АТОМИЗМ И. НЬЮТОНА [1]

 

 

Лагранж называл Ньютона не только величайшим, но и самым счастливым гением: «Систему мира можно установить только один раз» [2]. Счастье состояло в том, что, по мнению Лагранжа, система Ньютона была единственно верной и составляла вечную, непоколебимую истину.

Два с половиной века развития физики после «Начал» и оптических исследований Ньютона были временем их непрестанного испытания. При этом основные положения физики Ньютона — учение о тяготении, общая схема центральных сил, действующих на расстояния, доктрина о простых монохроматических цветах и их периодичности — сохранили свое значе­ние полностью и на сегодняшний день. Века внесли лишь некоторое обоб­щение, незначительные добавления и новую интерпретацию.

Известно, что секрет «вечности» главных частей физики Ньютона кроется прежде всего в строгом, безупречном методе Ньютона. На почве элементарной индукции Бэкона Ньютон создал свой собственный гениаль­ный и трудный метод, который можно назвать «методом принципов», метод, сплавленный из рационального обобщения количественного опыта и количественной логики, т. е. математики.

Физические «принципы» Ньютона по своей служебной роли вполне аналогичны аксиомам геометрии, но нахождение их чрезвычайно трудно, и Ньютон полагал это самой важной задачей. Он говорил: «Вывести два или три общих принципа движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных принципов, было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих принципов не были еще открыты».

Этот «очень важный шаг в философии» и был осуществлен самим Ньютоном в ясной, отчетливой, сознательной форме в «Началах» в отно­шении механики и подготовлен, но не доведен до конца в оптических ис­следованиях. На основе этого метода последующие поколения построили термодинамику, электродинамику, теорию относительности и квантовую механику. К ньютоновскому способу извлечения «принципов» новое время добавило могущественное математическое обобщение, примеры которого заключены в уравнениях Максвелла, Шрёдингера, Дирака и др. Гениальное умение найти эффективные «принципы», тонкое ис­кусство целесообразного количественного опыта и математическое ма­стерство — все это вместе и определило вечность научной продукции Ньютона.

По другую сторону от этих, если можно гак выразиться, «вечных истин» на первый взгляд кажутся расположенными гипотезы Ньютона. Недоверие, скептицизм и даже насмешливое отношение Ньютона к чужим и собственным гипотезам естественно связать прежде всего с личными свойствами Ньютона, его исключительной строгостью к самому себе, к своим высказываниям. Большое значение, вероятно, имело также влия­ние И. Барроу. В «Лекциях по оптике и геометрии», а также и в «Лек­циях по математике» И. Барроу содержится немало скептических и иро­нических замечаний учителя Ньютона по поводу физических и математи­ческих гипотез, в частности по вопросу о природе света. Известное место в «Лекциях по оптике» Барроу о причине цветов, всегда инкриминируе­мое Ньютону, как соредактору издания, вероятно, нужно рассматривай» как намеренную пародию и сатиру на оптические гипотезы перипатетиков [3]. Замечательно, что самое первое большое научное произведение Ньютона, его собственные «Лекции по оптике» (1669 г.), в отличие от всех предшественников и в разрыв с установившейся традицией, не содер­жит никаких гипотез о природе света. Между тем, в отличие от Барроу, лекции Ньютона имеют глубоко физический характер. Таким образом, «hypotheses non fingo» было если не декларировано, то фактически полностью реализовано уже в opus primus Ньютона.

И все же, несмотря на ригоризм Ньютона по отношению к гипотезам, хорошо известно, что он был автором многих гипотез, как верных, так и ошибочных, всегда, однако, ясно и резко разделимых от того основного, на чем он настаивал. Именно по причине скептицизма автора гипотезы Ньютона имели относительно малое значение в дальнейшем развитии науки. Но для выяснения подлинного мировоззрения Ньютона эти гипо­тезы особенно интересны и важны.

В эпоху, когда атомы из разряда гипотез попали в класс наиболее могу­щественных реальностей, особенно своевременно задержать внимание на атомистических концепциях автора «hypotheses non fingo».

Ньютон никогда в последовательной форме не излагал свои атоми­стические предположения. Но в фрагментарном виде их можно проследить всюду и на протяжении всей жизни Ньютона от «Лекций по оптике» до последнего прижизненного издания «Оптики».

Источники первоначальных атомистических сведений Ньютона ясны. Прежде всего это была непосредственная традиция древних атомистов Демокрита, Эпикура, Лукреция. Последнего Ньютон несомненно читал и знал, экземпляр Лукреция находился в собственной библиотеке Ньютона [4].

