کمتر دانشمندی در تاریخ توانسته مسیر علم را به اندازه آیزاک نیوتن تغییر دهد. او با بررسی پرسش‌هایی به ظاهر ساده درباره سقوط اجسام، حرکت و نور، به قوانینی رسید که قرن‌ها پایه فیزیک کلاسیک را تشکیل دادند. با این حال، زندگی نیوتن فقط به جاذبه و داستان معروف سیب محدود نمی‌شود؛ او ریاضی‌دان، فیزیک‌دان، ستاره‌شناس، نورشناس و مخترعی بود که در کنار فعالیت‌های علمی، به کیمیاگری، الهیات و حتی امور مالی کشورش نیز علاقه داشت.

تولد آیزاک نیوتن و خانواده او

آیزاک نیوتن در 25 دسامبر 1642 در روستای وولستورپ در لینکلن‌شایر انگلستان به دنیا آمد. این تاریخ بر اساس تقویم ژولیانی است که در آن زمان در انگلستان استفاده می‌شد و در تقویم میلادی امروزی برابر با 4 ژانویه 1643 است.

پدرش، که او نیز آیزاک نیوتن نام داشت، چند ماه پیش از تولد او از دنیا رفته بود. بنابراین نیوتن از همان ابتدای زندگی بدون پدر بزرگ شد.

مادرش هانا آیسکاف نام داشت. هانا پس از مدتی ازدواج مجدد کرد و نیوتن در بخشی از دوران کودکی نزد مادربزرگش زندگی کرد. این شرایط خانوادگی در شکل‌گیری شخصیت درون‌گرا و مستقل او بی‌تأثیر نبود.

نیوتن در کودکی بسیار ضعیف بود و خانواده نگران زنده ماندنش بودند؛ اما همین کودک بعدها به یکی از مهم‌ترین چهره‌های تاریخ علم تبدیل شد.

کودکی نیوتن؛ پسری که عاشق ساختن بود

نیوتن از کودکی علاقه عجیبی به ساختن وسایل داشت.

او مدل آسیاب بادی می‌ساخت، ساعت‌های ساده طراحی می‌کرد و به ابزارهای مکانیکی علاقه نشان می‌داد. برخلاف بسیاری از کودکان هم‌سن خود، فقط به استفاده از یک وسیله توجه نمی‌کرد؛ می‌خواست بفهمد سازوکار آن چیست.

این علاقه بعدها در کارهای علمی او نیز دیده شد. نیوتن معمولاً تلاش می‌کرد یک پدیده را نه فقط توصیف، بلکه از نظر علت و سازوکار بررسی کند.

او در مدرسه گرانتهام تحصیل کرد و به تدریج استعدادش در مطالعه و ریاضیات بیشتر آشکار شد.

آیا نیوتن همسر و فرزند داشت؟

نیوتن هرگز ازدواج نکرد و همسر یا فرزند شناخته‌شده‌ای نداشت.

زندگی شخصی او بیشتر تحت تأثیر کار علمی، مطالعه و فعالیت‌های حرفه‌ای قرار داشت.

او فردی بسیار جدی و تا حد زیادی منزوی بود و بیشتر وقت خود را صرف پژوهش و نوشتن می‌کرد.

ورود به دانشگاه کمبریج

نیوتن در سال 1661 وارد کالج ترینیتی در دانشگاه کمبریج شد.

در کمبریج با آثار ریاضی‌دانان و دانشمندان مختلف آشنا شد و مطالعاتش را فراتر از آموزش‌های معمول دانشگاه گسترش داد. ریاضیات برای او فقط یک درس نبود؛ ابزاری بود برای توضیح پدیده‌های طبیعی.

او در همین سال‌ها به موضوعاتی مانند حرکت، نور، نجوم و ریاضیات علاقه‌مند شد.

در سال 1665 مدرک کارشناسی خود را دریافت کرد؛ اما شیوع طاعون باعث تعطیلی دانشگاه شد و نیوتن به خانه خانوادگی خود در وولستورپ بازگشت.

سال‌هایی که نبوغ نیوتن شکوفا شد

دوران اقامت نیوتن در وولستورپ یکی از مهم‌ترین دوره‌های زندگی او بود.

در فاصله حدود 1665 تا 1667، او دور از فضای دانشگاه روی مسائل مختلف علمی کار کرد و ایده‌هایی را پرورش داد که بعدها به برخی از مهم‌ترین دستاوردهایش تبدیل شدند.

در این دوره، مطالعات او درباره نور، رنگ، حرکت، گرانش و ریاضیات شدت گرفت.

نیوتن به این نتیجه رسید که برای بررسی تغییرات و حرکت، به ابزارهای ریاضی جدیدی نیاز دارد. تلاش‌های او در این زمینه بعدها در تاریخ حساب دیفرانسیل و انتگرال اهمیت پیدا کرد.

