ПОДУМАЕШЬ, БИНОМ НЬЮТОНА!

ИСААК НЬЮТОН И РОБЕРТ ГУК

Настоящая заметка – конечно, не о физике, а о людях ее творящих. О том, что драматизм отношений в их сообществе отнюдь не меньше, чем в среде писателей, артистов или политиков. История открытий законов природы, которые сейчас мирно упакованы в обложки учебников, полна борьбы мнений и самолюбий.

Известность великого Ньютона не имеет аналогий. Реплика Коровьева из “Мастера и Маргариты”, приведенная в эпиграфе – прекрасная иллюстрация сказанному. Законы несущие его имя, кажется, известны всем и представляются абсолютно верными (не будем касаться “эйнштейновской стороны проблемы). Гуку менее повезло в популярности (что, как мы увидим, несправедливо) – его закон о пропорциональной связи напряжения и деформации знают в основном инженеры, и больших споров он не вызывает. Все машины, мосты и здания построены на основе закона Гука. Этот закон Гук открыл в 25 лет.

Гук (1635 - 1703) и Ньютон (1642 – 1727) жили в Англии в годы ее подъема. Отделенная проливом от раздираемого войнами континента, преодолев гражданские распри, Великобритания, объединенная в едином королевстве, строила сильную промышленность, осваивала моря, вывозила товары, завоевывала колонии. Техника и наука ее шли вровень с ее могуществом. Чего не скажешь, кстати, об английской литературе и искусстве того времени. И еще – христиане Англии не зависели от римского наместника Бога на Земле. Они весьма чтили Ветхий Завет, и Ньютон получил свое имя как раз в честь ветхозаветного персонажа. О религиозности Ньютона мы еще поговорим.

Английские монархи покровительствовали ученым. В 1660 году было основано Королевское Научное (это слово обычно опускается) Общество, через два года Карл II утвердил его устав. В отличие от большинства Академий Наук, это полностью общественная организация, хотя субсидируемая государством. Цель его – научная дискуссия, издательская деятельность, живое общение коллег. Исследовательская работа не занимает в нем большого места.

В устав общества, написанного кстати Гуком, включены примечательные слова: “Общество не будет признавать никаких гипотез и учений натуральной философии (т.е. физики), предложенных или признававшихся как древними, так и современными философами, но будет испытывать и обсуждать все мнения, не принимая никакого до тех пор, пока после должного обсуждения и правильно поставленных опытов, не будет бесспорно доказана их истинность”. В предметы обсуждений не входили вопросы богословия, метафизики, языкознания, политики и логики.

В приведенных словах устава отражен рационалистический, практичный английский характер. Отсюда исходит и гордый, но отдающий самоуверенностью, научный девиз Ньютона: “Гипотез не измышляю”. Великий физик был неправ. Выдвигать гипотезы – естественное право ученого, и многие мнения его самого были именно таковыми, но Ньютон, “наделенный почти божественным разумом (такова надпись на его памятнике) почти всегда оказывался прав.

Исаак Ньютон родился в семье фермера. Отец умер до его рождения. Среди его родственников и друзей семьи были священники, аптекари, учителя. В целом, обстановка его детства была обычная. Ньютон, как и Гук, не получил от предков никаких наследственных предпосылок для явления своего гения. К тому же, ранние свои годы Ньютон провел у бабушки – мать имела уже другую семью. Еще в детстве Ньютон проявлял чрезвычайную сообразительность и любознательность. Он мастерил сложные модели и игрушки, делал опыты, всё измерял и считал. Пытался даже определить скорость ветра, прыгая по и против его порыва и измеряя длину прыжка. Его часто заставали углубленным в свои мысли и расчеты. Это отдаляло его от сверстников.

Родственники и “местная интеллигенция” поощряли его занятия, и он был отдан в местную Королевскую школу - название говорит об ее уровне. Там талантливый юноша получил отличную подготовку, и в 18 лет он начал слушать лекции в Кембридже. Как малоимущий, он должен был прислуживать преподавателям.

