Исак Нютон

Исак Нютон (Шаблон:Lang-en, произнася се Айзък Нютън) е английски физик, математик, астроном, алхимик, философ и политик. Приносът на Нютон в развитието на математиката и различни области на физиката изиграва важна роля в Научната революция.

В областта на механиката Нютон открива закона за всемирното привличане и чрез предложените Закони за движение поставя основите на класическата механика. Освен това той формулира принципа за запазване на импулса и момента на импулса и пръв показва, че движението на небесните тела и на предметите на Земята се подчинява на общи закони. Работейки над проблемите на физиката, Исак Нютон поставя началото на математическия анализ, който е в основата на развитието на науката до наши дни.

Сред многобройните проблеми, които изследва Нютон, са също разлагането и природата на светлината, скоростта на звука, охлаждането, произходът на звездите, хронологията на Библията, природата на Светата Троица.

Кратка хронология

• 4 януари 1643 — Исак Нютон се ражда в Улсторп при Колстъруърт, Линкълншир
• 1655-1661 — Учи в Кралското училище в Грантъм
• 1661-1665 — Учи в Кеймбриджкия университет
• 1669-1701 — Лукасов професор в Кеймбриджкия университет
  • 1669 — Първи публикации в областта на математическия анализ („De Analysi per Aequationes Numero Terminorum Infinitas“)
  • 1671 — Публикува метода на флуксиите („Method of Fluxions“)
  • 1671 — Конструира първия си рефлекторен телескоп
  • 1684 — Обосновава теоретично Законите на Кеплер („De Motu Corporum in Gyrum“)
  • 1687 — Излага основите на класическата механика - Законите на Нютон и теорията за гравитацията („Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“)
• 1696-1699 — Управител на Монетния двор
• 1699-1727 — Магистър на Монетния двор
  • 1704 — Публикува изследванията си в областта на оптиката и своята теория за светлината („Opticks“)
• 31 март 1727 — Исак Нютон умира в Лондон

Биография

Ранни години

Гравюра по портрет на Нютон от 1726

Нютон е роден на 4 януари 1643 година (стар стил 25 декември 1642 година, Коледа) в Улсторп при Колстъруърт, селце близо до град Грантъм в английското графство Линкълншир. Според собствените му разкази той се ражда преждевременно и никой не очаква да оживее. Баща му, също Исак, е селянин (йомен), който умира по време на Английската гражданска война, три месеца преди раждането на сина си.

През 1646 година майката на Нютон се жени повторно за Барнабас Смит, възрастен свещеник в съседното село Норт Уитъм. Тя отива да живее при новия си съпруг, като оставя сина си при своите родители в Улсторп. Барнабас Смит е сравнително заможен и подпомага финансово поддръжката на имението в Улсторп. Той умира през 1653 и майката на Нютон се връща в Улсторп с три деца от него.

Исак Нютон започва образованието си около 1655 година в Кралското училище в Грантъм, където показва необикновени способности, най-вече в конструирането на различни механизми. Според някои изследователи в града той живее при местния аптекар Уилям Кларк, като се сгодява за дъщеря му, но по-късно двамата се разделят и Нютон не се жени до края на живота си. През 1659 година той е отстранен от училището и се връща в Улсторп, като майка му се надява той да поеме управлението на семейната ферма. Нейният брат, който е посещавал Кеймбриджкия университет, и учителят на Нютон от Грантъм Хенри Строукс успяват да я убедят, че той трябва да продължи образованието си. Строукс дори поема част от разходите по престоя на Нютон в Грантъм, където той довършва обучението си, подготвяйки се за Кеймбридж.

През юни 1661 година Исак Нютон е приет в Тринити Колидж в Кеймбриджкия университет. По това време там се изучава главно Аристотел, но той предпочита по-нови философи като Рене Декарт и астрономи като Галилео Галилей, Николай Коперник и Йоханес Кеплер. Скоро след като се дипломира през 1665 година, университетът е затворен като предпазна мярка против започналата чумна епидемия. Макар че не се проявява особено в университета, през следващата година и половина Нютон се занимава самостоятелно с математика, оптика и теорията за гравитацията.

Преподавател в Кеймбридж

През 1667 година Исак Нютон става преподавател в Тринити Колидж в Кеймбридж. През 1669 година публикува първите си изследвания върху своя метод на флуксиите, станал основа за математическия анализ. През същата година Айзък Бароу, първият Лукасов професор по математика, му отстъпва този пост.