Атомные представления доходили, далее, до Ньютона через современников, таких предшественников, как Галилей, Гассенди, Декарт и, вероятно, наиболее действенно через учителя и друга И. Барроу. Теологические проповеди Барроу и его «Лекции по математике» пестрят упоминаниями о Демокрите, Эпикуре и Лукреции.

Свои атомистические позиции в молодости Ньютон вполне ясно высказал во второй части «Лекций по оптике» [5], противопоставляя перипатетиков, у которых все ограничивалось словами, «эпикурейцам и другим новым авторам, которые стремились исследовать природу и причину цветов». Сам Ньютон, правда, нигде в явной форме не защищает корпускулярной теории света. Однако, решительно отвергая взгляды Аристотеля, Декарта и Гука, Ньютон нигде в «Лекциях по оптике» не ставит под сомнение взглядов Демокрита и Эпикура. Кроме того, по отдельным выражениям и словам, срывающимся у Ньютона в тексте «Лекций», легко угадать, что, говоря о «световых лучах», Ньютон имел перед своим умственным взором образ летящих частиц. Он пишет о световых лучах, что они «resilicent» (отскакивают) или «flucissent» (текут), и упоминает о лучах «succesive incidentes» (последовательно падающих).

Гипноз традиций и модных веяний не мог, однако, быть решающим для на редкость независимого и критического ума Ньютона. Должны были существовать доводы, действительно убеждавшие Ньютона в справедли­вости атомизма.

Каковы были аргументы эпикурейского учения, которые могли бы убедить Ньютона? Прежде всего ясно, что для молодого создателя анализа бесконечно малых вполне была очевидна ошибочность математического парадокса элеатов, воспроизводимого по традиции Демокрита и Эпикура Лукрецием [6].

Если не будет, затем, ничего наименьшего, будет

Из бесконечных частей состоять и мельчайшее тело:

У половины всегда найдется своя половина,

И для деления нигде не окажется вовсе предела.

Чем отличишь ты тогда наименьшую вещь от вселенной?

Ровно, поверь мне, ничем. Потому что хотя никакого

Нет у вселенной конца, но ведь даже мельчайшие вещи

Из бесконечных частей состоять одинаково будут.

Здравый, однакоже, смысл отрицает, что этому верить

Может наш ум, и тебе остается признать неизбежно

Существованье того, что совсем неделимо, являясь

По существу наименьшим. А если оно существует,

Должно признать, что тела изначальные плотны и вечны.

 

Опровержению этого парадокса посвящает несколько красноречивых страниц Барроу в своих «Sectiones mathematicae»[7].

Доказательства древних вовсе, однако, не ограничивались указанным математическим софизмом. Подвижность вещества, его непрерывные из­менения, дискретность и способность к дроблению на весьма малые части с необходимостью приводили к выводу о том, - что вещество состоит из частичек. Могли ли эти частички быть произвольно малыми? Против этого говорит замечательный факт ограниченности явлений, их повторяемости, возрождения, наследственности[8].

Так как затем, наконец, положены твердые грани

Каждому роду вещей для их разрастания в жизни,

Раз установлено, что, сообразно законам природы,

Могут они породить и чего совершенно не могут,

Раз перемен никаких не бывает, а все неизменно,

Так что и птицы всегда в своем оперении пестром

Пятна на теле хранят, присущие каждой породе,

То и материя вся должна пребывать неизменной

В теле отдельных вещей.

 

Приведенное рассуждение Лукреция можно интерпретировать так. Если б тела состояли из бесконечного числа бесконечно малых или бес­конечно дробимых частей, то возможные сочетания были бы бесконечно разнообразными. Восстановление прежних форм было бы невероятным.

Именно факт непременного возвращения одних и тех же форм в явле­ниях наследственности и химических превращениях с необходимостью свидетельствует о конечных размерах частиц. При этом условии вероят­ность восстановления прежних форм становится конечной.

Рассуждая далее о формах атомов и способах их сочетаний, Лукреций вводит и дальнейшие ограничения, основываясь на ограниченности форм природных тел[9].

Первоначала вещей, как теперь ты легко убедишься,

Лишь до известных границ разнородны бывают по формам[10].

 

и далее:

Думать, однако, нельзя, что всему сочетаться возможно

Всячески.

 

Эти аргументы древних, воспроизводимые Лукрецием, неотразимы и сохраняют силу до сего времени как доступное каждому бесспорное дока­зательство атомизма. Только в конце своей жизни, в последних изданиях «Оптики», Ньютон, как мы увидим в дальнейшем, упоминает именно это доказательство древних, как и свой главный аргумент. Изложенный довод в сущности превращал гипотезу в принцип. Но Ньютон до конца своих дней не решался на такое превращение.

