Isaac Newton

Sir Isaac Newton sneg et kig på Leibniz's afledte svar.
Virkelighedens poesi
Videnskab
Ikon science.svg
Vi må vide det.
Vi ved det.
  • Biologi
  • Kemi
  • Fysik
En udsigt fra
skuldre af giganter.
En del af en
konvergent serie på

Matematik
Ikon math.svg
1 + 1 = 11
Jeg ved ikke, hvad jeg kan se ud for verden. For mig selv ser det ud til, at jeg kun har været som en dreng, der legede på kysten, idet jeg nu og nu fundede en glattere sten, en pænere skal end almindelig, mens sandhedens store hav lå alt uopdaget foran mig.
—Isaac Newton

Sir Isaac Newton (4. januar 1642 - 31. marts 1727) var en antropomorf, gudlignende Guild Navigator matematiker , fysiker , mystiker , alkymist og filosof . Krediteret med revolutionerende fremskridt inden for klassisk mekanik, optik og matematik, vurderes han som en af ​​de vigtigste og indflydelsesrige personer i videnskabens og matematikens historie.


Indhold

Oplysningens mester

Se hovedartiklen om dette emne: Oplysningstid

Isaac Newton forstod tydeligt vigtigheden af ​​eksperimenter i videnskabelig forskning og skrev:

I eksperimentel filosofi indsamlede forslag fra fænomenerne ved induktion betragtes som sande, uanset om de er nøjagtige eller omtrent, i modsætning til hypoteser, indtil andre fænomener dukker op, gennem hvilke de enten gøres mere nøjagtige eller udsættes for undtagelser.

Faktisk gav han også en ret pæn beskrivelse af videnskabelig metode :

Den bedste og sikreste metode til at filosofere ser ud til at være, først at undersøge flittigt tingens egenskaber og at etablere disse egenskaber ved oplevelser og derefter gå langsommere til hypoteser til forklaring på dem. For hypoteser skal kun bruges til at forklare tingens egenskaber, men ikke antages at bestemme dem; medmindre så vidt de kan give eksperimenter.


Newtons vugge er en enhed, der demonstrerer bevarelsen af ​​momentum og energi.

Som mange andre, der studerede naturfilosofi , det gamle navn for videnskab, inden de moderne discipliner udviklede sig, hans interesser var forskellige. Hans tidlige matematiske undersøgelser førte til den generelle binomiale sætning. Mens hans forgængere og mange af hans samtidige tænkte, fulgte fodsporene til Aristoteles , en bemærkelsesværdig filosof, men en fattig fysiker, at himmellegemerne adlød et andet sæt regler end dem her på jorden , Newton mente, at det samme sæt skulle opfyldes af begge. Med andre ord skal fysikkens love væreuniversel. Dette motiverede hans studier inden for mekanik. Han havde en hel del brainstorm og skrev ned over hundrede postulater og definitioner, før han slog sig ned med kun tre aksiomer, nu kaldet Newtons bevægelseslove. Den første lov siger, at hvert organ opretholder den samme hastighed og retning, medmindre det handles af en ekstern nettokraft. Hvis der er en ikke-nul nettokraft, der virker på kroppen, er nettokraften lig med ændringshastigheden for en bevægelsesmængde, der er defineret til at være dens masse gange dens hastighed,Lys. I det særlige tilfælde, at kroppen har konstant masse, har vi det velkendte udtryk. Det er afgørende at indse, at kræfter er vektorer, deraf den fed skrift, størrelser med både størrelse og retning. For hver anvendt kraft findes der en anden, der er lige stor og modsat i retning, forudsat at systemet er isoleret; dette er hans tredje bevægelseslov, hvorfra loven om (lineær) momentumbevarelse udspringer. Der er dog lidt af et problem. Den matematik, der var tilgængelig på det tidspunkt, var simpelthen utilstrækkelig til yderligere undersøgelser inden for mekanik. Newton udarbejdede det 'simpelthen' og kaldte det 'fluxionsmetoden', kendt som calculus i dag. Bemærk dog, at frøene til kalkulation allerede er blevet sået af deres forgængere, især Archimedes fra Syracuse. Newton og en af ​​hans samtidige, Leibniz, krediteres opdagelsen af ​​calculus i den forstand, at de anerkender den grundlæggende betydning af konceptet med en grænse og udnyttede forholdet mellem den geometriske proces til at finde en tangentlinie til en kurve på et punkt (differentiering) og det område, der er afgrænset af en kurve (integration), den grundlæggende sætning for beregning, og udviklede denne matematiske metode på en systematisk måde. I modsætning til nogle af hans samtidige og efterfølgere, der udviklede forskellige teknikker til integration, havde Newton en tendens til at tænke på funktioner i form af uendelige serier og integrerede eller differentierede dem term-for-term. Faktisk tillader brugen af ​​den uendelige serierepræsentation af en funktion automatisk en tilnærmelsesplan med vilkårlig nøjagtighed



