Isaac Newton

Sammanfattning

Sir Isaac Newton (25 december 1642 – 20 mars 1727 enligt den julianska kalendern, som gällde i England fram till 1752, eller 4 januari 1643 – 31 mars 1727 enligt den gregorianska kalendern) var en engelsk fysiker, matematiker, mekaniker och astronom, en av grundarna av den klassiska fysiken. Författare till det grundläggande verket ”Mathematical Beginnings of Natural Philosophy” där han fastställde lagen om universell gravitation och tre mekaniska lagar, som blev grunden för den klassiska mekaniken. Han utvecklade differential- och integralkalkyl, färgteori, lade grunden för modern fysisk optik och skapade många andra matematiska och fysikaliska teorier.

Medlem (1672) och ordförande (1703-1727) i Royal Society of London.

De första åren

Isaac Newton föddes i byn Woolsthorpe i Lincolnshire strax före inbördeskriget. Newtons far Isaac Newton (1606-1642), en liten men välmående jordbrukare, fick inte uppleva sin son född. Pojken föddes för tidigt och var sjuklig, så det tog lång tid att döpa honom. Ändå överlevde han, döptes (1 januari) och fick namnet Isaac till minne av sin far. Att han föddes på juldagen ansåg Newton vara ett speciellt tecken. Trots sin dåliga hälsa i barndomen blev han 84 år gammal.

Newton trodde verkligen att hans familj härstammade från skotska adelsmän från 1400-talet, men historiker har upptäckt att hans förfäder 1524 var fattiga bönder. I slutet av 1500-talet hade familjen blivit förmögen och övergick till kategorin yeomen (jordägare). Newtons far ärvde en stor summa på 500 pund och flera hundra tunnland bördig mark med åkrar och skogar.

I januari 1646 gifte sig Newtons mor Anne Ayscough (1623-1679) på nytt. Hon fick tre barn med sin nya man, en 63-årig änkling, och började inte bry sig om Isak. Pojkens beskyddare var hans morbror William Ayscough. Som barn var Newton, enligt hans samtidiga, tyst, tillbakadragen och isolerad, och han tyckte om att läsa och göra tekniska leksaker: ett solur, en vattenklocka, en kvarn, etc. Han kände sig ensam i hela sitt liv.

Styvfadern dog 1653 och en del av arvet gick till Newtons mor och registrerades omedelbart av henne till Isaac. Mamman återvände hem, men hennes huvudfokus låg på de tre yngsta barnen och det omfattande hushållet; Isak var fortfarande lämnad för sig själv.

År 1655 skickades den 12-årige Newton till en närliggande skola i Grantham, där han bodde i apotekaren Clarks hus. Pojken visade snart enastående förmåga, men 1659 återlämnade hans mor Anne honom till godset och försökte anförtro den 16-årige sonen en del av hushållets ledning. Försöket misslyckades – Isaac föredrog att läsa böcker, skriva poesi och framför allt att konstruera olika mekanismer framför alla andra aktiviteter. Vid den här tiden kontaktades Anna av Stokes, Newtons lärare, och började övertala henne att fortsätta undervisa sin ovanligt begåvade son; till denna begäran anslöt sig farbror William och en bekant till Isaac från Grantham (en släkting till kemisten Clark) Humphrey Babington, en medlem av Trinity College i Cambridge. Med en gemensam ansträngning fick de till slut sin vilja igenom. År 1661 tog Newton examen från skolan och fortsatte sin utbildning vid Cambridge University.

Trinity College (1661-1664)

I juni 1661 anlände den 18-årige Newton till Cambridge. Enligt stadgarna fick han göra ett prov i latin, varefter han fick veta att han hade antagits till Trinity College (Holy Trinity College) vid universitetet i Cambridge. Mer än 30 år av Newtons liv är förknippade med denna institution.

Högskolan, liksom resten av universitetet, genomgick svåra tider. Monarkin hade just återupprättats i England (1660), kung Karl II försenade ofta betalningarna till universitetet och avskedade de flesta av de lärare som utsetts under revolutionen. Totalt bodde 400 personer på Trinity College, däribland studenter, tjänstefolk och 20 fattiga som enligt stadgan skulle få allmosor. Utbildningsprocessen var i ett bedrövligt tillstånd.

