Newton, Sir Isaac (1642-1727), filosofo naturale inglese, generalmente considerato il teorico più originale e influente nella storia della scienza. Oltre alla sua invenzione del calcolo infinitesimale e di una nuova teoria della luce e dei colori, Newton trasformò la struttura della scienza fisica con le sue tre leggi del moto e la legge della gravitazione universale. Come chiave di volta della rivoluzione scientifica del XVII secolo, il lavoro di Newton combinò i contributi di Copernico, Keplero, Galileo, Cartesio e altri in una nuova e potente sintesi. Tre secoli dopo, la struttura risultante – la meccanica classica – continua ad essere un monumento al suo genio, non meno elegante.
Vita & Carattere – Isaac Newton nacque prematuramente il giorno di Natale 1642 (4 gennaio 1643, New Style) a Woolsthorpe, una frazione vicino a Grantham nel Lincolnshire. Figlio postumo di un contadino analfabeta (anch’egli di nome Isaac), il bambino senza padre era abbastanza piccolo alla nascita da entrare “in un vaso da notte”. Quando aveva appena tre anni, la madre di Newton, Hanna (Ayscough), affidò il suo primogenito alla nonna per risposarsi e formare una seconda famiglia con Barnabas Smith, un ricco rettore della vicina North Witham. Molto è stato fatto sulla nascita postuma di Newton, sulla sua prolungata separazione dalla madre e sul suo odio ineguagliabile verso il patrigno. Fino a quando Hanna tornò a Woolsthorpe nel 1653 dopo la morte del suo secondo marito, a Newton fu negata l’attenzione della madre, un possibile indizio del suo carattere complesso. L’infanzia di Newton fu tutt’altro che felice, e per tutta la sua vita rasentò il collasso emotivo, cadendo occasionalmente in attacchi violenti e vendicativi contro amici e nemici.
Con il ritorno della madre a Woolsthorpe nel 1653, Newton fu tolto dalla scuola per adempiere al suo diritto di nascita di contadino. Fortunatamente, fallì in questa vocazione, e tornò alla King’s School di Grantham per preparare l’ingresso al Trinity College di Cambridge. Numerosi aneddoti sopravvivono da questo periodo sulla distrazione di Newton come agricoltore alle prime armi e sul suo scarso rendimento come studente. Ma il punto di svolta nella vita di Newton arrivò nel giugno 1661 quando lasciò Woolsthorpe per l’Università di Cambridge. Qui Newton entrò in un nuovo mondo, che alla fine avrebbe potuto chiamare suo.
Anche se Cambridge era un eccezionale centro di apprendimento, lo spirito della rivoluzione scientifica doveva ancora penetrare il suo antico e un po’ ossificato curriculum.Poco si sa degli studi formali di Newton come studente universitario, ma è probabile che abbia ricevuto grandi dosi di Aristotele e di altri autori classici.E da tutte le apparenze il suo rendimento accademico non era brillante. Nel 1664 Isaac Barrow, professore lucasiano di matematica a Cambridge, esaminò la comprensione di Euclide da parte di Newton e la trovò estremamente carente. Ora sappiamo che durante i suoi anni universitari Newton era profondamente immerso nello studio privato, che padroneggiava privatamente le opere di René Descartes, PierreGassendi, Thomas Hobbes, e altre figure importanti della rivoluzione scientifica.Una serie di quaderni esistenti mostra che dal 1664 Newton aveva iniziato a padroneggiare la Géométrie di Descartes e altre forme di matematica molto prima degli Elementi di Euclide. Barrow, egli stesso un matematico dotato, doveva ancora apprezzare il genio di Newton.
Nel 1665 Newton prese il suo bachelor’s degree a Cambridge senza lode o distinzione.Poiché l’università fu chiusa per i due anni successivi a causa della peste, Newton tornò a Woolsthorpe a metà anno. Lì, nei 18 mesi seguenti, fece una serie di contributi originali alla scienza. Come ricordò più tardi, “Tutto questo avvenne nei due anni di peste del 1665 e 1666, perché in quei giorni ero nel fiore degli anni per l’invenzione, e pensavo alla matematica e alla filosofia più che in qualsiasi altro momento da allora”. In matematica Newton concepì il suo “metodo delle flussioni” (calcolo infinitesimale), gettò le basi per la sua teoria della luce e dei colori, e raggiunse una significativa comprensione del problema del moto planetario, comprensione che alla fine portò alla pubblicazione dei suoi Principi (1687).
