اسحاق نیوتن کیست؟

فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی

در 23 آذر 1401 556 0

اسحاق نیوتن کیست؟

اسحاق نیوتن، به طور کامل سر آیزاک نیوتن، (متولد 25 دسامبر 1642 [4 ژانویه 1643]، وولستورپ، لینکلن شایر، انگلستان – درگذشت 20 مارس، 1727، لندن)، فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی، که اوج انقلاب علمی قرن هفدهم بود. برای خواندن ادامه مقاله با مجله علمی آندرومدامگ همراه باشید.

در اپتیک، کشف او از ترکیب نور سفید، پدیده‌های رنگ‌ها را در علم نور ادغام کرد و پایه‌های اپتیک فیزیکی مدرن را پی ریزی کرد. در مکانیک، سه قانون حرکت او، اصول اولیه فیزیک مدرن، منجر به تدوین قانون گرانش جهانی شد. در ریاضیات، او کاشف اولیه حساب بود. نیوتن Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (اصول ریاضی فلسفه طبیعی، 1687) یکی از مهمترین آثار منفرد در تاریخ علم مدرن بود.

تأثیرات تکوینی

نیوتن که در دهکده وولستورپ به دنیا آمد، تنها پسر یک مرد محلی بود، همچنین اسحاق نیوتن، که سه ماه قبل از دنیا رفته بود، و هانا آیسکو. در همان سال، گالیله گالیله در Arcetri نزدیک فلورانس درگذشت. نیوتن در نهایت ایده خود را در مورد علم ریاضی حرکت انتخاب کرد و کار خود را به ثمر رساند. نیوتن که یک نوزاد کوچک و ضعیف است، انتظار نمی رفت که در اولین روز زندگی خود زنده بماند، چه برسد به 84 سال. او که قبل از تولد از داشتن پدر محروم شد، به زودی مادرش را نیز از دست داد، زیرا در عرض دو سال او برای بار دوم ازدواج کرد. شوهرش، وزیر ثروتمند بارناباس اسمیت، آیزاک جوان را نزد مادربزرگش گذاشت و به روستای همسایه نقل مکان کرد تا یک پسر و دو دختر بزرگ کند. به مدت نه سال، تا زمان مرگ بارناباس اسمیت در سال 1653، آیزاک عملاً از مادرش جدا شد و تمایلات روان پریش آشکار او به این رویداد آسیب زا نسبت داده شده است. شاید مطمئن باشیم که او از ناپدری خود متنفر بود. هنگامی که او در سال 1662 وضعیت روحی خود را بررسی کرد و فهرستی از گناهان خودش را به صورت خلاصه تهیه کرد، به یاد آورد: “پدر و مادرم اسمیت را تهدید به سوزاندن آنها و خانه روی آنها کردم.” احساس ناامنی شدیدی که او را در هنگام انتشار آثارش به شدت مضطرب می‌کرد و وقتی از آن دفاع می‌کرد به‌طور غیرمنطقی خشونت‌آمیز این کار را انجام می داد، نیوتن را در طول زندگی‌اش همراهی می‌کرد و به‌طور قابل قبولی می‌توان آن را در سال‌های اولیه او جستجو کرد.

اسحاق نیوتن

فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی

اسحاق نیوتن، به طور کامل سر آیزاک نیوتن، (متولد 25 دسامبر 1642 [4 ژانویه 1643، نیو استایل]، وولستورپ، لینکلن شایر، انگلستان – درگذشت 20 مارس، 1727، لندن)، فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی، که اوج انقلاب علمی قرن هفدهم بود. در اپتیک، کشف او از ترکیب نور سفید، پدیده‌های رنگ‌ها را در علم نور ادغام کرد و پایه‌های اپتیک فیزیکی مدرن را پی ریزی کرد. در مکانیک، سه قانون حرکت او، اصول اولیه فیزیک مدرن، منجر به تدوین قانون گرانش جهانی شد. در ریاضیات، او کاشف اولیه حساب بود. نیوتن Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (اصول ریاضی فلسفه طبیعی، 1687) یکی از مهمترین آثار منفرد در تاریخ علم مدرن بود.

تأثیرات تکوینی

پس از اینکه مادرش برای بار دوم بیوه شد، تصمیم گرفت که پسر اولش باید دارایی قابل توجه او را اداره کند. با این حال، به سرعت آشکار شد که این یک فاجعه است، هم برای املاک و هم برای نیوتن. او نمی‌توانست خود را بر امور روستایی متمرکز کند – برای تماشای گله حیوانات، با یک کتاب زیر درختی جمع می‌شد. خوشبختانه این اشتباه تشخیص داده شد و نیوتن برای آماده شدن برای دانشگاه به مدرسه گرامر در Grantham که قبلاً در آنجا تحصیل کرده بود بازگردانده شد. مانند بسیاری از دانشمندان برجسته عصر، او در Grantham حکایت هایی در مورد توانایی مکانیکی و مهارت خود در ساخت مدل های ماشین ها، مانند ساعت ها و آسیاب های بادی به جای گذاشت. در مدرسه او ظاهراً به زبان لاتین تسلط کامل داشت، اما احتمالاً چیزی بیش از مقدار کمی از محاسبات دریافت نکرد. در ژوئن 1661، او آماده بود تا در کالج ترینیتی، کمبریج، که تا حدودی مسن‌تر از سایر دانش‌آموزان به دلیل وقفه در تحصیلش بود، تحصیل کند.

