Isaac Newton, Izaak Newton (ur. w Woolsthorpe-by-Colsterworth, zm. w Kensington) – angielski uczony: fizyk, astronom, matematyk, filozof, alchemik, biblista i historyk oraz urzędnik państwowy. Uznawany za jednego z najwybitniejszych i najważniejszych naukowców wszech czasówPrzystanek Nauka UŚ..

Newton zasłynął przede wszystkim jako fizyk – zarówno doświadczalny, teoretyczny, jak i matematyczny. Zajmował się głównie mechaniką, grawitacją i optyką, ale również termodynamiką, geofizyką i badaniami Kosmosu.

Newton to jeden z ojców mechaniki klasycznej i twórca jej kompletnej postaci – jako pierwszy opisał trzy zasady dynamiki, rozwijając wcześniejsze prace Kartezjusza i Galileusza na ten temat. Zapoczątkował opis zjawisk fizycznych przez równania różniczkowe, co jest wyróżnikiem nowożytnej fizyki teoretycznej i stało się standardem w najróżniejszych dziedzinach tej oraz innych nauk. Sformułował też pierwsze zasady zachowania: pędu oraz momentu pędu, choć nie znał jeszcze pojęcia energii mechanicznej. Zajmował się też modelowaniem oporu powietrza, pomiarami prędkości dźwięku w powietrzu, wyjaśnieniem tej wielkości przez gazowe prawo Boyle’a-Mariotte’a, zaobserwował aerodynamiczny efekt Magnusa i wyjaśnił go. Zbudowany przez Newtona paradygmat mechaniki zastąpił wcześniejsze modele Arystotelesa i Kartezjusza i dominował aż do XX wieku, kiedy został poprawiony przez szczególną teorię względności Einsteina. Zasługi Newtona dla mechaniki spowodowały, że na jego cześć jednostkę siły w układzie SI nazwano niutonem (N); mechanika klasyczna (w wersji nierelatywistycznej) bywa nazywana mechaniką Newtona, a płyny dzieli się według właściwości mechanicznych na newtonowskie i nienewtonowskie.

Jedno z największych osiągnięć Newtona to prawo powszechnego ciążenia – czasem nazywane jego nazwiskiem – i zastosowanie go w opisie Układu Słonecznego. Poprawnie przewidział, że te same prawa rządzą ruchem ciał na Ziemi, jak i ruchem ciał niebieskich. Podał matematyczne uzasadnienie dla praw Keplera i rozszerzył je – dowodząc, że orbity (zwłaszcza komet) mogą być nie tylko eliptyczne, ale też hiperboliczne lub paraboliczne. Swój model grawitacji zastosował nie tylko do opisu ciał niebieskich, ale i samej Ziemi – jako pierwszy opisał matematycznie zjawisko pływów morskich i przewidział, że Ziemia jest w przybliżeniu elipsoidą spłaszczoną na biegunach. Analizował też kosmologiczne konsekwencje swojej teorii jak paradoks grawitacyjny. Badania Newtona ukoronowały rewolucję naukową otwartą przez Kopernika i przyczyniły się do powszechnego przyjęcia kopernikańskiego heliocentryzmu. Teoria grawitacji Newtona stała się pierwszą teorią pola, podstawą nowożytnej mechaniki nieba, astrodynamiki i była najdokładniejszym modelem ciążenia aż do czasu ogólnej teorii względności Einsteina. Opus magnum Newtona – Matematyczne zasady filozofii naturalnej (łac. ) uchodzi za jedną z najważniejszych publikacji w dziejach nauki. Newton wyłożył w niej podstawy mechaniki i grawitacji, tworząc spójny system.

W optyce Newton wykonał ważne doświadczenie z dwoma pryzmatami. Udowodnił, że widmo barw obserwowane podczas padania białego światła na pryzmat jest cechą padającego światła, a nie pryzmatu, jak głosił 400 lat wcześniej Roger Bacon. Tym sposobem Newton poprawnie wyjaśnił dyspersję światła i aberrację chromatyczną jako zależność współczynnika załamania od barwy. Odkrycie to pozwoliło później zastosować pryzmat jako spektroskop optyczny. Newton skonstruował też pierwszy teleskop zwierciadlany. Popierał korpuskularną teorię światła – wierzył, że światło składa się z cząstek i bywa uznawany za twórcę tej koncepcji. Zarazem uznawał elementy teorii falowej – spekulował, że cząstkom światła towarzyszą fale wpływające na ich ruch. Swoim błędnym modelem wyjaśniał nie tylko zjawiska z optyki geometrycznej jak odbicie i załamanie, ale jakościowo również dyfrakcję odkrytą przez Grimaldiego. Korpuskularnie próbowano nawet wyjaśniać polaryzację po odkryciu jej przez Malusa, przez co ten model światła dominował do początków XIX wieku, kiedy Young i Fresnel przeforsowali model falowy. Z drugiej strony pogląd Newtona został częściowo wskrzeszony w wieku XX, kiedy Einstein postulował dualizm korpuskularno-falowy światła przez model fotonów. Ponadto Newton jako jeden z pierwszych bronił odkrycia Rømera, że prędkość światła jest ograniczona. W związku z tym Newtonowi przypisuje się współautorstwo emisyjnej (balistycznej) teorii światła – związanej z koncepcją korpuskularną – którą zastąpiły XIX-wieczne teorie eteru światłonośnego, elektrodynamika Maxwella i szczególna teoria względności Einsteina. W fizyce cieplnej – później nazwanej termodynamiką – Newton rozwinął prawo stygnięcia i własną skalę temperatur. Opracował również teorię pochodzenia gwiazd.

