Исаак Ньютон делал академическую карьеру стремительно, в соответствии со своими способностями. В 1669 году, когда Ньютону было двадцать шесть лет, его бывший учитель, Исаак Барроу, оставил ему Лукасовскую кафедру математики, и с этих пор его жизнь наладилась. Он мог занимать эту кафедру столько, сколько ему было угодно. Это давало ему жилье, стол и около ста фунтов в год — достаточно для холостяка, не имеющего особых расходов. Все, что он должен был делать взамен, — это раз в три семестра читать курс лекций. Но и эта обязанность отнимала у него не слишком много времени. Хамфри Ньютон сообщает, что профессор тратил на лекцию не более получаса, если на нее хоть кто-нибудь приходил, но "зачастую случалось так, что из-за отсутствия слушателей он обращался к пустым стенам".

За исключением таких минимальных усилий во имя образования молодежи Ньютон делал все, что хотел. Он ненавидел, когда его отвлекали, не имел охоты к пустым разговорам и мало кого принимал у себя. Все часы бодрствования он без остатка отдавал исследованиям. Вот что пишет Хамфри Ньютон: "Я никогда не замечал, чтобы он предавался отдыху или какому-либо приятному времяпрепровождению, как то: верховой езде на свежем воздухе, прогулкам, игре в мяч или иным подобным занятиям, — поскольку он полагал потерянным все время, которое не было потрачено на его исследования". Казалось, потребности собственного тела раздражали Ньютона. По словам Хамфри, он "выражал недовольство, что приходится тратить даже небольшое время на еду и сон"; его домоправительница обнаруживала "и обед, и ужин едва тронутыми"; "он очень редко сидел у камина в своей комнате, за исключением той долгой морозной зимы, когда ничего другого не оставалось". Единственной его утехой был сад, небольшой участок на территории Тринити-колледжа, "никогда не бывавший в беспорядке, и в котором он в редкие дни мог прогуляться раз-другой, не вынося, ежели на глаза ему попадался какой-либо сорняк". Его жизнь была всецело посвящена науке — лишь изредка он прерывался для беседы с кем-нибудь из немногочисленных знакомых да тратил пару минут на искоренение сорняков.

Но в чем была цель его трудов? Год за годом он почти ничего не издавал и не оказал почти никакого заметного влияния на своих современников. Как выразился Ричард Уэстфол, "если бы Ньютон умер в 1684 году, а его бумаги сохранились, мы бы узнали из них, что он был гением. Однако вместо того, чтобы восславить его как человека, сформировавшего современное мышление, самое большее, что мы могли бы сделать… это [сожалеть] о том, что ему не удалось реализоваться".

Однажды, в один из августовских дней 1684 года, в гости к Ньютону зашел Эдмонд Галлей. Галлей принадлежал к тем немногим, для кого дверь в комнаты Ньютона в Тринити-колледже всегда была открыта. Они познакомились двумя годами ранее, вскоре после возвращения Галлея из Франции, где он проводил тщательные наблюдения за кометой, которая позже будет названа его именем. Ньютон тоже наблюдал за кометой и с радостью принял собрата-энтузиаста в круг своих собеседников и корреспондентов.

В этот день Галлей не принес важных научных новостей. Он покинул Лондон ради семейного дела в сельской местности близ Кембриджа и просто зашел к Ньютону в гости. Но в ходе беседы Галлей вспомнил, что хотел обсудить с другом и одну техническую проблему.

Вопрос Галлея казался довольно тривиальным. Не будет ли Исаак Ньютон столь любезен разрешить его? В январе прошлого года Галлей, Роберт Гук и архитектор сэр Кристофер Рен беседовали после встречи Королевского общества. Рен задал вопрос, верно ли, что движение планет повинуется закону обратных квадратов — те самые отношения обратных квадратов, которые Ньютон исследовал в чумные годы. Галлей честно признался, что не смог решить эту задачу, но Гук утверждал, что доказал истинность закона обратных квадратов и "что на основании этого закона могут быть описаны все небесные движения".