Newton skrevs in som en ”sizar”-student, som inte fick betala studieavgifter (förmodligen på Babingtons inrådan). Enligt den tidens normer var en sizer tvungen att betala för sina studier genom olika arbeten vid universitetet eller genom att utföra tjänster åt rikare studenter. Det finns få dokument eller minnen från denna period av hans liv kvar. Under dessa år tog Newtons karaktär slutligen form – en önskan att gå till botten med saker och ting, intolerans mot bedrägeri, förtal och förtryck och likgiltighet inför offentlig berömmelse. Han hade fortfarande inga vänner.

I april 1664 blev Newton, efter att ha klarat sina examina, befordrad till en högre kategori av äldre studenter (scholars), vilket gav honom rätt till ett stipendium och till att fortsätta sina studier vid college.

Trots Galileos upptäckter undervisades vetenskap och filosofi i Cambridge fortfarande enligt Aristoteles. I Newtons bevarade anteckningsböcker nämns dock redan Galileo, Kopernikus, Cartesianism, Kepler och Gassendis atomistiska teori. Att döma av dessa anteckningsböcker fortsatte han att tillverka (främst vetenskapliga instrument) och brann för optik, astronomi, matematik, fonetik och musikteori. Enligt hans rumskamrats minnen ägnade Newton sig helhjärtat åt sina studier och glömde mat och sömn; det var troligen, trots svårigheterna, den livsstil han själv önskade.

År 1664 var också rikt på andra händelser i Newtons liv. Newton upplevde en kreativ omvälvning, började sin egen vetenskapliga verksamhet och sammanställde en omfattande lista (45 punkter) över olösta problem i naturen och i människans liv (Questiones quaedam philosophicae). Senare dök liknande listor upp mer än en gång i hans arbetsböcker. I mars samma år började en ny föreläsare, den 34-årige Isaac Barrow, en stor matematiker, Newtons framtida vän och lärare, att föreläsa på den nyinrättade (1663) matematiska institutionen vid högskolan. Newtons intresse för matematik ökade dramatiskt. Han gjorde sin första stora matematiska upptäckt: binomialexpansionen för alla rationella exponenter (även negativa), och genom den kom han fram till sin viktigaste matematiska metod – expansionen av en funktion i en oändlig serie. I slutet av året blev Newton student.

Newtons vetenskapliga grund och inspiration för sitt arbete påverkades mest av fysikerna Galileo, Descartes och Kepler. Newton kompletterade deras skrifter genom att kombinera dem till ett universellt system för världen. Andra matematiker och fysiker hade ett mindre men betydande inflytande: Euklid, Fermat, Huygens, Wallis och hans närmaste lärare Barrow. I Newtons anteckningsbok finns en programmatisk fras:

Det kan inte finnas någon annan suverän inom filosofin än sanningen … Vi borde sätta upp monument av guld för Kepler, Galileo och Descartes och skriva på var och en av dem: ”Platon är en vän, Aristoteles är en vän, men den främsta vännen är sanningen”.

”Peståren (1665-1667)

På julafton 1664 började röda kors dyka upp på husen i London – de första tecknen på den stora pesten. På sommaren hade den dödliga epidemin utvidgats avsevärt. Den 8 augusti 1665 avbröts undervisningen vid Trinity College och personalen upplöstes tills epidemin var över. Newton åkte hem till Woolsthorpe och tog med sig de viktigaste böckerna, anteckningsböckerna och instrumenten.

Det var katastrofala år för England – en förödande pest (en femtedel av befolkningen dog bara i London), ett förödande krig med Holland och den stora branden i London. Men en stor del av Newtons vetenskapliga upptäckter gjordes i avskildhet under ”peståren”. Av de anteckningar som finns kvar är det tydligt att den 23-årige Newton redan behärskade de grundläggande metoderna för differential- och integralkalkalkylering, inklusive expansionen av funktioner i serier och det som senare kallades Newton-Leibniz-formeln. Han utförde ett antal smarta optiska experiment och bevisade att vit färg är en blandning av spektrumets färger. Newton mindes senare dessa år:

I början av 1665 fann jag metoden för approximativa serier och regeln för omvandling av varje potens av ett polynom till en sådan serie … i november fick jag den direkta metoden för fluktuationer; i januari följande år fick jag teorin om färger och i maj började jag med den omvända metoden för fluktuationer … Vid den här tiden befann jag mig i min ungdoms bästa period och var mer intresserad av matematik och filosofi än vid någon annan tidpunkt senare.

