Уже в 1668 году он создал первый зеркальный телескоп. Идея такого прибора не была новой. Так, есть сведения, что еще в 1626 году телескоп, в основе которого находилось сферическое зеркало, был построен неким Чезаре Караваджи. Однако степень достоверности этой информации проверить невозможно. Занимался созданием такого инструмента и ученик Галилея Бонавентура Кавальери. Кстати, он больше известен своими математическими изысканиями в области бесконечно малых, то есть был одним из предшественников Ньютона в открытии дифференциального и интегрального исчислений.
Кавальери, однако, не смог создать зеркальный телескоп, выигрывающий в качестве у уже существующих оптических. Наконец в 1663 году проект телескопа-рефлектора был создан шотландским математиком и астрономом Грегори. Уже в процессе создания своего телескопа Ньютон обнаружил этот проект Грегори и впоследствии не претендовал на приоритет идеи, оставаясь, тем не менее, создателем первого функционирующего рефлектора.
Схема рефлектора Ньютона
Созданный Ньютоном в 1668 году зеркальный телескоп имел длину всего 15 сантиметров. При этом он был не менее мощным, чем существовавшие в те времена оптические телескопы. Однако добиться хорошей четкости изображения ученый не смог — помешали плохая полировка и несовершенство материалов. Однако модель 1671 года уже была лишена этих недостатков. Этот экземпляр телескопа сохранился и находится в коллекции Лондонского Королевского общества.
Возможно, предшественникам Ньютона, пытавшимся создать хорошо функционирующий рефлектор, не хватило терпения, настойчивости и мастерства — тех качеств, которыми обладал наш герой. Особенно это касается тщательности полировки отражателя. Здесь Ньютон применил новые, разработанные им самим методы и достиг больших успехов, чем лучшие профессионалы-ремесленники того времени. Вот как он описывал некоторые моменты работы над телескопом:
«Сначала я расплавил одну медь, затем положил туда мышьяк и, сплавив несколько, размешал все вместе, остерегаясь вдыхать ядовитый дым. Затем добавил олова и снова, после очень быстрого расплавления его, все перемешал. После этого сразу все вылил».
«Полировка, которой я пользовался, была такого рода. Я имел две круглых медных пластинки, шесть дюймов в диаметре каждая, одну выпуклую, другую вогнутую, точно притертые одна к другой. К выпуклой пластинке я притирал металл объектива, или вогнутое зеркало, которое нужно было полировать до тех пор, пока оно принимало форму выпуклой пластинки и было готово к полировке. Затем я покрывал выпуклый металл очень тонким слоем смолы, капая расплавленной смолой на металл и нагревая его; чтобы сохранить смолу мягкой, в это время я притирал ее вогнутой медной пластинкой, смоченной для того, чтобы распределить смолу поровну по всей поверхности… Затем я брал очень тонкую золу, отмытую от больших частиц, и, положив немного ее на смолу, притирал к смоле вогнутой медью до тех пор, пока не прекращался шорох; после этого я притирал быстрым движением металл объектива к смоле в течение двух или трех минут, сильно на него нажимая. Далее я насыпал на смолу свежей золы, притирал ее снова до исчезновения шума и после этого, как и прежде, притирал объективный металл. Эту работу я повторял до тех пор, пока металл не отполировался, притирая его напоследок со всей моей силой в течение изрядного времени и часто дыша на смолу для того, чтобы держать ее сырой, не подсыпая свежей золы».
За такую сложную и трудоемкую работу Ньютон был вознагражден сполна. Его новый телескоп давал четкое и ясное изображение. Осенью 1671 года ученый отправил свой телескоп Карлу II. За несколько лет до этого, в 1662 году, организованный знаменитым Бойлем «Невидимый колледж» — неофициальный кружок естествоиспытателей — превратился в Лондонское Королевское общество. К началу семидесятых годов в Общество входили практически все крупные ученые Англии. Среди них были Барроу, Бойль, Грегори, Гевелиус, Гук, Гюйгенс, Локк, Уоллис. Прибор, присланный в Лондон, был рассмотрен не только королем, но и членами Королевского общества. Телескоп произвел на ученых большое впечатление, и уже 11 января 1672 года его автор был принят в Общество. Для молодого ученого это было большой честью.