Формальный нейтралитет Ньютона в отношении к атомизму, выражен­ный в «Лекциях по оптике», сохранился и в его последующих мемуарах и письмах, касающихся оптических открытий, и, в частности, в его боль­шом «гипотетическом» мемуаре 1675 г., читавшемся в Королевском об­ществе, но не опубликованном при жизни Ньютона: «Одна гипотеза, объясняющая свойства света, рассмотренные в различных моих статьях»[11].

В этом мемуаре, трактующем главным образом об эфире и его колеба­ниях, называемых светом, Ньютон говорит об атомистической концепции как само собой разумеющейся. Во многих местах безо всяких пояснений он упоминает о «частях», «частичках», «корпускулах» вещества. Он пи­шет, например[12]: «В жидкостях не следует представлять поверхности всех их частей плоскими, а плоскости поверхностных частей всегда направленными одинаково, несмотря на непрерывное их движение».

Наиболее важна в смысле выяснения воззрений Ньютона в эти годы последняя часть мемуара, предлагающая объяснение естественной окрас­ки тел. Эта «гипотеза» впоследствии стала для Ньютона «теорией», о чем можно судить по тому, что она практически без изменений была перенесена в основной текст «Оптики» 1704 г. Гипотетические взгляды в этой книге, как известно, Ньютон вынес в «Вопросы», расположенные в конце. При крайней осторожности Ньютона в этом отношении такое расположение, повторяющееся во всех изданиях «Оптики», не могло быть случайным.

Если применить современную физическую терминологию, Ньютон поль­зуется интерференционными явлениями для объяснения естественных цветов тела. Он исходит из модели строения вещества, аналогичной структуре проявленного слоя в липманновской фотографии[13].

«Наименьшие части естественных тел в некоторой мере прозрачны, и темнота этих тел возникает от множества отражений, происходящих в их внутренних частях».

«Между частями темных или окрашенных тел находятся многие проме­жутки, наполненные средами других плотностей».

«Части тел и промежутки их должны быть не меньше некоторой опре­деленной толщины для того, чтобы они были темными и окрашенными».

«Прозрачные части тел соответственно их различным размерам долж­ны отражать лучи одного цвета и пропускать лучи другого цвета».

«Части тел, от которых зависят их цвета, плотнее, чем среда, заполняю­щая промежутки между ними».

«Толщина составляющих частей материальных тел может быть оценена по их цветам».

В этих «предложениях» изложена основа теории Ньютона. Он кончает ее словами, свидетельствующими о полной конкретности представлений Ньютона в отношении предлагаемой им гипотезы[14].

«Не исключена возможность того, что со временем при усовершенство­вании микроскопов, может быть, удастся открыть частички тел, от кото­рых зависит их цвет[15]. Ибо, если эти инструменты усовершенствованы или могут быть усовершенствованы настолько, чтобы представлять с достаточ­ной отчетливостью предметы в пятьсот или шестьсот раз большими, чем они кажутся нашему простому глазу, то я надеюсь, что мы будем в со­стоянии открыть некоторые, самые большие из этих корпускул. При по­мощи микроскопа, увеличивающего в три или четыре тысячи раз, быть может, откроются все частицы, кроме тех, кои производят черноту».

В этих словах особенно ясна последовательность физика-эксперимен­татора. Повидимому, впервые в истории науки Ньютон извлекал из ато­мистического представления вывод, принципиально доступный экспери­ментальной проверке, и указывал на него как на будущий «experimentum crucis» атомизма. Мы хорошо знаем теперь, что Ньютон ошибся в своей количественной оценке приблизительно на два порядка. Но принципиаль­но он оказался правым: электронный микроскоп сделал сейчас доступными наблюдению глазом по крайней мере очень большие молекулы.

В рассматриваемом мемуаре Ньютон высказывает очень большое число разнообразных гипотез, сняв в начале мемуара с себя ответственность за них[16].

«Сам я не буду принимать ни эту, ни иную какую гипотезу, полагая, что они для меня но убедительны... Однако, описывая их, я иногда для сокращения речи и более удобного изложения буду говорить о них так, как будто бы я их принял и в них верю».

Показывая свое мастерство в применении атомистической гипотезы, Ньютон все же нигде не объявляет себя ее приверженцем.

В эпоху составления мемуара физические позиции Ньютона были еще очень неясными. В мемуаре чувствуется в значительной мере дух Декарта. Здесь можно, например, прочесть, и притом совсем не в критическом смысле, об «эфире и вихрях Солнца и планет»[17]. В эти годы Ньютон, повидимому, еще колеблется между заполненным материей пространством Декарта и пустотой Эпикура — Лукреция.