Примерно таков же был путь Гука в науку. Родился он на острове Уайт в семье пастора. Начал учиться математике и философии (натуральной, естественно) по совету местного учителя только в 14 лет по книгам Эвклида и Декарта. Талант его развивался чрезвычайно быстро. В 18 лет Гук переехал в Оксфорд, правда, поначалу он там был хористом в церкви, играл также на органе, но уже через год Гук был ассистентом у знаменитого Бойля. Систематического академического” образования Гук не получил.

Список работ и достижений Гука кажется бесконечным и неправдоподобным. В энциклопедии он назван естествоиспытателем. Это и много и мало. Но был Гук еще и часовым мастером, т.е. механиком (это его первая профессия), архитектором, изобрел спиральную пружину для часов, дифференциальный (т.е. микрометрический) винт, жидкостный уровень, оптический телеграф, воздушный насос. Экспериментируя с последним, открыл знаменитый закон газового состояния (не Бойль с Мариоттом!). Кроме того - усовершенствовал телескоп (конечно, собственноручно – сам и стекла шлифовал). Он первый поместил в окуляр нитяную сетку. Изобрел основные метеорологические приборы, установил зависимость барометрического давления от состояния погоды, впервые оценил высоту атмосферы. Невозможно не упомянуть арифмометр и действующую летательную модель с машущими крыльями и пружинным приводом. Знал латынь, греческий и древнееврейский.

Был Гук и беллетристом – он закончил незавершенный утопический роман “Новая Атлантида”, Френсиса Бэкона. По сути это научный трактат, так как в описанном воображаемом государстве ученые играют важнейшую роль, и управляется оно по законам науки. Гук был убежденным последователем Бэкона, родоначальника опытного научного метода. В романе приходилось доказывать современникам роль отвлеченных научных исследований. Рассматривание мухи под микроскопом и взвешивание воздуха тогда вызывали смех не только у обывателей, но и великого сатирика Свифта – вспомним его Лапутянскую академию, в которой собирали солнечные лучи в бутылки. Сейчас это выглядит отнюдь не смешным.

Трудно сказать, были ли все изобретения Гука “пионерскими”, часто приоритет. установить невозможно, так как идеи обычно носятся в воздухе эпохи, и к решению задач приходят многие. То же относится и к научным достижениям. Иногда гениальные догадки (“гипотезы”) высказывают за сотни лет до их полного подтверждения.

Гук один из первых увидел пятна на поверхности Юпитера и Марса и по движению их определил скорости вращений этих планет вокруг своей оси. У него есть работы в области геологии и биологии (наблюдал в микроскоп клеточное строение растений). Он был первым эволюционистом. Высказывал идеи о волновой природе света. Определил постоянство температуры таяния льда и кипения воды. Первый открыл двойную звезду. Рисовал увиденные им в микроскоп объекты и гравировал рисунки (подростком он год был учеником художника). Перечень достижений Гука в технике и науке очень велик, перечислить затруднительно – более 500. Человек Возрождения – этим все сказано. Гук вполне владел и математическим аппаратом, и приемом абстрактных рассуждений, но его больше можно назвать экспериментатором.

В перечне не указан закон всемирного тяготения – только потому, что он достоин отдельного, более подробного рассказа. В истории его открытия заключен большой драматизм.

Кроме того, Гук много работал в Королевском Обществе с самого его основания. Вначале был его куратором (демонстрировал опыты - свои и чужие), с 1675 года - секретарем, читал лекции, вел заседания, писал протоколы, следил за финансами. Должность куратора была пожизненной.

Чуть подробнее о Гуке–архитекторе. После лондонского большого пожара” 1666 года он в продолжение 30 лет был заместителем “главного архитектора” столицы, составил ее общую планировку, участвовал в восстановлении собора св. Павла и знаменитого Бедлама (больницы для душевнобольных). Работа архитектора была основным источником существования Гука. К сожалению, до наших дней дошло не много его строений.

