В основу своих исследований Ньютон положил "три основных закона движения" (иначе - три "аксиомы"). Первый - "принцип инерции, второй -. "принцип действия сил" и третий -"принцип равенства действия и противодействия". Долгие два десятилетия обдумывал Ньютон основные положения своего будущего труда. В самом начале научного пути Исаака Ньютона в Англии вспыхнула страшная чума, уносившая в могилу тысячи. Спасаясь от чумы, люди покидали города. Ньютон получил вынужденный двухлетний отпуск - он поехал в родную деревню. Здесь, в Вулсторпе, ученый испытал небывалый творческий подъем. Наряду с другими вопросами он стал заниматься тяготением, о чем неоднократно упоминал впоследствии в письмах и записях. Вот одна из них: "В том же году я начал думать о тяготении, простирающимся до орбиты Луны. Из правила Кеплера... я вывел, что силы удерживающие планеты на их орбитах, должны быть в обратном отношении квадратов их расстояний. Отсюда я сравнил силу, требующуюся для удержания Луны на ее орбите, с силой тяжести на поверхности Земли и нашел, что они почти отвечают друг другу. Все это происходило в два чумных года ,1665 и 1666, ибо в это время я был в расцвете моих изобретательских сил и думал о математике и философии больше, чем когда-либо после".
Вернувшись в Кебридж,молодой ученый, однако, не торопился сообщить миру о своих открытиях и догатках, он про должал читать лекции, производил оптические и химические опыты. Вместе с тем продолжалась упорная работа, о которой никто не подозревал.
О законе всемирного тяготения мир узнал только через двадцать лет: так высока была требовательность Ньютона к точности и безошибочности своих утверждений. О жизни и работе Ньютона в годы, когда создавалась великая книга, рассказывал его секретарь Гэмфри: "Он был занят работой постоянно. Он не позволял себе ни отдыха, ни спорта, ни прогулок. Он никогда не ездил верхом. Он считал потерянным каждый час, если тот не был посвящен научным занятиям. Редко выходил он из своей комнаты, где день за днем занимался математическими расчетами и теоретическими выкладками. Он так увлекался работой, что забывал обедать. Когда же ему несколько раз напоминали об этом, Ньютон стоя съедал несколько кусков и молча возвращался к прерванным вычислениям. Осенью и весной он, кроме того, много времени проводил в химической лаборатории. На сон ему оставалось всего 4-5 часов в сутки".
Большую роль в издании "Начал" сыграл близкий друг Ньютона Эдмунд Галлей. Он, по свидетельству самого Ньютона, "не только правил типографские корректуры и озаботился изготовлением рисунков, но даже по его лишь настояниям я приступил и к самому изданию. Получив от меня доказательства вида орбит небесных тел, он непрестанно настаивал, чтобы я сообщил их Королевскому обществу, которое затем своим благосклонным вниманием и заботливостью заставило меня подумать о выпуске их в свет". В этом высказывании дан лишь набросок событий, которые связаны с выходом одной из наиболее замечательных в истории человечества книг.
...Летом 1684 г. в одной из кофеен Лондона встретились Гук, Галлей и архитектор Рен. Разговор шел о причине эллиптического движения планет, о том, что Галлей не может решить эту задачу. Самоуверенный Гук не мог дать вразумительного ответа. Архитектор Рен, который также изучал движение светил, предложил даже премию тому, кто найдет решение... Оставалось обратиться к всеведущему Ньютону, что Галлей и сделал, отправившись в августе в Кембридж. На его вопрос Ньютон ответил, что доказательство им уже закончено. Более того, Галлей увидел рукопись "Теория движения" (она составила потом основу первых двух книг "Начал"). Уступая настойчивым просьбам Галлея, Ньютон дал ему копию рукописи.
Ознакомившись с нею, Галлей пришел в восторг и вскоре доложил Королевскому обществу, что Ньютон собирается прислать очень важный мемуар. В феврале рукопись поступила в Общество, но не для печати, а для регистрации (она не была даже опубликована в журнале - таково было желание Ньютона). Только через год представил ученый первую часть труда. Все это время Ньютон напряженно и сосредоточенно работал над книгой.
