Кембридж для Ньютона более чем на три с половиной десятка лет стал домом и стартовой площадкой умственной революции, которую он запустил. Хотя эту революцию часто изображают как череду озарений, борьба за тайны Вселенной, которую вел Ньютон, скорее походила на окопную войну – одна тяжкая интеллектуальная битва за другой, и в этой войне каждую пядь земли приходилось присваивать постепенно и ценой громадных вложений сил и времени. Гений меньшего калибра или меньшей фанатической приверженности такую борьбу вести бы не смог.
Поначалу даже условия жизни Ньютона были для него испытанием. Мать наделила его стипендией всего в десять фунтов, хотя сама получала неплохой ежегодный доход в семьсот с лишним. Такая стипендия поместила Ньютона в самые низы общественного устройства Кембриджского университета.
Стипендиат («сайзер»), в жесткой кембриджской иерархии, – бедный студент, не плативший за еду и обучение и получавший небольшие карманные деньги, обслуживая более состоятельных учащихся: причесывая их, чистя им обувь, принося им хлеб и пиво и опорожняя их ночные горшки. Стать стипендиатом для Ньютона было повышением в должности – начинал он с субстипендиата, а это означало ту же черновую работу, что и у стипендиата, только субстипендиаты сами платили за еду и посещаемые лекции. Свыкнуться с положением слуги у мальчишек того же племени, что измывались над ним в Грэнтэмской школе, было для Ньютона явно непросто. В Кембридже он, что называется, нюхнул жизни «под лестницей».
В 1661 году Галилеевым «Рассуждениям и математическим доказательствам, касающимся двух новых наук» было всего двадцать лет, и, как и многие другие работы Галилея, эта на кембриджскую учебную программу заметного влияния тогда еще не оказала. Это означало, что в обмен на услуги и плату Ньютону предлагали уроки, включавшие в себя все, что ученые – приверженные Аристотелю – знали о мире: Аристотелеву космологию, Аристотелеву физику, Аристотелеву риторику… Ньютон читал Аристотеля в подлиннике, изучал учебники по дисциплинам Аристотеля, копался во всех книгах, положенных по программе. Ни одну так и не дочитал, поскольку, подобно Галилею, не счел доводы Аристотеля убедительными.
И все же труды Аристотеля являли первый изощренный подход к знанию, с каким столкнулся Ньютон, и потому, даже опровергая его, он из самого этого опровержения извлек урок, как нужно подходить к разнообразным вопросам природы и думать о них организованно и последовательно – и с потрясающей неукоснительностью. Ньютон, убежденный холостяк, редко включавшийся в потехи и досуги, трудился больше, чем кто угодно в пределах моего знания, – по восемнадцать часов в день, семь дней в неделю. Эту привычку он поддерживал многие десятилетия подряд.
Не приняв ничего из Аристотелевых трудов, включенных в программу Кембриджа, Ньютон начал свое долгое странствие к новому мировоззрению в 1664 году: в его записях отмечается, что он взялся создать собственную программу обучения, читая и осмысляя работы великих современных европейских мыслителей, включая Кеплера, Галилея и Декарта. Хоть и не блистательно, однако Ньютон все же закончил в 1665 году университет и получил титул исследователя, а также финансовую поддержку на следующие четыре года дополнительного образования.
А летом 1665 года Кембридж накрыло внезапной страшной волной чумы, и заведение закрыли вплоть до весны 1667-го. Пока учиться было негде, Ньютон вернулся в отчий дом в Вулсторпе и продолжил трудиться в одиночестве. В некоторых изложениях 1666 год именуется Ньютоновым annus mirabilis[193]. По этим преданиям, Ньютон сидел в семейном поместье, изобретал математический анализ, разбирался с законами движения, а затем, увидев падающее яблоко, открыл закон всемирного тяготения.
Что верно, то верно, год вышел недурной. Но все происходило не так. Теория всемирного тяготения сложилась не вот так запросто, единой блестящей мыслью, какую можно ухватить благодаря озарению, – это целый корпус трудов, сформировавшийся вокруг совершенно новой научной традиции[194]. Более того, от картинки из учебника, изображающей Ньютона и яблоко, один вред, потому что из-за нее создается впечатление, будто физики добиваются результатов благодаря громадным внезапным прозрениям: кому-нибудь эдак дали в лоб, и у него от этого открылся дар предсказывать погоду. В действительности, даже в случае с Ньютоном, чтобы чего-то добиться, нужно было получить по лбу много-много раз, провести много-много лет в осмыслении собственных соображений и прийти наконец к подлинному пониманию их потенциала. Мы, ученые, терпим от этих ударов по лбу головную боль, потому что, как и футболистам, спорт нравится нам больше, чем не нравится из-за него страдать.
