Исак Нютон

Сър Исак Нютон, като надникна в произволните отговори на Лайбниц.
Поезията на реалността
Наука
Икона наука.svg
Трябва да знаем.
Ще разберем.
  • Биология
  • Химия
  • Физика
Изглед от
раменете на гиганти.
Част от а
конвергентна серия на

Математика
Икона math.svg
1 + 1 = 11
Не знам какво мога да представям на света. За себе си сякаш бях само като момче, играейки на морския бряг, размишлявайки от време на време, откривайки по-гладко камъче, по-хубава черупка от обикновената, докато големият океан на истината лежеше неоткрит пред мен.
-Исак Нютон

Сър Исак Нютон (4 януари 1642 г. - 31 март 1727 г.) е а антропоморфен, богоподобен навигатор на гилдии математик , физик , мистик , алхимик и философ . Признат с революционен напредък в класическата механика, оптика и математика, той е оценен като един от най-важните и влиятелни личности в историята на науката и математиката.


Съдържание

Господар на Просвещението

Вижте основната статия по тази тема: Епоха на Просвещението

Исак Нютон ясно разбира значението на експериментите в научните изследвания, като пише:

В експерименталната философия предложения, събрани от явленията от индукция се приемат за верни, независимо дали точно или приблизително, независимо от противоречивите хипотези, докато не се появят други явления, чрез които те или стават по-точни, или подлежат на изключения.


Всъщност той също даде доста чисто описание на научен метод :

Изглежда, че най-добрият и безопасен метод за философстване е първо да се проучи усърдно свойствата на нещата и да се установят тези свойства чрез преживявания и след това да се продължи по-бавно към хипотези за обяснението им. Тъй като хипотезите трябва да се използват само при обяснение на свойствата на нещата, но не и да се предполага при тяхното определяне; освен ако не могат да направят експерименти.

Люлката на Нютон е устройство, което демонстрира запазването на инерцията и енергията.

Както много други, които са учили натурфилософия , старото наименование на науката преди развитието на съвременните дисциплини, интересите му бяха различни. Неговите ранни математически изследвания водят до обобщената биномиална теорема. Докато неговите предшественици и много от съвременниците му мислеха, следвайки стъпките на Аристотел , забележителен философ, но лош физик, че небесните тела се подчиняват на различни правила от тези тук Земята , Нютон вярваше, че един и същ набор трябва да бъде удовлетворен и от двамата. С други думи, законите на физиката трябва да бъдатуниверсален. Това мотивира обучението му по механика. Той имаше доста мозъчна буря, записвайки над сто постулати и дефиниции, преди да се установи само с три аксиоми, наричани сега законите на Нютон за движение. Първият закон гласи, че всяко тяло поддържа еднаква скорост и посока, освен ако не се действа от външна нетна сила. Ако върху тялото действа ненулева нетна сила, тогава тази нетна сила е равна на скоростта на промяна на количество движение, определено като негова маса умножена по скоростта му,Светлина. В специалния случай, че тялото има постоянна маса, имаме познатия израз. От решаващо значение е да се осъзнае, че силите са вектори, следователно получер шрифт, величини както с величина, така и с посока. За всяка приложена сила съществува друга, равна по големина и противоположна по посока, при условие че системата е изолирана; това е третият му закон на движение, от който извира законът за (линейното) запазване на импулса. Има обаче малко проблем. Наличната по това време математика е била просто недостатъчна за по-нататъшни изследвания в механиката. Нютон 'просто' го е разработил, наричайки го 'метод на флуксиите', известен днес като смятане. Имайте предвид обаче, че семената на смятането вече са засети от техните предшественици, особено Архимед от Сиракуза. Нютон и един от неговите съвременници, Лайбниц, се приписват на откриването на смятане в смисъл, че те признават фундаменталното значение на концепцията за граница и са използвали връзката между геометричния процес на намиране на допирателна линия до крива в точка (диференциация) и площта, ограничена от крива (интеграция), основната теорема на смятането, и разработи този математически метод по систематичен начин. За разлика от някои от своите съвременници и наследници, които са разработили различни техники за интеграция, Нютон е бил склонен да мисли за функциите като безкрайни редици и ги е интегрирал или диференцирал поотделно. Всъщност, използването на безкрайно серийно представяне на функция автоматично позволява схема за приближение с произволна точност



