Newton,Sir Isaac (1642-1727), angielski filozof przyrody, powszechnie uważany za najbardziej oryginalny i wpływowy teoretyk w historii nauki. Oprócz wynalezienia rachunku nieskończoności i nowej teorii światła i koloru, Newton przekształcił strukturę nauk fizycznych dzięki swoim trzem prawom ruchu i prawu powszechnej grawitacji. Jako zwornik rewolucji naukowej XVII wieku, dzieło Newtona połączyło wkład Kopernika, Keplera, Galileusza, Kartezjusza i innych w nową i potężną syntezę. Trzy wieki później powstała w ten sposób struktura – mechanika klasyczna – nadal jest bolesnym, ale nie mniej eleganckim pomnikiem jego geniuszu.
Życie & Charakter – Isaac Newton urodził się przedwcześnie w dzień Bożego Narodzenia 1642 roku (4 stycznia 1643 roku, Nowy Styl) w Woolsthorpe, wiosce niedaleko Grantham w Lincolnshire. Pośmiertny syn niepiśmiennego yeomana (również o imieniu Isaac), niemowlę pozbawione ojca było na tyle małe przy urodzeniu, że zmieściło się „w kwartniku”. Gdy miał zaledwie trzy lata, matka Newtona, Hanna (Ayscough), umieściła swego pierworodnego u babki, by ponownie wyjść za mąż i założyć drugą rodzinę z Barnabasem Smithem, zamożnym rektorem z pobliskiego North Witham. Wiele uwagi poświęcono pośmiertnym narodzinom Newtona, jego długotrwałej rozłące z matką i niezrównanej nienawiści do ojczyma. Do czasu powrotu Hanny do Woolsthorpe w 1653 roku po śmierci jej drugiego męża, Newton był pozbawiony uwagi matki, co może być wskazówką dla jego złożonego charakteru. Dzieciństwo Newtona nie było szczęśliwe, a przez całe życie balansował na granicy emocjonalnego załamania, od czasu do czasu wpadając w gwałtowne i mściwe ataki zarówno na przyjaciół, jak i wrogów.
Po powrocie matki do Woolsthorpe w 1653 r. Newton został odsunięty od szkoły, by wypełniać swoje przyrodzone prawo jako farmer. Szczęśliwie nie udało mu się wypełnić tego powołania i powrócił do King’s School w Grantham, by przygotować się do wstąpienia do Trinity College w Cambridge. Z tego okresu zachowały się liczne anegdoty o roztargnieniu Newtona jako początkującego farmera i jego słabych wynikach jako studenta. Jednak punkt zwrotny w życiu Newtona nastąpił w czerwcu 1661 roku, kiedy opuścił Woolsthorpe i udał się na Uniwersytet Cambridge. Tutaj Newton wkroczył w nowy świat, który w końcu mógł nazwać swoim własnym.
W 1665 roku Newton uzyskał tytuł licencjata w Cambridge bez wyróżnienia czy honoru.Ponieważ uniwersytet był zamknięty przez następne dwa lata z powodu zarazy, Newton powrócił do Woolsthorpe w połowie roku. Tam, w ciągu następnych 18 miesięcy, dokonał szeregu oryginalnych odkryć naukowych. Jak później wspominał: „Wszystko to działo się w ciągu dwóch lat zarazy, 1665 i 1666 roku, ponieważ w tych dniach byłem w najlepszym wieku dla wynalazków, a matematyka i filozofia zajmowały mnie bardziej niż kiedykolwiek wcześniej”. W matematyce Newton stworzył swoją „metodę fluksji” (rachunek nieskończoności), położył podwaliny pod swoją teorię światła i koloru oraz osiągnął znaczący wgląd w problem ruchu planetarnego, wgląd, który ostatecznie doprowadził do opublikowania jego „Principii” (1687).