تأثیر انقلاب علمی

هنگامی که نیوتن در سال 1661 به کمبریج رسید، جنبشی که اکنون به عنوان انقلاب علمی شناخته می شود بسیار پیشرفت کرده بود و بسیاری از آثار اساسی برای علم مدرن ظاهر شده بودند. ستاره شناسان از نیکلاوس کوپرنیک گرفته تا یوهانس کپلر، منظومه شمسی مرکزی جهان را شرح داده بودند. گالیله پایه های مکانیک جدیدی را پیشنهاد کرده بود که بر اساس اصل اینرسی ساخته شده بود. فیلسوفان به رهبری رنه دکارت شروع به تدوین مفهوم جدیدی از طبیعت به عنوان ماشینی پیچیده، غیرشخصی و بی اثر کرده بودند. با این حال، تا آنجا که به دانشگاه های اروپا، از جمله کمبریج، مربوط می شود، همه اینها ممکن است هرگز رخ نداده باشد. آنها همچنان سنگرهای ارسطویی منسوخ شده بودند، که مبتنی بر دیدگاه ژئومرکزی از جهان بود و با طبیعت به صورت کیفی و نه کمی برخورد می کرد.

مانند هزاران دانشجوی دیگر، نیوتن تحصیلات عالی خود را با تحقیق در مورد کارهای ارسطو آغاز کرد. اگرچه فلسفه جدید در برنامه درسی نبود، اما در هوا بود. نیوتن مدتی در طول دوران کارشناسی خود آثار دکارت فیلسوف طبیعی فرانسوی و دیگر فیلسوفان مکانیک را کشف کرد که برخلاف ارسطو، واقعیت فیزیکی را کاملاً از ذرات ماده در حال حرکت تشکیل می‌دادند و معتقد بودند که همه پدیده‌های طبیعت ناشی از تعامل مکانیکی آنهاست. مجموعه جدیدی از یادداشت‌ها، که او تحت عنوان «Quaestiones Quaedam Philosophicae» («مسأله‌های فلسفی معین»)، در سال 1664 آغاز شد، صفحات بدون استفاده دفتری را که برای تمرین‌های مکتبی سنتی در نظر گرفته شده بود، غصب کرد. او تحت عنوان شعار “Amicus Plato amicus Aristoteles magis amica veritas” (“افلاطون دوست من است، ارسطو دوست من است، اما بهترین دوست من حقیقت است” را وارد کرد. فعالیت علمی نیوتن آغاز شده بود.)

«پرسش‌ها» نشان می‌دهد که نیوتن مفهوم جدیدی از طبیعت را کشف کرده بود که چارچوب انقلاب علمی را فراهم کرد. او کاملاً بر آثار دکارت تسلط یافته بود و همچنین کشف کرده بود که پی یر گاسندی، فیلسوف فرانسوی، اتمیسم را احیا کرده است، یک سیستم مکانیکی جایگزین برای توضیح طبیعت را شامل می شود. «پرسش‌ها» همچنین نشان می‌دهند که نیوتن قبلاً تمایل داشت که فلسفه دوم را جذاب‌تر از فلسفه طبیعی دکارتی بیابد که وجود ذرات غیرقابل تقسیم نهایی را رد می‌کرد. آثار شیمیدان قرن هفدهم رابرت بویل پایه و اساس کار قابل توجه نیوتن در شیمی را فراهم کرد. به طور قابل توجهی، او هنری مور، افلاطونی کمبریج را خوانده بود و از این طریق با دنیای فکری دیگری آشنا شد، سنت جادویی هرمتیک، که در پی توضیح پدیده های طبیعی بر اساس مفاهیم کیمیاگری و جادویی بود. دو سنت فلسفه طبیعی، مکانیک و هرمسی، هر چند متضاد به نظر می رسند، همچنان بر اندیشه او تأثیر می گذاشتند و در تنش خود موضوع اساسی کار علمی او را تأمین می کردند.

اگرچه نیوتن آن را در «پرسش‌ها» ثبت نکرد، اما مطالعات ریاضی خود را نیز آغاز کرده بود. او دوباره با دکارت شروع کرد، که از La Géometrie او به سایر ادبیات تحلیل مدرن با کاربرد تکنیک های جبری در مسائل هندسه منشعب شد. او سپس به پشتیبان هندسه کلاسیک بازگشت. در کمتر از یک سال، او در ادبیات تسلط یافت. و با پیگیری خط تحلیل خود، شروع به حرکت به قلمرو جدیدی کرد. او قضیه دو جمله ای را کشف کرد و حساب دیفرانسیل و انتگرال را توسعه داد، شکل قوی تری از تحلیل که ملاحظات بی نهایت کوچکی را در یافتن شیب منحنی ها و نواحی زیر منحنی ها به کار می گیرد را مورد استفاده قرار داد.

در سال 1669، نیوتن آماده بود تا رساله‌ای بنویسد که خلاصه‌ای از پیشرفت‌های خود را داشته باشد، De Analysi per Aequationes Numeri Terminorum Infinitas (“درباره تجزیه و تحلیل با سری بی‌نهایت”)، که به صورت خطی در یک دایره محدود منتشر شد و نام او را بر سر زبان ها انداخت. در طول دو سال بعد، او آن را با عنوان De methodis serierum et fluxionum («در مورد روش‌های سری و شار») تجدید نظر کرد. کلمه fluxions، عنوان خصوصی نیوتن، نشان می دهد که علم حساب متولد شده است. علیرغم این واقعیت که فقط تعداد انگشت شماری از دانشمندان حتی از وجود نیوتن آگاه بودند، او به نقطه ای رسیده بود که ریاضیدان برجسته اروپا شده بود.

