بیوگرافی آیزاک نیوتن؛ بزرگ‌ترین نظریه‌پرداز تاریخ علم

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چرا سیبی که از درخت می‌افتد، همیشه به سمت زمین حرکت می‌کند، در حالی که ماه به دور زمین می‌چرخد و سقوط نمی‌کند؟ یا اینکه چه نیرویی باعث می‌شود که سیارات در مدارهای خود به دور خورشید، باقی بمانند؟ این پرسش‌ها قرن‌ها ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده بودند تا اینکه آیزاک نیوتن با یک کشف شگفت‌انگیز، به آن‌ها پاسخ داد.

به گزارش زومیت، مشهور است که روزی نیوتن جوان زیر درخت سیب نشسته بود و به آسمان خیره شده بود که ناگهان، سیبی بر سر او افتاد. با این اتفاق ساده، جرقه‌ای در ذهن او زده شد و او را به فکر فرو برد که چه چیزی باعث سقوط سیب می‌شود. همین فکر ساده، سبب کشف قانون جهانی گرانش شد؛ قانونی که نه‌تنها سقوط اجسام، بلکه حرکت سیارات و کهکشان‌ها را نیز توضیح می‌دهد.

کشفیات نیوتن، تحولی عظیم در دانش بشر ایجاد کرد و پایه و اساس بسیاری از علوم مدرن را بنا نهاد. امروزه، ما از قوانین نیوتن در ساخت ساختمان‌ها، طراحی خودروها و فضاپیماها و حتی پیش‌بینی حرکت اجرام آسمانی استفاده می‌کنیم. در این مطلب، به زندگی پرفراز و نشیب این دانشمند بزرگ خواهیم پرداخت.

سِر آیزاک نیوتن (Sir Isaac Newton) در ۴ ژانویه‌‌ی ۱۶۴۲ در منطقه‌ی وولزثورپ در انگلستان، سه ماه پس از فوت پدرش، به‌دنیا آمد. آیزاک، نام خود را از پدر به ارث برد. او زودتر از زمان مقرر متولد شد، نوزادی کوچک و نحیف که کمتر کسی تصور می‌کرد زنده بماند؛ اما همین کودک ظریف و شکننده، در مسیری شگفت‌انگیز قدم گذاشت و به یکی از درخشان‌ترین اندیشمندان تاریخ تبدل شد.

همزمان با تولد نیوتن، گالیله در آرچتری، نزدیک فلورانس، چشم از جهان فروبست. اما ایده‌های او، به‌ویژه ایده‌اش درباره‌ی علم ریاضی‌ حرکت، با مرگش از بین نرفت. سال‌ها بعد، نیوتن این مشعل علمی را برداشت و با نبوغ خود، آن را به اوج شکوفایی رساند.

هنگامی‌ که نیوتن، تنها سه سال داشت، مادرش، هانا آیسکو نیوتن با کشیشی ثروتمند به نام بارناباس اسمیث ازدواج کرد. هانا، پس از سپردن آیزاکِ سه‌ساله به مادربزرگش، برای ادامه‌ی زندگی به خانه‌ی همسرِ جدیدش نقل‌مکان کرد.

در ۱۲ سالگی، نیوتن پس از سال‌ها دوباره مادرش را دید. او پس از فوت همسر دومش، همراه با سه فرزند کوچک از ازدواج دومش، بازگشته بود. این بازگشت، زندگی نیوتن را تغییر داد و او را وارد نقش جدیدی به‌عنوان برادر بزرگ‌تر کرد. این تجربه، تأثیر عمیقی بر روحیات و مسیر زندگی نیوتن گذاشت و شاید یکی از عواملی بود که شخصیت پیچیده و عزم او را برای آینده شکل داد.

نیوتن در مدرسه‌ی کینگ در گرانتهام (Grantham)، شهری در لینکلن‌شر (Lincolnshire)، ثبت‌نام کرد. او در این دوران در خانه‌ی یک داروساز محلی زندگی می‌کرد؛ جایی که برای نخستین بار وارد دنیای اسرارآمیز شیمی شد.

در ۱۲ سالگی، مادر نیوتن تصمیم گرفت او را از مدرسه بیرون بیاورد تا کارهای مزرعه را به دست بگیرد. اما کشاورزی برای نیوتن که روحی سرشار از کنجکاوی و خلاقیت داشت، چیزی جز کابوسی خسته‌کننده نبود. او در این کار به‌شدت شکست خورد و به‌وضوح نشان داد که مزرعه‌داری با سرشت او سازگار نیست.

پس از اتمام تحصیلات پایه، عموی نیوتن که خود از فارغ‌التحصیلان کالج ترینیتی دانشگاه کمبریج بود، نبوغ پنهان این جوان کنجکاو را به‌خوبی درک کرده بود. او مادر نیوتن را متقاعد کرد که آینده‌ی پسرش در دانشگاه شکل می‌گیرد، نه در مزرعه. بنابراین، نیوتن در سال ۱۶۶۱ وارد کمبریج شد و در برنامه‌ای مشابه کار و تحصیل در کنار هم، ثبت‌نام کرد.

آیزاک برای تأمین مخارجش کار می‌کرد؛ از خدمت در سالن‌های غذاخوری تا نظافت و رسیدگی به اتاق دانشجویان مرفه‌. شاید این روزهای سخت و پرمشغله، آغاز مسیری بود که او را به یکی از بزرگ‌ترین دانشمندان تاریخ تبدیل کرد.

