Реферат по физике: «Случайные открытия в физике» в номинации «Удивительное рядом»

Закон всемирного тяготения.
Когда мы слышим словосочетание «случайное открытие» большинству из нас в голову приходит одна и та же мысль. Конечно же, нам вспоминается всем известное яблоко Ньютона.
Точнее сказать, известный рассказ о том, что однажды, гуляя в саду, Ньютон увидел, как с ветки упало яблоко, (или яблоко упало на голову ученому) и это подтолкнуло его к открытию закона всемирного тяготения.
Рассказ этот имеет любопытную историю. Неудивительно, что многие историки науки и учёные пытались установить, соответствует ли она истине. Ведь для многих это кажется просто мифом. Даже на сегодняшний день, со всеми новейшими технологиями и способностями в области науки трудно судить о степени достоверности этой истории. Попробуем рассуждать о том, что в этой случайности все-таки имеет место быть подготовленным мыслям ученого.
Не сложно предположить, что и до Ньютона яблоки падали на головы огромного числа людей, и от этого они получили только лишь шишки. Ведь никто из них не задумался, отчего же яблоки падают на землю, притягиваются к ней. Или задумывался, но не доводил своих размышлений до логичного конца. На мой взгляд, Ньютон открыл важный закон, во-первых, потому, что он был Ньютоном, а во-вторых, потому что он постоянно думал о том, какие силы заставляют двигаться небесные тела, и в то же время находиться в равновесии.
Один из предшественников Ньютона в области физики и математики Блез Паскаль высказал мысль, что случайные открытия делают только подготовленные люди. Можно с уверенностью рассуждать, что человек, чья голова не занята решением никакой задачи или проблемы, врядли сделает в ней случайное открытие. Возможно, Исаак Ньютон, будь он простым фермером и семьянином, не стал бы размышлять над тем, почему яблоко упало, а лишь стал свидетелем этого самого не открытого еще закона тяготения, как и многие другие до этого. Возможно, будь он художником, он взял бы кисть и написал картину. Но он был физиком, и искал ответы на свои вопросы. Поэтому открыл закон. Остановясь на этом, можно сделать вывод, что случай, который также называют удачей или везением, приходит только к тому, кто его ищет и кто постоянно готов максимально использовать выпавший ему шанс.
Обратим внимание на доказательство этого случая, и сторонников такой идеи.
С. И. Вавилов в превосходной биографии Ньютона пишет, что рассказ этот, по-видимому, достоверен и не является легендой. В своих рассуждениях он ссылается на свидетельство Стаклея, близкого знакомого Ньютона.
Вот что рассказывает в "Воспоминаниях о жизни Исаака Ньютона" его друг Уильям Стекли, посетивший Ньютона 15 апреля 1725 г. в Лондоне: "Так как стояла жара, мы пили послеобеденный чай в саду, в тени раскидистых яблонь. Были только мы вдвоём. Между прочим он (Ньютон) сказал мне, что в такой же точно обстановке ему впервые пришла в голову мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока, когда он сидел, погрузившись в думы. Почему яблоко всегда падает отвесно, подумал он про себя, почему не в сторону, а всегда к центру Земли. Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя так тянет другую материю, то должна существовать
пропорциональность её количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей вселенной».
Очевидно, эти размышления о тяготении относятся к 1665 или к 1666 году, когда из-за вспышки чумы в Лондоне Ньютон вынужден был жить в деревне. В бумагах Ньютона была найдена такая запись по поводу «чумных лет»: «... в это время я был в расцвете моих изобретательских сил и думал о математике и философии больше, чем когда-либо после».
Свидетельство Стаклея было мало кому известно (мемуары Стаклея были напечатаны только в 1936 году), но знаменитый французский писатель Вольтер в книге, изданной в 1738 году и посвящённой первому популярному изложению идей Ньютона, приводит аналогичную историю. При этом он ссылается на свидетельство Катарины Бартон, племянницы и компаньонки Ньютона, прожившей рядом с ним 30 лет. Её муж, Джон Кондуит, работавший ассистентом у Ньютона, писал в своих мемуарах, опираясь на рассказ самого учёного: "В 1666 году Ньютон был вынужден на некоторое время вернуться из Кембриджа в своё поместье Вулсторп, так как в Лондоне была эпидемия чумы. Когда он однажды отдыхал в саду, ему, при виде падающего яблока, пришла в голову мысль, что сила тяжести не ограничена поверхностью Земли, а простирается гораздо дальше. Почему бы и не до Луны? Лишь через 20 лет (в 1687 г.) были опубликованы "Математические начала натуральной философии", где Ньютон доказал, что Луна удерживается на своей орбите той же силой тяготения, под действием которой падают тела на поверхность Земли.
Рассказ этот с высокой скоростью приобрел популярность, однако у многих вызвал сомнения.
Великий русский педагог К. Д. Ушинский, наоборот, увидел в истории с яблоком глубокий смысл. Противопоставляя Ньютона так называемым светским людям, он писал:
«Нужен был гений Ньютона, чтобы вдруг удивиться тому, что яблоко упало на землю. Таким «пошлостям» не удивляются всезнающие люди света. Они даже считают удивления таким обыденным событиям признаком мелкого, детского, не сформированного ещё практического ума, хоть в то же самое время сами часто удивляются уже действительным пошлостям».
В журнале "Современная физика" (англ. "Соntеmроrаrу Physics") за 1998 г. англичанин Кизинг, преподаватель Йоркского университета, увлекающийся историей и философией науки, опубликовал статью "История Ньютоновой яблони". Кизинг придерживается мнения, что легендарная яблоня была единственной в садике Ньютона, и приводит рассказы и рисунки с её изображениями. Легендарное дерево пережило Ньютона почти на сто лет и погибло в 1820 г. во время сильной грозы. Кресло, сделанное из него, хранится в Англии, в частной коллекции.
Это открытие, возможно действительно совершившееся в результате случайности, послужило музой для некоторых поэтов.
Советский поэт Кайсын Кулиев передал свою мысль в поэтической форме. Он написал небольшое, мудрое стихотворение «Жить удивляясь»:
«Рождаются великие творенья
Не потому ли, что порою где-то
Обычным удивляются явленьям
Учёные, художники, поэты».