Телескоп, сконструированный Ньютоном, очень быстро завоевал популярность среди ученых всего мира. Ньютон и его коллеги продолжали работать над усовершенствованием этого прибора. До сих пор телескопы-рефлекторы состоят на службе у астрономии и более чем эффективно выполняют свои задачи.
Интересно, что созданием зеркального телескопа Ньютон не ограничился. Сходный принцип он предлагал использовать и для создания микроскопов. Но первый такой микроскоп был построен только в XIX веке. Но к этому времени линзовые микроскопы уже были настолько совершенны, что отражательный им уступал. Однако в наше время отражательные микрообъективы используются в некоторых специфических целях.
Став членом Лондонского Королевского общества, Ньютон начал активно использовать его трибуну, выступая со все новыми и новыми сообщениями. Заявление о готовности сделать первое из них ученый сделал уже через неделю после принятия. Он писал секретарю Общества:
«Нельзя ли сообщить мне в Вашем ближайшем письме, сколько времени будут еще продолжаться еженедельные собрания Общества, ибо я рассчитываю представить Королевскому обществу на апробацию сообщение об одном физическом открытии, которое и привело меня к построению телескопа. Я не сомневаюсь, что этот доклад будет приятнее, чем сообщение о приборе; ибо, по моему суждению, дело идет о примечательнейшем, если не важнейшем открытии, которые когда-либо делались относительно действий природы».
Возможность выступить перед членами Общества была предоставлена Ньютону 6 февраля. В теме своего доклада «Новая теория света и цветов» ученый замахнулся на одну из фундаментальных проблем науки того времени. Здесь требуется небольшое отступление.
С момента начала оптических исследований у Ньютона накопилась масса практического материала, и он успел создать на его основе новую концепцию. Сказать, в какой именно период деятельности ученый сложил разрозненные наблюдения в целостные представления, трудно. Но скорее всего, процесс создания собственной теории света происходил во время все того же пребывания в деревне. В 1669 году с высоты Лукасовской кафедры Ньютон изложил своим слушателям уже готовую концепцию. Результат последовал практически незамедлительно. лекции нашего героя перестали посещать. Причин, скорее всего, было несколько. Во-первых, в отличие от Галилея, лекции которого пользовались огромной популярностью, Ньютон не был блестящим оратором. Во-вторых, уровень научных знаний и владение математическим аппаратом молодого профессора и его студентов были просто несравнимы. Скорее всего, объяснения Ньютона, его многочисленные и громоздкие геометрические расчеты были скучны, а то и непонятны большинству слушателей. В-третьих, на лекциях молодой ученый не имел возможности проводить те или иные демонстрации. Он был вынужден ограничиваться только описанием экспериментов и их пояснениями. А оптика, которую невозможно увидеть, не была привлекательна в глазах студентов. Впрочем, сведения о непопулярности лекций ученого не могут быть названы достоверными с полным основанием. И мы вернемся к фактам, не вызывающим сомнения.
Материалы своих лекций Ньютон изложил в рукописи «Лекции по оптике». Эта рукопись сохранилась только в архиве Тринити-колледжа и не была издана при жизни автора. Многие ее положения Ньютон использовал в своем трактате «Оптика», изданном в 1704 году. Но для историков науки «Лекции по оптике» являются ценным источником, который дает понять, когда сформировались те или иные взгляды ученого и как они эволюционировали.
Здесь следует вернуться на несколько лет назад и рассказать о том, как излагал основы оптики предшественник, учитель и друг Ньютона Барроу. Первый профессор кафедры, как мы помним, стал автором труда «Лекции по оптике и геометрии». В этой работе и в своих аудиторных лекциях Барроу особое внимание уделял геометрическому подходу к оптическим явлениям. Природу же света он рассматривал очень осторожно и не без налета иронии. Он писал: «Физики много спорят о природе света, одни считают свет некоторой телесной субстанцией, другие качеством или движением. Спорят о происхождении света, о том, проходит ли он через среду непрерывно или распространяется импульсами, умножая сам себя. Я не разбираю этих любопытных вопросов… Оба представления о свете встречаются с равными трудностями. Поэтому я склоняюсь к мнению, что свет может порождаться обоими родами движения, как телесным истечением, так и непрерывными импульсами. Может быть, лучше приписывать некоторые действия одному, а иные другому. Поскольку надо же сказать что-нибудь о природе света, я соглашаюсь с теми из коротко упомянутых гипотез, которые что-нибудь объясняют, принимая, что дело происходит так или схожим способом».