Nell’aprile del 1667, Newton tornò a Cambridge e, contro ogni aspettativa, fu eletto membro minore del Trinity. Il successo seguì la fortuna. L’anno successivo divenne senior fellow dopo aver conseguito il master of arts, e nel 1669, prima che avesse raggiunto il suo 27° compleanno, succedette a Isaac Barrowas Lucasian Professor of Mathematics. I doveri di questo incarico offrirono a Newton l’opportunità di organizzare i risultati delle sue precedenti ricerche ottiche, e nel 1672, poco dopo la sua elezione alla Royal Society, comunicò il suo primo documento pubblico, un brillante ma non meno controverso studio sulla natura del colore.
Nel primo di una serie di aspre dispute, Newton si scontrò con il celebre curatore di esperimenti della società, il brillante ma fragile Robert Hooke. La conseguente controversia, che continuò fino al 1678, stabilì un modello nel comportamento di Newton. Dopo una schermaglia iniziale, si ritirò tranquillamente. Tuttavia, nel 1675 Newton si avventurò in un altro articolo, che ancora una volta attirò un fulmine, questa volta accusato di aver plagiato da Hooke. Le accuse erano del tutto infondate. Bruciato due volte, Newton si ritirò.
Nel 1678, Newton soffrì di un grave crollo emotivo, e nell’anno seguente morì sua madre. La risposta di Newton fu quella di tagliare i contatti con gli altri e dedicarsi alla ricerca alchemica. Questi studi, una volta imbarazzanti per gli studiosi di Newton, non erano riflessioni sbagliate, ma indagini rigorose sulle forze nascoste della natura. Gli studi alchemici di Newton aprirono dei paradisi teorici che non si trovavano nella filosofia meccanica, la visione del mondo che sosteneva il suo primo lavoro. Mentre la filosofia meccanica riduceva tutti i fenomeni all’impatto della materia in movimento, la tradizione alchemica sosteneva la possibilità di attrazione e repulsione a livello delle particelle. Le successive intuizioni di Newton nella meccanica celeste possono essere ricondotte in parte ai suoi interessi alchemici: combinando l’azione a distanza e la matematica, Newton trasformò la filosofia meccanica aggiungendo una quantità misteriosa ma non meno misurabile, la forza gravitazionale.
Nel 1666, secondo la tradizione, Newton osservò la caduta di una mela nel suo giardino a Woolsthorpe, ricordando in seguito: “Nello stesso anno cominciai a pensare che la gravità si estendesse alla sfera della Luna”. La memoria di Newton non era accurata. Infatti, tutte le prove suggeriscono che il concetto di gravitazione universale non uscì dalla testa di Newton nel 1666, ma era in gestazione da quasi 20 anni. Ironicamente, Robert Hooke contribuì a dargli vita. Nel novembre 1679, Hooke iniziò uno scambio di lettere che riguardavano la questione del moto planetario. Anche se Newton interruppe frettolosamente la corrispondenza, le lettere di Hooke fornirono un collegamento concettuale tra l’attrazione centrale e una forza che diminuisce con il quadrato della distanza. All’inizio del 1680, Newton sembra aver tranquillamente tratto le sue conclusioni.
Nel frattempo, nei caffè di Londra, Hooke, Edmund Halley e Christopher Wren lottavano senza successo con il problema del moto planetario. Infine, nell’agosto del 1684, Halley fece una leggendaria visita a Newton a Cambridge, sperando in una risposta al suo enigma: Che tipo di curva descrive un pianeta nella sua orbita intorno al sole, assumendo una legge di attrazione al quadrato inverso? Quando Halley pose la domanda, la risposta pronta di Newton fu “un’ellisse”. Quando gli fu chiesto come faceva a sapere che era un’ellisse, Newton rispose che l’aveva già calcolata. Anche se Newton aveva risposto privatamente a uno degli enigmi dell’universo – e solo lui possedeva l’abilità matematica per farlo – era caratteristico che avesse sbagliato il calcolo. Dopo ulteriori discussioni promise di inviare immediatamente ad Halley un nuovo calcolo. In parziale adempimento della sua promessa Newton produsse il suo De Motu del 1684. Da quel seme, dopo quasi due anni di intenso lavoro, apparve la Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Senza dubbio, è il libro più importante pubblicato nella storia della scienza. Ma se i Principia erano il frutto della mente di Newton, Hooke e Halley erano niente meno che levatrici.