همچنین آزمایش‌های او درباره نور در همین دوره پایه تحقیقات مهم بعدی‌اش شد.

داستان سیب و جاذبه

داستان افتادن سیب از درخت و کشف جاذبه، مشهورترین روایت مربوط به نیوتن است.

اصل داستان به روایت‌هایی از زندگی او مربوط می‌شود، اما واقعیت علمی بسیار پیچیده‌تر است. نیوتن با دیدن سقوط اجسام به این پرسش رسید که آیا نیرویی که اجسام را به سوی زمین می‌کشد، می‌تواند در فاصله‌های بسیار دور نیز اثر داشته باشد.

پرسش مهم‌تر برای او این بود که آیا همین نیرو می‌تواند حرکت ماه را نیز توضیح دهد؟

بنابراین «سیب» را نباید علت ناگهانی کشف قانون گرانش دانست. ایده گرانش نتیجه سال‌ها محاسبه و بررسی حرکت اجرام آسمانی بود.

تلسکوپ بازتابی؛ مهم‌ترین اختراع نیوتن

یکی از مهم‌ترین اختراعات واقعی نیوتن، تلسکوپ بازتابی بود.

تلسکوپ‌های شکستی آن دوره از عدسی استفاده می‌کردند و با مشکلی به نام ابیراهی رنگی مواجه بودند. رنگ‌های مختلف نور هنگام عبور از عدسی به میزان یکسانی منحرف نمی‌شدند و این مسئله باعث کاهش کیفیت تصویر می‌شد.

نیوتن به جای اتکا به عدسی، از یک آینه مقعر برای جمع‌آوری نور استفاده کرد.

او در سال 1668 نمونه موفقی از تلسکوپ بازتابی خود ساخت.

این طراحی بعدها به عنوان تلسکوپ نیوتنی شناخته شد و راه تازه‌ای برای ساخت تلسکوپ‌های نجومی ایجاد کرد.

نیوتن و آزمایش منشور

نیوتن در تحقیقات خود درباره نور، از منشور شیشه‌ای استفاده کرد.

او نور سفید خورشید را از منشور عبور داد و مشاهده کرد که نور به رنگ‌های مختلف تجزیه می‌شود.

این آزمایش نشان داد که منشور رنگ را به نور اضافه نمی‌کند؛ بلکه رنگ‌های مختلف از اجزای تشکیل‌دهنده نور سفید هستند و منشور آنها را از یکدیگر جدا می‌کند.

نیوتن آزمایش‌های بیشتری انجام داد و به بررسی میزان شکست رنگ‌های مختلف پرداخت.

این تحقیقات، پایه مهمی برای پیشرفت علم نورشناسی شد.

کشفیات نیوتن درباره نور و رنگ

نیوتن نشان داد که نورهای رنگی مختلف هنگام عبور از یک ماده شفاف رفتار متفاوتی دارند.

او دریافت که میزان شکست نور برای رنگ‌های مختلف یکسان نیست و همین موضوع باعث ایجاد طیف رنگی پس از عبور نور سفید از منشور می‌شود.

نتایج تحقیقات او بعدها در کتاب Opticks منتشر شد که در سال 1704 به چاپ رسید.

این اثر یکی از مهم‌ترین نوشته‌های تاریخی درباره نور و پدیده‌های نوری است.

بازگشت به کمبریج و استاد شدن نیوتن

پس از بازگشت به کمبریج، فعالیت علمی نیوتن بیشتر شناخته شد.

او در سال 1669 به مقام استادی ریاضیات در دانشگاه کمبریج رسید؛ کرسی‌ای که بعدها به نام Lucasian Professor of Mathematics شناخته شد.

نیوتن در این دوران به تحقیق درباره نور، ریاضیات و مکانیک ادامه داد.

کارهای او به تدریج توجه دانشمندان برجسته انگلستان را جلب کرد.

نیوتن و انجمن سلطنتی

نیوتن در سال 1672 به عضویت انجمن سلطنتی انگلستان درآمد.

او در همین دوره تحقیقات خود درباره تلسکوپ و نور را ارائه کرد و به یکی از چهره‌های مهم جامعه علمی تبدیل شد.

اما شهرت علمی برای او همیشه با آرامش همراه نبود.

نیوتن در برخی مسائل علمی با دانشمندانی مانند رابرت هوک اختلاف پیدا کرد. اختلاف بر سر نور، رنگ و موضوعات مرتبط با گرانش، رابطه آنها را دشوار کرد.

قوانین حرکت نیوتن

یکی از مهم‌ترین دستاوردهای نیوتن، تدوین سه قانون حرکت بود.

قانون اول درباره اینرسی یا لَختی است و می‌گوید جسم در صورت نبود نیروی خالص، وضعیت حرکتی خود را حفظ می‌کند.

