Противостояние Роберта Гука и Исаака Ньютона

4 января 1680 г. Гук записал в своем дневнике: “Совершенная теория небес”. Не совсем ясно, что он хотел этим сказать. Возможно, что он завершил или считал, что завершил, свою теорию всемирного тяготения. Таким образом, к 1680 г. Гук по поводу всемирного тяготения высказал совокупность принципов, которые сводятся к следующим: 1. “Твердое тело должно сохранять свое прямолинейное движение и не отклоняться ни в ту ни в другую сторону от прямолинейного пути, если только какой-либо импульс не отклонит его в сторону” (1666). 2. “... В коническом маятнике степени влечения на различных расстояниях от перпендикуляра находятся в том же отношении, что и синусы их дуг расстояния” (май 1666). 3. “Второй причиной отклонения прямолинейного движения в криволинейное может быть притяжательное свойство тел, находящееся в их центрах; вследствие этого они непрерывно стремятся притянуть или привлечь к себе” (1666). 4. “... Земля, к центру которой направлены все линии тяготения” (1679). 5. “... Соединение движений совершенно не является их перемешиванием; но каждое из них сохраняет свой отличный импетус” (1685). 6. “… Я предполагаю, что притяжение всегда действует в отношении, обратном квадрату расстояния” (1680). 7. “... Хотя они (планеты) не могут считаться математическими точками, но их можно считать физическими точками, и притяжение на значительном расстоянии может быть вычислено в соответствии с предыдущим отношением, как от их центров” (1679).^[1]. Знал ли Ньютон обратный квадратичный закон расстояний (как это он утверждал значительно позже) или заимствовал его от Гука, не имеет особенного значения, тем более что его уже обдумывал Кеплер, но отказался от него. Теперь же, после выхода в свет “Маятниковых часов” Гюйгенса, переход к этому закону значительно упрощался, и о приоритете можно было не спорить. Важным было иное: применение его к теории движения планет и идея закона всемирного тяготения. По-видимому, до 1680 г. только Гук знал и опубликовал идею такой теории. Ньютон вспомнил о своих вычислениях 1665 или 1666 г. лишь значительно позже. Но теория Гука являлась лишь наброском, и для того, чтобы на основе ее создать науку, нужно было иметь способности математического мышления. Их-то у Гука в отличие от Ньютона не было. Поэтому Гук и решил обратиться к Ньютону в надежде, что тот отработает и математически докажет действенность теории Гука. Итак,между Ньютоном и гуком возникли разногласия.Может быть их удалось бы обойти,если бы не отягчающее обстоятельство.Ньютон жил в Кембридже, а Гук в Лондоне,а переписку они вели в осносном через секретаря Королевского общества Ольденбурга.Характер у Ольдербурга был, судя по всему не очень хороший,и большое удовольствие ему доставляло сталкивать людей между собой.^[2] Начало было положено письмом Гука к Ньютону 24 ноября 1679 г. Мы видели, что в связи со спором по проблеме оптики отношения между Гуком и Ньютоном испортились настолько, что последний отказывался даже от участия в работах Королевского общества. Теперь, когда Ольденбург умер и секретарем Общества был избран Гук, он написал Ньютону письмо, приглашая его вновь приступить к сотрудничеству с Обществом и забыть те споры и недоразумения, которые возникли между ними. Гук просил Ньютона также высказаться по поводу его гипотез и, в частности, о его предположении, что небесные движения состоят из прямолинейного касательного (к траектории) движения и притяжательного движения к центральному телу.

В своем ответе от 28 ноября Ньютон выразил благодарность Гуку за его доброжелательность и принял предложение продолжить корреспонденцию по разным философским вопросам, оговорившись, что, однако, в данное время его интересы направлены к совершенно иным делам. Все же он решил сообщить Гуку об одном своем предположении, а именно о траектории, которую описывает тело в свободном падении к центру Земли. В соответствии с гипотезой, высказанной Ньютоном в этом письме, траекторией падающего тела будет спираль, отклоняющаяся к востоку по мере приближения тела к центру планеты.(Рис.5) Это, по его мнению, доказывало дневное вращение Земли: суть весьма старого возражения против вращения Земли заключалась в том, что тело, подброшенное вертикально вверх, падает в первоначальную точку своего падения. Предполагалось, что если бы Земля вращалась, то тело, находящееся над ее поверхностью, отстанет от нее и упадет где-то сзади, к западу. Но этого не происходит, следовательно, Земля не вращается.

