نیوتن

نیوتون کیست؟

سِر آیزاک (یا اسحاق) نیوتن (به انگلیسی: Sir Isaac Newton)‏ ‏(۴ ژانویه ۱۶۴۳ – ۳۱ مارس ۱۷۲۷) فیزیک‌دان، ریاضی‌دان، ستاره شناس، فیلسوف و شهروند انگلستان بوده‌است. وی در سال ۱۶۸۷ میلادی شاهکار خود «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» را به نگارش درآورد. در این کتاب او مفهوم گرانش عمومی را مطرح ساخت و با تشریح قوانین حرکت اجسام، علم مکانیک کلاسیک را پایه گذاشت. از دیگر کارهای مهم او بنیان‌گذاری حساب دیفرانسیل و انتگرال است.
نام نیوتن با انقلاب علمی در اروپا و ارتقای نظریهٔ خورشید-مرکزی پیوند خورده است. او نخستین کسی است که قواعد طبیعی حاکم بر گردشهای زمینی و آسمانی را کشف کرد. وی همچنین توانست برای اثبات قانون‌های حرکت سیاره‌های کپلر برهان‌های ریاضی بیابد. در جهت بسط قوانین نامبرده، او این جستار را مطرح کرد که مدار اجرام آسمانی مانند ستارگان دنباله دار، لزوماً بیضوی نیست بلکه می‌تواند هذلولی یا شلجمی نیز باشد. افزون بر اینها، نیوتن پس از آزمایش‌های دقیق دریافت که نور سفید ترکیبی از تمام رنگ‌های موجود در رنگین‌کمان است. او فرضیه موجی هویگنس را دربارهٔ نور رد کرد. از دیدگاه نیوتن نور جریانی از ذرات است که از چشمه نور به بیرون فرستاده می‌شوند.
از نظر پژوهشگران نیوتن یک یکتاپرست بود که به پیش گویی‌های کتاب مقدس ایمان داشت. وی باور داشت جهان در سال ۲۰۶۰ میلادی پس از جنگ نیکی و بدی که در آن نیکی به پیروزی می‌رسد ، به پایان می‌رسد.