Исследования в области механики и астрономии, открытие закона тяго­тения, о которых мир узнал из «Начал», радикально, однако, изменили воззрения Ньютона. Вместо чисто механической концепции Декарта о не­посредственных соприкосновениях и ударах между телами как единствен­ной причины их ускорений, появляется формальная динамическая схема Ньютона. В ней тела рассматриваются как центры сил, действующие друг на друга на расстоянии. Механический эфир — посредник между телами, устраняется Ньютоном как помеха регулярному движению светил. Картина мира, по крайней мере с формальной стороны, это — пустое пространство, в котором носятся тела, взаимодействующие на расстоянии. Атомы Эпи­кура — Лукреция становятся живым воплощением ньютоновского мира. Только в отличие от древних частички наделяются силами, действующими между ними.

В самих «Началах» вопрос об атомах намеренно обходится автором. Говоря, например, о притягательных и отталкивательных силах между частицами в жидкости, Ньютон предпочитает оставаться на почве матема­тического формализма[18].

«Но состоят ли упругие жидкости действительно из частичек, отталки­вающихся одна от другой, это — вопрос физики. Здесь мы математически доказали свойство жидкости, состоящей из частичек такого рода, чтобы философы имели случай разобрать этот вопрос».

Ньютон приводит даже рисунок, иллюстрирующий расположение ча­стиц в жидкости[19], снова, однако, не покидая формальных позиций.

Между тем за этими строгими математическими кулисами «Начал» не­сомненно работала «гипотетическая» мысль Ньютона. Нет никакого сомнения, что он непрестанно размышлял над вопросами строения тел и атомизма, особенно в связи с постоянными экспериментами в своей химической лаборатории, занимавшими у него в течение многих лет одно из самых важных мест в бюджете времени. К несчастью, до сих пор мы очень мало знаем об этих химических работах Ньютона.

Можно, однако, о полной достоверностью утверждать, что за эти годы Ньютон,, в результате выводов, к которым привели его механика и астро­номия и громадный экспериментальный физико-химический материал, пришел к замечательной по глубине, дальновидности и правильности кар­тине микроструктуры вещества.

Эта картина фрагментами, по которым приходится восстанавливать целое, изложена Ньютоном в разных изданиях «Оптики» и в небольшом мемуаре «О природе кислот», написанном около 1692 г. и опубликованном в английском переводе в 1710 г. в приложении к известному энциклопеди­ческому «Техническому словарю» Джона Гарриса.

В «Оптике», сочинении физического характера, Ньютон вообще говорит гораздо определеннее и конкретнее о частицах тел, чем в «Началах», и не только в приложении, в знаменитых «Вопросах», но и в основном тексте. Еще в первом издании «Оптики» 1704 г. Ньютон, основываясь на прозрач­ности тел и других их свойствах, утверждает, что тела должны быть чрез­вычайно пористыми, что, например, «в воде в сорок раз больше пор, чем частей»[20]. Во втором английском издании «Оптики» 1717 г. к этому добав­лены следующие весьма важные строки[21]: «Очень трудно, хотя, быть мо­жет, не совсем невозможно понять, каким образом у тел может быть до­статочное количество пор для этого... Представим себе, что эти частички тел расположены так, что промежутки или пустые пространства между ними равны им всем то величине, что частички могут быть составлены из других частичек, более мелких, пустое пространство между которыми равно величине всех этих меньших частичек, и что подобным же образом эти более мелкие частички снова составлены из еще более мелких, кото­рые все вместе по величине равны всем порам или пустым пространствам между ними и так далее, до тех пор, пока мы не дойдем до твердых ча­стичек, не имеющих пор или пустот внутри них... но каково их внутрен­нее строение, нам еще неизвестно».

Опережая века и многие поколения исследователей физиков и хими­ков, Ньютон приходит таким образом к «иерархической» системе строе­ния вещества, на вершине которой стоят действительно неделимые эле­ментарные частицы. Чем выше номер члена иерархии, тем система шире и более пориста. В конкретном примере иерархической системы, рассмат­риваемой Ньютоном, отношение объема пор V к объему твердых частиц v при n ступенях составляет

V : v=2n - 1.

Можно, естественно, задать вопрос, почему Ньютон предлагает «иерар­хическую» систему, а не берет как будто бы более простой решетчатой структуры (аналогично современной кристаллической решетке). Такая решетка вполне могла бы объяснить пористость вещества. Мы увидим, что решающим аргументом в пользу «иерархической» системы для Нью­тона служили химические явления.