Efter nogle overtalelser fra hans ven Edmond Halley offentliggjorde Newton hansMatematiske principper for naturfilosofi, menes at være en af ​​de mest indflydelsesrige videnskabelige afhandlinger nogensinde. Det var i denne bog, at han lagde grundlaget for beregning, klassisk mekanik og hans teori om tyngdekraft . Han demonstrerede, at et objekts tyngdekraft svækkes som det gensidige af kvadratet af afstanden fra det (en omvendt kvadratisk lov) og afledte Keplers love om orbital bevægelse, som tidligere blev opnået fra omfattende empiriske data indsamlet af Tycho Brahe s omhyggelige astronomiske observationer. Strengt taget gælder Newtons lov om universel tyngdekraft kun for punktmasser, ikke udvidede kroppe såsom Jorden. Derudover undrer man sig over, hvad der sker, når afstanden krymper til nul; det er klart, at styrken ikke kan være uendelig. Heldigvis viste Newton, at en sfærisk symmetrisk krop kan behandles som om al dens masse var koncentreret i centrum. Dette betyder, at når den gensidige tyngdekraft mellem Jorden og Sol siger, beregnes, afstanden er mellem deres centre. Desuden forsvinder kraften inde i en sfærisk symmetrisk skal. Da en kugle består af en stak koncentriske kugler, er kraften i centrum nøjagtigt nul. Han gav en teori om tidevand ved hjælp af sin nyfundne forståelse af tyngdekraftsfysik. I en genial beregning viste Newton, at Jorden ikke ligefrem er sfærisk symmetrisk, men havde en ækvatorial udbulning på grund af sin rotation omkring en akse. Men da denne oblateness er meget lille, forbliver Jorden en kugle til en meget god tilnærmelse. Det er interessant at bemærke, at selvom de første lemmaer indeholder kerneideerne bag calculus, bruger hans efterfølgende udvikling af mekanik kun euklidisk geometri. På det tidspunkt forblev calculus et kontroversielt emne, og Newton afskød simpelthen kontrovers. Vi ved ikke, om han først opnåede sine resultater ved hjælp af beregning, derefter bekræftede dem ved hjælp af ældre matematik eller gjorde det omvendt. Uanset hvad er dette en fænomenal bedrift, der viser, at hans geometriske opfindsomhed var på samme niveau som Archimedes. Han redegjorde imidlertid for sit arbejde med beregning i en separat publikation.


Mens Johannes Kepler var den første til at antyde, at en fysisk kraft snarere end en eller anden okkult indflydelse er ansvarlig for kredsløbets bevægelse, begyndte den fysiske kosmologi uden tvivl med Isaac Newton. Newtons lov om universel tyngdekraft muliggør bestemmelse af himmellegemers bevægelse. Men han gik længere end det. Newton foreslog, at da kometer lejlighedsvis ramte solen, stod jorden måske fra det varme affald spredt ud i rummet fra en sådan kollision og derefter trukket sammen ved hjælp af tyngdekraften. Dette betyder, at Jorden startede ekstremt varmt, og at disse oplysninger kunne bruges til at bestemme hvor gammel Jorden er . Han anslog selv, at det skal være ældre end 50.000 år. I lyset af det faktum, at han er krediteret med Newtons lov om afkøling (eller opvarmning), som siger, at temperaturhastigheden for et legeme i forhold til tiden er direkte proportional med forskellen mellem den øjeblikkelige temperatur i kroppen og omgivelsestemperatur, forudsat at sidstnævnte holdes konstant, kommer det ikke overraskende.

Newtons ringe genereret ved hjælp af 650 nm rødt laserlys.