По времето на Нютон е прието преподавателите в Кеймбриджкия и Оксфордския университет да имат духовен сан в Англиканската църква. По традиция заемащите поста на Лукасов професор не трябва да са активно ангажирани с църковни функции, за да имат повече време за научна работа. Нютон използва този факт и със съдействието на Айзък Бароу, вече на поста кралски капелан, успява да си издейства от крал Чарлз II изключение от правилото за заемане на духовна длъжност. Така той не става свещеник, което предотвратява евентуален конфликт между религиозните му възгледи и църковната ортодоксалност.

От 1670 до 1672 година Нютон чете лекции по оптика. През 1671 година Айзък Бароу демонстрира направения от Нютон рефлекторен телескоп пред Кралското научно дружество, след което Нютон е избран за член на дружеството. Още преди това шотландският учен Джеймс Грегъри публикува подобна конструкция на телескоп, но Нютон пръв успява да осъществи идеята, като без чужда помощ прави действащ прототип с 40-кратно увеличение.

През 1679 година Нютон се връща към работата си по гравитацията и нейното влияние върху орбитите на планетите, като се консултира по темата с Робърт Хук и Джон Фламстед. През 1684 година той публикува резултатите от работата си в „De Motu Corporum“. През 1687 година издава и най-известния си труд „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“, в който обобщава Законите за движение, които стават основа на класическата механика. С издаването на „Principia“ Нютон получава международно признание, като си създава кръг от почитатели. Сред тях е швейцарският математик Никола Фасио дьо Дюилие, с когото поддържа оживена връзка до 1693 година. Краят на приятелството им довежда Нютон до нервен срив.

Политическа кариера

Гробът на Нютон в Уестминстърското абатство

От 1689 до 1690 година и отново през 1701 година Нютон е член на Парламента, но единственият запис, свързан с него, е оплакване от течението в залата и молба да бъде затворен прозореца.

През 1696 година, с препоръка от Чарлз Монтагю, тогава канцлер на хазната, Исак Нютон заема поста управител на Кралския монетен двор и се премества да живее в Лондон. През 1699 година става магистър на Монетния двор, какъвто остава до края на живота си, като през 1701 година напуска и официално Кеймбриджкия университет.

През 1703 година Нютон е избран за председател на Британското кралско научно дружество и за член-кореспондент на Френската академия на науките. На този пост той разваля отношенията си с кралския астроном Джон Фламстед, след като публикува преждевременно подготвян от него звезден каталог.

Назначението на Нютон в Монетния двор е направено с цел да му се осигури почетна длъжност и редовен доход, но той се заема активно с новите си задължения. Той участва в голямата подмяна на монетите в обращение в страната. В хода на подмяната се установява, че 20% от монетите в обращение са фалшифицирани. Според тогавашното законодателство, фалшифицирането на пари се третира като държавна измяна и се наказва със смърт.

Нютон развива активна дейност по преследване на фалшификаторите, като благодарение на усилията му много от тях са осъдени. Той лично събира доказателства, като преоблечен обикаля кръчмите. Кралят му предоставя права на обвинител и той води няколкостотин разпита на свидетели, информатори и заподозрени. Сред най-големите му успехи е осъждането на смърт за фалшификация на Уилям Чалонър, известен гражданин, който преди това го обвинява в съучастие с фалшификаторите.

Под ръководството на Нютон става преминаването на британския паунд към златен стандарт през 1717 година, важна реформа, която оказва влияние върху икономиката на Великобритания през следващите десетилетия. За заслугите си като магистър на Монетния двор Нютон е удостоен с благородническа титла от кралица Анна през 1705 година.

Исак Нютон умира в Лондон през 1727 година и е погребан в Уестминстърското абатство. Нютон, който не се жени и няма деца, умира, без да остави завещание. Значителното му движимо имущество е разделено по равно между неговите осем полуплеменници, сред които Кетрин Бартън Кондюит, която се грижи за домакинството му в Лондон. Имението му в Улсторп получава старшият му наследник Джон Нютон.

След смъртта на Нютон се установява, че в тялото му има значителни количества живак. Това вероятно се дължи на неговите занимания с алхимия и може би обяснява ексцентричностите в края на живота му.