وقتی نیوتن وارد دانشگاه کمبریج شد، انقلاب علمی قرن هفدهم در اوج خود بود. در آن زمان، نظریه‌ی خورشیدمرکزی (Heliocentric View) سروصدای زیادی در محافل علمی به‌پا کرد. این نظریه را نخستین بار نیکلاس کوپرنیک در قرن شانزدهم مطرح و زمین را از مرکز کیهان کنار گذاشت و خورشید را جایگزین آن کرد. برخلاف باور سنتی که زمین را مرکز همه‌چیز می‌دانست، کوپرنیک ادعا کرد که زمین و دیگر سیارات به دور خورشید می‌چرخند.

یوهانس کپلر با محاسبات دقیق‌تر این نظریه را تقویت کرد. براساس محاسبات کپلر، سیارات در مدارهایی به شکل بیضی و نه دایره، به دور خورشید می‌چرخند. سپس، گالیله به‌کمک تلسکوپ و شواهدی مانند قمرهای مشتری، نظریه‌ی خورشیدمرکزی را غیرقابل انکار ساخت.

رنه دکارت (René Descartes)، فیلسوف برجسته، مفهومی جدید را درباره‌ی جهان مطرح کرده بود؛‌ او جهان را به‌شکل ماشینی پیچیده، بی‌جان و بدون احساسات، توصیف می‌کرد. اما در آن زمان، دانشگاه کمبریج، مانند بیشتر دانشگاه‌های اروپا، هنوز در افکار ارسطویی غرق بود. افکار ارسطویی، زمین را مرکز جهان می‌دانست و طبیعت را بیشتر به‌صورت کیفی بررسی می‌کرد، تا کمی.

علاقه‌ی شدید نیوتن به یادگیریِ خارج از چارچوب، باعث شد عملکردش در درس‌های رسمی چندان درخشان نباشد. اما این افت تحصیلی، کاملاً قابل درک بود، زیرا او همزمان، دو مسیر آموزشی متفاوت را دنبال می‌کرد.

در همین دوران، نیوتن دفترچه‌ای با عنوان «Quaestiones Quaedam Philosophicae» یا «پرسش‌های فلسفی خاص» نگهداری می‌کرد. این یادداشت‌ها نشان می‌دهند که او به دیدگاهی نو درباره‌ی طبیعت دست یافته بود؛ دیدگاهی که چارچوب انقلاب علمی را شکل می‌داد. نیوتن با این ایده‌ها پا را فراتر از آموزش‌های سنتی زمان خود گذاشت و پایه‌گذار نگاهی تازه به جهان شد.

اگرچه نیوتن بدون افتخار یا جایگاه ویژه‌ای فارغ‌التحصیل شد، اما تلاش‌های خستگی‌ناپذیرش برای او، عنوان دانش‌پژوه و چهار سال حمایت مالی برای ادامه‌ی تحصیل، به ارمغان آورد. در سال ۱۶۶۵، نیوتن قضیه‌ی بسط دو جمله‌ای تعمیم‌یافته را کشف کرد و نخستین گام‌ها را برای توسعه‌ی نظریه‌ی ریاضی‌ای برداشت که بعدها به حسابِ دیفرانسیل و انتگرال تبدیل شد. همان سال، نیوتن مدرک کارشناسی خود را از دانشگاه کمبریج دریافت کرد.

مدتی بعد و در همان سال، با شیوع و گسترش طاعون بوبونیک در اروپا، سالی تلخ برای این قاره رقم خورد و با تعطیلی بسیاری از مراکز، از جمله دانشگاه کمبریج، نیوتن به‌اجبار تحصیل را کنار گذاشت و به خانه بازگشت.

با اینکه نیوتن در دوران دانشجویی‌اش در کمبریج، چندان برجسته به نظر نمی‌رسید، اما سال‌های پس از فارغ‌التحصیلی‌اش به یکی از درخشان‌ترین و پربارترین دوره‌های تاریخ علم تبدیل شد؛ دورانی که به گفته‌ی برخی از مورخان، هیچ دانشمندی تا به‌حال چنین بهره‌وری و خلاقیتی را تجربه نکرده است.

در همین دو سال، نیوتن در خلوت خانه‌اش در وولستورپ موفق به شکل‌دهی نظریه‌های بنیادینی در حساب دیفرانسیل و انتگرال، نورشناسی و قانون گرانش شد. او پس از دو سال دوری از دانشگاه، در سال ۱۶۶۷ به کمبریج بازگشت و به عنوان همکاری جزء در کالج ترینیتی انتخاب شد؛ مقامی که نشان می‌داد هنوز نیوتن به‌عنوان نابغه‌ای بزرگ شناخته نشده است. اما طولی نکشید که او به یکی از درخشان‌ترین ذهن‌های تاریخ علم تبدل شد و راه را برای تحولی شگرف در علم هموار کرد.

آیزاک نیوتن، مدرک کارشناسی ارشد خود را در سال ۱۶۶۹، قبل از ۲۷ سالگی، از دانشگاه کمبریج دریافت کرد. در همین زمان، او با کتابِ نیکلاس مرکاتور آشنا شد. نیکلاس در کتاب خود در مورد روش‌های کار با سری‌های نامتناهی صحبت کرده بود. این کتاب تأثیر عمیقی بر نیوتن و پیشرفت‌ او در زمینه‌ی ریاضیات گذاشت.

