1600-tallet var en lykkelig tid for vitenskapene, med banebrytende funn som ble gjort innen astronomi, fysikk, mekanikk, optikk og naturvitenskap. I sentrum av alt dette var Sir Isaac Newton, mannen som er anerkjent som en av de mest innflytelsesrike forskere gjennom tidene og som en nøkkelfigur i den vitenskapelige revolusjonen.
En engelsk fysiker og matematiker, Newton ga flere særegne bidrag til optikkfeltet, og deler kreditt med Gottfried Leibniz for utviklingen av kalkulus. Men det var Newtons publisering av Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ("Matematiske prinsipper for naturfilosofi"), som han er mest kjent for. Denne avhandlingen ble utgitt i 1687 og la grunnlaget for klassisk mekanikk, en tradisjon som ville dominere forskernes syn på det fysiske universet i de neste tre århundrene.
Tidlig liv:
Isaac Newton ble født 4. januar 1643, - eller 25. desember 1642 ifølge Julian Calendar (som var i bruk i England på den tiden) - i Woolsthorpe-by-Colsterworth, en landsby i fylket Lincolnshire. Faren hans, som han ble navngitt for, var en velstående bonde som hadde dødd tre måneder før hans fødsel. Etter å ha blitt født for tidlig, var Newton liten som barn.
Moren hans, Hannah Ayscough, giftet seg på nytt da han var tre til en pastor, og etterlot Newton i sin mors bestemor. Moren hans skulle fortsette å få tre barn sammen med sin nye mann, som ble Newtons eneste søsken. På grunn av dette hadde Newton tilsynelatende et steinete forhold til stefaren og moren sin i en tid.
Da Newton var 17, ble moren enke enke. Til tross for at hun håpet at Newton skulle bli bonde, som faren, hatet Newton jordbruk og prøvde å bli akademiker. Hans interesser for ingeniørvitenskap, matematikk og astronomi var tydelige fra en tidlig alder, og Newton begynte studiene med en evne til å lære og finne opp som ville vare resten av livet.
Utdanning:
Mellom 12 og 21 år ble Newton utdannet ved The King's School, Grantham, hvor han lærte latin. Mens han var der, ble han den topprangerte studenten, og fikk anerkjennelse for sin bygning av solur og modeller av vindmøller. I 1661 ble han tatt opp på Trinity College, Cambridge, hvor han betalte seg ved å utføre en betjentens oppgaver (det som var kjent som en subsizar).
I løpet av de tre første årene på Cambridge fikk Newton undervisning i standard pensum, som var basert på aristotelisk teori. Men Newton ble fascinert av den mer avanserte vitenskapen og brukte all sin fritid på å lese verkene til moderne filosofer og astronomer, som René Descartes, Galileo Galilei, Thomas Street og Johannes Kepler.
Resultatet var en ytelse som var mindre enn fantastisk, men hans dobbelte fokus ville også føre ham til å gi noen av de mest dyptgripende vitenskapelige bidragene. I 1664 fikk Newton et stipend, noe som garanterte ham fire år til, til han fikk sin Master of Arts-grad.
I 1665, kort tid etter at Newton skaffet sin B.A., stengte universitetet midlertidig på grunn av utbruddet av Den store pesten. Ved å bruke denne tiden til å studere hjemme, utviklet Newton en rekke ideer han hadde som til slutt ville sementere for å bli hans teorier om kalkulus, optikk og gravitasjonsloven (se nedenfor).
I 1667 kom han tilbake til Cambridge og ble valgt som stipendiat i Trinity, selv om hans prestasjoner fremdeles ble ansett som mindre enn spektakulære. Imidlertid forbedret formuen seg med tiden, og han fikk anerkjennelse for sine evner. I 1669 mottok han sin M.A. (før han hadde fylt 27 år), og publiserte en avhandling som forklarte hans matematiske teorier for å håndtere uendelige serier.
I 1669 etterfulgte han sin engangslærer og mentor Isaac Barrow - en teolog og matematiker som oppdaget den grunnleggende teorem om beregning - og ble den Lucasianske matematikkstolen på Cambridge. I 1672 ble han valgt til stipendiat i Royal Society, som han ville forbli en del av til slutten av livet.