Newton var meget interesseret i lys . Han producerede et vel modtaget papir om teorien om farver og byggede et nyt og kompakt teleskop, der eliminerede de uønskede farvemønstre på kanten. Han gav en beskrivelse af Newtons ringe. Hans berømte prismeeksperiment afslørede, at hvidt lys kunne nedbrydes i forskellige farver, som, hvis de fokuseres igen, producerer hvidt lys igen. Han udførte en variation på eksperimentet for at teste lysets natur. Den aktuelle idé på det tidspunkt var, at farverne blev lavet af hvidt lys, der blev bøjet, så han konstruerede en måde at føre en rød lysstråle til et andet prisme for at se, om det ville blive bøjet i et andet spektrum af nye farver. Resultatet var lys af ensartet og udifferentieret rødt, hvilket beviser, at hvidt lys var sammensat af alle farverne. Endnu en gang fløj dette over for fælles visdom på det tidspunkt, hvor de fleste troede, at hvidt lys var et symbol på renhed eller endog guddommelig magt. I hans monografiOpticks, Udførte Newton sin korpuskulære teori om lys og forklarede stort set alt, hvad der allerede var kendt om lys. Nogle af hans samtidige, som Robert Hooke og Christian Huygens, foretrak bølgeteorien. Men på dette tidspunkt kunne ingen rigtig fortælle om lys opførte sig som en strøm af partikler eller som vandrende bølger. Under sine undersøgelser inden for optik og vision udførte Newton en række alarmerende eksperimenter på sig selv og risikerede at miste hans syn. Han stirrede direkte på solen i nogen tid og stak bagsiden af ​​øjet med et bodkin (en fed, stump nål) for at undersøge de resulterende farvede mønstre, han så.


Et ægte matematisk geni, i 1669 blev Newton valgt som den anden lucasianske professor i matematik i Cambridge, en stilling, som senere skulle besættes af Paul Dirac og Stephen Hawking . Faktisk betragtes han ofte som en af ​​de største matematikere i historien sammen med Archimedes og Karl Friedrich Gauss. I begyndelsen af ​​1700'erne løste Newton, Leibniz, Johann Bernoulli, Jacob Bernoulli og Guillaume de L'Hôpital uafhængigt brachistochrone-problemet, først udtalt af Johann Bernoulli. Det beder om kurven mellem to punkter på et plan, hvor en partikel glider friktionsfrit fra det ene punkt til det andet på mindst mulig tid, forudsat at tyngdekraften er ensartet. Løsningen er ikke en lige linje, men en cycloid. Newton modtog et brev, der beskriver problemet på vej hjem fra Royal Mint og sendte løsningen anonymt tilbage til Bernoulli den næste dag. Men da Bernoulli læste brevet, genkendte han straks forfatteren og efter sigende udbrød: 'Jeg kender løven fra hans pote!' Brachistochrone problemet er en klassiker i beregningen af ​​variationer, som spiller en uhyre vigtig rolle i den videre udvikling af (teoretisk) fysik. Newton arbejdede noget med dette emne, men offentliggjorde igen ikke.

Misadventures in alkymy and theology

Newton var ikke den første i Age of Reason. Han var den sidste af tryllekunstnerne.
—John Maynard Keynes, som citeret i

Som det var almindeligt på det tidspunkt, afsatte Newton også meget tid til bibelsk stipendium, alkymi og andre teologisk spørgsmål. Newton var en tilbagevendende mand, og der findes ingen beretninger om, at han var i nogen form for forhold, hvilket førte til forslag, som han var aseksuel eller muligvis homoseksuel . Der er dog ingen troværdige beviser, der understøtter nogen af ​​kravene. Det var han også Penge i hans religiøse overbevisning. Han stod op for James IIs forsøg på at udpege en romersk-katolske munk udnævnte Alban Francis til en akademisk stilling i Cambridge, og udnævnelsen blev stoppet. I hans populære bogEn kort tidshistorie, Stephen Hawking har kritiseret Newton for dette som et eksempel på religiøs intolerance. Det skal dog huskes, at Romersk-katolske kirke havde brændt Giordano Bruno til kætteri , hovedsagelig på grund af hans arianisme (dvs. troen på, at Jesus Kristus var af lignende ikke samme stof som og skabt af Gud .) og at denne udnævnelse var den tynde ende af kilen, hvilket førte til lignende forfølgelse, der havde kvalt videnskabelig undersøgelse i katolske lande efter Galileo . I sin egen levetid skrev Newton mere om religion end om naturvidenskab. Værre endnu, Newton lavede mindst en gang et argument, der involverede guddommelige kræfter i sit videnskabelige arbejde. Det syntes for Newton, at Solsystem er ustabil, og han troede, at hvert 200 år eller deromkring Gud bliver nødt til at gribe ind ved at sætte planeterne tilbage på deres plads. Heldigvis viste 'gudhypotesen' sig at være unødvendig. Pierre-Simon de Laplace demonstrerede, at solsystemet til første orden faktisk er stabilt; den gennemsnitlige bevægelse af alle kroppe forbliver uændret med tiden.