Men hans viktigaste upptäckt under dessa år var lagen om universell gravitation. Senare, 1686, skrev Newton till Halley:

I dokument som skrevs för mer än 15 år sedan (jag kan inte ange ett exakt datum, men det var i alla fall innan jag inledde min korrespondens med Oldenburg) uttryckte jag den omvända kvadratiska proportionaliteten av planeternas gravitation mot solen som en funktion av avståndet och beräknade det korrekta förhållandet mellan jordens gravitation och månens conatus recedendi i förhållande till jordens centrum, även om det inte var helt exakt.

Den felaktighet som Newton nämnde berodde på att Newton hämtade jordens dimensioner och värdet på gravitationsaccelerationen från Galileos Mechanica, där de angavs med en betydande felmarginal. Senare fick Newton tillgång till Picards mer exakta data och blev slutligen övertygad om sanningen i sin teori.

Det är en välkänd legend att Newton upptäckte gravitationslagen genom att observera ett äpple som föll från en trädgren. Newtons äpple skymtade först William Stukeley, Newtons biograf (Memoirs of Newton”s Life, 1752):

Efter lunchen var det varmt och vi gick ut i fruktträdgården och drack te i äppelträdens skugga. Han berättade för mig att tanken på gravitation hade slagit honom när han satt under ett träd på exakt samma sätt. Han var på ett eftertänksamt humör när ett äpple plötsligt föll från en gren. ”Varför faller äpplen alltid vinkelrätt mot marken?” – tänkte han.

Voltaire gjorde legenden populär. Som framgår av Newtons arbetsböcker utvecklades hans teori om universell gravitation gradvis. En annan biograf, Henry Pemberton, citerar Newtons resonemang (utan att nämna äpplet) mer detaljerat: ”Genom att jämföra perioderna för flera planeter och deras avstånd från solen fann han att … denna kraft måste minska i kvadratisk proportion med ökande avstånd”. Newton upptäckte med andra ord att Keplers tredje lag, som relaterar planeternas banperioder till deras avstånd från solen, ger upphov till den ”omvända kvadratformeln” för gravitationslagen (i den cirkulära banans approximation). Den slutliga formuleringen av gravitationslagen, som finns med i läroböckerna, skrevs av Newton senare, efter att han hade förstått mekanikens lagar.

Dessa upptäckter, och många av de senare, publicerades 20-40 år senare än de gjordes. Newton var inte ute efter berömmelse. År 1670 skrev han till John Collins: ”Jag ser inget önskvärt i berömmelse, även om jag kunde förtjäna den. Det skulle kanske öka antalet bekanta, men det är just det jag helst vill undvika.” Hans första vetenskapliga arbete hittades först 300 år senare.

Början av vetenskaplig berömmelse (1667-1684)

I mars och juni 1666 besökte Newton Cambridge. På sommaren tvingade dock en ny våg av pest honom att åka hem igen. I början av 1667 avtog epidemin och i april återvände Newton till Cambridge. Den 1 oktober valdes han till medlem av Trinity College och 1668 blev han master. Han tilldelades ett rymligt separat rum som bostad, fick en lön (2 pund per år) och överfördes till en grupp elever med vilka han tillbringade flera timmar i veckan med att flitigt ägna sig åt vanliga akademiska ämnen. Men varken då eller senare blev Newton berömd som lärare; hans föreläsningar var dåligt besökt.

Efter att ha stärkt sin ställning reste Newton till London, där Royal Society of London hade bildats kort dessförinnan, 1660, en auktoritativ organisation av framstående vetenskapsmän, en av de första vetenskapsakademierna. Royal Societys pressorgan var tidskriften Philosophical Transactions.

År 1669 började matematiska artiklar som använde sig av dekompositioner i oändliga serier dyka upp i Europa. Även om dessa upptäckter inte var lika djupgående som Newtons, insisterade Barrow på att hans elev skulle få en prioriterad plats i denna fråga. Newton skrev en kort men ganska komplett sammanfattning av denna del av sina upptäckter, som han kallade analys med hjälp av ekvationer med ett oändligt antal termer. Barrow vidarebefordrade denna avhandling till London. Newton bad Barrow att inte avslöja namnet på författaren till verket (men han lät det glida ut). ”Analysis” spreds bland specialister och fick en viss berömmelse i England och andra länder.