کارکردن در بحبوبه ی بیماری طاعون

هنگامی که نیوتن مدرک لیسانس را در آوریل 1665 دریافت کرد، قابل توجه ترین حرفه کارشناسی در تاریخ تحصیلات دانشگاهی ناشناخته مانده بود. او به تنهایی، بدون راهنمایی رسمی، فلسفه جدید و ریاضیات جدید را جستجو کرده بود و آنها را متعلق به خود ساخته بود، اما پیشرفت تحصیلات خود را به دفترهایش محدود کرده بود. سپس، در سال 1665، طاعون دانشگاه را تعطیل کرد و در بیشتر دو سال بعد مجبور شد در خانه خود بماند و در اوقات فراغت به آنچه آموخته بود فکر کند. در طول سال‌های طاعون، نیوتن پایه‌های حساب دیفرانسیل و انتگرال را پایه‌ریزی کرد و بینش قبلی را در مقاله‌ای به نام «از رنگ‌ها» که شامل بیشتر ایده‌های توضیح‌داده‌شده در Opticks است، گسترش داد. در این زمان بود که او عناصر حرکت دایره‌ای را بررسی کرد و با اعمال تحلیل خود بر ماه و سیارات، رابطه مربع معکوس را بدست آورد که نیروی شعاعی وارد بر یک سیاره با مجذور فاصله آن از خورشید کاهش می‌یابد. که بعدها برای قانون گرانش جهانی بسیار مهم بود. دنیا از این اکتشافات چیزی نشنید.

نیوتن در سال 1667 پس از بازگشایی مجدد دانشگاه به عضویت در کالج ترینیتی انتخاب شد. دو سال بعد، آیزاک بارو، استاد ریاضیات لوکاسیایی، که تحلیل نیوتن را به جان کالینز در لندن منتقل کرده بود، از کرسی استعفا داد تا خود را وقف الوهیت کند و به نیوتن توصیه کرد که جانشین او شود. کرسی استادی نیوتن را از لزوم تدریس خصوصی معاف کرد، اما وظیفه ارائه یک دوره سالانه سخنرانی را تحمیل کرد. او کاری را که در اپتیک انجام داده بود به عنوان موضوع اولیه انتخاب کرد. در طول سه سال بعد (1670-1672)، سخنرانی‌های او مقاله «رنگ‌ها» را به شکلی تبدیل کرد که بعداً تجدید نظر شد و به کتاب اول اوپتیک تبدیل شد.

با شروع پارالیپومن کپلر در سال 1604، مطالعه اپتیک یکی از فعالیت های اصلی انقلاب علمی بود. بیانیه دکارت در مورد قانون انکسار، که زوایای تابش و ظهور را در فصل مشترک رسانه هایی که نور از آن عبور می کند، مرتبط می کند، نظم ریاضی جدیدی را به علم نور اضافه کرده است که این اعتقاد را تایید می کند که جهان بر اساس قوانین ریاضی ساخته شده است. دکارت همچنین نور را مرکزی در فلسفه مکانیکی طبیعت قرار داده بود. او استدلال کرد که واقعیت نور شامل حرکتی است که از طریق یک بخش مادی منتقل می شود. نیوتن ماهیت مکانیکی نور را کاملاً پذیرفت، اگرچه او جایگزین اتمی را انتخاب کرد و معتقد بود که نور از ذرات مادی در حرکت تشکیل شده است. با این حال، تصور جسمی از نور همیشه یک نظریه حدسی در حاشیه اپتیک او بود. هسته مشارکت نیوتن به رنگ‌ها مربوط می‌شد. یک نظریه باستانی که حداقل به ارسطو بازمی‌گردد، معتقد بود که دسته خاصی از پدیده‌های رنگی، مانند رنگین کمان، از تغییر نور ناشی می‌شوند که در شکل بکر سفید به نظر می‌رسد. دکارت این نظریه را برای همه رنگ ها تعمیم داده و آن را به تصاویر مکانیکی ترجمه کرده بود. نیوتن از طریق مجموعه ای از آزمایشات انجام شده در سال های 1665 و 1666، که در آن طیف یک پرتو باریک بر روی دیواره یک محفظه تاریک تاریک شده بود، مفهوم اصلاح را انکار کرد و آن را با آنالیز جایگزین کرد. او اساساً ساده و همگن بودن نور را انکار کرد و در عوض بیان کرد که پیچیده و ناهمگن است و پدیده رنگ ها از تجزیه و تحلیل مخلوط ناهمگن به اجزای ساده آن ناشی می شود. منشأ نهایی اعتقاد نیوتن به اینکه نور جسمی است، تشخیص او بود که تک تک پرتوهای نور دارای خواص تغییرناپذیر هستند. از نظر او، چنین ویژگی هایی دلالت بر ذرات تغییرناپذیر ماده دارند. او معتقد بود که پرتوهای منفرد (یعنی ذرات با اندازه معین) هنگامی که به شبکیه چشم برخورد می کنند، احساسات رنگ های فردی را تحریک می کنند. او همچنین به این نتیجه رسید که پرتوها در زوایای مشخص شکست می‌خورند – از این رو، طیف منشوری، پرتوی از پرتوهای ناهمگن است، یعنی به طور یکسان در یک وجه از یک منشور فرو می‌آیند، که توسط شکست به اجزای سازنده آن جدا یا تجزیه و تحلیل می‌شوند. رنگین کمان توسط تجزیه و تحلیل انکساری تولید می شود. از آنجا که نیوتن معتقد بود که انحراف رنگی هرگز نمی تواند از عدسی ها حذف شود، نیوتن به تلسکوپ های بازتابی روی آورد. او اولین آن را ساخت ناهمگونی نور از زمان او پایه و اساس اپتیک فیزیکی بوده است.