Научна дейност

Математика

Най-важният принос на Исак Нютон към математиката е разработването на метода на флуксиите, който по-късно ще се превърне в математически анализ. Първата му публикация по темата е „De Analysi per Aequationes Numero Terminorum Infinitas“ (1669, „Върху анализа с безкрайни редове“).

Исак Нютон и Готфрид Лайбниц развиват независимо един от друг теорията на математическия анализ, използвайки различни означения. Макар че хронологично Нютон разработва метода си първи, той не публикува почти нищо до 1693 година, като в пълен обем работите му в тази област са публикувани едва през 1704 година. В същото време Лайбниц започва да публикува през 1684 година. В крайна сметка означенията на Лайбниц стават общоприети в Континентална Европа, а след 1820 година - и в Британската империя.

През 1699 година някои членове на Кралското научно дружество обвиняват Лайбниц в плагиатство. След 1711 година спорът между Нютон и Лайбниц се разгаря с пълна сила, отравяйки живота и на двамата до смъртта на Лайбниц през 1716 година. Този спор предизвиква разив между британските и континенталните математици, който забавя развитието на британската математика в продължение на столетие.

През 1665 година Исак Нютон доказва обобщената биномна теорема, валидна за произволна степен. Той извежда метода на Нютон, изследва кубичните повърхнини, допринася за развитието на теорията на крайните разлики и пръв използва дробни индекси и координатна геометрия, за да получи решения на диофантовите уравнения. Нютон открива и нова формула за изчисляване на пи.

Механика

Личното копие на Нютон на неговата „Principia“ с нанесени на ръка корекции за второто издание

През 1684 година Исак Нютон публикува „De Motu Corporum“, която съдържа в начална форма Законите за движение. В нея той обосновава теоретично Закона на Кеплер, според който планетите в Слънчевата система се движат по елиптични орбити. Той смята също, че действащата върху тях центростремителната сила е пропорционална на разстоянието им до Слънцето.

Принципите на механиката са доразвити във „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“, публикувана на 5 юли 1687 година с моралната и финансова помощ на Едмънд Халей. В този труд Нютон формулира трите фундаментални Закона за движение, които са в основата на класическата механика и се използват без промени през следващите два века:

1. Първият закон на Нютон гласи, че телата остават в покой или запазват праволинейното си движение с постоянна скорост, ако върху тях не въздейства външна сила.
2. Вторият закон на Нютон гласи, че сила $F$, приложена върху тяло, е равна на степента на изменение във времето на неговия импулс $p$. Математически, това се записва като ${\vec {F}}={\frac {d{\vec {p}}}{dt}}\,=\,{\frac {d}{dt}}(m{\vec {v}})\,=\,{\vec {v}}\,{\frac {dm}{dt}}+m\,{\frac {d{\vec {v}}}{dt}}\,.$ Ако масата се приеме за постоянна, първият член отпада, а дефинирайки ускорението като ${\vec {a}}\equiv d{\vec {v}}/dt$, се получава известното уравнение ${\vec {F}}=m\,{\vec {a}}\,$, според което ускорението на дадено тяло е правопропорционално на силата, действаща върху него, и обратнопропорционално на неговата маса.
3. Третият закон на Нютон гласи, че на всяко въздействие съответства равно по сила и противоположно по посока противодействие.

Исак Нютон формулира и закона за всеобщото привличане, като използва за него латинската дума „gravitas“ („тегло“), от която идва и българската форма „гравитация“. В същата книга определя аналитично и скоростта на звука във въздуха, изхождайки от Закона на Бойл.

Оптика

Още в средата на 60-те години, преди да започне да преподава оптика, Нютон изследва пречупването на светлината, демонстрирайки, че със стъклена призма бялата светлина се разлага на отделни цветове, които с леща и втора призма могат отново да съставят бяла светлина. Като отделя оцветен лъч и го насочва към различни предмети, той показва, че отделните цветове могат да се отразяват, пречупват и разсейват, но винаги остават същия цвят. Изводът му е, че цветът е резултат на това как предметите взаимодействат с вече оцветената светлина, а не се поражда от самите тях. На тази основа той изгражда цялостна теория за цветовете, която е критикувана от по-късни теоретици, най-известен от които е Йохан Волфганг фон Гьоте.

