«Чумні роки» (1665-1667)

У переддень Різдва 1664 року на лондонських будинках стали з'являтися червоні хрести — перші мітки Великої епідемії чуми. До літа смертоносна епідемія значно розширилася. 8 серпня 1665 року заняття в Трініті-Коледжі були припинені й персонал розпущений до закінчення епідемії. Ньютон виїхав додому у Вулсторп, захопивши із собою основні книги, зошити й інструменти.

Це були тяжкі роки для Англії — спустошлива чума (тільки в Лондоні загинула п'ята частина населення), руйнівна війна з Голландією, Велика лондонська пожежа й ін. Але саме в ці роки у віддаленім селі готувався майбутній тріумф англійської науки. Істотну частину своїх наукових відкриттів Ньютон зробив у самоті «чумних років». Зі збережених заміток видно, що 23-літній Ньютон уже вільно володів базовими методами диференціального й інтегрального числень, включаючи розкладання функцій у ряди й те, що згодом було названо формулою Ньютона-Лейбніца. Провівши ряд дотепних оптичних експериментів, він довів, що білий колір є сумішшю кольорів. Пізніше Ньютон згадував про ці роки:

Але найвизначнішим його відкриттям у ці роки став закон всесвітнього тяжіння. Пізніше, в 1686 році, Ньютон писав Галлею:

Неточність, згадана Ньютоном, викликана тим, що розміри Землі й величину прискорення вільного падіння Ньютон побрав з «Механіки» Галілея, де вони наведені зі значною погрішністю. Пізніше Ньютон одержав точніші дані Пікара й остаточно переконався в істинності своєї теорії. Загальновідома легенда про те, що закон тяжіння Ньютон відкрив, спостерігаючи падіння яблука з гілки дерева. Уперше «яблуко Ньютона» мигцем згадав біограф Ньютона Вільям Ст’юклі, а популярної ця легенда стала завдяки Вольтеру. Інший біограф, Генрі Пембертон, приводить міркування Ньютона ( без згадування яблука) більш докладно: «порівнюючи періоди декількох планет і їх відстані до Сонця, він виявив, що… ця сила повинна знижуватися у квадратичній пропорційності зі збільшенням відстані». Інакше кажучи, Ньютон виявив, що із третього закону Кеплера, що зв'язує періоди обертання планет з відстанню до Сонця, випливає саме «формула зворотних квадратів» для закону тяжіння (у наближенні кругових орбіт). Остаточне формулювання закону тяжіння, який ввійшов в підручники, Ньютона вивів пізніше, після того, як йому стали ясні закони механіки.

Ці відкриття, а також багато з пізніших, були опубліковані на 20-40 років пізніше, чим були зроблені. Ньютон не гнався за славою. В 1670 році він писав Джону Коллінзу: «Я не бачу нічого бажаного в славі, навіть якби я був здатний заслужити її. Це, можливо, збільшило б число моїх знайомих, але це саме те, чого я найбільше намагаюся уникати.» Свою першу наукову працю (жовтень 1666), що викладала основи аналізу, він не став публікувати; її знайшли лише через 300 років.

Початок наукової популярності (1667-1684)

У березні-червні 1666 року Ньютон відвідав Кембридж. Сміливці, що залишилися в коледжі, як виявилося, не постраждали ні від чуми, ні навіть від популярних тоді протичумних ліків (що включали кору ясена, міцний оцет, спиртні напої й сувору дієту). Однак улітку нова хвиля чуми змусила його знову виїхати додому. Нарешті, на початку 1667 року епідемія відступає, і у квітні Ньютон повертається в Кембридж. 1 жовтня він вибраний членом Трініті-Коледжу, а в 1668 році стає магістром. Йому виділили простору окрему кімнату для житла, призначили непоганий оклад і передали групу студентів, з якими він кілька годин у тиждень сумлінно займався стандартними навчальними предметами. Втім, ні тоді, ні пізніше Ньютон не прославився як викладач, його лекції відвідувалися погано.

Усталивши своє становище, Ньютон зробив подорож у Лондон, де незадовго до того, в 1660 році, було створено Лондонське королівське товариство — авторитетна організація значних наукових діячів, одна з перших Академій наук. Друкованим органом Королівського товариства був журнал «Філософські праці» (лат. Philosophical Transactions).

В 1669 році в Європі стали з'являтися математичні роботи, що використовують розклад у нескінченні ряди. Хоча за глибиною ці відкриття не йшли ні в яке порівняння з ньютонівськими, Барроу наполіг на тому, щоб його учень зафіксував свій пріоритет у цьому питанні. Ньютон написав короткий, але досить повний конспект цієї частини своїх відкриттів, який назвав «Аналіз за допомогою рівнянь із нескінченним числом членів». Барроу переслав цей трактат у Лондон. Ньютон просив Барроу не розкривати ім'я автора роботи (але той все-таки прохопився). «Аналіз» поширився серед фахівців і одержав деяку популярність в Англії й за її межами.

