بیوگرافی آیزاک نیوتن؛ از کشف جاذبه تا قوانین حرکت - مجله توسعه دهنده

اگر بخواهیم تنها یک نام را به عنوان معمار جهانی علمی مدرن برگزینیم، آن نام بدون تردید سر آیزاک نیوتن است. فیزیک دان، ریاضی دان و فیلسوف طبیعی برجسته انگلیسی که در روزگار طاعون بزرگ لندن و در انزوای مزرعه روستایی خود، معماهایی از چرخش سیارات و سقوط اجسام را گگردد که فیلسوفان از عهد باستان تا عصر روشنگری در حل آن ناتوان مانده بودند. به گزارش دانشنامه بریتانیکا و بایگانی انجمن سلطنتی بریتانیا، شاهکار او با عنوان اصول ریاضی فلسفه طبیعی (Principia) نقطه عطفی است که خرافه را از ستاره شناسی زدود و نشان داد حرکات تمامی اجرام کیهان از ماه و خورشید تا سقوط یک سیب، تحت حاکمیت معادلات ریاضی یگانه ای قرار دارند. در این نوشتار عمیق و تحلیلی از تحریریه هفت گنج، فرازونشیب های زندگی پرماجرا، اکتشافات خیره کننده و ناگفته های شخصیت پیچیده این نابغه بی بدیل را ورق می زنیم.

سخنی ماندگار از نیوتن درباره دستاوردهایش

نیوتن در نامه ای تاریخی به رقیبش رابرت هوک جمله ای جاودانه نوشت: اگر من توانسته ام افق های دورتری را ببینم، تنها بدان سبب است که بر شانه های غول ها ایستاده ام. این عبارت تواضع علمی در برابر پیشگامانی نظیر کپلر و گالیله را به زیبایی نشان می دهد؛ هرچند خود نیوتن غول پیکرترین ستون علم تاریخ شد.

جدول شناسنامه و گاه شمار زندگی سر آیزاک نیوتن

دوران کودکی سخت؛ نوزاد نارس و رهاشده در مزرعه

آیزاک نیوتن در دهکده وولستورپ در خانواده ای کشاورز و بی سواد چشم به جهان گگردد. پدرش سه ماه پیش از تولد او از جهان رفته بود. نیوتن نوزادی بسیار نارس، ضعیف و ریزجثه بود؛ به گونه ای که مادرش می گفت میزان او به زحمت به یک کوزه یک لیتری می رسید و کسی امیدی به زنده ماندن او در 24 ساعت نخست نداشت. هنگامی که آیزاک سه ساله بود، مادرش با کشیشی ثروتمند ازدواج کرد و آیزاک خردسال را نزد مادربزرگش رها ساخت. این ضربه عاطفی عمیق، زخمی پایدار بر روان نیوتن نهاد و او را به انسانی گوشه گیر، بدبین به دیگران، تندخو و منزوی تبدیل کرد که پناهگاه همیشگی اش غرق شدن در افکار و کتاب هایش بود.

نیوتن از نوجوانی علاقه چندانی به اداره مزرعه و کارهای کشاورزی نداشت؛ در عوض، ساعت های متمادی به ساخت آسیاب های بادی مینیاتوری، ساعت های آفتابی دقیق و کایت های شبانه مجهز به فانوس می پرداخت. دایی اش که نبوغ پنهان پسرک را دریافت، مادرش را متقاعد کرد تا آیزاک را برای ورود به دانشگاه کمبریج آماده کند.

داستان نبوغ در شرایط سخت ما را به یاد سرگذشت دانشمندان بزرگی می اندازد که در پرونده های بیوگرافی آلبرت اینشتین و حماسه علمی بیوگرافی ماری کوری مرور نموده ایم.

سال اعجازآمیز (Annus Mirabilis)؛ قرنطینه طاعون و انقلاب علمی

در تابستان سال 1665، طاعون خیارکی مرگبار لندن را درنوردید و دانشگاه کمبریج برای پیشگیری از سرایت بیماری تعطیل شد. نیوتن جوان ناچار به مزرعه خانوادگی اش در وولستورپ بازگشت و به مدت نزدیک به دو سال در قرنطینه خانگی به سر برد. این دوران انزوای اجباری (1665 تا 1666) به عنوان یکی از بارورترین دوره های تاریخ اندیشه بشر به نام سال معجزه آسا ثبت شده است.

نیوتن در همین مزرعه خلوت و در سن 23 سالگی:

• حساب دیفرانسیل و انتگرال (Calculus): زبانی نوین در ریاضیات خلق کرد که می توانست تغییرات لحظه ای و شتاب اجسام را فرمول بندی کند.
• آزمایش های نور و منشور: با خرید منشوری شیشه ای در نمایشگاه، اثبات کرد نور سفید خورشید خود ترکیبی از هفت رنگ رنگین کمان است و ذرات نور پس از انکسار مجدد می توانند دوباره به نور سفید بدل شوند.
• جرقه جاذبه عمومی: با مشاهده سقوط سیب از درخت باغ، به این اندیشه رسید که چرا سیب به پهلو یا بالا نمی رود، بلکه همیشه مستقیم به سمت مرکز زمین سقوط می نماید؟ آیا همان نیرویی که سیب را می کشد، ماه را نیز در مدار چرخش به دور زمین نگه داشته است؟

افسانه و حقیقت: آیا سیب واقعاً به سر نیوتن برخورد کرد؟

داستان معروف افتادن سیب روی سر نیوتن یک اغراق عامیانه است. خود نیوتن سال ها بعد برای ویلیام استوکلی (زندگینامه نویس نخستین خود) نقل کرد که او در حال تماشای ریزش آرام سیب ها از پنجره اتاقش به زمین بود که ایده کشش جاذبه به ذهنش خطور کرد؛ نه اینکه میوه با سر او اصابت نموده باشد!

