Sir Isaac Newton (ur. 4 stycznia 1643 w Woolsthorpe-by-Colsterworth, zm. 31 marca 1727 w Kensington) – angielski fizyk, matematyk, astronom, filozof, historyk, badacz Biblii i alchemik.

W swoim słynnym dziele Philosophiae naturalis principia mathematica (1687 r.) przedstawił prawo powszechnego ciążenia, a także prawa ruchu leżące u podstaw mechaniki klasycznej. Niezależnie od Gottfrieda Leibniza przyczynił się do rozwoju rachunku różniczkowego i całkowego.

Jako pierwszy wykazał, że te same prawa rządzą ruchem ciał na Ziemi jak i ruchem ciał niebieskich. Jego dociekania doprowadziły do rewolucji naukowej i przyjęcia teorii heliocentryzmu. Podał matematyczne uzasadnienie dla praw Keplera i rozszerzył je udowadniając, że orbity (w większości komety) są nie tylko eliptyczne, ale mogą być też hiperboliczne i paraboliczne. Głosił, że światło ma naturę korpuskularną, czyli że składa się z cząstek. Był pierwszym, który zdał sobie sprawę, że widmo barw obserwowane podczas padania białego światła na pryzmat jest cechą padającego światła, a nie pryzmatu, jak głosił 400 lat wcześniej Roger Bacon.

Rozwinął prawo stygnięcia. Sformułował twierdzenie o dwumianie i zasady zachowania pędu oraz momentu pędu. Zajmował się też pomiarami prędkości dźwięku w powietrzu i ogłosił teorię pochodzenia gwiazd. Był twórcą rachunku wariacyjnego. Jako pierwszy opisał matematycznie zjawisko pływów morskich (1687).

Dzieciństwo i młodość

Dom w którym urodził się Isaac Newton

Newton urodził się w Woolsthorpe koło Colsterworth, w hrabstwie Lincolnshire. Ojciec Isaaca, również Isaac, zmarł na trzy miesiące przed narodzinami syna. Dwa lata później jego matka Hannah wyszła za mąż ponownie za Barnabasa Smitha, i opuściła syna pozostawiając go pod opieką babki.

Według E.T. Bella (Men of Mathematics, 1937, Simon and Schuster) i H. Evesa: Newton rozpoczął swoją edukację w szkole wiejskiej a następnie został posłany do Grantham Grammar School gdzie szybko został prymusem. W Grantham mieszkał u lokalnego aptekarza i ostatecznie zaręczył się z jego przybraną córką, panną Storey, zanim wyjechał do uniwersytetu w Cambridge w wieku lat 19. Jednak z powodu studiów, romans osłabł i panna Storey poślubiła kogoś innego. Newton zachował ciepłe wspomnienie tej miłości, ale później nie miał już żadnej innej ukochanej i nigdy się nie ożenił.

Newton pobierał nauki w Grantham Grammar School, gdzie uczono głównie łaciny, a także nieco w mniejszym stopniu greki i hebrajskiego. W 1661 r. rozpoczął edukację w Trinity College w Cambridge, gdzie wcześniej studiował jego wuj William Ayscough. W tamtych czasach programy nauczania w College'u oparte były na dziełach Arystotelesa, ale Newton wolał poznawać dzieła współczesnych uczonych takich jak Kartezjusz, Galileusz, Kopernik i Kepler. W 1665 odkrył twierdzenie o dwumianie i rozpoczął pracę nad teorią matematyczną znaną obecnie jako rachunek różniczkowy i całkowy. Wkrótce po tym jak Newton uzyskał stopień naukowy w 1665 r., uniwersytet został zamknięty z powodu zarazy. Przez następne dwa lata Newton pracował w zaciszu domowym nad rachunkiem różniczkowym i całkowym, a także optyką i grawitacją.