Vitenskapelige prestasjoner:
Mens han studerte på Cambridge, opprettholdt Newton et annet sett med notater som han hadde tittelen “Quaestiones Quaedam Philosophicae” (“Visse filosofiske spørsmål“). Disse merknadene, som var summen av Newtons observasjoner om mekanisk filosofi, ville føre til at han oppdaget det generaliserte binomiale teoremet i 1665, og lot ham utvikle en matematisk teori som ville føre til hans utvikling av moderne beregning.
Newtons tidligste bidrag var imidlertid i form av optikk, som han leverte under årlige forelesninger mens han hadde stillingen som Lucasian Mathematics formann. I 1666 observerte han at lys som kommer inn i et prisme når en sirkulær stråle kommer ut i form av et avlangt, og demonstrerte at et prisme bryter forskjellige lysfarger i forskjellige vinkler. Dette førte til at han konkluderte med at farge er en egenskap som er iboende for lys, et punkt som ble diskutert tidligere år.
I 1668 tegnet og konstruerte han et reflekterende teleskop, som hjalp ham å bevise teorien hans. Fra 1670 til 1672 fortsatte Newton med å holde foredrag om optikk og undersøkte lysbrytning, og demonstrerte at det flerfargede spekteret som ble produsert av et prisme, kunne rekomponeres til hvitt lys av en linse og et andre prisme.
Han demonstrerte også at farget lys ikke endrer dets egenskaper, uavhengig av om det blir reflektert, spredt eller overført. Dermed observerte han at farge er et resultat av objekter som interagerer med allerede farget lys, i stedet for objekter som genererer fargen selv. Dette er kjent som Newtons teori om farger.
Royal Society ba om en demonstrasjon av sitt reflekterende teleskop i 1671, og organisasjonens interesse oppfordret Newton til å publisere teoriene sine om lys, optikk og farge. Dette gjorde han i 1672 i en liten avhandling med tittelen Of Farger, som senere vil bli publisert i et større bind som inneholder hans teorier om den "corpuskulære" lysets natur.
I hovedsak argumenterte Newton for at lys var sammensatt av partikler (eller lik), som han hevdet ble bryt opp ved å akselerere til et tettere medium. I 1675 publiserte han denne teorien i en avhandling med tittelen “Lyshypotese “, hvor han også poserte at vanlig materie var sammensatt av større lik og om eksistensen av en eter som overførte krefter mellom partikler.
Etter å ha diskutert ideene sine med Henry More, en engelsk teosof og et medlem av Cambridge Platonists, ble Newtons interesse for alkymi gjenopplivet. Deretter erstattet han sin teori om en eter som eksisterer mellom partikler i naturen med okkulte krefter, basert på hermetiske ideer om tiltrekning og frastøtning mellom partikler. Dette gjenspeilet Newtons pågående interesse for både det alkymiske og vitenskapelige, som det ikke var noen klar skille på den tiden.
I 1704 publiserte Newton alle sine teorier om lys, optikk og farger i et enkelt bind med tittelen Optikk: Eller en avhandling av refleksjoner, refraksjoner, bøyninger og farger på lys. I den spekulerte han i at lys og materie kunne omdannes til hverandre gjennom en slags alkymisk transmutasjon, og satte seg på teorier om lydbølger for å forklare gjentatte refleksjonsmønstre og overføring.
Mens senere fysikere foretrakk en rent bølgelignende forklaring på lys for å redegjøre for interferensmønsteret og det generelle fenomenet diffraksjon, skyldte funnene deres mye til Newtons teorier. Mye det samme gjelder dagens kvantemekanikk, fotoner og ideen om bølgepartikkel-dualitet, som bare tilsvarer Newtons lysforståelse.
Selv om både han og Leibniz er kreditert for å ha utviklet kalkulus uavhengig, ble begge mennene involvert i en kontrovers om hvem som oppdaget den først. Selv om Newtons arbeid med å utvikle moderne kalkulus begynte på 1660-tallet, var han motvillig til å publisere den, fryktet kontrovers og kritikk. Som sådan publiserte Newton ikke noe før i 1693 og ga ikke en fullstendig redegjørelse for sitt arbeid før i 1704, mens Leibniz begynte å publisere en fullstendig redegjørelse for sine metoder i 1684.