کتاب پرینکیپیا و تدوین قوانین سه گانه حرکت

در سال 1687، با تشویق و حمایت مالی دوست نزدیکش ادموند هالی (منجم نامدار و کاشف دنباله دار هالی)، نیوتن شاهکار خود پرینکیپیا را منتشر ساخت. این اثر، ستاره شناسی، ریاضیات و فیزیک را در قالبی پیوسته پیوند داد و سه قانون مشهور زیر را به جهانیان هدیه کرد:

1. قانون اول (اینرسی یا لختی): هر جسم حالت سکون یا حرکت یکنواخت در خط مستقیم خود را حفظ می نماید، مگر آنکه نیرویی خارجی بر آن وارد گردد.
2. قانون دوم (رابطه نیرو و شتاب - F=ma): شتاب یک جسم با نیروی وارد بر آن نسبت مستقیم و با جرم آن نسبت عکس دارد و هم جهت با نیرو است.
3. قانون سوم (کنش و واکنش): برای هر عمل، عکس العملی مساوی و در خلاف جهت آن وجود دارد.

با ترکیب این قوانین با قانون گرانش عمومی (F = G * m1*m2 / r²)، نیوتن توانست تمام قوانین مداری یوهانس کپلر را اثبات کند، علت پیدایش جزر و مد اقیانوس ها به وسیله ماه را شرح دهد و مسیر دنباله دارها را با دقتی شگفت انگیز محاسبه کند.

اختراع تلسکوپ بازتابی؛ انقلابی در نجوم رصدی

تا پیش از نیوتن، تلسکوپ های شکستی گالیله ای به علت عبور نور از عدسی های شیشه ای ضخیم، دچار اعوجاج و خطای انحراف رنگی (Chromatic Aberration) می شدند و تصویر سیارات هاله ای تار و رنگین به خود می گرفت. نیوتن با تکیه بر درک عمیق خود از علم اپتیک، دریافت که آینه مقعر نور را بدون انحراف طول موج ها بازمی تاباند. در سال 1668، او نخستین تلسکوپ بازتابی تاریخ را با دست خود ساخت که از آینه ای فلزی با ترکیب مس و قلع سود می برد. این دستگاه کوچک اما پرقدرت، چنان شگفتی در انجمن سلطنتی برانگیخت که نام نیوتن را به عنوان استادی چیره دست در محافل بین المللی بر سر زبان ها انداخت.

این روحیه مهندسی و نوآوری شبیه به انقلابی بود که بعدها در عرصه الکتریسیته به وسیله نیکولا تسلا رخ داد؛ برای مطالعه بیشتر به بیوگرافی نیکولا تسلا و جنگ جریان ها مراجعه فرمایید.

اختلافات تلخ با دانشمندان هم عصر؛ جدال بر سر حسابان با لایبنیتس

نیوتن شخصیتی فوق العاده حساس، زودرنج و کینه توز در منازعات علمی داشت. مشهورترین مناقشه او، جدال تلخ با فیلسوف و ریاضی دان برجسته آلمانی گوتفرید ویلهلم لایبنیتس بر سر اولویت اختراع حساب دیفرانسیل بود. اگرچه نیوتن این روش را زودتر در انزوای خود فرمول بندی نموده بود، اما لایبنیتس مستقلاً و با نشانه گذاری های بسیار کارآمدتر (نمادهای انتگرال ∫ و مشتق dx/dy که امروز استفاده می کنیم) آن را به چاپ رسانده بود. نیوتن که به ریاست انجمن سلطنتی رسیده بود، کمیته ای به ظاهر بی طرف تشکیل داد، اما گزارش نهایی را مخفیانه خودش قلم زد و لایبنیتس را به سرقت علمی متهم کرد؛ مناقشه ای که روابط ریاضی دانان بریتانیا و اروپا را دهه ها تیره ساخت.

رازهای کیمیاگری و ریاست مقتدرانه بر ضرابخانه سلطنتی

در سال های انتهای زندگی، نیوتن از تدریس در کمبریج فاصله گرفت و به عنوان رئیس ضرابخانه سلطنتی لندن منصوب شد. در عصری که سکه های طلای انگلستان به وسیله جاعلان تراشیده و تقلب می شد، نیوتن شخصاً با نبوغ و سرسختی ماموران مخفی را رهبری کرد، جاعلان بزرگ ارز را به پای چوبه دار فرستاد و لبه های دندانه دار را برای سکه ها ابداع کرد تا مانع تراشیدن فلز گرانبها گردد.

پس از مرگ او، دست نوشته های پنهانی در صندوقچه اش کشف شد که نشان داد نیوتن صدها هزار کلمه در زمینه کیمیاگری، جستجوی اکسیر حیات، رمزگشایی از ابعاد معبد سلیمان و پیش گویی های انتها جهان نگاشته بود؛ موضوعاتی که در دوران حیاتش مخفی نگه داشته بود تا موقعیت آکادمیکش متزلزل نگردد.

نکات انتهای و جمع بندی کاربردی

سر آیزاک نیوتن در مارس 1727 در آرامش در خواب درگذشت و با احترامی شاهانه به عنوان نخستین دانشمند در کلیسای وست مینستر در کنار پادشاهان بریتانیا به خاک سپرده شد. کتیبه مزار او چنین می گوید: خشنود باشید ای فانیان، که چنین افتخاری برای نوع بشر زیسته است. نیوتن نشان داد که جهان نه عرصه آشوب و نیروهای نامرئی خرافی، بلکه سامانه منظمی از قوانین ریاضی قانونمند است که با خرد و مشاهده انسان قابل فتح است.