CINE A FOST ISAAC NEWTON?
Sir Isaac Newton a fost un fizician, matematician, astronom, alchimist, teolog și scriitor englez (descris în epocă drept "filosof natural"). A fost o figură-cheie în revoluția filosofică cunoscută sub numele de Iluminism. Cartea sa Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principiile matematice ale filosofiei naturale), publicată pentru prima dată în 1687, a stabilit mecanica clasică. Newton a adus, de asemenea, contribuții fundamentale în domeniul opticii și are merite comune cu matematicianul german Gottfried Wilhelm Leibniz pentru dezvoltarea calculului infinitezimal.
În Principia, Newton a formulat legile mișcării și ale gravitației universale, care au format punctul de vedere științific dominant timp de secole, până când a fost înlocuit de teoria relativității. Newton și-a folosit descrierea matematică a gravitației pentru a deriva legile lui Kepler privind mișcarea planetelor, pentru a explica mareele, traiectoriile cometelor, precesia echinocțiilor și alte fenomene, eliminând îndoielile privind heliocentricitatea sistemului solar. El a demonstrat că mișcarea obiectelor de pe Pământ și a corpurilor cerești poate fi explicată prin aceleași principii. Concluzia lui Newton conform căreia Pământul este un sferoid oblic a fost confirmată ulterior de măsurătorile geodezice ale lui Maupertuis, La Condamine și ale altora, convingând majoritatea oamenilor de știință europeni de superioritatea mecanicii newtoniene față de sistemele anterioare.
Newton a construit primul telescop reflectorizant practic și a dezvoltat o teorie sofisticată a culorii, bazată pe observația că o prismă separă lumina albă în culorile spectrului vizibil. Lucrările sale despre lumină au fost adunate în cartea sa extrem de influentă Opticks, publicată în 1704. De asemenea, a formulat o lege empirică a răcirii, a efectuat primul calcul teoretic al vitezei sunetului și a introdus noțiunea de fluid newtonian. Pe lângă activitatea sa în domeniul calculului, ca matematician, Newton a contribuit la studiul seriilor de puteri, a generalizat teorema binomială la exponenți neintegrali, a dezvoltat o metodă de aproximare a rădăcinilor unei funcții și a clasificat majoritatea curbelor plane cubice.
Newton a fost membru al Trinity College și al doilea profesor Lucasian de matematică la Universitatea din Cambridge. A fost un creștin devotat, dar neortodox, care a respins în particular doctrina Trinității. A refuzat să primească ordinele sfinte în Biserica Angliei, spre deosebire de majoritatea membrilor facultății Cambridge din acea vreme. Dincolo de activitatea sa în domeniul științelor matematice, Newton și-a dedicat o mare parte din timp studiului alchimiei și cronologiei biblice, însă cea mai mare parte a lucrărilor sale în aceste domenii au rămas nepublicate mult timp după moartea sa. Legat din punct de vedere politic și personal de partidul Whig, Newton a îndeplinit două scurte mandate de membru al Parlamentului pentru Universitatea din Cambridge, în 1689-1690 și 1701-1702. A fost făcut cavaler de către regina Ana în 1705 și și-a petrecut ultimele trei decenii din viață la Londra, ocupând funcțiile de director (1696-1699) și maestru (1699-1727) al Monetăriei Regale, precum și de președinte al Societății Regale (1703-1727).
CUPRINS
NAȘTEREA ȘI FAMILIA
Isaac Newton s-a născut (conform calendarului iulian în vigoare în Anglia la acea vreme) în ziua de Crăciun, 25 decembrie 1642 (NS 4 ianuarie 1643), "la o oră sau două după miezul nopții", la conacul Woolsthorpe Manor din Woolsthorpe-by-Colsterworth, un cătun din comitatul Lincolnshire. Tatăl său, numit și el Isaac Newton, murise cu trei luni înainte. Născut prematur, Newton a fost un copil mic; mama sa, Hannah Ayscough, ar fi spus că ar fi încăput într-o cană de un sfert de litru.