Legenda głosi, że Newton siedział pod jabłonią, gdy spadające na jego głowę jabłko uświadomiło mu, że upadek ciał na Ziemię i ruch ciał niebieskich są powodowane tą samą siłą – grawitacją. Historia ta jest wyolbrzymieniem opowieści samego Newtona, który jakoby siedząc pewnego dnia przed oknem w swoim domu obserwował spadające z drzewa jabłka. Jednak obecnie uważa się, że nawet ta historia jest fałszywa i została wymyślona przez Newtona pod koniec jego życia, który w ten sposób chciał pokazać, że potrafi czerpać inspirację z codziennych zdarzeń. Pisarz William Stukeley, opisał w swoich Memoirs of Sir Isaac Newton's Life rozmowę z Isaakiem Newtonem w Kensington 15 kwietnia 1726 r., w której Newton powiedział mu, że "kiedy pierwszy raz przyszło mu na myśl pojęcie grawitacji, było to przy okazji widoku spadającego jabłka, kiedy siedział w nastroju kontemplacyjnym. Zadał sobie wtedy pytanie, dlaczego jabłko zawsze spada pionowo w kierunku ziemi. Dlaczego nie podąża na boki albo ku górze ale zawsze w kierunku centrum Ziemi". W podobny sposób wyraził się Voltaire w swoim dziele zatytułowanym Essay on Epic Poetry (1727 r).

Newton został członkiem Trinity College w 1667 r. W tym samym roku rozpowszechnił swoje odkrycia w De analysi per aequationes numeri terminorum infinitas a później w De methodis serierum et fluxionum, której tytuł dał nazwę jego metodzie "fluksji".

Newton i Leibniz rozwinęli teorię rachunku różniczkowego i całkowego niezależnie i używając różnych notacji. Niekiedy przypisuje się im "wynalezienie" tych gałęzi matematyki, jednak jest to zbyt daleko idące uproszczenie. Próba kontynuacji prac matematycznych Galileusza i Keplera przez siedemnastowiecznych uczonych prowadzących między sobą ożywioną korespondencję doprowadziła do sformułowania dwóch zagadnień, pierwszym z nich było zagadnienie stycznych polegające na wyznaczeniu stycznych do danej krzywej, a więc podstawowe zagadnienie rachunku różniczkowego, drugim natomiast zagadnienie kwadratury czyli wyznaczenie pola pod daną krzywą, które z kolei jest podstawą rachunku całkowego. Zasługą Newtona i Leibniza było wykazanie związku pomiędzy tymi zagadnieniami, ujednolicenie metod dotychczas stosowanych oraz wprowadzenie wygodnej notacji. Pomimo tego, że Newton opracował szczegółowo swoją własną metodę przed Leibnizem, to w anglojęzycznym świecie została ogólnie przyjęta notacja Leibniza i nazwa "metoda różniczkowa" (paradoksalnie w Niemczech notacja Newtona była bardziej popularna). Chociaż Newton należał do największych umysłów swojej epoki, ostatnie dwadzieścia pięć lat swojego życia spędził na gorzkiej dyskusji z Leibnizem, którego oskarżył o plagiat.

29 października 1669 został wybrany profesorem matematyki na katedrze Lucasa (Lucasian Professor of Mathematics) na uniwersytecie w Cambridge.

Newton i optyka

Replika teleskopu Izaaka Newtona

Od 1670 do 1672 wykładał optykę. W tym czasie badał załamanie (refrakcję) światła, pokazując, że pryzmat może rozszczepić białe światło w widmo barw, a potem soczewka i drugi pryzmat powodują uzyskanie białego światła ponownie z kolorowego widma. Na tej podstawie wywnioskował, że każdy refraktor (teleskop soczewkowy) będzie posiadał wadę polegającą na rozszczepieniu światła (aberracja chromatyczna), aby uniknąć tego problemu zaprojektował własny typ teleskopu wykorzystujący zwierciadło zamiast soczewki znany później jako teleskop Newtona (teleskop zwierciadlany). Później, kiedy dostępne stały się szkła o różnych własnościach dyspersyjnych problem ten rozwiązano stosując soczewki achromatyczne. W 1671 Royal Society poprosiło o demonstrację jego teleskopu zwierciadlanego. Zainteresowanie to zachęciło Newtona do opublikowania notatek pt. On Colour, które później rozwinął w większe dzieło pt. Opticks. Kiedy Robert Hooke skrytykował niektóre z pomysłów Newtona, ten obraził się do tego stopnia, że wycofał się z publicznej debaty. Z powodu paranoi Newtona, tych dwóch ludzi pozostało wrogami aż do śmierci Hooke'a.