آیزاک نیوتن در نیمه شب عید سال نو ۱۶۴۲ (میلادی) به دنیا آمد. او کودک زودرسی بود که پزشک به زنده‌ماندن او امید چندانی نداشت. پدر وی که کشاورزی مرفه بود سه ماه پیش از تولد او از دنیا رفته بود و هانا مادر آیزاک مجبور بود این کودک رنجور را به تنهایی بزرگ کند. خانهٔ مادری او در وول اِستروپ بزرگ و راحت بود.آنها فقیر نبودند، اما بزرگ کردن آیزاک که کودکی رنجور و نحیف بود برای مادری تنها آسان نبود.
در سال تولد آیزاک نیوتن، جنگ‌های داخلی انگلستان آغاز شد. نبردهای خونینی میان گارد سلطنتی وطرفداران مجلس در گرفت. زمانی که جنگ تمام شد، نیوتن شش ساله بود. تجزیه کشور که از رویدادهای مهم تاریخ آن محسوب می‌شد این کشور را به سخنگوی قدرتمند پروتستانها تبدیل کرد. اکثر اهالی محل زندگی نیوتن (لینکین‌شایر) حامی مجلس بودند ولی خانودهٔ اوطرفدار پادشاه بودند. این مشکلات سیاسی بر زندگی او تاثیرات فراوانی داشت. در این هنگام بود که مادر او قصد ازدواج مجدد کرد و به محل زندگی ناپدریش رفت و او را نزد مادربزرگش نهاد. او هیچگاه با مادربزرگش صمیمی نبود و همیشه از ناپدریش متنفر بود. در خانهٔ مادربزرگش اکثر ساعات روز را به ساخت الگوهای مکانیکی می‌پرداخت. او علاقهٔ زیادی به این کار داشت.
نیوتن در ده سالگی شاهد مرگ ناپدری‌اش بود. با مرگ ناپدری نیوتن مادرش به وولزثروپ بازگشت. دو سال بعد نیوتن وارد دبیرستان گرانثام شد. حال او با عمویش در شهر زندگی می‌کرد. نیوتن بسیار ضعیف بود و نمی‌توانست در بازی‌های خشن شرکت کند. در چهارده سالگی او یک روز با یکی از بچه‌های قلدر مدرسه گلاویز شد و در آخر موفق شد بینی حریف خود را بشکند. این اتفاق اورا به یک قهرمان تبدیل کرد و باعث تشویق و تحسین دیگر بچه‌ها و دلگرمی او شد.
آیزاک جوان در سال ۱۶۶۱، در هجده سالگی وارد دانشگاه کمبریج شد اما مادر او نمی‌توانست مخارج دانشگاه را بپردازد از این رو وی به گروه «سابسایزرها» پیوست. سابسایزرها دانشجوهایی بودند که بجای پرداخت شهریه، اتاق‌ها را نظافت می‌کردند یا در سالن غذاخوری به عنوان پیشخدمت کارمی کردند.
در یک روز یکشنبه در اواخر بهار۱۶۶۴ آیزاک و دوستش، جان ویکنز به سیرکی که به تازگی درکمبریج دایر شده بود رفتند. در این سیرک آیزاک به طور تصادفی متوجه چیزی شد که به طرز خیره کنندهٔای می‌درخشید. آن چیز حیرت آور یک منشور بود. آیزاک متوجه شد که با استفاده از آن منشور می‌تواند آزمایش‌های مفیدی انجام دهد. از این رو فوراً آن را خرید. مردم آن زمان فکر می‌کردند که اثر رنگین کمان از خواص منشور است و تابش نور بر منشور این خاصیت را از درون منشور آزاد می‌کند. نیوتن دست به چندین آزمایش زد و از چند منشور استفاده کرد. نتایج او امروزه به عنوان جزئی از قوانین فیزیک محسوب می‌شوند. او کشف کرد که «تصاویری که ما از اجسام می‌بینیم، بازتاب نور از سطح آن اجسام است».
نیوتن پس از این موفقیت‌های علمی در سال ۱۶۶۵ مدرک لیسانس علوم انسانی خود را گرفت. حال او می‌توانست چهار سال دیگر در کالج ترینیتی تحصیل کند. او مایل بود از این پس به مسالهٔ جاذبه بپردازد. اما در این سال طاعون در انگلیس شایع شد و شعله‌های مرگبار آن از هر سوی این کشور زبانه می‌کشید. به همین دلیل دانشگاه تعطیل شد و نیوتن به لینکین‌شایر بازگشت.
نیوتن در این فکر بود که چگونه سیارات بر مدار خود پیرامون خورشید قرار می‌گیرند بی آنکه نیرویی ناشناخته دست اندرکار باشد. او هنگامی که در باغ خانهٔ مادری خود در حال تفکر به این مؤضوع بود، سیبی از روی درخت افتاد و او را متوجه کرد که علت افتادن سیب همان دلیل گردش سیارات به دور خورشید است. خورشید نیروی کششی به سیارات وارد می‌کند و عین همان نیرو را زمین به ماه. اما سوالی دیگر برای وی پیش آمد: «چرا سیارات به روی خورشید سقوط نمی‌کنند؟» او چندین روز به این مساله فکر کرد اما جوابی نیافت. درست همان زمان که او بار و بنهٔ خود را برای بازگشت به دانشگاه کمبریج می‌بست، حقیقت پرده از چهره برگرفت. در یک لحظه او نوعی بازی را که بچه‌ها در مدرسه انجام می‌دادند بخاطر آورد. قاعدهٔ بازی این بود که باید بازیکن سطل آبی را در هوا می‌چرخاند. برندهٔ این بازی کسی بود که سطل را بدون اینکه آب از آن بریزد در هوا بچرخاند. اکنون نیوتن دلیل چرخش سیارات بدور خورشید، بدون آنکه در خورشید سقوط کنند را دریافته بود. این پدیده که نیازمند سرعت جانبی است همان نیروی گریز از مرکز است. او پس از چند آزمایش کشف کرد که نیروی جاذبه از قانون عکس مجذور فاصله پیروی می‌کند.
در زمان گالیله فقط تلسکوپ انکساری وجود داشت، اما بزرگنمایی و وضوح خوبی نداشتند. نیوتن با استفاده از نبوغ و تجربه‌اش در ساخت مدل‌های مکانیکی توانست تلسکوپ انعکاسی را که انقلابی در علم محسوب می‌شد اختراع کند. این تلسکوپ بزرگنمایی و وضوح بهتری نسبت به تلسکوپ‌های انکساری دارند. نیوتن به دلیل اختراع تازه‌اش بسیار مشهور شد و پس از چندی به انجمن سلطنتی پیوست. او در اولین سخنرانی‌اش با دانشمند بزرگ هم عصرش یعنی رابرت هوک ملاقات کرد و میان این دو مشاجره در گرفت. هوک خود را خبرهٔ پژوهش دربارهٔ نور می‌دانست و نظرات نیوتن را رد می‌کرد.
پس از مدتی، نیوتن فیزیک را رها کرد و به پژوهش در مورد کیمیاگری (پایهٔ شیمی امروز) پرداخت. اما در این بین هانا، مادر او درگذشت. این مساله او را تا مدتی از کسب دانش بازداشت.
در ۲۸ آوریل ۱۶۸۶ نیوتن کتاب اصول ریاضی فلسفهٔ طبیعی را چاپ کرد و نسخهٔ اول آن را به انجمن سلطنتی داد. اما در نیمه شب همان روز هوک مدعی شد که قوانین نیوتن را قبلاً کشف کرده‌است. در سال ۱۶۹۶ نیوتن رییس ضرابخانهٔ سلطنتی شد و همچنین در چند سال بعد او سرپرست انجمن سلطنتی نیز شد. در این مدت او متقاعد شد که اکتشافات خود در زمینهٔ نور را با عنوان «نورشناخت» منتشر کند. یک سال بعد، ملکه آن به او لقب شوالیه (سِر) داد.
سر آیزاک نیوتن در ۲۰ مارس ۱۷۲۷ در هشتاد و چهار سالگی چشم از جهان فرو بست.