W kwietniu 1667 roku Newton powrócił do Cambridge i, wbrew przeciwnościom, został wybrany na stanowisko minor fellow w Trinity. Sukces podążył za szczęściem. W następnym roku został senior fellow po uzyskaniu tytułu magistra sztuki, a w 1669 roku, zanim skończył 27 lat, został następcą Isaaca Barrowa jako Lucasian Professor of Mathematics. Obowiązki wynikające z tej nominacji dały Newtonowi okazję do uporządkowania wyników jego wcześniejszych badań optycznych, a w 1672 roku, wkrótce po wyborze do Royal Society, opublikował swoją pierwszą publiczną pracę, błyskotliwe, ale nie mniej kontrowersyjne studium na temat natury koloru.
W pierwszej z serii gorzkich sporów Newton starł się ze sławnym kuratorem eksperymentów, bystrym, ale zgryźliwym Robertem Hooke’em. Wynikająca z tego kontrowersja, która trwała do 1678 roku, ustanowiła wzór zachowania Newtona. Po początkowej potyczce, po cichu wycofał się.Mimo to, w 1675 roku Newton odważył się na kolejną pracę, która ponownie wywołała piorun, tym razem oskarżony o plagiat z Hooke’a. Zarzuty były całkowicie bezpodstawne. Zarzuty te były całkowicie bezpodstawne. Dwukrotnie poparzony, Newton wycofał się.
W 1678 roku Newton przeżył poważne załamanie emocjonalne, a w następnym roku zmarła jego matka. Reakcją Newtona było odcięcie się od kontaktów z innymi i poświęcenie się badaniom alchemicznym. Badania te, niegdyś wprawiające badaczy Newtona w zakłopotanie, nie były błędnymi rozmyślaniami, lecz rygorystycznymi dociekaniami nad ukrytymi siłami natury. Studia alchemiczne Newtona otworzyły teoretyczne możliwości, których nie można było znaleźć w filozofii mechanicznej, światopoglądzie, na którym opierały się jego wczesne prace. Podczas gdy filozofia mechaniczna redukowała wszystkie zjawiska do oddziaływania materii w ruchu, tradycja alchemiczna podtrzymywała możliwość przyciągania i odpychania na poziomie cząsteczek. Łącząc działanie na odległość z matematyką, Newton przekształcił filozofię mechaniczną, dodając tajemniczą, ale nie mniej wymierną wielkość – siłę grawitacji.
W 1666 roku, jak głosi tradycja, Newton zaobserwował upadek jabłka w swoim ogrodzie w Woolsthorpe, wspominając później: „W tym samym roku zacząłem myśleć o grawitacji rozciągającej się na orbitę Księżyca”. Pamięć Newtona nie była dokładna. W rzeczywistości wszystkie dowody wskazują na to, że koncepcja powszechnego ciążenia nie wyłoniła się w pełni z głowy Newtona w 1666 roku, lecz dojrzewała przez prawie 20 lat. Jak na ironię, Robert Hooke pomógł nadać jej życie. W listopadzie 1679 roku Hooke zainicjował wymianę listów, które dotyczyły kwestii ruchu planet. Chociaż Newton pośpiesznie zerwał korespondencję, listy Hooke’a dostarczyły konceptualnego związku między przyciąganiem centralnym a siłą malejącą z kwadratem odległości. Wydaje się, że gdzieś na początku 1680 roku Newton po cichu wyciągnął własne wnioski.