Samma år tackade Barrow ja till kungens inbjudan att bli hovkapellmästare och tog avsked från sin lärarroll. Den 29 oktober 1669 utsågs den 26-årige Newton till hans efterträdare som ”Lucas Professor” i matematik och optik vid Trinity College. I denna position fick Newton en lön på 100 pund per år, exklusive andra bonusar och stipendier från Trinity. Den nya tjänsten gav Newton också mer tid för sin egen forskning. Barrow lämnade Newton ett omfattande alkemiskt laboratorium; under denna period blev Newton allvarligt intresserad av alkemi och utförde många kemiska experiment.

Samtidigt fortsatte Newton sina experiment inom optik och färglära. Newton undersökte sfärisk och kromatisk aberration. För att minimera dem byggde han ett blandat reflektorteleskop: en lins och en konkav sfärisk spegel, som han tillverkade och polerade själv. James Gregory (1663) föreslog först ett sådant teleskop, men idén förverkligades aldrig. Newtons första konstruktion (1668) misslyckades, men nästa, med en mer noggrant polerad spegel, gav trots sin ringa storlek en 40x förstoring av utmärkt kvalitet.

Ryktet om det nya instrumentet nådde snabbt London och Newton bjöds in för att visa upp sin uppfinning för det vetenskapliga samfundet. I slutet av 1671 eller början av 1672 demonstrerades reflektorn för kungen och sedan för Royal Society. Apparaten fick allmänt erkännande. Det är troligt att den praktiska betydelsen av uppfinningen också spelade en roll: astronomiska observationer användes för att bestämma den exakta tiden, vilket var nödvändigt för navigering till sjöss. Newton blev berömd och i januari 1672 valdes han in i Royal Society. Senare blev förbättrade reflektorer astronomernas viktigaste verktyg och användes för att upptäcka planeten Uranus, andra galaxer och rödförskjutningen.

Till en början uppskattade Newton gemenskapen med kollegerna i Royal Society, där förutom Barrow även James Gregory, John Wallis, Robert Hooke, Robert Boyle, Christopher Wren och andra välkända personer inom den engelska vetenskapen var medlemmar. Men snart uppstod tröttsamma konflikter som Newton inte gillade särskilt mycket. Särskilt var det en våldsam kontrovers om ljusets natur. Det började med att Newton i februari 1672 i Philosophical Transactions publicerade en detaljerad beskrivning av sina klassiska experiment med prismor och sin färglära. Hooke, som tidigare hade publicerat en egen teori, hävdade att han inte var övertygad av Newtons resultat och fick stöd av Huygens med motiveringen att Newtons teori ”motsade den konventionella visdomen”. Newton svarade inte på deras kritik förrän sex månader senare, men då hade antalet kritiker ökat betydligt.

Lavinen av inkompetenta attacker irriterade och deprimerade Newton. Newton bad sekreteraren i Oldenburgsällskapet att inte skicka fler kritiska brev till honom och gav ett löfte för framtiden: att inte blanda sig i vetenskapliga dispyter. I breven klagade han över att han stod inför ett val: antingen skulle han inte publicera sina upptäckter eller så skulle han ägna all sin tid och energi åt att avvärja ovänlig kritik från lekmän. Till slut valde han det första alternativet och lämnade in sin avskedsansökan från Royal Society (8 mars 1673). Oldenburg övertalade honom inte utan svårighet att stanna kvar, men den vetenskapliga kontakten med samfundet var länge begränsad till ett minimum.

År 1673 ägde två viktiga händelser rum. För det första: genom ett kungligt dekret återvände Newtons gamle vän och beskyddare Isaac Barrow till Trinity, nu som chef (”master”) för kollegiet. För det andra: Leibniz, som vid den tiden var känd som filosof och uppfinnare, blev intresserad av Newtons matematiska upptäckter. Efter att ha fått Newtons arbete om oändliga serier från 1669 och studerat det ingående fortsatte han att utveckla sin egen version av analysen. År 1676 utbytte Newton och Leibniz brev där Newton förklarade ett antal av sina metoder, svarade på Leibniz” frågor och antydde att det fanns ännu mer allmänna metoder som ännu inte hade publicerats (dvs. allmän differential- och integralkalkyl). Royal Societys sekreterare Henry Oldenburg pressade Newton att publicera sina matematiska upptäckter om analys i England, men Newton svarade att han hade arbetat med ett annat ämne i fem år och att han inte ville bli distraherad. Newton svarade inte på Leibniz nästa brev. Den första korta publikationen om Newtons version av analysen publicerades inte förrän 1693, när Leibniz version redan hade fått stor spridning i Europa.

