Открытия Ньютона

Исаак Ньютон – физик, математик, механик и астроном. Он получил неофициальный титул создателя классической физики и начал математического анализа. Ньютон является автором фундаментального междисциплинарного труда «Математические начала натуральной философии», в котором был сформулирован закон всемирного тяготения и притяжения, ставший основным физическим законом вплоть до открытия Эйнштейном общей теории относительности. Какие еще открытия Ньютона определили облик современной науки?

Законы движения

Законы движения Ньютона – это основные законы классической механики, с помощью которых становится возможным записать уравнение силы для абсолютно любой механической системы, конечно, если известны действующие силы. В настоящее время эти законы являются фундаментальными и считаются аксиомами. Их изначальные формулировки были изменены, так как некоторые термины, которые ввел сам Ньютон, считаются в современной физике неточными.

1. Первый закон Ньютона в модернизированной формулировке звучит так: существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Этот закон повествует о существовании инерциальных систем отсчета, поэтому иногда его называют законом инерции. 
2. Второй закон Ньютона: В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе. Закон описывает взаимосвязь силы, приложенной к материальной точке, и ее ускорения. В отличие от предыдущего, этот закон можно записать в виде формулы: a = F/m, в которой a – ускорение материальной точки, F – приложенная к ней сила, а m – масса точки. Если скорость материальной точки выше скорости света, то он не работает. Если материальная точка обладает световой, либо околосветовой скоростью, тогда используется релятивистское обобщение второго закона. 
3. Третий закон Ньютона звучит так: Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению. Закон описывает взаимодействие двух материальных точек. Он утверждает, что силы возникают только попарно, то есть сила – это всегда результат взаимодействия двух тел. Можно сформулировать этот закон и совсем просто: сила действия равна силе противодействия. 

Открытие законов Ньютона определило вектор развития физики.

Закон всемирного тяготения

Иногда этот закон называют четвертым законом Ньютона, и это неспроста: в физике он играет не меньшую роль, чем три закона механики. Звучит он так: сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками с разными массами, разделенными каким-то расстоянием, действует вдоль соединяющей их прямой, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния. С помощью формулы этот закон можно описать так: F = G * (m₁*m₂)/r², где G – гравитационная постоянная (6,67430(15)·10⁻¹¹ м³/(кг·с²)). Широкое распространение получил миф о том, что Ньютон открыл этот закон, когда ему на голову упало яблоко. Это с большой вероятностью не так, открытие Ньютона было сделано в результате длительных скрупулезных исследований. Закон описывает гравитационное взаимодействие в классической механике. Он был открыт Ньютоном примерно в 1666 году, а общественность увидела его только в 1687 году в сочинении «Начала».

Закон всемирного тяготения

Суть закона состоит в том, что каждое тело, обладающее массой, создает вокруг себя гравитационное поле (поле притяжения). Причем ускорение, которое приобретает первое тело под действием силы гравитации второго, не зависит от массы этого тела. Причина этого кроется в том, что сила притяжения, действующая на первое тело, прямо пропорциональна его массе, а ускорение обратно пропорционально (соответственно второму закону Ньютона); в физике это свойство получило название «равенство гравитационной и инертной масс». 

Классическая гравитационная теория Ньютона имеет существенный недостаток: она чисто математическая. Любопытен и тот факт, что некоторое время назад ученые начали наблюдать первое «неподчинение» физического тела этому закону: Меркурий сошел со своего перигелия (ближайшей к Солнцу точки), что еще раз доказывает несовершенство закона. Но научные открытия Ньютона до сих пор играют важную роль в изучении космических явлений.

Вклад в богословие

Ньютон был не только выдающимся ученым, но и глубоко верующим человеком, однако он не слепо доверял служителям церкви, а рассматривал религию с рационалистической позиции, а потому отвергал идею о триединстве бога. Некоторые исследователи работ ученого видят в этом близость к еретическим взглядам и деизму, другие же полагают, что Ньютон не совсем исключал существование троицы, а всего лишь понимал ее концепцию ближе к православному толкованию. 