W międzyczasie, w londyńskich kawiarniach, Hooke, Edmund Halley i Christopher Wren bezskutecznie zmagali się z problemem ruchu planetarnego. W końcu, w sierpniu 1684 roku, Halley złożył legendarną wizytę Newtonowi w Cambridge, licząc na odpowiedź na jego zagadkę: Jaki rodzaj krzywej opisuje planeta na swojej orbicie wokół Słońca, zakładając odwrotne do kwadratowego prawo przyciągania? Kiedy Halley zadał to pytanie, Newton od razu odpowiedział: „elipsa”. Na pytanie, skąd wiedział, że jest to elipsa, Newton odpowiedział, że już ją obliczył. Chociaż Newton prywatnie odpowiedział na jedną z zagadek wszechświata – i tylko on posiadał matematyczną zdolność, by to zrobić – to jednak, co charakterystyczne, pomylił się w obliczeniach. Po dalszej dyskusji obiecał niezwłocznie przesłać Halleyowi nowe obliczenia. W częściowym spełnieniu tej obietnicy Newton sporządził swoje De Motu z 1684 roku. Z tego zalążka, po prawie dwóch latach intensywnej pracy, powstała Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Jest to bez wątpienia najważniejsza książka opublikowana w historii nauki. Ale jeśli Principia były pomysłem Newtona, to Hooke i Halley byli ni mniej, ni więcej, tylko położnymi.
Ale chociaż Principia zostały dobrze przyjęte, ich przyszłość była poddawana w wątpliwość, zanim się ukazały. Hooke ponownie znalazł się w centrum uwagi, tym razem twierdząc (nie bez racji), że jego listy z lat 1679-1680 zapewniły mu rolę w odkryciu Newtona. Ale bez skutku. Newton był tak wściekły na Hooka, że zagroził, iż całkowicie wycofa III księgę Principiów, a w końcu określił naukę mianem „bezczelnie spornej damy”. Newton uspokoił się i w końcu zgodził się na publikację. Ale zamiast uznać wkład Hooke’a, Newton systematycznie usuwał każdą możliwą wzmiankę o nim. Nienawiść Newtona do Hooke’a była obezwładniająca. Rzeczywiście, Newton wstrzymał później publikację swoich Opticks (1704) i praktycznie wycofał się z Royal Society aż do śmierci Hooke’a w 1703 r.
Po opublikowaniu Principiów Newton bardziej zaangażował się w sprawy publiczne. W 1689 roku został wybrany na reprezentanta Cambridge w Parlamencie, a podczas pobytu w Londynie poznał Johna Locke’a, słynnego filozofa, i Nicolasa Fatio de Duillier, błyskotliwego młodego matematyka, który stał się jego bliskim przyjacielem. W 1693 r. Newton doznał jednak poważnych zaburzeń nerwowych, nie różniących się od załamania z lat 1677-1678. Przyczynę można interpretować w różny sposób: przepracowanie, stres związany z kontrowersjami, niewyjaśniona utrata przyjaźni z Fatio, a może chroniczne zatrucie rtęcią, będące skutkiem prawie trzech dekad badań alchemicznych. Każdy z tych czynników mógł odegrać jakąś rolę. Wiemy tylko, że Locke i Samuel Pepys otrzymywali dziwne i pozornie obłąkane listy, które wzbudzały niepokój o „dyskomfort w głowie lub umyśle, lub w obu tych sferach” Newtona. Niezależnie od przyczyny, wkrótce po powrocie do zdrowia Newton szukał nowej posady w Londynie. W 1696 roku, z pomocą Charlesa Montague, kolegi z Trinity i późniejszego earla Halifax, Newton został mianowany naczelnikiem, a następnie mistrzem mennicy. Jego nowe stanowisko okazało się „najwłaściwsze” i bez żalu opuścił Cambridge i udał się do Londynu.
Podczas londyńskich lat Newton cieszył się władzą i światowym powodzeniem. Jego pozycja w mennicy zapewniała mu wygodny status społeczny i ekonomiczny, a on sam był aktywnym i zdolnym administratorem. Po śmierci Hooke’a w 1703 roku Newton został wybrany na prezesa Royal Society i był nim ponownie wybierany co roku aż do śmierci. W 1704 r. opublikował swoje drugie ważne dzieło, Opticks, oparte w dużej mierze na pracach ukończonych kilkadziesiąt lat wcześniej. Został pasowany na rycerza w 1705 r.