Anche se i Principia furono ben accolti, il loro futuro fu messo in dubbio prima della loro apparizione. Anche qui Hooke era al centro della scena, questa volta sostenendo (non senza ragione) che le sue lettere del 1679-1680 gli valsero un ruolo nella scoperta di Newton. Ma senza alcun effetto. Newton era così furioso con Hooketh che minacciò di sopprimere completamente il Libro III dei Principia, denunciando infine la scienza come “una signora impertinentemente litigiosa”. Newton si calmò e finalmente acconsentì alla pubblicazione. Ma invece di riconoscere il contributo di Hooke, Newton cancellò sistematicamente ogni possibile menzione del suo nome. L’odio di Newton per Hooke era logorante. In effetti, Newton più tardi trattenne la pubblicazione dei suoi Opticks (1704) e si ritirò virtualmente dalla Royal Society fino alla morte di Hooke nel 1703.
Dopo la pubblicazione dei Principia, Newton fu più coinvolto nelle questioni pubbliche. Nel 1689 fu eletto a rappresentare Cambridge in Parlamento, e durante il suo soggiorno a Londra fece conoscenza con John Locke, il famoso filosofo, e Nicolas Fatio de Duillier, un giovane matematico brillante che divenne un amico intimo. Nel 1693, tuttavia, Newton soffrì di un grave disturbo nervoso, non diverso dal suo esaurimento del 1677-1678. La causa è aperta all’interpretazione: il superlavoro; lo stress della controversia; l’inspiegabile perdita dell’amicizia con Fatio; o forse l’avvelenamento cronico da mercurio, risultato di quasi tre decenni di ricerca alchemica. Ogni fattore può aver giocato un ruolo. Sappiamo solo che Locke e Samuel Pepys ricevettero lettere strane e apparentemente squilibrate che suscitarono la preoccupazione per lo “sconforto nella testa, o nella mente, o in entrambe” di Newton. Qualunque sia la causa, poco dopo la sua guarigione Newton cercò una nuova posizione a Londra. Nel 1696, con l’aiuto di Charles Montague, membro del Trinity e poi conte di Halifax, Newton fu nominato direttore e poi maestro della zecca. La sua nuova posizione si dimostrò “più appropriata”, e lasciò Cambridge per Londra senza rimpianti.
Durante gli anni londinesi Newton godette di potere e successo mondano. La sua posizione alla Zecca gli assicurava uno status sociale ed economico confortevole, ed era un amministratore attivo e capace. Dopo la morte di Hooke nel 1703, Newton fu eletto presidente della Royal Society e fu rieletto annualmente fino alla sua morte. Nel 1704 pubblicò la sua seconda opera principale, l’Opticks, basata in gran parte sul lavoro completato decenni prima. Fu nominato cavaliere nel 1705.
Anche se i suoi anni creativi erano passati, Newton continuò ad esercitare una profonda influenza sullo sviluppo della scienza. In effetti, la Royal Society era lo strumento di Newton, e lui lo suonava a suo personale vantaggio. Il suo mandato come presidente è stato descritto come tirannico e autocratico, e il suo controllo sulle vite e le carriere dei discepoli più giovani era quasi assoluto. Newton non sopportava le contraddizioni o le controversie – i suoi litigi con Hooke forniscono esempi singolari. Ma nelle dispute successive, come presidente della RoyalSociety, Newton ha raccolto tutte le forze al suo comando. Per esempio, pubblicò le osservazioni astronomiche di Flamsteed – il lavoro di una vita – senza il permesso dell’autore; e nella sua disputa prioritaria con Leibniz riguardo al calcolo, Newton arruolò uomini più giovani per combattere la sua guerra di parole, mentre dietro le linee dirigeva segretamente carica e controcarica.Alla fine, le azioni della Società erano poco più che estensioni della volontà di Newton, e fino alla sua morte egli dominò il paesaggio della scienza senza rivali. Morì a Londra il 20 marzo 1727 (31 marzo, New Style).