Newton to także wybitny matematyk, znany głównie jako pionier analizy. Był współtwórcą rachunku różniczkowego i całkowego; zrobił to niezależnie od Gottfrieda Leibniza i prawdopodobnie przed nim, choć opublikował to później. Podał też szereg dwumianowy, rozszerzając wcześniejsze prace Pascala i innych matematyków. Wykorzystał te dwa osiągnięcia m.in. do obliczania liczby pi (π) nowym, rekordowo szybkim sposobem. Miał też szerszy wkład do metod numerycznych – jest upamiętniony m.in. nazwą metody Newtona znajdowania przybliżonych rozwiązań równań liczbowych oraz jednej z postaci wielomianów służącej do interpolacji. Na pograniczu mechaniki i rachunku wariacyjnego – które można zaliczyć do fizyki matematycznej – rozwiązał problem brachistochrony niezależnie od Johanna Bernoulliego. Zajmował się też geometrią analityczną i algebrą – opisał większość krzywych płaskich trzeciego stopnia, algorytm schodkowania układów równań liniowych oraz pewne tożsamości dotyczące pierwiastków dowolnego wielomianu.

Fizyka Newtona była spleciona z jego filozofią oraz wierzeniami teologicznymi. Bronił m.in. substancjalnej koncepcji przestrzeni i czasu, z którą polemizowali potem Leibniz, Berkeley i Mach. Używał teleologicznego argumentu za Stwórcą, zwanego też argumentem z projektu lub fizyko-teologicznym. Kontynuował mechanicyzm Kartezjusza i to właśnie newtonowska postać tej doktryny najmocniej wpłynęła na przedstawicieli oświecenia, zwłaszcza francuskiego przez działalność Voltaire’a i Laplace’a. Jednocześnie sam Newton był epigonem przedoświeceniowej, nienaukowej ezoteryki jak alchemia czy okultyzm.

Newton był przez lata związany z Uniwersytetem w Cambridge, konkretniej z Trinity College, które ukończył i w którym zasiadał potem na prestiżowej katedrze Lucasa. W późniejszym okresie pracował w królewskiej mennicy w Londynie, najpierw jako jej nadzorca (ang. Warden), a potem jej kurator (ang. Master); był też dwukrotnie parlamentarzystą z okręgu wyborczego Uniwersytetu w Cambridge. Uczony został uhonorowany członkostwem w Towarzystwie Królewskim (ang. Royal Society), stanowiskiem prezesa tego towarzystwa, tytułem szlacheckim Sir, pochówkiem w Opactwie Westminsterskim oraz obszernym nazewnictwem – użyczył nazwy nie tylko licznym terminom fizycznym i matematycznym, ale też m.in. nagrodzie naukowej przyznawanej fizykom przez brytyjskie zrzeszenie Institute of Physics (IOP).

Życiorys

Pochodzenie i lata szkolne thumb|Dom, w którym urodził się Isaac Newton – przysiółek Woolsthorpe-by-Colsterworth, hrabstwo Lincolnshire

Newton urodził się w przysiółku Woolsthorpe koło wsi Colsterworth, w hrabstwie Lincolnshire, trzy miesiące po śmierci swego ojca, również Isaaca. Dwa lata później jego matka Hannah wyszła ponownie za mąż za Barnabasa Smitha i pozostawiła syna pod opieką babki.

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

W Grantham Grammar School uczono głównie łaciny, a także w nieco mniejszym stopniu greki i hebrajskiego.

Studia w Cambridge i początki kariery mały|Trinity College w Cambridge z widokiem na pokój Newtona z czasów studenckich

W 1661 roku Newton 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 sobie uczonych, takich jak Kartezjusz, Galileusz, Kopernik i Kepler. W 1665 opisał twierdzenie o dwumianie i rozpoczął pracę nad teorią matematyczną znaną potem jako rachunek różniczkowy i całkowy. Wkrótce po tym, jak uzyskał stopień naukowy w 1665, uniwersytet został zamknięty z powodu wielkiej zarazy, a studenci odesłani do domów. Newton wrócił do Woolsthorpe w sierpniu 1665 i w wiejskim ustroniu spędził z małymi przerwami półtora roku. Pracował wtedy 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, rzekomo siedząc pewnego dnia przed oknem w swoim domu, obserwował spadające z drzewa jabłka. Potem uznano jednak, że nawet ta historia jest fałszywa i została wymyślona przez Newtona pod koniec jego życia, aby 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, w której Newton powiedział mu, że:

W podobny sposób wyraził się Voltaire w swoim dziele zatytułowanym Essay on Epic Poetry (1727).

Sukcesy matematyczne mały|Isaac Newton w wieku 35 lat – Burnet Reading, 1677

Newton został członkiem Trinity College w 1667. 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”, która dała początek rachunkowi różniczkowemu i całkowemu.

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 daleko idące uproszczenie. Próba kontynuacji prac matematycznych Galileusza i Keplera przez siedemnastowiecznych uczonych prowadzących między sobą ożywioną korespondencję doprowadziła do sformułowania dwóch zagadnień:

zagadnienia stycznych polegającego na wyznaczeniu stycznych do danej krzywej; było to podstawą rachunku różniczkowego; zagadnienia kwadratury mającego na celu wyznaczenie pola pod daną krzywą; było to podstawą rachunku całkowego.

Zasługą Newtona i Leibniza było wykazanie związku pomiędzy tymi zagadnieniami, ujednolicenie dotychczas stosowanych metod oraz wprowadzenie wygodnej notacji. Pomimo tego, że Newton opracował szczegółowo 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 thumb|Replika teleskopu Isaaca Newtona