Chociaż jego twórcze lata już minęły, Newton nadal wywierał głęboki wpływ na rozwój nauki. W efekcie Towarzystwo Królewskie było instrumentem Newtona, a on grał na nim na swoją osobistą korzyść. Jego kadencję jako prezesa opisywano jako despotyczną i autokratyczną, a jego kontrola nad życiem i karierą młodszych uczniów była niemal absolutna. Newton nie znosił sprzeczności ani kontrowersji – jego kłótnie z Hookepem są tego dobitnym przykładem. Jednak w późniejszych sporach, jako przewodniczący Towarzystwa Królewskiego, Newton zmobilizował wszystkie siły, jakimi dysponował. Na przykład opublikował obserwacje astronomiczne Flamsteeda – pracę całego życia – bez zgody autora; a w swoim priorytetowym sporze z Leibnizem dotyczącym rachunku Newton zaciągnął młodszych ludzi, by toczyli jego wojnę na słowa, podczas gdy za linią frontu potajemnie kierował szarżami i kontrszarżami. W końcu działania Towarzystwa były niczym więcej niż przedłużeniem woli Newtona, który aż do śmierci dominował w świecie nauki, nie mając sobie równych. Zmarł w Londynie 20 marca 1727 roku (31 marca w nowym stylu).
Mathematics- The origin of Newton’s interest in mathematics can be traced to his undergraduatedays at Cambridge. Tutaj Newton zapoznał się z wieloma współczesnymi dziełami, w tym z wydaniem Géométrie Kartezjusza, Arithmetica infinitorum Johna Wallisa i innymi pracami wybitnych matematyków. Jednak między rokiem 1664 a swoim powrotem do Cambridge po zarazie Newton wniósł fundamentalny wkład w geometrię analityczną, algebrę i rachunek. W szczególności odkrył twierdzenie dwumianowe, nowe metody rozszerzania nieskończonych szeregów oraz swoją „bezpośrednią i odwrotną metodę fluksji”. Jak sugeruje nazwa, rachunek fluksyjny jest metodą traktowania wielkości zmieniających się lub płynących. Stąd „fluksja” reprezentuje tempo zmiany „fluentu” – stale zmieniającej się lub płynącej wielkości, takiej jak odległość, powierzchnia czy długość. W istocie, fluksje były pierwszymi słowami w nowym języku fizyki.
Twórcze lata Newtona w matematyce rozciągały się od 1664 do mniej więcej wiosny 1696 roku. Chociaż jego poprzednicy przewidzieli różne elementy rachunku, Newton uogólnił i zintegrował te spostrzeżenia, rozwijając jednocześnie nowe i bardziej rygorystyczne metody. Zasadnicze elementy jego myśli zostały przedstawione w trzech traktatach, z których pierwszy ukazał się w prywatnie rozpowszechnianej rozprawie De analysi (O analizie), niepublikowanej do 1711 roku. W 1671 roku Newton opracował pełniejszy opis swojej metody nieskończoności, który ukazał się dziewięć lat po jego śmierci jako Methodusfluxionum et serierum infinitarum (The Method of Fluxions and InfiniteSeries, 1736). Oprócz tych prac Newton napisał cztery małe traktaty, z których dwa zostały dołączone do jego Opticks z 1704 roku.
Newton i Leibniz. Najbardziej charakterystyczną cechą kariery matematycznej Newtona, obok jej błyskotliwości, było opóźnienie publikacji. Sławnym, lecz nieszczęśliwym przykładem jest spór Newtona z Leibnizem o pierwszeństwo. Gottfried Wilhelm Leibniz, najzdolniejszy przeciwnik Newtona, zaczął publikować prace na temat rachunku w 1684 roku, prawie 20 lat po rozpoczęciu odkryć Newtona. Skutkiem tej rozbieżności czasowej był gorzki spór, który toczył się przez prawie dwie dekady. Zaczęło się od plotek, że Leibniz zapożyczył pomysły od Newtona i w pośpiechu wprowadził je do druku. Skończyło się na oskarżeniach o nieuczciwość i jawny plagiat. Spór o pierwszeństwo między Newtonem a Leibnizem – który ostatecznie rozszerzył się na filozoficzne obszary dotyczące natury Boga i wszechświata – ostatecznie obrócił się wokół dwuznaczności pierwszeństwa. Obecnie panuje powszechna zgoda co do tego, że Newton i Leibniz opracowali rachunek niezależnie od siebie i dlatego uważa się ich za współodkrywców. Jednak podczas gdy Newton jako pierwszy wymyślił i opracował metodę fluksji, Leibniz jako pierwszy opublikował swoje niezależne wyniki.