هیچ مدرکی مبنی بر اینکه نظریه رنگ‌ها که به طور کامل توسط نیوتن در سخنرانی‌های افتتاحیه‌اش در کمبریج شرح داده شده است، تأثیری برجای گذاشته باشد، وجود ندارد، همانطور که هیچ مدرکی وجود ندارد که جنبه‌هایی از ریاضیات او و محتوای Principia، که از تریبون نیز بیان می‌شود، وجود داشته باشد. هر تصوری در عوض، تئوری رنگ‌ها، مانند آثار بعدی او، از طریق انجمن سلطنتی لندن که در سال 1660 سازماندهی شده بود به جهان منتقل شد. در سال 1671، با این حال، آنها از تلسکوپ بازتابی او شنیدند و خواستند آن را ببینند. نیوتن که از استقبال مشتاقانه آنها از تلسکوپ و انتخابش در جامعه خشنود بود، در اوایل سال 1672 به طور داوطلبانه مقاله ای در مورد نور و رنگ ها ارائه کرد. در مجموع، مقاله نیز با استقبال خوبی مواجه شد، اگرچه چند سؤال و مخالفت شنیده شد.

جنجال – جدال سرسختانه

از جمله مهم‌ترین مخالفان مقاله نیوتن، رابرت هوک، یکی از رهبران انجمن سلطنتی بود که خود را استاد اپتیک می‌دانست و از این رو انتقادی تحقیرآمیز بر ناشناخته‌های ناشناخته نوشت. می توان فهمید که چگونه این نقد یک مرد عادی را آزار می دهد. با این حال، خشم شعله ور آن، با میل به تحقیر هوک به صورت علنی، امر غیرعادی را برانگیخت. نیوتن از نظر منطقی قادر به مقابله با انتقاد نبود. کمتر از یک سال پس از ارسال مقاله، او به قدری از گفت و گوی صادقانه ناآرام بود که شروع به قطع رابطه کرد و در انزوای مجازی کنار رفت.

در سال 1675، در جریان بازدید از لندن، نیوتن فکر کرد که شنیده است هوک نظریه رنگ‌های خود را پذیرفته است. او جرأت یافت تا مقاله دوم را ارائه کند، بررسی پدیده های رنگی در فیلم های نازک، که مشابه بیشتر کتاب دو بود، همانطور که بعداً در Opticks ظاهر شد. هدف این مقاله توضیح رنگ اجسام جامد با نشان دادن چگونگی تجزیه و تحلیل نور به اجزای آن توسط بازتاب و همچنین شکست بود. توضیح او درباره رنگ اجسام باقی نمانده است، اما این مقاله برای اولین بار وجود پدیده های نوری دوره ای را نشان می دهد. او حلقه های رنگی متحدالمرکز را در لایه نازک هوا بین یک عدسی و یک صفحه صاف شیشه ای کشف کرد. فاصله بین این حلقه های متحدالمرکز (حلقه های نیوتن) به افزایش ضخامت لایه هوا بستگی دارد. در سال 1704 نیوتن تجدید نظر در سخنرانی های نوری خود را با مقاله 1675 و مقدار کمی از مواد اضافی در Opticks خود ترکیب کرد.

قطعه دومی که نیوتن با مقاله 1675 فرستاده بود، جنجال جدیدی برانگیخت. تحت عنوان “فرضیه ای برای توضیح خواص نور”، در واقع یک سیستم کلی از طبیعت بود. هوک ظاهراً ادعا کرد که نیوتن محتوای آن را از او دزدیده است و نیوتن دوباره جوشید. با این حال، این موضوع به سرعت با رد و بدل شدن نامه‌های رسمی و بیش از حد مؤدبانه که نمی‌توانست نبود صمیمیت کامل بین مردان را پنهان کند، کنترل شد.

نیوتن همچنین درگیر تبادل دیگری درباره نظریه رنگ‌های خود با حلقه‌ای از یسوعی‌های انگلیسی در لیژ بود، که شاید آشکارترین مبادله از همه بود. اگرچه اعتراض آنها کم عمق بود، اما استدلال آنها مبنی بر اشتباه بودن آزمایشات او، او را به خشم آورد. مکاتبات تا سال 1678 به طول انجامید، زمانی که آخرین فریاد خشم نیوتن، که ظاهراً با یک فروپاشی عصبی کامل همراه بود، با سکوت همراه شد. مرگ مادرش در سال بعد انزوای او را کامل کرد. او به مدت شش سال از تجارت فکری کناره گرفت، مگر زمانی که دیگران مکاتبه ای را آغاز کردند، که او همیشه در اسرع وقت آن را قطع می کرد.