Slutet av 1670-talet var sorgligt för Newton. I maj 1677 dog Barrow, 47 år gammal, oväntat. Vintern samma år utbröt en stor brand i Newtons hus och en del av Newtons manuskriptarkiv brann ner. I september 1677 dog Oldenburg, Newtons favorit som sekreterare i Royal Society, och Hooke, som behandlade Newton illa, blev ny sekreterare. År 1679 blev Annas mor allvarligt sjuk. Newton lämnade allt för att ta hand om henne och deltog aktivt i hennes vård, men hennes mors tillstånd försämrades snabbt och hon dog. Mamma och Barrow var bland de få personer som förgyllde Newtons ensamhet.

”Naturfilosofins matematiska begynnelse (1684-1686)

Historien om detta arbete, som är ett av de mest kända i vetenskapshistorien, började 1682, när Halleys komet passerade, vilket väckte ett stort intresse för himmelsmekanik. Edmond Halley försökte övertala Newton att publicera sin ”allmänna rörelseteori”, som det länge hade ryktats om i forskarvärlden. Newton ville inte bli inblandad i nya vetenskapliga dispyter och käbbel och vägrade.

I augusti 1684 kom Halley till Cambridge och berättade för Newton att han, Wren och Hooke diskuterade hur man skulle kunna härleda ellipticiteten hos planeternas banor från formeln för gravitationslagen, men att de inte visste hur de skulle närma sig lösningen. Newton sa att han redan hade ett sådant prov och i november skickade han det färdiga manuskriptet till Halley. Han insåg genast värdet av resultatet och metoden, besökte Newton igen och lyckades denna gång övertala honom att publicera sina resultat. Den 10 december 1684 fanns en historisk notering i Royal Society”s protokoll:

Halley … träffade nyligen Newton i Cambridge och han visade honom en intressant avhandling ”De motu”. I enlighet med Halleys önskemål lovade Newton att skicka avhandlingen till samfundet.

Arbetet med boken pågick från 1684 till 1686. Enligt Humphrey Newton, en släkting till vetenskapsmannen och hans assistent under dessa år, skrev Newton till en början ”Elementen” mellan de alkemiska experiment som han ägnade mest uppmärksamhet åt, men sedan blev han gradvis fascinerad och ägnade sig med entusiasm åt arbetet med sitt livs viktigaste bok.

Publiceringen skulle ha finansierats av Royal Society, men i början av 1686 publicerade Society en avhandling om fiskarnas historia som inte var efterfrågad, vilket tömde dess budget. Halley meddelade sedan att han skulle stå för kostnaderna för att publicera den. Sällskapet tog tacksamt emot detta generösa erbjudande och gav Halley 50 exemplar av avhandlingen om fiskarnas historia gratis som en del av kompensationen.

Newtons arbete – kanske i analogi med Descartes” Beginnings of Philosophy (1644) eller, enligt vissa vetenskapshistoriker, som en utmaning till cartesianerna – kallades Mathematical Beginnings of Natural Philosophy (latin Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), det vill säga, på modernt språk, Mathematical Foundations of Physics (matematiska grunder för fysiken).

Den 28 april 1686 presenterades den första volymen av Mathematical Beginnings för Royal Society. Alla tre volymerna publicerades 1687, efter att författaren hade redigerat dem. Upplagan (cirka 300 exemplar) var slut på fyra år – mycket snabbt för den tiden.

Både fysiskt och matematiskt är Newtons arbete kvalitativt överlägset alla hans föregångare. Den saknar aristotelisk eller kartesisk metafysik, med dess vaga resonemang och vagt formulerade, ofta långsökta ”grundorsaker” till naturfenomen. Newton, till exempel, förkunnar inte att gravitationslagen fungerar i naturen, utan bevisar detta faktum med hjälp av det observerade rörelsemönstret hos planeterna och deras satelliter. Newtons metod är att skapa en modell av fenomenet ”utan att uppfinna hypoteser” och sedan, om uppgifterna är tillräckliga, söka efter orsakerna till fenomenet. Detta synsätt, som inleddes av Galileo, innebar slutet för den gamla fysiken. Den kvalitativa beskrivningen av naturen har fått ge vika för den kvantitativa – beräkningar, ritningar och tabeller upptar en stor del av boken.