Однако на требование показать свои результаты Гук ответил отказом, и Рен открыто усомнился в том, что тот говорит правду. Рен знал, какой это непростой вопрос. За семь лет до этого Исаак Ньютон навещал его в Лондоне, и они обсуждали сложность проблемы обнаружения "философских начал небесных движений". Поэтому Рен не принял утверждение Гука на веру. Вместо этого он предложил приз, книгу ценой в сорок шиллингов, тому, кто сможет решить задачу в течение двух месяцев. Гук важно объявил, что попридержит свой труд, чтобы "другие попытались и смогли бы понять его ценность, испытав поражение". Но прошло два месяца, затем еще несколько недель, а Гук ничего не предъявил. Галлей выразился дипломатично; он не стал писать, что Гук потерпел неудачу, но сказал лишь: "Я пока не вижу, чтобы в этом конкретном случае он сдержал свое слово".

Дело оставалось без движения, пока Галлей не обратил вопрос Рена к Ньютону: "Как он думает, какой будет кривая, описываемая планетами, предполагая, что сила притяжения к Солнцу зависит от квадрата их расстояния от него?" Ньютон немедленно ответил, что это будет эллипс. Галлей, "охваченный радостью и изумлением", спросил, отчего он так в этом уверен, на что Ньютон ответил: "Как отчего?.. Я вычислил это".

Галлей сразу же попросил показать вычисления, но, как он рассказывал позднее, Ньютон никак не мог их найти в своих бумагах. Наконец сдавшись, он пообещал Галлею, что "запишет их заново и пошлет ему".

В то время как Галлей ожидал в Лондоне, Ньютон попытался воссоздать свою прежнюю работу и потерпел неудачу. В прошлый раз он сделал ошибку в одной из диаграмм, и его изящная геометрическая аргументация была разрушена. Однако он продолжал работать и к ноябрю нашел решение проблемы.

В своих новых вычислениях Ньютон проанализировал движения планет, используя раздел геометрии, изучающий конические сечения. Конические сечения — это кривые, получающиеся, когда плоскость пересекает конус. В зависимости от угла и местоположения сечения вы получаете круг (если плоскость пересекает какой-либо конус под углом в девяносто градусов к его оси), эллипс (если секущая плоскость пересекает все образующие конуса в точках одной его полости), параболу (если секущая плоскость параллельна одной из касательных плоскостей конуса) или симметрическую двойную кривую, именуемую гиперболой (получающуюся, если плоскость пересекает два идентичных конуса, соединенных вершинами).

В своих расчетах Ньютон сумел показать, что для объекта в системе двух тел, связанных притяжением в соответствии с законом обратных квадратов, единственным возможным замкнутым путем является эллипс с более массивным телом, находящимся в одном из фокусов. В зависимости от расстояния, скорости и отношения масс этих двух тел такие эллипсы могут быть почти окружностями, как в случае Земли, орбита которой отклоняется менее чем на два процента от окружности. Поскольку сила, действующая на два тела, уменьшается при увеличении расстояния, для уравнений, описывающих путь движущегося тела, перемещающегося под влиянием силы обратной квадрату расстояния, решениями будут более вытянутые эллипсы и открытые траектории (параболы или гиперболы). Относительно обсуждаемого практического вопроса Ньютон доказал, что в случае двух тел, одно из которых вращается по орбите вокруг другого, закон обратных квадратов применительно к силе тяготения производит орбиту, которая соответствует коническому сечению и в случае планет нашей солнечной системы является замкнутым эллиптическим путем.

Что и требовалось доказать.

Ньютон описал эту работу в манускрипте из девяти страниц, названном De motu corporum in gyrum ("О движении тел по орбите"). Он сообщил Галлею о том, что работа сделана, и затем, по-видимому, вернулся к своим обычным занятиям.

Но покой был недолгим — не таков был Галлей. Он сразу же осознал значение De motu. Это не был частный ответ на досужий вопрос. Скорее, это было начало революции во всей науке о движении. В ноябре Галлей вернулся в Кембридж, собственноручно переписал работу Ньютона и уже в декабре сообщил Королевскому обществу, что имеет разрешение издать работу в журнале Королевского общества, как только Ньютон отредактирует ее. А затем… ничего.

