Isaac Newton

Sir Isaac Newton
Data urodzenia	4 stycznia 1643
Data śmierci	31 marca 1727
Alma Mater	Trinity College (Cambridge)
Multimedia w Wikimedia Commons
Isaac Newton w Wikicytatach

Sir Isaac Newton (ur. 4 stycznia 1643 w Woolsthorpe-by-Colsterworth, zm. 31 marca 1727^[a] w Kensington) – angielski fizyk, matematyk, astronom, filozof, historyk, badacz Biblii oraz 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 oraz całkowego.

Jako pierwszy wykazał, że te same prawa rządzą ruchem ciał na Ziemi jak oraz ruchem ciał niebieskich. Jego dociekania doprowadziły do rewolucji naukowej oraz przyjęcia teorii heliocentryzmu. Podał matematyczne uzasadnienie dla praw Keplera oraz rozszerzył je udowadniając, że orbity (w większości komety) są nie tylko eliptyczne, ale bywają też hiperboliczne oraz 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 oraz zasady zachowania pędu oraz momentu pędu. Zajmował się też pomiarami prędkości dźwięku w powietrzu oraz wydał teorię pochodzenia gwiazd. Był twórcą rachunku wariacyjnego. Jako pierwszy opisał matematycznie zjawisko pływów morskich (1687).

Dzieciństwo oraz młodość

Dom w którym urodził się Isaac Newton

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

Wedle E.T. Bella (Men of Mathematics, 1937, Simon and Schuster) oraz H. Evesa:

Newton rozpoczął swoją edukację w szkole wiejskiej, a następnie stał się posłany do Grantham Grammar School, gdzie szybko stał się prymusem. W Grantham mieszkał u lokalnego aptekarza oraz 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 oraz panna Storey poślubiła kogoś innego. Newton zachował ciepłe wspomnienie tej miłości, ale później nie miał już żadnej innej ukochanej oraz wcale się nie ożenił.^[1]

Newton pobierał nauki w Grantham Grammar School, gdzie uczono z reguły łaciny, a także w nieco mniejszym stopniu greki oraz 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 oraz Kepler. W 1665 odkrył twierdzenie o dwumianie oraz rozpoczął pracę nad teorią matematyczną znaną aktualnie jako rachunek różniczkowy oraz całkowy. Wkrótce po tym jak Newton uzyskał stopień naukowy w 1665 r., uniwersytet stał się zamknięty z powodu zarazy. Przez następne dwa lata Newton pracował w zaciszu domowym nad rachunkiem różniczkowym oraz całkowym, a także optyką oraz grawitacją.

Legenda głosi, że Newton siedział pod jabłonią, kiedy spadające na jego głowę jabłko uświadomiło mu, że upadek ciał na Ziemię oraz 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 aktualnie uważa się, że nawet ta historia jest fałszywa oraz była 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 stale spada pionowo w kierunku ziemi. Dlaczego nie podąża na boki albo ku górze, ale stale w kierunku centrum Ziemi". W podobny sposób wyraził się Voltaire w swoim dziele zatytułowanym Essay on Epic Poetry (1727 r).

Newton stał się 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 oraz Leibniz rozwinęli teorię rachunku różniczkowego oraz całkowego niezależnie oraz używając wielorakich notacji. Niekiedy przypisuje się im "wynalezienie" tych gałęzi matematyki, jednak jest to zbyt daleko idące uproszczenie. Próba kontynuacji prac matematycznych Galileusza oraz Keplera przez siedemnastowiecznych uczonych prowadzących pomiędzy 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 oraz 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 była ogólnie przyjęta notacja Leibniza oraz 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 stał się wybrany profesorem matematyki na katedrze Lucasa (Lucasian Professor of Mathematics) na uniwersytecie w Cambridge.

Newton oraz 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 oraz 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 dylematu zaprojektował własny typ teleskopu wykorzystujący zwierciadło zamiast soczewki znany później jako teleskop Newtona (teleskop zwierciadlany). Później, kiedy dostępne są szkła o wielorakich 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. Gdy Robert Hooke skrytykował pewne 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 zawarte 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, albowiem znalazła ona potwierdzenie w eksperymentach (np. słynny eksperyment z dwoma szczelinami Thomasa Younga z 1801 roku). Aktualnie mechanika kwantowa uznaje dualizm korpuskularno-falowy, jakkolwiek fotony posiadają bardzo mało wspólnego z Newtonowskimi cząstkami światła (np. załamanie tłumaczył Newton tym, że na cząstki światła działa siła pochodząca od materii oraz działająca tylko w jej sąsiedztwie).

Wydaje się, że Newton był przekonany o pokrewieństwie pomiędzy różnymi oddziaływaniami na odległość takimi jak telepatia (w jego wczesnych notatkach da się 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 oraz członek Royal Society) a przyciąganiem magnetycznym oraz grawitacją. John Maynard Keynes, który zdobył przeważajaca ilość prac Newtona dotyczących alchemii, głosił, że "Newton nie był pierwszym w epoce rozumu, ale ostatnim z magików". Zainteresowania Newtona alchemią nie bywają oddzielane od jego wkładu w naukę^[2], nie było wtedy jasnego rozróżnienia pomiędzy alchemią a nauką. Jeśli nie wierzyłby w ideę oddziaływania na odległość poprzez próżnię, wcale nie rozwinąłby teorii grawitacji.