I sin bok definierade Newton tydligt de grundläggande begreppen inom mekaniken och introducerade flera nya begrepp, inklusive viktiga fysiska storheter som massa, yttre kraft och rörelsekvantitet. De tre mekaniska lagarna formulerades. En rigorös härledning av alla tre Keplers gravitationslagar ges. Observera att hyperboliska och paraboliska banor för himlakroppar som Kepler inte kände till också beskrevs. Newton diskuterar inte direkt sanningen i det kopernikanska heliocentriska systemet, men antyder den; han uppskattar till och med solens avvikelse från solsystemets masscentrum. Med andra ord vilar inte solen i Newtons system, till skillnad från Keplers, utan lyder under de allmänna rörelselagarna. I det allmänna systemet ingår också kometer, vars banor var mycket kontroversiella på den tiden.

En svaghet i Newtons gravitationsteori var enligt många av tidens vetenskapsmän att det saknades en förklaring till denna krafts natur. Newton lade endast fram den matematiska apparaten och lät frågorna om gravitationens orsak och dess materiella medium vara öppna. För ett vetenskapligt samfund som hade vuxit upp med Descartes filosofi var detta ett obekant och utmanande tillvägagångssätt, och det var först den himmelska mekanikens triumfatoriska framgångar på 1700-talet som tvingade fysikerna att tillfälligt acceptera Newtons teori. Gravitationens fysiska grund blev klar först mer än två århundraden senare, när den allmänna relativitetsteorin kom till stånd.

Den matematiska apparaten och bokens allmänna struktur konstruerades av Newton så nära som möjligt den standard för vetenskaplig noggrannhet som hans samtida erkände – Euklids Elementar. Han undvek medvetet att använda matematisk analys nästan överallt – användningen av nya, obekanta metoder skulle ha äventyrat resultatens trovärdighet. Denna försiktighet har dock för senare generationer av läsare nedvärderat Newtons presentationsmetod. Newtons bok var det första verket om den nya fysiken och samtidigt ett av de sista seriösa arbetena som använde de gamla matematiska undersökningsmetoderna. Alla Newtons anhängare använde redan de kraftfulla metoder för matematisk analys som han hade skapat. D”Alambert, Euler, Laplace, Clero och Lagrange var de största direkta efterföljarna till Newtons arbete.

Boken publicerades tre gånger under författarens livstid, och varje nyutgåva innehöll betydande tillägg och korrigeringar av författaren.

Administration (1687-1703)

År 1687 präglades inte bara av publiceringen av den stora boken, utan också av Newtons konflikt med kung Jakob II. I februari beordrade kungen, i ett konsekvent försök att återupprätta katolicismen i England, universitetet i Cambridge att ge en katolsk munk, Alban Francis, en magisterexamen. Universitetsmyndigheterna tvekade, eftersom de varken ville bryta mot lagen eller irritera kungen.Snart kallades en delegation av forskare, däribland Newton, för att tillrättavisa Lord High Justice George Jeffreys, som var känd för sin ohövlighet och grymhet. Newton motsatte sig alla kompromisser som inkräktade på universitetens autonomi och övertalade delegationen att inta ett principiellt ställningstagande. Så småningom avskedades universitetets rektor, men kungens önskan uppfylldes aldrig. I ett av sina brev från dessa år redogör Newton för sina politiska principer:

Varje hederlig människa är enligt Guds och människans lagar skyldig att lyda kungens lagliga order. Men om Hans Majestät får rådet att kräva något som inte kan göras enligt lag, bör ingen lida skada om han försummar ett sådant krav.

År 1689, efter att kung Jakob II hade störtats, valdes Newton för första gången in i parlamentet från universitetet i Cambridge och satt där i drygt ett år. Han var återigen parlamentsledamot 1701-1702. Det finns en populär anekdot om att han bara tog ordet i underhuset en gång, då han bad om att få stänga ett fönster för att undvika drag. Newton utförde faktiskt sina parlamentariska uppgifter med samma integritet som han behandlade alla sina ärenden med.