Optyka.Badania optyczne Newtona, podobnie jak jego badania matematyczne, rozpoczęły się w czasie jego studiów w Cambridge. Ale w przeciwieństwie do jego pracy matematycznej, badania Newtona w dziedzinie optyki szybko zyskały rozgłos. Wkrótce po wyborze do Royal Society w 1671 roku Newton opublikował swoją pierwszą pracę w Philosophical Transactionsof the Royal Society. Praca ta, a także inne, które po niej nastąpiły, czerpały z jego badań licencjackich, jak również z wykładów Lucasiana w Cambridge.
W latach 1665-1666 Newton przeprowadził szereg eksperymentów dotyczących składu światła. Kierując się początkowo pismami Keplera i Kartezjusza, głównym odkryciem Newtona było to, że światło widzialne (białe) jest niejednorodne – to znaczy, że światło białe składa się z kolorów, które można uznać za podstawowe. Dzięki błyskotliwej serii eksperymentów Newton wykazał, że pryzmaty raczej rozdzielają niż modyfikują białe światło. W przeciwieństwie do teorii Arystotelesa i innych starożytnych, Newton utrzymywał, że światło białe jest wtórne i niejednorodne, podczas gdy poszczególne kolory są pierwotne i jednorodne. Co być może równie ważne, Newton wykazał również, że kolory widma, uważane wcześniej za jakości, odpowiadają obserwowanemu i policzalnemu „stopniowi zmienności”.
Kluczowy eksperyment. Najsłynniejszy eksperyment Newtona, experimentum crucis, zademonstrował teorię składu światła. Krótko mówiąc, w ciemnym pokoju Newton pozwolił wąskiej wiązce światła słonecznego przejść z małego otworu w okiennicy przez pryzmat, rozbijając w ten sposób białe światło na podłużne widmo na tablicy. Następnie, przez mały otwór w tablicy, Newton wybrał dany kolor (na przykład czerwony), który miał przejść przez kolejny otwór do drugiego pryzmatu, przez który został załamany na drugiej tablicy. To, co początkowo było zwykłym białym światłem, zostało w ten sposób rozproszone przez dwa pryzmaty.
Newton w swoim „kluczowym eksperymencie” wykazał, że wybrany kolor opuszczający pierwszy pryzmat nie mógł być dalej rozdzielany przez drugi pryzmat. Wybrana wiązka pozostała tej samej barwy, a jej kąt załamania był stały przez cały czas. Newton doszedł do wniosku, że białe światło jest „niejednorodną mieszaniną różnych promieni” i że kolory widma nie mogą być indywidualnie modyfikowane, lecz są „oryginalnymi i powiązanymi właściwościami”.
Newtonprobably conducted a number of his prism experiments at Cambridge beforethe plague forced him to return to Woolsthorpe. Jego wykłady z Lucasian, opublikowane później w części jako Optical Lectures (1728), uzupełniają inne badania opublikowane w Transactions Towarzystwa od lutego 1672 r.
TheOpticks. TheOpticks z 1704 roku, który po raz pierwszy ukazał się w języku angielskim, jest najbardziej wszechstronną i łatwo dostępną pracą Newtona na temat światła i koloru. Według Newtona, celem Opticks było „nie wyjaśnienie właściwości światła za pomocą hipotez, ale zaproponowanie i udowodnienie ich za pomocą rozumu i eksperymentów”. Podzielone na trzy księgi, Opticks przechodzą od definicji, aksjomatów, propozycji i twierdzeń do dowodu za pomocą eksperymentu. Subtelna mieszanka matematycznego rozumowania i uważnej obserwacji sprawiła, że Opticks stały się wzorcem fizyki eksperymentalnej w XVIII wieku.