Галлей считал, что Ньютон лишь внесет небольшую правку в ту краткую статью, которую он уже видел. Предполагалось, что он получит заключительную, исправленную версию De motu вскоре после второй встречи с Ньютоном. Когда же она не пришла в срок, Галлей на всякий случай зарегистрировал имеющуюся у него предварительную копию в Королевском обществе, установив ее приоритет. И вновь принялся ждать новостей из Кембриджа. Но новостей все не было — ни в конце 1684 года, ни в начале 1685 года.

Когда Ньютон переставал общаться с внешним миром, он непрерывно писал. За свою долгую жизнь он предал бумаге миллионы слов, порой делая три или более почти идентичные копии одного документа. Он был также добросовестным корреспондентом. Его переписка составляет семь фолиантов. Хотя это и не сверхъестественное количество для тех времен, когда образованные люди в Европе (и Америке) общались при помощи писем, все же это огромный поток записей. Однако между декабрем 1684 года и летом 1686 года, когда он послал Галлею окончательные версии первых двух частей обещанного и теперь весьма расширенного трактата, Ньютон, насколько нам известно, написал только семь писем.

Два из них — простые заметки. Оставшиеся пять были адресованы Джону Флемстиду, королевскому астроному, — в них Ньютон просил сообщить результаты его наблюдений за планетами, спутниками Юпитера и кометами, и все для того, чтобы помочь ему сделать ряд вычислений, истинную природу которых он не хотел раскрывать.

Намного позже Ньютон признался в том, что на самом деле произошло. "После того я занялся исследованием неравенств движения Луны, затем я попробовал сделать другие приложения, относящиеся к законам и измерению сил тяготения и других… — писал он, — вследствие этого я отложил издание до другого времени, чтобы все это обработать и выдать в свет совместно" (Здесь и далее цит. в переводе А. Н. Крылова, с необходимыми изменениями, по: Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М.: Наука, 1989). Он пытался создать новую науку, которую он назвал "рациональной механикой". Эта новая дисциплина должна была стать всеохватной, способной вобрать в себя всю природу. Это будет, писал он, "учение О движениях, производимых какими бы то ни было силами, и о силах, требуемых для производства каких бы то ни было движений, точно изложенное и доказанное".

Ньютон пишет здесь о науке, разрабатываемой при помощи метода, основанного на точных законах и исследованиях. В своем окончательном виде она даст безупречно точное описание причин и следствий, верное для любых отношений между материальными объектами и силами, какими бы они ни были. Такова была цель Ньютона при написании труда, который станет "Началами", одновременно проектом и манифестом такой науки. Он начал с трех простых утверждений, которые должны были покончить с путаницей, мешавшей всем прежним попыткам описать движение в природе. Первое — определение того, что он назвал инерцией: ''Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние".

Его вторая аксиома устанавливает точные отношения между силой и движением: "Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует". 

Последняя обращена к вопросу о том, что происходит, когда силы и объекты взаимодействуют: "Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны" (курсив в оригинале. — Прим. авт.).

Таковы три знаменитых закона движения — они представлены не как суждения, которые должны быть доказаны, но как основы реального мира. Ньютон понимал, что это было нечто из ряда вон выходящее, и в соответствии с этим выстроил свой текст, вторя работам, которые так хорошо знал. Он начал с откровения, простого утверждения фундаментальных истин, а затем следовали пятьсот страниц толкований, показывающих, что можно вывести из этих простых на первый взгляд начальных положений.

Книги первая и вторая — обе названы "Движение тел" — показывают, сколь многое могут объяснить эти три закона. После небольшого введения Ньютон представил в переработанном виде материал, который он показывал Галлею, чтобы вывести свойства различных орбит, получающихся в результате применения закона обратных квадратов для силы тяжести. Он произвел математический анализ того, как объекты, которыми управляют эти три закона, сталкиваются и отскакивают друг от друга. Он вычислил то, что происходит, когда объекты проходят через различные среды — например, сквозь воду вместо воздуха. Он рассмотрел вопросы плотности и сжатия и создал математические инструменты, чтобы описать то, что случается с жидкостями под давлением. Он проанализировал движение маятника. Он вставил в свой труд более раннюю математическую работу о конических сечениях, очевидно, просто потому, что она была у него под рукой. Он сделал попытку проанализировать движение волны и распространение звука. Один за другим Ньютон разбирал каждый феномен, представляющий собой материю в движении.