Când Newton avea trei ani, mama sa s-a recăsătorit și a plecat să locuiască cu noul ei soț, reverendul Barnabas Smith, lăsându-și fiul în grija bunicii sale materne, Margery Ayscough (născută Blythe). Lui Newton nu-i plăcea tatăl său vitreg și a păstrat o oarecare dușmănie față de mama sa pentru că s-a căsătorit cu el, după cum reiese din această mențiune dintr-o listă a păcatelor comise până la vârsta de 19 ani: "Amenințându-i pe tatăl meu și pe mama Smith că le va da foc și casei peste ei." Mama lui Newton a avut trei copii (Mary, Benjamin și Hannah) din a doua căsătorie.
COPILĂRIA ȘI EDUCAȚIA
The King's School
De la vârsta de aproximativ doisprezece ani și până la șaptesprezece, Newton a fost educat la The King's School din Grantham, unde se predau latina și greaca veche și probabil că a primit o bază semnificativă de matematică. A fost scos de la școală și s-a întors la Woolsthorpe-by-Colsterworth în octombrie 1659. Mama sa, văduvă pentru a doua oară, a încercat să îl facă fermier, ocupație pe care o detesta. Henry Stokes, maestru la The King's School, a convins-o pe mama sa să îl trimită înapoi la școală. Motivat în parte de dorința de răzbunare împotriva unui bătăuș din curtea școlii, a devenit elevul cel mai bine clasat, distingându-se în principal prin construirea de cadrane solare și machete de mori de vânt.
Universitatea Cambridge
În iunie 1661, Newton a fost admis la Trinity College din cadrul Universității din Cambridge. Unchiul său, reverendul William Ayscough, care studiase la Cambridge, l-a recomandat la universitate. La Cambridge, Newton a început ca student subvenționat, plătindu-și drumul îndeplinind sarcini de valet până când a primit o bursă în 1664, care i-a acoperit costurile universitare pentru încă patru ani, până la finalizarea masteratului. La acea vreme, învățăturile de la Cambridge se bazau pe cele ale lui Aristotel , pe care Newton l-a citit împreună cu filosofi mai moderni de atunci, inclusiv René Descartes și astronomi precum Galileo Galilei și Thomas Street. El a consemnat în caietul său o serie de "Quaestiones" despre filosofia mecanică așa cum o găsea el. În 1665, a descoperit teorema binomială generalizată și a început să dezvolte o teorie matematică care a devenit mai târziu Calcul infinitezimal (Calculus). La scurt timp după ce Newton a obținut diploma de licență la Cambridge, în august 1665, universitatea s-a închis temporar ca măsură de precauție împotriva Marii Ciume. Deși nu s-a remarcat ca student la Cambridge, în următorii doi ani, Newton a studiat în particular la casa sa din Woolsthorpe, unde a dezvoltat teoriile sale despre Calculus, optică și legea gravitației.
În aprilie 1667, Newton s-a întors la Universitatea din Cambridge, iar în octombrie a fost ales ca membru al Trinity. Membrii erau obligați să fie hirotoniți preoți, deși acest lucru nu a fost impus în anii de restaurație și era suficientă o afirmație de conformitate cu Biserica Angliei. Cu toate acestea, până în 1675, problema nu a putut fi evitată, iar până atunci opiniile sale neconvenționale stăteau în cale. Cu toate acestea, Newton a reușit să o evite prin intermediul unei permisiuni speciale din partea lui Carol al II-lea.
Munca sa academică l-a impresionat pe profesorul Lucasian Isaac Barrow, care era nerăbdător să își dezvolte propriul potențial religios și administrativ (a devenit maestru al Trinity College doi ani mai târziu); în 1669, Newton i-a succedat, la numai un an după ce a primit diploma de masterat.
În anul 1668 Newton se gândea la un telescop care a fost făcut în acest an (după alte surse 1670), ceea ce l-a adus la cunoştinţa comunităţii ştiinţifice. A construit cel dintâi "telescop cu reflexie", care a stârnit mare vâlvă şi pentru care a fost ales membru al Societăţii Regale din Londra (1672). Acest telescop folosea o oglindă concavă ca o farfurie pentru a obţine o imagine mai clară, imaginea rezultată fiind privită printr-un vizor aflat pe o parte a ţevii telescopului.