Teoria Korpuskularna. Opticks zawierał jednak więcej niż tylko wyniki eksperymentów. W XVII wieku powszechnie uważano, że światło, podobnie jak dźwięk, składa się z ruchu falowego, a najwięksi krytycy Newtona w dziedzinie optyki – Robert Hooke i Christiaan Huygens – byli gorącymi rzecznikami tej teorii. Newton nie zgadzał się z tym poglądem. Chociaż jego poglądy z czasem ewoluowały, teoria światła Newtona była zasadniczo korpuskularna, czyli cząsteczkowa. W efekcie, ponieważ światło (w przeciwieństwie do dźwięku) porusza się po liniach prostych i rzuca ostry cień, Newton zasugerował, że składa się ono z dyskretnych cząstek poruszających się po liniach prostych na podobieństwo ciał inercyjnych. Ponadto, ponieważ eksperymenty wykazały, że właściwości poszczególnych kolorów światła były stałe i niezmienne, tak samo, rozumował Newton, było z samym materiałem światła – cząsteczkami.
W różnych momentach swojej kariery Newton w efekcie połączył cząsteczkowe i falowe teorie światła. W swoim najwcześniejszym sporze z Hooke’em i ponownie w Optikach z 1717 roku, Newton rozważał możliwość istnienia substancji eterycznej – wszechobecnego elastycznego materiału, bardziej subtelnego niż powietrze – która mogłaby stanowić medium dla rozchodzenia się fal lub wibracji. Od początku Newton odrzucił podstawowe modele falowe Hooke’a i Huygensa, być może dlatego, że przeoczyli oni subtelność okresowości.
Kwestia okresowości pojawiła się wraz ze zjawiskiem znanym jako „pierścienie Newtona”. W II księdze Optyki Newton opisuje serię eksperymentów dotyczących kolorów cienkich błon. Jego najbardziej niezwykła obserwacja wykazała, że światło przechodzące przez wypukłą soczewkę przyciśniętą do płaskiej szklanej płyty tworzy koncentryczne kolorowe pierścienie (pierścienie Newtona) z naprzemiennymi ciemnymi pierścieniami. Newton próbował wyjaśnić to zjawisko, stosując teorię cząstek w połączeniu ze swoją hipotezą „pasowania łatwej transmisji i odbicia”. Po dokonaniu dokładnych pomiarów Newton stwierdził, że grubość warstwy powietrza między soczewką (o danej krzywiźnie) a szkłem odpowiada rozstawowi pierścieni. Jeśli ciemne pierścienie występowały przy grubościach 0, 2, 4, 6… , wtedy kolorowe pierścieniecorresponded do nieparzystej liczby progresji, 1, 3, 5, 7, …. Chociaż Newtond nie spekulował na temat przyczyny tej periodyczności, jego początkowe skojarzenie „pierścieni Newtona” z wibracjami w medium sugeruje jego chęć modyfikacji, ale nie porzucenia teorii cząstek.
Opticks was Newton’s most widely read work. Po pierwszym wydaniu, łacińskie wersje ukazały się w 1706 i 1719 roku, a drugie i trzecie wydanie angielskie w 1717 i 1721 roku. Być może najbardziej prowokującą częścią Opticks jest rozdział znany jako „Queries”, który Newton umieścił na końcu książki. Zadawał tu pytania i wyrażał opinie na temat natury lotu, materii i sił natury.
Mechanika.Badania Newtona w dziedzinie dynamiki dzielą się na trzy główne okresy: lata epidemii dżumy 1664-1666, badania w latach 1679-1680, po korespondencji Hooke’a, oraz okres 1684-1687, po wizycie Halleya w Cambridge. Stopniowa ewolucja myśli Newtona w ciągu tych dwóch dekad ilustruje złożoność jego osiągnięć, a także długotrwały charakter naukowego „odkrycia”.