Matematica- L’origine dell’interesse di Newton per la matematica può essere fatta risalire ai suoi giorni di laurea a Cambridge. Qui Newton conobbe un certo numero di opere contemporanee, compresa un’edizione della Géométrie di Cartesio, l’Arithmetica infinitorum di John Wallis e altre opere di importanti matematici. Ma tra il 1664 e il suo ritorno a Cambridge dopo la peste, Newton diede contributi fondamentali alla geometria analitica, all’algebra e al calcolo. In particolare, scoprì il teorema binomiale, nuovi metodi di espansione delle serie infinite e il suo “metodo diretto e inverso delle flussioni”. Come il termine implica, il calcolo flessionale è un metodo per trattare quantità che cambiano o scorrono. Quindi, una “flussione” rappresenta il tasso di cambiamento di un “fluente” – una quantità che cambia o scorre continuamente, come la distanza, l’area o la lunghezza. In sostanza, le flussioni erano le prime parole di un nuovo linguaggio della fisica.
Gli anni creativi di Newton in matematica si estesero dal 1664 alla primavera del 1696 circa. Anche se i suoi predecessori avevano anticipato vari elementi del calcolo, Newton generalizzò e integrò queste intuizioni sviluppando nuovi e più rigorosi metodi. Gli elementi essenziali del suo pensiero furono presentati in tre trattati, il primo dei quali apparve in un trattato diffuso privatamente, De analysi (Sull’analisi), che rimase inedito fino al 1711. Nel 1671, Newton sviluppò un resoconto più completo del suo metodo degli infinitesimi, che apparve nove anni dopo la sua morte come Methodusfluxionum et serierum infinitarum (The Method of Fluxions and InfiniteSeries, 1736). Oltre a queste opere, Newton scrisse quattro piccoli trattati, due dei quali furono allegati al suo Opticks del 1704.
Newton e Leibniz. Accanto alla sua brillantezza, il tratto più caratteristico della carriera matematica di Newton fu il ritardo nella pubblicazione. La disputa sulla priorità di Newton con Leibniz è un esempio celebre ma infelice. Gottfried Wilhelm Leibniz, l’avversario più capace di Newton, iniziò a pubblicare articoli sul calcolo nel 1684, quasi 20 anni dopo l’inizio delle scoperte di Newton. Il risultato di questa discrepanza temporale fu un’aspra disputa che infuriò per quasi due decenni. Il calvario iniziò con le voci che Leibniz aveva preso in prestito idee da Newton e le aveva fatte stampare in fretta. Finì con accuse di disonestà e vero e proprio plagio. La disputa sulla priorità di Newton-Leibniz, che alla fine si estese ad aree filosofiche riguardanti la natura di Dio e dell’universo, si è infine concentrata sull’ambiguità della priorità. Oggi è generalmente accettato che Newton e Leibniz svilupparono ciascuno il calcolo indipendentemente, e quindi sono considerati co-scopritori. Ma mentre Newton fu il primo a concepire e sviluppare il suo metodo dei flussi, Leibniz fu il primo a pubblicare i suoi risultati indipendenti.
Ottica.La ricerca ottica di Newton, come le sue indagini matematiche, iniziò durante i suoi anni di laurea a Cambridge. Ma a differenza del suo lavoro matematico, gli studi di Newton in ottica divennero rapidamente pubblici. Poco dopo la sua elezione alla Royal Society nel 1671, Newton pubblicò il suo primo articolo nelle Philosophical Transactionsof the Royal Society. Questo articolo, e gli altri che seguirono, attinsero alle sue ricerche universitarie e alle sue lezioni lucasiane a Cambridge.
Nel 1665-1666, Newton eseguì una serie di esperimenti sulla composizione della luce. Guidato inizialmente dagli scritti di Keplero e Cartesio, la principale scoperta di Newton fu che la luce visibile (bianca) è eterogenea, cioè la luce bianca è composta da colori che possono essere considerati primari. Attraverso una brillante serie di esperimenti, Newton dimostrò che i prismi separano piuttosto che modificare la luce bianca. Contrariamente alle teorie di Aristotele e di altri antichi, Newton sostenne che la luce bianca è secondaria ed eterogenea, mentre i colori separati sono primari e omogenei. Forse di uguale importanza, Newton dimostrò anche che i colori dello spettro, un tempo ritenuti qualità, corrispondono ad un “grado di rifrangibilità” osservato e quantificabile. L’esperimento più famoso di Newton, l’experimentum crucis, dimostrò la storia della composizione della luce. In breve, in una stanza buia Newton fece passare uno stretto raggio di luce solare da un piccolo foro in una persiana attraverso un prisma, rompendo così la luce bianca in uno spettro oblungo su una tavola. Poi, attraverso una piccola apertura nella tavola, Newton selezionò un dato colore (per esempio, il rosso) per farlo passare attraverso un’altra apertura in un secondo prisma, attraverso il quale fu rifratto su una seconda tavola. Quella che era iniziata come luce bianca ordinaria veniva così dispersa attraverso due prismi.