Реплика на телескоп на Нютон с отражателна оптика от 1672

От изследванията си върху пречупването на светлината Нютон прави извода, че всеки рефракторен телескоп ще има като недостатък дисперсията на светлината в цветове и изобретява рефлекторния телескоп с отражателна оптика, за да избегне този проблем. Полирайки сам огледалата му, той използва пръстените от интерференция на светлината (Нютонови пръстени) за окачествяване. Така създава телескоп, по-добър от съществуващите тогава рефракторни модели, главно заради по-големия диаметър на огледалото. Много по-късно, с откриването на стъкла с различни рефрактивни свойства, става възможно изработването на ахроматични лещи, решаващи проблема с дисперсията при рефракторните телескопи.

Исак Нютон демонстрира рефлекторния телескоп пред Кралското научно дружество през 1671 година. Предизвиканият интерес го окуражава да публикува своите бележки „За цвета“ („On Colour“), които по късно доразвива в „Оптика“ (1704; „Opticks“), която включва и идеята за корпускулярната природа на светлината. Работите му са сериозно критикувани от Робърт Хук, след което Нютон е много обиден и се оттегля от публичен спор, а двама остават врагове до смъртта на Хук.

Според теорията на Нютон светлината е съставена от частици, но той е принуден да им придаде вълнови свойства, за да обясни дифракцията. В началото на 19 век Томас Юнг и Огюстен Френел разглеждат светлината като чисто вълново явление и теорията на Нютон е отхвърлена. Съвременната теория за фотоните отново обединява свойствата на частица и вълна, макар и по начин, различен от теорията на Нютон.

Теология

Портрет на Нютон в книга от 1889

Въпреки че Нютон става известен със Законите за движение и всеобщото привличане, самият той предупреждава, че от тях не следва Вселената да се разглежда като механизъм. Той казва: „Гравитацията обяснява движенията на планетите, но тя не може да обясни кой е задвижил планетите. Господ управлява всички неща и знае всичко, което е или може да бъде направено.“ Той отделя голяма част от времето си на изследвания на Библията и на текстовете на Отците на Църквата, като заявява: „Аз имам фундаментална вяра в Библията, като Божие слово, записано от вдъхновените. Аз изучавам Библията всеки ден.“

От последното десетилетие на 17 век Нютон пише редица религиозни трактати с интерпретация на библейски текстове, като повечето са публикувани след смъртта му. В резултат на проучванията си той определя една от широко приетите дати на разпъването на Исус Христос - 3 април 33. Разглеждайки пророчествата на „Даниил“ и „Откровението“ като едно цяло, той пише книгата „Наблюдения върху пророчествата на Даниил и Откровението на Йоан“ („Observations Upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St. John“), която е публикувана през 1733 година, шест години след смъртта му. Нютон изтъква, че в книгата „Даниил“ се намира ключът за всички други пророчества и че „отхвърлянето на неговите пророчества би означавало отхвърляне на християнската религия“. д Религиозните идеи на Нютон по всяка вероятност са повлияни от вярата на Хенри Мор в безкрайността на Вселената, както и от отхвърлянето на Декартовия дуализъм. В ръкопис, който изпраща на Джон Лок, но по-късно се отказва да публикува, той оспорва съществуването на Светата Троица, смятайки, че тя е въведена през 4 век чрез фалшификация на библейски текстове.

Алхимия

В своята „Хипотеза за светлината“ (1675; „Hypothesis of Light“) Нютон предполага, че съществува световен етер, който да предава взаимодействията между частиците. Той поддържа връзка с родения в Грантъм религиозен философ Хенри Мор и започва да се интересува от алхимия. Той заменя етера от своята теория с окултни сили, основавайки се на херметичните идеи за привличане и отблъскване между частиците. Джон Мейнард Кейнс, който притежава много от алхимичните трудове на Нютон, казва, че „Нютон не е първият човек от Века на разума, той е последният от магьосниците“.

Нютон смята, че светлината е съставена от съвсем малки частици, а обикновената материя - от по-големи. Той предполага, че по алхимически път телата и светлината могат да бъдат преобразувани едно в друго и че телата дължат активността си на частиците светлина, влизащи в състава им. Според някои тълкувания това е първото формулиране на идеята за взаимозаменяемост на маса и енергия. Нютон дори успява да направи прост фрикционен електростатичен генератор, като използва за тази цел стъклена сфера.

Макар че интересът на Нютон към алхимията оказва въздействие върху научната му дейност, с времето той изоставя алхимичните си занимания.