Приведу ещё несколько примеров того, как история с яблоком отразилась в художественной литературе.

Соотечественник Ньютона, великий английский поэт Байрон в своей поэме «Дон Жуан» начинает песнь десятую следующими двумя строфами:

«Случилось яблоку, упавши, прервать
Глубокие Ньютона размышленья,
И говорят (не стану отвечать
За мудрецов догадки и ученья),
Нашёл он в этом способ доказать
Весьма наглядно силу тяготенья.
С паденьем, стало быть, и яблоком лишь он
Был в силах справиться с Адамовых времён.
* * *
От яблок пали мы, но этот плод
Возвысил снова род людской убогий
(Коль верен приведённый эпизод).
Проложенная Ньютоном дорога
Страданий облегчила тяжкий гнёт;
С тех пор открытий сделано уж много,
И, верно, мы к луне когда-нибудь,
(Благодаря парам *), направим путь».
Перевод И. Козлова. В оригинале «паровой машины».

Владимир Алексеевич Солоухин - видный представитель деревенской прозы, в стихотворении «Яблоко» несколько неожиданно написал на ту же тему:

«Я убеждён, что Исаак Ньютон
То яблоко, которое открыло
Ему закон земного тяготенья,
Что он его,
В конечном счёте, — съел».
Наконец, Марк Твен придал всему эпизоду юмористическую окраску. В рассказе «Когда я служил секретарём» он пишет:
«Что есть слава? Порождение случая! Сэр Исаак Ньютон открыл, что яблоки падают на землю, — честное слово, такие пустяковые открытия делали до него миллионы людей. Но у Ньютона были влиятельные родители, и они раздули этот банальный случай в чрезвычайное событие, а простаки подхватили их крик. И вот в одно мгновение Ньютон стал знаменит».
Как было написано выше, этот случай имел и имеет много противников, которые не верят тому, что яблоко привело ученого к открытию закона. У многих такая гипотеза вызвала сомнения. После издания книги Вольтера, в 1738 году, посвящённой первому популярному изложению идей Ньютона, посыпались споры, так ли все было на самом деле? Считалось, что это очередная выдумка Вольтера, слывшего одним из самых остроумных людей своего времени. Нашлись люди, у которых этот рассказ вызвал даже возмущение. К числу последних принадлежал великий математик Гаусс. Он говорил:
«История с яблоком слишком проста; упало ли яблоко или нет — это всё равно; но не понимаю, как можно предполагать, что этот случай мог ускорить или замедлить такое открытие. Вероятно, дело было так: однажды к Ньютону пришёл глупый и нахальный человек и спрашивал его, каким образом он мог дойти до такого великого открытия. Ньютон, увидев, какого рода существо стоит перед ним, и желая от него отвязаться, отвечал, что ему упало на нос яблоко, и это совершенно удовлетворило любознательность того господина».
Вот еще одно опровержение данного случая историками, для которых разрыв между датой падения яблока, и открытием самого закона подозрительно растянулась.
На Ньютона упало яблоко.
— Скорее это выдумка, — уверен историк. — Хотя после воспоминаний друга Ньютона Стекелея, рассказавшего якобы со слов самого Ньютона, что на закон всемирного тяготения его натолкнуло упавшее с яблони яблоко, это дерево в саду ученого почти столетие было музейным экспонатом. Но еще один друг Ньютона Пембертон сомневался в возможности такого события. Согласно легенде событие с падающим яблоком произошло в 1666 году. Однако свой закон Ньютон открыл значительно позже.
Биографы великого физика утверждают: если на гения и упал плод, то только в 1726 году, когда ему уже было 84 года, то есть за год до смерти. Один из его биографов, Ричард Уэстфол, замечает: «Сама по себе дата еще не опровергает правдивости эпизода. Но, учитывая возраст Ньютона, как-то сомнительно, чтобы он отчетливо помнил сделанные тогда выводы, тем более что в своих сочинениях он представил совсем другую историю».
Сказку о падающем яблоке он сочинил для своей любимой племянницы Катерины Кондуит, чтобы популярно изложить девушке суть закона, который сделал его знаменитым. Для заносчивого физика Катерина была единственной в семье, к кому он относился с теплотой, и единственная женщина, к которой он когда-либо приближался (по мнению биографов, ученый никогда не знал физической близости с женщиной). Даже Вольтер писал: «В юности я думал, что Ньютон обязан своими успехами собственным заслугам… Ничего подобного: флюксии (используются в решении уравнений) и всемирное тяготение были бы бесполезны без этой прелестной племянницы».