Вполне понятно, что при таком необыкновенном обилии работ и занятости Гук не всегда доводил темы до конца, не успевал публиковать результаты, а чтобы закрепить приоритет, иногда зашифровывал идею анаграммой. Не раз вступал в тяжбы научными коллегами за приоритет. Но в чисто научной дискуссии был корректен. Характер у Гука был непростой. Напряженный труд подорвал его здоровье, работа над лабораторным столом и на токарном станке сделала его почти горбатым, он был очень худ и близорук. Рабочий день у Гука не знал ограничений. Иногда он просто не с пал всю ночь. И, наконец, последний штрих к характеристике Гука – он был, что называется, бражник. В его рабочем дневнике наряду с научными записями встречаются упоминания о посещениях десятков пивных и кофеен. Но и в них он искал среди плотников, слесарей, печников интересных для себя собеседников, ибо, как сказал современник, он не мог сдержать блестящих брызг своего бурного ума”.

Все это представляет интерес не столько само по себе, сколько в сопоставлении с Ньютоном. Сразу отметим общие черты обоих сложный характер, вечная борьба за приоритет, оба не были женаты. Впрочем, таков был неписанный статус “ученых мужей” в то время. Оба были прекрасными экспериментаторами, обладали “золотыми руками”, но методом абстрактных рассуждений и особенно математикой Ньютон владел лучше.

Различались они многим, но важнейшим расхождением было их отношение к религии. Ньютон был глубоко, истово верующим человеком, а в жизни Гука религия занимала самое скромное место. А отец собирался сделать его священником. В отличие от Гука, Ньютон стремился доводить свои исследования до конца, и иногда это затягивалось на многие годы. Для Ньютона ничего не существовало, кроме науки, он мало интересовался искусством, читал только Библию, не думал о практическом применении своих открытий. Был нелюдим, избегал дискуссий и совсем не переносил критики в свой адрес.

Ньютону было чуть более двадцати лет (1666 -1667), когда он начал обдумывать проблемы математики, механики и оптике, глубоко проработанные и законченные им через десятилетия. В названные годы в Англии свирепствовала чума, вынужденная изоляция (он переехал в родной городок) способствовала усиленной умственной деятельности молодого ученого. После первого всплеска научной активности Ньютон более чем на десятилетие переключился на алхимию и пытался, как все алхимики, получить золото. Увы.

Время от времени Ньютон читал лекции по математике и географии в Кембридже, но они ни в малой степени не привлекали студентов. Да и читал он косноязычно.

В интеллектуальной работе Ньютона теологические работы занимали столь большое место, что иногда хочется его назвать больше богословом, чем физиком. Себя он таковым считал определенно. Известно, что все свои научные труды Ньютон писал по латыни, и если бы мы прочли известные всем законы физики в прямом и точном переводе с оригинала, то мы ничего бы не поняли. Знакомые понятия были выражены словами богословского лексикона. По сути, труды Ньютона сейчас изложены проще, понятнее для слуха и ума современного человека, чем излагал он сам. Часто исследователи спорят по поводу правильного истолкования его научных работ. Ньютон оставил их много, они еще не все изданы.

Указанное различие в отношении к религии не имеет, конечно, бытового или обрядового значения. Ньютон много размышлял о первопричине всего сущего. Эту проблему ученые, не являющиеся твердыми материалистами, сейчас связывают и с “высшим замыслом” или с “абсолютным разумом”. Ньютон недвусмысленно называл Бога создателем Вселенной. Гука же трансцендентальные, отвлеченные вопросы занимали не много, но первопричиной всего сущего он тоже называл Творца. Эта проблема сейчас и для сугубых материалистов представляет крепкий орешек. В худшем случае они уходят от прямого ответа, в лучшем говорят, что все, мол, впереди, всему наука в будущем даст ответ. А время поджимает…

Отношение Ньютона к Гуку было сложным. Он признавал его мощный научный потенциал, делал выписки из его научных трактатов (“мемуаров”), был до поры (1680) с ним в переписке, но редко бывал с ним согласен по важнейшим вопросам теоретической физики. Лично к Гуку он был непримирим. Избегал личных встреч с ним. Из-за этого не часто посещал до смерти Гука заседания Королевского Общества.