Он писал в течение всей осени и зимы 1685 года — выдвигал утверждения и теоремы, представлял доказательства, выводил следствия из положений, уже доказанных, страница за страницей, доказательство за доказательством, покуда все нерешенные вопросы не пали под его напором. В то время страсть Ньютона к работе, всегда огромная, стала всепоглощающей. "Он очень редко ложился спать, пока часы не покажут два или три часа, а иногда только в пять или шесть, пребывая во сне четыре или пять часов", писал Хамфри Ньютон. Проснувшись, "он ревностно и неутомимо предавался своим исследованиям, так что едва вспоминал о времени молитвы".

Ньютону потребовалось почти два года, чтобы закончить вторую книгу. Последняя теорема в ней окончательно разрушает теорию вихрей Декарта — тех водоворотов в некоторой странной среде, которые, как предполагалось, приводят в движение планеты и звезды. Ньютон безжалостен к Декарту — он пренебрежительно замечает, что работа предшественника "в меньшей степени разъясняет читателю законы движения небесных тел, нежели запутывает его".

Уладив это старое дельце, Ньютон обращается к своей главной цели. В предисловии к "Началам" Ньютон писал: "Вся трудность философии, как будет видно, состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления". Книги первая и вторая охватывают только первую половину этой территории, представляя "законы и условия движений", но, как писал Ньютон, эти законы были все же не философскими, а строго математическими. Теперь, провозгласил он, пришло время подвергнуть эту абстрактную теорию испытанию опытом. "Нам все еще остается задача, — писал он, — вывести систему мира из этих самых начал".

При первом чтении книга третья, которую он так и звал — "Система мира", не достигает цели. Никакие сорок два положения не могут вместить весь опыт. Но, как обычно, Ньютон сделал именно то, что хотел. Он не обещал в математических выкладках всего на сотню страниц охватить все, что движется в обозримой Вселенной. Скорее, он предложил систему — метод, при помощи которого его преемники теперь изучают весь материальный мир, занимаясь тем, что мы называем наукой.

С самого начала книги третьей сила тяготения наконец становится центром повествования. Ньютон вновь начинает с основополагающих постулатов своего исследования. И самое важное — Ньютон делает утверждение, которое можно считать фундаментальной аксиомой всей науки: свойства объектов, которые можно наблюдать на Земле, являются свойствами любых тел во всем космосе. Здесь он доказывает, что сила тяготения действует одинаково и когда она притягивает пушечное ядро к земле, и когда тащит за собою самый что ни на есть отдаленный объект в небесах. Он показывает, что спутники Юпитера подчиняются закону обратных квадратов для силы тяготения, а затем применяет то же рассуждение к большим планетам и к Луне.

Затем он доказывает, что центром планетарной системы должно быть Солнце, и исследует, как взаимная сила притяжения между Сатурном и Юпитером отдаляет орбиты этих планет от совершенного эллипса, какой бы мог вообразить геометр. Математика, подчеркивает здесь Ньютон, является существенной для анализа физического мира, но сама природа более сложна, чем любая его чисто математическая идеализация.

Ньютон торопится — он описывает множество явлений, уделяя каждому ровно столько времени и энергии, сколько необходимо. Возвращаясь ближе к Земле, он анализирует орбиту Луны и следствие наблюдаемого факта — что Земля не является совершенной сферой. (Он доказал, что сила притяжения на поверхности сфероида не будет повсюду одинаковой, и следовательно, вес немного изменяется в зависимости от того, где именно находится тело на поверхности Земли). И, словно бы завершая путешествие от наиболее удаленных известных планет к поверхности Земли, он исследует влияние Луны и Солнца на земные приливы и отливы. Если двадцать лет назад Ньютон рассматривал силу тяготения только как местное явление, теперь она становится двигателем всей системы мира, той силой, которая соединяет повышение и понижение уровня воды в Темзе или в Тонкинском заливе со всеми наблюдаемыми движениями солнечной системы.