LUCRĂRI ȘTIINȚIFICE
Calcul infinitezimal (Calculus)
S-a spus despre munca lui Newton că "a făcut să avanseze în mod distinct fiecare ramură a matematicii studiată atunci". Lucrarea sa pe această temă, denumită de obicei Calculus, văzută într-un manuscris din octombrie 1666, este acum publicată printre lucrările matematice ale lui Newton. Lucrarea sa De analysi per aequationes numero terminorum infinitas, trimisă de Isaac Barrow lui John Collins în iunie 1669, a fost identificată de Barrow într-o scrisoare trimisă lui Collins în luna august a aceluiași an ca fiind opera "unui geniu și a unei competențe extraordinare în aceste lucruri".
Newton a fost implicat mai târziu într-o dispută cu Leibniz cu privire la prioritatea în dezvoltarea Calculus (controversa Leibniz-Newton calculus). Majoritatea istoricilor moderni consideră că Newton și Leibniz au dezvoltat Calculus independent, deși cu notații matematice foarte diferite. Ocazional, s-a sugerat că Newton nu a publicat aproape nimic despre acesta până în 1693 și nu a făcut o prezentare completă până în 1704, în timp ce Leibniz a început să publice o prezentare completă a metodelor sale în 1684. Notația lui Leibniz și "Metoda diferențială", recunoscută în prezent ca fiind mult mai convenabilă, au fost adoptate de matematicienii din Europa continentală, iar după aproximativ 1820, și de matematicienii britanici.
Lucrările sale folosesc pe larg Calculus în formă geometrică bazat pe valori limită ale rapoartelor unor cantități extrem de mici: în Principia însăși, Newton a dat o demonstrație în acest sens sub numele de "metoda primelor și ultimelor rapoarte" și a explicat de ce și-a pus expunerile sub această formă, remarcând de asemenea că "prin aceasta se realizează același lucru ca prin metoda indivizibililor".
Din această cauză, în epoca modernă, Principia a fost numită "o carte densă cu teoria și aplicarea calculului infinitezimal", iar în vremea lui Newton "aproape toată cartea este din acest calcul". Utilizarea de către el a metodelor care implică "unul sau mai multe ordine ale infinitezimalului mic" este prezentă în De motu corporum in gyrum din 1684 și în lucrările sale despre mișcare "în cele două decenii care au precedat 1684".
Newton a fost reticent în a-și publica calculul, deoarece se temea de controverse și critici. Era un apropiat al matematicianului elvețian Nicolas Fatio de Duillier. În 1691, Duillier a început să scrie o nouă versiune a Principia lui Newton și a corespondat cu Leibniz. În 1693, relația dintre Duillier și Newton s-a deteriorat, iar cartea nu a fost niciodată finalizată.
Începând din 1699, alți membri ai Societății Regale l-au acuzat pe Leibniz de plagiat. Disputa a izbucnit apoi în forță în 1711, când Societatea Regală a proclamat într-un studiu că Newton este adevăratul descoperitor și l-a catalogat pe Leibniz drept un impostor; ulterior s-a descoperit că Newton a scris observațiile finale ale studiului despre Leibniz. Astfel a început o controversă acerbă care a marcat viețile atât a lui Newton, cât și a lui Leibniz până la moartea acestuia din urmă în 1716.
Lui Newton i se atribuie în general teorema binomială generalizată, valabilă pentru orice exponent. El a descoperit identitățile lui Newton, metoda lui Newton, a clasificat curbele plane cubice (polinoame de gradul trei în două variabile), a adus contribuții substanțiale la teoria diferențelor finite și a fost primul care a folosit indici fracționari și a utilizat geometria coordonatelor pentru a obține soluții la ecuațiile diofantine. El a aproximat sumele parțiale ale seriilor armonice prin logaritmi (un precursor al formulei de sumare a lui Euler) și a fost primul care a utilizat cu încredere seriile de puteri și a inversat seriile de puteri. Lucrările lui Newton asupra seriilor infinite au fost inspirate de zecimalele lui Simon Stevin.
Opticks
În 1666, Newton a observat că spectrul de culori care iese dintr-o prismă în poziția de deviație minimă este alungit, chiar și atunci când raza de lumină care intră în prismă este circulară, ceea ce înseamnă că prismele refractează culori diferite prin unghiuri diferite, ceea ce l-a determinat să concluzioneze că culoarea este o proprietate intrinsecă a luminii - un aspect care, până atunci, fusese subiect de dezbatere.
