ایزاک نیوتن

• نویسنده: مستوفی
• تاریخ: 98-1-20
• منبع: اینترنت , کتاب
• گروه: علوم تجربی

سِر ایزاک نیوتن  فیزیک‌دان، ریاضی‌دان،ستاره‌شناس، فیلسوف و شهروند انگلستان بوده‌است.

نیوتون در سال ۱۶۸6 شاهکار" 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 نظریه خورشید-مرکزی پیوند خورده‌است.

آیزاک نیوتن در نیمه شب عید سال نو ۱۶۴۲ (سالی که گالیله چشم از جهان فرو بست)به دنیا آمد. او کودکی زودرس و بقدری نحیف بود که پزشکان به زنده ماندنش امید چندانی نداشتند. 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. خانه مادری او در وولزثروپ 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 و طرفداران مجلس درگرفت. 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 (لینکلن‌شر) حامی مجلس بودند ولی خانوده او طرفدار پادشاه بودند. این مشکلات سیاسی بر زندگی او تأثیرات 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 خانه مادربزرگش اکثر ساعات روز را به ساخت الگوهای مکانیکی می‌پرداخت. او علاقه زیادی به این کار داشت.

نیوتن در ده سالگی شاهد مرگ ناپدری‌اش بود. نیوتون از این اتفاق بسیار خوشحال بود. چون از ناپدری اش نفرت داشت 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 او را 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 به جای پرداخت شهریه، اتاق‌ها را نظافت می‌کردند یا در سالن غذاخوری به عنوان پیشخدمت کار می‌کردند.

در یک روز یکشنبه در اواخر بهار ۱۶۶۴ آیزاک و دوستش، جان ویکنز به سیرکی که به تازگی درکمبریج دایر شده بود رفتند. در این سیرک آیزاک به‌طور تصادفی متوجه چیزی شد که به طرز خیره‌کننده‌ای می‌درخشید. آن چیز حیرت‌آور 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. روزی که نیوتن منشوری را در دست گرفت و اجازه داد تا پرتو نور خورشید از میان آن عبور کند او با این کار کشف کرد که نور سفید به هنگام ورود به منشور شیشه ای منحرف می شود و به هفت پرتو نور اصلی با رنگ های گوناگون تجزیه می شود آنها رنگ های رنگین کمان هستند که طیف یا بیناب نامیده می شوند و عبارتند از: سرخ، نارنجی، زرد، سبز، ابی، نیلی و بنفش. 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 درباره نور رد کرد. از دیدگاه نیوتن نور جریانی از ذرات است که از چشمه نور به بیرون فرستاده می‌شوند.

در آن دوران دروس دانشکده عموماً بر پایه آموزه‌های ارسطو تنظیم می‌شد ولی نیوتن ترجیح می‌داد که با اندیشه‌های مترقی‌تر فیلسوفان نوگرایی چون دکارت، گالیله، کپرنیک و کپلر آشنا شود. در ۱۶۶۵ او موفق به کشف قضیه دو جمله‌ای در جبر شد. یافته‌ای که بعدها به ابداع حساب دیفرانسیل انجامید.

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 مسئله 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 لینکلن‌شر بازگشت. همین موقع بود که هوش و استعداد نیوتن نابغه بزرگ آشکار گشت زیرا تمام کتابها و جزوه های خود را در دانشگاه جا گذاشته بود فکر خود را آزاد گذاشت که به تنهایی از منابع خاص خود استفاده کند در این هنگام او بیش از بیست و دو سال نداشت ولی بیش از ارشمیدس و دکارت درباره معرفت ساختمان جهان دقیق شده بود.

نیوتن در این فکر بود که چگونه سیارات بر مدار خود پیرامون خورشید قرار می‌گیرند بی‌آنکه نیرویی ناشناخته دست اندرکار باشد. او هنگامی که در باغ خانه مادری خود در حال تفکر به این موضوع 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 سؤالی دیگر برای وی پیش‌آمد: «چرا سیارات به روی خورشید سقوط نمی‌کنند؟» او چندین روز به این مسئله فکر کرد اما جوابی نیافت. درست همان زمان که او بار و بنه 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. قاعده بازی این بود که باید بازیکن سطل آبی را در هوا می‌چرخاند. برنده 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 مرکز گراست. او پس از چند آزمایش کشف کرد که نیروی جاذبه از قانون عکس مجذور فاصله پیروی می‌کند. این اندیشه ها بعدها نیوتن را به کشف قانون گرانش رهنمون شدند هنگامی که نیوتن چندین سال بعد پاسخ این پرسش را توانست بیابد در واقع یکی از قانونهای فیزیک را کشف کرده بود که بر تمام عالم حکمفرماست" قانون نیروی گرانش زمین" 

نیوتن پس از شیوع طاعون و بازگشت به ملک زراعی مادرش، طی 18 ماه به آگاهیها و کشف هایی بیش از آنچه که دانشمندان دیگر در تمام طول عمر خود دست می یابند، دست یافت او در این مدت ساخت و ساز قانون نیروی گرانش را آغاز کرد او درباره نور و رنگ های آن پژوهش کرد دلیل جزر و مد را کشف کرد قوانین و حرکات بخصوصی را به درستی تشخیص داد و معادله هایی برای آن نوشت که بعدها اساس و بنیان دانش مکانیک شد در مورد نیروی گرانش نیوتن معتقد بود که نه تنها زمین چنین نیروی گرانشی دارد بلکه تمام اجسام و اجرام چنین خصوصیتی دارند.