نیوتن با الهام از کتاب نیکلاس، رساله‌ای با عنوان De Analysi نوشت و نتایچ گسترده‌تر و عمیق‌تری را در آن ارائه داد. او این رساله را با دوست و استاد راهنمایش، ایزاک بارو، به اشتراک گذاشت، اما نام خود را به‌عنوان نویسنده در آن ذکر نکرد.

در ژوئن ۱۶۶۹، آیزاک بارو نسخه‌ای از یک دست‌نوشته را بدون اشاره به نام نویسنده، با ریاضی‌دان بریتانیایی، جان کالینز، به اشتراک گذاشت. سپس در آگوست همان سال، بارو پرده از هویت نویسنده برداشت و به کالینز گفت که این اثر کار آقای نیوتون، جوانی بسیار کم‌سن، اما با نبوغی خارق‌العاده، است.

اینجا همان زمانی بود که کارهای نیوتن برای نخستین بار، توجه ریاضی‌دانان را به خود جلب و او را به‌عنوان نابغه‌ای نوظهور معرفی کرد. مدتی بعد، آیزاک بارو از سمت استادی در دانشگاه کمبریج استعفا داد و این جایگاه ارزشمند را به نیوتن واگذار کرد.

نیوتن در زمینه‌های نورشناسی، حرکت و ریاضیات دستاوردهای شگرفی به‌جا گذاشت. او نظریه‌ای را مطرح کرد که برطبق آن، نور سفید ترکیبی از تمامِ رنگ‌های طیف نوری است. همچنین، نیوتن نور را متشکل از ذراتی کوچک می‌دانست؛ ایده‌ای انقلابی که دیدگاه بشر نسبت به ماهیت نور را متحول کرد.

کتاب ماندگار نیوتن در فیزیک، Principia، شاهکاری است که تقریباً تمامی مفاهیم اساسی فیزیک، به‌جز انرژی، را در خود جای داده است. او به‌کمک این کتاب، قوانین حرکت و نظریه‌ی گرانش را توضیح داد و پایه‌های فیزیک کلاسیک را بنا نهاد. همچنین نیوتن، همراه با ریاضی‌دان مشهور، گوتفریت ویلهلم لایبنیتس، به‌عنوان یکی از بنیان‌گذاران نظریه‌های اساسی حساب دیفرانسیل و انتگرال شناخته می‌شود.

طراحی و ساخت یک تلسکوپ بازتابی در سال ۱۶۶۸، نخستین دستاورد نیوتن بود که او را به‌ دنیای علم معرفی کرد. او که در آن زمان، استاد دانشگاه کمبریج بود، باید هر سال یک دوره سخنرانی علمی ارائه می‌داد. اپتیک یا نورشناسی موضوعی بود که نیوتن برای نخستین سخنرانی خود انتخاب کرد.

در سال ۱۶۷۱، انجمن سلطنتی از نیوتن دعوت کرد تا تلسکوپ بازتابی‌اش را به نمایش بگذارد. این علاقه و توجه، نیوتن را تشویق کرد تا یادداشت‌های ارزشمند خود درباره‌ی نور، نورشناسی و رنگ را در سال ۱۶۷۲ منتشر کند.

این یادداشت‌ها بعدها به بخشی از کتاب مشهور نیوتن با عنوان «نورشناسی: رساله‌ای درباره بازتاب‌ها، شکست‌ها، انحراف‌ها و رنگ‌های نور» تبدیل شدند، اثری که تاثیر عمیقی بر درک ما از ماهیت نور و رنگ‌ها گذاشت.

نیوتن، نه‌تنها باورهای قدیمی درباره‌ی نور را به چالش کشید، بلکه فهم ما را از چگونگی تشکیل رنگ‌ها متحول کرد. او در یکی از آزمایش‌های جسورانه‌اش، سوزنی بزرگ را بین چشم و استخوان قرار داد و با فشار دادن چشم، موفق به دیدن حلقه‌هایی سفید، تاریک و رنگی شد. اگرچه این آزمایش نتایج جالبی به‌دنبال داشت، نیوتن به‌دنبال روشی امن‌تر و علمی‌تر برای بررسی نور و رنگ بود. سرانجام، منشور به‌کمک او آمد.

از ارسطو تا دکارت، دانشمندان بر این باور بودند که نور سفید، خالص است و رنگ‌ها از تغییرات فیزیکی در نور سفید، مثلا هنگام عبور آن از منشور به‌وجود می‌آیند. اما ذهن کنجکاو نیوتن ترجیح می‌داد قبل از پذیرفتن فرضیه، آن را آزمایش کند.

او نور خورشید را از یک منشور عبور داد و طیفی از رنگ‌ها را مشاهده کرد، همان رنگین‌کمانی که همه می‌شناسیم. سپس، برای بررسی دقیق‌تر، پرتو قرمز را از منشورِ دوم عبور داد. برخلاف باورهای رایج آن زمان، نور قرمز تغییری نکرد و همچنان به همان رنگ باقی ماند.

نیوتن با انجام این آزمایش، به نتیجه‌ی شگفت‌انگیزی رسید؛ نور سفید خالص نیست، بلکه ترکیبی از تمام رنگ‌های رنگین‌کمان است. او منشور را به‌عنوان ابزاری برای جداسازی رنگ‌ها، نه تغییردهنده‌ی آن‌ها، توصیف کرد. در آن زمان، نتیجه‌ی به‌دست آمده برای بسیاری از افراد غیرقابل‌قبول بود. اما نیوتن، با این کشف، علم نورشناسی را متحول کرد.

