Роберт Гук та Ісаак Ньютон

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

А.В. Бунчук (МИПКРО), м. Москва

Інших богів не треба славити -

Вони як рівні з тобою,

І обережно рукою

Дозволено їх переставити ...

О. Мандельштам

Не пам'ятаю, коли я вперше прочитав у «Великій радянській енциклопедії» про суперечку між І. Ньютоном і Р. Гуком про пріоритет відкриття закону всесвітнього тяжіння. Пам'ятаю тільки, що був здивований самим фактом згадки цієї суперечки в енциклопедії зважаючи здавався мені очевидним нерівності сторін спору. Про суть ж спору я дізнався значно пізніше з книги В. І. Арнольда [1]. Ще пізніше я розповідав про це учням гуманітарних класів на уроках фізики в 45-й московській школі. І хоча на той час я прочитав вже й інші книги (наприклад [2-4]) і зрозумів, що у дослідників існують різні точки зору на позиції сперечальників, мені імпонувала точка зору В. І. Арнольда. Я дотримувався її, і при складанні цього краткогосообщенія про знамениту, але маловідомій історії.

У 1662 р. англійський король Карл II спеціальною грамотою легалізував існуючий в країні вже кілька років Товариство для поширення фізико-математичних експериментальних наук, присвоївши йому найменування «Королівське суспільство» і надавши йому герб із девізом Nullius in Verba («Ніщо словами»). Так виникла британська Академія наук. До первинного складу товариства входили 40 чоловік - всі, хто крім активної участі у роботі товариства зобов'язався вносити щомісячні внески в розмірі 40 фунтів стерлінгів. У тому ж році куратором експериментальних робіт був призначений 27-річний учений Роберт Гук. У 1658 р. він винайшов і побудував повітряний насос, експериментуючи з яким, відкрив знаменитий закон газового стану pV = const. Повідомлення про цей закон із зазначенням імені автора вперше опублікував у 1660 р. Р. Бойль у своїй книзі, і мабуть, з цієї причини, увійшовши в усі шкільні та університетські курси фізики, він називається тепер законом Бойля або законом Бойля-Маріотта.

Гук мав саме пряме відношення і до відкриття іншого всеосяжного закону фізики - закону всесвітнього тяжіння, пов'язаного тепер з ім'ям великого І. Ньютона. До кінця життя Р. Гук зробив близько 500 наукових і технічних відкриттів. Вони складають основу сучасної науки, але з різних причин приписують іншим людям. До них відносяться, наприклад, відкриття клітинної структури рослин, червоної плями на поверхні Юпітера, лновой природи світла. У силу особливостей характеру і з-за надзвичайно широкого кола інтересів Гук часто не доводив свої відкриття до кінця і втрачав пріоритет, з приводу якого йому доводилося часто сперечатися з Ньютоном, Гюйгенсом та іншими вченими. Врешті-решт такі втрати і суперечки зробили його гранично замкнутим, стриманим і незгідливим. По суті, у сучасній класичній фізиці Гук відомий тільки як автор закону пружною деформації: сила пружності, що виникає при деформації тіла, пропорційна подовженню тіла і спрямована в бік, протилежний напрямку переміщень частинок тіла при деформації. Сам Р. Гук формулював своє відкриття коротше: «Яке подовження, така й сила» (1660 р.).

Історія не дуже-то лояльно обійшлася з цією людиною. Досить сказати, що він є єдиним членом Королівського суспільства, портрет якого не зберігся, і ми маємо в своєму розпорядженні тільки словесним описом його зовнішності. Яким же був цей чоловік?

Роберт Гук народився 18 липня 1635 р. На одному з островів поблизу південного узбережжя Англії - туманного Альбіону. Він ріс кволим і слабким дитиною, і, як він пише в своєму щоденнику, батьки навіть не сподівалися, що він виживе. Батько його був настоятелем місцевої церкви і мріяв зробити з Роберта священнослужителя. Але мрії ці довелося залишити через слабке здоров'я сина. Роберт і вчитися почав досить пізно. У чотирнадцять років за порадою вчителя він познайомився з математикою і, як розповідають, протягом тижня вивчив перші шість книг Евкліда, а потім вже самостійно - філософію і геометрію Декарта, які були в той час новинкою. Крім того, він вивчив грецьку і латинську мови і навчився грати на органі. На цьому загальна освіта Гука закінчилося.