Что касается гипотезы Гука, то Ньютон в этом письме своего мнения не высказал. Гук ответил Ньютону 9 декабря 1679 г., зачитав свой ответ на собрании Королевского общества. Во-первых,Гук сделал следующее замечание. Необходимо учитывать, что направлеие вертикали- направление к центру Земли- меняется при движении шара, поэтому сила тяжести в различных точках траектории направленна по-разному. Это приводит к тому. Что движущийся к востоку шар будет испытывать влияние, отклоняющее его обратно на запад. Так что. Хотя шар всё таки упадёт восточнее точки отвеса, результирующее отклонение будет меньше того, которое предсказывал Ньютон. Во-вторых,Гук справедливо замечает, что ии в северном полушарии шар будет отклоняться не только к востоку, но также и к югу.

Наконец,третье замечание Гука относится к траектории движения шара внутри Земли. Он говорит, что спираль, нарисованная Ньютоном, вызывает у него сомнения. По его мнению, внутри будет происходить приблизительно тоже, что при колебании маятника на верёвке, и если шар будет свободно двигаться внутри Земли, не испытывая сопротивления, то его траектория будет замкнутой и напоминающей эллипс.(Рис.6)

Ньютон ответил 13 декабря. При этом он попытался исправить свою ошибку, допущенную в предыдущем письме, однако безуспешно. Гук зачитал ответ Ньютона на заседании 18 декабря или не учитывая, что больно бьет по самолюбию Ньютона, или, возможно, “с заранее обдуманным намерением”. Одновременно Гук сообщил Обществу о том, что выполнил эксперимент с падением тела и оно трижды упало к юго-востоку. Ему было предложено повторить этот эксперимент в начале года, что он и сделал, сообщив Ньютону в письме от 17 января 1680 г. о своих результатах. В своем письме Ньютону, посланном 6 января 1680 г., Гук сообщил о результатах своих экспериментов, не удержавшись от критики взглядов адресата, чем отнюдь не улучшил вновь натянувшиеся отношения. Но одновременно он поделился с ним мыслями относительно всемирного тяготения: “ предполагаю, что тяготение всегда находится в обратном квадратичном отношении к расстоянию от центра”.Я Ньютон отказался отвечать на это письмо. Несмотря на это, Гук опять пишет ему 17 января, повторяет рассказ о своих экспериментах и обращается к Ньютону с просьбой помочь математически доказать обратный квадратичный закон тяготения. Это письмо также осталось без ответа. Правда, спустя почти год, в декабре 1680 г., Ньютон написал Гуку, но совершенно по иному поводу. Один итальянский врач, желающий сотрудничать с Королевским обществом, обратился к Ньютону с просьбой походатайствовать за него. Ньютон переслал Гуку обращение итальянца и одновременно поблагодарил его за сведения об эксперименте с падающими телами.