След известни убеждения от приятеля си Едмонд Халей, Нютон публикува своитеМатематически принципи на естествената философия, смятан за един от най-влиятелните научни трактати на всички времена. Именно в тази книга той поставя основите на смятането, класическата механика и своята теория за земно притегляне . Той демонстрира, че силата на гравитацията на обекта отслабва, тъй като реципрочната стойност на квадрата на разстоянието от него (закон с обратен квадрат) и извежда законите на Кеплер за орбиталното движение, които преди това са получени от обширни емпирични данни, събрани от Тихо Брахе усърдни астрономически наблюдения. Строго погледнато, законът на Нютон за всеобщата гравитация се прилага само за точкови маси, а не за разширени тела като Земята. Освен това човек се чуди какво се случва, когато разстоянието се свие до нула; ясно е, че силата не може да бъде безкрайна. За щастие Нютон показа, че сферично симетрично тяло може да се третира така, сякаш цялата му маса е концентрирана в центъра му. Това означава, че когато взаимната сила на гравитацията между Земята и Слънце , да речем, се изчислява, въпросното разстояние е това между техните центрове. Освен това, вътре в сферично симетрична обвивка, силата изчезва. Тъй като топката се състои от куп концентрични сфери, силата в центъра й е точно нула. Той даде теория за приливите и отливите, използвайки новооткритото си разбиране за гравитационната физика. При гениално изчисление Нютон показа, че Земята не е точно сферично симетрична, но има екваториална издутина поради въртенето си около оста. Но тъй като тази сплотеност е много малка, Земята остава топка до много добро приближение. Интересно е да се отбележи, че въпреки че първите леми съдържат основните идеи, които стоят зад смятането, последвалото му развитие на механика използва само евклидова геометрия. По това време смятането оставаше спорна тема и Нютон просто ненавиждаше противоречията. Не знаем дали той първо е получил резултатите си, използвайки смятане, след това ги е потвърдил, използвайки по-стара математика, или е направил обратното. Така или иначе, това е феноменално постижение, демонстриращо, че геометричната му изобретателност е била на същото ниво като това на Архимед. Той обаче предостави отчет за работата си по смятане в отделна публикация.


Докато Йоханес Кеплер беше първият, който предположи, че физическата сила, а не някакво окултно влияние е отговорна за орбиталното движение, физическата космология може да започне с Исак Нютон. Законът на Нютон за универсалната гравитация позволява определянето на движението на небесните тела. Но той отиде по-далеч от това. Нютон предполага, че тъй като кометите от време на време удрят Слънцето, може би Земята е произлязла от горещите отломки, разпръснати в космоса от такъв сблъсък, след което са събрани с помощта на гравитационното привличане. Това означава, че Земята е започнала изключително горещо и че тази информация може да се използва за определяне на колко години е Земята . Самият той изчисли, че тя трябва да е по-стара от 50 000 години. В светлината на факта, че му се приписва законът на Нютон за охлаждане (или нагряване), който гласи, че скоростта на промяна на температурата на тялото по отношение на времето е пряко пропорционална на разликата между моментната температура на това тяло и околната температура, ако последният се поддържа постоянен, това не е изненадващо.

Пръстените на Нютон са генерирани с помощта на 650nm червена лазерна светлина.

