13.3.3. Соперничество с Гуком

Несмотря на свои математические успехи Ньютон с начала 80-х годов вновь возвращается к занятиям механикой, завершившиеся, в конце концов, формулировкой самого выдающегося открытия XVII века – закона Всемирного тяготения. История этого открытия весьма извилиста и связана с целым рядом предшественников и современников Ньютона. Известна гипотеза Кеплера о том, что небесные тела взаимно притягиваются силами магнитного взаимодействия, которые убывают обратно пропорционально расстоянию (Кеплер при этом полагал, что эти силы распространяются только в плоскости орбиты в отличие от света). Это мнение Кеплера было затем (в 1645 г.) подвергнуто критике французским астрономом Буйо, заметившим, что любая сила взаимодействия тел должна, как и свет, убывать обратно пропорционально квадрату расстояния. Однако он при этом никак не связал этот факт с влиянием Солнца на планеты. Следующий шаг в проблеме тяготения сделал итальянский астроном Дж. Борелли, который в 1666 г. заявил, что для орбитального движения планет вокруг Солнца необходимо, чтобы сила притяжения уравновешивалась некоторой центробежной силой. Разумеется, о конкретном аналитическом характере этих сил он ничего сказать не мог. Формулу для центробежной силы получил в 1659 г. Гюйгенс, но опубликована она была только в 1673 г. в его знаменитой книге "Маятниковые часы".

Можно сказать, что идея о существовании силы тяготения между небесными телами стала "витать в воздухе" начиная с 1661 г., когда на одном из заседаний еще не оформленного официально ЛКО была организована комиссия для работы над этой проблемой. Членом ее стал Бойль, который привлек к этой работе Гука. Увлекшись этой работой, Гук в 1666 г. сделал на Обществе два доклада о причинах криволинейного движения планет вокруг Солнца, а в 1674 г. издал мемуар под названием "Попытка доказательства годичного движения на основании наблюдений". Здесь он прямо пишет, что все тела Солнечной системы притягиваются друг к другу, причем силы притяжения тел тем больше, чем тела ближе друг к другу. Однако тут же признает, что не может указать "степень этой силы". Продолжая размышлять над этой проблемой, Гук, ставший в 1679 г. (после смерти Ольденбурга) секретарем Общества, пишет Ньютону примирительное письмо, в котором предлагает заняться совместной разработкой проблемы тяготения и сообщает ему новейшие данные Пикара об измерениях диаметров Земли, Луны и радиуса лунной орбиты. На это предложение Ньютон ответил неожиданно быстро и сообщил, что он давно уже механикой не занимается (это был период его активной алхимической и алгебраической деятельности), но зная об экспериментальных склонностях Гука предлагает ему провести новый опыт по определению суточного вращения Земли посредством измерения смещения к востоку точки падения камня, сброшенного с высокой башни. В письме Ньютон дал даже схематический рисунок, где изобразил предполагаемую траекторию камня, причем продолжил ее внутрь Земли и заметил, что если бы в ней была соответствующая шахта вплоть до центра Земли, то траектория камня по спирали попала бы в этот центр.

Это письмо на Обществе вызвало оживленную дискуссию его членов, причем королевский астроном Флемстид заявил, что эффект отклонения к востоку давно известен артиллеристам, которые говорят, что ядро после вертикального выстрела может упасть обратно в жерло только при угле возвышения в 87°. Однако наиболее серьезной и глубокой критике предложение Ньютона подверглось со стороны Гука, который выявил целый ряд физических неточностей в его рассуждениях, а главное – нарисовал совсем другую траекторию движения камня внутри Земли – овал с центром в центре Земли. И заметил, что этот овал превращается в спираль лишь при наличии сопротивления воздуха. Тем не менее, Гук провел эксперимент с падением камня с башни и в своем ответе Ньютону сообщил о существовании ожидаемого смещения точки падения к востоку (хотя, по современным расчетам оно должно лежать за пределами точности тогдашних измерений). Однако главным содержанием этого письма Гука (датированного 6.01.1680 г.) было предположение о том, что сила притяжения между телами пропорциональна квадрату расстояния между их центрами! При этом траектории тел должны быть эллипсоподобными.

Не обладая необходимым математическим мастерством, Гук не мог формально доказать свои утверждения и предложил Ньютону сделать математический вывод законов Кеплера из предположенного им закона обратных квадратов! Ни на это письмо, ни на следующие послания Гука Ньютон не ответил, но за задачу взялся, забросив на время свою любимую алхимию. Работал он в этот период с утра до глубокой ночи, нередко забывая пообедать и почти не общаясь с окружающими. Гук же, напротив, активно обсуждал свои идеи с друзьями – Реном и Галлеем, которые, к сожалению, также не имели необходимых математических знаний. В результате этих дискуссий Гук убедил своих друзей в своей правоте, хотя строгого доказательства у них не было. И тогда в 1684 г. Галлей обратился к Ньютону и поставил перед ним эту проблему. В ответ тот заявил, что уже имеет на руках долгожданное доказательство. И действительно, через 3 месяца Ньютон вручил рукопись своей книги "Математические начала натуральной философии" Галлею, который сразу понял ее фундаментальное значение и стал активно способствовать ее напечатанию. Однако тут возникло неожиданное препятствие со стороны секретаря Общества Гука, предъявившего свои права на открытие "Закона обратных квадратов". Узнав об этом, Ньютон был крайне рассержен и заявил, что закон обратных квадратов он знал еще со своих студенческих лет (именно к этому периоду относится и знаменитая история с упавшим ему на голову яблоком), а письмо Гука с его законом обратных квадратов лишь напомнило ему об этой проблеме и заставило ускорить ее исследование. Тем не менее, Галлею удалось убедить Ньютона сделать ссылку на Гука в тексте его рукописи, хотя эта ссылка и оказалась довольно двусмысленной (он написал, что о законе обратных квадратов "… говорили независимо еще и Рен, Гук и Галлей". Поместив имя Гука между именами его друзей, Ньютон лишил его их поддержки в начавшемся приоритетном споре).

В последующей переписке с Галлеем (за счет которого и были, в конце концов, изданы "Начала", т.к. у ЛКО не оказалось необходимых средств, а тратить собственные деньги Ньютон не захотел) Ньютон так выразил свою обиду по поводу приоритетного спора с Гуком: "Математики, которые всё открывают, всё устанавливают и всё доказывают, должны довольствоваться ролью сухих вычислителей и чернорабочих. Другой же, который ничего не может доказать, а только на всё претендует и всё хватает на лету, уносит всю славу как своих предшественников, так и своих последователей… И вот я должен признать теперь, что я всё получил от него, а что я сам всего только подсчитал, доказал и выполнил всю работу вьючного животного по изобретениям этого великого человека". Здесь уместно привести еще одно известное высказывание Ньютона: "гипотез я не измышляю", относительно которого советский физик С.И. Вавилов совершенно справедливо написал [], что в действительности Ньютон "показал себя блестящим мастером гипотез, несомненно превосходящим и в этом качестве большинство своих современников". Несмотря на то, что Ньютон был, по общему признанию, самым блестящим теоретиком своего времени, он писал: "Решение задач учит лучше любых теорий". В своих же научных построениях он руководствовался рядом общих принципов познания Природы, изложенных им в "Правилах Философствования":

1. Не принимать в Природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явления.

2. Одинаковым явлениям необходимо приписывать одинаковые причины.

3. Независимые и неизменные при экспериментах свойства тел, подвергнутых исследованию, надо принимать за общие свойства материальных тел.

4. Законы, индуктивно найденные из опыта, нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.