Imidlertid arbeidet Newton tidligere innen mekanikk og astronomi omfattende bruk av kalkulus i geometrisk form. Dette inkluderer metoder som involverer ”en eller flere ordrer fra de uendelig små” i hans arbeid fra 1684, De motu corporum in gyrum (“På bevegelsen av kropper i bane ”), og i bok I av Principia, som han omtalte som "metoden for første og siste forholdstall".
Universell gravitasjon:
I 1678 fikk Newton et fullstendig nervøst sammenbrudd, mest sannsynlig på grunn av overarbeid og en pågående feide med stipendiat Royal Society-medlem Robert Hooke (se nedenfor). Dødsfallet til moren hans et år senere fikk ham til å bli stadig mer isolert, og i seks år trakk han seg fra korrespondanse med andre forskere, bortsett fra der de tok initiativ til det.
I løpet av denne tidsperioden fornyet Newton interessen for mekanikk og astronomi. Ironisk nok var det takket være en kort brevveksling i 1679 og 1680 med Robert Hooke som ville føre ham til å oppnå sine største vitenskapelige prestasjoner. Hans oppvåkning skyldtes også utseendet til en komet vinteren 1680–1681, som han korresponderte med John Flamsteed - Englands astronom Royal.
Deretter begynte Newton å vurdere gravitasjon og dens virkning på banene i planetene, spesielt med henvisning til Keplers lover om planetbevegelse. Etter utvekslingen med Hooke, utarbeidet han bevis for at den elliptiske formen av planetariske baner ville være resultatet av en centripetal kraft omvendt proporsjonal med kvadratet til radiusvektoren.
Newton formidlet resultatene sine til Edmond Halley (oppdager av "Haleys komet") og til Royal Society i hans De motu corporum in gyrum. Denne kanalen, utgitt i 1684, inneholdt frøet som Newton ville utvide til å danne sin magnum opus, the Principia. Denne avhandlingen, som ble publisert i juli 1687, inneholdt Newtons tre bevegelseslover. Disse lovene uttalte at:
- Når det sees i en treghetsreferanseramme, forblir et objekt enten i ro eller fortsetter å bevege seg med konstant hastighet, med mindre det utøves av en ytre kraft.
- Vektorsummen av de ytre kreftene (F) på et objekt er lik massen (m) av det objektet multiplisert med akselerasjonsvektoren (a) til objektet. I matematisk form uttrykkes dette som: F =men
- Når det ene legemet utøver en kraft på et andre legeme, utøver det andre legemet samtidig en styrke som er lik størrelse og motsatt i retning på det første legemet.
Sammen beskrev disse lovene forholdet mellom ethvert objekt, kreftene som virker på den og den resulterende bevegelsen, og la grunnlaget for klassisk mekanikk. Lovene ga også Newton muligheten til å beregne massen til hver planet, beregne flatingen av jorden ved polene og bula ved ekvator, og hvordan tyngdekraften fra Solen og Månen skaper Jordens tidevann.
I det samme arbeidet presenterte Newton en kalkuluslignende metode for geometrisk analyse ved bruk av 'første og siste forhold', og arbeidet ut lydhastigheten i luften (basert på Boyle's Law), og redegjorde for forhåndsvisningen av equinoxes (som han viste var et resultat av Månens gravitasjonsattraksjon til Jorden), startet gravitasjonsstudie av ujevnhetene i månens bevegelse, ga en teori for bestemmelse av kometenes baner, og mye mer.
Dette volumet vil ha en dyp effekt på vitenskapene, og dens prinsipper forblir kanon i de påfølgende 200 årene. Den informerte også om begrepet universell gravitasjon, som ble bærebjelken i moderne astronomi, og ikke ville bli revidert før på 1900-tallet - med oppdagelsen av kvantemekanikk og Einsteins teori om generell relativitet.