У цьому ж році Барроу прийняв запрошення короля стати придворним капеланом і залишив викладання. 29 жовтня 1669 року Ньютон вибраний його спадкоємцем, професором математики й оптики Трініті-Коледжу. Барроу залишає Ньютону велику лабораторію алхімії; у цей період Ньютон всерйоз захопився алхімією, проводить масу хімічних дослідів.

Одночасно тривають експерименти з оптики й теорії кольору. Ньютон досліджує сферичну й хроматичну аберації. Щоб звести їх до мінімуму, він побудував змішаний телескоп-рефлектор: лінза й увігнуте сферичне дзеркало, яке зробив і пополірував сам. Проект такого телескопа вперше запропонував Джеймс Грегорі (1663), однак цей задум так і не був реалізований. Перша конструкція Ньютона (1668) виявилася невдалою, але вже наступна, з ретельніше відполірованим дзеркалом, незважаючи на невеликі розміри, давала 40-кратне збільшення чудової якості.

Чутки про новий інструмент швидко дійшли до Лондона, і Ньютона запрошують показати свій винахід науковій громадськості. Наприкінці 1671 — початку 1672 року пройшла демонстрація рефлектора перед королем, а потім — у Королівському товаристві. Апарат викликав загальні захоплені відкликання. Ньютон стає знаменитий і в січні 1672 році обирається членом Королівського товариства. Пізніше вдосконалені рефлектори такої конструкції стали основними інструментами астрономів, з їхньою допомогою були відкриті інші галактики, червоний зсув і ін. Перший час Ньютон дорожив спілкуванням з колегами з Королівського товариства, де перебували Барроу, Грегорі, Джон Волліс, Роберт Гук, Роберт Бойль, Крістофер Рен і інші відомі діячі англійської науки. Однак незабаром почалися стомлюючі конфлікти, яких Ньютон дуже не любив. Зокрема, розгорілася гучна полеміка із приводу природи світла. Уже в лютому 1672 році Ньютон опублікував в «Philosophical Transactions» докладний опис своїх класичних дослідів із призмами й своєю теорію кольору. Гук, який уже опублікував власну теорію кольору, заявив, що результати Ньютона його не переконали; його підтримав Гюйгенс на тій підставі, що теорія Ньютона «суперечить загальноприйнятим поглядам». Ньютон відповів на їхню критику тільки через півроку, але до цього часу число критиків значно помножилося. Особливу активність виявив певний Лінус із Льєжа, який атакував Товариство листами із зовсім абсурдними запереченнями проти результатів Ньютона.

Лавина некомпетентних нападок викликає в Ньютона роздратування й депресію. Він шкодує, що довірливо оприлюднив свої відкриття перед побратимами по науці. Ньютон просить секретаря Товариства Ольденбурга більше не пересилати йому критичних листів і зарікається на майбутнє: не вплутуватися в наукові суперечки. У листах він скаржиться, що поставлений перед вибором: або не публікувати свої відкриття, або витрачати увесь час і всі сили на відбиття недружелюбної дилетантської критики. Зрештою він вибрав перший варіант і зробив заяву про вихід з Королівського товариства (8 березня 1673 року). Ольденбург не без труднощів вмовив його залишитися.Однак наукові контакти із Товариством тепер зведені до мінімуму.

В 1673 році відбулися дві важливі події. Перша: королівським указом у Трініті повернувся старий друг і заступник Ньютона, Ісаак Барроу, тепер у якості керівника («майстра»). Друга: математичними відкриттями Ньютона зацікавився Лейбніц, відомий на той момент як філософ і винахідник. Одержавши працю Ньютона 1669 році по нескінченних рядах і глибоко його вивчивши, він далі самостійно починає розбудовувати свою версію аналізу. В 1676 році Ньютон і Лейбніц обмінялися листами, у яких Ньютон роз'яснив ряд своїх методів, відповів на запитання Лейбніца й натякнув на існування ще загальніших методів, поки не опублікованих ( малося на увазі загальне диференціальне й інтегральне числення). Секретар Королівського товариства Генрі Ольденбург наполегливо просив Ньютона в славу Англії опублікувати свої математичні відкриття по аналізі, але Ньютон відповів, що вже п'ять років як займається іншою темою й не прагне відволікатися. На черговий лист Лейбніца Ньютон не відповів. Перша коротка публікація по ньютонівському варіанту аналізу з'явилася тільки в 1693 році, коли варіант Лейбніца вже широко поширився по Європі.

Кінець 1670-х років був сумний для Ньютона. У травні 1677 року зненацька вмер 47-літній Барроу. Узимку цього ж року в будинку Ньютона виникла сильна пожежа, і частина рукописного архіву Ньютона згоріла. В 1678 році вмер секретар Королівського Товариства Ольденбург, і новим секретарем став Гук, що ставився до Ньютона неприязно. В 1679 році важко занедужала мати Анна; Ньютон приїхав до неї, брав активну участь у догляді за хворою, але стан матері швидко погіршувався, і вона вмерла. Мати й Барроу були в числі деяких людей, що скрашували самітність Ньютона.