زندگینامه آیزاک نیوتن – دستاوردهای علمی نیوتن

سر ایساک نیوتن

(۱۶۴۲-۱۷۴۷)

دانش ما در مورد قانون جاذبه، قانونی که بنابر آن تمام گیتی مشتمل بر خورشید، ماه، زمین، و ستارگانی که در آن وجود دارد و در حرکت هستند، بیش از همه مرهون یک نفر است، ایسا کک نیوتن، دادن عنوان بزرگترین ریاضیدان انگلستان به او، حتی با توجه به یکی از دستاوردهایش ستایشی ناچیز است. او در سن بیست و چهار سالگی به نظریه ی دو جمله ای و قوانین حساب انتگرال دست یافت – حال آنکه ده سال قبل پسر بچه ای بود کارگر مزرعه، که فقط دو سال در دبستان تحصیل کرده بود. اختراع تلسکوپ بازتابگر [ آیینه ای، موجب شد فرهنگستان سلطنتی به او توجهی ویژه نشان دهد، و بعدها تا آخرین سال زندگی به مدت بیست و پنج سال از طریق انتخابات سالانه به ریاست فرهنگستان منصوب گردد، تنها جایزهی مادی که به این دانشمند بزرگ، که نبوغش برای بشریت با «طبیعت و قوانین طبیعت» پابرجا مانده است، اهدا شد اعطای عنوان شوالیه گری بود.

طرفداران پارلمان و طرفداران پادشاه، فقرا و ارباب زادگان، کشاورزان و شهرنشینان سراسر انگلستان به ارتش پیوسته بودند. اما در مورد ساکنان ایالت لینکلن شایر نمی توان با قاطعیت گفت که جنگ با شایعات جنگ خاطرشان را مکدر کرده باشد. کریسمس ۱۶۴۲ نزدیک بود و آنها به هر حادثه ی دیگری که در دهکده ی کوچکشان روی می داد بی اعتنا بودند – حتی حادثه ای مثل جنگ داخلی که در آن زمان غوغا برپا کرده بود و بر زندگی تأثیر می گذاشت.


خرید کتاب از نزدیک‌ترین کتاب فروشی شهر

آن سال نه فقط در تاریخ انگلستان به دلیل آغاز یک جنگ داخلی و برادرکشی مهم تلقی می شود، بلکه برای تاریخ علم نیز بسیار مهم است، چرا که در روز کریسمس هانا نیوتن از وولز تورپ پسری به نام ایساک به دنیا آورد.

خانم نیوتن، سه سال بعد مجددا ازدواج کرد، شوهر دومش برنابا اسمیت نام داشت، کشیش نورث وایتهام، در لینکلن شایر؛ و پسرک را به مادربزرگش خانم آیسکاف در وولز تروپ سپردند. جای هیچ شک و گمانی نیست که این پسربچه مورد ناز و نوازشهای اغراق آمیز و مخربی قرار گرفت زیرا که کار تمام مادربزرگها لوس کرده نوه هایشان است، چرا که وقتی مادربزرگ در سال ۱۶۵۴ تصمیم گرفت نوه اش را به دبستان گرنتهام بفرستد، به نظر می آید پسربچه به درس و کتاب علاقه ای نداشت، و خودش را از نظر بدنی بسیار ضعیفتر از همکلاسیهایش می پنداشت.

با این حال یک روز تغییری ناگهانی روی داد. در دبستان آقای استاکس هم مثل تمام دبستانها، یک بچه ی زورگوی تخص دنبال یک قربانی می گشت. نیوتن کم سن و سال تنها بچه ای بود که تحت مراقبت پیرزنی بزرگ شده بود که بیش از حد دوستش میداشت، و بنا به شرایط محیط پیرامونش از دوستی با پسر بچه های دیگر محروم شده بود، بهترین انتخاب بود. برای همین این جناب زورگو دستش را کمی محکمتر از معمول بر سر این پسربچهی ساکت و ولز تروپ فرود آورد، و در نهایت تعجب هم خودش، و هم احتمالا این قربانی نقش بر زمین شد.

