17. století bylo příznivým obdobím pro vědy, přičemž průkopnické objevy byly učiněny v astronomii, fyzice, mechanice, optice a přírodních vědách. V centru toho všeho byl Sir Isaac Newton, muž, který je všeobecně uznáván jako jeden z nejvlivnějších vědců všech dob a jako klíčová postava ve vědecké revoluci.
Anglický fyzik a matematik, Newton dělal několik klíčových příspěvků do oblasti optiky a sdílí úvěr s Gottfriedem Leibnizem za vývoj počtu. Ale byla to Newtonova publikace Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica („Matematické principy přírodní filozofie“), pro které je nejslavnější. Toto pojednání, které bylo publikováno v roce 1687, položilo základy klasické mechaniky, což je tradice, která bude dominovat pohledu vědců na fyzický vesmír na další tři století.
Raný život:
Isaac Newton se narodil 4. ledna 1643 - nebo 25. prosince 1642 podle Juliánského kalendáře (který byl v té době používán v Anglii) - ve Woolsthorpe-by-Colsterworth, vesnička v hrabství Lincolnshire. Jeho otec, pro kterého byl jmenován, byl prosperujícím farmářem, který zemřel tři měsíce před jeho narozením. Když se Newton narodil předčasně, byl malý jako dítě.
Jeho matka, Hannah Ayscough, se znovu oženil, když mu byly tři k Ctihodným, a Newtona nechal v péči své mateřské babičky. Jeho matka by měla se svým novým manželem další tři děti, které se staly Newtonovými sourozenci. Z tohoto důvodu měl Newton nějaký čas se svým nevlastním otcem a matkou nějaký skalní vztah.
Když Newtonovi bylo 17, byla jeho matka opět ovdovělá. Přes její naděje, že se Newton stane farmářem, stejně jako jeho otec, Newton nenáviděl zemědělství a snažil se stát akademikem. Jeho zájmy v oblasti strojírenství, matematiky a astronomie byly zřejmé již od útlého věku a Newton začal studovat se schopností učit se a vynalézat, která by trvala po zbytek jeho života.
Vzdělávání:
Mezi 12 a 21 lety byl Newton vzděláván na Královské škole v Granthamu, kde se naučil latinu. Zatímco tam, on se stal špičkovým studentem, a dostal uznání pro jeho stavbu sluneční hodiny a modely větrných mlýnů. 1661, on byl přijat do Trinity vysoké školy, Cambridge, kde on platil jeho cestu tím, že vykonává služebníka služby (co bylo známé jako subsizar).
Během jeho prvních tří roků v Cambridge, Newton byl učen standardní osnovy, který byl založený na Aristotelian teorii. Newton však fascinoval pokročilejší vědou a trávil veškerý volný čas čtením děl moderních filozofů a astronomů, jako jsou René Descartes, Galileo Galilei, Thomas Street a Johannes Kepler.
Výsledkem bylo méně než hvězdné představení, ale jeho dvojí zaměření ho také vedlo k tomu, aby učinil některé z jeho nejhlubších vědeckých příspěvků. V roce 1664 získal Newton stipendium, které mu zaručilo další čtyři roky, dokud nezískal titul Masters of Arts.
V roce 1665, krátce poté, co Newton získal titul B.A., se univerzita dočasně uzavřela kvůli vypuknutí Velkého moru. Pomocí této doby ke studiu doma, Newton vyvinul řadu nápadů, které měl, které by nakonec stmelily, aby se staly jeho teoriemi o počtu, optice a zákonu gravitace (viz níže).
V 1667, on se vrátil k Cambridge a byl volen jako chlap Trinity, ačkoli jeho výkon byl ještě zvažován méně než velkolepý. Časem se však jeho štěstí zlepšilo a získal uznání za své schopnosti. V 1669, on přijal jeho M.A. (předtím on se otočil 27), a publikoval pojednání vysvětlovat jeho matematické teorie pro zacházení s nekonečnými sériemi.
V roce 1669 vystřídal svého jednorázového učitele a mentora Isaaca Barrowa - teologa a matematika, který objevil základní teorém počtu - a stal se Luciánským křeslem matematiky v Cambridge. V roce 1672 byl zvolen členem Královské společnosti, který zůstal součástí až do konce svého života.