قانون دوم رابطه میان نیرو، جرم و شتاب را توضیح می‌دهد و با رابطه مشهور F = ma بیان می‌شود.

قانون سوم نیز بیان می‌کند که نیروهای متقابل میان دو جسم برابر و در جهت مخالف هستند.

این قوانین چارچوبی برای توضیح حرکت اجسام فراهم کردند و بعدها پایه مکانیک کلاسیک شدند.

قانون گرانش عمومی

نیوتن در ادامه تحقیقات خود درباره حرکت، به قانون گرانش عمومی رسید.

بر اساس این قانون، هر دو جسم دارای جرم یکدیگر را جذب می‌کنند. مقدار این جاذبه به جرم اجسام و فاصله میان آنها بستگی دارد.

اهمیت این نظریه در این بود که نیوتن توانست حرکت اجسام روی زمین و حرکت اجرام آسمانی را در قالب یک قانون واحد بررسی کند.

به این ترتیب، حرکت ماه و سیارات دیگر فقط مجموعه‌ای از رفتارهای ناشناخته نبود؛ می‌شد آنها را با ریاضیات بررسی و پیش‌بینی کرد.

Principia؛ مهم‌ترین اثر علمی نیوتن

در سال 1687 کتاب مشهور نیوتن با عنوان Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica منتشر شد که معمولاً آن را Principia می‌نامند.

این کتاب شامل قوانین حرکت و قانون گرانش عمومی بود و تأثیر بسیار زیادی بر علم گذاشت.

نیوتن در آن تلاش کرد حرکت اجسام را با زبان ریاضی توضیح دهد و نشان دهد که قوانین مشابهی می‌توانند برای پدیده‌های زمینی و آسمانی به کار روند.

انتشار Principia نقطه عطفی در تاریخ فیزیک محسوب می‌شود.

نیوتن و دنباله‌دار هالی

نظریه گرانش نیوتن بعدها در بررسی مدار دنباله‌دارها نیز مورد استفاده قرار گرفت.

ادموند هالی با استفاده از محاسبات مربوط به گرانش و مدار اجرام آسمانی، به این نتیجه رسید که دنباله‌داری که در دوره‌های مختلف مشاهده شده، یک جرم واحد است که در مدار مشخصی حرکت می‌کند.

پیش‌بینی بازگشت این دنباله‌دار بعدها درست از آب درآمد و این جرم به نام دنباله‌دار هالی شناخته شد.

این موفقیت نشان داد نظریه نیوتن فقط برای توضیح پدیده‌های زمینی نیست و می‌تواند برای پیش‌بینی حرکت اجرام آسمانی نیز استفاده شود.

نیوتن و حساب دیفرانسیل و انتگرال

نیوتن برای بررسی حرکت و تغییرات کمیت‌ها، روش ریاضی جدیدی را توسعه داد که آن را روش شارش‌ها می‌نامید.

این روش یکی از پایه‌های تاریخی حساب دیفرانسیل و انتگرال به شمار می‌رود.

در همان دوران، ریاضی‌دان آلمانی گوتفرید ویلهلم لایبنیتس نیز به صورت مستقل دستگاهی از روش‌های حساب دیفرانسیل و انتگرال را توسعه داد.

بعدها میان طرفداران نیوتن و لایبنیتس بر سر تقدم در این زمینه اختلاف شدیدی شکل گرفت.

امروزه نقش هر دو دانشمند در تاریخ شکل‌گیری حساب دیفرانسیل و انتگرال پذیرفته شده است.

سایر دستاوردهای ریاضی نیوتن

فعالیت ریاضی نیوتن بسیار فراتر از حساب دیفرانسیل بود.

او درباره سری‌های بی‌نهایت، بسط دوجمله‌ای، معادلات و روش‌های عددی نیز تحقیق کرد.

توانایی او در ریاضیات به نیوتن اجازه داد مسائل فیزیکی را با دقتی بسیار بیشتر از گذشته بررسی کند.

در واقع یکی از دلایل ماندگاری آثار او، پیوند عمیق میان ریاضیات و فیزیک در کارهایش بود.

حلقه‌های نیوتن

«حلقه‌های نیوتن» یکی از پدیده‌های شناخته‌شده در نورشناسی است.

اگر یک عدسی محدب روی سطحی صاف قرار گیرد، مجموعه‌ای از حلقه‌های روشن و تاریک دیده می‌شود. این الگو به دلیل تداخل نور در فضای بسیار نازک میان سطوح ایجاد می‌شود.

نیوتن این پدیده را بررسی کرد و از آن برای مطالعه رفتار نور بهره گرفت.

بنابراین حلقه‌های نیوتن یک اختراع نیستند، بلکه یک پدیده نوری مرتبط با تحقیقات او هستند.