У 1653 р. Гук влаштувався в Оксфорді, влаштувавшись до церкви хористом. Оксфорд зайняв важливе місце в його житті: тут він вперше зіткнувся з великою наукою і, головне, з наукою енциклопедичної, більше відповідала і його характеру, та інтересам. У 1654 р. він став працювати асистентом у фізика Р. Бойля, що був на вісім років старшою за нього, і між ними виникла дружба, якої вони залишалися вірні до кінця життя. Гук виявився природженим експериментатором, і тут для нього відкрилося велике поле діяльності. Він багато працював над проблемами математики і механіки, удосконалювався в природничих науках, вивчав астрономію. Однак, незважаючи на безсумнівні математичні здібності, його головні інтереси зводяться до механіки, і вже в 1655-1656 рр.. в цій області він придбав в Оксфорді широку популярність.

У 1663 р. Гук був обраний членом Королівського суспільства, але, як уже говорилося, до цього часу він вже протягом року виконував у ньому обов'язки куратора експериментальних робіт. Що входило в його обов'язки? Він повинен був щотижня доповідати на засіданнях про двох-трьох нові наукові досягнення в галузі природничих наук, супроводжуючи свої доповіді демонстрацією експериментів (він акуратно робив протягом 35 років!). Повідомлень про чужих досягненнях не завжди вистачало для повновагих доповідей, і Гук заповнював їх відсутність повідомленнями про власні. Йому було про що розповісти, адже він був ними переповнений! Талановитий експериментатор і конструктор наукових приладів, учений вів біологічні, географічні, геологічні та фізичні дослідження і вважався одним з головних авторитетів свого часу. Він винайшов основні метеорологічні прилади, встановив залежність барометричного тиску від стану погоди, вперше оцінив висоту атмосфери. Як геолог і еволюціоніст Гук далеко переступив рівень науки свого часу, яка часто була всього лише спекуляцією на теми біблійних сказань. Багато його винаходу увійшли до «золотого фонду» науки і техніки, але його «винахідницька продуктивність» була така висока, що він не встигав убезпечити себе в цьому відношенні. У нього просто не вистачало для цього часу - наступного тижня він мав демонструвати на черговому засіданні суспільства нові експерименти.

Вид Гука описати важко. Він був надзвичайно сгорблен, з майже горизонтальною шиєю, хоча до 16 років залишався досить високим і струнким. горбитися ж почав з-за постійної роботи на токарному верстаті. Він завжди був дуже блідий і худий, а пізніше - і зовсім тільки шкіра та кістки. У нього були сірі очі витрішкуваті з гострим розумним поглядом, гостре підборіддя і високий лоб, темно-каштанове волосся без перуки, дуже довгі, неподрезанние і гладкіе1.

Перші 35 років Королівське суспільство жило працями Гука, який не тільки написав його статут і регулярно складав плани досліджень і програми робіт, але своїми лекціями, експериментами і доповідями майже повністю заповнював години і дні засідань. Тільки після смерті Гука І. Ньютон, який був на сім років молодша за нього, погодився прийняти на себе обов'язки президента Королівського суспільства, від чого постійно відмовлявся за життя свого великого суперника.

Ньютон народився в 1642 р., рівно через рік після смерті Г. Галілея. Свій перший фізичний експеримент Ньютон, за власними спогадами, поставив у день смерті Олівера Кромвеля, який правив у 1653-1658 рр.. У цей день розігралася сильна буря, що тривала три дні. Ньютон був хлопчиком незграбним, незграбним, однолітки його не любили, вважаючи нудним і хитрим. Ньютон завжди програвав їм фізичні змагання, але тим не менш брав участь в них. У той день стрибали в довжину. Ньютон помітив, що, якщо підібрати момент стрибка, коли вітер досягає максимальної сили, то стрибок вдається легше. Скориставшись цим, він виграв змагання.

У Кембриджі наставником Ньютона був завідувач кафедри математики професор Барроу - філолог, фізик і математик, автор знаменитої формули тонкої лінзи, відомого інтегрального співвідношення, званого тепер формулою Ньютона-Лейбніца, а також методу рішення диференціальних рівнянь з відокремлюваними змінними. До цього часу відноситься запис Ньютона: «Фантазія посилюється перебуванням на свіжому повітрі, постом, помірним споживанням вина, але псується від пияцтва, розпусти і занадто старанного навчання».

