющим Монетного двора, когда вступил на эту должность и отвечал за чеканку монет во всей Англии. Местом его последнего упокоения стало Вестминстерское аббатство, там воздвигнут мраморный монумент 25 футов высотой, где над полулежащей статуей Ньютона висит небесный глобус. Рядом херувимы взвешивают Солнце и планеты, латинская надпись гласит: “Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого”. Никто во всей истории человечества не понимал “что делать” лучше него.

269

Richard S. Westfall, Never at Rest: A Biography of Isaac Newton. Cambridge: Cambridge University Press, 1983. Р. 10.

270

Там же. Р. 581.

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] .

271

Albert Einstein, What Is the Theory of Relativity? London. Times. 1919. 28 ноября.

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] .

272

John Herivel, The Background to Newton’s Principia. Oxford: Clarendon Press, 1965. Р. 67.

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] .

Через неполных два года Кембридж вновь открылся, и Ньютон, вернувшись, сразу сделал несколько важных открытий о природе света. Платон думал о зрении как о результате действия частиц, вылетающих из глаз смотрящего; но где находилась суть света, внутри или снаружи наблюдателя? Аристотель понимал, что свет был необходимым условием существования цвета, а Птолемей экспериментировал с углами преломления – но откуда брался цвет, не был ли он даром Солнца?

273

История о яблоке возникла из серии “рассказов современников”, первым из которых оказался “Опыт об эпической поэзии” Вольтера. “[Ньютон] прогуливался по своему саду и, увидев плод, падающий с дерева, погрузился в глубокие размышления” (пер. Е. Дашковой. – Прим. перев.). Похожие рассказы появляются в воспоминаниях людей, знавших ученого. Так, об этом пишет племянница Ньютона Кэтрин Бартон (предмет романтических воздыханий Джонатана Свифта), а первый биограф Ньютона Уильям Стакли недвусмысленно заявляет, что “идея тяготения пришла к нему в голову… будучи вызвана падением яблока” (см.: William Stukeley, Memoirs of Sir Isaac Newton’s Life. London: Taylor & Francis, reprint 1936. Р. 20). Неизвестно, есть ли за этой историей какой-то реальный факт (письменный стол в спальне Ньютона стоит лицом к фруктовому саду), но несомненным ее последствием является наименование одного яблочного сорта – пепин Ньютона.

На этот раз вдохновение приняло форму не яблока, а орнамента. В нескольких милях от города на берегу реки Кэм располагалась деревня Стербридж Коммон, где каждый год проводилась большая ярмарка. На ярмарке у местного шлифовальщика линз Ньютон приобрел призму, простой треугольный брусок стекла, по форме напоминающий нынешнюю шоколадку “Тоблерон”. Вернувшись домой, он установил призму – когда луч Солнца падал на нее, возникали разные цвета. Меняет ли стекло свет или же солнечный свет содержит разные цвета, которые призма лишь разделяет? Ньютон знал, что телескоп производит радужный эффект вокруг любого объекта наблюдения, потому что край линзы является призмой. Но ему казалось неубедительным объяснять это тем, что белый свет по мере прохождения через линзу темнел в тонких местах и становился красным и еще больше темнел в толстых местах, становясь синим. Ньютон поставил эксперимент, в котором тонкий солнечный луч падал на призму, что делало разделение света еще более четким. Ньютон писал: “Поначалу это было очень приятным развлечением – наблюдать производимые таким образом живые и интенсивные цвета; но немного спустя, занявшись более тщательным их рассмотрением, я с удивлением обнаружил у них продолговатую форму, каковая, согласно признанному закону рефракции, должна быть круговой. Я также заметил… что свет с одного края изображения подвергается воздействию рефракции сравнительно сильнее, чем свет с другого края” [274] .

274

См.: David Whitehouse, The Sun: A Biography. West Sussex: Wiley, 2005. Р. 71–72.