نیوتن و کیمیاگری

شاید یکی از عجیب‌ترین بخش‌های زندگی نیوتن علاقه شدید او به کیمیاگری باشد.

او نوشته‌ها و یادداشت‌های فراوانی درباره مواد، فلزات و فرایندهای تبدیل آنها مطالعه و تهیه کرد.

در قرن 17 مرز میان کیمیاگری و مطالعه مواد مانند امروز روشن نبود و بسیاری از پژوهشگران به موضوعاتی علاقه داشتند که بعدها بخشی از شیمی مدرن شدند.

با وجود این، تحقیقات کیمیاگری نیوتن را نباید با شیمی مدرن یکسان دانست.

نیوتن و الهیات

نیوتن زمان زیادی را نیز به مطالعه مسائل مذهبی و الهیاتی اختصاص داد.

او درباره کتاب مقدس، تاریخ ادیان و موضوعات مربوط به خدا و آفرینش جهان تحقیق می‌کرد و دست‌نوشته‌های زیادی در این زمینه از خود به جا گذاشت.

این بخش از زندگی او نشان می‌دهد که علایق فکری نیوتن بسیار گسترده‌تر از فیزیک و ریاضیات بود.

نیوتن و ضرابخانه سلطنتی

در سال 1696 نیوتن از فضای دانشگاهی فاصله گرفت و به عنوان مسئول در ضرابخانه سلطنتی انگلستان منصوب شد.

او در سال 1699 به مقام Master of the Mint رسید.

این شغل با تصور معمول ما از زندگی یک فیزیک‌دان فاصله زیادی دارد، اما نیوتن در این سمت فعالیت جدی داشت و با موضوعاتی مانند جعل سکه و اصلاح نظام پولی کشور درگیر شد.

او حتی در پرونده‌های مربوط به جعل سکه نیز پیگیری‌های جدی انجام می‌داد.

ریاست انجمن سلطنتی و شهرت جهانی

نیوتن در سال 1703 به ریاست انجمن سلطنتی رسید و تا پایان عمر در این جایگاه باقی ماند.

در سال 1705 نیز ملکه آن او را شوالیه کرد.

از آن زمان عنوان Sir Isaac Newton برای او به کار رفت و جایگاهش در جامعه علمی و سیاسی انگلستان بیش از پیش تثبیت شد.

سال‌های پایانی زندگی نیوتن

در سال‌های پایانی، نیوتن بیشتر در لندن زندگی می‌کرد.

او دیگر مانند دوران جوانی درگیر انجام آزمایش‌های گسترده نبود، اما همچنان به مطالعه و نوشتن درباره موضوعات علمی، مذهبی و تاریخی ادامه می‌داد.

تا پایان عمر، آثار علمی او نفوذ زیادی در اروپا داشتند و قوانینش به یکی از پایه‌های اصلی علم فیزیک تبدیل شده بودند.

مرگ آیزاک نیوتن

آیزاک نیوتن در 20 مارس 1727 در لندن درگذشت. او 84 سال داشت. پیکر نیوتن در وست‌مینستر ابی به خاک سپرده شد؛ افتخاری که نشان‌دهنده جایگاه بسیار بالای او در جامعه بریتانیا بود.

مهم‌ترین اختراعات و کشفیات آیزاک نیوتن

در مورد نیوتن باید میان اختراع ابزار و کشف یا تدوین قوانین علمی تفاوت گذاشت.

مهم‌ترین اختراع او، تلسکوپ بازتابی نیوتنی بود؛ اما بخش عمده شهرتش به دلیل کشفیات و نظریه‌های علمی اوست.

از مهم‌ترین دستاوردهای او می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• ساخت تلسکوپ بازتابی
• تدوین سه قانون حرکت
• ارائه قانون گرانش عمومی
• تحقیقات بنیادی درباره نور و رنگ
• آزمایش‌های منشور و تجزیه نور سفید
• مطالعه پدیده حلقه‌های نیوتن
• توسعه روش شارش‌ها
• نقش مهم در شکل‌گیری حساب دیفرانسیل و انتگرال
• کار روی سری‌های بی‌نهایت
• توسعه بسط دوجمله‌ای
• پیشرفت مکانیک کلاسیک
• توضیح ریاضی حرکت اجرام آسمانی
• گسترش مطالعه مکانیک سماوی
• تحقیقات گسترده در علم نورشناسی

نام نیوتن به همین دلیل فقط در یک قانون یا یک اختراع خلاصه نمی‌شود. او مجموعه‌ای از ایده‌های ریاضی و فیزیکی را کنار هم قرار داد که برای مدت طولانی چارچوب اصلی درک انسان از حرکت، گرانش و جهان فیزیکی بود.

تأثیر او حتی قرن‌ها بعد نیز ادامه دارد و نامش همچنان در کنار بزرگ‌ترین دانشمندان تاریخ علم قرار می‌گیرد.