Newton Isaac

fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN

Newton

[nju:tn]

Sir Isaac , ur. 4 I 1643 (25 XII 1642 wg kalendarza juliańskiego), Woolsthorpe (hrab. Lincolnshire), zm. 31 III 1727 (20 III), Londyn,

angielski fizyk, matematyk i astronom, jeden z najwybitniejszych uczonych wszystkich czasów.

Urodził się 4 I 1643 (25 XII 1642 wg kalendarza gregoriańskiego) w Woolsthorpe (hrabstwo Lincolnshire) w rodzinie farmerskiej.

Odkrył prawo powszechnego ciążenia, zapoczątkował mechanikę klasyczną, rozpoznał złożoną strukturę światła białego, odkrył (niezależnie od G.W. Leibniza) rachunek nieskończonościowy (rachunek różniczkowy i całkowy). Dzieciństwo Newtona nie było szczęśliwe. Jego ojciec zmarł przed urodzeniem syna. Przez kilka lat wychowywała go babka. Matka powtórnie wyszła za mąż, ale Newton nie znosił ojczyma. Przez kilka lat uczył się w szkole w sąsiednim miasteczku Grantham. W latach 1661–68 studiował na uniwersytecie w Cambridge, 1669 został profesorem matematyki tamże (po ustąpieniu mu katedry przez I. Barrowa, nauczyciela Newtona, który pierwszy docenił jego geniusz). Jako członek Trinity College nigdy nie ożenił się. W 1696 przeniósł się do Londynu, gdzie został kuratorem mennicy, a 1699 jej dyrektorem (do jego obowiązków należała m.in. walka z fałszerzami, prowadzona przez niego z wielką wytrwałością).

Lata 1665–1667

Według wspomnień Newtona, początek jego odkryć przypadł na młodzieńcze lata 1665–67, kiedy przebywał on w rodzinnym domu z powodu zawieszenia zajęć na uczelni w Cambridge podczas epidemii dżumy. Wtedy właśnie odkrył rachunek różniczkowy i całkowy (które nazywał rachunkiem fluksji i fluent), zaczął rozmyślać nad przyczyną ruchu ciał niebieskich oraz prowadził doświadczenia z optyki. Pierwsze sukcesy odniósł właśnie w optyce, konstruując teleskop zwierciadlany (teleskop Newtona); dzięki temu 1672 został członkiem Towarzystwa Królewskiego w Londynie.

Prace dotyczące światła

Opublikowana II 1672 pierwsza praca Newtona New Theory about Light and Colors [‘nowa teoria światła i barw’] zawierała wyniki badań dotyczące dyspersji światła oraz odkrycie, że światło białe jest mieszaniną różnych barw, z których każda ma ściśle określony współczynnik załamania. W odpowiedzi na ostrą krytykę ze strony m.in. Ch. Huygensa i R. Hooke’a, Newton zaproponował teorię korpuskularną (emisyjną) światła, zgodnie z którą światło miało się składać z korpuskuł światła emitowanych przez świecące ciała i wywołujących w eterze drgania różnej długości, odpowiadające różnym barwom. Wszystkie swoje doświadczenia i poglądy na temat światła zebrał Newton w wydanym 1704 dziele Opticks [‘optyka’]. Omówił tam szczegółowo doświadczenia dotyczące optyki geometrycznej, zjawisk odbicia, załamania i dyspersji światła oraz właściwości światła białego, interferencji światła w cienkich warstwach, dyfrakcji i polaryzacji. Dzieło to kończy 31 tzw. pytań, zawierających przemyślenia Newtona na różne tematy astronomii, fizyki i chemii. Zadziwiają one głębią i dalekowzrocznością spojrzenia na przyrodę. Znajdują się tam m.in., potwierdzone obecnie, przypuszczenia na temat hierarchii elementarnych składników materii i ich oddziaływań.