Vědecké úspěchy:
Během studia na Cambridge Newton udržoval druhou sadu poznámek, které nazval „Quaestiones Quaedam Philosophicae” (“Některé filosofické otázky“). Tyto poznámky, které byly součtem Newtonových pozorování o mechanické filosofii, by ho vedly k objevení zobecněné binomické věty v roce 1665 a umožnily mu vyvinout matematickou teorii, která by vedla k jeho vývoji moderního počtu.
Newtonovy nejčasnější příspěvky však byly ve formě optiky, kterou poskytoval během každoročních přednášek, zatímco zastával pozici Lucasian Chair of Mathematics. V 1666, on pozoroval to světlo vstupovat do hranolu jako kruhový paprsek opouští se ve formě podlouhlého, demonstrovat to hranol refrakce různé barvy světla u různých úhlů. To ho vedlo k závěru, že barva je vlastnost vlastní světlu, což je bod, o kterém se diskutovalo v předchozích letech.
V roce 1668 navrhl a zkonstruoval reflexní dalekohled, který mu pomohl dokázat jeho teorii. Od roku 1670 do roku 1672 Newton pokračoval v přednášce o optice a zkoumal lom světla, což dokazovalo, že vícebarevné spektrum vytvořené hranolem může být čočkou a druhým hranolem přeměněno na bílé světlo.
Rovněž prokázal, že barevné světlo nemění své vlastnosti, bez ohledu na to, zda se odráží, rozptyluje nebo přenáší. Zjistil tedy, že barva je výsledkem interakce objektů s již zbarveným světlem, spíše než objektů vytvářejících barvu samotnou. Toto je známé jako Newtonova teorie barev.
Královská společnost požádala o demonstraci svého zrcadlícího dalekohledu v roce 1671 a zájem organizace povzbudil Newtona, aby publikoval své teorie o světle, optice a barvě. To udělal v roce 1672 v malém pojednání s názvem Óf Barvy, který by později vyšel ve větším množství obsahujícím jeho teorie o „korpuskulární“ povaze světla.
V podstatě Newton tvrdil, že světlo bylo složeno z částic (nebo těl), které podle jeho tvrzení byly lomeny urychlením do hustšího média. V roce 1675 publikoval tuto teorii v pojednání s názvem „Hypotéza světla “, ve kterém také předpokládal, že obyčejná hmota je složena z větších těl a existence éteru, který přenáší síly mezi částicemi.
Po projednání jeho nápadů s Henrym Moreem, anglickým teosofistou a členem platonistů v Cambridge, byl Newtonův zájem o alchymii obnoven. Poté nahradil svou teorii éteru existujícího mezi částicemi v přírodě okultními silami, založenými na Hermetických představách přitažlivosti a odporu mezi částicemi. To odráželo Newtonův trvalý zájem o alchymistické i vědecké, pro které v té době nebylo jasné rozlišení.
V roce 1704 publikoval Newton všechny své teorie o světle, optice a barvách do jednoho svazku s názvem Opticks: Nebo, Pojednání Reflections, Refractions, Inflections and Colors of Light. V něm spekuloval, že světlo a hmota se mohou prostřednictvím alchymické transmutace přeměnit na sebe, a vergoval na teorie zvukových vln, aby vysvětlil opakované vzorce odrazu a přenosu.
Zatímco pozdější fyzici upřednostňovali čistě vlnové vysvětlení světla, aby vysvětlili interferenční vzorce a obecný jev difrakce, jejich nálezy dlužily Newtonovým teoriím hodně. Totéž platí o dnešní kvantové mechanice, fotonech a myšlence na dualitu vln-částice, které nesou pouze malou podobnost s Newtonovým chápáním světla.
Ačkoli on i Leibniz jsou připisováni za to, že vyvinuli počet samostatně, oba muži se zapletli do diskuse o tom, kdo to objevil jako první. Ačkoli Newtonova práce na vývoji moderního počtu začala v 1660s, on byl neochotný publikovat to, se obávat diskuse a kritiky. Jako takový, Newton nezveřejnil nic dokud ne 1693 a nedal úplný popis jeho práce dokud ne 1704, zatímco Leibniz začal vydávat úplný popis jeho metod v 1684.