Mit o Newtonie i jabłku może być prawdziwy, ale tradycyjna relacja o Newtonie i grawitacji nie jest. Z pewnością wczesne przemyślenia Newtona na temat grawitacji zaczęły się w Woolsthorpe, ale w czasie jego słynnego „testu księżycowego” Newton nie doszedł jeszcze do koncepcji przyciągania grawitacyjnego. Wczesne manuskrypty sugerują, że w połowie lat 60. Newton nie myślał w kategoriach przyciągania księżyca do ziemi, lecz raczej o jego tendencji odśrodkowej do oddalania się. Pod wpływem filozofii mechanicznej Newton nie brał jeszcze pod uwagę możliwości działania na odległość; nie znał też dwóch pierwszych hipotez planetarnych Keplera. Z powodów historycznych, filozoficznych i matematycznych Newton założył, że odśrodkowy „wysiłek” Księżyca jest równy i przeciwny jakiemuś nieznanemu mechanicznemu przymusowi. Z tych samych powodów założył również orbitę kołową i odwrotną zależność kwadratową. Ta ostatnia została wyprowadzona z trzeciej hipotezy Keplera (kwadrat okresu orbitalnego planety jest proporcjonalny do sześcianu jej średniej odległości od Słońca), wzoru na siłę odśrodkową (siła odśrodkowa na obracającym się ciele jest proporcjonalna do kwadratu jego prędkości i odwrotnie proporcjonalna do promienia jego orbity) oraz założenia o orbitach kołowych.
Pod koniec 1679 i na początku 1680 roku wymiana listów z Hooke’em odnowiła zainteresowanie Newtona. W listopadzie 1679 roku, prawie 15 lat po teście księżyca, Hookewrote napisał do Newtona w sprawie hipotezy przedstawionej w jego Attempt to Provethe Motion of the Earth (1674). Hooke zaproponował tam, że orbity planetarne wynikają z ruchu stycznego i „ruchu przyciągającego w kierunku ciała centralnego”. W późniejszych listach Hooke dalej precyzował centralną siłę przyciągania, która zmniejszała się z kwadratem odległości. W wyniku tej wymiany Newton odrzucił swoją wcześniejszą koncepcję tendencji odśrodkowych na rzecz przyciągania centralnego. Listy Hooke’a dostarczyły istotnych spostrzeżeń, ale z perspektywy czasu, jeśli intuicyjna siła Hooke’a wydaje się niezrównana, to nigdy nie dorównała matematycznej sile Newtona ani w zasadzie, ani w praktyce.
Kiedy Halley odwiedził Cambridge w 1684 roku, Newton zademonstrował już związek między odwrotnością przyciągania kwadratowego a orbitami eliptycznymi. Ku „radości i zdumieniu” Halleya, Newtonowi najwyraźniej udało się odnieść sukces tam, gdzie jemu i innym się nie udało. W związku z tym rola Halleya zmieniła się i zaczął on prowadzić Newtona w kierunku publikacji. Halley osobiście sfinansował Principia i doprowadził je przez prasę do publikacji w lipcu 1687 roku.
Principia. Arcydzieło Newtona podzielone jest na trzy księgi. Księga I Principiów rozpoczyna się ośmioma definicjami i trzema aksjomatami, z których te ostatnie znane są obecnie jako prawa ruchu Newtona. Bez nich żadna dyskusja o Newtonie nie byłaby kompletna: (1) Każde ciało pozostaje w stanie spoczynku, czyli w ruchu jednostajnym po linii prostej, chyba że zostanie zmuszone do zmiany tego stanu przez działające na nie siły (bezwładność). (2) Zmiana ruchu jest proporcjonalna do działającej siły napędowej i odbywa się w kierunku linii prostej, w której działa ta siła (F= ma). (3) Każdej akcji towarzyszy zawsze przeciwna i równa reakcja. Kierując się tymi aksjomatami, Newton przechodzi krok po kroku do twierdzeń, tez i problemów.