Нютон проявяваше голям интерес към светлина . Той издава добре приета статия за теорията на цветовете и изгражда нов и компактен телескоп, който елиминира нежеланите цветни шарки по ресни. Той даде описание на пръстените на Нютон. Неговият известен експеримент с призма разкрива, че бялата светлина може да се разложи на различни цветове, които, ако бъдат префокусирани, отново дават бяла светлина. Той направи вариация на експеримента, за да провери естеството на светлината. Настоящата идея по онова време беше, че цветовете бяха направени от огъване на бяла светлина, така че той измисли начин да премине червен лъч светлина върху друга призма, за да види дали ще бъде огънат в друг спектър от нови цветове. Резултатът беше еднородна светлина и недиференцирано червено, което доказваше, че бялата светлина е съставена от всички цветове. За пореден път това се изправи пред общата мъдрост по онова време, когато повечето хора смятаха, че бялата светлина е символ на чистота или дори на божествена сила. В монографията сиОптики, Нютон разработи своята корпускуларна теория за светлината и обясни почти всичко, което вече беше известно за светлината. Някои от съвременниците му, като Робърт Хук и Кристиан Хюйгенс, предпочитат теорията за вълните. По това време обаче никой не може да разбере дали светлината се държи като поток от частици или като пътуващи вълни. По време на изследванията си в областта на оптиката и зрението Нютон направи редица тревожни експерименти върху себе си, рискувайки да загуби зрението си. Той вперил поглед директно в Слънцето за известно време и мушкаше задната част на окото си с бодкин (дебела, тъпа игла), за да проучи получените цветни шарки, които видя.


Истински математически гений, през 1669 г. Нютон е избран за втори луказиански професор по математика в Кеймбридж, пост, който по-късно ще бъде зает от Пол Дирак и Стивън Хоукинг . Всъщност той често се смята за един от най-великите математици в историята, заедно с Архимед и Карл Фридрих Гаус. В началото на 1700 г. Нютон, Лайбниц, Йохан Бернули, Яков Бернули и Гийом дьо Хопитал решават независимо брахистохронния проблем, заявен за пръв път от Йохан Бернули. Той иска кривата между две точки на равнина, по която частицата ще се плъзга без триене от една точка до друга за възможно най-малко време, като се приеме, че гравитацията е еднаква. Решението не е права линия, а циклоида. Нютон получи писмо с подробности за проблема на път за вкъщи от Кралския монетен двор и изпрати решението анонимно обратно на Бернули на следващия ден. Когато обаче Бернули прочете писмото, той веднага разпозна автора му, като според съобщенията възкликна: „Познавам лъва от лапата му!“ Брахистохронният проблем е класика във вариационното смятане, която играе изключително важна роля в по-нататъшното развитие на (теоретичната) физика. Нютон е работил по този въпрос, но отново не публикува.

Премеждия в алхимията и теологията

Нютон не е първият в ерата на разума. Той беше последният от магьосниците.
- Джон Мейнард Кейнс, цитиран в

Както беше обичайно по това време, Нютон също посвети много време на библейски стипендия, алхимия и други богословски въпроси. Нютон беше затворник и няма сведения за това, че е в някакви отношения, което води до предположения, че е бил безполов или евентуално гей . Няма обаче достоверни доказателства в подкрепа на нито едно от твърденията. Той също беше Пари в неговите религиозни вярвания. Той се изправи срещу опита на Яков II да назначи католик монах на име Албан Франсис на академичен пост в Кеймбридж и назначението беше спряно. В популярната си книгаКратка история на времето, Стивън Хоукинг критикува Нютон за това като пример за религиозна нетърпимост. Трябва обаче да се има предвид, че Римска католическа църква беше изгорял Джордано Бруно за ерес , най-вече заради арианството му (т.е. вярата, че Исус Христос е с подобно не същото вещество и създадено от Бог .) и че това назначение е тънкият край на клина, водещ до подобно преследване, което задуши научното разследване в католическите страни след Галилей . През своя живот Нютон пише повече за религията, отколкото за естествените науки. Още по-лошо, Нютон поне веднъж направи аргумент, включващ божествени сили в научната си работа. На Нютон му се стори, че Слънчева система е нестабилен и той смята, че на всеки 200 години или така, Бог би трябвало да се намеси като върнете планетите на мястото им. За щастие „хипотезата на Бог“ се оказа ненужна. Пиер-Симон де Лаплас демонстрира, че за първи ред Слънчевата система наистина е стабилна; средното движение на всички тела остава неизменно във времето.