L'”esperimento cruciale” di Newton dimostrò che un colore selezionato che lasciava il primo prisma non poteva essere ulteriormente separato dal secondo prisma. Il raggio selezionato rimaneva dello stesso colore, e il suo angolo di rifrazione era costante per tutto il tempo. Newton concluse che la luce bianca è una “miscela eterogenea di raggi diversamente rifrangibili” e che i colori dello spettro non possono essere modificati individualmente, ma sono “proprietà originali e connesse”.
Newton probabilmente condusse alcuni dei suoi esperimenti sui prismi a Cambridge prima che la peste lo costringesse a tornare a Woolsthorpe. Le sue lezioni lucasiane, poi pubblicate in parte come Optical Lectures (1728), integrano altre ricerche pubblicate nelle Transactions della Società a partire dal febbraio 1672.
TheOpticks. TheOpticks del 1704, che apparve per la prima volta in inglese, è l’opera più completa e facilmente accessibile di Newton su luce e colore. Nelle parole di Newton, lo scopo degli Opticks era “non spiegare le proprietà della luce con le ipotesi, ma proporle e provarle con la ragione e gli esperimenti”. Divisi in tre libri, gli Opticks passano da definizioni, assiomi, proposizioni e teoremi alla prova tramite esperimenti. Una sottile miscela di ragionamento matematico e attenta osservazione, gli Opticks divennero il modello per la fisica sperimentale nel 18° secolo.
La teoria corpuscolare. Ma gli Opticks contenevano più che risultati sperimentali. Durante il 17° secolo era opinione diffusa che la luce, come il suono, consistesse in un movimento ondulatorio, e i maggiori critici di Newton nel campo dell’ottica – Robert Hooke e Christiaan Huygens – erano articolati portavoce di questa teoria, ma Newton non era d’accordo. Anche se il suo punto di vista si è evoluto nel tempo, la teoria della luce di Newton era essenzialmente corpuscolare, o particellare. In effetti, poiché la luce (a differenza del suono) viaggia in linea retta e proietta un’ombra netta, Newton suggerì che la luce fosse composta da particelle discrete che si muovono in linea retta alla maniera dei corpi inerziali. Inoltre, dato che gli esperimenti avevano dimostrato che le proprietà dei diversi colori della luce erano costanti e immutabili, anche la materia stessa della luce, secondo Newton, era costituita da particelle.
In diversi momenti della sua carriera Newton combinò la teoria delle particelle e quella delle onde della luce. Nella sua prima disputa con Hooke e di nuovo nel suo Opticks del 1717, Newton considerò la possibilità di una sostanza eterea – un materiale elastico onnipervasivo più sottile dell’aria – che avrebbe fornito un mezzo per la propagazione di onde o vibrazioni. Fin dall’inizio Newton rifiutò i modelli ondulatori di base di Hooke e Huygens, forse perché essi trascuravano la sottigliezza della periodicità.
La questione della periodicità sorse con il fenomeno noto come “anelli di Newton”. Nel libro II degli Ottici, Newton descrive una serie di esperimenti riguardanti i colori delle pellicole sottili. La sua osservazione più notevole fu che la luce che passa attraverso una lente convessa premuta contro una lastra di vetro piatta produce anelli colorati concentrici (gli anelli di Newton) con alternanza di oscurità. Newton tentò di spiegare questo fenomeno impiegando la teoria delle particelle insieme alla sua ipotesi di “adattamenti di facile trasmissione e riflessione”. Dopo aver fatto misurazioni accurate, Newton trovò che lo spessore della pellicola d’aria tra la lente (di una data curvatura) e il vetro corrispondeva alla spaziatura degli anelli. Se gli anelli scuri si verificavano a spessori di 0, 2, 4, 6… allora gli anelli colorati corrispondevano ad una progressione di numeri dispari, 1, 3, 5, 7, …. Anche se Newtond non speculò sulla causa di questa periodicità, la sua iniziale associazione degli ‘anelli di Newton’ con le vibrazioni in un mezzo suggerisce la sua volontà di modificare ma non abbandonare la teoria delle particelle.