Коли в Англії в 1665-1667 рр.. лютувала чума, Ньютону було трохи більше 20 років, і на цей вік припадає пік його творчої діяльності. Він одночасно з Лейбніцем і незалежно від нього розробив основи математичного аналізу, почав експерименти з оптики. Популярність він придбав у 1673 р., побудувавши і власноручно виготовивши першу модель телескопа-рефлектора, за що і був тоді ж обраний членом Королівського товариства. Після цього він залишив науку і зайнявся алхімією, яку до науки не зараховували (справжньої хімії тоді ще не було, вона з'явилася тільки при Лавуазьє). Як і всі алхіміки, Ньютон хотів отримати золото (філософський камінь). Зусилля, витрачені їм на це, значно перевершували все те, що він витратив на математику і фізику. У зошитах Ньютона (а він детально описував всі досліди, щоб можна було їх повторити) є запис: «Сморід жахлива, мабуть, я близький до мети».

У 1669 р. Ньютон приймає завідування кафедрою математики, залишеної йому Барроу. За свідченням сучасників, Ньютон багато в чому наслідував свого вчителя і у тематиці наукових робіт (теорія кольору, телескопи, математичний аналіз), і в зовнішніх звички (Ньютон, як і Барроу, спав дуже мало - не більше 5-6 годин на день, був недбалий в одязі. речі, не більше спав і Гук. Їм було шкода свого часу). Лекції, які Ньютон читав з арифметики, географії, оптиці та інших наук, славилися незрозумілістю. У нього було всього три студенти. З 1672 по 1684 рр.. Ньютон, займаючись алхімією, жив замкнуто. Він надзвичайно серйозно ставився до пріоритетних питань, досить рано сформулювавши такий принцип: кожен вчений має одного разу зробити вибір - або нічого не публікувати, або витратити життя на публікації і боротьбу за свій пріоритет. Для себе Ньютон, мабуть, вибрав і те й інше: він майже нічого не публікував і постійно боровся за свій пріоритет. Суперниками були Лейбніц (в області математики) і Гук (в області фізики). Відносини між ними постійно псувалися, оскільки Ньютон, крім боротьби за пріоритет, не виносив жодної критики на свою адресу.

Все, що робив Ньютон, він робив з винятковою сумлінністю і наполегливістю, і все у нього виходило - і коли шліфував дзеркало телескопа, і коли проводив досліди з оптики, і коли зайнявся полемікою з Лейбніцем, якої, на думку деяких дослідників, звів Лейбніца в могилу. У всякому разі відомо, що в цій полеміці, що тривала багато років, Ньютон поводився негарно.

У Гука перше зіткнення з Ньютоном відбулося в 1673 р. з приводу природи світла, яку Ньютон вважав корпускулярної, а Гук - хвильової. Потім за ініціативи Гука було примирення (тим не менше Ньютон результати своїх досліджень з оптики опублікував тільки після смерті Гука). В кінці 1679 р., коли Гук став секретарем Королівського суспільства, між ним і Ньютоном відбувся обмін листами, в яких Гук виклав свою гіпотезу тяжіння і попросив Ньютона висловитися з цього приводу. Гук вважав, що сила тяжіння між двома тілами відповідно до законів Кеплера повинна бути обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Лист датований 6 січня 1680 Отримавши його, Ньютон листування з Гуком обірвав і більше йому ніколи не писав. З цього і почалася увійшла в історію полеміка між цими вченими.

Через чотири роки до Ньютона, продовжував займатися алхімією, приїхав відомий астроном Галлей, який відкрив знамениту комету (названу згодом його ім'ям), і попросив пояснити йому закон її руху. Ньютон не був першим, до кого звернувся Галлей, але виявився єдиною людиною, яка змогла майже відразу ж відповісти, що комета рухається по еліптичній траєкторії. Після цього за наполяганням Галлея за 18 місяців Ньютоном були написані його знамениті «Математичні начала натуральної філософії» - книга, в якій він, по суті, створив всю сучасну механіку. Саме створив, оскільки до цього ніякої механіки як науки не існувало.