Вместо разнообразных твердых, абсолютно неразрушимых «первона­чал» древних атомистов Ньютон выдвигает гениальную к о н ц е п ц и ю  и е р а р х и и  с и с т е м  п о с л е д о в а т е л ь н о  у м е н ь ш а ю щ е й с я  п р о ч н о с т и.

Только на вершине иерархии (может быть) находятся действительно неразрушимые «элементарные частицы». Возможно, что Ньютон считал их всегда одинаковыми, предполагая единую первичную материю и пере­нося разнообразие атомов на последующие системы. Однако определен­ных высказываний Ньютона по этому вопросу не сохранилось.

Легко видеть, что возможность «иерархической» концепции частиц определялась для Ньютона захватившим его представлением о централь­ных силах. Едва ли есть надобность указывать, что современные образы, молекул, атомов, атомных ядер и элементарных частиц с принципиальной стороны вполне соответствуют ньютоновской схеме.

Неясности приведенных строк из разных изданий «Оптики» существен­но дополняются небольшим мемуаром «О природе кислот».

Этот мемуар удивителен уже по своей форме. Это чрезвычайно сжатый и, повидимому, наспех написанный конспект, может быть, к целой книге. В нем изложены мысли чрезвычайной важности. Прежде всего химические действия кислот объясняются большой притягательной силой их действия[22].

«Посредством этой притягательной силы они (кислоты) обволакивают частички тел, будут ли они металлической или каменной природы, и тесно к ним примыкают во всех телах».

Ньютон, повторяя мысль, высказывавшуюся еще Бэконом, говорит о движении частиц, связывая его с тепловыми явлениями[23]:

«Частички тел двигают жидкость и возбуждают тепло... Тепло есть движение частички».

Наиболее замечательны, однако, мысли Ньютона о химических превра­щениях. Основываясь на «иерархической» схеме строения вещества, о ко­торой только что шла речь, Ньютон пишет следующее[24]:

«Мы будем называть частички золота, взаимно притягивающие друг друга в наименьшем количестве, частичками первой сложности, сумму же таких частичек частичками второй сложности и т. д. Ртуть и царская водка могут проникать только в поры последней сложности, но не в иные».

Вслед за этим следуют важнейшие строки, в которых не без основания можно видеть первый общий намек на существование системы, аналогич­ной ядру атома, не поддающейся разрушению обычными химическими агентами[25]:

«Если некий растворитель мог бы проникать в поры частичек наимень­шей сложности или если бы можно было разделить частички первой и вто­рой сложности, то золото стало бы жидким или по крайней мере мягким, и если бы его можно было заставить бродить, оно превратилось бы в какое-нибудь другое тело».

Если мы правильно понимаем цитированные строки Ньютона, то в них содержится принципиальное объяснение неудач алхимиков превратить золото в другие элементы. Даже такие мощные реагенты, как ртуть и цар­ская водка, разрушают только высшие соединения (на современном язы­ке — внутримолекулярные связи между атомами). В веществе имеются частицы второй сложности (химические атомы в современном понимании), для разрушения которых известные химические реагенты недостаточны. Еще большей крепостью и устойчивостью обладает первая сложность (атомное ядро в нашем понимании). Ньютон упоминает о принципиальной возможности заставить «бродить» золото (его атом и ядро). Мы знаем теперь, какого рода необыкновенные агенты (мезотроны, нейтроны и пр.) нужны для этого. Ньютон только предугадывал возможность существова­ния этих агентов.

Казалось бы, у Ньютона не было (известных нам) оснований диффе­ренцировать ядро и атом в целом. Однако, как бы прозревая будущее, Ньютон резервирует для химического атома две степени сложности: пер­вую и вторую, причем первая сложность (ядро) имеет значительно мень­ший объем. Если принять во внимание необычайную осторожность Ньютона в словах и терминах, то такое разделение поистине можно счи­тать провиденциальным.

Таким образом, с достаточным основанием можно усмотреть у Ньютона отчетливую мысль о сложности химического атома и догадку о существо­вании крайне прочного маленького атомного ядра. В этом смысле Ньютон был предтечей Резерфорда.

Корпускулярные воззрения Ньютона подробнее и яснее всею выска­заны им в позднейших изданиях «Оптики»: в первом латинском (1706) и во втором латинском (1717). В 28-м вопросе «Оптики» Ньютон второй раз в своих трудах после ранних «Лекций по оптике» вспоминает как своих союзников греческих атомистов[26]: «Зато, чтобы отбросить такую среду (эфир), мы имеем авторитет тех древнейших и наиболее знаменитых философов Греции и Финикии, которые приняли пустоту, атомы и тяго­тение атомов, как первые принципы своей философии».