За съжаление, въпреки всичките си прекрасни постижения, животът на Нютон беше смесен с някои плашещи пристъпи от близо лудост . Джон Мейнард Кейнс описа Нютон като не първият от рационалисти , а по-скоро „последното от магьосници поради неговата мания за алхимия. „С модерни вулгарни термини - каза Кейнс, - Нютон е бил дълбоко невротичен“. Всъщност откриването на природата на оптиката вероятно беше страничен ефект от опита да се обърнеш водя в злато . По-късно в живота си той претърпява нервен срив, който може да е бил причинен от живак отравяне, преумора и край на приятелството му с швейцарския математик Николас Фатио де Дюйе.

Господар на Кралския монетен двор

Изследователската кариера на Нютон е прекъсната от заклинание в политика , в който най-забележителният период е назначаването му за господар на Кралския монетен двор. Този доходоносен пост го превърна в заможен човек. (През този период Нютон получава и решава проблема с брахистохрона.) Манията му към детайлите означава, че при него институцията работи по-ефективно от всякога. Нютон проведе внимателно проучване на историята и методите за фалшифициране. Той също така управлява мрежа от платени информатори и изпраща пари на приятелски свидетели, които не разполагат със средства, за да могат да се обличат добре за явяване в съда. В крайна сметка Нютон се погрижи да бъдат обесени множество фалшификатори.


Спорове и критики

Ако съм виждал по-далеч, това е като застана на раменете на Гигантите.

Този известен цитат обикновено се тълкува като жест на скромност от великия учен в писмо до колегата си Робърт Хук . Съществува обаче алтернативен подход, който по-добре съответства на личността на Нютон, което беше изключително неприятно за онези, които го разгневиха. Не помогна и това, че някои от неговите колеги и потенциални сътрудници влязоха в спорове с него. Сега стандартите за граматика (и правопис) тогава бяха доста странни. Но решението на Нютон да изписва с главна дума думата „гиганти“ вероятно е копаене на Хук, който беше нисък и с изкривен гръб. Робърт Хук, известен със своята работа в областта на микроскопията, оптиката и еластичността, е отговорен за поддръжката на Кралското общество. В дискусия, включваща Хук, Едмонд Халей и Кристофър Рен, тримата стигнаха до заключението, че обратният квадратен закон на гравитацията ще породи елиптични орбити (първият закон на Кеплер), но никой от тях не може да даде математическа демонстрация. Нютон го направи. Не само това, той систематично разработва останалите закони на Кеплер. Когато Хук умира, Нютон го наследява и го превръща в уважавана научна институция. Въпреки това, при Нютон, човек, обсебен от детайли, единственият портрет на Хук е загубен.

Доста жалко, че Нютон влезе в много остър и продължителен спор с Готфрид Вилхелм Лайбниц за това кой е открил първото смятане. Сега знаем, че и двамата са го направили независимо. Нютон стигна там първи, но публикуван по-късно, докато Лайбниц стигна по-късно, но публикуван първи. Също така знаем, че двамата са си кореспондирали с уважение преди спора. Нютон обяснява как е излязъл с обобщената биномна теорема на Лайбниц през 1660-те години. Нотациите на Лайбниц за производнатаи неразделнаостават в употреба и днес, въпреки че изглеждат донякъде нелогични. Обозначението на точката на Нютон за производното се използва главно във физиката, за да представи как нещо се променя по отношение на времето. В някои случаи е изгодно да се използват и двете им обозначения.