Книга Ньютона присвячена досягненню однієї єдиної мети - виведення і доказу закону всесвітнього тяжіння. Через відсутність на той час механіки як такої Ньютону довелося оформити доказ у доступному всім вигляді. Це і зажадало сформулювати основні принципи, що відносяться до таких понять, як маса, сила, прискорення. Так з'явилися «три закони Ньютона», на відкриття яких він сам ніколи не претендував, вважаючи, що перші два з них відкриті Галілеєм, а третій - Гюйгенсом та іншими вченими. Ньютону, зовсім не байдужому до проблем пріоритету, і в голову не приходило, що в них є щось новое2. Зате на пріоритет відкриття закону всесвітнього тяжіння Ньютон претендував і претендував дуже неакуратно.

Перша публікація Гука про силу тяжіння як про можливу причину еліптичності орбіт планет відноситься до 1666 р., а в 1674 р. у роботі «Спроба довести рух Землі спостереженнями» він виклав погляди, досить близькі до тих, які потім були розвинені Ньютоном в «Засадах ». Існує легенда про те, що ще під час чуми 1665 Ньютон, порівнюючи прискорення на орбіті Місяця з земним прискоренням 9,81 м/с2, через неточне знання радіуса Землі отримав розбіжність близько 16% і з цієї причини нічого не публікував про тяжінні. Це малоправдоподобно і суперечить тому, що писав сам Ньютон 20 років по тому. Він не вважав і не повинен був вважати це розбіжність серйозним. Проблема для нього полягала у доведенні закону 1/r2 тяжіння сферою за будь-яких r як далеко, так і поблизу її поверхні. Так чи інакше Ньютон нічого не опублікував ні в 1665, ні в 1679 р., коли листування з Гуком спонукала його повернутися до задачі про рух під дією сили 1/r2 і коли, за його власними словами, він отримав, що в поле такої сили тіло повинно рухатися по еліпсу.

Фактом залишається і те, що Ньютон, написавши за ініціативою Галлея свою книгу і здавши рукопис до друку в квітні 1686 р., про Гуке в ній взагалі не згадав. Галлей був другом і Ньютона, і Гука і знав передісторію відкриття закону. Він переконав Ньютона зробити посилання на Гука, і Ньютон врешті-решт її зробив, але у вельми оригінальній формі. Він написав, що ідея про зворотну пропорційності сили тяжіння квадрату відстані належить, крім нього самого, також Галлею (на його гроші друкувалася книга), Рену (президенту Королівського товариства) і Гуку. Галлей і Рен особливого ставлення до закону не мали, але проти згадки своїх імен заперечувати не стали. Апеляції ж Гука залишилися незадоволеними.

Хто правий у суперечці, якому в 2000 р. виповнилося 314 років? Якщо розглядати формулювання основних принципів, необхідних для вирішення якої-небудь проблеми, достатньої для судження про пріоритет, то право на нього, безсумнівно, має Гук, бо він передав Ньютону матеріал, потрібний для його досліджень. Такою і була точка зору Гука. Якщо ж розглядати це формулювання без супроводжуючого її математичного докази недостатньою, то прав Ньютон, і така була його точка зору. І все ж не можна не визнати, що Гук підказав Ньютону основні ідеї закону - закон зворотних квадратів, центральний характер взаємодії притягуються тіл, закон інерції. При цьому стиль мислення Гука був істинно фізичним в сучасному тлумаченні цих слів - він розумів фізику «на пальцях». Його ідеї були аналогічні ідеям М. Фарадея, вперше запропонував і сформулював поняття поля, але не оформив це поняття в математичній формі. Це зробив після нього Д. Максвелл, і тим не менш автором поняття про полі ми вважаємо Фарадея.

При листуванні з Галлея, відповідаючи на його наполегливе прохання згадати ім'я Гука, Ньютон писав про відмінність фізиків (до яких він зараховував Гука) і математиків (яким він вважав себе): «Математики, які все відкривають, всі встановлюють і всі доводять, повинні задовольнятися роллю сухих обчислювачів і чорноробів. Інший же, який нічого не може довести, а тільки на все претендує і все вистачає на льоту, забирає всю славу як своїх попередників, так і своїх послідовників ... І ось я повинен визнати тепер, що я все отримав від нього і що я сам тільки підрахував, довів і виконав всю роботу в'ючної тварини по винаходам цієї великої людини ». В іншому місці: «Гук має лише віддалене уявлення про всесвітнє тяжіння, засноване лише на догадку. Одна справа винаходити гіпотези, інше - доводити їх ... Гук має не більше право на закон зворотних квадратів, ніж Кеплер має право на закон еліпсів: здогадки не рахуються, а доказів у Кеплера не було ». Як бачимо, Ньютон відмовляв в авторстві не тільки Гуку, але і Кеплеру, який вивів три своїх закону на основі узагальнення та обробки прямих експериментальних вимірювань.