TheOpticks fu l’opera più letta di Newton. Dopo la prima edizione, le versioni latine apparvero nel 1706 e nel 1719, e la seconda e la terza edizione inglese nel 1717 e nel 1721. Forse la parte più provocatoria dell’Opticks è la sezione conosciuta come “Queries”, che Newton mise alla fine del libro. Qui pose domande e azzardò opinioni sulla natura della luce, della materia e delle forze della natura.
Meccanica.La ricerca di Newton nella dinamica cade in tre grandi periodi: gli anni della peste 1664-1666, le indagini del 1679-1680, dopo la corrispondenza di Hooke, e il periodo 1684-1687, dopo la visita di Halley a Cambridge. La graduale evoluzione del pensiero di Newton in questi due decenni illustra la complessità dei suoi risultati e il carattere prolungato della “scoperta” scientifica.
Mentre il mito di Newton e la mela può essere vero, il racconto tradizionale di Newton e la gravità non lo è. Per essere sicuri, i primi pensieri di Newton sulla gravità iniziarono a Woolsthorpe, ma al tempo del suo famoso “test della luna” Newton doveva ancora arrivare al concetto di attrazione gravitazionale. I primi manoscritti suggeriscono che a metà degli anni 1660, Newton non pensava in termini di attrazione centrale della luna verso la terra, ma piuttosto della tendenza centrifuga della luna ad allontanarsi. Sotto l’influenza della filosofia meccanica, Newton non aveva ancora considerato la possibilità dell’azione a distanza, né era a conoscenza delle prime due ipotesi planetarie di Keplero. Per ragioni storiche, filosofiche e matematiche, Newton assunse che lo “sforzo” centrifugo della luna fosse uguale e opposto a qualche vincolo meccanico sconosciuto. Quest’ultima era derivata dalla terza ipotesi di Keplero (il quadrato del periodo orbitale di un pianeta è proporzionale al cubo della sua distanza media dal sole), dalla formula della forza centrifuga (la forza centrifuga su un corpo in rotazione è proporzionale al quadrato della sua velocità e inversamente proporzionale al raggio della sua orbita) e dall’assunzione di orbite circolari.
Il passo successivo fu quello di testare la relazione dell’inverso del quadrato contro i dati empirici. Per fare questo Newton, in effetti, confrontò la limitazione dello “sforzo” della luna di allontanarsi con il tasso di accelerazione osservato degli oggetti in caduta sulla terra. Il problema era quello di ottenere dati accurati. Assumendo la stima di Galileo che la luna sia a 60 raggi terrestri dalla terra, il vincolo sulla luna avrebbe dovuto essere 1/3600 (1/602) dell’accelerazione gravitazionale sulla terra. Ma la stima di Newton della dimensione della terra era troppo bassa, e il suo calcolo mostrò che l’effetto sulla luna era circa 1/4000 di quello sulla terra. Come Newton descrisse più tardi, il test della luna rispose “abbastanza vicino”. Ma le cifre per la luna non erano esatte, e Newton abbandonò il problema.
Tra il 1679 e l’inizio del 1680 uno scambio di lettere con Hooke rinnovò l’interesse di Newton. Nel novembre del 1679, quasi 15 anni dopo la prova della luna, Hooke scrisse a Newton a proposito di un’ipotesi presentata nel suo Attempt to Provethe Motion of the Earth (1674). Qui Hooke propose che le orbite planetarie risultano da un moto tangenziale e “un moto attrattivo verso il corpo centrale”. In lettere successive Hooke specificò ulteriormente una forza attrattiva centrale che cadeva con il quadrato della distanza. Come risultato di questo scambio Newton rifiutò la sua precedente nozione di tendenze centrifughe in favore dell’attrazione centrale. Le lettere di Hooke fornirono un’intuizione cruciale, ma in retrospettiva, se il potere intuitivo di Hooke sembra impareggiabile, non si avvicinò mai al potere matematico di Newton in linea di principio o in pratica.
Quando Halley visitò Cambridge nel 1684, Newton aveva già dimostrato la relazione tra un’attrazione quadratica inversa e le orbite ellittiche. Con “gioia e stupore” di Halley, Newton apparentemente riuscì dove lui e altri avevano fallito. Con questo, il ruolo di Halley cambiò, e procedette a guidare Newton verso la pubblicazione. Halley finanziò personalmente i Principia e li vide attraverso la stampa fino alla pubblicazione nel luglio 1687.
