Основные физические идеи, положившие начало новому развитию этой науки, были сформулированы И. Ньютоном в очень короткий период, в 1665–1667 годах, во время его пребывания в родной деревне Вулсторп, хотя опубликованы они были гораздо позднее.
В 1665–1667 годах в Англии свирепствовала страшная эпидемия чумы. И. Ньютон уезжает из Кембриджа, где он только что стал бакалавром, в деревню и проводит там около полутора лет. Здесь он непрерывно работает над шлифовкой стекол, созданием приборов, ставит химические опыты. И в это же время напряженно размышляет над основными проблемами физики, астрономии. математики. Результаты этой работы поистине фантастические и могут быть названы озарением. В деревне он приходит к формулировке основ физики, создает теорию тяготения, согласно которой тяжесть, заставляющая тела падать на Землю, тождественна силе, которая удерживает небесные тела на их орбитах, и эта сила ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния.
Уже на склоне лет он рассказывал, как в вулсторпском саду обратил внимание на падение яблока с дерева на Землю и задумался над тем, почему падает яблоко. Ответ, казалось, был давно известен людям: падать его заставляет тяжесть. Но что это такое? И пришел к выводу, что тяжесть означает притяжение яблока Землей. Эта же сила должна распространяться дальше от поверхности Земли, захватывать Луну, удерживая ее на орбите, не позволяя, двигаясь по инерции, улететь в космическое пространство.
Полвека спустя, в 1714 году, И. Ньютон так вспоминал об этом периоде своей работы: «И в том же году, 1665-м или 1666-м, я начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны… Все это было в 1665 и 1666 годах — в годы чумы, ибо я в те дни был на заре своей поры изобретения, и математика и философия волновали меня более, чем когда-либо после».
Тачную формулировку закона тяготения И. Ньютон опубликовал много позже в своем знаменитом труде «Математические начала натуральной философии» (1686), или, как его кратко называют, «Начала». Надо сказать, что почти всегда он не спешил с публикациями, хотя проблемы приоритета были ему далеко не чужды. Почему так происходило? Главной причиной, вероятно, является совершенно новое отношение ученого и к проблемам познания, и к тому, что считать установленной истиной.
Если кратко охарактеризовать эти его отношения, то можно сказать, что он стремился к полнейшему порядку в знаниях о природе, стремился к таким знаниям, которые точно подтверждены экспериментами, точно обоснованы логикой и математикой. Это те требования, которые предъявляются к науке и сегодня.
Как и многие великие идеи, теория тяготения Ньютона имеет свою предысторию. Почти одновременно с ним к пониманию отдельных свойств тяготения подошли многие ученые. Так, Дж. Боррелли пришел к выводу о взаимном притяжении всех тел во Вселенной и к тому, что при вращении планет по орбитам притяжение к Солнцу уравновешивает центробежные силы, открытые X. Гюйгенсом. Другой современник И. Ньютона, Г. Гук, утверждал, что сила притяжения тел изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Но мы считаем, что именно И. Ньютон является создателем теории тяготения.
Отдавая дань прозорливости других исследователей, мы по праву приписываем славу первооткрывателя ему.
Почему? Потому что именно он дал доказательства справедливости своих построений. От умозрительных рассуждений он перешел к математическим расчетам, к физическим опытам и интерпретации астрономических наблюдений.
Так начиналась новая физика!
Мы в дальнейшем поговорим о том, как И. Ньютон впервые сформулировал важнейшие свойства времени, о котором в основном и ведется повествование в этой книге. Но здесь я хочу отметить, что открытие им закона всемирного тяготения было очень важным не только для создания небесной механики, управляющей всеми движениями небесных тел во Вселенной, но и для понимания того, что такое время. Правда, это выяснилось очень не скоро — около трех столетий спустя, уже в нашем веке, когда было доказано, что тяготение влияет на бег времени. Но опять вернемся в XVII век.
В Вулсторпе в 1665–1667 годах И. Ньютон занимался не только проблемами тяготения, но и механикой, оптикой, математикой, в которых ему принадлежат фундаментальные открытия.