نورشناسی
در اواخر دهه ۱۶۴۰ میلادی نیوتن درباره شکست نور تحقیق می‌کرد. او دریافت که نور سفید اگر از یک منشور عبور کند به طیفی از رنگ‌ها تجزیه می‌شود. همچنین به‌وسیلهٔ قرار دادن منشور مشابه دیگری در مسیر نور تجزیه شده به صورت وارونه، می‌توان رنگ‌های طیف را بازترکیب کرد و نور سفید به دست آورد. او علت تشکیل طیف را چنین توجیه می‌کرد: نور جریانی از ذرات کوچک است که به خط مستقیم در فضا حرکت می‌کنند و هنگام عبور از یک ماده شفاف مانند منشور به ماده‌ای دیگر، این ذرات بسته به نوع لرزش خود با زاویه‌های گوناگون شکست می‌یابند. در نتیجه ذرات تشکیل دهنده نور سفید ازهم جدا شده به شکل طیف هفت رنگ ظاهر می‌شوند.

این ویژگی در تلسکوپ‌های شکستی پدیده‌ای را موجب می‌شود که به آن پراکندگی نور می‌گویند؛ لبه‌های عدسی‌های این تلسکوپ‌ها مانند منشور عمل کرده و نور سفید را پس از عبور از خود به صورت طیف در می‌آورند و در تصاویر تلسکوپ حاشیه‌های رنگی ایجاد می‌کنند. برای حل این مشکل نیوتن در سال ۱۶۶۸ تلسکوپ بازتابشی را که چندی قبل توسط جیمز گرگوری اسکاتلندی طراحی شده بود تکامل بخشید و آن را همراه با تحلیل دقیق قوانین بازتابش و تجزیهٔ نور به انجمن سلطنتی ارائه نمود. نظریهٔ نیوتن با مخالفت رابرت هوک فیزیکدان روبرو شد. هوک و کریستیان هویگنس هلندی در آن زمان صاحب تئوری موجی نور بودند که از نظر نیوتن مردود بود. چندی بعد نیوتن بر پایه نظریات خود کتابی در باب نورشناسی با عنوان «اپتیکس» نوشت. ولی از بیم مخالفت‌های هوک انتشار آن را تا سال ۱۷۰۴ به تأخیر انداخت. در این زمان وی خود رئیس انجمن سلطنتی شده و رابرت هوک نیز در گذشته بود.