تأثیر سنت هرمسی

نیوتن در دوران انزوای خود بسیار تحت تأثیر سنت هرمسی قرار گرفت که از دوران کارشناسی با آن آشنا بود. نیوتن که همیشه تا حدودی به کیمیاگری علاقه مند بود، اکنون در آن غوطه ور شده بود و رساله های دستی پس از رساله را کپی می کرد و آنها را برای تفسیر تصاویر مخفیانه آنها ترکیب می کرد. تحت تأثیر سنت هرمسی، تصور او از طبیعت دستخوش تغییری قاطع شد. تا آن زمان، نیوتن یک فیلسوف مکانیک به سبک استاندارد قرن هفدهم بود و پدیده های طبیعی را با حرکت ذرات ماده توضیح می داد. بنابراین، او معتقد بود که واقعیت فیزیکی نور جریانی از ذرات کوچک است که با حضور رسانه های متراکم تر یا کمیاب تر از مسیر خود منحرف شده است. او احساس کرد که جاذبه ظاهری تکه‌های ریز کاغذ به تکه‌ای شیشه‌ای که با پارچه مالیده شده است، ناشی از یک جریان اثیری است که از شیشه بیرون می‌آید و تکه‌های کاغذ را با خود می‌برد. این فلسفه مکانیکی امکان عمل از راه دور را انکار می کرد. مانند الکتریسیته ساکن، جاذبه های ظاهری را با استفاده از مکانیسم های اثیری نامرئی توضیح داد. “فرضیه نور” نیوتن در سال 1675، با اتر جهانی خود، یک سیستم مکانیکی استاندارد از طبیعت بود. با این حال، برخی از پدیده‌ها، مانند ظرفیت مواد شیمیایی برای واکنش فقط با برخی دیگر، او را متحیر می‌کرد و او از یک «اصل مخفی» صحبت کرد که بر اساس آن مواد با دیگران «معاشرانه» یا «غیرقابل معاشرت» هستند. در حدود سال 1679، نیوتن اتر و مکانیسم‌های نامرئی آن را رها کرد و شروع به نسبت دادن پدیده‌های گیج‌کننده – شباهت‌های شیمیایی، تولید گرما در واکنش‌های شیمیایی، کشش سطحی در مایعات، کنش مویرگی، انسجام اجسام و موارد مشابه – به جاذبه‌ها و جاذبه‌ها کرد. دافعه های بین ذرات ماده بیش از 35 سال بعد، در نسخه دوم انگلیسی Opticks، نیوتن بار دیگر اتر را پذیرفت، اگرچه اتری بود که مفهوم عمل در فاصله را با ایجاد دافعه بین ذرات آن مجسم می کرد. جاذبه‌ها و دافعه‌های گمانه‌زنی‌های نیوتن، جابه‌جایی مستقیم همدردی‌های غیبی و ضدیت‌های فلسفه هرمسی بود – چنانکه فیلسوفان مکانیک هرگز دست از اعتراض برنداشتند. با این حال، نیوتن آنها را به عنوان اصلاحی از فلسفه مکانیکی در نظر گرفت که آن را تحت درمان دقیق ریاضی قرار داد. همانطور که او از آنها تصور می کرد، جاذبه ها به طور کمی تعریف می شدند، و آنها پلی را برای متحد کردن دو موضوع اساسی علم قرن هفدهم ارائه کردند – سنت مکانیکی، که عمدتاً با تصاویر مکانیکی کلامی سروکار داشت، و سنت فیثاغورث، که بر این موضوع اصرار داشت. ماهیت ریاضی واقعیت آشتی نیوتن از طریق مفهوم نیرو، سهم نهایی او در علم بود.

نیوتن در اصل ایده جاذبه ها و دافعه ها را صرفاً در محدوده پدیده های زمینی ذکر شده در پاراگراف قبل به کار برد. اما در اواخر سال 1679، اندکی پس از آن که او این مفهوم را پذیرفت، در نامه ای از هوک که به دنبال تجدید مکاتبات بود، برنامه دیگری پیشنهاد شد. هوک به تحلیل خود از حرکت سیاره ای اشاره کرد – در واقع، انحراف پیوسته یک حرکت مستطیلی توسط یک جاذبه مرکزی. نیوتن صراحتاً از مکاتبه امتناع کرد، اما با این وجود، آزمایشی را برای نشان دادن چرخش زمین ذکر کرد: بگذارید جسمی از برج به پایین بیفتد. از آنجا که سرعت مماسی در بالای برج بیشتر از سرعت مماسی در پایین است، بدن باید کمی به سمت شرق بیفتد. او مسیر سقوط را به عنوان بخشی از یک مارپیچ که به مرکز زمین ختم می شود ترسیم کرد. همانطور که هوک اشاره کرد این یک اشتباه بود. بر اساس تئوری حرکت سیارات هوک، مسیر باید بیضوی باشد، به طوری که اگر زمین شکافته و جدا شود تا جسم بتواند سقوط کند، دوباره به محل اصلی خود برود. نیوتن دوست نداشت که توسط هوک تصحیح شود، اما باید نکته اساسی را می پذیرفت. او شکل هوک را تصحیح کرد، اما با استفاده از این فرض که گرانش ثابت است. هوک سپس با پاسخ گفت که اگرچه شکل نیوتن برای گرانش ثابت درست است، اما فرض خودش این بود که گرانش با مجذور فاصله کاهش می‌یابد. چندین سال بعد، این نامه مبنای اتهام سرقت ادبی هوک شد. او در اتهام اشتباه کرده است. دانش او از رابطه مربع معکوس فقط بر مبنای شهودی استوار بود. او آن را به درستی از بیانیه کمی نیروی مرکزگرا و قانون سوم کپلر که دوره های سیارات را به شعاع مدار آنها مرتبط می کند، به دست نیاورد. علاوه بر این، نیوتن که برای او ناشناخته بود، این رابطه را بیش از 10 سال پیش از آن استخراج کرده بود. با این وجود، نیوتن بعداً اعتراف کرد که مکاتبات با هوک او را به نشان دادن این امر سوق داد که یک مدار بیضوی مستلزم یک جاذبه مربع معکوس به یک کانون است – یکی از دو گزاره حیاتی که قانون گرانش جهانی در نهایت بر آن استوار است. علاوه بر این، تعریف هوک از حرکت مداری – که در آن عمل ثابت یک جسم جذب کننده به طور پیوسته یک سیاره را از مسیر اینرسی آن دور می کند – یک کاربرد کیهانی برای مفهوم نیرو نیوتن و توضیح مسیرهای سیاره ای که از آن استفاده می کنند، پیشنهاد کرد. در سال‌های 1679 و 1680، نیوتن فقط به دینامیک مداری پرداخت. او هنوز به مفهوم گرانش جهانی نرسیده بود.

گرانش جهانی

تقریباً پنج سال بعد، در آگوست 1684، اخترشناس بریتانیایی، ادموند هالی، نیوتن را ملاقات کرد، که او نیز با مشکل دینامیک مداری مشکل داشت. پس از اطلاع از اینکه نیوتن مشکل را حل کرده است، قول نیوتن برای ارسال تظاهرات را گرفت. سه ماه بعد او یک تراکت کوتاه با عنوان De Motu («در حرکت») دریافت کرد. از قبل نیوتن مشغول بهبود و گسترش آن بود. در عرض دو سال و نیم، رساله De Motu به Philosophiae Naturalis Principia Mathematica تبدیل شد که نه تنها شاهکار نیوتن است، بلکه اثری اساسی برای کل علم مدرن است.