از آن لحظه به بعد ایساک نیوتن خودش را شناخت، و از این شناخت اعتماد به نفس بدست آورد. چند هفته بعد در کارهای کلاسی خودش را به دوستانش رساند و چند ماه بعد سردسته ی بچه های مدرسه شد.

پیروزی اش کوتاه مدت بود. سال ۱۶۵۶ برنابا اسمیت، ناپدری اش که خیلی خوب هم نمی شناختش مرد، و مادرش ماند و مراقبت و نگرانی مزرعه. برای آن که اوضاع به خوبی ادامه داشته باشد به کمک این پسر چهارده ساله نیاز بود، لذا مادرش او را از دبستان درآورد.

اما این کار تجربه موفقیت آمیزی نبود. پسرک آن قدر در ریاضیات دانش کسب کرده بود که باز هم تشنه ی آموختن بود و به جای کارهای ساده تری مثل شخم زدن زمین یا شمارش گاو و گوسفندها، فکر و ذکرش مشغول به کسب دانشی بود که ترک تحصیل از مدرسه، ظاهره آن را دور از دسترس کرده بود.

هانا اسمیت احتمالا چندان که باید و شاید برای دیدگاه پسرش ارزش قایل نبود. اما، خوشبختانه پسرک یک دل سوز داشت، دایی اش، ویلیام آیسکاف، کشیش بورتن کوگلز در ایالت لینکلن شایر، و یکی از اعضای کالج ترینیتی در کمبریج. همدردی او با اشتیاق این جوانک به آموختن، موجب شد خواهرش هانا متقاعد شود ایسا ک را در سال ۱۶۶۰ دوباره به مدرسه بفرستد، تا برای ورود به دانشگاه آماده شود. اگر ایساک نیوتن، آن پسربچه ی

کارگر، وقتش را در آن کار تلف میکرد، یقینا استعدادهایش شکوفا نمی شد، چرا که همان طور که می بینیم، پنجم ژوئن ۱۶۶۱ به عنوان دانشجوی دریافت کننده ی کمک تحصیلی در کالج ترینیتی، کمبریج پذیرفته شد.

در مورد زندگی دانشجویی او تنها اطلاعاتی که در دست داریم این است که او به احتمال زیاد خودش را وقف تحصیلش کرده بود. ۸ جولای ۱۶۶۱ به عنوان دانشجوی دریافت کننده ی کمک هزینه ی تحصیلی در ترینیتی نام نویسی کرد. ۲۸ آوریل ۱۶۶۴، موفق شد دانشجوی بورسیه شود، و ژانویهی سال ۱۶۶۵ لیسانسش را گرفت. در فاصلهی سه ساله ی بین نام نویسی و دریافت مدرک، احتمالا خودش را در بیشتر مسایل مربوط به ریاضی چه با اهمیت و چه بی اهمیت، به استادی تمام عیار تبدیل کرده بود. تا دو سال پس از تحصیل، فعالیتهای فکری اش بسیار چشمگیر بود، چرا که در سال ۱۶۶۵ چیزی را کشف کرد که اکنون ما آن را با نام اتحاد دو جمله ای می شناسیم. کمی پس از آن، به کشفی دست یافت که خودش به آن فلوکسیون می گفت، اما ما آن را با نام قوانین حساب انتگرال و روش محاسبه ی مساحت منحنیها یا حجم اجسام جامد می شناسیم.

در سال ۱۶۶۶ می نویسد: «من به روش معکوس فلوکسیون دست یافته بودم، و در همان سال به جاذبه ای که تا کرهی ماہ وسعت داشت فکر می کردم… تمام این اتفاقات در سالهای ۱۶۶۵ و ۱۶۶۶ افتاد، چرا که آن سالها بهترین سالهای عمر من بود.»