Однако Ньютон не хочет заканчивать книгу третью на этом, и это говорит о том, что он стремится не просто обосновать свои выводы, но и убедить в них. Безусловно, Ньютон не романист, и "Начала" трудно назвать книгой для запойного чтения. Но книга третья — как и весь том — воспринимается как своего рода эпопея силы тяготения, и, чтобы привести рассказ к героическому финалу, Ньютон вновь уводит действие в космос, в царство комет.

Пассаж начинается неспешно — с подробного, утомительного описания ряда наблюдений за траекторией Большой кометы 1680 года, результата неустанных попыток Ньютона отличить верные данные от неверных. На основе достоверных показаний Ньютон выстраивает ее орбиту. Затем он получает тот же самый путь благодаря вычислениям, выводя его из трех положений, заданных наблюдениями. Два пути, один — наблюдаемый, другой — рассчитанный, совпадают почти полностью, образуя кривую, именуемую параболой. Изменения в траектории, если комета движется по параболическому пути, а не эллиптическому, совсем невелики, но различие крайне важно. Кометы с эллиптической орбитой, такие как комета 1682 года, которую мы теперь называем кометой Галлея, возвращаются снова и снова. Комета с параболической траекторией проходит около Земли только раз. Она отклоняется Солнцем, и дальнейшее движение может унести ее к самым дальним пределам небес.

В этом месте "Начала" достигают истинной кульминации, Ничто в науке, создаваемой Ньютоном, не зависит от формы повествования. Его доказательства были бы верны в любом порядке. Но захватывающая одиссея, которая начинается с орбит планет и в конце концов являет взору читателя весь космос, позволяет сделать более широкие выводы из Ньютоновой идеи. В конце рассуждения о комете 1680 года он пишет: "Теория, по которой [происходит] столь неравномерное движение, простирающееся через большую часть неба, теория, основанная на тех же законах, что и теория планет, и в точности согласная с астрономическими наблюдениями, не может быть неистинной" (курсив автора книги).

Вот истина, вездесущая и всемогущая: "Начала" открывают законы движения и притяжения, которые не просто описывают, как летят пушечные ядра или падают яблоки, не просто удерживают Землю на ее орбите вокруг Солнца или управляют танцем спутников Сатурна. Вместо этого, как и было обещано, Ньютон предложил миру идею, которая охватывает всю материю и всякое движение, вплоть до самых дальних пределов представимой Вселенной, — космос, нанесенный на карту путями комет, прочерчивающих свои изящные кривые в путешествии, конец которого теряется в бесконечности.

Затем Ньютон позволил себе отдохнуть. Эдмонд Галлей получил книгу третью "Начал" 4 апреля 1687 года. Он провел следующие три месяца в издательском аду. Он распределил работу по печати между двумя мастерскими, деятельность которых нужно было координировать и контролировать. Некоторые из листов с математическими формулами и иллюстрациями, выгравированными на дереве, были невероятно сложны в исполнении. Галлей был измучен требованиями, предъявляемыми книгой, — он признавался одному другу, что издание опуса г-на Ньютона заставило его "забыть о своих обязанностях в отношении корреспондентов Общества" и что "исправление печати стоит [ему] много времени и мучений". Однако самому Ньютону он никогда открыто не жаловался, а вместо этого писал ему о его "божественном трактате" и "превосходной работе".

Галлей заказал у печатников тираж от двухсот пятидесяти до четырехсот копий. Пятого июля 1687 года прибыли готовые книги. Галлей послал двадцать копий Ньютону. Большинство остальных пошли в продажу. При стоимости в семь шиллингов за непереплетенный экземпляр и на два шиллинга больше за экземпляр в кожаном переплете тираж был распродан почти немедленно. В жизни Ньютона близились большие перемены.