Desværre var Newtons liv blandet sammen med nogle skræmmende anfald af næsten for alle hans fantastiske præstationer sindssyge . John Maynard Keynes beskrev Newton som ikke den første af rationalister , men snarere den 'sidste af tryllekunstnere på grund af hans besættelse af alkymi. 'I moderne vulgære termer,' sagde Keynes, 'Newton var dybt neurotisk.' Faktisk var det sandsynligvis en bivirkning ved at forsøge at vende om at opdage optikens natur at føre ind i guld . Senere i sit liv fik han et nervesammenbrud, som muligvis var forårsaget af kviksølv forgiftning, overarbejde og afslutningen på hans venskab med den schweiziske matematiker Nicholas Fatio de Duillier.

Master of the Royal Mint

Newtons forskerkarriere blev afbrudt af en fortryllelse i politik , hvor den mest bemærkelsesværdige periode var hans udnævnelse til Master of the Royal Mint. Denne lukrative stilling gjorde ham til en velhavende mand. (Det var også i denne periode, at Newton modtog og løste brachistochrone-problemet.) Hans besættelse af detaljer betød, at institutionen under ham fungerede mere effektivt, end den nogensinde før havde gjort. Newton foretog en omhyggelig undersøgelse af historien og metoderne til forfalskning. Han drev også et netværk af betalte informanter og sendte penge til venlige vidner, der manglede penge, så de kunne klæde sig pænt ud til retten. Til sidst sørgede Newton for, at flere forfalskere blev hængt.


Tvister og kritik

Hvis jeg har set længere, er det ved at stå på Giants 'skuldre.

Dette berømte citat fortolkes typisk som en gestus af beskedenhed af den store videnskabsmand i et brev til sin kollega Robert Hooke . Der er dog en alternativ tilgang, der bedre matcher Newtons personlighed, som berømt var ubehagelig over for dem, der vrede ham. Det hjalp ikke, at nogle af hans kolleger og potentielle samarbejdspartnere kom ind i tvister med ham. Nu var standarderne for grammatik (og stavning) dengang temmelig mærkelig. Men Newtons beslutning om at kapitalisere ordet 'Giants' var sandsynligvis en udgravning i Hooke, som var kort og havde en snoet ryg. Robert Hooke, kendt for sit arbejde inden for mikroskopi, optik og elasticitet, var ansvarlig for at få Royal Society i gang. I en diskussion, der involverede Hooke, Edmond Halley og Christopher Wren, konkluderede de tre, at en omvendt firkantet tyngdelov ville give anledning til elliptiske baner (Keplers første lov), men ingen af ​​dem kunne give en matematisk demonstration. Det gjorde Newton. Ikke kun det, han udarbejdede systematisk resten af ​​Keplers love. Da Hooke døde, efterfulgte Newton ham og forvandlede den til en respektabel videnskabelig institution. Men under Newton, en mand besat af detaljer, gik det eneste portræt af Hooke tabt.

Det er ret uheldigt, at Newton kom ind i en meget bitter og langvarig strid med Gottfried Wilhelm Leibniz over hvem der først opdagede calculus. Vi ved nu, at de begge gjorde det uafhængigt. Newton kom der først, men offentliggjorde senere, mens Leibniz kom der senere, men offentliggjorde først. Vi ved også, at de to svarede respektfuldt før tvisten. Newton forklarede, hvordan han kom op med den generelle binomiale sætning til Leibniz tilbage i 1660'erne. Leibniz notationer for derivatetog integreretforbliver i brug i dag, selvom de ser ud til at være noget ulogiske. Newtons priknotation for derivatet bruges hovedsageligt i fysik til at repræsentere, hvordan noget ændrer sig i forhold til tiden. I nogle tilfælde er det fordelagtigt at bruge begge deres notationer.