ولتر در یکی از مجموعه نامه هایش به نام نامه هایی از انگلستان می گوید که نیوتون سرگرم راه رفتن در باغ وولز تروپ بود که افتادن یک سیب از درخت موجب کشف بزرگترین و مشهورترین کشفیات زمانه ی پس از او شد یعنی کشف قانون جاذبه ی جهانی. علاقمندان به واقعیات امروزه این داستان را کاملا باور ندارند، اما خواهر زاده ی ناتنی نیوتن خانم کاندونیت که داستان خود را برای خود این نویسنده ی بزرگ فرانسوی نقل کرده، امکان ندارد دروغ گفته باشد.

نیوتون

با این حال، در آن زمان، اولین تلاشهایش برای توضیح حرکات ماه و سیاره ها با استفاده از این قانون، کاملا با موفقیت روبرو نشد، چرا که محاسبه ی متداول اندازه ی عرض جغرافیایی که نیوتن برای محاسبه ی شعاع زمین از آن استفاده می کرد دارای چنان اشتباهات فاحشی بود که موجب اختلاف و مغایرت بین نیروهای تئوریکی جاذبه و نیروهای واقعی آن شده بود.

نیوتن در سال ۱۶۶۷ به کمبریج بازگشت و همان سال استادیارترینیتی شد. چند سال بعد، تمام هم غمش را صرف مطالعه ی نورشناسی کرد، خصوصا به تحقیق و تفحص در مسورد ماهیت نور و ساخت چندین تلسکوپ پرداخت. در سال ۱۶۶۸ اولین تلسکوپ آیینه ای خود را ساخت، ابزاری با طول پانزده سانتی متر و سوراخی حدودا دو و نیم سانت. توانست با کمک این وسیله اقمار مشتری را مشاهده کند. شکل این تلسکوپ که بدین طریق ساخته شده بود درست شبیه همان تلسکوپی است که سالها بعد با تلاش سر ویلیام هرشل و لرد رشه به شکل کامل و عالی امروزی درآمد.

در سال ۱۶۶۹، بارو، لوکاسین، استاد ریاضیات لوکاسی در ترینیتی استعفا داد و نیوتن به جای او نشست. ژانویهی ۱۶۷۱، به عضویت فرهنگستان سلطنتی درآمد، و با تلسکوپ آیینهای خود در آن فرهنگستان به شهرت رسید. اولین مقاله اش به فرهنگستان سلطنتی در مورد نور، و على الخصوص دربارهی آزمایشاتی بود که با منشوری انجام داده بود که از نمایشگاه استوربریج در سال ۱۶۶۶ خریده بود. این مقاله در آن زمان اختلاف نظرهای بسیاری بوجود آورد، خصوصا در مورد تجزیه و تفکیک رنگهای طیف رنگهایی که در رنگین کمان می بینیم. به اعتقاد نیوتن طول یک رشته از رنگها (طیف)، که در فاصله ای مشخص از چند منشور تولید می شود، دقیقا با طول طیف رنگی که از هر منشوری با هر ماده ای، تولید می شود یکسان است، مشروط به آن که زاویه هایشان طوری باشد که انحراف متوسط پرتوهای یک طیف در کل به یک اندازه باشد. (نیوتن در این باور، که تا پایان عمر به آن کاملا ایمان داشت، اشتباه کرده بود، اما خود همین اشتباه در کارش کمک کرد. نیوتن از نظریه ی منشوری اش به این نتیجه رسید که تصاویر ناهموار (آستیگماتیک) یا بی رنگ توسط لنزها تولید نمی شود، لذا او از ساخت یک تلسکوپ انکساری آستیگمات مأیوس شد به جایش یک تلسکوپ آیینه ای ساخت که مورد توجه فرهنگستان سلطنتی قرار گرفت.)

نیوتن در این مقاله ی مهم نوشت: «نور، شامل پرتوهایی است با قابلیت انکسار متفاوت… رنگها، طوری که عموم باور دارند، از خصوصیات نوری که از شکست نور اجسام طبیعی حاصل می شوند نیستند، بلکه خصوصیتی ذاتی و منحصر به فردند، که در تابشهای متفاوت متفاوتند… در برابر میزان درجه قابلیت شکست یکسان، رنگهایی همانند دارند، و در رنگهای مشابه، باز هم دارای درجه قابلیت شکست یکسان هستند.»