Runt 1691 blev Newton allvarligt sjuk (troligen förgiftad under kemiska experiment, men andra versioner inkluderar överarbete, chock efter en brand som ledde till att viktiga resultat gick förlorade och åldersrelaterade sjukdomar). Släktingar fruktade för hans sinnestillstånd; flera av hans kvarvarande brev från denna period visar tecken på psykisk störning. Det var inte förrän i slutet av 1693 som Newtons hälsa återhämtade sig helt och hållet.

År 1679 träffade Newton Charles Montague (1661-1715), en 18-årig aristokrat som älskade vetenskap och alkemi, på Trinity. Newton gjorde förmodligen ett starkt intryck på Montague, för 1696, när han hade blivit lord Halifax, ordförande för Royal Society och finansminister (dvs. Englands finansminister), föreslog Montague att kungen skulle utnämna Newton till intendent för myntverket. Kungen gav sitt samtycke, och 1696 tog Newton emot tjänsten, lämnade Cambridge och flyttade till London.

Till att börja med gjorde Newton en grundlig studie av myntningstekniken, satte ordning på pappersarbetet och omarbetade bokföringen för de senaste 30 åren. Samtidigt främjade Newton energiskt och sakkunnigt Montagues pågående monetära reform och återupprättade förtroendet för det engelska monetära systemet, som hans föregångare hade försummat. I England användes under dessa år nästan uteslutande ofullständiga, och i inte obetydlig mängd och falska mynt. Det var vanligt att silvermynt skildes från sina kanter, och nypräglade mynt försvann så fort de kom i omlopp eftersom de smältes i stor skala, exporterades utomlands och gömdes i kistor. Montague drog då slutsatsen att situationen endast kunde förändras genom att återcirkulera alla mynt som var i omlopp i England och genom att förbjuda cirkulationen av klippta mynt, vilket krävde en drastisk ökning av produktiviteten hos Royal Mint. Detta krävde en kompetent administratör, och det var just den mannen som Newton tog över som myntverkets förvaltare i mars 1696.

Tack vare Newtons energiska insatser under 1696 upprättades ett nätverk av myntverkets filialer i städer över hela England, särskilt i Chester, där Newton satte sin vän Halley som chef för filialen, vilket ökade produktionen av silvermynt med en faktor 8. Newton införde användningen av inskriven sand i myntningstekniken, varefter kriminell slipning av metallen blev praktiskt taget omöjlig. De gamla, defekta silvermynten drogs helt ur cirkulation och präglades på nytt inom två år, produktionen av nya mynt ökade för att hålla jämna steg med efterfrågan och deras kvalitet förbättrades. Under liknande reformer var man tvungen att byta ut de gamla pengarna mot vikt, varefter kontantmängden skulle minska både hos privatpersoner (privatpersoner och juridiska personer) och i hela landet, men ränte- och kreditskulderna skulle förbli desamma, vilket ledde till att ekonomin stagnerade. Newton föreslog att pengar skulle växlas till nominellt värde, vilket förhindrade dessa problem, och de oundvikliga bristerna kompenserades genom att man lånade från andra länder (främst från Nederländerna). Inflationen sjönk, men statens utlandsskuld ökade till en nivå som aldrig tidigare skådats i Englands historia vid mitten av århundradet. Men under denna tid skedde en betydande ekonomisk tillväxt, vilket ledde till en ökning av skattebetalningarna till statskassan (lika stora som i Frankrike, trots att Frankrike hade 2,5 gånger så många invånare), vilket ledde till att statsskulden successivt betalades tillbaka.

År 1699 slutfördes ommyntningen av mynt, och tydligen som en belöning för sina tjänster utsågs Newton samma år till chef (”master”) för myntverket. Att ha en ärlig och kompetent man i spetsen för myntverket passade dock inte alla. Klagomål och fördömanden strömmade in mot Newton redan från de första dagarna; verifieringskommissioner dök ständigt upp. Det visade sig att många av fördömandena kom från förfalskare som var irriterade över Newtons reformer. Newton var generellt sett likgiltig för förtal, men han förlät aldrig om det påverkade hans heder och rykte. Han var personligen involverad i dussintals utredningar och över 100 förfalskare spårades upp och dömdes; i avsaknad av försvårande omständigheter förvisades de oftast till de nordamerikanska kolonierna, men flera ledare avrättades. Antalet falska mynt i England minskade avsevärt. Montague berömde i sina memoarer Newtons utomordentliga administrativa färdigheter som gjorde att reformen blev framgångsrik. De reformer som läraren genomförde förhindrade alltså inte bara en ekonomisk kris, utan ledde årtionden senare till en betydande ökning av landets rikedomar.