گرانش

در سال ۱۶۸۴ نیوتن که مطالعات خود را دربارهٔ گرانش و چگونگی حرکت سیارات کامل کرده بود، رساله‌ای در این مورد نوشت که بسیار مورد توجه ادموند هالی ستاره شناس معروف انگلیسی قرار گرفت. با تشویق و پیگیری او سرانجام نیوتن کتابش با نام «اصول ریاضی فلسفهٔ طبیعی» را تکمیل و با سرمایه هالی منتشر کرد. این کتاب بر جهان علم به ویژه فیزیک تأثیری عظیم گذاشت و بعضی آن را بزرگ‌ترین کتاب علمی تاریخ دانسته‌اند.
یوهانس کپلر ستاره شناس آلمانی در سال ۱۶۰۹ نظریهٔ انقلابی خود را دربارهٔ حرکت سیارات عرضه کرد. در آن زمان هنوز یافته‌های کپرنیک مقبولیت عام پیدا نکرده بود و اکثر مردم بر این باور بودند که سیارات، خورشید و دیگر ستارگان به دور زمین می‌چرخند. کپلر درکتاب خود به نام «هیئت جدید» تمام این پندارها را در هم ریخت. او با استفاده از نتایج رصدهای استادش تیکو براهه و مشاهدات خود توانست ثابت کند که سیارات نه به دور زمین که گرد خورشید می‌چرخند و مدار آنها نیز بر خلاف تصور رایج دایره‌ای نیست بلکه بیضوی است. کپلر نتوانسته بود توضیح دهد که چرا مدار سیاره‌ها به این شکل است و چه نیرویی آنها را به حرکت در می‌آورد. همچنین مشخص نبود که به چه علت سرعت مداری سیارات وقتی به خورشید نزدیکترند، افزایش می‌یابد.
نیوتن در کتاب «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» (معروف به Principia) به تمامی این پرسش‌ها پاسخ گفت. او ثابت کرد که نیروی کشش میان اجسام آسمانی، طبق قانون «عکس مربع» عمل می‌کند یعنی مقدار نیروی گرانش میان خورشید و یک سیاره برابر است با عکس مجذور فاصله میان آن دو. او با تحلیل ریاضی نشان داد که قانون عکس مربع به ناگزیر مسیر حرکت سیاره‌ها را بیضی می‌سازد.اصول اساسی حساب دیفرانسیل را در این زمان اختراع کرد. آنگاه او گام بلند دیگری برداشت و قانون گرانش عمومی را کشف کرد که به موجب آن هر جسمی در عالم به هر جسم دیگری نیروی کششی وارد می‌کند و مقدار این نیرو با رابطهٔ نامبرده محاسبه‌پذیر است.

قوانین نیوتن در حرکت اجسام

در بخش دیگری از پرینسیپیا، نیوتن چگونگی حرکت اجسام را در قالب سه قانون توصیف کرده‌است. این قوانین آن‌قدر همه‌فهم و آشکارند که امروزه کسی گمان نمی‌برد نیازی به کشف شدن داشته باشند. با این حال نیوتن نخستین کسی بود که با نبوغ خود به وجود آن‌ها پی‌برد و چیستان حرکت جسم را حل کرد.
قانون اول نیوتن (قانون لَختی): هر جسم که در حال سکون یا حرکت یکنواخت در راستای خط مستقیم باشد، به همان حالت می‌ماند مگر آنکه در اثر نیروهای بیرونی ناچار به تغییر آن حالت شود.
قانون دوم نیوتن (رابطهٔ نیرو و شتاب): کل نیروی وارد بر یک جسم برابر است با حاصل‌ضرب جرم آن جسم در شتاب آن.
قانون سوم نیوتن (قانون کنش و واکنش): هرگاه جسمی به جسمی دیگر نیرو وارد کند جسم دوم نیز نیرویی به همان بزرگی ولی در خلاف جهت بر جسم اوّل وارد می‌کند.
مجموعهٔ قوانین سه‌گانهٔ حرکت و قانون گرانش عمومی، اساس و شالودهٔ فناوری مدرن هستند و با وجود پیدایش فرضیه‌های تازه‌تر از اهمیت آن‌ها کاسته نشده‌است.