Din 1670 până în 1672, Newton a ținut prelegeri despre optică. În această perioadă, el a investigat refracția luminii, demonstrând că imaginea multicoloră produsă de o prismă, pe care a numit-o spectru, poate fi recompusă în lumină albă cu ajutorul unei lentile și al unei a doua prisme. Cercetătorii moderni au arătat că analiza și resinteza luminii albe a lui Newton are o datorie față de alchimia corpusculară.
El a demonstrat că lumina colorată nu își schimbă proprietățile separând un fascicul colorat și luminând diverse obiecte și că, indiferent dacă este reflectată, împrăștiată sau transmisă, lumina rămâne de aceeași culoare. Astfel, el a observat că culoarea este rezultatul interacțiunii obiectelor cu lumina deja colorată, mai degrabă decât al obiectelor care generează ele însele culoarea. Acest lucru este cunoscut sub numele de teoria culorii a lui Newton.
În urma acestei lucrări, el a ajuns la concluzia că lentila oricărui telescop refractant ar suferi din cauza dispersiei luminii în culori (aberație cromatică). Ca o dovadă a conceptului, a construit un telescop care folosea oglinzi reflectorizante în loc de lentile ca obiectiv pentru a ocoli această problemă. Construirea acestui proiect, primul telescop reflectorizant funcțional cunoscut, cunoscut astăzi sub numele de telescop newtonian, a implicat rezolvarea problemei unui material adecvat pentru oglinzi și a tehnicii de modelare. Newton și-a șlefuit propriile oglinzi dintr-o compoziție personalizată din metal foarte reflectorizant, folosind inelele lui Newton pentru a judeca calitatea opticii pentru telescoapele sale.
La sfârșitul anului 1668, Newton a reușit să producă acest prim telescop reflectorizant. Acesta avea o lungime de aproximativ 20 cm și oferea o imagine mai clară și mai mare. În 1671, Societatea Regală a cerut o demonstrație a telescopului său reflector. Interesul lor l-a încurajat să publice notele sale, Of Colours, pe care le-a extins mai târziu în lucrarea Opticks. Când Robert Hooke a criticat unele dintre ideile lui Newton, Newton s-a simțit atât de ofensat încât s-a retras din dezbaterile publice. Newton și Hooke au avut scurte schimburi de replici în 1679-80, când Hooke, desemnat să gestioneze corespondența Societății Regale, a deschis o corespondență menită să obțină contribuții din partea lui Newton la tranzacțiile Societății Regale, ceea ce a avut ca efect stimularea lui Newton să elaboreze o dovadă că forma eliptică a orbitelor planetare ar rezulta dintr-o forță centripetă invers proporțională cu pătratul vectorului rază. Dar cei doi bărbați au rămas în general în relații proaste până la moartea lui Hooke.
În 1704, Newton a publicat Opticks, în care și-a expus teoria corpusculară a luminii. El a considerat că lumina este alcătuită din corpusculi extrem de subtili, că materia obișnuită este alcătuită din corpusculi mai grosieri și a speculat că printr-un fel de transmutare alchimică "Nu sunt Corpurile grosiere și Lumina convertibile una în alta, ... și nu pot Corpurile să primească o mare parte din activitatea lor de la Particulele de Lumină care intră în compoziția lor?". Newton a construit, de asemenea, o formă primitivă a unui generator electrostatic cu fricțiune, folosind un glob de sticlă.
Alchimie
În Ipoteza luminii din 1675, Newton a emis ipoteza existenței eterului pentru a transmite forțele dintre particule. Contactul cu filozoful platonician de la Cambridge Henry More i-a reînviat interesul pentru alchimie. El a înlocuit eterul cu forțe oculte bazate pe ideile hermetice de atracție și repulsie între particule. John Maynard Keynes, care a achiziționat multe dintre scrierile lui Newton despre alchimie, a declarat că "Newton nu a fost primul din epoca rațiunii: el a fost ultimul dintre magicieni." Contribuțiile lui Newton la știință nu pot fi izolate de interesul său pentru alchimie. Aceasta s-a întâmplat într-o perioadă în care nu exista o distincție clară între alchimie și știință, iar dacă nu s-ar fi bazat pe ideea ocultă a acțiunii la distanță, prin vid, poate că nu și-ar fi dezvoltat teoria gravitației.