Знаменитый, длинный 31-й «вопрос» целиком посвящен корпускуляр­ному воззрению. Ньютон твердо исповедует атомистическое воззрение, пе­реходя от скептического языка противника гипотез на язык убежденного верующего [27]: «Мне кажется вероятным, что бог вначале дал материи форму твердых, массивных, непроницаемых, подвижных частиц таких размеров и фигур и с такими свойствами и пропорциями в отношении к пространству, которые более всего подходили бы к той цели, для которой он создал их. Эти первоклассные частички будут твердыми, несравненно тверже, чем всякое пористое тело, составленное из них, настолько тверже, что они никогда не изнашиваются и не разбиваются в куски. Никакая обычная сила не способна разделить то, что создал сам бог при первом творении. Так как частички продолжают оставаться целыми, они могут составлять тела той же природы и сложения на веки».

Далее Ньютон в сущности повторяет основной и наиболее важный аргумент Эпикура–Лукреция в пользу существования неразрушимых атомов конечных размеров, о которых говорилось выше. Ньютон пишет: «Если бы они (частички) изнашивались или разбивались на куски, то природа вещей, зависящая от них, изменялась бы. Вода и земля составленные из старых изношенных частиц и их обломков, не имели бы той же природы и строения теперь, как вода и земля, составленные из целых частиц вна­чале. Поэтому природа их должна быть постоянной, изменения телесных вещей должны проявляться только в различных разделениях и новых со­четаниях и движениях таких постоянных частиц».

Главное, о чем говорится в 31-м вопросе,— это силы взаимодействия между частицами. Ньютон рассматривает разные виды сил, упоминая, например, особый вид притяжения[28]: «...простирающийся на столь малые расстояния, которые до сих пор ускользают от наблюдения и, может быть, электрическое притяжение распространяется на такие малые расстояния и без возбуждения трением».

В этих словах Ньютон снова обнаруживает свою необычайную интуи­цию в угадывании основных черт природных явлений, проходя мимо деталей и сложностей.

В 31-м вопросе снова и конкретнее, чем раньше, повторяется идея об иерархической структуре вещества[29]: «Мельчайшие частички материи мо­гут сцепляться посредством сильнейших притяжений, составляя большие частицы, но более слабые; многие из них могут также сцепляться и со­ставлять еще большие частицы с еще более слабой силой — и так в ряде последовательностей, пока прогрессия не закончится самыми большими частичками, от которых зависят химические действия и цвета природных тел: при сцеплении таких частиц составляются тела заметной величины».

Эти слова полностью, без каких-либо изменений, могут быть поставлены эпиграфом к любой современной книге по строению вещества.

31-й вопрос был последним словом Ньютона о строении вещества. В течение почти полувека, как мы видели, Ньютон много раз, но крайне отрывочно, скупо и неохотно высказывался по вопросу о дискретном строении вещества.

Однако по этим осколкам и фрагментам мыслей, подлинная широта и грандиозность которых навсегда скрыта от нас за суровой строгостью официальной физики Ньютона, мы все же распознаем гениальную кон­цепцию, далеко опережающую не только современников, но и многие по­коления потомков Ньютона.

Основные выводы Ньютона (всегда опирающиеся на эксперимент) можно выразить в следующих предложениях:

1. Материя дискретна и обладает чрезвычайно пористой структурой.

2. В основе этой структуры находятся плотные, может быть абсолют­но плотные, и неизменяемые элементарные частицы.

3. Эти частицы связываются между собой особыми силами, образуя прежде всего чрезвычайно прочные компактные системы очень малых размеров. Эти системы в свою очередь связываются в новые, менее прочные и более объемистые образования и т. д., вплоть до привычных нам больших тел. Межчастичные силы могут быть иногда электрической природы.

4. Химические и оптические действия тел определяются взаимными действиями сложных систем, внутренне относительно слабо связанных. Неудачи взаимного превращения химических элементов показывают, что основные, элементарные частицы вещества связаны чрезвычайно сильно и что для разрушения их (причем могли бы произойти превращения эле­ментов) требуются особые агенты.

5. Частицы химически изменяющиеся и определяющие химические свойства, по Ньютону, имеют размеры порядка 10-5 см.

6. Теплота соответствует движению частиц разной степени сложности. Просматривая эти «предложения», мы убеждаемся, что Ньютон пред­угадал все в области атомизма, что было возможно в его время, на почве доступного ему экспериментального материала. Он не ошибся ни в чем основном. Своим орлиным взором он усмотрел по химическим и оптиче­ским данным контуры той теории строения вещества, на основе которой развивается новая физика.

