Читать онлайн «Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки». Страница 16

Рис. 8. Experimentum crucis (рисунок Ньютона)

Глава 4. Experimentum crucis

Призма Ньютона

В январе 1672 года Исаак Ньютон (1642–1727) направил короткую записку Генри Ольденбургу, секретарю незадолго до того созданного Лондонского королевского общества – объединения известных ученых (или «философов», как их тогда именовали). Ньютона приняли в общество всего лишь за неделю до того – на его членов произвела сильнейшее впечатление изобретенная Ньютоном новая разновидность телескопа, телескоп-рефлектор. В послании Ольденбургу Ньютон делал поистине вызывающее заявление:

...

«Я совершил „философское открытие“, – писал Ньютон, – по моему мнению, самое странное, если не самое значительное из всех, которые до сей поры совершались в сфере действий природы»48.

Вряд ли кто-то стал бы винить Ольденбурга, если бы он принял это заявление за нелепые и наглые бредни страдающего болезненным самолюбием юнца. Ньютон и впрямь был крайне сложным человеком: чрезвычайно ранимым и одновременно крайне агрессивным, и при этом еще и параноидально скрытным. Однако в данном случае его претензия на эпохальное открытие была вовсе не преувеличением.

Несколько недель спустя Ньютон отослал членам Королевского общества описание эксперимента, который, по его словам, самым определенным образом демонстрировал, что солнечный свет является не однородным, как считалось ранее, но состоит из смешения лучей различных цветов. Ньютон назвал свой эксперимент experimentum crucis , или «решающим», «критическим экспериментом». Разложение света Ньютоном стало одновременно заметной вехой в истории науки и сенсационной демонстрацией возможностей экспериментального метода. Названный эксперимент, как писал один из многочисленных биографов Ньютона, «был так же прекрасен в своей простоте, как и убедителен в качестве воплощения ньютоновской теории»49.

* * *

Исаак Ньютон родился в Англии в графстве Линкольншир в 1642 году, в год смерти Галилея. Есть некая символика в том, что он пришел в этот мир в праздник Рождества. С 1661 по 1665 год Ньютон учился в Тринити-колледже Кембриджского университета и, по замечанию одного биографа, «был самым замечательным выпускником университета за всю историю университетского образования»50, поскольку абсолютно самостоятельно открыл и довел до совершенства в уединении своих личных записных книжек новую философию, физику и математику, которую в те времена медленно, с настойчивостью и тщанием творили наиболее выдающиеся ученые Европы.

В 1665 году, когда Ньютон окончил курс в университете и намеревался остаться там для продолжения образования, Англию поразила эпидемия чумы, и Ньютону пришлось вернуться в Линкольншир. Период вынужденной праздности среди полей и садов на землях, принадлежавших его матери, не только не стал помехой для продолжения его образования, но, напротив, оказался настоящим даром судьбы. Свободное время позволило Ньютону, тогда находившемуся в самом начале своей научной карьеры, без помех продумать многие проблемы, над которыми он уже работал в университете. Историки называют этот период в жизни Ньютона его annus mirabilis , «годом чудес». Именно тогда были заложены основы многих его важнейших теорий: теории гравитации в физике (история с упавшим яблоком, о которой мы знаем благодаря племяннице Ньютона, а также Вольтеру, предположительно имела место в тот самый период); законов планетарного движения в астрономии; системы дифференциального исчисления в математике. В упомянутый период Ньютон также приступил и к серии революционных экспериментов в оптике.

Оптика, наука о свете, в те времена быстрыми темпами набирала научную значимость. С древних времен мыслители накапливали фундаментальные сведения относительно отражения и рефракции (преломления лучей при прохождении прозрачных материалов) света. Но до семнадцатого столетия зеркала и линзы были очень низкого качества. Более того, исследованиям в этой сфере мешал распространенный предрассудок, что оптические явления не заслуживают серьезного изучения, так как они эфемерны. Могут ли столь искаженные и обманчивые образы представлять какой-либо научный интерес?