نظریه‌ی ذره‌ای نیوتن درباره‌ی نور یکی از نخستین تلاش‌های علمی برای درک ماهیت نور بود. اگرچه در ابتدا پیر گاساندی این ایده را مطرح کرد، نیوتن آن را توسعه داد و به شکلی جامع‌تر ارائه کرد. این نظریه تا حدود ۱۰۰ سال مورد توجه قرار گرفت، اما بعدها به‌دلیل محدودیت‌هایش، جای خود را به نظریه‌ی موجی داد.

طبق نظریه‌ی نیوتن، نور از ذرات بسیار ریز و الاستیک (کشسان) تشکیل شده است. این ذرات:

• از منابع نوری مختلف مانند خورشید، شمع یا لامپ منتشر می‌شوند.
• روی خطوط مستقیم و در تمامی جهت‌ها حرکت می‌کنند.
• سرعت حرکت آن‌ها، به محیطی که از آن عبور می‌کنند، بستگی دارد.
• رنگ‌های مختلف نور، به‌دلیل تفاوت در اندازه‌ی این ذرات است.

نیوتن معتقد بود که دید انسان به‌دلیل برخورد این ذرات با شبکیه‌ی چشم است. همچنین، این نظریه توانست پدیده‌هایی مانند بازتاب و شکست نور را توضیح دهد. نیوتن، بازتابِ نور را مشابه بازتاب یک توپ الاستیک در نظر گرفت. اجسام الاستیک، پس از کشیده یا فشرده شدن، به‌راحتی به حالت اولیه‌ی خود برمی‌گردند.

نظریه‌ی نیوتن در رابطه با نور، علی‌رغم توضیحِ موفق، بازتاب و شکست، در توضیح پدیده‌هایی مانند تداخل یا پراش نور، ناکام ماند. در نتیجه، بعدها نظریه‌ی موجی، مطرح شد.

با تمام این حر‌ف‌ها، افراد زیادی با نظریه‌ی نیوتن در رابطه با ماهیت نور مخالف بودند. رابرت هوک، یکی از معروف‌ترین مخالفانِ نیوتن در این زمینه بود.

هوک، یکی از اعضای برجسته و از بنیان‌گذاران آکادمی سلطنتی و دانشمندی چندوجهی و ماهر در زمینه‌هایی مانند مکانیک و نورشناسی بود. اختلاف نظر میان هوک و نیوتن به یکی از جنجال‌های معروف علمی آن زمان تبدیل شد. هوک، که دیدگاه متفاوتی درباره‌ی ماهیت نور داشت، نظرات نیوتن را به چالش کشید. این بحث‌ها به شکلی جذاب و گاهی چالش‌برانگیز در تاریخ علم ثبت شده و نشان‌دهنده‌ی رقابت فکری میان دو ذهن برجسته‌ی آن دوران است.

رابرت هوک، تنها منتقد نظریات نیوتن در نورشناسی نبود. دانشمند برجسته‌ی هلندی، کریستیان هویگنس، نیز ایراداتی بر کار نیوتن وارد کرد. اما آنچه نیوتن را بیش از همه آزرده کرد، انتقادات رابرت هوک بود. ارتباط نزدیک هوک با انجمن سلطنتی و شهرتش در زمینه‌ی نورشناسی باعث شد انتقادات او برای نیوتن، سنگین‌تر و دردناک‌تر باشد و اعتبار علمی او زیر سوال رود.

نیوتن نتوانست انتقادات واردشده به خود را تحمل کند و به‌شدت عصبانی شد؛ واکنشی که در تمام طول زندگی‌اش نسبت به انتقادها داشت. او اتهام هوک مبنی بر وجود نقص در نظریاتش را به کلی رد و با جدیت از کارهای خود دفاع کرد. این واکنش نشان‌دهنده‌ی شخصیت حساس و کمال‌گرای نیوتن بود؛ دانشمندی که انتقادها را تهدیدی مستقیم برای جایگاه علمی و اعتبار خود می‌دانست.

تنش میان نیوتن و هوک در ماه‌های بعد به اوج خود رسید. شرایط به جایی رسید که نیوتن تهدید به ‌کناره‌گیری از انجمن سلطنتی کرد. اما تعداد از اعضای برجسته‌ی انجمن با تاکید بر احترام به آیزاک و دستاوردهای علمی‌اش، او را از تصمیم خود منصرف کردند.

رقابت میان نیوتن و هوک تا سال‌ها ادامه داشت و تنش‌ میان آن‌ها هرگز فروکش نکرد. اما در سال ۱۶۷۸، نیوتن دچار فروپاشی عصبی شد؛ اتفاقی که به‌طور ناگهانی به مکاتبات میان او و هوک پایان داد.

یک سال بعد، با فوت مادرش، نیوتن به انزوای بیشتری فرو رفت. او به مدت شش سال از هر گونه تبادل فکری فاصله گرفت و تنها زمانی وارد گفت‌وگو می‌شد که دیگران به او نامه می‌نوشتند. حتی در این موارد نیز، پاسخ‌هایش کوتاه و مختصر بود.

بین سال‌های ۱۶۶۵ تا ۱۶۶۷، دانشگاه کمبریج و کالج ترینیتی به‌دلیل شیوع طاعون، تعطیل شد و نیوتن به خانه بازگشت. در همین دوران بود که داستان معروف سقوط سیب و کشف گرانش شکل گرفت. طبق افسانه‌ای که به‌طور گسترده بازگو شده است، نیوتن زیر یک درخت سیب نشسته بود که ناگهان میوه‌ای از درخت جدا شد و به سر او برخورد کرد.