Влияние върху философията

Нютоновата концепция за Вселената, следваща естествени и рационално познаваеми закони, залята в основите на идеологията на Просвещението. Джон Лок и Волтер прилагат идеята за природни закони към политическото устройство, поддържайки наличието на естествени права на хората. Физиократите и Адам Смит разглеждат икономиката в контекста на естествения личен интерес и психологически особености, а социолозите критикуват обществения ред за това, че се опитва да вмести исторически напластявания в естествения ход на прогреса. Религиозни философи, като Джеймс Бърнет и Самюъл Кларк, също успяват да интерпретират изводите на Нютон по начин, съвместим с техните възгледи за природата.

Книги от Исак Нютон

• „Method of Fluxions“ (1671)
• „De Motu Corporum in Gyrum“ (1684)
• „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ (1687)
• „Opticks“ (1704)
• „Reports as Master of the Mint“ (1701-1725)
• „Arithmetica Universalis“ (1707)
• „Short Chronicle“, „The System of the World“, „Optical Lectures“, „The Chronology of Ancient Kingdoms, Amended“ и „De mundi systemate“ са издедане посмъртно през 1728
• „Observations Upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St. John“ (1733)
• „An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture“ (1754)

Други

• Популярната история за ябълката и Нютон вероятно води началото си от разказа на един съвременник, Уилям Стъкли, който в неговите „Спомени за сър Исак Нютон“ възпроизвежда един разговор с Нютон в дома му в Кенсингтън на 15 април 1726, в който Нютон си спомня как му е дошла на ум идеята за гравитацията. Това станало при падането на една ябълка, докато той се бил замислил нещо. Запитал се защо ябълката пада винаги перпендикулярно на земята, а не се отклонява настрани или пък нагоре, а винаги сочи центъра на Земята. Историята се среща и при други автори, но днес се счита, че вероятно е измислена от самия Нютон по-късно, за да покаже как и най-ежедневните неща са го вдъхновявали.

Източници

• Ball, W.W. Rouse. A Short Account of the History of Mathematics. New York, Dover, 1908.
• Bell, E.T. Men of Mathematics. Touchstone edition. New York, Simon & Schuster, 1986, [1937]. ISBN 978-0-671-62818-5.
• Dobbs, J.T. Newton's Alchemy and His Theory of Matter // Isis 73 (4). December 1982.
• Feingold, Mordechai. Barrow, Isaac (1630–1677) // Oxford Dictionary of National Biography. Oxford University Press, 2007. Посетен на 24 февруари 2009.
• Gjersten, Derek. The Newton Handbook. Routledge & Kegan Paul, 1986.
• Gribbin, John. Science: A History 1543-2001. 2002.
• Hoskins, Michael (редактор). Cambridge Illustrated History of Astronomy. Cambridge University Press, 1997.
• Iliffe, Robert. Newton. A very short introduction. Oxford University Press, 2007.
• Keynes, John Maynard. Newton, The Man // The Collected Writings of John Maynard Keynes Volume X. 1972.
• Meier, John P. A Marginal Jew, v. 1. 1991.
• Snobelen, Stephen D. Isaac Newton, heretic: the strategies of a Nicodemite (PDF) // British Journal for the History of Science 32. 1999. DOI:10.1017/S0007087499003751.</ref>
• Tiner, J.H. Isaac Newton: Inventor, Scientist and Teacher. Milford, Michigan, U.S., Mott Media, 1975.
• Weisstein, Eric W. Newton, Isaac (1642-1727) // Eric Weisstein's World of Biography. 2007. Посетен на 30 август 2006.
• Westfall, Richard S. Never at Rest: A Biography of Isaac Newton. Cambridge, Cambridge University Press, 1983, [1980]. ISBN 978-0-521-27435-7.
• Westfall, Richard S. The Life of Isaac Newton. Cambridge University Press, 1994. ISBN 0521477379.
• White, Michael. Isaac Newton: The Last Sorcerer. Fourth Estate Limited, 1997. ISBN 1-85702-416-8.
• White, Michael. Isaac Newton. 1999.

Вижте още

• Гравитация
• Закони на Нютон
• Оптика
• Алгоритъм на Гаус-Нютон
• Нютонов фрактал
• Кратери наречени Нютон има на Луната и на Марс

Външни препратки

• Нютон и класическата физика
• Произведения на Исак Нютон в проекта Гутенберг

Тази статия е включена в списъка на избраните на 16 април 2007. Тя е оценена от участниците в проекта като една от най-добрите статии на български език в Уикипедия.