Fizyka

W 1679 Newton powrócił do swojej pracy nad grawitacją oraz 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 oraz finansowemu wsparciu Edmunda Halleya. W dziele tym Newton wydał trzy uniwersalne zasady dynamiki, które przetrwały niezmienione aż do czasów Alberta Einsteina. Użył łacińskiego słowa gravitas (ciężar) do nazwania siły, którą aktualnie znamy pod nazwą grawitacji oraz 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 oraz uznanie. Zdobył krąg wielbicieli.

Późniejsze życie

Herb Isaaca Newtona

Dużą cząstka ostatnich trzydziestu lat swego życia Newton poświęcił na dogłębne badanie tekstu Pisma Świętego, ze szczególnie drobiazgowymi studiami nad zawartymi tam proroctwami oraz badaniem chronologii świata od czasów najdawniejszych. W latach 90. XVII w. napisał wiele religijnych traktatów zajmujących się dosłowną interpretacją Biblii. Poglądy Henry'ego More'a o nieskończoności wszechświata oraz odrzucenie kartezjańskiego dualizmu mogły inspirować religijne idee Newtona. Odrzucił dogmat o Trójcy, jednakże manuskrypt wysłany do Johna Locke'a, w którym kwestionował jej istnienie wcale nie stał się opublikowany. Z uwagi na swoją wysoką pozycję społeczną oraz potencjalny sprzeciw czynników kościelnych Newton wcale publicznie nie głosił tego poglądu. W roku 1690 przesłał Locke'owi niewielki plik zawierający jego uwagi na temat zniekształceń jakich dokonano w Nowym Testamencie. Wspominał o Pierwszym Liście Jana 5:7 oraz Pierwszym Liście do Tymoteusza 3:16. Miał nadzieję, że Locke pomoże mu przetłumaczyć manuskrypt na francuski oraz opublikować go we Francji, albowiem wydrukowanie go w Anglii wydawało mu się zbyt niebezpieczne. Dzieło nazywało się teraz "An Historical Account of two Notable Corruptions of Scripture". W roku 1692 podjęto próbę anonimowego opublikowania dzieła po łacinie. Słysząc to, Newton błagał Locke'a, aby zapobiegł publikacji, sądził bowiem, że nie nadszedł jeszcze odpowiedni czas na to.

Pod koniec życia Newton napisał dzieła poświęcone chronologii – The Chronology of Ancient Kingdoms Amended ("Poprawiona chronologia starożytnych królestw" 1728) oraz Observations Upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St. John ("Uwagi dotyczące proroctw Daniela oraz Apokalipsy św. Jana" 1733). Zostały one opublikowane dopiero po jego śmierci. Wyłożył w nich drobiazgowe wyliczenia dat, które uważał za kluczowe (np. wyprawa argonautów) oraz przekonanie o nieuchronnie zbliżającym się końcu świata. Dzieła te traktowane łącznie bywają próbą stworzenia dla historii powszechnej ludzkości odpowiednika wyłożonej w Principiach fizycznej historii świata. Newton poświęcał też dużo czasu na alchemię (patrz uwagi powyżej).

Newton był także członkiem Parlamentu w latach 1689-1690 oraz w 1701, ale jego jedyne udokumentowane wystąpienie dotyczyło zażalenia na zimne powietrze w sali oraz żądaniu zamknięcia okna.

Grób Izaaka Newtona w Westminster Abbey

W 1695 podjęto decyzję o odnowieniu monety, w związku z czym wysokie funkcje powierzono Locke'owi, Newtonowi oraz Halleyowi. Newton przeniósł się do Londynu, aby objąć posadę Nadzorcy (Warden) Mennicy Królewskiej w 1696. Stanowisko to uzyskał dzięki patronatowi Charlesa Montagu (znanego też jako lord Halifax), wtedy lorda Skarbu. Edmund Halley stał się nadzorcą mennicy w Chester. Swoje obowiązki jako nadzorca Newton sprawował z właściwym sobie poczuciem obowiązku, co doprowadziło m.in. do tego, że uwikłał się w konflikt z komendantem Tower of London Lucasem, na terenie której znajdowała się Mennica. Podczas sprawowania urzędu Newton osobiście uczestniczył w przesłuchaniach więźniów oskarżonych o fałszowanie oraz "obcinanie" monet (przestępstwo polegające na zmniejszaniu rozmiarów srebrnych monet). W 1697 r. za fałszerstwa w samym tylko Londynie w Tyburn wykonano 19 wyroków śmierci. Po śmierci Lucasa w 1699 r., Newton stał się w 1700 Kuratorem (Master) Mennicy Królewskiej oraz sprawował ów urząd aż do śmierci. Ze swoich obowiązków w Cambridge zrezygnował w 1701.