پس از برطرف شدن خطر طاعون در سال ۱۶۶۷، نیوتن به کمبریج بازگشت و عضو جزء کالج ترینیتی شد و در سال ۱۶۶۸ با دریافت مدرک فوق لیسانس و گرفتن کرسی استادی لوکاسین جایگاه خود را تثبیت کرد

در زمان گالیله فقط تلسکوپ‌های شکستی وجود داشت، اما بزرگنمایی و وضوح خوبی نداشتند. نیوتن با استفاده از نبوغ و تجربه‌اش در ساخت مدل‌های مکانیکی توانست تلسکوپ بازتابی را که انقلابی در علم محسوب می‌شد اختراع کند. این تلسکوپ بزرگنمایی و وضوح بهتری نسبت به تلسکوپ‌های شکستی 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 درگرفت. هوک خود را خبره پژوهش درباره نور می‌دانست و نظرات نیوتن را رد می‌کرد.

در سال ۱۶۸۴ نیوتن که مطالعات خود را درباره گرانش و چگونگی حرکت سیارات کامل کرده بود، رساله‌ای در این مورد نوشت که بسیار مورد توجه ادموند هالی ستاره‌شناس معروف انگلیسی قرار گرفت. با تشویق و پیگیری او سرانجام نیوتن کتابش با نام «اصول ریاضی فلسفه 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 ستارهشناس آلمانی در سال ۱۶۰۹ نظریه انقلابی خود را درباره 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.اما نیوتن ا نخستین کسی است که قواعد طبیعی حاکم بر گردشهای زمینی و آسمانی را کشف کرد. وی همچنین توانست برای اثبات قانون‌های حرکت سیاره های کپلر برهان‌های ریاضی بیابد. در جهت بسط قوانین نامبرده، او این جستار را مطرح کرد که مدار اجرام آسمانی مانند دنباله دارها، لزوماً بیضوی نیست بلکه می‌تواند هذلولی یا شلجمی نیز باشد

در ۲۸ آوریل ۱۶۸۶ نیوتن کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی را چاپ کرد و نسخه اول آن را به انجمن سلطنتی داد. اما در نیمه شب همان روز هوک مدعی شد که قوانین نیوتن را قبلاً کشف کرده‌است. در بخشی از کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی ، 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 (رابطه 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.

مجموعه قوانین سه‌گانه حرکت و قانون گرانش عمومی، اساس و شالوده فناوری مدرن هستند و با وجود پیدایش فرضیه‌های تازه‌تر از اهمیت آن‌ها کاسته نشده‌است.

پس از مدتی، نیوتن فیزیک را رها کرد و به پژوهش در مورد کیمیاگری پایه شیمی امروز پرداخت. اما در این بین هانا، مادر او درگذشت. این مسئله او را تا مدتی از کسب دانش بازداشت.

در سال ۱۶۹۶ نیوتن رئیس ضرابخانه سلطنتی شد و همچنین در چند سال بعد او سرپرست انجمن سلطنتی نیز شد. در این مدت او متقاعد شد که اکتشافات خود در زمینهنور را با عنوان «نور شناخت» منتشر کند. یک سال بعد، ملکه آن به او لقب "سِر" داد.

نیوتن به مطالعات عظیم دیگری پرداخت که حتی امروزه نیز کامل نشده است و آن اینکه با به کار بردن قوانین علم حرکات و قانون جاذبه عمومی فرو رفتگی زمین را در دو قطب آن که نتیجه دوران روزانه زمین به دور محورش می باشد محاسبه کرد و به کمک این محاسبه درصدد بر آمد سیر تکامل تدریجی سیاره را مورد مطالعه قرار دهد. ایزاک نیوتن تغییرات وزن اجسام را برحسب تغییر عرض جغرافیایی مکان به دست آورد و نیز ثابت کرد که هر جسم توخالی که به سطوح کروی متحد المرکز و متجانس محدود شده باشد نمی تواند هیچگونه نیرویی بر اجسام با ابعاد کوچک که در نقطه غیر مشخصی در داخل آن قرار داشته باشند اعمال کند.

آخرین روزهای زندگی وی تأثر برانگیز و از جنبه انسانی قوی و عمیق بوده است اگرچه نیوتن نیز مانند سایر افراد بشر از رنج فراوان بی بهره نماند لیکن بردباری بسیاری که در مقابل درد و شکنجه دائمی دو سه سال اخیر زندگانی خویش نشان داد شکوفه های دیگری بر تاج گلی که بر فرق او قرار دارد می افزاید. در آخرین روزهای زندگی سرفه ای مداوم او را بسیار ضعیف کرد و عاقبت بعد از آنکه چند روزی از درد جانگداز آسوده بود در نهایت آرامش در 20 مارس 1727 در هشتاد و چهار سالگی در لندن در گذشت و با عزت و شرف بسیار در وستمینستر آبی به خاک سپرده شد برای قدردانی از این دانشمند بزرگ واحد نیرو را نیوتن نامیده اند و به اختصار با حرف N نشان می دهند بدون تردید می توان گفت در تاریخ بشریت نامی مافوق نیوتن وجود نداشته و هیچ اثری از لحاظ عظمت و بزرگی مانند کتاب (اصول) او نخواهد بود.