این مقاله از طریق رابرت هوک که مشاهدات نیوتن و نه نتایج آن را قبول داشت، به فرهنگستان سلطنتی گزارش شد. انتشار این مقاله در سراسر اروپا شور و هیجانی در مجامع علمی ایجاد کرد. مجادلات تا سال ۱۶۷۵ ادامه داشت تا این که نیوتن سرانجام از آنها خسته شد. و نوشت: «من از بحث و جدلهایی که بر سر مقاله ام در باب نظریه ی نور صورت گرفت، بسیار اذیت و آزار دیدم، طوری که برای جسارتی که از خودم نشان دادم، یعنی دنبال نکردن سکوتم، «موهبتی که از آن دست کشیده بودم، خودم را بسیار شماتت کردم، و به دنبال خواب و خیالات خودم رفتم.»

اما این مشاجره بد هم نبود، چرا که موجب شد او بسیار دقیقتر به بررسی و تحقیق در مورد نور بپردازد. در سال ۱۶۷۵ نوشت: «به گمان من، نور نه تر است، نه حرکت ارتعاشی دارد، بلکه چیزیست کاملا متفاوت که از اجسام درخشان تولید می شود… گمان می رود که نور و اتر هر کدام بر هم تأثیر می گذارند. آیا این ادعا همان بینشی است که بر موضوعات مورد تحقیق امروزی تأثیرگذار بوده است؟

نیوتن بنیانگذار نظریه ی انتشار نور بوده است. می شود گفت، او منشاء نور را به انتشار نور از اجسام درخشان نسبت می دهد، به تعداد زیادی از ذرات بسیار ریزی که در هر ثانیه در خلاء مسافتی معادل سیصد هزار کیلومتر طی می کنند. این نظریه تا سال ۱۸۰۱ پابرجا بود، تا این که توماس یانگ با مطرح کردن قانون تداخل، حدس و گمانهای هوک مبنی بر حرکت نور به شکل امواج را تأیید کرد.

در این سالها موقعیت مالی نیوتن چندان رضایت بخش نبود، چرا که بالاجبار از فرهنگستان سلطنتی درخواست کرد او را از پرداخت حق اشتراک یک شیلینگی در هفته معاف کنند. فوریهی سال ۱۶۷۵، استادیار و یکی از اعضای فرهنگستان شد. اگرچه کاملا برای ما روشن نیست اما وقتی او محاسباتش در زمینه ی جاذبه را مجددا از سر گرفت، به کشفیاتی دست یافت که نامش را برای همیشه در زمره ی افراد مشهور قرار داد. حالا در مقایسه با تلاشهای اولیه بسیار پیشرفت کرده بود، اما در سال ۱۶۸۴ که هالی کشف کرد تمام این نظریه و اثباتش از آن نیوتن است، ترغیب شد تا در این مورد رساله ای جامع و روشمند به رشته ی تحریر درآورد. این مقاله تحت عنوان ریاضی فلسفه دانش طبیعی ، در سال ۱۶۸۷ به چاپ رسید.

اقدامات نیوتن در رسیدن به قانون بسیار مهم جاذبه به شرح زیر است:

سال ۱۶۶۶، همانطور که دیدیم، نیوتن به اولین مفهوم جاذبه دست یافت و اولین محاسبات بسیار دشوارش را انجام داد. حتی همان زمان هم، با یک استدلال ساده از سومین قانون کپلر ، پی برد که اگر ماه از طریق نیرویی که به مرکز زمین می آید در یک مدار دایره ای نگه داشته شود، آن نیرو برابر است با معکوس مجذور فاصله ی بین ماه و زمین.

نیوتن در سال ۱۶۷۹، در حالی که با هوک مکاتبه می کرد، دریافت چگونه باید مدار جسمی را که تحت یک نیروی مرکزی در گردش است محاسبه کند و نشان داد اگر نیرو به صورت معکوس مجذور در آید، مدار بیضی شکل خواهد بود و مرکز نیرو در یکی از دو کانون آن بیضی قرار دارد.