Newton og "Apple-hendelsen":
Historien om Newton som kommer med sin teori om universell gravitasjon som et resultat av at et eple falt på hodet hans har blitt et grunnleggende element i populærkulturen. Og mens det ofte har blitt hevdet at historien er apokryf, og Newton ikke utviklet teorien hans på et eneste øyeblikk, fortalte Newton selv historien mange ganger og hevdet at hendelsen hadde inspirert ham.
I tillegg har skriftene til William Stukeley - en engelsk geistlig, antikvarisk og medmedlem i Royal Society - bekreftet historien. Men heller enn den komiske framstillingen av eplet som slår Netwon på hodet, beskrev Stukeley i hans Erindringer om Sir Isaac Newtons liv (1752) en samtale der Newton beskrev å gruble over tyngdekraften mens han så et eple falle.
“... vi gikk inn i hagen og drakk te i skyggen av noen appletrees; bare han og meg selv. midt i en annen diskurs, fortalte han meg, var han akkurat i samme situasjon, som da tidligere gravitasjonsbegrepet kom inn i tankene hans. "Hvorfor skulle det eplet alltid stige vinkelrett på bakken," tenkte han til seg selv; anledningen til høsten av et eple ... ”
John Conduitt, Newtons assistent ved Royal Mint (som til slutt giftet seg med niese), beskrev også å høre historien i sin egen beretning om Newtons liv. Ifølge Conduitt skjedde hendelsen i 1666 da Newton reiste for å møte sin mor i Lincolnshire. Mens han slynget seg i hagen, vurderte han hvordan tyngdekraftens innflytelse strekker seg langt utenfor Jorden, og var ansvarlig for fallet av eple så vel som Månens bane.
Tilsvarende skrev Voltaire n hans Essay on Epic Poetry (1727) at Newton først hadde tenkt på gravitasjonssystemet mens han gikk i hagen sin og så et eple falle fra et tre. Dette er i samsvar med Newtons notater fra 1660-tallet, som viser at han kjempet med ideen om hvordan bakkenes tyngdekraft strekker seg, i en omvendt kvadratisk proporsjon, til Månen.
Det vil imidlertid ta ham to tiår til å utvikle teoriene sine fullt ut til det punktet at han var i stand til å tilby matematiske bevis, som demonstrert i Principia. Når dette var fullført, avledet han at den samme styrken som får en gjenstand til å falle til bakken, var ansvarlig for andre banebaner. Derfor kalte han det "universell gravitasjon".
Ulike trær hevdes å være ”epletreet” som Newton beskriver. King's School, Grantham, hevder at skolen deres kjøpte det originale treet, rykket ut og transporterte det til rektorhagen noen år senere. National Trust, som holder Woolsthorpe Manor (hvor Newton vokste opp) i tillit, hevder imidlertid at treet fremdeles holder seg i hagen deres. En etterkommer av det opprinnelige treet kan sees vokse utenfor hovedporten til Trinity College, Cambridge, nedenfor rommet Newton bodde i da han studerte der.
Feud med Robert Hooke:
Med Principia, Newton ble internasjonalt anerkjent og skaffet seg en sirkel av beundrere. Det førte også til en feide med Robert Hooke, som han hadde et urolig forhold med tidligere. Med publiseringen av sine teorier om farge og lys i 1671/72, kritiserte Hooke Newton på en ganske nedlatende måte og hevdet at lys var sammensatt av bølger og ikke farger.
Mens andre filosofer var kritiske til Newtons idé, var det Hooke (et medlem av Royal Society som hadde utført omfattende arbeid innen optikk) som stakk Newton som verst. Dette førte til det urimelige forholdet mellom de to mennene, og til at Newton nærmest gikk ut av Royal Society. Imidlertid overbeviste kollegaenes inngripen ham om å fortsette og saken til slutt døde.
Imidlertid med publiseringen av Principia, saken kom igjen på hodet, med Hooke som anklaget Newton for plagiering. Årsaken til siktelsen hadde å gjøre med det faktum at Hooke tidligere i 1684 hadde kommet med kommentarer til Edmond Halley og Christopher Wren (også medlemmer av Royal Society) om ellipser og lovene om planetbevegelse. Den gangen ga han imidlertid ikke et matematisk bevis.