به طور قابل توجهی، دی موتو قانون گرانش جهانی را بیان نکرد. برای این موضوع، اگرچه این رساله در مورد دینامیک سیارات بود، اما حاوی هیچ یک از سه قانون حرکت نیوتنی نبود. نیوتن تنها هنگام بازنگری دی موتو اصل اینرسی (قانون اول) را پذیرفت و به قانون دوم حرکت رسید. قانون دوم، قانون نیرو، بیانیه کمی دقیقی از عمل نیروهای بین اجسامی است که اعضای اصلی سیستم طبیعت او شده بودند. قانون دوم با کمی کردن مفهوم نیرو، مکانیک کمی دقیق را تکمیل کرد که از آن زمان پارادایم علم طبیعی بوده است.

مکانیک کمی Principia را نباید با فلسفه مکانیکی اشتباه گرفت. دومی فلسفه ای از طبیعت بود که می کوشید پدیده های طبیعی را با استفاده از مکانیسم های تصوری در میان ذرات نامرئی ماده توضیح دهد. مکانیک پرینسیپیا توصیف کمی دقیق از حرکات اجسام مرئی بود. این بر سه قانون حرکت نیوتن استوار است: (1) اینکه جسمی در حالت سکون خود باقی می‌ماند مگر اینکه مجبور شود آن حالت را با نیرویی که بر آن وارد می‌شود تغییر دهد. (2) که تغییر حرکت (تغییر سرعت ضربدر جرم بدن) متناسب با نیروی وارد شده است. (3) اینکه نسبت به هر عملی عکس العملی برابر و متضاد وجود دارد. تجزیه و تحلیل حرکت دایره ای بر اساس این قوانین فرمولی از اندازه گیری کمی، بر حسب سرعت و جرم یک جسم، نیروی مرکزگرای لازم برای انحراف یک جسم از مسیر مستطیل خود به یک دایره مشخص به دست داد. وقتی نیوتن این فرمول را با قانون سوم کپلر جایگزین کرد، دریافت که نیروی مرکزگرا که سیارات را در مدارهای داده شده آنها در مورد خورشید نگه می دارد باید با مجذور فاصله سیارات از خورشید کاهش یابد. از آنجا که ماهواره‌های مشتری نیز از قانون سوم کپلر پیروی می‌کنند، یک نیروی مرکز معکوس مربع نیز باید آنها را به مرکز مدارهایشان جذب کند. نیوتن توانست نشان دهد که رابطه مشابهی بین زمین و ماه آن برقرار است. فاصله ماه تقریباً 60 برابر شعاع زمین است. نیوتن فاصله ای که ماه، در مداری به اندازه شناخته شده اش، در یک ثانیه از مسیر مماسی منحرف می شود را با فاصله ای که جسمی در سطح زمین در یک ثانیه از حالت سکون می افتد، مقایسه کرد. وقتی ثابت شد که فاصله دوم 3600 (60 × 60) برابر اولی است، او به این نتیجه رسید که یک نیروی واحد، که توسط یک قانون کمی اداره می شود، در هر سه مورد و از همبستگی ماه مؤثر است. او در مدار با شتاب اندازه گیری شده گرانش روی سطح زمین، کلمه لاتین باستان gravitas (به معنای واقعی کلمه، “سنگینی” یا “وزن”) را به آن اعمال کرد. قانون گرانش جهانی، که او همچنین آن را از پدیده‌های دیگری مانند جزر و مد و مدار دنباله‌دارها تأیید کرد، بیان می‌کند که هر ذره‌ای از ماده در جهان، هر ذره دیگری را با نیرویی متناسب با حاصلضرب جرم آنها جذب می‌کند و برعکس. متناسب با مجذور فاصله بین مراکز آنها.

هنگامی که انجمن سلطنتی نسخه خطی کامل شده کتاب اول را در سال 1686 دریافت کرد، هوک فریاد سرقت ادبی را بلند کرد، اتهامی که نمی‌توان آن را به هیچ معنای معناداری ادامه داد. از سوی دیگر، پاسخ نیوتن به آن چیزهای زیادی در مورد او آشکار می کند. هوک با یک تصدیق سخاوتمندانه راضی می شد. این یک ژست برازنده به مردی بود که در حال زوال است و برای نیوتن هزینه ای نداشت. در عوض، نیوتن دست نوشته خود را مرور کرد و تقریباً هر اشاره ای به هوک را حذف کرد. خشم او چنان بود که از انتشار Opticks خود یا پذیرش ریاست انجمن سلطنتی تا زمان مرگ هوک خودداری کرد.

شهرت بین المللی اسحاق نیوتن

Principia بلافاصله نیوتن را به شهرت بین المللی رساند. دانشمندان قاره‌ای در ادامه وفاداری خود به ایده‌آل مکانیکی، ایده اقدام از راه دور را برای یک نسل رد کردند، اما حتی در رد خود نیز نتوانستند تحسین خود را برای تخصص فنی که توسط کار آشکار شده بود دریغ کنند. دانشمندان جوان بریتانیایی به طور خودجوش او را به عنوان الگوی خود شناختند. در طی یک نسل، تعداد محدودی از موقعیت‌های حقوقی برای دانشمندان در انگلستان، مانند کرسی‌های آکسفورد، کمبریج، و کالج گرشام، در انحصار نیوتنی‌های جوان نسل بعدی قرار گرفت. نیوتن که تنها ارتباط نزدیکش با زنان رابطه ناتمام با مادرش بود که به نظر می رسید او را رها کرده بود، و بعداً سرپرستی خواهرزاده اش، در نقش حامی حلقه دانشمندان جوان رضایت داشت. دوستی او با Fatio de Duillier، یک ریاضیدان سوئیسی الاصل ساکن لندن که در علایق نیوتن مشترک بود، عمیق ترین تجربه زندگی بزرگسالی او بود.