پذیرش مناصب حکومتی و ریاست انجمن سلطنتی

در کنار فعالیت های علمی معمول نیوتن از مسئولیت های سیاسی نیز روی گردان نبود .او در سالهای ۱۶۸۹ و۱۷۰۱و۱۷۰۲ به نمایندگی مجلس برگزیده شد .اگر چه تنها جمله ای که در طول این سه سال در صحن مجلس به زبان اورد تقاضای بستن پنجره ها بود !
در سال ۱۶۹۶ با فرمان چارلز مونتاگو رئیس خزانه داری انگلستان نیوتن منصب ناظر ضرابخانه ی سلتنطی را عهده دار شد و سه سال بعد به مدیریت ان سازمان گمارده شد. اگر چه نیوتن این مشاغل را برای سرگرمی می پذیرفت ولی گفته اند در این مقام او وظیفه ی خود را با شایستگی تمام انجام می داد.از سال ۱۷۰۳ تا اخر عمر رئیس انجمن سلتنطی بریتانیا و یکی از اعضای فرهنگستان علوم فرانسه بود.او در سال ۱۷۰۵ از سوی ملکه ان به مقام شوالیه مفتخر گردید.
اخرین روزهای زندگی وی تاثر انگیز و از جنبه ی انسانی قوی و عمیق بوده است. اگر چه نیوتن نیز مانند سایر افراد بشر از رنج فراوان بی بهره نماند اما بردباری بسیاری که در مقابل درد در دو سه سال اخر زندگی خویش نشان داد تحسین بر انگیز است. دردهای ناشی از سنگ مثانه هرگز قیافه ی ارام او را کدر نساخت و همواره نسبت به کسانی که از او پرستاری می کردند کلمات محبت امیز بر زبان داشت. در اخرین روزهای زندگی سرفهای مدام او را ضعیف کرده بود .عاقبت بعد از چند روز ی که از درد جانگداز اسوده بود در نهایت ارامش مابین ساعت یک و دو نیمه شب بیستم مارس ۱۷۲۷ زندگانی را بدرود گفت او این هنگام ۸۵ سال داشت و نخستین دانشمندی بود که پیکرش در کلیسای وست مینیستر به خاک سپرده شد.
برای قدر دانی از این دانشمند بزرگ واحد نیرو را نیوتن نامیدند.

لاپلاس بزرگترین ارائه دهنده ی اکتشافات او در باره اش چنین میگوید:کتاب اصول بنای معظمی است که تا ابد عمق دانش نابغه ی بزرگی را که کاشف مهمترین قوانین طبیعت بوده است به جهانیان عرضه خواهد داشت.
لاگرانژدر باره ی او چنین می گوید:نیوتن خوشبخت بود که توانست دستگاه جهان را توصیف کند .افسوس که در عالم بیش از یک اسمان وجود ندارد.
منشی او در انجمن سلطنتی می گوید:هرگز او را ندیدم که تفریح کند و یا سرگرمی برای خود تهیه کند معتقد بود که هر لحظه از عمر که جز به تحصیل و مطالعه بگذرد هدر رفته و تباه شده است.
نیوتن چندی پیش از وفاتش با نگاهی به زندگی علمی گذشته اش درباره ی خود می گوید:من نمیدانم به چشم مردم دنیا چگونه می ایم اما در چشم خودم به کودکی می مانم که در کنار دریا بازی می کند و توجه خود را هر زمان به یافتن ریگی صافتر یا صدفی زیباتر معطوف میکند در حالی که اقیانوس بزرگ حقیقت هم چنان نامکشوف مانده و در جلوی او گسترده است.

زندگی شخصی

هرچند نیوتن بیشتر به خاطر آثار علمی شهرت دارد امّا تعدادی از رساله‌های وی در مورد تفسیر کتاب مقدس شهرت دارند. وی خود را از معدود افراد زمان می‌دانست که توسط خدا برای تفسیر کتاب مقدس برگزیده شده بودند. وی مانند بسیاری دیگر از معاصران هموطنش از ستایندگان آثار جوزف مید بود. نیوتن تاکید زیادی بر تفسیر مکاشفه یوحنا داشت و یادداشتهای فراوانی در مورد این بخش از انجیل دارد. وی به تثلیث اعتقاد نداشت.

اختلافات علمی

ایزاک نیوتون با لایبنیتز بر سر اینکه کدام زودتر مبدع حساب دیفرانسیل و انتگرال بوده‌است اختلاف داشت و هنگامی که لایبنیتز از آکادمی علوم سلطنتی درخواست کرد که کمیته‌ای بی‌طرف برای بررسی این موضوع دست به کار شود نیوتون نیز به عنوان رییس آکادمی کمیته‌ای از متشکل از دوستان خود را برای این کار انتخاب کرد که در نتیجه به محکوم شدن لایبنیتز به دزدی پایان یافت.با این حال نیوتون اولین کسی بود که به حساب دیفرانسیل و انتگرال دست یافت.
درگیری دیگری نیوتون با رابرت هوک بر سر ابداع قوانین سه گانه حرکت نیوتون پیش آمد که مدارک تازه به دست آمده نشان می‌دهد حق با هوک بوده است.