От публикуването на Newton'sОптики, почти всички физици и математици се придържат към неговата корпускуларна теория за светлината, която е уважавана сама по себе си. Въпреки това малцинството, което предпочита теорията на вълните, беше ненужно маргинализирано и критикувано, всичко заради Могъщото име на Нютон . Освен това Нютон даде предварителна деривация на закона на Бойл впринципи, в който той приема, че газът се състои от статични атоми с незначителни размери в сравнение с неговия обем, който се отблъсква чрез сила, която отслабва като обратното на разстоянията между тях.Експерименталене ключовата дума тук. Нютон просто предложи хипотеза, която теоретично може да обясни закона на Бойл. Отново физиците дълги години пренебрегваха алтернативния подход, въведен от Даниел Бернули, който също даде закона на Бойл. Подобно на Нютон, Бернули приема, че газовете се състоят от атоми с малки размери. За разлика от Нютон, той ги е замислил като движещи се произволно, сблъсквайки се еластично един с друг и със стените на контейнера, което поражда натиск. Едва много по-късно, когато физиците осъзнаха това топлината е вид движение интересуваха ли се от подхода на Бернули. Това стана основа за кинетичната молекулярна теория на газовете. Това всъщност не е критика към самия Нютон, а по-скоро към физиците, които приеха думите му безкритично. В случая на корпускуларната теория на светлината беше доста подходящо една сложна теория на дифракцията, формулирана от Огюстин Френел въз основа на теорията на вълните, да бъде експериментално проверена от Франсоа Араго, който тества предсказанията, извлечени от Симеон-Денис Поасон, когато както Араго, така и Поасон бяха обявени за привърженици на корпускуларната теория. Въпреки това, в началото на 1800-те, физиците признават, че законът на Нютон за охлаждане (или нагряване) се е разклатил, когато се правят по-точни измервания. Това предизвика експерименталните изследвания на поведението на газовете. Те се оказаха решаващи за развитието на термодинамиката. По пътя физиците се натъкнаха на управлението на Дюлонг и Пети, което благоприятства атомната хипотеза. Оспорването на властта, тоест наистина да застане на раменете на гиганти, а не в сянката им, се оказа чудесна идея.

В продължение на седемнадесет години Нютон изнасяше лекции в една по същество празна зала в Кеймбридж. В крайна сметка се отказа от преподаването. Като се има предвид фактът, че репутацията му е била огромна дори през живота му, едва ли може да се избегне заключението, че Нютон е бил неприличен професор.

Митове

Популярен мит, свързан с Нютон, е, че той е роден в същия ден Галилей умря. Всъщност Нютон е роден на 4 януари 1642 г. в григорианския календар, въведен за първи път в различни страни на континента и е този, който използваме днес, и на 25 декември 1641 г. в юлианския календар, използван в Англия по времето, когато Галилей умира на 8 януари 1642 г. по григорианския календар и на 31 декември 1641 г. по юлианския календар. Истинско съвпадение обаче е, че Нютон е роден точно век след това Коперник публикува своя хелиоцентрична теория .

Друг добре популяризиран мит е, че Нютон е измислил закона за гравитацията с обратен квадрат, след като една ябълка е паднала и го е ударила по главата. Въпреки че самият Нютон споменава това в своячудесна работа, това по всяка вероятност е просто мотивиращ пасаж. Действителният процес на откриване отне много повече време от този. Идеята не му хрумна изведнъж, а постепенно. Всъщност му отне доста работа, преди да успее да даде математическото доказателство, което се изплъзваше на Хук, Рен и Халей.

Говори се, че Нютон е изобретил вратата на домашния любимец, но изглежда не е така. Той обаче беше талантлив механичен изобретател, като Хук. Като дете той конструира летящи машини, които носят свещи, като по този начин създава някои ранни епизоди на НЛО плаши . Той също така построи часовник, работещ с водна мощност, и миниатюрна мелница, която мели жито, управлявана от мишка, въртяща колелото.

Много подобно Айнщайн , Тесла , Дарвин , Моцарт, Бил Гейтс и Стийв Джобс , Нютон е постулиран като притежаващ аутистично разстройство на развитието от много хора манивели . В неговия случай диагнозата беше удобно проведена след смъртта, напомняйки как някои секти твърдят, че мъртвите са свои . Психолог Саймън Барон-Коен е единственият полу-сериозен изследовател, който се забавлява с това не съвсем фалшифицирани хипотеза, за която е бил пляскаше от неговите връстници.

Известни цитати

Не определям времето, пространството, мястото и движението, тъй като са добре познати на всички.
Трябва да признаем не повече причини за природните неща, освен тези, които са едновременно верни и достатъчни, за да обяснят тяхната поява.
Престорявам се без хипотези.