Nicméně, Newton časnější práce v mechanice a astronomii zahrnovaly rozsáhlé použití počtu v geometrické formě. To zahrnuje metody zahrnující „jeden nebo více řádů nekonečně malých“ v jeho 1684 díle, De motu corporum in gyrum (“Na pohyb těl na oběžné dráze “) a v knize I Principia, o kterém hovořil jako o „metodě prvního a posledního poměru“.
Univerzální gravitace:
V 1678, Newton snášel úplné nervové zhroucení, nejvíce pravděpodobně kvůli přepracování a pokračující spor s kolegou člen královské společnosti Robert Hooke (vidět dolů). Smrt jeho matky o rok později způsobila, že se stal stále více izolovaným, a na šest let se stáhl z korespondence s jinými vědci, s výjimkou případů, kdy ji iniciovali.
Během této přestávky Newton obnovil svůj zájem o mechaniku a astronomii. Je ironií, že to bylo díky krátké výměně dopisů v letech 1679 a 1680 s Robertem Hookem, která ho vedla k jeho největším vědeckým úspěchům. Jeho probuzení bylo také kvůli vzhledu komety v zimě 1680 - 1681, o kterém on odpovídal s Johnem Flamsteedem - anglický astronom Royal.
Poté začal Newton zvažovat gravitaci a její vliv na oběžné dráhy planet, konkrétně s odkazem na Keplerovy zákony planetárního pohybu. Po jeho výměně s Hookem vypracoval důkaz, že eliptická forma planetárních drah bude výsledkem centripetální síly nepřímo úměrné čtverci vektoru poloměru.
Newton sdělil své výsledky Edmondovi Halleymu (objeviteli „Haleyovy komety“) a královské společnosti v jeho De motu corporum in gyrum. Tento trakt, publikovaný v roce 1684, obsahoval semeno, které Newton expandoval, aby vytvořil jeho magnum opus Principia. Toto pojednání, které vyšlo v červenci roku 1687, obsahovalo tři Newtonovy zákony pohybu. Tyto zákony uváděly, že:
- Při pohledu v inerciálním referenčním rámci objekt zůstává buď v klidu, nebo pokračuje v pohybu konstantní rychlostí, pokud na ni nepůsobí vnější síla.
- Součet vektorů vnějších sil (F) na objektu se rovná hmotnosti (m) tohoto objektu vynásobené vektorem zrychlení (a) objektu. V matematické podobě je to vyjádřeno jako:mA
- Když jedno tělo působí silou na druhé tělo, druhé tělo současně vyvíjí sílu rovnající se velikosti a opačnému směru na první tělo.
Tyto zákony společně popisovaly vztah mezi jakýmkoli objektem, silami, které na něj působí, a výsledným pohybem, čímž položily základy pro klasickou mechaniku. Zákony také umožnily Newtonu spočítat hmotu každé planety, vypočítat zploštění Země u pólů a bouli u rovníku a to, jak gravitační tah Slunce a Měsíce vytváří příliv Země.
Ve stejné práci představil Newton výpočetní metodu geometrické analýzy využívající „první a poslední poměry“, vypracoval rychlost zvuku ve vzduchu (na základě Boyleova zákona), odpovídal za precesi rovnodennosti (což ukázal, že byly výsledek gravitační přitažlivosti Měsíce na Zemi), inicioval gravitační studium nepravidelností v pohybu měsíce, poskytl teorii pro určování orbity komet a mnohem více.
Tento objem by měl hluboký dopad na vědy, jeho principy by zůstaly kánonem pro následujících 200 let. Informovala také o konceptu univerzální gravitace, který se stal oporou moderní astronomie a který by nebyl revidován teprve ve 20. století - objevem kvantové mechaniky a Einsteinovy teorie obecné relativity.
Newton a „Apple Incident“:
Příběh Newtona, který přichází s jeho teorií univerzální gravitace v důsledku toho, že jablko padá na jeho hlavu, se stal jádrem populární kultury. A i když se často tvrdilo, že příběh je apokryfní a Newton nevytvořil svou teorii v žádném okamžiku, sám Newton příběh mnohokrát vyprávěl a tvrdil, že incident ho inspiroval.
Kromě toho příběh potvrdil spis Williama Stukeleye - anglického duchovního, antikvariátu a člena královské společnosti. Ale místo komické reprezentace jablka udeřujícího Netwona na hlavu, Stukeley popsal ve svém Vzpomínky na život Sira Isaaca Newtona (1752) rozhovor, ve kterém Newton popsal přemýšlení o povaze gravitace při sledování pádu jablka.
"... šli jsme na zahradu a pili jsme tě ve stínu některých appletre; pouze on a moje já. Uprostřed jiného projevu mi řekl, že se nachází ve stejné situaci, jako když se mu do jeho mysli poprvé dostala myšlenka gravitace. "Proč by mělo toto jablko vždy klesat kolmo k zemi," pomyslel si sám pro sebe; příležitost od pádu jablka ... “
John Conduitt, Newtonův asistent v Královské mincovně (který se nakonec oženil s neteří), také popsal vyslechnutí příběhu na vlastní účet Newtonova života. Podle Conduitta k incidentu došlo v roce 1666, když Newton cestoval, aby se setkal s jeho matkou v Lincolnshire. Zatímco meandroval v zahradě, uvažoval o tom, jak se vliv gravitace rozšířil daleko za Zemi, zodpovědný za padání jablek a oběžné dráhy Měsíce.
Podobně Voltaire napsal jeho Esej o epické poezii (1727), že Newton poprvé myslel na gravitační systém při chůzi ve své zahradě a sledoval, jak jablko padá ze stromu. To je v souladu s Newtonovými poznámkami z šedesátých let, které ukazují, že se potýkal s myšlenkou, jak se zemská gravitace v nepřímém čtvercovém poměru rozšiřuje na Měsíc.
Úplné rozvinutí jeho teorií by mu však trvalo ještě dvě desetiletí do té míry, že dokázal nabídnout matematické důkazy, jak ukazuje Principia. Jakmile to bylo kompletní, usoudil, že stejná síla, která způsobuje, že předmět spadne na zem, byla zodpovědná za jiné orbitální pohyby. Proto to nazval „univerzální gravitace“.
Různé stromy jsou prohlašovány za „jabloň“, kterou Newton popisuje. Královská škola Grantham tvrdí, že jejich škola koupila původní strom, vykořenila ho a o několik let později jej dopravila na zahradu ředitele. Národní důvěra, která drží Woolsthorpe Manor (kde Newton vyrostl) v důvěře, však tvrdí, že strom stále zůstává v jejich zahradě. Potomek původního stromu je vidět, jak roste mimo hlavní bránu Trinity College v Cambridge, pod místností, kde Newton žil, když tam studoval.
Boj s Robertem Hookem:
S Principia, Newton stal se mezinárodně uznávaný a získal kruh obdivovatelů. Vedlo to také ke sporu s Robertem Hookem, se kterým měl v minulosti ustaraný vztah. S publikací jeho teorií o barvě a světle v 1671/72, Hooke kritizoval Newtona poněkud blahosklonným způsobem, prohlašovat, že světlo bylo složeno z vln a ne barev.
Zatímco jiní filozofové kritizovali Newtonovu myšlenku, Newtona to nejhoršího bylo Hooke (člen Královské společnosti, který vykonával rozsáhlou práci v optice). Toto vedlo k akrimoniálnímu vztahu mezi dvěma muži a k Newtonovi téměř opouštět královskou společnost. Zásah jeho kolegů ho však přesvědčil, aby zůstal a záležitost nakonec zhasla.
Avšak s publikací Principia, záležitosti znovu přišly k hlavě a Hooke obviňoval Newtona z plagiátorství. Důvod obvinění se týkal skutečnosti, že dříve v roce 1684 Hooke komentoval Edmonda Halleyho a Christophera Wrena (také členy královské společnosti) ohledně elips a zákonů planetárního pohybu. V té době však nenabídl matematický důkaz.