предсказания Ньютона

Вместе с тем некоторые из его идей действительно не вписывались в христианство, например идея о том, что бог находится везде, то есть весь мир – это «чувствилище бога». Исходя из этого можно сказать, что Ньютон сочетал в своем мировоззрении христианские и пантеистические взгляды. Частично результаты своих теологических исследований и философских размышлений Ньютон опубликовал еще при жизни, однако не сразу после начала. Кроме этого, ученый изучал древнееврейский язык и даже давал некоторые комментарии к «Апокалипсису». По его расчетам, не стоит бояться конца света раньше 2060-го года. Открытия, сделанные Ньютоном в этой области, существенно отразились на отношении мыслящих людей к сверхъестественным силам.

Бином Ньютона

Одним из самых знаменитых открытий Ньютона в области математике считается его бином. Бином – это формула для разложения целой неотрицательной степени суммы двух переменных на отдельные слагаемые. Такая формула была известна еще задолго до XVIII века: персидские математики и китайский ученый Ян Хуэй были первыми, кто упоминал его в своих трудах. Открытия Ньютона в математике до сих пор будоражат умы исследователей. Он же создал способ дифференциального и интегрального исчисления, обнаружил вычислительный метод нахождения корней функции. Ньютон занимался и классификацией кубических алгебраических кривых.

Работали над биномом и более поздние математики, не связанные с Ньютоном, например, Михаэль Штиффель, который описывал и классифицировал биномиальные коэффициенты, или Блез Паскаль, которому первоначально приписывали авторство этого бинома. Но Ньютон ввел свои новшества, и смог вывести формулу для случая, когда показатель степени – любое действительное число (позднее был придуман бином и для работы с комплексными числами). Но в таком виде бином – это бесконечный ряд, а для более быстрого разложения можно дополнительно использовать треугольник Паскаля. 

Оптика

Именно Ньютону принадлежат первые открытия в области оптики. Им же был построен первый рефлектор (зеркальный телескоп). Преимущество рефлектора перед предшественниками было  в том, что в нем отсутствовало любое искажение изображения. 

дисперсия света

Ньютон изучал дисперсию света и доказал, что свет, проходя через призму, расходится на множество лучей всех цветов видимого спектра, или, говоря проще, на все цвета радуги. Впервые Ньютон с заявлением о том, что свет не однороден, и состоит из множества лучей с различной преломляемостью, выступил перед Королевским обществом, тем самым опровергнув многовековое устоявшееся мнение о неделимости белого луча. В результате экспериментов выяснилось, что начальными являются как раз таки разноцветные лучи, а белый получится, если все их совместить. Позже стало известно, что степень преломляемости луча зависит от его длины. Это открытие стало основой для современной теории цветов. Немаловажной считается и теория астрономической рефракции, которая стала известной благодаря письмам Ньютона английскому астроному Флемстиду. Рефракция – это преломление лучей, исходящих от космических объектов, в атмосфере Земли, в связи с которым их положение на небосводе для наблюдателя искажается. Известные открытия Ньютона сделали возможным огромный шаг вперед.

Все связанные со светом теории и исследования Ньютона стали причиной того, что оптика начала формироваться как отдельная наука. Ученый не только открывал новые факты и законы, непосредственно оптику составляющие, но и создал математическую базу для развития науки. Исследования Ньютона по сей день считаются образцовыми. Первые работы в этой области были выпущены вскоре после смерти Гука, в 1704-м году. Такова история открытий Ньютона.

Достижения в астрономии

Ньютон окончательно искоренил все сомнения в гелиоцентрическом устройстве Солнечной системы, путем доказательства того, что все небесные тела движутся строго по определенным законам механики. 

Но на этом его работа области астрономии не закончилась: Ньютон изобрел первую модель телескопа-рефлектора. Также ученый установил, что Земля имеет не столько форму шара, сколько форму сплюснутого сфероида. Это открытие было впоследствии подтверждено как измерениями французского математика Мопертюи, так и наблюдениями астронома ла Кондамина. Это позволило ньютоновской механике занять устойчивое положение в глазах европейских ученых и доказать ее превосходство над более ранними. 

Ньютон был основоположником и некоторых других разделов физики: с помощью разработанной им теории цвета, которая основывалась на преломлении белого света на цвета радуги при помощи призмы, он начал историю современной физической оптики, первая книга по которой была выпущена им в 1704 году. 

Автор: Ксения Бирюкова