این اتفاق ساده باعث شد ایده‌ی گرانش به ذهنش خطور کند و او به یک‌باره به نظریه‌ای دست یابد که پایه‌گذار درک ما از جهان شد. اگرچه، این روایت اغلب با اغراق همراه بوده است، به‌خوبی قدرت مشاهده و کنجکاوی نیوتن را به‌تصویر می‌کشد. زیرا او باتوجه‌به همیت اتفاقات روزمره، توانست اصول بنیادی علم را پایه‌ریزی کند.

شواهدی وجود ندارد که سیب واقعاً به سر نیوتن برخورد کرده باشد. اما او با دیدن سقوط سیب از درخت، به فکر فرو رفت و از خود پرسید، چرا سیب به‌طور مستقیم به زمین می‌افتد؟

نیوتن با بیان نظریه‌ی گرانش به پرسش‌های مهمی مانند چرایی سقوط سیب از درخت و گردش ماه به‌دور زمین، پاسخ داد. بر طبق نظریه‌ی گرانش، تمام اجسام که جرمی مشخص دارند، یکدیگر را جذب می‌کنند. به‌عنوان مثال، ماه به سمت زمین و زمین به سمت ماه جذب می‌شود.

فرض کنید دو جسم A و B با فاصله‌ی معینی از یکدیگر قرار گرفته‌اند. این دو جسم به‌دلیل گرانش، یکدیگر را جذب می‌کنند. بنابراین، جسم A به B و جسم B به A نزدیک‌تر می‌شود. اگر جرم جسم A بیشتر باشد، گرانش بین دو جسم، قوی‌تر و اگر جرم جسم A کمتر باشد، گرانش، ضعیف‌تر خواهد بود. این حالت، برای جسم B نیز برقرار است.

همچنین، مقدار گرانش با افزایش فاصله‌ی بین دو جسم، کاهش و با کاهش فاصله، افزایش می‌یابد. بنابراین، اگر فاصله‌ی دو جسم بسیار زیاد باشد، گرانش بین آن‌ها بسیار ضعیف و تقریباً صفر خواهد بود. حال به مثال سیب برمی‌گردیم. سیب و زمین، هر کدام جرم مشخصی دارند. درنتیجه، سیب، زمین را و زمین، سیب را جذب می‌کند.

 

تبدیل اجسام به نور و نور به اجسام کاملاً با جریان طبیعت هماهنگ است؛ طبیعتی که به نظر می‌رسد از دگرگونی‌ها لذت می‌برد

- ایزاک نیوتن

به‌همین‌دلیل، سیب و زمین به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند، تا جایی که سیب، زمین را لمس کند. حال فرض کنید سیب را با سرعتی معین، در جهتی مشخص پرتاب می‌کنیم. باز هم سیب به‌سمت زمین، جذب می‌شود. اما به‌دلیل سرعتی که به آن داده‌ایم، در همان جهتِ پرتاب، حرکت می‌کند. حال اگر سرعت پرتاب سیب را افزایش دهیم، سیب قبل از برخورد به زمین، فاصله‌ی بیشتری را طی می‌کند.

درادامه، اگر سرعت سیب را مدام افزایش دهیم، سرانجام به نقطه‌ای می‌رسیم که سرعت سیب بر گرانش، غلبه می‌کند. در این حالت، سیب به جای برگشت به زمین و برخورد با آن، در مداری به دور زمین، شروع به چرخش می‌کند. این حالت، مشابه، چرخش ماه به‌دور زمین است.

اما نیوتن چگونه در انزوای خود، معادله‌ی گرانش را به‌دست آورد؟ نیوتون برای ‌به‌دست آوردن رابطه‌ی گرانش، به چند داده‌ی کلیدی نیاز داشت.

• شتاب گرانش زمین: نیوتن شتاب ناشی از گرانش زمین در نزدیکی سطح آن را اندازه گرفت و به عدد ۹٫۸ متر بر مجذورثانیه رسید.
• فاصله‌ی ماه از زمین: نیوتن می‌دانست که فاصله‌ی ماه از مرکز زمین حدود ۶۰ برابر شعاع زمین است.
• دوره‌ی گردش ماه: ماه برای تکمیل یک دور کامل به دور زمین، ۲۷٫۳۲ روز زمان نیاز دارد.

نیوتن به‌کمک این اطلاعات، سرعت حرکت ماه را در مدارش محاسبه کرد و مقدار ۱۰۲۲ متربرثانیه را به‌دست آورد. سپس، از این سرعت برای محاسبه شتاب مرکزگرای ماه استفاده کرد. با مقایسه‌ی شتاب مرکزگرای ماه با زمین، نیوتن به نتیجه‌ی بسیار جالبی رسید. نسبت این دو عدد برابر ۳۶۰۰ یا ۶۰×۶۰ و فاصله‌ی ماه از زمین نیر ۶۰ برابر شعاع زمین است.

این ارتباط جالب با نتیجه‌ای جالب‌تر همراه بود؛ نیروی گرانش با مربع فاصله‌ی دو جسم از یکدیگر رابطه‌ی عکس دارد. جالب است بدانید که جرقه‌ای که نیوتن را در مسیر درست تحقیقات قرار داد، از سوی هوک، رقیب سرسختش، زده شد. در سال ۱۶۷۹، هوک در نامه‌ای به نیوتن پیشنهاد کرد که فرمولی مبتنی بر عکس مربع فاصله می‌تواند نیروی جاذبه میان سیارات و شکل مدارهای آن‌ها را توضیح دهد. این ایده، با وجود سادگی ظاهری، نقشی کلیدی در پیشرفت نیوتن برای تدوین نظریه گرانش ایفا کرد.