Так падало ли ему на голову яблоко? Возможно, свою легенду Ньютон рассказал племяннице Вольтера в качестве сказки, та передала ее своему дяде, а уж в словах самого Вольтера никто сомневаться не собирался, его авторитет был достаточно высок.

Еще одна догадка по этому поводу звучит так :За год до своей смерти Исаак Ньютон стал рассказывать своим друзьям и родственникам анекдотическую историю о яблоке. Всерьёз её никто не воспринимал, кроме племянницы Ньютона Катерины Кондуит, которая и распространила этот миф.
Сложно понять, был ли это миф или анекдотическая история племянницы Ньютона, или действительно вероятная последовательность событий, которые привели физика к открытию закона всемирного тяготения. Жизнь Ньютона, история его открытий стали предметом пристального внимания ученых и историков. Однако в биографиях Ньютона много противоречий; вероятно, это связано с тем, что сам Ньютон был весьма скрытным человеком и даже подозрительным. И не так уж часты были в его жизни моменты, когда он приоткрывал свое истинное лицо, свой строй мыслей, свои страсти. Ученые до сих пор пытаются по сохранившимся бумагам, письмам, воспоминаниям воссоздать его жизнь и, что самое главное, его творчество, но, как заметил один из английских исследователей творчества Ньютона, «это в значительной мере работа детектива».
Возможно, скрытность Ньютона, его нежелание пускать посторонних в свою творческую лабораторию и дали толчок к возникновению легенды о падающем яблоке. Однако, исходя из предложенных материалов, можно все-таки сделать следующие заключения:

Что в истории с яблоком было несомненно?

То, что после окончания колледжа и получения степени бакалавра Ньютон осенью 1665 года уехал из Кембриджа к себе домой в Вулсторп. Причина? Эпидемия чумы, охватившая Англию, – в деревне все-таки меньше шансов заразиться. Сейчас трудно судить, насколько необходима была эта мера с медицинской точки зрения; во всяком случае, она была не лишней. Хотя у Ньютона было, по-видимому, прекрасное здоровье – к старости он
сохранил густые волосы, не носил очков и потерял только один зуб, – но кто знает, как сложилась бы история физики, останься Ньютон в городе.

Что еще было? Был несомненно также сад при доме, а в саду – яблоня, и была осень, и в это время года яблоки, как известно, нередко самопроизвольно падают на землю. Была и привычка у Ньютона гулять в саду и размышлять о волновавших его в тот момент проблемах, он сам не скрывал этого: «Я постоянно держу в уме предмет своего исследования и терпеливо жду, пока первый проблеск мало-помалу обратится в полный и блестящий свет». Правда, если считать, что именно в то время его озарил проблеск нового закона (а мы можем теперь так считать: в 1965 году были опубликованы письма Ньютона, в одном из которых он прямо говорит об этом), то на ожидание «полного блестящего света» понадобилось довольно много времени – целых двадцать лет. Потому что опубликован закон всемирного тяготения был только в 1687 году. Причем интересно, что и эта публикация была сделана не по инициативе Ньютона, его буквально заставил изложить свои взгляды коллега по Королевскому обществу Эдмонд Галлей, один из самых молодых и одаренных «виртуозов» – так в то время называли людей, «изощрявшихся в науках». Под его давлением Ньютон и начал писать свои знаменитые «Математические начала натуральной философии». Сначала он отправил Галлею сравнительно небольшой трактат «О движении».Так что, возможно, не заставь Галлей изложить Ньютона свои заключения, мир услышал этот закон не через 20 лет а гораздо позже, или же услышал от другого ученого.

Ньютон получил всемирную славу еще при жизни, он понимал, что все созданное им не есть окончательная победа разума над силами природы, ибо познание мира бесконечно. Ньютон умер 20 марта 1727 в возрасте 84 лет. Незадолго перед смертью Ньютон сказал: «Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камушек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мною неисследованным». [2],[3],[4].