Вот почему большинство историков сомневается в истории с чудесным озарением: прозрения Ньютона в физике во время чумного периода случились не все скопом, а за три года – с 1664 по 1666-й. Более того, никакой ньютонианской революции в конце этого периода не случилось: в 1666 году сам Ньютон еще не был ньютонианцем. Он все еще считал, что равномерное движение возникает из чего-то присущего движущемуся телу изнутри, а под «гравитацией» понимал некое внутреннее свойство, возникающее в материи, из которой создано тело, а не внешнюю силу, исходящую от Земли. Представления, развитые им в тот период, – лишь начало, кое ввергло его в растерянность и брожение ума на самые разные темы, включая силу, гравитацию и движение, то есть обо всех ключевых понятиях, которые в конце концов объединятся в предмет его великого труда – «Philosophice Naturalis Principia Mathematica».
Мы довольно неплохо знаем, о чем думал Ньютон у себя в имении в Вулсторпе, поскольку он по своему обыкновению записывал это в громадную, почти не использованную тетрадь, доставшуюся от преподобного Смита. Ньютону с той тетрадью повезло, а в более зрелые годы повезло располагать бумагой в достатке, чтобы записать миллионы слов и математических выражений, в которые он облек свои работы.
Я помянул нововведения вроде университетов и применения математических уравнений, но были и другие невоспетые подспорья научной революции, которые мы воспринимаем как должное, и среди них следует отдельно отметить возросшую доступность бумаги. К удаче Ньютона, первая коммерчески успешная мануфактура по производству бумаги в Англии была основана в 1588 году. Не менее важно и то, что Королевская почта в 1635 году начала обслуживать частные отправления, что позволило нелюдиму Ньютону общаться на бумаге с другими учеными даже из очень дальних краев. Но бумага во дни Ньютона по-прежнему стоила недешево, и потому он дорожил своей тетрадью, которую называл «Черновой книгой». В ней – подробности Ньютонова подхода к физике движения, редкая возможность увидеть, как развивается мысль в блистательном уме.
Мы, к примеру, знаем, что 20 января 1665 года Ньютон начал записывать в «Черновой книге» развернутое математическое – а не философское – расследование движения. Ключевой для этого расследования была разработка математического анализа – новой разновидности математики, задуманной для изучения меняющихся величин.
Продолжая традицию Орема, Ньютон представлял себе изменение как наклонную линию. Допустим, если отражать на графике расстояние, пройденное телом, на вертикальной оси, а время – на горизонтальной, тогда наклонная линия на графике – отображение скорости тела. Горизонтальная линия, таким образом, представляет неизменное положение тела, а наклонная или кривая показывает, что положение тела резко меняется – тело движется с большой скоростью.
Графики (а), (б) и (в) изображают равномерное движение с (а) нулевой скоростью (тело покоится), (б) малой скоростью,(в) большой скоростью. График (г) отражает движение с ускорением
Но Орем и другие толковали графики в более качественном смысле, нежели мы в наши дни. Про график «расстояние-время», например, не понимали, что он в каждой точке представляет расстояние, пройденное за время, равное координате на горизонтальной оси. Не понимали и того, что наклон линии на графике представляет скорость тела в каждый момент времени. До Ньютона скорость для физиков была средней, то есть все пройденное расстояние, деленное на продолжительность времени в пути. То были довольно грубые расчеты, поскольку время в них обычно исчислялось часами, днями или даже неделями. Вообще-то засекать короткие промежутки времени с хоть какой-то точностью было и невозможно – вплоть до 1670 года, когда английский часовщик Уильям Клемент изобрел маятниковые «ходики», благодаря которым время стало можно измерять с точностью до секунды.
Пойти дальше средних величин к значениям графиков и их уклонов в каждой отдельной точке – вот откровение Ньютонова анализа. Он взялся разбираться с тем, с чем никто до него не возился: как определить мгновенную скорость тела, ее скорость в каждый миг? Как разделить расстояние, пройденное телом, на затраченное время, если речь идет о временном промежутке размером с точку? Мыслимо ли это вообще? Эту задачу Ньютон и взялся решать в «Черновой книге».