Дослідник творчості І. Ньютона академік С. І. Вавилов зазначив: «Ньютон був, очевидно, неправий: скромні бажання Гука мали повну підставу. Написати "Почала натуральної філософії" в ХVII столітті ніхто, крім Ньютона, не міг, але не можна заперечувати, що програма, план "Почав" був вперше накиданий Гуком »3.

У літературі можна знайти найрізноманітніші оцінки Ньютона як людини. З часом, тобто в міру публікації його великих архівів, ці оцінки в середньому погіршуються. Якщо біографи ХІХ ст. схильні до панегіриком в стилі «все його життя було тривалим міркуванням», то його сучасний біограф Ф. Мануель малює портрет злісного людини з патологічно деформованої психікою. У 1688 р. Ньютона обирають в Англійський парламент, і він на два роки їде з Кембриджа в Лондон. Повернувшись, він вже не повертався до наукових занять, можливо, через важке психологічного захворювання не дуже ясного характеру. Може бути, воно було викликано перевтомою протягом попередніх років, а може бути, і не пов'язана з ним. Як зазначалося вище, Ньютон, за життя вважався сучасниками найбільшим і геніальним вченим, постійно відмовлявся від пропонованих йому поста президента Королівського товариства і дав свою згоду на обрання тільки в 1703 р., відразу ж після смерті Гука. Одним з перших актів на цій посаді було знищення всіх інструментів, паперів і портретів померлого, і саме з цієї причини Королівське суспільство має портретами всіх своїх членів, крім одного.

Цікаво, що роботи Ньютона в області тяжіння стали відомі в Європі завдяки Вольтеру, який в останні роки життя відвідав Англію і, повернувшись на материк, пропагував новий закон, який здійснив на нього велике враження. Він же розповів світові і про знаменитого яблуці, нібито впав на голову Ньютона і послужило приводом до відкриття (про яблуко йому розповіла улюблена племінниця Ньютона, в сім'ї якої той жив останні двадцять років). У зв'язку з цим злий Вольтер писав, що своєю популярністю і кар'єрі Ньютон зобов'язаний зовсім не науковим працям, а красі племінниці.

На посту президента Ньютон залишався до кінця своїх днів. У 1705 р. королева Англії Анна звела Ньютона у дворянство, пжаловав звання лорда. Напис на пам'ятнику Ньютона, зроблена його сучасниками, як відомо, говорить: «... сер Ісаак Ньютон, дворянин, наділений майже божественним розумом ...»

Список літератури

1. Арнольд В.І. Гюйгенс і Барроу, Ньютон і Гук. - М.: Наука, 1989.

2. Кобзарєв І.Ю. Ньютон і його час. - М.: Знание, 1978.

3. Вавилов С.І. Ісаак Ньютон. - М.: Изд-во АН СРСР, 1961.

4. Боголюбов О.М. Роберт Гук. - М.: Наука, 1984.

1 За цим словесному опису написано портрет, опублікований на обкладинці книги [4] і відтворений в газеті

2 Тепер, вважаючи Ньютона автором цих трьох законів, ми, по-суті, визнаємо, що саме його закони дозволяють вирішити будь-яке завдання механіки

3 Згодом знаменитий німецький філософ Іммануїл Кант по-новому підійшов до доказу закону зворотних квадратів. Він задався питанням про те, на підставі яких фундаментальних законів природи ми можемо зробити висновок про тривимірності навколишнього простору. Відповідаючи на нього, він довів, що тривимірність простору слід саме з зворотної пропорційності сили тяжіння квадрату відстані


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
42кб. | скачати


Схожі роботи:
Ісаак Ньютон 2
Ісаак Ньютон 3
Ісаак Ньютон
Ісаак Ньютон на службі науці та Англії
Ісаак Ньютон і англійське економічне диво
Ньютон
Ньютон і Ціолковський
Ньютон і методологія природознавства
Ісаак Альбеніс
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru