Isaac Newton

Isaac Newton, Izaak Newton (ur. 25 grudnia 1642?/ 4 stycznia 1643 w Woolsthorpe-by-Colsterworth, zm. 20 marca?/ 31 marca 1727 w Kensington) – angielski uczony: fizyk, astronom, matematyk, filozof, alchemik, biblista i historyk oraz urzędnik państwowy. Uznawany za jednego z najwybitniejszych i najważniejszych naukowców wszech czasów. W niektórych rankingach fizyków ustępuje tylko Einsteinowi, a w innych przewyższa go. Newton zasłynął przede wszystkim jako fizyk – zarówno doświadczalny, jak i teoretyczny. Zajmował się głównie klasyczną mechaniką – w tym mechaniką ośrodków ciągłych, zwłaszcza płynów – oraz grawitacją i optyką, zahaczając też o termodynamikę, geofizykę, badania Kosmosu i fizykę matematyczną. Newton to jeden z ojców mechaniki klasycznej i twórca jej kompletnej postaci – jako pierwszy opisał trzy zasady dynamiki, rozwijając wcześniejsze prace Kartezjusza i Galileusza na ten temat. Zapoczątkował opis zjawisk fizycznych przez równania różniczkowe, co jest wyróżnikiem nowożytnej fizyki teoretycznej i stało się standardem w najróżniejszych dziedzinach tej oraz innych nauk. Sformułował też pierwsze zasady zachowania: pędu oraz momentu pędu, choć nie znał jeszcze pojęcia energii mechanicznej. Zajmował się też modelowaniem oporu powietrza, pomiarami prędkości dźwięku w powietrzu, wyjaśnieniem tej wielkości przez gazowe prawo Boyle’a-Mariotte’a, zaobserwował aerodynamiczny efekt Magnusa i wyjaśnił go. Zbudowany przez Newtona paradygmat mechaniki zastąpił wcześniejsze modele Arystotelesa i Kartezjusza i dominował aż do XX wieku, kiedy został poprawiony przez szczególną teorią względności Einsteina. Zasługi Newtona dla mechaniki spowodowały, że na jego cześć jednostkę siły w układzie SI nazwano niutonem (N); mechanika klasyczna (w wersji nierelatywistycznej) bywa nazywana mechaniką Newtona, a płyny dzieli się według właściwości mechanicznych na newtonowskie i nienewtonowskie. Jedno z największych osiągnięć Newtona to prawo powszechnego ciążenia – czasem nazywane jego nazwiskiem – i zastosowanie go w opisie Układu Słonecznego. Poprawnie przewidział, że te same prawa rządzą ruchem ciał na Ziemi, jak i ruchem ciał niebieskich. Podał matematyczne uzasadnienie dla praw Keplera i rozszerzył je – dowodząc, że orbity (zwłaszcza komet) mogą być nie tylko eliptyczne, ale też hiperboliczne lub paraboliczne. Swój model grawitacji zastosował nie tylko do opisu ciał niebieskich, ale i samej Ziemi – jako pierwszy opisał matematycznie zjawisko pływów morskich i przewidział, że Ziemia jest w przybliżeniu elipsoidą spłaszczoną na biegunach. Analizował też kosmologiczne konsekwencje swojej teorii jak paradoks grawitacyjny. Badania Newtona ukoronowały rewolucję naukową otwartą przez Kopernika i przyczyniły się do powszechnego przyjęcia kopernikańskiego heliocentryzmu. Teoria grawitacji Newtona stała się pierwszą teorią pola, podstawą nowożytnej mechaniki nieba, astrodynamiki i była najdokładniejszym modelem ciążenia aż do czasu ogólnej teorii względności Einsteina. Opus magnum Newtona – Matematyczne zasady filozofii naturalnej (łac. Philosophiae naturalis principia mathematica) uchodzi za jedną z najważniejszych publikacji w dziejach nauki. Newton wyłożył w niej podstawy mechaniki i grawitacji, tworząc spójny system. W optyce Newton wykonał ważne doświadczenie z dwoma pryzmatami. Udowodnił, że widmo barw obserwowane podczas padania białego światła na pryzmat jest cechą padającego światła, a nie pryzmatu, jak głosił 400 lat wcześniej Roger Bacon. Tym sposobem Newton poprawnie wyjaśnił dyspersję światła i aberrację chromatyczną jako zależność współczynnika załamania od barwy. Odkrycie to pozwoliło później zastosować pryzmat jako spektroskop optyczny. Newton skonstruował też pierwszy teleskop zwierciadlany. Popierał korpuskularną teorię światła – wierzył, że światło składa się z cząstek i bywa uznawany za twórcę tej koncepcji. Zarazem uznawał elementy teorii falowej – spekulował, że cząstkom światła towarzyszą fale wpływające na ich ruch. Swoim błędnym modelem wyjaśniał nie tylko zjawiska z optyki geometrycznej jak odbicie i załamanie, ale jakościowo również dyfrakcję odkrytą przez Grimaldiego. Korpuskularnie próbowano nawet wyjaśniać polaryzację po odkryciu jej przez Malusa, przez co ten model światła dominował do początków XIX wieku, kiedy Young i Fresnel przeforsowali model falowy. Z drugiej strony pogląd Newtona został częściowo wskrzeszony w wieku XX, kiedy Einstein postulował dualizm korpuskularno-falowy światła przez model fotonów. Ponadto Newton jako jeden z pierwszych bronił odkrycia Rømera, że prędkość światła jest ograniczona. W związku z tym Newtonowi przypisuje się współautorstwo emisyjnej (balistycznej) teorii światła – związanej z koncepcją korpuskularną – którą zastąpiły XIX-wieczne teorie eteru światłonośnego, elektrodynamika Maxwella i szczególna teoria względności Einsteina. W fizyce cieplnej – później nazwanej termodynamiką – Newton rozwinął prawo stygnięcia i własną skalę temperatur. Opracował również teorię pochodzenia gwiazd. Newton to także wybitny matematyk, znany głównie jako pionier analizy. Był współtwórcą rachunku różniczkowego i całkowego; zrobił to niezależnie od Gottfrieda Leibniza i prawdopodobnie przed nim, choć opublikował to później. Podał też szereg dwumianowy, rozszerzając wcześniejsze prace Pascala i innych matematyków. Wykorzystał te dwa osiągnięcia m.in. do obliczania liczby pi (π) nowym, rekordowo szybkim sposobem. Miał też szerszy wkład do metod numerycznych – jest upamiętniony m.in. nazwą metody Newtona znajdowania przybliżonych rozwiązań równań liczbowych oraz jednej z postaci wielomianów służącej do interpolacji. Na pograniczu mechaniki i rachunku wariacyjnego – które można zaliczyć do fizyki matematycznej – rozwiązał problem brachistochrony niezależnie od Johanna Bernoulliego. Zajmował się też geometrią analityczną i algebrą – opisał większość krzywych płaskich trzeciego stopnia, algorytm schodkowania układów równań liniowych oraz pewne tożsamości dotyczące pierwiastków dowolnego wielomianu. Fizyka Newtona była spleciona z jego filozofią oraz wierzeniami teologicznymi. Bronił m.in. substancjalnej koncepcji przestrzeni i czasu, z którą polemizowali potem Leibniz, Berkeley i Mach. Używał teleologicznego argumentu za Stwórcą, zwanego też argumentem z projektu lub fizyko-teologicznym. Kontynuował mechanicyzm Kartezjusza i to właśnie newtonowska postać tej doktryny najmocniej wpłynęła na przedstawicieli oświecenia, zwłaszcza francuskiego przez działalność Voltaire’a i Laplace’a. Jednocześnie sam Newton był epigonem przedoświeceniowej, nienaukowej ezoteryki jak alchemia czy okultyzm. Newton był przez lata związany z Uniwersytetem w Cambridge, konkretniej z Trinity College, które ukończył i w którym zasiadał potem na prestiżowej . W późniejszym okresie pracował w królewskiej mennicy w Londynie, najpierw jako jej nadzorca (ang. Warden), a potem jej kurator (ang. Master); był też dwukrotnie parlamentarzystą z okręgu wyborczego Uniwersytetu w Cambridge. Uczony został uhonorowany członkostwem w Towarzystwie Królewskim (ang. Royal Society), stanowiskiem prezesa tego towarzystwa, tytułem szlacheckim Sir, pochówkiem w Opactwie Westminsterskim oraz obszernym nazewnictwem – użyczył nazwy nie tylko licznym terminom fizycznym i matematycznym, ale też m.in. nagrodzie naukowej przyznawanej fizykom przez brytyjskie zrzeszenie Institute of Physics (IOP).