Ньютон стал членом его в 1672 году. Поводом к тому послужили не научные заслуги, а представление Карлу II телескопа, собственноручно изготовленного ученым. Он сам подбирал состав стекла для линз, сплав для трубок, сам все отливал, полировал и т.д. А буквально через год Ньютон направил тогдашнему секретарю общества Ольденбургу письмо с просьбой об исключении его из такового. Скрытая причина – конфликт с Гуком по поводу природы света. Конфликт как-то был улажен. В административном отношении, но не в научном.

Суть расхождений Ньютона и Гука по теории и света была такова. Первый придерживался корпускулярной версии, второй – волновой, колебательной. Каждый доказывал свою правоту экспериментами и ходом рассуждений, и каждый остался при своем мнении. Противоречия были сняты через 250 лет Планком в рамках квантовой теории. Важно подчеркнуть, что первые общие соображения о двойственной природе света были даны именно Гуком. В этом проявилась особенность его ума – мощный дар предвидения, способность дать свежие идеи. Для Ньютона же характерны методичность и глубина проникновения в суть проблемы. Нам-то ясно, что науке нужны ученые обоих типов, но сами ученые не всегда это понимают. Таких, как академики С.И. Вавилов и В.Л. Гинзбург, очень мало, буквально единицы.

В целом Гук придерживался механистического подхода к объяснению явлений природы. В этом он не опередил свое время, и на этом пути его подстерегали ошибки. Он считал, что ток крови в жилах подчиняется тем же законам, что и движение соков в растениях и воды, впитываемой губкой. По ему одному ведомому принципу классификации он грибы поместил рядом с кристаллами. Ньютон избежал таких ошибок.

Некоторые умозаключения Гука сейчас кажутся банальными (“Мыслить следует по порядку, начиная с предметов наиболее простых”), другие – чересчур заумными. (“Метод философской истории, которая является хранилищем материалов, из которых следует построить тело философии”. Может переводчик виноват.). Но, как говорится, кто бросит в него камень… XVII век, схоластика прочно держала позиции, охота на ведьм еще продолжалась. Даже в Англии.

Из мудрых высказываний Гука хочется привести следующее, очень полезное для всякого пытливого ума: “Никакое воображение не сможет понять максимальное или минимальное, сущее в природе, ибо наши умственные возможности ограничены. И безмолвно мы должны согласиться с отрицательным определением”. Многие высказывания Гука сейчас представляются общеизвестными, даже банальными, но читая их, следует всегда помнить, что они сделаны человеком религиозного воспитания на самой заре научной революции. Таковы мысли Гука о горообразовании, о животном и растительном происхождении ископаемых окаменелостей, рассуждения о прошлом и будущем Земли и Вселенной не всегда оптимистичные

Характерны научные ошибки Гука. Он отрицал передачу бубонной чумы “по воздуху”, без телесного контакта - не вижу, поэтому не верю. Типичное заблуждение сторонника механицизма. Мир невидимых микробов был еще закрыт. А в 1691 г. Гуку была присвоена степень доктора медицины. Гук верил в самозарождение простейших существ (вплоть до насекомых), но признавал изменение видов. У Ньютона на этот счет высказываний нет.

На какой бы объект живой или неживой природы ни падал взгляд Гука, вооруженный оптикой или нет, он всему искал объяснение, все ставил в связь, находил всему место в созданной им классификации. Гук объединил все главные явления природы — свет, тяготение, тепло, звук в едином феномене колебательного движения. Чем не единая теория поля Эйнштейна в механистическом истолковании? А единство тела и движения – разве не провидение идей де Бройля о волновых свойствах электрона в доступной XVII веку терминологии?