W księdze II Principiów Newton zajmuje się ruchem ciał przez ośrodki oporowe, a także ruchem samych płynów. Ponieważ księga druga nie była częścią pierwotnego zarysu Newtona, tradycyjnie wydaje się ona nieco nie na miejscu. Niemniej jednak warto zauważyć, że pod koniec II księgi (rozdział IX) Newton wykazuje, iż wiry, na które powoływał się Kartezjusz w celu wyjaśnienia ruchu planet, nie mogły być samoistne; teoria wirów nie była też zgodna z trzema zasadami planetarnymi Keplera. Cel księgi II staje się wtedy jasny. Po zdyskredytowaniu systemu Kartezjusza Newton konkluduje: 'Jak te ruchy są wykonywane w wolnej przestrzeni bez wirów, można zrozumieć z pierwszej księgi; a teraz zajmę się tym dokładniej w następnej.’
W księdze III, noszącej podtytuł System świata, Newton rozszerzył swoje trzy prawa ruchu na ramy świata, wykazując ostatecznie, 'że istnieje siła grawitacji ciążąca ku wszystkim ciałom, proporcjonalna do tych różnych ilości materii, które zawierają.’ Prawo powszechnej grawitacji Newtona stwierdza, że F = G Mm/R2; to znaczy, że wszelka materia przyciąga się wzajemnie z siłą (F) proporcjonalną do iloczynu ich mas (Mm) i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości (R2) między nimi. G jest stałą, której wartość zależy od jednostek użytych do określenia masy i odległości. Aby zademonstrować siłę swojej teorii, Newton wykorzystał przyciąganie grawitacyjne do wyjaśnienia ruchu planet i ich księżyców, precesji równonocy, działania pływów morskich i ruchu komet. Podsumowując, wszechświat Newtona łączył niebo i ziemię za pomocą jednego zbioru praw. Stał się on fizyczną i intelektualną podstawą nowoczesnego światopoglądu.
Precedens, będący prawdopodobnie najpotężniejszym i najbardziej wpływowym traktatem naukowym, jaki kiedykolwiek opublikowano, doczekał się dwóch kolejnych wydań jeszcze za życia Newtona, w 1713 i 1726 roku.
Inne badania. Przez całą swoją karierę Newton prowadził badania w dziedzinie teologii i historii z taką samą pasją, z jaką zajmował się chemią i nauką. Chociaż niektórzy historycy lekceważyli nienaukowe pisma Newtona, nie ma wątpliwości co do jego oddania tym tematom, co obficie poświadczają jego rękopisy. Same pisma Newtona na tematy teologiczne i biblijne liczą około 1,3 miliona słów, co odpowiada 20 dzisiejszym książkom o standardowej długości. Chociaż pisma te niewiele mówią o nauce Newtona, mówią nam wiele o Isaacu Newtonie.
Ostatnim gestem Newtona przed śmiercią była odmowa przyjęcia sakramentu, co w XVIII wieku miało duże znaczenie. Chociaż Newton był sumiennie wychowany w tradycji protestanckiej, jego dojrzałe poglądy na teologię nie były ani protestanckie, ani tradycyjne, ani ortodoksyjne. W zaciszu swoich myśli i pism Newton odrzucał wiele doktryn, które uważał za mistyczne, irracjonalne lub przesądne. Jednym słowem, był unitarianinem.
Badania Newtona poza nauką – w teologii, proroctwach i historii – były pełne spójności i jedności. Jego pasją było zjednoczenie wiedzy i wiary, pogodzenie Księgi Natury z Księgą Pisma Świętego. Jednak przy całej elegancji jego myśli i śmiałości poszukiwań, zagadka Izaaka Newtona pozostała. W końcu Newton jest dla nas taką samą enigmą, jaką bez wątpienia był dla siebie samego.
RobertA. Hatch
Universityof Florida
RobertA.