“Если связать в одно все предположения и мысли Гука о движении планет и тяготении, высказанные им в течение почти 20 лет,— пишет С. И. Вавилов,— то мы встретим почти все главные выводы “Начал” Ньютона, только высказанные в неуверенной и малодоказательной форме. Не решая задачи, Гук нашел ее ответ. Вместе с тем перед нами вовсе не случайно брошенная мысль, но несомненно плод долголетней работы. У Гука была гениальная догадка физика-экспериментатора, прозревающего в лабиринте фактов истинные соотношения и законы природы... Бесцельная борьба за приоритет набросила тень на славное имя Гука, но истории пора, спустя почти три века, отдать должное каждому. Гук не мог идти прямой, безукоризненной дорогой “Математических начал” Ньютона, но своими окольными тропинками, следов которых нам теперь уж не найти, он пришел туда же”. 19 мая 1686 г. Королевское общество постановило напечатать трактат Ньютона на средства Общества, а наблюдение за изданием возложить на Галлея. Так как таких денег у Общества не оказалось, Галлею пришлось опубликовать “Математические начала” за свой счет. Нужно сказать, что еще в сентябре 1685 г., т. е. уже после регистрации рукописи “О движении”, Ньютон имел сомнения относительно значимости закона об обратном квадратном отношении. 19 сентября он написал королевскому астроному Джону Флэмстиду (1646—1719) письмо, в котором благодарил за результаты некоторых наблюдений, сообщенных ему, Ньютону. Эти данные, подчеркивал он, полностью снимают всякое сомнение относительно значимости закона, поскольку ранее ему казалось, что влияние Юпитера и Сатурна на движение других планет меньше того, которое должно бы быть в соответствии с законом обратного квадратного отношения. Уже на заседании 21 апреля Гук заявил о своих правах. Он обвинил Ньютона в краже его идей и в том, что последний даже не упомянул о нем ни в одной из частей своей книги. Галлей сообщил об этом Ньютону, и тот спустя месяц ответил длинным и очень раздраженным письмом: «Ну, не великолепно ли это! Математики что-то находят, приводят в порядок и подбирают все необходимое, довольные самими собой, что они не что иное, как лишь сухие вычислители и вьючные ослы. … я опередил Гука во всех вещах, о которых он утверждает, что знал их прежде меня. От него я ничего более не узнал, как только то, что тело при падении отклоняется не на восток, а в наших широтах также на юг.» В ответе на это письмо Галлей в определенной степени соглашался с Ньютоном в оценке Гука; он также поддержал его и в том отношении, что Гук ничего не опубликовал по спорным вопросам, а следовательно, и не имеет никаких прав па приоритет. Следующее письмо Ньютона было более мирным. Он признал, что письмо Гука к нему от 1679 г. побудило его заняться исследованием планетных движений, однако он вскоре оставил эту работу, проверив полученный метод только для случая эллиптического движения и перейдя к другим исследованиям, оставил вплоть до посещения его Галлеем в 1684 г. Ньютон согласился сослаться на Гука в отношении обратного квадратичного закона в одной схолии (поучении), но лишь наряду с именами Рена и Галлея. “Математические основания натуральной философии” вышли в середине 1687 г. и разошлись в течение пяти лет. Как говорят, полностью их прочитали всего четыре человека и широкая публика о ней даже и не узнала. В том же 1686 г. возникла Аугсбургская лига — оборонительный союз многих европейских государств, направленный против территориальных захватов Франции, а в 1688 г. главный организатор Лиги штатгальтер Голландии Вильгельм III Оранский стал английским королем. Как пишет Сартон , вся Европа говорила о Лиге и никто не заметил книгу Ньютона, выход которой в свет был событием много более значительным: труд Ньютона заложил основы нового миропонимания и, таким образом, изменил свет. Существует несколько оценок спора Гука с Ньютоном о приоритете. Большинство исследователей, подавляемых величием Ньютона и его значением для науки, принимают его сторону, хотя, как следует из его переписки с Гуком и с Галлеем, можно понять, что до 1679 г. Ньютон не занимался вопросами гравитации и начал свои исследования лишь после убеждений Гука. “Мне кажется,— пишет профессор Р. Леммель,— что лишь упорные и настойчивые побуждения Гука привели Ньютона к тому, что он начал заниматься этой проблемой. До 1679 г. никогда ему и не приходилось заниматься расчетами силы тяготения. Гук инстинктивно нашел эту проблему и видел он кое-что яснее Ньютона, чья