Prace dotyczące ruchu ciał niebieskich

Zagadnieniami ruchu ciał niebieskich zainteresował się Newton ponownie ok. 1680 pod wpływem korespondencji z Hookiem, który 1670 wysunął ideę powszechnej grawitacji. Była to idea tylko jakościowa, gdyż, nie mając właściwego przygotowania matematycznego, Hooke nie potrafił wykonać odpowiednich obliczeń dla ruchu Księżyca i planet. Jak wynika z analizy zachowanych rękopisów, Newton zrozumiał ideę powszechnego ciążenia dopiero w XII 1684 i przez następne półtora roku opracowywał swe największe dzieło Philosophiae naturalis principia mathematica [‘zasady matematyczne filozofii przyrody’], które wydał 1687. Rozwinął w nim naukę o przestrzeni, czasie, masach i siłach, wprowadził pojęcia absolutnego czasu i absolutnej przestrzeni, podał 3 słynne prawa (zasady dynamiki Newtona) i zastosował je do rozwiązania wielu zagadnień, jak: ruch ciał pod działaniem sił centralnych i in., ruch linii węzłów orbity, przyciąganie ciał sferycznych i niesferycznych, zagadnienie 3 ciał i ruch ciał w ośrodkach stawiających opór. Rozważając ruch wahadła, wprowadził rozróżnienie między masą grawitacyjną a masą bezwładną. Formułując prawo powszechnej grawitacji, wykazał, że orbity planet i komet są krzywymi stożkowymi (elipsa, parabola, hiperbola), uzasadnił 3 prawa Keplera i wyjaśnił odstępstwa od tych praw, wytłumaczył spłaszczenie Ziemi i planet, ruch zaburzony Księżyca, zjawiska przypływów i odpływów morza, precesję astronomiczną oraz wiele innych. Wykazał także ilościowo nieprawdziwość teorii wirów Kartezjusza.

W Philosophiae... stosował Newton podejście całkowicie geometryczne. Nie ma więc tam równań Newtona ani żadnych innych równań mechaniki, hydrodynamiki czy aerodynamiki. Nie ma także wektorów ani rozważań energetycznych (zasady zachowania energii wówczas jeszcze nie znano). Dzieło Newtona było bardzo trudne do zrozumienia przez współczesnych mu i jego poglądy przyjmowano z oporami, zwłaszcza poza Anglią. Nawet wybitni uczeni, jak Leibniz i Hyugens, uznawali, że przekonanie o grawitacyjnym oddziaływaniu ciał na odległość jest absurdalne.

Inne prace

Doceniano jednak wielkość osiągnięć Newtona — 1699 został członkiem zagranicznym Akademii Nauk w Paryżu, a 1703 — prezesem Towarzystwa Królewskiego w Londynie (tę funkcję piastował aż do śmierci). Był pierwszym uczonym, który został uhonorowany szlachectwem (1705). W połowie XVIII w. uznawano już powszechnie Newtona za największego uczonego, a J.L. Lagrange nazwał go „najszczęśliwszym z ludzi, gdyż istnieje tylko jeden świat i tylko jeden człowiek mógł ustalić prawa nim rządzące”. Powstanie w XX w. fizyki kwantowej i relatywistycznej wytyczyło zakres stosowalności mechaniki Newtona, pozostała ona jednak nadal nadzwyczaj użyteczną teorią fizyczną.

Matematyczne odkrycia Newtona były znane współczesnym z jego listów i rękopisów, a zostały opublikowane dopiero po wielu latach. Najpierw, do wydanego 1704 Opticks zostały dołączone jako dodatki: Tractatus de quadratura curvarum [‘traktat o kwadraturze krzywych’] i Enumeratio linearum tertii ordinis [‘wyliczenie krzywych trzeciego rzędu’]. Potem ukazały się Arithmetica universalis (1707), De analysi per aequationes numero terminorum infinitas [‘o analizie za pomocą równań o nieskończonej liczbie wyrazów’] (1711), The Method of Fluxions and Infinite Series [‘metoda fluksji i szeregów nieskończonych’] (1736).

Newton podkreślał niezależność nauki od filozofii. Jego metodologię najlepiej wyraża słynne stwierdzenie hypotheses non fingo [‘hipotez nie wymyślam’], wypowiedziane w tzw. Scholium Generale [‘objaśnieniu ogólnym’], dodanym w zakończeniu 2. wydania Philosophiae... (1713). Zdaniem Newtona hipotezą trzeba nazywać wszystko, co nie jest wyprowadzone ze zjawisk, tymczasem w nauce eksperymentalnej wyprowadza się twierdzenia ze zjawisk, a potem uogólnia przez indukcję, wystarcza zatem, że potrafimy podać ilościowy opis zjawiska, nie pytając o jego przyczynę. Mimo tej deklaracji Newton nie stronił od hipotez, np. rozważając naturę światła.

Newton poświęcał także wiele czasu na prace alchemiczne i studia teologiczne. Był głęboko wierzący i występował w obronie religii i Kościoła anglikańskiego. Stojąc na stanowisku deizmu, uznawał stworzenie świata za dzieło Boga. Zmarł 31 III 1727 w Londynie. Został pochowany w Westminster Abbey.

Newtona pierścienie

Newtona pierścienie

Newton Isaac, teleskop zwierciadlany, rysunek opublikowany w jego pracy w naukowym piśmie „Philosophical Transactions”, Londyn

Newton Isaac, doświadczenie nad rozszczepianiem światła białego przez pryzmat