Великие противостояния в науке. Десять самых захватывающих диспутов - Хал Хеллман

Одновременные открытия

Дифференциальное исчисление было открыто практически одновременно двумя разными людьми, работавшими независимо друг от друга, — английским ученым Исааком Ньютоном и немецким философом Готфридом Вильгельмом Лейбницем. Их противостояние повлияло не только на философию, религию и дипломатию, но имело и некоторые другие последствия.

Например, вполне возможно, что именно эта вражда привела к появлению научного труда в его современной форме, под которым понимается: 1) работа, на которую ссылаются или которую оценивают коллеги автора, прежде чем она будет опубликована; 2) исследование, в котором четко излагаются уже имевшиеся достижения, а также дается описание конкретного вклада автора. Подобный вид трудов появился в середине XIX века, после длительного развития, и его целью было не столько поделиться с научной общественностью новыми открытиями, сколько засвидетельствовать первенство ученого в определенном открытии.

Но в конце XVII века научные сообщества по-прежнему оставались сравнительно неразвитыми, а ученые зачастую просто распространяли свои работы — письма или рукописи — среди ограниченного круга коллег. И Ньютон, и Лейбниц со своими первыми трудами по исчислению бесконечно малых величин поступили точно так же, что никак им не помогло позже, когда потребовалось доказать, кому принадлежит первенство открытия. В те времена новое открытие часто представлялось в виде анаграммы — авторство первооткрывателя фиксировалось, но суть открытия была понятна только посвященным. И Ньютон, и Лейбниц воспользовались таким методом.

О том, что он оказался не столь эффективным для установления первенства, говорят результаты исследования, проведенного социологом Робертом К. Мертоном, который выяснил, что в XVII веке 92% случаев одновременных открытий заканчивались диспутами. Наверное, именно развитию научных трудов мы обязаны тем, что в последующие столетия количество спорных открытий уменьшалось. Мертон называет такие цифры: 72% в XVIII веке, 59% — к концу XIX и 33% — в первой половине XX века{62}. Кроме того, возможно, со временем все больше стали признавать возможность одновременных открытий.

Но даже в крайне придирчивом XVII веке вражда между Ньютоном и Лейбницем была особенной, потому что ее поистине можно было назвать битвой титанов. Оба были гениями, универсальными гениями. Один из биографов Ньютона Ричард С. Уэстфолл говорит, что Ньютона бессмысленно сравнивать с другими людьми. В своей 874-страничной биографии Ньютона Never At Rest («Неутомимый») он объясняет: «Исследование жизни Ньютона убедило меня, что его гений не знает границ»{63}. Ньютон — родившийся, кстати, в 1642 году, в год смерти Галилея, — сделал фундаментальные открытия в оптике, математике, гравитации, механике и астрономии,

Лейбниц, который родился на четыре года позже, известен намного меньше Ньютона. Одни говорят, что это случилось вследствие вражды между двумя учеными, а другие — что вопреки ей. Как бы там ни было, теории Лейбница были шире, и глубже, чем Ньютона, к тому же современнее. Историк Пресервд Смит{64} назвал его последним универсальным гением, а Т. Г. Гексли{65} — самым понятным мыслителем со времен Аристотеля. В сферу его интересов входили история, экономика, теология, лингвистика, биология, геология, право, дипломатия и политика, а также математика, небесная и земная механика и в равной мере — философия. Прусский король Фридрих II Великий называл его «целой академией в одном человеке»{66}. И тем не менее Лейбниц даже не был академиком — в отличие от Ньютона. Он изучал юриспруденцию и зарабатывал себе на жизнь, выполняя юридическую и дипломатическую работу для своей родной Германии.

Кроме того, Лейбниц глубоко интересовался метафизикой, и это послужило одной из причин того, что они с Ньютоном не смогли найти общего языка. И тем не менее именно этот аспект философии позволил Лейбницу хотя бы в концептуальном отношении опередить Ньютона и проникнуть в ту область знания, которая в наши дни достигла своего расцвета и известна как современная физика. Он занимался важной символической логикой, бинарной арифметикой, которая легла в основу работы наших компьютеров, а также усовершенствовал первый механический калькулятор.