پس از چند تبادل نظر دیگر، نیوتن بار دیگر مکاتباتش را با هوک قطع کرد. بااین‌حال، ایده‌ی هوک درباره‌ی گرانش و مدار سیارات به‌شکلی تاثیرگذار در مطالعات نیوتن درباره‌ی حرکت سیارات جا گرفت. براساس یادداشت‌های نیوتن، او تا سال ۱۶۸۰ به نتایج مهمی دست یافته بود، اما این کشفیات را نزد خود نگه داشت و آن‌ها را با کسی در میان نگذاشت.

اوایل سال ۱۶۸۴، رابرت هوک در گفت‌وگویی با اعضای انجمن سلطنتی، کریستوفر رِن و ادموند هالی، دیدگاهِ خود را درباره‌ی حرکت سیارات مطرح کرد. هرچند هر دو همکارِ هوک با او هم‌نظر بودند، تاکید کردند که برای اثبات، به یک استدلال ریاضی نیاز است.

در آگوست ۱۶۸۴، هالی برای دیدار با نیوتن که به‌تازگی از انزوای خود بیرون آمده بود، به کمبریج سفر کرد. او به‌طور غیررسمی از نیوتن پرسید، اگر نیروی جاذبه‌ی بین خورشید و دیگر سیارات (گرانش) با مربع فاصله، نسبت عکس داشته باشد (ایده‌ی هوک)، مدار سیاره به شکل خواهد بود. نیوتن که در شش سال گذشته روی این مساله کار کرده بود، پاسخ داد: یک بیضی.

با انتشار نخستین نسخه‌ی Principia، هوک به‌سرعت نیوتن را به سرقت علمی متهم کرد و مدعی شد که نظریه‌ی عکس مربع فاصله به او تعلق دارد. این اتهام بی‌پایه بود، زیرا بیشتر دانشمندان می‌دانستند هوک فقط این ایده را مطرح کرده، اما هرگز آن را به اثبات نرسانده است.

نیوتن از این اتهام به‌شدت خشمگین شد و به دفاع از کشفیات خود پرداخت. او با حذف تمام اشاره‌ها به هوک از یادداشت‌هایش، تهدید کرد که از انتشار نسخه‌های بعدی Principia خودداری خواهد کرد. نیوتن با اصرار هالی و با اکراه پذیرفت که در بحث عکس مربعِ فاصله، به‌طور مشترک از هوک، رِن و هالی یاد کند، اما این کار، ذره‌ای از خشم هوک کم نکرد.

هوک تا آخرین روزهای زندگی خود از هر فرصتی برای توهین به نیوتن استفاده کرد. او که می‌دانست نیوتن به‌زودی به‌عنوان رئیس انجمن سلطنتی انتخاب می‌شود، تا زمان مرگش در سال ۱۷۰۳، از بازنشستگی خودداری کرد.

نیوتن در Principia، توصیف دقیقی از حرکت اجسام ارائه می‌دهد:

• قانون اول حرکت: یک جسم در حالت سکون یا در حال حرکت با سرعت ثابت، تمایلی به تغییر وضعیت خود ندارد، مگر آنکه نیرویی خارجی بر آن اعمال شود.
• قانون دوم حرکت: نیرو از حاصل‌ضرب جرم در شتاب به‌دست می‌آید. همچنین، تغییر در حرکت (تغییر در سرعت) با نیروی اعمال‌شده متناسب است.
• قانون سوم حرکت: برای هر کنش، واکنشی برابر و در جهت مخالف وجود دارد.

 

افلاطون دوست من است، ارسطو هم دوست من است، اما بزرگ‌ترین دوست من حقیقت است.

- آیزاک نیوتن

نیوتن به‌عنوان یکی از برجسته‌ترین پیشگامان ریاضیات شناخته می‌شود کارهای او، تمام شاخه‌های ریاضیات زمان خود را متحول کرد. در سال ۱۶۶۶، او در دست‌نوشته‌ای اولیه، ایده‌هایی را ارائه داد که امروزه به‌عنوان حساب دیفرانسیل و انتگرال یا فلوکسیوس شناخته می‌شود. این دستاورد مهم، بعدها در مجموعه آثار ریاضی او به انتشار رسید و جایگاه او را به‌عنوان یک نابغه‌ی بی‌بدیل در تاریخ علم تثبیت کرد.

حرکت اجسام مانند سیب و ماه، ذهن نیوتن را درگیر خود کرده بود. دانشمند ایتالیایی، گالیله، طی آزمایشی مشهور، نشان داده بود که شتاب ناشی از جاذبه‌ی زمین برای تمام اجسام، بدون توجه به جرمشان، ثابت است. او همچنین توضیح داد که محاسبه‌ی سرعت متوسط یک جسمِ در حال سقوط فرایندی ساده است؛ اما این پاسخ نیوتن را قانع نکرد. او به دنبال چیزی فراتر از میانگین بود.