سپس در سال ۱۶۸۴، مهمترین مانع در بنیانگذاری نظریه ی جاذبه را از پیش روی برداشت غیرممکن بودن محاسبهی اندازه ی خورشید و ماه، به دلیل فاصله ی بسیار زیادشان از زمین. نیوتن اکنون اثبات می کرد که هر ذره به وسیله ی نیرو ذره ای دیگر را بسوی خود جذب می کند نیروی کشش، گرانش که برابر است با معکوس مجذور فاصله ی میان آن دو. بنابراین، در حقیقت، حتی اگر فاصله ی هر یک از دو کره تا مرکز به یک میزان تقلیل یابد، نیروی گرانش بین این دو کره همانطور که انتظارش می رود، یکی می ماند. از آن پس، محاسبات دیگر تقریبی نبود بلکه کاملا دقیق و بدون اشتباه صورت می گرفت، و نیوتن این بار با استفاده از محاسبه ی دقیق اندازه ی عرض جغرافیایی که توسط پیکارد مطرح شده بود، به نتایج موفقیت آمیزی دست یافت. او قانون جاذبه را بنیان نهاده بود: قوانین حاکم بر موجودیت و حرکت جهان را کشف کرده بود.

جهان، نگارش کتاب قوانین را مدیون هالی است: هالی نیوتن را مجبور کرد که این کتاب را بنویسد، و پس از نگارش در سالهای ۱۶۸۵- ۱۶۸۶ این کتاب را با هزینه ی خودش به چاپ رساند و مشکلاتی را که هوک برای پیشی گرفتن از نیوتن در بسیاری از اکتشافات بوجود می آورد از پیش روی برداشت

کمی قبل انتشار این اثر، به دفاع کامل از چیزی که در آن زمان حقوق مسلم دانشگاه در برابر جیمز دوم محسوب می شد برآمد و در آن نقشی بسزا ایفا کرد. پادشاه می خواست دانشگاه یک راهب بندیکتی، به نام پدر آلن فرانسیس را به عنوان یک لیسانسه قبول کند، آن هم بدون سوگندی که پادشاه در این موارد باید یاد کند.

دخالت نیوتن در این ماجرا، موجب شد سال ۱۶۸۹ در انتخابات کنگرهی پارلمان به کرسی استادی دانشگاه دست یابد. او تا فسخ آن یعنی تا سال ۱۶۹۰ در این کرسی باقی ماند.

کارهای نیوتن از سال ۱۶۹۲ تا سال ۱۶۹۴ بر اثر ابتلا به بیماری بسیار خطرناکی دچار وقفه شد، که در این دوره از بیخوابی و بیماری اختلال عصبی رنج می برد و این بیماری به قدری جدی بود، که نه تنها در انگلستان، بلکه در تمام محافل علمی خارج از کشور شایعه کردند او عقل از کف داده و در یک بیمارستان روانی بستری شده است و تحت نظر در این سالها، دوستانش به جای او سرگرم کار بودند. او سال ۱۶۹۵ به عنوان سرپرست ضرابخانه سلطنتی انتخاب شد و چهار سال بعد رئیس کل ضرابخانه گردید. چند سال بعد یکی از هشت اعضای خارجی وابسته به انجمن آکادمی علوم فرانسه شد.

در سال ۱۷۰۱ مجددا از سوی دانشگاه در پارلمان انتخاب شد. اکنون وظایفی که در پارلمان بر عهده داشت و همچنین وظایف دیگر بیشتر وقتش را می گرفت، طوری که دیگر زمانی برای کارهای علمی باقی نمی ماند. وقتی رئیس ضرابخانه شد، نماینده ای را در مقام استاد کرسی لوکاسی به جای خود انتخاب کرده بود، اما در سال ۱۷۰۱ هم از استادیاری و هم از استادی استعفا داد.