Однако как раз в это время изобретение телескопа и микроскопа создало спрос на зеркала и линзы более высокого качества. Это повысило заинтересованность промышленников в их производстве, что, в свою очередь, поощряло исследования в данной области. Новая европейская наука, со своей стороны, тоже стремилась развеять мнение об оптических эффектах как о чем-то иллюзорном (так же она поступала с аристотелевской идеей «насильственного» движения) и настаивала на том, что они (подобно Галилеевой картине движения) – еще одна область, управляемая принципами механики и математическими законами, которые могут быть обнаружены путем эксперимента. Тем не менее Декарт и другие пионеры оптических исследований семнадцатого столетия стойко держались мнения, восходящего к аристотелевским временам, что солнечный (белый) свет чист и однороден, а цвета суть не что иное, как модификации или «загрязнения» белого света.

Оказавшись в изоляции в поместье матери, пока эпидемия свирепствовала в городах, Ньютон превратил одну из комнат в оптическую лабораторию, закрыв туда доступ свету, за исключением одного крошечного отверстия. Там он проводил целые дни напролет, погрузившись в экспериментальные исследования. Как писал один из его ассистентов, «дабы усилить восприимчивость органов чувств и сконцентрировать внимание, [он] на все это время ограничил себя самым небольшим количеством хлеба и хереса, разбавленного водой, которые он употреблял без какой-либо регулярности, как только ощущал острую потребность в еде или ослабление сил». Главным инструментом Ньютона стала призма. В те времена она вызывала всеобщее любопытство своей способностью преобразовывать белый цвет в различные цвета. Однако Ньютон превратил популярную игрушку в важный инструмент научного исследования.

Распространенный стереотип, навязываемый целым поколениям школьников, заключается в том, что научный метод есть некое механическое действие: формулировка, проверка и корректировка гипотезы. Гораздо точнее, хотя и несколько более неопределенно характеризует работу ученых метафора «взгляда» на явление: ведь они и в самом деле «разглядывают» его под разным углом зрения, пытаются его понять, поворачивая то так, то этак. В своей импровизированной лаборатории Ньютон «смотрел» на свет, пользуясь различными конфигурациями призм и линз, и спустя какое-то время пришел к выводу, что так называемый «белый» свет не является чистым, а представляет собой смешение света различных цветов. Позднее Ньютон напишет:

...

«Самый лучший и надежный метод философского исследования, как представляется, заключается в том, чтобы поначалу внимательно изучить свойства вещей и, установив названные свойства путем экспериментов, затем без излишней торопливости перейти к гипотезам для их объяснения»51.

Тем не менее на протяжении нескольких лет Ньютон делился своими изысканиями с очень немногими. Вернувшись в Тринити-колледж после того, как университет вновь открылся в 1667 году, Ньютон стал посещать лекции по оптике Исаака Барроу, первым занявшего Лукасовскую кафедру математики в Кембриджском университете (прославленную кафедру, которую в более поздние времена занимали Поль Дирак и Стивен Хокинг), вычитывал корректуру лекций Барроу и в 1670 году наследовал последнему в качестве лукасовского профессора. Положение требовало, чтобы он носил алую мантию, подчеркивавшую его превосходство над остальными преподавателями. Кроме того, он был обязан читать студентам по крайней мере одну лекцию в неделю на латыни по теме, имеющей отношение к математике. Ньютон выбрал оптику, которая позволила ему соединить математику и экспериментальную науку и «подвергнуть принципы этой науки более пристальному рассмотрению». Правда, посещались его лекции не слишком активно. Один из помощников Ньютона вспоминал:

...

«Очень немногие приходили послушать его, еще меньше было тех, кто понимал его, так что часто ему приходилось из-за недостатка в слушателях свои лекции „читать стенам“. Причем в самом буквальном смысле – на его вторую лекцию не пришел ни один слушатель»52.