نگهبان ضرابخانه

تقریباً بلافاصله پس از انتشار پرینسیپیا، نیوتن، یک پروتستان پرشور و البته غیرمتعارف، به رهبری مقاومت کمبریج در برابر تلاش جیمز دوم برای کاتولیک کردن آن کمک کرد. در نتیجه، او به عنوان نماینده دانشگاه در کنوانسیون که حل و فصل انقلابی را ترتیب داد، انتخاب شد. او در این مقام با گروه وسیع تری از جمله فیلسوف جان لاک آشنا شد. نیوتن طعم هیجان زندگی لندن را پس از پرینسپیا چشید. بخش بزرگی از کارهای خلاقانه او تکمیل شده بود. او دیگر هرگز از صومعه آکادمیک راضی نبود و تمایل او برای تغییر با پیشنهاد فاتیو برای یافتن موقعیتی در لندن تشدید شد. به دنبال مکانی باشید که او انجام داد، به ویژه از طریق نمایندگی دوستش، سیاستمدار در حال ظهور چارلز مونتاگ، بعدها لرد هالیفاکس. سرانجام در سال 1696 به عنوان سرپرست ضرابخانه منصوب شد. اگرچه او تا سال 1701 از قرارهای خود در کمبریج استعفا نداد، به لندن نقل مکان کرد و از این پس زندگی خود را در آنجا متمرکز کرد.

در این میان، روابط نیوتن با فاتیو دچار بحران شده بود. فاتیو به شدت بیمار شد. سپس مشکلات خانوادگی و مالی او را به خانه سوئیس فراخواند. پریشانی نیوتن هیچ محدودیتی نمی شناخت. در سال 1693 او پیشنهاد کرد که Fatio به کمبریج نقل مکان کند، جایی که نیوتن از او حمایت خواهد کرد، اما چیزی از این پیشنهاد حاصل نشد. در اوایل سال 1693، شدت حروف نیوتن تقریباً محسوس بود، و سپس، بدون توضیح باقی‌مانده، هم رابطه نزدیک و هم مکاتبات قطع شد. چهار ماه بعد، بدون اطلاع قبلی، ساموئل پپیس و جان لاک، هر دو از دوستان شخصی نیوتن، نامه های وحشیانه و اتهامی دریافت کردند. به پپیس اطلاع داده شد که نیوتن دیگر او را نخواهد دید. لاک به تلاش برای درگیر کردن او با زنان متهم شد. هر دو مرد از سلامت عقل نیوتن نگران بودند. و در واقع، نیوتن حداقل دومین حمله عصبی خود را متحمل شده بود. بحران گذشت و نیوتن ثبات خود را بازیافت. با این حال، فقط برای مدت کوتاهی به کار علمی پایدار بازگشت و نقل مکان به لندن نتیجه مؤثر فعالیت خلاقانه او بود.

به عنوان سرپرست و سپس استاد ضرابخانه، نیوتن درآمد زیادی به دست آورد، به اندازه 2000 پوند در سال. درآمدی که به دارایی شخصی او اضافه شد، پس از مرگش مردی ثروتمند شد. موقعیتی که به‌عنوان یک درمان ناخوشایند در نظر گرفته می‌شد، در غیر این صورت توسط نیوتن برخورد شد. در طول بازیابی بزرگ، نیاز بود که او به طور فعال فرماندهی کند. با این حال، حتی پس از آن، او ترجیح داد در دفتر ورزش کند. او بیش از همه به جعل علاقه داشت. او به وحشت جعل‌های لندن تبدیل شد و تعداد خوبی را به چوبه‌های دار فرستاد و هدف اجتماعی قابل قبولی در آن‌ها یافت تا خشمی را که همچنان در درونش موج می‌زد بیرون بیاورد.

علاقه به دین و الهیات

نیوتن اکنون زمانی را برای کشف علایق دیگر، مانند دین و الهیات پیدا کرد. در اوایل دهه 1690، او نسخه‌ای از نسخه خطی را برای لاک ارسال کرد تا ثابت کند که آیات تثلیثی در کتاب مقدس، مخدوش‌های متن اصلی است. هنگامی که لاک برای انتشار آن اقدام کرد، نیوتن از ترس اینکه دیدگاه های ضد تثلیثی او شناخته شود، کنار کشید. در سال‌های آخر عمر، او زمان زیادی را به تفسیر پیش‌گویی‌های دانیال و سنت جان، و مطالعه‌ای نزدیک درباره گاه‌شماری باستانی اختصاص داد. هر دو اثر پس از مرگ او منتشر شد.

