Эти законы уже дали эмпирически построенный план мироздания. Открыв свой третий закон, Кеплер пришел в такое восторженное состояние, что ему показалось, будто он бредит. К своим открытиям он отнесся как поэт. Вселенная представилась ему стройной гармонией. В 1619 году Кеплер издал знаменитую “Гармонию мироздания”, в которой был на расстоянии одного шага от открытия Ньютона и все-таки не сделал его. Мало того что Кеплер приписывал движения планет некоторому взаимному притяжению, он даже готов был принять закон “квадратной пропорции” (то есть действия, обратно пропорционального квадратам расстояний), однако вскоре отказался от него и вместо этого предположил, что притяжение обратно пропорционально не квадратам расстояний, а самим расстояниям. В трактате о движении планеты Марс Кеплер говорит, что несомненно между планетами должно существовать притяжение. Он утверждал также, что приливы зависят от лунного притяжения и что неправильности в движениях Луны, открытые Тихо Браге, обусловливаются совместным действием Солнца и Земли. При всем том, Кеплеру не удалось установить механических начал им же открытых законов планетного движения. Непосредственными предшественниками Ньютона в этой области были его соотечественники Джильберт и в особенности Гук. В 1660 году Джильберт издал книгу “О магните”, в которой сравнивал действие Земли на Луну с действием магнита на железо. В другом сочинении Джильберта, напечатанном уже по его смерти, сказано, что Земля и Луна влияют друг на друга как два магнита, и притом пропорционально своим массам. Но всего ближе к истине подошел Роберт Гук, современник и соперник Ньютона. 21 марта 1666 года, то есть незадолго до того времени, когда Ньютон впервые глубоко вник в тайны небесной механики, Гук прочел на заседании Лондонского королевского общества отчет о своих опытах над изменением силы тяжести в зависимости от расстояния падающего тела относительно центра Земли. Сознавая неудовлетворительность своих первых опытов, Гук придумал измерять силу тяжести посредством качания маятника – мысль в высшей степени остроумная и плодотворная. Два месяца спустя Гук сообщил в том же обществе, что сила, удерживающая планеты в их орбитах, должна быть подобна той, которая производит круговое движение маятника. Значительно позднее, когда Ньютон уже готовил к печати свой великий труд, Гук независимо от Ньютона пришел к мысли, что “сила, управляющая движением планет”, должна изменяться в “некоторой зависимости от расстояний”, и заявил, что “построит целую систему мироздания”, основанную на этом начале. Но здесь-то и обнаружилось различие между талантом и гением. Счастливые мысли Гука так и остались в зачаточном состоянии: у Гука не хватило сил справиться со своими гипотезами, и слава открытия всемирного тяготения досталась и должна была достаться Ньютону.
Ньютон никогда не мог бы развить и доказать своей гениальной идеи, если бы не обладал могущественным математическим методом, которого не знал ни Гук, ни кто-либо иной из предшественников Ньютона. Мы говорим об анализе бесконечно малых величин, известном теперь под именем дифференциального и интегрального исчислений.
Задолго до Ньютона многие философы и математики занимались вопросом о бесконечно малых, но ограничились лишь самыми элементарными выводами. Еще древние греки употребляли в геометрических исследованиях способ пределов, посредством которого вычисляли, например, площадь круга. Особенное развитие дал этому способу величайший математик древности Архимед, открывший с его помощью множество замечательных теорем. Кеплер и в этом отношении ближе всех подошел к открытию Ньютона. По случаю чисто житейского спора между покупщиком и продавцом из-за нескольких кружек вина Кеплер занялся геометрическим определением емкости бочкообразных тел. В этих исследованиях видно уже весьма отчетливое представление о бесконечно малых. Так, Кеплер рассматривал площадь круга как сумму бесчисленных весьма малых треугольников или, точнее, как предел такой суммы. Позднее тем же вопросом занялся итальянский математик Кавальери. В особенности много сделали в этой области французские математики XVII века Роберваль, Ферма и Паскаль. Но только Ньютон и несколько позднее Лейбниц создали настоящий метод, давший огромный толчок всем отраслям математических наук.