Джон Теодор Мерц, один из биографов Лейбница, описывал его как человека «среднего роста, со стройной фигурой, каштановыми волосами и всепроникающим взглядом небольших темных глаз. Обычно он ходил, опустив голову, что, возможно, было следствием близорукости или сидячего образа жизни»{67}.

Большинство портретов Ньютона выполнены в последние годы жизни, когда он уже занимал выдающееся положение, поэтому, как водится, его внешность несколько идеализировалась. Но не вызывает сомнения то, что у него был широкий лоб, что традиционно считается признаком развитого интеллекта, и, что особенно заметно на последних портретах, высокомерный взгляд. Нос длинный и тонкий, нижняя челюсть несколько неразвита.

По словам одного современника, его глаза были «живые и цепкие», а другой считал, что «в его взгляде и манерах было что-то вялое, не вызывавшее особых ожиданий у тех, кто не знал его хорошо»[6]. Возможно, в подобном расхождении отражаются чувства наблюдателей, а может быть, объяснение кроется в том, не пребывал ли Ньютон в тот момент в глубоких размышлений, которые у этого необыкновенного человека могли быть невероятно интенсивной. Когда Ньютон работал в Кембридже, о его отрыве от окружающего мира говорила небрежность в одежде и привычках, а также пренебрежение к еде и даже сну, если ученый в тот период работал над какой-то проблемой.

Неудивительно, что описывать столь неоднозначного человека очень сложно. Многое зависит и от периода его жизни: в юности его часто называли строгим и лишенным чувства юмора{68}, а в 75 лет группа посетителей из Франции нашла его восхитительным хозяином{69}.

Основы дифференциального исчисления

И Ньютон, и Лейбниц создавали свои варианты исчисления бесконечно малых величин не на пустом месте. В середине XVII века основные составляющие этого метода уже были сформулированы благодаря работам многих ученых: в 1638 году Ферма обнаружил способ нахождения минимума и максимума в уравнениях. Аналитическая геометрия Декарта позволила заменить громоздкие геометрические схемы алгебраическими уравнениями. А «Арифметика бесконечного» Джона Валлиса установила связь между квадратурой кривых (в том числе круга, см. главу 2) и изображением касательных к ним.

Заметьте, что изображение касательной к кривой — это геометрическое действие. (Касательная — линия, соприкасающаяся с кривой в одной точке, но не пересекающая ее.) Угол между касательной и кривой можно измерить физически. Но, как стало ясно для математиков XVII века в случае с математическими кривыми, тот же результат можно получить и алгебраическим путем, причем более точно, создав математическое выражение того же угла.

Кроме того, кривую можно представить в виде траектории движущейся точки. Научиться работать с движущейся точкой было важно, потому что понятие движения занимало центральное место в философии того времени. Не только Гоббс, но и другие философы считали его основой всех явлений — как умственных, так и физических.

Например, Гоббс выдвинул идею усилия, т.е. вида импульса как для мысли, так и для действия; это было «начало» любого действия. Понятие включало в себя не только мгновенную скорость, основу самого дифференциального исчисления, но и давление или движущую силу, стоящую за движением.

Усилие, как предполагал Гоббс, «есть движение, совершенное через длину точки за одно мгновение»{70}. Другими словами, усилие для движения — это то же самое, что точка для линии, единица для бесконечности, миг для времени. Конечно же, математика и философия были тесно связаны в данных вопросах, и многие ученые, в том числе Гоббс и Лейбниц, активно работали в обеих областях.

Еще одной крайне важной проблемой было измерение и вычисление сложных кривых, площадей и объемов. Например, определение объема винных бочек всегда было насущной задачей, которую никто так и не смог до того времени решить. В этом вопросе тоже была проведена предварительная работа, в том числе существовал так называемый метод истощения, при котором площадь поверхности, ограниченная кривой, находилась путем вписывания в нее многоугольников со все большим числом граней. Естественно, он основывался на том же методе квадратуры, которым пользовался Архимед в работе с числом я (см. главу 2). Точно так же можно представить, что конус состоит из ряда окружностей, каждая из которых немного больше (или меньше) по диаметру, чем предыдущая.