نیوتن، به‌دنبال سرعت لحظه‌ای سیبی بود که به‌طور پیوسته شتاب می‌گیرد. برای رسیدن به پاسخ، می‌توان سرعت متوسط را در بازه‌های زمانی کوتاه‌تر و کوتاه‌تر محاسبه کرد. هرچه این بازه کوتاه‌تر شود، سرعت به لحظه‌ی مورد نظر نزدیک‌تر خواهد شد. اما اگر بخواهیم سرعت دقیق را در یک لحظه خاص پیدا کنیم، باید بازه‌ی زمانی را تا جایی کاهش دهیم که تقریباً صفر شود.

نیوتن راهی اختراع کرد که بازه‌ی زمانی را به عددی بی‌نهایت کوچک کاهش دهد. این روش برای نخستین بار امکان محاسبه‌ی کمیت‌هایی را فراهم کرد که نسبت به زمان، تغییر می‌کنند. با این تکنیک، نیوتن شاخه‌ای کاملاً جدید از ریاضیات را به‌نام حساب دیفرانسیل و انتگرال ابداع کرد.

مشابه نزاع نیوتن و هوک بر سر ایده‌ی رابطه‌ی گرانش، نیوتن با فیلسوف و ریاضی‌دان آلمانی به‌نام گوتفریت لایبنیتس نیز بر سر ابداع حساب و دیفرانسیل انتگرال، درگیر بود. در همان دوران، لایبنیتس، مستقل از نیوتن روی حساب و دیفرانسیل انتگرال کار می‌کرد. او در سال ۱۶۷۵ نمادگذاری خاص خود را برای انتگرال (∫) و مشتق (d) ابداع کرد. نمادگذاری لایبنیتس نه‌تنها کارآمدتر، بلکه مبنای حساب مدرن شد.

امروزه مشخص شده است که نیوتن و لایبنیتس هر دو مستقل از یکدیگر، این بخش از ریاضیات را ابداع کرده‌اند، اما با دو دیدگاه کاملاً متفاوت. نیوتن حساب و دیفرانسیل انتگرال را ابزاری برای فیزیک می‌دانست و بر مشتق‌ تمرکز داشت، درحالیکه لایبنیتس با رویکردی هندسی، انتگرال را بررسی می‌کرد.

نباید فراموش کنیم که نیوتن نقس مهمی را در محاسبه‌ی عدد پی ایفا کرد. او به کمک سری‌های نامتناهی، عدد پی را با دقت بالایی به‌دست آورد.

نیوتن پس از انتشار Principia، به‌دنبال تغییر مسیرش در زندگی بود. او در سال ۱۶۸۹، به‌عنوان نماینده‌ی دانشگاه کمبریج در پارلمان، انتخاب شد. حضور در لندن نیوتن را با حلقه‌ی گسترده‌تری از روشنفکران، از جمله جان لاک، فیلسوف سیاسی برجسته، آشنا کرد. درحالی‌که بسیاری از دانشمندان اروپایی هنوز از دیدگاه‌های ارسطو پیروی می‌کردند، نسل جوانِ دانشمندانِ بریتانیایی مجذوب نظریه‌های نیوتن شدند و او را رهبر علمی خود می‌دانستند.

یکی از این تحسین‌کنندگان، نیکلاس فاتیو دو دویلیه، ریاضی‌دان سوئیسی، بود که رابطه‌ی نزدیکی با نیوتن برقرار کرد. در سال ۱۶۹۳، نیوتن دچار یک بحران عصبی دیگر شد که علت دقیق آن مشخص نیست.

برخی این بحران را به ناامیدی نیوتن از دریافت مقام بالاتر، پایان دوستی‌اش با نیکلاس فاتیو دو دویلیه یا فشار کاری شدید نسبت می‌دهند. اما براساس شواهد، نیوتن در آن دوران نامه‌هایی به دوستان و آشنایانش در لندن، نوشته بود که حال آشفته‌ی او را نشان می‌دادند. او در این نامه‌ها دیگران را به خیانت و توطئه علیه خود متهم کرده بود.

نکته‌ی عجیب آن است که نیوتن به‌سرعت بهبود یافت و پس از عذرخواهی از دوستانش، به کار بازگشت. اما در این بازگشت دوباره، ایزاک دیگر علاقه‌ای به مسائل علمی از خود نشان نمی‌داد. او دیگر تمرکز خود را بر پیشگویی‌ها، متون دینی و مطالعه‌ی کیمیاگری معطوف کرده بود.

در سال ۱۶۹۶، نیوتن به آرزوی دیرینه‌اش رسید و سرپرست ضرابخانه‌ی سلطنتی شد. او پس از دریافت این مقام، برای همیشه به لندن نقل‌مکان کرد و در خانه‌ی خواهرزاده‌اش، کاترین بارتون، ساکن شد. کاترین که معشوقه‌ی لرد هالیفاکس، یکی از مقامات بلندپایه‌ی دولت بود، نقش مهمی را در پیشرفت شغلی نیوتن ایفا کرد.

به‌لطف حمایت‌های هالیفاکس، نیوتن در سال ۱۶۹۹ رئیس ضرابخانه شد و تا پایان عمرش این سمت را حفظ کرد. او با جدیت تمام، نظام پولی کشور را اصلاح کرد و با جاعلان ارز به‌شدت برخورد کرد. همچنین، نیوتن در یکی از مهم‌ترین اقداماتش، سیستم پولی بریتانیا را از استاندارد نقره به استاندارد طلا تغییر داد.