Gravitație
În 1679, Newton a revenit la lucrările sale de mecanică cerească, analizând gravitația și efectul acesteia asupra orbitelor planetelor, cu referire la legile mișcării planetare ale lui Johannes Kepler. A urmat stimularea printr-un scurt schimb de scrisori în 1679-80 cu Hooke, care fusese desemnat să gestioneze corespondența Societății Regale și care a deschis o corespondență menită să obțină contribuții din partea lui Newton la tranzacțiile Societății Regale. Revigorarea interesului lui Newton pentru chestiuni astronomice a fost stimulată și mai mult de apariția unei comete în iarna 1680-1681, despre care a corespondat cu John Flamsteed. După schimburile cu Hooke, Newton a elaborat o dovadă că forma eliptică a orbitelor planetare ar rezulta dintr-o forță centripetă invers proporțională cu pătratul vectorului rază. Newton a comunicat rezultatele sale lui Edmond Halley și Societății Regale în De motu corporum in gyrum, un tratat scris pe aproximativ nouă foi, care a fost copiat în Registrul Societății Regale în decembrie 1684. Acest tratat conținea nucleul pe care Newton l-a dezvoltat și extins pentru a forma Principia.
Principia a fost publicată la 5 iulie 1687 cu încurajarea și ajutorul financiar al lui Halley. În această lucrare, Newton a enunțat cele trei legi universale ale mișcării. Împreună, aceste legi descriu relația dintre orice obiect, forțele care acționează asupra acestuia și mișcarea rezultată, punând bazele mecanicii clasice. Ele au contribuit la multe progrese în timpul Revoluției industriale care a urmat în scurt timp și nu au mai fost îmbunătățite timp de peste 200 de ani. Multe dintre aceste progrese continuă să stea la baza tehnologiilor nerelativiste din lumea modernă. El a folosit cuvântul latin gravitas (greutate) pentru efectul care avea să devină cunoscut sub numele de gravitație și a definit legea gravitației universale.
În aceeași lucrare, Newton a prezentat o metodă de analiză geometrică asemănătoare Calulus, folosind "primul și ultimul raport", a dat prima determinare analitică (bazată pe legea lui Robert Boyle) a vitezei sunetului în aer, a dedus oblicitatea figurii sferoidale a Pământului, a explicat precesia echinocțiilor ca rezultat al atracției gravitaționale a Lunii asupra oblicității Pământului, a inițiat studiul gravitațional al neregularităților din mișcarea Lunii, a oferit o teorie pentru determinarea orbitelor cometelor și multe altele. Biograful lui Newton, David Brewster, a relatat că complexitatea aplicării teoriei sale despre gravitație la mișcarea Lunii a fost atât de mare încât i-a afectat sănătatea lui Newton: "el a fost lipsit de apetit și de somn" în timpul lucrului său la această problemă în 1692-1693, și i-a spus astronomului John Machin că "nu l-a durut niciodată capul decât atunci când studia acest subiect". Potrivit lui Brewster, Edmund Halley i-a spus, de asemenea, lui John Conduitt că, atunci când a fost presat să își finalizeze analiza, Newton "a răspuns întotdeauna că îl durea capul și îl ținea treaz atât de des, încât nu se mai gândea la ea".
Newton și-a precizat viziunea heliocentrică asupra sistemului solar - dezvoltată într-un mod oarecum modern, deoarece încă de la mijlocul anilor 1680 a recunoscut "deviația Soarelui" de la centrul de greutate al sistemului solar. Pentru Newton, nu tocmai centrul Soarelui sau al oricărui alt corp putea fi considerat în repaus, ci mai degrabă "centrul comun de gravitație al Pământului, Soarelui și al tuturor planetelor trebuie să fie considerat centrul lumii", iar acest centru de gravitație "fie este în repaus, fie se mișcă uniform înainte pe o linie dreaptă" (Newton a adoptat varianta "în repaus" având în vedere că era de comun acord că centrul, oriunde s-ar fi aflat, era în repaus).