Likevel hevdet Hooke at han hadde oppdaget teorien om inverse torg og at Newton hadde stjålet arbeidet hans. Andre medlemmer av Royal Society mente siktelsen var grunnløs, og krevde at Hooke løslater de matematiske bevisene for å underbygge denne påstanden. I mellomtiden fjernet Newton all henvisning til Hooke i notatene sine og truet med å trekke tilbake Principia fra påfølgende publisering helt.
Edmund Halley, som var en venn av både Newton og Hooke, prøvde å få fred mellom de to. Med tiden kunne han overbevise Newton om å sette inn en felles erkjennelse av Hookes arbeid i sin diskusjon om loven om omvendte torg. Dette gjorde imidlertid ikke plass til Hooke, som opprettholdt hans anklager om plagiering.
Etter hvert som tiden gikk, fortsatte Newtons berømmelse å vokse mens Hooke fortsatte å avta. Dette førte til at Hooke ble stadig mer forvitret og mer beskyttende for det han så på som sitt arbeid, og han sparte ingen mulighet til å vippe ut på sin rival. Feiden ble til slutt slutt i 1703, da Hooke døde og Newton etterfulgte ham som president i Royal Society.
Andre prestasjoner:
I tillegg til arbeidet med astronomi, optikk, mekanikk, fysikk og alkymi, hadde Newton også en stor interesse for religion og Bibelen. I løpet av 1690-årene skrev han flere religiøse strekninger som tok for seg bokstavelige og symbolske tolkninger av Bibelen. For eksempel spurte hans traktat om Den hellige treenighet - sendt til den berømte politiske filosofen og sosialteoretikeren John Locke og upublisert til 1785 - sannheten i 1. Johannes 5: 7, beskrivelsen som Den hellige treenighet er basert på.
Senere religiøse verker - som De gamle kongedømmers kronologi ble endret (1728) og Observasjoner ved profetiene til Daniel og apokalypsen til Johannes (1733) - forble også upublisert før etter hans død. I Kingdoms, han beskjeftiget seg med kronologien til forskjellige eldgamle riker - grekernes første tider, gamle egyptere, babylonere, medere og persere - og ga en beskrivelse av Salomos tempel.
I profetier, han adresserte Apokalypsen, slik det er forutsagt i Daniel bok og Revelations, og uttrykte sin tro på at det ville finne sted i 2060 e.Kr. (selv om andre mulige datoer inkluderte 2034 e.Kr.). I sin tekstkritikk med tittelen En historisk beretning om to bemerkelsesverdige korrupsjoner i Skriften (1754) plasserte han korsfestelsen av Jesus Kristus 3. april 33 e.Kr., som stemmer overens med en tradisjonelt akseptert dato.
I 1696 flyttet han til London for å overta stillingen som vaktsjef for Royal Mint, hvor han tok ansvaret for Englands store recoining. Newton ville forbli i dette innlegget i 30 år, og var kanskje den mest kjente mesteren. Så alvorlig var hans engasjement for rollen at han trakk seg tilbake fra Cambridge i 1701 for å føre tilsyn med reformen av Englands valuta og straff for forfalskere.
Som Warden, og etterpå Master, av Royal Mint, estimerte Newton at 20 prosent av myntene som ble tatt inn under den store gjenopptakelsen av 1696 var forfalsket. Gjennom å utføre mange etterforskninger personlig reiste Newton til tavernaer og barer i forkledning for å samle bevis, og gjennomførte mer enn 100 kryssundersøkelser av vitner, informanter og mistenkte - noe som førte til vellykket påtale for 28 forfalskede myntere.
Newton var medlem av parlamentet i England for Cambridge University i 1689–90 og 1701–2. I tillegg til å være president i Royal Society i 1703, var han tilknyttet den franske Académie des Sciences. I april 1705 riddet dronning Anne Newton under et kongelig besøk på Trinity College, Cambridge, noe som gjorde ham til den andre forskeren som ble riddet (etter Sir Francis Bacon).
Død og arv:
Mot slutten av livet tok han seg til i Cranbury Park nær Winchester sammen med sin niese og ektemannen, hvor han skulle bo til sin død. På dette tidspunktet var Newton blitt en av de mest berømte mennene i Europa, og hans vitenskapelige oppdagelser var uimotsagt. Han hadde også blitt velstående, og investerte sin betydelige inntekt med omhu og tildelt betydelige gaver til veldedighet.