спираль его разочаровала... Ньютон ни в коей море не выполнил своих вычислений в 22 года, как это утверждает легенда, сделал это он уже зрелым сорокалетним человеком. С тех пор действительность этого предположения была доказана и закон всемирного тяготения Ньютона стал знаменитейшим из законов природы. Откуда следует, что две массы действуют взаимно притягиваясь друг на друга, все же непонятно. Это — необъяснимый факт. Проанализировав спор Гука с Ньютоном, С. И. Вавилов пришел к выводу: “Ньютон был, очевидно, неправ: скромные желания Гука имели полное основание. Написать „Начала" в XVII в. никто, кроме Ньютона, не мог, но нельзя оспаривать, что программа, план „Начал" был впервые набросан Гуком” . Гук все же пытался бороться. Он упоминает о своих г правах на закон всемирного тяготения в “Рассуждении о причине тяжести” (1690). Были и другие его выступления и высказывания, но, очевидно, они уже не могли изменить положения дел. Ньютон не чувствует себя ни в коей мере обязанным Гуку, поскольку сам знал все еще до 1679 г. Эти его утверждения были им неоднократно сообщены разным лицам; в них говорится, что он знал .закон обратного квадрата еще в 1665 или 1666 г. Однако если это и факт, то непонятно, почему Ньютон отложил в сторону такие результаты, которые, в сущности, весьма близко подходили к идеальному решению вопроса. Утверждают, что он прервал свои занятия по гравитации из-за того, что заинтересовался проблемами оптики. Тогда почему все-таки он не упомянул более полно и точно о своей ранней работе в письме Галлею от 20 июня 1686 г.? Указывают также, что в переписке Ньютона с Галлеем, имевшей место сразу же после атаки, предпринятой Гуком, Ньютон не сослался на датированные доказательства того, что он имел познания в спорной теории до 1679 г. Правда, Ньютон упоминает о своем письме Гюйгенсу, пересланном ему через Ольдепбурга и написанном 23 июня 1673 г., в котором уже были некоторые сведения из тех теорий, о приоритете в которых спорил Гук, и о том, что он написал краткий трактат о круговом движении “за несколько времени до начала моей переписки с м-ром Ольденбургом, т. е. около пятнадцати лет тому назад”. В своем письме Галлею от 14 июля 1686 г. Ньютон уточняет, что краткий трактат был написан им 18 или 19 лет тому назад. В бумагах Ньютона, кроме того, имеется следующая более подробная запись: “В том же году (1666) я начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны, и нашел, как оценить силу, с которой шар, вращающийся внутри сферы, давит па поверхность этой сферы. Из правила Кеплера о том, что периоды планет находятся в полуторной пропорции к расстоянию от центров их орбит, я вывел, что силы, удерживающие планеты на их орбитах, должны быть в обратном отношении квадратов их расстояний от центров, вокруг коих они вращаются. Отсюда я сравнил силу, требующуюся для удержания Луны на ее орбите, с силой тяжести на поверхности Земли и нашел, что они почти отвечают друг другу. Все это происходило в два чумных года, 1665 и 1666, ибо в это время я был в расцвете моих изобретательских сил и думал о математике и философии больше, чем когда-либо после”. Во всяком случае, если в 1666 г. Ньютон мог вывести закон тяготения из законов Кеплера, то он должен был знать выражение центробежной силы и, так сказать, вчерне “Начала” уже слагались у Ньютона-студента. Спор о приоритете между Гуком и Ньютоном не закончился с их смертью, а затянулся на несколько столетий — в 1986 г. Возможно, что исследования, ведущиеся в этом направлении, помогут найти новые факты или новые письменные источники, которые осветят этот вопрос, пока остающийся еще темным. Но не лишено интереса еще одно обстоятельство. Этот спор, который показал Гука в совершенно новом свете, как бы он ни закончился может привести лишь к одному: фигура Гука может стать в глазах истории науки более великой, ибо терять памяти Гука нечего. Гук несомненно далеко превосходил Ньютона как экспериментатор, но, конечно, его ни в коей мере нельзя сравнивать с математическим гением Ньютона: синтез философии природы, новое миропонимание создать мог только Ньютон.

Используемые источники

1. ↑ 1. Боголюбов А. Н. Роберт Гук (1635—1703).—М.: Наука, 1984.
2. ↑ 2. Арнольд В.И.Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук-первые шаги математического анализа и теории катастроф, от эвольвент до кристаллов\Серия «Современная математика для студентов»-М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит.-1989.