1.3. "Чумні роки" (1665-1667)
Напередодні Різдва 1664 на лондонських будинках стали з'являтися червоні хрести - перші мітки Великої епідемії чуми. До літа смертоносна епідемія значно розширилася. 8 серпня 1665 заняття в Трініті-коледжі були припинені і персонал розпущений до закінчення епідемії. Ньютон поїхав додому в Вулсторп, захопивши з собою основні книги, зошити та інструменти. [12]
Це були тяжкі роки для Англії - спустошлива чума (тільки в Лондоні загинула п'ята частина населення), недешева війна з Голландією, Великий лондонський пожежа. Але значну частину своїх наукових відкриттів Ньютон зробив у самоті "чумних років". Зі збережених заміток видно, що 23-річний Ньютон уже вільно володів базовими методами диференціального й інтегрального числень, включаючи розкладання функцій в ряди і те, що згодом було названо формулою Ньютона-Лейбніца. Провівши ряд дотепних оптичних експериментів, він довів, що білий колір є суміш кольорів. Пізніше Ньютон згадував про ці роки: [13]
На початку 1665 я знайшов метод наближених рядів і правило перетворення будь-якого ступеня двочлена у такий ряд ... в листопаді отримав прямий метод флюксій [14] [диференціальне числення]; в січні наступного року я отримав теорію кольорів, а в травні приступив до зворотного методу флюксій [інтегральне числення] ... В цей час я переживав кращу пору своєї юності і більше цікавився математикою і філософією, ніж коли б то не було згодом.
Але найбільш значним його відкриттям в ці роки став закон всесвітнього тяжіння. Пізніше, в 1686, Ньютон писав Галлею : [15]
У паперах, написаних більше 15 років тому (точно привести дату я не можу, але, у всякому разі, це було перед початком моєї переписки з Ольденбургів), я висловив зворотний квадратичну пропорційність тяжіння планет до Сонця в залежності від відстані та обчислив правильне ставлення земної ваги і conatus recedendi [прагнення] Місяця до центру Землі, хоча і не зовсім точно.
Шанований нащадок "Яблуні Ньютона". Кембридж, Ботанічний сад.
Неточність, згадана Ньютоном, викликана тим, що розміри Землі і величину прискорення вільного падіння Ньютон взяв з "Механіки" Галілея, де вони наведені зі значною похибкою. [16] Пізніше Ньютон одержав більш точні дані Пікара і остаточно переконався у правдивості своєї теорії. [17]
Загальновідома легенда про те, що закон тяжіння Ньютон відкрив, спостерігаючи падіння яблука з гілки дерева. Вперше "яблуко Ньютона" мигцем згадав біограф Ньютона Вільям Стьюклі (книга "Спогади про життя Ньютона", 1752 рік) [18] :
Після обіду встановилася тепла погода, ми вийшли в сад і пили чай в тіні яблунь. Він [Ньютон] сказав мені, що думка про гравітацію прийшла йому в голову, коли він точно так само сидів під деревом. Він перебував у споглядальному настрої, коли несподівано з гілки впало яблуко. "Чому яблука завжди падають перпендикулярно землі?" - Подумав він.
Популярною легенда стала завдяки Вольтеру [19].
Інший біограф, Генрі Пембертон, приводить міркування Ньютона (без згадки яблука) більш докладно: "порівнюючи періоди декількох планет і їх відстані до Сонця, він виявив, що ... ця сила повинна знижуватися у квадратичній пропорційності зі збільшенням відстані". [19] Іншими словами , Ньютон виявив, що з третього закону Кеплера, що зв'язує періоди обертання планет з відстанню до Сонця, слід саме "формула зворотних квадратів" для закону тяжіння (у наближенні кругових орбіт). Остаточну формулювання закону тяжіння, що увійшла в підручники, Ньютон виписав пізніше, після того, як йому стали ясні закони механіки.
Ці відкриття, а також багато з пізніших, були опубліковані на 20-40 років пізніше, ніж були зроблені. Ньютон не гнався за славою. В 1670 він писав Джону Коллінзу: "Я не бачу нічого бажаного в славі, навіть якби я був здатний заслужити її. Це, можливо, збільшило б число моїх знайомих, але це якраз те, чого я найбільше прагну уникати." [ 20] Свій перший наукова праця (жовтень 1666), що викладає основи аналізу, він не став публікувати; його знайшли лише через 300 років. [21]