W 1701 Newton anonimowo opublikował prawo termodynamiki, znane aktualnie jako prawo ostygania w Philosophical Transactions of the Royal Society.

W 1703 Newton stał się Prezesem Royal Society oraz zagranicznym członkiem Francuskiej Akademii Nauk. W tym czasie popadł w konflikt z Johnem Flamsteedem, astronomem królewskim, próbując przywłaszczyć sobie jego obserwacje gwiazd, które miały być podstawą nowego katalogu. Newtonowi oraz Halleyowi udało się wykraść przeważajaca ilość danych do nowego katalogu oraz opublikowali je w 1712 roku. Flamsteed dowiedziawszy się o tym wykupił 300 z 400 egzemplarzy oraz spalił je.

W 1705 roku Newton uzyskał tytuł szlachecki z rąk królowej Anny.

Newton wcale się nie ożenił, ani nie miał dzieci. Zmarł w Londynie oraz stał się pochowany w opactwie Westminster.

Filozofia nauki

Newton uważał, że przedmiotem nauki są zjawiska, zaś jej celem jest znalezienie związków pomiędzy nimi, to znaczy praw. Z zakresu nauki wyłączał poszukiwanie transcendentnych przyczyn wywołujących zjawiska. Wedle tego, dla przykładu badając ciężar, fizyka ma ustalić jakim prawom on podlega, nie zajmując się jego naturą^[3].

Poglądy religijne oraz przekonania

Prawo powszechnego ciążenia stało się najbardziej znanym odkryciem Newtona. Przestrzegał on jednak przed używaniem go w celu patrzenia na Wszechświat jak na pewien odmiana maszyny np. wielkiego zegara. Pisał on: "Grawitacja wyjaśnia ruch planet, ale nie jest w stanie wyjaśnić, kto umieścił planety w ruchu. Bóg rządzi wszystkimi rzeczami oraz wie wszystko o tym, co bywa zrobione".

Biblia, a nie nauka, była największą pasją Newtona. Poświęcał więcej czasu Pismu Świętemu niż nauce. Napisał: "Jestem przekonany, że Biblia jest Słowem Bożym, napisanym przez tych, których On inspirował. Studiuję ją codziennie" oraz: "Żadna inna nauka nie jest tak potwierdzona, jak nauka Biblii". Na podstawie Biblii obliczył datę końca świata na rok 2060.

Newton był potajemnie unitarianinem, tzn. nie wierzył w św. Trójcę. Napisał na ten temat wiele prac, jednak wszystkie zostały opublikowane dopiero po jego śmierci^{potrzebne źródło}.

Dziedzictwo Newtona

Prawa ruchu oraz powszechnego ciążenia dostarczyły podstaw do przewidywania sytuacji w szerokim obszarze działań zarówno nauki, jak oraz inżynierii, zwłaszcza do przewidywań ruchu ciał niebieskich. Jego wkład w analizę matematyczną stał się podstawą do tworzenia teorii naukowych. Wreszcie, połączył ze sobą wiele odrębnych faktów z zakresu fizyki, które były odkryte wcześniej, w jeden wspólny zbiór praw. Z tych powodów jest uważany za największego oraz najbardziej błyskotliwego naukowca oraz jedną z najbardziej wpływowych osób w całej historii.

Dzieło Newtona pt. "Opticks"

Dzieła Newtona

• Method of Fluxions (1671)
• De motu corporum in gyrum (1684)
• Philosophiae naturalis principia mathematica (1687)
• Opticks (1704)
• Arithmetica universalis (1707)
• An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture(1754)

Opublikowane pośmiertnie w 1728: Short Chronicle, The System of the World, Optical Lectures, Universal Arithmetic, The Chronology of Ancient Kingdoms, Amended oraz De mundi systemate.

Uwagi

Przypisy

Bibliografia

w języku polskim:

• Marian Grotowski, Newton; tom 1-3. Poznań: Księgarnia Św. Wojciecha, 1932-1933.
• Frank E. Manuel, Portret Izaaka Newtona, seria: Na ścieżkach nauki, Prószyński oraz s-ka, Warszawa 1998.
• Jerzy Kierul, Izaak Newton, Bóg, światło oraz świat, Quadrivium, Wrocław 1996 [1].

w języku angielskim:

• Frank E. Manuel, A Portrait of Isaac Newton, Da Capo Series in Science, Da Capo Press, 1990.
• Frank E. Manuel, Isaac Newton, Historian, Harvard University Press, 1963.
• James Gleick, Isaac Newton, Knopf, 2003.

Sprawdź też

• Zmodyfikowana dynamika newtonowska
• Niuton
• 10 najpiękniejszych eksperymentów z fizyki

Linki zewnętrzne

• John J. O'Connor; Edmund F. Robertson: Isaac Newton w MacTutor History of Mathematics archive (ang.)

  Wikimedia Commons ma galerię ilustracji związaną z tematem:
Isaac Newton