Il Principia. Il capolavoro di Newton è diviso in tre libri. Il libro I dei Principia inizia con otto definizioni e tre assiomi, questi ultimi ora conosciuti come le leggi del moto di Newton. Nessuna discussione di Newton sarebbe completa senza di essi: (1) Ogni corpo continua nel suo stato di riposo, o moto uniforme in una linea retta, a meno che non sia costretto a cambiare questo stato da forze impresse su di esso (inerzia). (2) Il cambiamento del moto è proporzionale alla forza motrice impressa e avviene nella direzione della linea retta in cui tale forza è impressa (F= ma). (3) Ad ogni azione c’è sempre una reazione opposta ed uguale.Seguendo questi assiomi, Newton procede per gradi con proposizioni, teoremi e problemi.
Nel libro II dei Principia, Newton tratta il moto dei corpi attraverso mezzi resistenti e il moto dei fluidi stessi. Poiché il Libro II non faceva parte dello schema iniziale di Newton, tradizionalmente è sembrato un po’ fuori luogo. Tuttavia, è degno di nota che verso la fine del Libro II (Sezione IX) Newton dimostra che i vortici invocati da Cartesio per spiegare il moto planetario non potevano essere autosufficienti; né la teoria dei vortici era coerente con le tre regole planetarie di Keplero. Lo scopo del Libro II diventa allora chiaro. Dopo aver screditato il sistema di Cartesio, Newton conclude: Come questi moti siano eseguiti nello spazio libero senza vortici, può essere compreso dal primo libro; e ora lo tratterò più pienamente nel libro seguente.”
Nel libro III, sottotitolato il Sistema del Mondo, Newton estese le sue tre leggi del moto alla struttura del mondo, dimostrando infine “che c’è una forza di gravità che tende a tutti i corpi, proporzionale a queste diverse quantità di materia che essi contengono”. La legge di Newton della gravitazione universale afferma che F = G Mm/R2; cioè, che tutta la materia è reciprocamente attratta con una forza (F) proporzionale al prodotto delle loro masse (Mm) e inversamente proporzionale al quadrato della distanza (R2) tra loro. G è una costante il cui valore dipende dalle unità usate per la massa e la distanza. Per dimostrare la potenza della sua teoria, Newton usò l’attrazione gravitazionale per spiegare il moto dei pianeti e delle loro lune, la precessione degli equinozi, l’azione delle maree e il moto delle comete. In sintesi, l’universo di Newton univa il cielo e la terra con un unico insieme di leggi. Divenne il fondamento fisico e intellettuale della moderna visione del mondo.
Per quanto riguarda il più potente e influente trattato scientifico mai pubblicato, i Principi apparvero in altre due edizioni durante la vita di Newton, nel 1713 e nel 1726.
Altre ricerche. Durante la sua carriera Newton condusse ricerche in teologia e storia con la stessa passione con cui perseguiva la chimica e la scienza. Anche se alcuni storici hanno trascurato gli scritti non scientifici di Newton, ci sono pochi dubbi sulla sua devozione a questi argomenti, come attestano ampiamente i suoi manoscritti. I soli scritti di Newton su argomenti teologici e biblici ammontano a circa 1,3 milioni di parole, l’equivalente di 20 libri di lunghezza standard di oggi. Anche se questi scritti dicono poco sulla scienza newtoniana, ci dicono molto su Isaac Newton.
Il gesto finale di Newton prima della morte fu di rifiutare il sacramento, una decisione di una certa importanza nel XVIII secolo. Anche se Newton fu doverosamente cresciuto nella tradizione protestante, le sue opinioni mature sulla teologia non erano né protestanti, né tradizionali, né ortodosse. Nell’intimità dei suoi pensieri e dei suoi scritti, Newton rifiutava una serie di dottrine che considerava mistiche, irrazionali o superstiziose. In una parola, era un Unitario.
La ricerca di Newton al di fuori della scienza – in teologia, profezia e storia – era alla ricerca di coerenza e unità. La sua passione era quella di unire conoscenza e fede, di riconciliare il Libro della Natura con il Libro delle Scritture. Ma per tutta l’eleganza del suo pensiero e l’audacia della sua ricerca, l’enigma di Isaac Newton rimase. Alla fine, Newton è un enigma per noi tanto quanto lo era, senza dubbio, per lui stesso.
RobertA. Hatch
Università della Florida