Přesto Hooke tvrdil, že objevil teorii inverzních čtverců a že Newton ukradl jeho práci. Jiní členové královské společnosti věřili, že poplatek je neopodstatněný, a požadovali, aby Hooke vydal matematické důkazy, které toto tvrzení odůvodňují. Mezitím Newton ve svých poznámkách odstranil veškerý odkaz na Hooke a vyhrožoval, že stáhne Principia z následného publikování.
Edmund Halley, který byl přítelem Newtona i Hookea, se mezi nimi pokusil uzavřít mír. Časem dokázal přesvědčit Newtona, aby do diskuse o zákonu inverzních čtverců vložil společné uznání Hookeovy práce. To však neuklidnilo Hookea, který trval na svém obvinění z plagiátorství.
Jak se čas posunul, Newtonova sláva stále rostla, zatímco Hooke se stále zmenšoval. To způsobilo, že se Hooke stal stále více zatraceným a více ochraňoval to, co viděl jako svou práci, a ušetřil žádnou příležitost vyrazit na svého rivala. Spor nakonec skončil v 1703, když Hooke umřel a Newton následoval jej jako prezident královské společnosti.
Další úspěchy:
Kromě jeho práce v astronomii, optice, mechanice, fyzice a alchymii se Newton také zajímal o náboženství a Bibli. Během 90. let napsal několik náboženských traktů, které se zabývaly doslovnými a symbolickými interpretacemi Bible. Například jeho trakt o Nejsvětější Trojici - poslaný slavnému politickému filosofovi a sociálnímu teoretikovi Johnu Lockeovi a nepublikovaný do roku 1785 - zpochybňoval pravdivost 1. Jana 5: 7, popisu, na kterém je Nejsvětější Trojice založena.
Pozdější náboženská díla - jako Chronologie starověkých království pozměněna (1728) a Pozorování na proroctví Daniela a Apokalypsa svatého Jana (1733) - také zůstal nepublikovaný až po jeho smrti. v Království, on se zabýval chronologií různých starověkých království - první věky Řeků, starověcí Egypťané, Babylonians, Medeans a Peršani - a nabídl popis chrámu Solomon.
v Proroctvíoslovil Apokalypsu, jak bylo předpovězeno uvnitř Kniha Daniela a Zjevení, a podporoval jeho víru, že to by se konalo v 2060 CE (ačkoli jiná možná data zahrnovala 2034 CE). Ve své textové kritice s názvem Historický popis dvou významných korupcí Písma (1754), uložil ukřižování Ježíše Krista 3. dubna nl 33, což souhlasí s tradičně přijímaným datem.
V roce 1696 se přestěhoval do Londýna, aby se ujal funkce dozorce Královské mincovny, kde převzal zodpovědnost za velké převazování Anglie. Newton by zůstal v tomto postu po dobu 30 let a byl možná nejznámějším mistrem mincovny. Tak vážný byl jeho závazek k úloze, kterou v roce 1701 odešel z Cambridge dohlížet na reformu anglické měny a trestání padělatelů.
Jako strážce a poté mistr Královské mincovny Newton odhadoval, že 20 procent mincí odebraných během Velké převraty roku 1696 bylo padělané. Osobně mnoho vyšetřování osobně Newton odcestoval do taveren a barů v přestrojení, aby shromáždil důkazy, a provedl více než 100 křížových výslechů svědků, informátorů a podezřelých - což vedlo k úspěšnému stíhání 28 padělaných mincí.
Newton byl členem anglického parlamentu na Cambridge University v letech 1689–90 a 1701–2. Kromě toho, že byl v roce 1703 prezidentem Královské společnosti, byl spolupracovníkem francouzské akademie des Sciences. V dubnu 1705 královna Anne rytíře Newtona během královské návštěvy Trinity College v Cambridge, čímž se stal druhým vědcem, který byl rytířem (po siru Francisovi Baconovi).
Smrt a odkaz:
Ke konci svého života se Newton usadil v Cranbury Park poblíž Winchesteru se svou neteří a jejím manželem, kde zůstal až do své smrti. Do této doby se Newton stal jedním z nejslavnějších mužů v Evropě a jeho vědecké objevy nebyly zpochybněny. Také se stal bohatým, moudře investoval svůj značný příjem a daroval velké dary charitě.