По замечанию Огюста Конта, дифференциальное исчисление, или анализ бесконечно малых величин, есть мост, перекинутый между конечным и бесконечным, между человеком и природой: глубокое познание законов природы невозможно при помощи одного грубого анализа конечных величин, потому что в природе на каждом шагу – бесконечное, непрерывное, изменяющееся.
Ньютон создал свой метод, опираясь на прежние открытия, сделанные им в области анализа, но в самом главном вопросе он обратился к помощи геометрии и механики.
Когда именно Ньютон открыл свой новый метод, в точности неизвестно. По тесной связи этого способа с теорией тяготения следует думать, что он был выработан Ньютоном между 1666 и 1669 годами и во всяком случае раньше первых открытий, сделанных в этой области Лейбницем.
ГЛАВА IV
Отражательный телескоп. – Избрание в члены Королевского общества. – Дальнейшие работы по оптике. – Полемика. – Ошибки Ньютона: ахроматизм и теория волнообразного движения. – Исследование мыльных пузырей. – Теория “фазисов легкого отражения и преломления”
Возвратившись в Кембридж, Ньютон занялся научною и преподавательскою деятельностью. С 1669 по·1671 год он читал лекции, в которых излагал свои главные открытия относительно анализа световых лучей; но ни одна из его научных работ еще не была опубликована. Ньютон все еще продолжал работать над усовершенствованием оптических зеркал. Отражательный телескоп Грегори с отверстием в середине объективного зеркала не удовлетворял Ньютона. “Невыгоды этого телескопа, – говорит он, – показались мне весьма значительными, и я счел необходимым изменить конструкцию, поставив окуляр сбоку трубы”.
Известно, что изобретение телескопа как научного прибора, а не игрушки, было сделано Галилеем в том самом году (1609), когда явилась в печати “Новая астрономия” Кеплера. Узнав от своих парижских друзей об игрушке, изобретенной голландцем Янсенсом для принца Морица, Галилей тотчас догадался, каков принцип этой конструкции, и, так сказать, переоткрыл его вновь. Восторженные отзывы Галилея о первых построенных им телескопах весьма характерны. “Мне удалось наконец, – восклицает он, – соорудить столь превосходный инструмент, что в него можно видеть предметы в тысячу раз большими и в тридцать раз приближенными по сравнению с простым глазом”. Понятие об увеличении выражено здесь еще в совсем наивной форме.
В наше время трудно себе представить, какое впечатление произвело изобретение телескопа на ученый мир и на всех образованных людей того времени. С восторгом говорили о том, что планеты кажутся в телескоп гораздо больше самых ярких звезд, что Юпитер представляется чем-то вроде полной Луны и что можно ясно различить его шарообразную форму. Великий Кеплер сгорал от нетерпения, ожидая каждый новый номер “Звездного вестника”, в котором Галилей публиковал свои открытия.
Тем не менее в области техники телескопного дела оставалось еще много работы. Ньютон сначала пытался шлифовать увеличительные стекла, но после открытий, сделанных им относительно разложения световых лучей, он оставил мысль об усовершенствовании преломляющих телескопов и взялся за шлифовку вогнутых зеркал.
Впервые о построенном им телескопе великий ученый сообщил в письме, обращенном к врачу Эту, одному из учредителей Лондонского королевского общества. Телескоп был весь сделан собственными руками Ньютона. В его инструмент можно было ясно видеть четыре спутника Юпитера и фазы Венеры. Главным преимуществом своего телескопа Ньютон считал его малые размеры: шестидюймовый маленький инструмент его был не хуже тогдашних четырехфутовых преломляющих труб. Впоследствии надежды Ньютона оказались преувеличенными: он думал, например, что шестифутовый телескоп его конструкции будет равной силы с наилучшею стофутовой преломляющей трубой.