Исаак Ньютон
В Лондоне в Вестминстерском аббатстве покоится прах великого математика и физика, астронома и механика Исаака Ньютона. Надпись на могиле ученого гласит: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов.
Исаак Ньютон (Isaac Newton)
Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал. Прилежный, мудрый и верный истолкователь природы, древности и Св. писания, он утверждал своей философией величие Всемогущего Бога, а нравом выражал евангельскую простоту.
Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого».
По словам А. Энштейна Ньютон «... оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всё мировоззрение в целом».
Действительно, роль Исаака Ньютона в развитии математики и физики настолько велика, что восхищение перед его гением только увеличивается.
Величайший английский учёный, заложивший основы современного естествознания, создатель классической физики, член Лондонского королевского общества родился 25 декабря 1642 года в местечке Вульсторп, вблизи городка Грэнтэм, что в 200 километрах к северу от Лондона. Ньютон рассказывал о своем рождение так: «По словам матери, я родился таким маленьким, что меня можно было бы выкупать в большой пивной кружке». Однако мальчик вырос хорошо развитым и здоровым. Впоследствии факт рождение в канун Рождества Христова Ньютон расценивал как знак свыше.
По окончании школы в 1661 Ньютон поступил в Тринити-колледж (Колледж святой Троицы) Кембриджского университета. К этому времени уже сложился целеустремленный и могучий характер Ньютона. Научная дотошность, стремление проникнуть в самую суть предмета, нетерпимость к обману и лжи, равнодушие к славе стали отличительными чертами характера великого ученого.
«Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов» — говорил Ньютон. Главной научной опорой и вдохновителями творчества Ньютона в наибольшей степени были такие великие физики, как Галилей, Декарт и Кеплер. Доведя до конца их труды, Ньютон объединил их в универсальную систему мира. Также влияние на становление гения Ньютона оказали работы Евклида, Ферма, Гюйгенса, Валлиса и его учитель Барроу.
Рефлектор Ньютона
Открытия и достижения Ньютона открыли новую эпоху в физике и математике. С именем Ньютона связывают появление в математике аналитических методов, в физике — построение адекватных математических моделей природных процессов и их всестороннее исследование с помощью нового математического аппарата.
Будучи студентом Кембриджского университета Ньютон сделал свои первые математические открытия. Среди них: классификация алгебраических кривых 3-го порядка (кривые 2-го порядка исследовал Ферма) и биномиальное разложение произвольной степени. Последнее из перечисленных открытий послужило отправной точкой в создании знаменитой теории бесконечных рядов, которая впоследствии станет эффективным и мощным инструментом математического анализа.
Ньютон доказал, что разложение в ряд является общим и главным методом анализа функции. Мастерски используя этот метод, Ньютон с легкостью решал уравнения, в том числе и дифференциальные, исследовал поведение функций, сумел получить разложение для всех стандартных функций.
Независимо от Готфрида Лейбница Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление.
Кроме того, Ньютон глубоко исследовал разностные методы.
Наиболее полное изложение принципов анализа Ньютон было опубликовано в работе «О квадратуре кривых» 1704 года как приложении к монографии «Оптика». Это первый научный труд Ньютона, который стал доступен всем. В нем Ньютон указал производные высших порядков, значения интегралов разнообразных рациональных и иррациональных функций, примеры решения дифференциальных уравнений 1-го порядка.
Следуя уговорам своих коллег, Ньютон публикует в 1707 году книгу «Универсальная арифметика». В ней великий математик приводит разнообразные численные методы. Его знаменитый метод позволял находить корни уравнений по упрощенной форме и с гораздо большей точностью (опубликован в «Алгебре» Валлиса, 1685).
Могила Ньютона в Вестминстерском аббатстве
В 1711 году Ньютон, спустя 40 лет после написания, опубликовал науный труд под названием «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов». Здесь Ньютон исследовал алгебраические и «механические» кривые (циклоид, квадратрис) и частные производные.
В сочинении «Метод разностей» Ньютон определил интерполяционную формулу для проведения через (n + 1) точки с равноотстоящими или неравноотстоящими абсциссами многочлена n-го порядка.
В 1736 году уже после смерти великого ученого издается научный труд «Метод флюксий и бесконечных рядов», в котором приводятся многочисленные примеры поиска экстремумов, касательных и нормалей, вычисление радиусов и центров кривизны в декартовых и полярных координатах, отыскание точек перегиба и прочее.
В заслугу Ньютона также следует отнести не только разработку методов анализа, но и обоснование его принципов. Именно Ньютон предложил общую теорию предельных переходов, под названием «метод первых и последних отношений». Эта теории подробно изложена в 11 леммах книги I «Начал».
Больших успехов Ньютон достиг в механике. Наиболее важным достижением Ньютона в аксиоматической механике является решение двух фундаментальных задач:
- Создание для механики аксиоматической основы, благодаря которой наука становится в ряд строгих математических теорий.
- Создание динамики, которая связывает поведение тела с характеристиками внешних воздействий на него (сил).
Особенно ценно открытие Ньютона, связанное с опровержением античных представлений о том, что земные и небесные тела движутся под воздействием разных законов. В разработанной Ньютоном модели мира Вселенная подчинена трем единым законам:
- Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
- Изменение количества движения пропорционально приложенной силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.
- Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны.
Более того, Ньютон утверждал в своих «Началах», что пространство и время являются абсолютными понятиями, едиными для всей Вселенной.
Страница «Начал» Ньютона с аксиомами механики
Именно Ньютон дает четкие определения многим физическим понятиям, в том числе: количество движения и сила. Вводит в физику понятие массы как меры инерции и гравитационных свойств. До него физики использовали понятие вес.
Вы наверняка помните, как Ньютон открыл знаменитый «закон тяготения». Надо сказать, что идея всеобщей силы тяготения была отнюдь не новой, однако первым, кто смог ясно и математически точно доказать связь закона тяготения и движения планет. Работы Ньютона в этой области положили начало новой науке — динамике.
Следует отметить тот факт, что Исааку Ньютону принадлежит заслуга открытия причины приливов: притяжение Луны. Более того, Нььютон сумел рассчитать точную массу Луны.
В оптике Ньютон изобрел первый в мире зеркальный телескоп (рефлектор). Более того, он открыл дисперсию света, доказал, что белый свет раскладывается на цвета радуги после преломления лучей при прохождении через призму. Именно Ньютон заложил основы правильной теории цветов.
Эти и другие открытия Ньютона в области математики и физике заставляют преклонить голову перед гением ученого. На статуе, воздвигнутой Ньютону в 1755 г. в его альма-матер — Тринити-колледже, высечены стихи из Лукреция:
Разумом он превосходил род человеческий (Qui genus humanum ingenio superavit).