В протоколах заседания Королевского общества записано: "28 апреля 1686 года д р Винцент передал манускрипт Ньютона под заглавием "Математические начала натуральной философии", где дается математическое доказательство гипотезы Коперника в том виде, как она была предложена Кеплером, и все небесные движения объясняются на основании единственного предположения о тяготении к центру Солнца, обратно пропорционально квадрату расстояния".
Было решено издать труд на средства Общества, причем специально оговаривалось, что "печатать четким шрифтом"; наблюдать за выпуском было поручено Галлею. Увы, средств у Королевского общества не оказалось, и Галлею пришлось издавать "Начала" на свои средства. Можно представить себе радость первооткрывателя закона всемирного тяготения, когда он увидел, наконец, свою книгу (правда, пока не полностью). Ньютон с нескрываемым удовлетворением писал: "Отпечатанная на пробу часть моего тиража... кажется мне очень хорошей".
Однако радость была омрачена тем, что Гук стал претендовать на приоритет в открытии великого закона. Ньютон отрицал какую-бы то ни было заслугу Гука, но тем не менее эти притязания расстроили ученого. Он хотел даже совсем отказаться от публикации третьей части труда, посвященной движению небесных тел, но после долгих размышлений оставил с целью лучшего распространения книги (чтобы оправдать расходы Галлея на издание). Кроме того, Ньютон согласился сослаться на Гука в одном из поучений "Начал".
Наконец, в середине 1687 г. книга вышла в свет. По старому обычаю, вначале Галлей расхваливает в стихах творение Ньютона, отдает "дань гению от восторженного друга-издателя".
В предисловии Ньютон говорит о задачах естествознания. В первой книге трактуется движение тел под влиянием центральных сил, во второй - движение в сопротивляющейся среде, в третьей ("О системе мира") из формулируемых ранее законов выводятся силы взаимного тяготения небесных тел и их движения. Прямая же цель "Начал" - доказательство закона всемирного тяготения. Свой закон Ньютон облек в совершенную формулу - взаимное притяжение между любыми телами прямо пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.
Открытие и обоснование этого закона было огромным триумфом науки. "Книга подводила итоги всему сделанному за предшествующие тысячелетия в учении о простейших формах движения материи,- писал С. И. Вавилов,- сложные перипетии развития механики, физики и астрономии, выраженные в именах Аристотеля, Птолемея, Коперника, Галилея, Декарта, поглощались и заменялись гениальной ясностью и стройностью "Начал".
...С внешней стороны сочинение написано по образцу древних авторов. В нем, как и в "Началах" Эвклида, даны все определения, затем аксиомы и, наконец, само изложение предмета.
В Англии эта книга трижды издавалась при жизни автора (1687, 1713, 1725 гг.), затем было еще несколько изданий, тоже на латыни. На английский "Начала" переведены в 1727 г., французский перевод появился в 1759 г., немецкий - в 1871 г., а русский - в 1916 г. (перевод сделан академиком А. Н. Крыловым).
По словам академика Крылова, сочинение Ньютона в продолжение 250 лет служило главным первоисточником дальнейших открытий в общей механике, в небесной механике, в физике и технике, преобразивших всю жизнь культурного человека. Ньютон, однако, не только открыл величайший закон природы, но дал и новый общий метод, который позволял решать задачи всех этих наук.
...На континенте "Начала" встретили, мягко говоря, сдержанно. Ученые выискивали уязвимые места книги. Ньютона обвиняли в том, что он вводит непостижимые свойства материи, говорит о возможности действия на расстоянии, мало места отводит богу: он был только творцом и далее уже не вмешивался в мировую машину. Неприязнь вызывала сама форма изложения закона всемирного тяготения. Даже Гюйгенс не понимал "Начал" - их построения, стиля, метода...