پیشرو علم انگلیسی

اسحاق نیوتن

در لندن، نیوتن نقش پدرسالار علم انگلیسی را بر عهده گرفت. در سال 1703 او به عنوان رئیس انجمن سلطنتی انتخاب شد. چهار سال قبل از آن، آکادمی علوم فرانسه (آکادمی علوم) او را یکی از هشت همکار خارجی معرفی کرده بود. در سال 1705 ملکه آن به او لقب شوالیه داد، اولین موقعیتی که در آن یک دانشمند چنین مورد تجلیل قرار گرفت. نیوتن بر انجمن سلطنتی حکومت می کرد. جان فلمستید، ستاره شناس سلطنتی، فرصتی داشت تا احساس کند که ظالمانه بر آن حکومت می کند. فلمستید در سال‌های حضور در رصدخانه سلطنتی در گرینویچ، که برای خودش مردی دشوار بود، مجموعه‌ای از داده‌های بی‌رقیب را جمع‌آوری کرده بود. نیوتن اطلاعات مورد نیاز را از او برای پرینسیپیا دریافت کرده بود، و در دهه 1690، در حالی که روی نظریه ماه کار می کرد، دوباره به داده های فلمستید نیاز داشت. نیوتن که از اینکه نمی‌توانست تمام اطلاعاتی را که می‌خواست به سرعت آن‌طور که می‌خواست به دست بیاورد، آزرده‌شده بود، رویکردی سلطه‌جویانه و تحقیرآمیز نسبت به فلمستید داشت. به عنوان رئیس انجمن سلطنتی، او از نفوذ خود در دولت استفاده کرد تا به عنوان رئیس هیئت “بازدیدکنندگان” مسئول رصدخانه سلطنتی معرفی شود. سپس سعی کرد فوراً کاتالوگ ستارگان فلمستید را منتشر کند. این قسمت شرم آور نزدیک به 10 سال ادامه یافت. نیوتن هیچ اعتراضی نداشت. او قراردادهایی که با فلمستید بسته بود را زیر پا گذاشت. مشاهدات فلمستید، که ثمره یک عمر کار بود، در واقع علیرغم اعتراضات وی، توسط دشمن فانی او، ادموند هالی، برای مطبوعات آماده شد. فلمستید سرانجام امتیاز خود را به دست آورد و با حکم دادگاه کاتالوگ چاپ شده را قبل از توزیع عمومی به او بازگرداند. او برگه های چاپ شده را سوزاند و دستیارانش پس از مرگ او نسخه مجاز را بیرون آوردند. فلمستید از این حیث و با هزینه گزافی برای خود یکی از معدود افرادی بود که بهترین نیوتن را به دست آورد. نیوتن به دنبال انتقام خود با حذف منظم ارجاعات به کمک فلمستید در نسخه های بعدی پرینسیپیا بود.

در گوتفرید ویلهلم لایب‌نیتس، فیلسوف و ریاضی‌دان آلمانی، نیوتن با شرکت‌کننده‌ای آشنا شد که بیشتر در حد خودش بود. اکنون به خوبی ثابت شده است که نیوتن قبل از اینکه لایب نیتس به طور جدی ریاضیات را دنبال کند، حساب دیفرانسیل و انتگرال را توسعه داده است. تقریباً همه موافق هستند که لایب نیتس بعداً به طور مستقل به حساب دیفرانسیل و انتگرال رسید. هرگز سوالی مطرح نشده است که نیوتن روش شار خود را منتشر نکرده است. بنابراین، مقاله لایب نیتس در سال 1684 بود که برای اولین بار محاسبات را تبدیل به یک موضوع دانش عمومی کرد. در اصل نیوتن به روش خود اشاره کرد، اما او واقعاً آن را منتشر نکرد تا اینکه در سال 1704 دو مقاله را به Opticks ضمیمه کرد. اگر واقعاً مهم بود، در نهایت ارزیابی مسئولیت درگیری‌های بعدی غیرممکن بود. آنچه به عنوان کنایه های خفیف آغاز شد، به سرعت به اتهامات صریح سرقت ادبی از هر دو طرف تبدیل شد. نیوتن که توسط پیروانی که مشتاق کسب شهرت تحت حمایت او بودند، به خود اجازه داد تا به مرکز مبارزه کشیده شود. و هنگامی که عصبانیت او با اتهامات عدم صداقت برانگیخته شد، خشم او فراتر از محدودیت بود. رفتار لایب نیتس در این مناقشه خوشایند نبود، و با این حال در کنار رفتار نیوتن رنگ پریده بود. اگرچه نیوتن هرگز در انظار عمومی ظاهر نشد، بیشتر قطعاتی را که در دفاع از او ظاهر شد، نوشت و آنها را به نام مردان جوانش منتشر کرد، که هرگز ابایی نکردند. به عنوان رئیس انجمن سلطنتی، او کمیته ای «بی طرف» را برای بررسی این موضوع منصوب کرد، گزارشی را که به طور رسمی توسط انجمن منتشر شد، مخفیانه نوشت و آن را به صورت ناشناس در «معاملات فلسفی» بررسی کرد. حتی مرگ لایب نیتس نتوانست خشم نیوتن را کاهش دهد و او به تعقیب دشمن در آن سوی قبر ادامه داد. نبرد با لایب نیتس، نیاز سرکوب‌ناپذیر برای از بین بردن اتهام عدم صداقت، بر 25 سال آخر زندگی نیوتن مسلط شد. این خود را به طور مداوم بر روی آگاهی او obtruded. تقریباً هر مقاله ای در مورد هر موضوعی از آن سال ها ممکن است با یک پاراگراف خشمگین علیه فیلسوف آلمانی قطع شود، زیرا او ابزارهای خشم خود را با شدت بیشتری به کار می برد. در پایان، تنها مرگ نیوتن به خشم او پایان داد.

سالهای پایانی آیزاک نیوتن

در طول سالهای پایانی زندگی نیوتن نسخه های بیشتری از آثار اصلی خود را ارائه کرد. پس از اولین نسخه Opticks در سال 1704، که صرفاً کارهای انجام شده 30 سال قبل را منتشر کرد، او یک نسخه لاتین در سال 1706 و یک نسخه انگلیسی دوم در 1717-1817 منتشر کرد. در هر دو، متن اصلی به ندرت لمس شد، اما او «پرسش‌ها» را در پایان به بیانیه نهایی گمانه‌زنی‌های خود درباره ماهیت جهان گسترش داد. ویرایش دوم Principia که توسط راجر کوتس در سال 1713 ویرایش شد، تغییرات گسترده ای را ارائه کرد. نسخه سوم، ویرایش شده توسط هنری پمبرتون در سال 1726، کمی بیشتر اضافه کرد. تا نزدیک به پایان، نیوتن ریاست انجمن سلطنتی (اغلب در جلسات چرت زدن) و نظارت بر ضرابخانه را بر عهده داشت. در سال های آخر زندگی، خواهرزاده اش، کاترین بارتون کاندویت، و همسرش با او زندگی می کردند.