W jednym z listów do Hooke'a z datą 5 lutego 1676 Newton napisał: "Jeśli widzę dalej to tylko dlatego, że stoję na ramionach olbrzymów". Jest to parafraza zaczerpnięta z Lukana (II, 10): "Karły umieszczone na barkach gigantów widzą więcej niż sami giganci". Słowa te są przytaczane dzisiaj jako dowód szacunku jaki miał Newton do osiągnięć swych poprzedników. W rzeczywistości była to złośliwa uwaga poczyniona pod adresem Hooke'a, jako że ten był człowiekiem niskiego wzrostu.

Newton twierdził, że światło składa się z cząstek. Późniejsi fizycy przychylili się bardziej do falowej natury światła, ponieważ znalazła ona potwierdzenie w eksperymentach (np. słynny eksperyment z dwoma szczelinami Thomasa Younga z 1801 roku). Obecnie mechanika kwantowa uznaje dualizm korpuskularno-falowy, jakkolwiek fotony mają bardzo mało wspólnego z Newtonowskimi cząstkami światła (np. załamanie tłumaczył Newton tym, że na cząstki światła działa siła pochodząca od materii i działająca tylko w jej sąsiedztwie).

Wydaje się, że Newton był przekonany o pokrewieństwie między różnymi oddziaływaniami na odległość takimi jak telepatia (w jego wczesnych notatkach można znaleźć wzmiankę o pracy Josepha Glanvilla dotyczącą tego właśnie tematu) czy leczenie ran na odległość poprzez obkładanie odpowiednimi proszkami broni (autorem tej hipotezy był Kenelm Digby, arystokrata, filozof i członek Royal Society) a przyciąganiem magnetycznym i grawitacją. John Maynard Keynes, który zdobył większość prac Newtona dotyczących alchemii, głosił, że "Newton nie był pierwszym w epoce rozumu, ale ostatnim z magików". Zainteresowania Newtona alchemią nie mogą być oddzielane od jego wkładu w naukę, nie było wtedy jasnego rozróżnienia między alchemią a nauką. Jeśli nie wierzyłby w ideę oddziaływania na odległość poprzez próżnię, nigdy nie rozwinąłby teorii grawitacji.

Fizyka

W 1679 Newton powrócił do swojej pracy nad grawitacją i jej wpływem na orbity planet, odwołując się do praw Keplera. Swoje wyniki opublikował w De motu corporum (1684). Obejmowała ona początki praw ruchu, które zostały szerzej omówione w Principiach.

Philosophiae naturalis principia mathematica (Matematyczne podstawy filozofii naturalnej, bardziej znane dzisiaj jako Principia), zostały opublikowane w 1687 dzięki zachęcie i finansowemu wsparciu Edmunda Halleya. W dziele tym Newton ogłosił trzy uniwersalne zasady dynamiki, które przetrwały niezmienione aż do czasów Alberta Einsteina. Użył łacińskiego słowa gravitas (ciężar) do nazwania siły, którą obecnie znamy pod nazwą grawitacji i zdefiniował prawo powszechnego ciążenia. W tej samej pracy przedstawił pierwsze analityczne wyprowadzenie, oparte na prawie Boyle'a, wzoru na prędkość dźwięku w powietrzu.

Principia przyniosły Newtonowi międzynarodową sławę i uznanie. Zdobył krąg wielbicieli.

czytaj dalej: [2], [3]