Samtidig begynte Newtons fysiske og mentale helse å avta. Da han fylte 80 år begynte han å oppleve fordøyelsesproblemer og måtte endre kostholdet og livsstilen sin drastisk. Familien og vennene hans begynte også å bekymre seg for hans mentale stabilitet, da hans oppførsel ble stadig mer uberegnelig.
I 1727 opplevde Newton sterke smerter i magen og mistet bevisstheten. Han døde i søvne dagen etter, 2. mars 1727 (Julian Calendar; eller 31. mars 1727, Gregorian Calendar) i en alder av 84. Han ble gravlagt i graven i Westminster Abbey. Og som ungkar hadde han solgt mye av boet sitt til slektninger og veldedige organisasjoner i løpet av sine siste år.
Etter hans død ble Newtons hår undersøkt og funnet å inneholde kvikksølv, sannsynligvis som et resultat av hans alkymiske forfølgelser. Kvikksølvforgiftning er blitt sitert som en årsak til Newtons eksentrisitet i senere liv, så vel som nervøs sammenbrudd han opplevde i 1693. Isaac Newtons berømmelse vokste seg enda mer etter hans død, ettersom mange av hans samtidige erklærte ham for å være det største geniet som noensinne levde.
Disse påstandene var ikke uten fortrinn, ettersom hans bevegelseslover og teori om universell gravitasjon var uten sidestykke i hans tid. I tillegg til å kunne bringe banene, månen og til og med kometer i et sammenhengende og forutsigbart system, oppfant han også moderne kalkulus, revolusjonerte vår forståelse av lys og optikk og etablerte vitenskapelige prinsipper som vil være i bruk for følgende 200 år.
Med tiden ville mye av det Newton talte om være bevist, takket være Albert Einstein. Med sin generelle relativitetsteori skulle Einstein bevise at tid, avstand og bevegelse ikke var absolutte, men avhengige av observatøren. Dermed veltet han et av de grunnleggende forutsetningene for universell gravitasjon. Likevel var Einstein en av Newtons største beundrere og erkjente en stor gjeld til forgjengeren.
I tillegg til å kalle Newton for en "skinnende ånd" (i en samtalebeskrivelse levert i 1927 på 200-årsjubileet for Newtons død), bemerket Einstein også at "Naturen for ham var en åpen bok, hvis brev han kunne lese uten anstrengelse." På studieveggen sies Albert Einstein å ha beholdt et bilde av Newton, sammen med bilder av Michael Faraday og James Clerk Maxwell.
En undersøkelse av Britain's Royal Society ble også gjennomført i 2005, der medlemmene ble spurt om hvem som hadde større effekt på vitenskapens historie: Newton eller Einstein. Flertallet av Royal Society sine medlemmer var enige om at Newton samlet sett hadde større innvirkning på vitenskapene. Andre meningsmålinger de siste tiårene har gitt lignende resultater, med Einstein og Newton som kjemper om førsteplass og andreplass.
Det er ikke lett å leve i en av de mest lykkebringende tidene i historien. Dessuten er det ikke lett midt i alt det å bli velsignet med en innsikt som vil føre en til å komme med ideer som vil revolusjonere vitenskapene og for alltid endre historiens gang. Men gjennom det hele, opprettholdt Newton en ydmyk holdning, og oppsummerte prestasjonene sine best med de berømte ordene: “Hvis jeg har sett videre, er det ved å stå på gigantenes skuldre.“
Vi har skrevet mange artikler om Isaac Newton for Space Magazine. Her er en artikkel om hva Isaac Newton oppdaget, og her er en artikkel om oppfinnelsene til Isaac Newton.
Astronomy Cast har også en fantastisk episode, med tittelen Episode 275: Isaac Newton
For mer informasjon, sjekk ut denne artikkelen fra Galileo Society på Isaac Newton og den ideelle organisasjonen kjent som The Newton Project.
Vi har også spilt inn en hel episode av Astronomy Cast om Gravity. Hør her, Episode 102: Gravity.