К своему организму Гук относился как к объекту исследования. Принимая вовнутрь лекарства и вещества, меняя диету, он следил за изменениями и новыми ощущениями в нем (“Чай освобождает мозг от тяжелых паров, облегчает запор и обостряет ум”) Правда, на этом пути больших успехов он не достиг. В конце жизни Гук тяжело болел и был совсем одинок. Племянница, которая вела его хозяйство и к которой он был сильно привязан, умерла раньше его. Жил Гук в казенной квартире общества. А Ньютон жил в семье своей племянницы. Она-то и поведала Вольтеру рассказ о пресловутом яблоке, а тот – всему миру.

Спор о приоритете закона всемирного тяготения возник между Ньютоном и Гуком в 1686 году, когда основные этапы открытия этого важнейшего закона природы были пройдены. Когда мы говорим о соперничестве между ними, следует назвать и других ученых, предшественников и современников их, кои шаг за шагом приближались к решению проблемы тяготения. Это Коперник, Гюйгенс, Кеплер, Галилей. Более всех – Гук. Но еще Плутарх, более известный как историк, прозорливо писал: “Луна упала бы на землю как камень, чуть только уничтожилась бы сила ее полета". Это о них Ньютон сказал: “Если я вижу далее других, то лишь потому, что стою на плечах титанов". Многих из них он упомянул в своих “мемуарах”.

О Гуке в связи с тяготением следует поговорить отдельно. Ньютон не признавал его достижений в области тяготения, хотя использовал его выводы. Среди них самый главный – об обратной квадратичной зависимости. Гук в данном случае не скрывал своих выводов, сообщал о них коллегам, в том числе – Ньютону.

Известно, что основополагающим трудом Ньютона по механике, в котором изложены законы движения и всемирного тяготения, является “Математические начала натуральной философии”. Он был быстро написан в 1684 году по настоятельной просьбе астронома Галлея (помните знаменитую комету?), который был другом Гука, он часто общался и с Ньютоном. В те годы он был связующим звеном между ними. В рукописи Гук не упоминался. Когда Галлей прочел ее, он указал на это автору. В изданном в следующем году варианте Ньютон сослался на Гука, но – в соседстве с самим Галлеем, который субсидировал издание, и с тогдашним президентом Королевского общества архитектором Реном, тоже коллегой и другом Гука. Последний имел все основания возмущаться, потому что его друзья были только его пассивными собеседниками. Нравственно поступок Ньютона может быть оценен только отрицательно. Так же, как его тяжба с Лейбницем по поводу приоритета в вопросе математического анализа.

Историки науки по разному оценивают роль каждого ученого в разработке закона тяготения. Точнее всех наверно сказал об этом С.И. Вавилов: “Написать “Начала натуральной философии” в ХVII веке никто, кроме Ньютона, не мог, но нельзя оспаривать, что программа, план “Начал” был впервые набросан Гуком. Не решая задачи, Гук нашел ее ответ. У Гука была гениальная догадка физика-экспериментатора, прозревающего в лабиринте фактов истинные соотношения и законы природы... Гук не мог идти прямой, безукоризненной дорогой “Математических начал” Ньютона, но своими окольными тропинками, следов которых нам теперь уж не найти, он пришел туда же”. Дополним – и раньше.

Но на авторство “трех законов Ньютона” последний как раз не претендовал, справедливо полагая, что здесь приоритет за Галилеем и Гюйгенсом.

Упорные недобрые чувства, кои он питал к Гуку – из области отклонений. Психическое состояние Ньютона в те годы было не в порядке. Но ни в прошлом, ни сейчас не сомневается в высочайшем научном уровне Ньютона, с том, что именно он дал законченную форму важнейших законов природы.