Siden offentliggørelsen af ​​NewtonsOpticks, næsten alle fysikere og matematikere holdt sig til hans korpuskulære teori om lys, som er respektabel i sig selv. Imidlertid blev mindretallet, der foretrak bølgeteorien, unødvendigt marginaliseret og kritiseret, alt sammen på grund af Newtons mægtige navn . Desuden gav Newton en foreløbig afledning af Boyles lov i USAprincipper, hvor han antog, at en gas består af statiske atomer af ubetydelig størrelse sammenlignet med dens volumen, der frastødte hinanden via en kraft, der blev svækket som omvendt af afstanden imellem dem.Foreløbigeer nøgleordet her. Newton foreslog blot en hypotese, der teoretisk kunne forklare Boyles lov. Igen ignorerede fysikere i mange år den alternative tilgang, der var banebrydende af Daniel Bernoulli, som også gav Boyles lov. Ligesom Newton antog Bernoulli, at gasser bestod af atomer med små dimensioner. I modsætning til Newton opfattede han dem som tilfældige bevægelser, kolliderede elastisk med hinanden og med beholderens vægge, hvilket giver anledning til pres. Først meget senere, da fysikere indså det varme er en slags bevægelse blev de interesseret i Bernoullis tilgang. Dette blev grundlaget for den kinetiske molekylære teori om gasser. Dette er ikke rigtig en kritik mod Newton selv, men snarere mod de fysikere, der tog hans ord ukritisk. I tilfælde af den korpuskulære teori om lys var det temmelig passende, at en sofistikeret teori om diffraktion, formuleret af Augustin Fresnel baseret på bølgeteorien, blev eksperimentelt verificeret af François Arago, der testede forudsigelser udvundet af Simeon-Denis Poisson, da både Arago og Poisson blev erklæret tilhængere af den korpuskulære teori. I begyndelsen af ​​1800'erne erkendte fysikerne imidlertid, at Newtons lov om afkøling (eller opvarmning) vaklede, når der blev foretaget mere præcise målinger. Dette udløste de eksperimentelle undersøgelser af gassers opførsel. Disse viste sig at være afgørende i udviklingen af ​​termodynamik. Undervejs snublede fysikere over Dulong og Petit's styre, som favoriserer atomhypotesen. At stille spørgsmålstegn ved autoritet, det vil sige at virkelig stå på giganterne i stedet for i skyggerne, viste sig at være en god idé.

I sytten år forelæsede Newton for en i det væsentlige tom sal i Cambridge. Til sidst opgav han undervisningen. I betragtning af at hans omdømme var enormt selv i hans egen levetid, kan man næppe undgå den konklusion, at Newton var en abstrus professor.

Myter

En populær myte forbundet med Newton er, at han blev født samme dag Galileo døde. Faktisk blev Newton født den 4. januar 1642 i den gregorianske kalender, der først blev introduceret i forskellige lande på kontinentet og er den, vi bruger i dag, og den 25. december 1641 i den julianske kalender, der blev brugt i England. på det tidspunkt, mens Galileo døde den 8. januar 1642 i den gregorianske kalender og den 31. december 1641 i den julianske kalender. Det er dog en ægte tilfældighed, at Newton blev født nøjagtigt et århundrede efter Copernicus offentliggjorde hans heliocentrisk teori .

En anden velinformeret myte er, at Newton kom op med den omvendte firkantede tyngdelov, efter at et æble faldt og ramte ham i hovedet. Selvom Newton selv nævnte dette i sinflot arbejde, det er efter al sandsynlighed bare en motiverende passage. Den egentlige opdagelsesproces tog meget længere tid end dette. Ideen kom ikke til ham ud af det blå, men gradvist. Det tog ham ganske lidt arbejde, før han var i stand til at give det matematiske bevis, der undgik Hooke, Wren og Halley.

Rygtet siger, at Newton opfandt kæledyrsdøren, men det ser ikke ud til at være tilfældet. Han var dog en talentfuld mekanisk opfinder, ligesom Hooke. Da han var barn konstruerede han flyvemaskiner, der bar stearinlys, og derved skabte nogle tidlige episoder af UFO skræmmer . Han byggede også et ur, der kørte ved hjælp af vandkraft og en mini-mølle, der slår hvede, der drives af en mus, der drejer hjulet.

Meget ligesom Einstein , Tesla , Darwin , Mozart, Bill Gates og Steve Jobs , Newton er blevet postuleret som værende autistisk udviklingsforstyrrelse af mange krumtap . I hans tilfælde blev diagnosen bekvemt foretaget post mortem på en måde, der minder om hvordan nogle sekter hævder de døde som deres egne . Psykolog Simon Baron-Cohen har været den eneste halvt seriøse forsker, der underholdt dette ikke-helt-falsificerbar hypotese, som han har været for smæk af hans jævnaldrende.

Berømte tilbud

Jeg definerer ikke tid, rum, sted og bevægelse som værende velkendt for alle.
Vi må ikke indrømme flere årsager til naturlige ting end sådanne, der både er sande og tilstrækkelige til at forklare deres udseende.
Jeg fejler ingen hypoteser.