او در ضرابخانه، از همان ابتدا مدیری کارآمد بود و تا پایان مرگش این سمت را حفظ کرد. ولی با این حال همچنان به موضوعات علمی علاقه مند بود. در سال ۱۷۰۳ بر کرسی ریاست فرهنگستان سلطنتی تکیه زد، و پس از آن به مدت بیست و پنج سال هر ساله مجددا انتخاب شد. در زمان ریاستش شخصا بر انتشار مشاهدات گرینویچ فلم استید نظارت داشت، گرچه این کار با اختلاف نظرها و بدخلقی هایی میان این منجم و خود او همراه بود.

در سال ۱۷۰۵ ملکه آن به عنوان مهمان ریاست ترینیتی از کمبریج دیدن کرد، و در همین زمان بود که عنوان شوالیه ای، سر به نیوتن اعطا شد.

در همین سالها اختلافش با ریاضیدان اروپایی لایب نیتزا، در مورد تقدم کشف حساب دیفرانسیل آغاز شد. سرآغاز این مشاجرات در گزارشی بی نام و نشان از رساله ی نیوتن در باب تربیع پیدا شده است، که در آن نویسنده، که خود لایب نیتز است، نیوتن را برای به عاریه گرفتن نظریاتش در باب فلوکسیون (متغیر) متهم می کند. این اختلاف سالها ادامه داشت، و حتی پس از مرگ لایبنیتز هم طرفداران دو آتشهای در تمام دانشگاههای اروپا بودند که هر کدام از یکی از این دو دانشمند طرفداری می کردند. حتی امروز هم صادر کردن حکم کار دشواریست، گرچه این مورخ بی طرف اعتقاد دارد که روشهای مورد بحث هر کدام به صورت کاملا مستقل ابداع شدند، و این که، گرچه نیوتن اولین نفر بود، اما روش لایب نیتز آسان تر و کامل تر از روش نیوتن است.

اوایل سال ۱۷۲۷ نیوتن مجددا به بیماری سختی دچار گردید. سلامتی اش برای مدتی تحلیل رفت و ۲۰ مارس ۱۷۲۷ بر اثر سنگ کلیه یا مثانه در کنزینگتون دیده از جهان فرو بست. ۲۸ مارس در وست مینستر ابی به خاک سپرده شد، و در سال ۱۷۳۱ در همان مکان یادمانی برایش برپا گردید.

چندین پرتره از او موجود است. یکی از آنها را نلر و دیگری را تورن هیل کشیده. فرهنگستان سلطنتی هم سه پرتره از او دارد، که یکی از آنها که ژرواس کشیده و خود نیوتن به آنجا هدیه داد اکنون هم بر صندلی ریاست آنجا آویزان است. کالج ترینیتی هم چندین پرتره ی دیگر از او در اختیار دارد. تندیس تمام قد بسیار زیبای نیوتن ساخته ی روبیلیاک، در سال ۱۷۵۰ توسط رئیس دانشگاه، دکتر اسمیت به ترینیتی هدیه، و در سال ۱۷۵۵ در جلو کلیسای کالج قرار داده شد.

نشان مرمرین یک نابغه دوران تا ابد در دریاهای اعجاب آور تفکر به تنهایی سفر می کند.»

گرچه، به نظر می رسد بهترین قدردانی و بزرگداشت در یادبود بزرگترین دانشمند علوم طبیعی سوگنامه ای است که توسط پاپ بر روی میزی که نیوتن بر آن به دنیا آمد حک شده است:

طبیعت و قوانین طبیعت در زیر چادر سیاه شب پنهان بود، خداوند فرمود: «باشد که نیوتن متولد شود و نور بر همه جا تابید.»

دیدگاه خود را با ما اشتراک بگذارید:

ایمیل شما نزد ما محفوظ است و از آن تنها برای پاسخگویی احتمالی استفاده می‌شود و در سایت درج نخواهد شد.
نوشتن نام و ایمیل ضروری است. اما لازم نیست که کادر نشانی وب‌سایت پر شود.
لطفا تنها در مورد همین نوشته اظهار نظر بفرمایید و اگر درخواست و فرمایش دیگری دارید، از طریق فرم تماس مطرح کنید.