Специального упоминания заслуживают атомистические провидения Ньютона. Здесь он развил идеи античных мыслителей Демокрита и Лукреция и сам был предтечей целой плеяды ученых-атомщиков нашего времени. Эти идеи Ньютон высказал в “Лекциях по оптике”, как развитие своей теории о корпускулах света. Более того – он в осторожной форме и в присущих ему (скажем прямо – теологических) терминах говорил о частицах корпускул (читай протонах, нейтронах и т.п.) и их превращениях (читай – атомных реакциях). Поистине – ум, мощью равный всесилию Бога.

После написания “Начал” Ньютон стал национальным достоянием Англии, был признан первым физиком Европы, стал дворянином и пэром. Творческая активность уменьшилась, характер его смягчился. Его время стали занимать политика и работа в Королевском Обществе. Много раз Ньютону предлагали стать его президентом, но ужиться с его секретарем и куратором Гуком он не мог. Ньютон дал согласие на вступление в должность только после смерти последнего в 1703 в году, устроив при этом основательную чистку в делах общества. Он уничтожил не только много документов оппонента, его опытной аппаратуры, но даже все его портреты. Увы, старо как мир… Ньютон оставался на посту президента Королевского Общества до смерти.

В качестве его президента он подписал диплом первого почетного члена Общества из россиян – Александра Даниловича Меньшикова.

Интеллектуальная деятельность Ньютона полностью переключилась на богословие. Несмотря на внешнее благочестие в рамках англиканства, Ньютон был революционно смелым религиозным мыслителем, и его единомышленники считали, что он мог бы стать основателем нового направления в христианстве. Говоря прямо, Ньютон был скрытым еретиком (отрицал божественность Христа). А в политике – диссидентом, тоже тайным (противником партии тори). Смелое вторжение Ньютона в светскую, т.е. общую историю сделало его предтечей новой хронологии”. Все литературные источники, кроме Библии, он брал под сомнение.

Гук же во всех отношениях был более земным человеком. Ни богословием, ни политикой не занимался. Алхимией тоже. Но и он, и Ньютон оставили человечеству так много, что о них можно рассказывать бесконечно.

Монархи и политики ньютоновского времени сейчас не вызывают большого интереса. В отличие от ученых, часть коих упомянута в настоящей заметке. Их идеи, их поиски актуальны и сегодня. Прошло оптимистическое время, когда надежды, что “просвященья дух” раскроет все тайны мироздания. Начало таким надеждам во многом дал Ньютон. Действительно, для практики (расчет затмений, космических полетов и т.д.) формулы классической механики дают полную возможность. Но вопрос – как взаимодействуют тела, когда между ними нет касания, т.е. как работает сила тяжести (проблема гравитационных волн), не решен ни в прошлом, ни сейчас. Ни в классической механике, ни в квантовой. Ни в рамках материализма, ни идеализма. Нет ответа на вопросы ни о происхождении Вселенной, ни жизни.

Мнение Ньютона было таково: “Такое изящное соединение Солнца, планет и комет не могло произойти иначе, как по намерению и по власти могущественного и премудрого существа Бога”. Рассуждения его об абсолютном пространстве столь же туманны. Ньютону с позиций теории эфира возражал Лейбниц, но и него, естественно, были критики.

Не следует с насмешкой относиться к приведенному высказыванию Ньютона. Коль скоро такой последовательный атеист и берец со лженаукой, как академик Гинзбург, с пониманием относится к религиозным уклонениям А. Эйнштейна, Б. Раушенбаха, А. Сахарова. А Вавилов даже в советские времена спокойно рассказывал о Ньютоне-теологе.

Мир един и целостен. А познание человеческое ограничено, раздроблено.

Законы, управляющие Вселенной, бесконечно сложны. А бесконечность, как считал Гук, наш ум постичь не в силах.

Невозможно вместить в рамки жестко определенных доктрин материализм, идеализм, детерминизм, механицизм, взгляды великих мыслителей. Ибо так же бесконечны их усилия постичь эти законы. И это шире любых доктрин.