Автор «Начал», выкинувший, как мы говорили, фактически с ранних лет своей работы лозунг «hypotheses non fingo», был, как мы убеждаемся, несмотря на это, величайшим мастером физической гипотезы. Только в наше время, когда атом стал неоспоримым фактом, когда человечество начинает овладевать атомом и его недрами, можно в полной мере оценить дар гипотетической интуиции Ньютона. Многое из этой области его дея­тельности оставалось непонятным и недоступным современникам и по­томкам и не оказало должного влияния на развитие науки.

Но нет сомнения, что атомистическая концепция Ньютона делает в наших глазах образ Ньютона еще более высоким, еще более привлека­тельным и неповторяемым. Можно сказать без преувеличения, что Ньютон прозревал «классическую физику» до самого ее конца, до последних глу­бин и только не классические, релятивистские и квантовые черты при­роды остались вне пределов его интуиции.

 

 

Прибавление

ЗАМЕЧАНИЕ О МЕМУАРЕ И. НЬЮТОНА «О ПРИРОДЕ КИСЛОТ»

 

В тексте показано, что некоторые места мемуара «О природе кислот» имеют большое значение для понимания корпускулярной концепции Ньютона и его мнений об алхимических попытках трансмутации.

Между тем именно с этим мемуаром связаны некоторые до сего вре­мени не выясненные обстоятельства.

Мемуар, несомненно, не предназначался для печати; это, вероятно, за­писи из научного дневника Ньютона. Джон Гаррис, впервые опубликовав­ший мемуар в 1710 г. в приложении к введению в начале второго тома «Технического словаря» на латинском языке и в собственном английском переводе, сообщает следующее:

«С его (Ньютона) согласия, я поместил в конце этого введения его латинскую статью «О кислотах» с моим переводом. Эта статья, ранее не опубликованная, была дана им другу около 1692 г. Если бы статья попала в мои руки раньше, я бы поместил ее в словарь под рубрику «Кислоты»».

Латинский текст и английский перевод Гарриса сопровождаются сле­дующим его примечанием:

«Маленькая разница между переводом и латинским текстом возникла от того, что перевод был сделан с другой копии, немного отличавшейся от этой латинской статьи. И поскольку эта копия была просмотрена и одоб­рена знаменитым автором, я не стал менять перевода».

При сравнении латинского и английского текстов обнаруживается, однако, существенная разница и при этом в самом важном (с нашей точки зрения) месте. Привожу для сравнения: 1) латинский текст, 2) англий­ский «перевод» Гарриса, 3) мой перевод латинского оригинала, 4) мой перевод английского текста Гарриса.

 

Оригинальный текст

Перевод Гарриса

Aurum particulas habet se mutuo trahentes; minimarum summae vocentur primae compositionis, harum summarum summae secundae compositionis, etc. Potest Mercurius, potest Aqua Regia poros pervadere, qui particulas ultimae compositions interjacent at non alios.

Si posset menstruum alios illos pervadere vel si auri partes primae et secundae compositionis possent separari fieret aurum, vel fluidum vel salem magis molleabile. Si aurum fermentescere posset in aliud quodvis corpus posset transformari.

 

All bodies have particles which do mutually attract one another; the sums of the least of which may be called particles of the first composition and the collections and aggrega­tes arising from the primary sums, or the sums of these sums, may be called particles of the se­cond composition, etc. Mercury and Aqua Regis can pervade those pores of Gold or Tin, which lye between the particles of its last composi­tion, but they can't get any further into it, for if any menstruum could do that, or if the particles of the first or perhaps of the se­cond composition of Gold could be separated; that metal might be made to become a fluid, or at least more soft. And if Gold could be brought once to ferment and putrify, it might be turned into any other body whatsoever. And so of Tin, or any other bodies; as common nourishment is turned of animals and vegetables.

 

Перевод латинского

текста

Перевод английского

перевода Гарриса

Мы будем называть частички золота, притягивающие друг друга в наименьшей сумме, частичками первой сложности, сумму же таких частичек частичками второй слож­ности. Ртуть и царская водка могут проникать только в поры последней сложности, но не иные.

Если некий растворитель мог бы проникать в поры частичек наи­меньшей сложности или если бы можно было разделить частички первой и второй сложности, то зо­лото стало бы жидким или по край­ней мере мягким. Если бы золото можно было заставить бродить, оно превратилось бы в какое-либо иное тело.