در سال ۱۷۰۳، پس از درگذشت رابرت هوک، نیوتن به ریاست انجمن سلطنتی انتخاب شد. بااین‌حال، او هیچ‌گاه به علم به‌عنوان یک تلاش جمعی نگاه نکرد. جاه‌طلبی بی‌پایان و دفاع سرسختانه‌ از دستاوردهاش، بارها منجر به نزاع نیوتن با دیگر دانشمندان شد. برطبق روایت‌های بیان‌شده، دوران ریاست نیوتن بر انجمن سلطنتی، با استبداد و خودکامگی همراه بود. نیوتن با تسلط کامل، سرنوشت و مسیر حرفه‌ای دانشمندان جوان‌تر را کنترل می‌کرد.

در سال ۱۷۱۲، یکی از جنجالی‌ترین اقدامات نیوتن که به استبداد علمی او شهرت یافت، رخ داد؛ او بدون کسب اجازه، یادداشت‌های ارزشمند ستاره‌شناس برجسته، جان فلمستید، را منتشر کرد. فلمستید که سال‌ها در رصدخانه‌ی سلطنتی گرینویچ به گردآوری داده‌های نجومی پرداخته بود، مجموعه‌ای عظیم و بی‌نظیر از اطلاعات علمی در اختیار داشت.

نیوتن برای اصلاح و تکمیل کتاب Principia، از فلمستید خواست بخشی از اطلاعات جمع‌آوری‌شده را در اختیار او قرار دهد، اما فلمستید حاضر نشد اطلاعات بیشتری را به سرعت به او بدهد؛ بنابراین، نیوتن از نفوذ خود به‌عنوان رئیس انجمن سلطنتی استفاده کرد و به‌عنوان رئیس هیئت نظارت بر رصدخانه سلطنتی منصوب شد.

در ادامه، نیوتن تلاش کرد یادداشت‌های فلمستید، مانند فهرست ستارگان و سایر نوشته‌های ویرایش‌شده و خام را بدون تأخیر منتشر کند. در اقدامی جنجالی، نیوتن مسئولیت آماده‌سازی این مطالب را به ادموند هالی (دشمن قدیمی فلمستید) سپرد و تنش میان آن‌ها را به اوج رساند. بااین‌حال، فلمستید با اقدام قانونی، نیوتن را مجبور به توقف پروژه و بازگرداندن یادداشت‌هایش کرد. این اتفاق یکی از معدود مواردی بود که نیوتن در برابر یکی از رقبای خود شکست خورد و مجبور به عقب‌نشینی شد.

در سال‌های پایانی زندگی، نیوتن در کرانبری پارک، نزدیک وینچستر انگلستان زندگی می‌کرد. او حالا به یکی از برجسته‌ترین چهره‌های اروپا تبدیل شده بود و دستاوردهای علمی‌اش، دیگر رقیبی نداشتند.

این فیزیک‌دان برجسته، با مدیریت هوشمندانه‌ی دارایی‌هایش به ثروتی قابل‌ توجه دست یافته بود که بخش زیادی از این ثروت را سخاوتمندانه صرف امور خیریه کرد. بااین‌حال، زندگی نیوتن کامل و بی‌نقص نبود. او هرگز ازدواج نکرد و دوستان زیادی نداشت. در سال‌های پایانی عمرش، ترکیبی از غرور، ناامنی و علاقه به پژوهش‌های عجیب و گاه بی‌ثمر باعث شد حتی نزدیک‌ترین دوستانش درباره‌ی وضعیت روانی او ابراز نگرانی کنند.

با نزدیک شدن به ۸۰ سالگی، نیوتن با مشکلات جدی گوارشی روبه‌رو شد که او را وادار به تغییر رژیم غذایی و محدود کردن فعالیت‌های روزنه‌اش کرد. نیوتن در ۲۰ مارس۱۷۲۷، در خواب از دنیا رفت و پیکرش در گورستان وستمینستر ابی به‌ خاک سپرده شد. طبق برخی روایت‌ها، نیوتن به‌دلیل درد شدید در ناحیه‌‌ی شکم بیهوش شد و یک روز بعد از دنیا رفت.

برای تعیین علت مرگ، جسد او مورد بررسی پزشکی قرار گرفت و مشخص شد مقداری جیوه در موهایش وجود دارد. برخی باور دارند که این جیوه نتیجه‌ی تحقیقات شیمیایی و آزمایش‌های کیمیاگری او بوده است.

پس از مرگ نیوتن، شهرت او به اوج رسید و بسیاری از هم‌عصرانش او را بزرگ‌ترین نابغه‌ی آن زمان می‌دانستند. اگرچه این ادعا کمی اغراق‌آمیز به‌نظر می‌رسد، بی‌شک کشفیات او تأثیر شگرفی بر اندیشه‌ی جهان غرب گذاشت. نیوتن به جایگاهی رسیده بود که نام او در کنار نام بزرگانی مانند افلاطون، ارسطو و گالیله برده می‌شد. بااین‌حال، نیوتن نیز از اشتباهات علمی بی‌نصیب نبود.

آلبرت اینشتین در قرن بیستم با نظریه‌ی نسبیت خود، انقلابی در درک ما از جهان ایجاد و بسیاری از مفاهیم بنیادی نیوتن را بازتعریف کرد. اینشتین نشان داد که فضا، زمان، حرکت و فاصله، مفاهیمی نسبی هستند و نه مطلق. این دیدگاه جدید، جهانی پیچیده‌تر و شگفت‌انگیزتر از آنچه نیوتن تصور کرده بود، به تصویر کشید.