Postulatul lui Newton al unei forțe invizibile capabile să acționeze la distanțe mari i-a atras criticile pentru că ar fi introdus "agenții oculte" în știință. Mai târziu, în cea de-a doua ediție a Principia (1713), Newton a respins cu fermitate astfel de critici într-un Scholium General de încheiere, scriind că era suficient ca fenomenele să implice o atracție gravitațională, așa cum au făcut-o; dar ele nu indicau până acum cauza acesteia, și era atât inutil cât și nepotrivit să se formuleze ipoteze despre lucruri care nu erau implicate de fenomene. (Aici Newton a folosit ceea ce a devenit celebra sa expresie "hypotheses non-fingo").
Odată cu Principia, Newton a devenit recunoscut pe plan internațional și a dobândit un cerc de admiratori, printre care se numără și matematicianul de origine elvețiană Nicolas Fatio de Duillier.
În 1710, Newton a găsit 72 dintre cele 78 de "specii" de curbe cubice și le-a clasificat în patru tipuri. În 1717, și probabil cu ajutorul lui Newton, James Stirling (matematician) a demonstrat că fiecare cubică este una dintre aceste patru tipuri. Newton a mai afirmat că cele patru tipuri pot fi obținute prin proiecție plană de la unul dintre ele, iar acest lucru a fost demonstrat în 1731, la patru ani după moartea sa.
FUNCȚII ȘI TITLURI
Când Newton și-a primit diploma de masterat și a devenit membru al "Colegiului Sfintei și nedespărțitei Treimi" în 1667, el și-a luat angajamentul că "fie voi stabili Teologia ca obiect al studiilor mele și voi lua ordinele sfinte când va sosi timpul prevăzut de aceste statute [7 ani], fie voi demisiona din colegiu." Până în acest moment nu se gândise prea mult la religie și semnase de două ori acordul său cu cele treizeci și nouă de articole, baza doctrinei Bisericii Angliei.
A fost numit profesor Lucasian de matematică în 1669, la recomandarea lui Barrow. În acea perioadă, orice membru al unui colegiu de la Cambridge sau Oxford trebuia să primească ordinul sacru și să devină preot anglican hirotonit. Cu toate acestea, termenii catedrei Lucasian cereau ca titularul să nu fie activ în biserică - probabil, [cuvinte de complezență] pentru a avea mai mult timp pentru știință. Newton a argumentat că acest lucru ar trebui să-l scutească de cerința de hirotonire, iar Carol al II-lea, a cărui permisiune era necesară, a acceptat acest argument; astfel, a fost evitat un conflict între opiniile religioase ale lui Newton și ortodoxia anglicană.
În anul 1689 Newton a fost ales membru al parlamentului pentru Universitatea Cambridge (1689-1690 şi 1701-1702), iar 1696 a fost numit director al Monetăriei Regale, stabilindu-se în Londra. El a luat atribuţiile sale la monetărie foarte în serios, lansând o campanie împotriva corupţiei şi ineficienţei în cadrul organizaţiei.
În 1703 a fost ales preşedinte al Royal Society, birou ce l-a deţinut până la moarte.
În anul 1705 a fost înnobilat de către Regina Anna.
MOARTEA LUI NEWTON
Isaac Newton a murit pe 31 martie 1727 şi a fost înmormântat la Westminster Abbey. Newton a fost considerat cel mai mare fizician şi matematician englez, şi cel mai mare om de ştiinţă al epocii sale. Newton a fost un om dificil, predispus la depresie şi, adesea, implicat în argumente amare cu alţi oameni de ştiinţă, dar de la începutul anilor 1700 el a fost figura dominantă în ştiinţa britanică şi europeană.
Savanţii fizicieni au alăturat cele două nume celebre, deşi Albert Einstein a trăit după trei secole de evoluţie ştiinţifică şi tehnică. În sec. XX, legile newtoniene au fost puse sub semnul întrebării. Teoria relativităţii a lui Einstein părea că a nimicit legile care-l consacraseră altădată pe englezul de la Cambrdge. Actualii oameni de ştiinţă, care s-au aplecat asupra celei mai mici dimensiuni, atomul, au considerat că cele trei legi ale dinamici şi legea gravitaţiei newtoniene nu se mai aplică şi la corpurile minuscule care se deplasează aproape cu viteza luminii. Însă pentru Terra, planete, nave spaţiale, corpuri din jurul nostru, legile lui Newton sunt perfect valabile şi astăzi.