Současně začalo ubývat Newtonovo fyzické a duševní zdraví. Než dosáhl 80 let, začal zažívat zažívací potíže a musel drasticky změnit svůj jídelníček a životní styl. Jeho rodina a přátelé se také začali starat o svou duševní stabilitu, protože jeho chování se stále více rozpadalo.
Poté, v roce 1727, Newton zažil silnou bolest v břiše a ztratil vědomí. Zemřel ve spánku další den, 2. března 1727 (Juliánský kalendář; 31. března 1727, Gregoriánský kalendář) ve věku 84 let. Byl pohřben v hrobce u opatství Westminster. A jako bakalář během posledních let odprodal většinu svého majetku příbuzným a charitativním organizacím.
Po jeho smrti byly Newtonovy vlasy vyšetřeny a bylo zjištěno, že obsahují rtuť, pravděpodobně vyplývající z jeho alchymistických pronásledování. Otrava rtutí byla citována jako důvod pro Newtonovu excentricitu v pozdějším životě, stejně jako pro nervové zhroucení, které zažil v roce 1693. Sláva Isaaca Newtona po jeho smrti rostla ještě více, protože mnozí jeho současníci ho prohlásili za největšího génia, který kdy žil.
Tato tvrzení nebyla bez zásluh, protože jeho zákony pohybu a teorie univerzální gravitace nebyly v jeho době obdoby. Kromě toho, že dokázal přivést oběžné dráhy planet, Měsíce a dokonce i komety do jednoho soudržného a předvídatelného systému, vymyslel také moderní počet, revolucionalizoval naše chápání světla a optiky a zavedl vědecké zásady, které by zůstaly v použití pro následujících 200 let.
Časem by se mnoho z toho, co se Newton hlásil, ukázalo jako špatné, hlavně díky Albert Einstein. Einstein se svou obecnou teorií relativity dokázal, že čas, vzdálenost a pohyb nebyly absolutní, ale závislé na pozorovateli. Přitom převrátil jedno ze základních pravidel univerzální gravitace. Přesto byl Einstein jedním z největších Newtonových obdivovatelů a uznal velký dluh svému předchůdci.
Kromě toho, že Newton označil za „zářícího ducha“ (v eulogii doručené v roce 1927 k 200. výročí Newtonovy smrti), Einstein také poznamenal, že „příroda pro něj byla otevřenou knihou, jejíž dopisy dokázal bez námahy přečíst“. Na jeho studijní zdi, Albert Einstein je řekl, aby držel obraz Newtona, spolu s obrazy Michaela Faradaye a James Clerk Maxwell.
V roce 2005 byl také proveden průzkum britské královské společnosti, kde byli dotázáni členové, kteří měli větší vliv na historii vědy: Newton nebo Einstein. Většina členů Královské společnosti souhlasila, že celkově má Newton větší vliv na vědy. Další průzkumy veřejného mínění provedené v posledních desetiletích přinesly podobné výsledky, přičemž Einstein a Newton soupeří o první a druhé místo.
Není snadné žít v jednom z nejpříznivějších období v historii. Uprostřed toho všeho není snadné být požehnán vhledem, který povede k vymýšlení myšlenek, které revolucionizují vědy a navždy změní běh dějin. Ale v tom všem si Newton udržoval skromný přístup a své úspěchy shrnul nejlépe podle slavných slov: „Pokud jsem viděl dále, stojí to na ramenou obrů.“
Napsali jsme mnoho článků o časopisu Isaac Newton pro časopis Space. Zde je článek o tom, co objevil Isaac Newton, a zde je článek o vynálezech Isaaca Newtona.
Astronomy Cast má také úžasnou epizodu s názvem Episode 275: Isaac Newton
Další informace naleznete v tomto článku od společnosti Galileo Society on Isaac Newton a neziskové skupiny známé jako The Newton Project.
Nahráli jsme také celou epizodu Astronomie Cast vše o gravitaci. Poslouchejte zde, Epizoda 102: Gravity.