 

Во всех телах существуют частички, при­тягивающие друг друга; наименьшую сумму таковых можно назвать частичками первой сложности, соединение же в агрегат, возни­кающий из первых сумм или сумм этих сумм, можно назвать частичками второй сложности и т. д. Ртуть и царская водка могут прони­кать в поры золота и олова, расположенные между их частичками последней сложности, но не могут проходить дальше внутрь. Ибо, если какой-либо растворитель был бы спосо­бен к этому, т. е. если бы частички золота первой сложности и, может быть, второй могли бы разделиться, то металл сделался бы жидким или по крайней мере мягким. И если бы золото можно было заставить бро­дить, то оно могло бы превратиться в какое-либо иное тело.

Так же и с оловом и другими телами, подобно тому как обычная нища превращается в тела животных и растений.

 

Из сравнения текстов видно, что у Гарриса указанное место мемуара приобретает неясный смысл вследствие добавления в английском пере­воде последней фразы. Уподобление превращения золота и олова превращению пищи в животные и растительные ткани дает возможность пред­положить, что, может быть, в предшествующем тексте речь шла не о трансмутации золота, но о некоторых химических реакциях с золотом.

Если, наоборот, думать, что именно трансмутация золота сравнивается с превращением пищи в живые ткани, то отсюда следовало бы, что Ньютон полагал трансмутацию задачей вполне возможной и легко реализуемой. В латинском тексте последней фразы нет, смысл предшествующего текста поэтому однозначен и текст вообще более соответствует осторожной пози­ции Ньютона в алхимических проблемах.

Гаррис не указывает происхождения второго латинского текста, кото­рым он пользовался для своего перевода. Естественно предположить во всяком случае, что апробация Ньютона, о которой упоминает Гаррис, была дана без внимательного прочтения перевода. Изменения во втором ла­тинском тексте, с которого переводил Гаррис, возможно, были внесены пе­реписчиком, позволившим себе «пояснить» Ньютона, сделать текст более понятным.

Приходится во всяком случае глубоко пожалеть о том, что остроумная и необычайно дальновидная мысль Ньютона о стойкой и практически не­разрушимой «первой сложности» в строении вещества осталась непонятой современниками и потомками.

 

 

Источник: С.И.Вавилов. Собрание сочинений. Т.3,

М.: Изд-во АН СССР, 1956, с.715-729.
Первоначальная публикация: УФН, 1947, т.31, вып. 1, с.1-15.

 


[1] Доклад, прочитанный в Лондоне в июле 1946 г. на праздновании 300-летия рождения И. Ньютона Лондонским Королевским обществом. Автор приносит благодар­ность проф. Дэлю, почетному члену Академии наук СССР, огласившему текст доклада на заседании в Royal Institution.

[2] Delambre. Notice sur la vie et le travail de M. Lagrange. Memoirs de la classe des Sc. math. et phys. de L'lnstitut de France, 13, p. 46. Histoire de classe mathem. (1812).

[3] С. И. Вавилов. «Лекции по оптике» И. Ньютона (в кн. «И. Ньютон. Лекции по оптике», 1946, стр. 260).

[4] R. de Wellamil. Newton. The Man, p. 84.

[5] J. Newtоn. Opuscula. Lausannae et Genevae (1744), t. II, p. 182.

[6] Лукреций. О природе вещей, I. Пер. Ф. А. Петровского, 1946, стр. 41.

[7] Barrow. The mathematical Works. Cambridge, 1860, p. 145.

[8] Лукреций. О природе вещей, I, стр. 41.

[9] Лукреций. О природе вещей, I, стр. 101.

[10] Там же, стр. 113.

[11] Th. Birch. The History of the Royal Society of London, V. III, p. 248 (1757).

[12] Там же, стр 259.

[13] Th. Birch, op. cit., p. 297.

[14] Там же, стр. 308.

[15] Замечательно, что, воспроизводя эти слова в «Оптике», Ньютон добавил: «если в некоторой мере микроскопы уже не дошли до такой степени совершенства».

[16] Th, Birch, op. cit., p. 249.

[17] Th. Birch, op. cit. p. 259.

[18] Сэр Исаак Ньютон. Материалистические начала натуральной философии, Пер. А. Н. Крылова.

[19] Там же.

[20] Сэр Исаак Ньютон. Оптика, стр. 209.

[21] Там же, стр. 210.

[22] Приводимый перевод сделан с латинского оригинала (ср. Прибавление). Я поль­зовался изданием: Lexicon Technicum by John Harris D. D. and FRS., the Second Edi­tion, vol. II, London, 1723.

[23] Там же.

[24] Там же.

[25] Сэр Исаак Ньютон. Оптика, стр. 287.

[26] Там же.

[27] Сэр Исаак Ньютон. Оптика, стр. 311.

[28] Там же, стр. 292.

[29] Там же, стр. 306.