I april 1698 besökte den ryske tsaren Peter I myntverket tre gånger som en del av den ”stora ambassaden”. Tyvärr har inga detaljer om hans besök och kommunikation med Newton bevarats. Det är dock känt att Ryssland år 1700 genomförde en myntreform som liknade den engelska. År 1713 skickade Newton de sex första tryckta exemplaren av den andra upplagan av Elementarerna till tsar Peter i Ryssland.

Symbolen för Newtons vetenskapliga triumf blev två händelser år 1699: han började undervisa i Newtons världssystem i Cambridge (från 1704 – och Oxford), och vetenskapsakademin i Paris, som var ett bålverk för hans motståndare kartesianerna, valde honom till utländsk ledamot. Under hela denna tid var Newton fortfarande medlem och professor vid Trinity College, men i december 1701 sade han officiellt upp sig från alla sina poster i Cambridge.

År 1703 dog Royal Societys ordförande, Lord John Somers, som bara hade deltagit två gånger under sitt femåriga ordförandeskap. I november valdes Newton till hans efterträdare och ledde samfundet under resten av sitt liv – mer än tjugo år. Till skillnad från sina föregångare deltog han personligen i alla möten och gjorde sitt bästa för att se till att British Royal Society fick en hedersplats i den vetenskapliga världen. Sällskapet fick fler medlemmar (bland dem fanns förutom Halley Denis Papin, Abraham de Moivre, Roger Cotes och Brooke Taylor), intressanta experiment genomfördes och diskuterades, kvaliteten på tidskriftsartiklarna förbättrades avsevärt och de ekonomiska problemen lindrades. Föreningen skaffade sig avlönade sekreterare och en egen bostad (på Fleet Street); Newton betalade kostnaderna för flytten ur egen ficka. Under dessa år bjöds Newton ofta in som konsult till olika regeringskommissioner, och prinsessan Caroline, Storbritanniens framtida drottning (Georg II:s hustru), tillbringade timmar med honom i palatset i samtal om filosofiska och religiösa ämnen.

Senaste åren

År 1704 publicerade han (för första gången på engelska) en monografi, Optics, som definierade utvecklingen av denna vetenskap fram till början av 1800-talet. Den innehöll en bilaga, On the Quadrature of Curves, den första och ganska fullständiga framställningen av Newtons version av matematisk analys. Det är faktiskt Newtons sista naturvetenskapliga verk, trots att han levde i mer än 20 år. Katalogen till det bibliotek han lämnade efter sig innehöll främst böcker om historia och teologi, och det var dessa som Newton ägnade resten av sitt liv åt. Newton förblev förvaltare av myntverket, eftersom denna post, till skillnad från uppsyningsmannens, inte krävde att han var särskilt aktiv. Två gånger i veckan reste han till myntverket och en gång i veckan till ett möte med Royal Society. Newton reste aldrig utanför England.

År 1705 utsåg drottning Anne Newton till riddare. Han var numera Sir Isaac Newton. Det var första gången i den engelska historien som riddartiteln gavs för vetenskapliga meriter; nästa gång det hände var mer än ett sekel senare (1819, i samband med Humphrey Davy). Vissa biografer anser dock att drottningen inte motiverades av vetenskap utan av politik. Newton skaffade sig ett eget vapen och en inte särskilt tillförlitlig stamtavla.

År 1707 publicerade Newton en samling föreläsningar om algebra med titeln Universal Arithmetic. De numeriska metoderna som den innehöll markerade födelsen av en lovande ny disciplin, numerisk analys.

År 1708 inleddes en öppen prioriteringstvist med Leibniz (se nedan), i vilken även kungligheter var inblandade. Denna fejd mellan de två genierna kostade vetenskapen dyrt – den engelska matematiska skolan minskade snart i aktivitet under ett århundrade, medan den europeiska skolan ignorerade många av Newtons framstående idéer och återupptäckte dem först mycket senare. Konflikten var inte avslutad ens vid Leibniz” död (1716).

Den första upplagan av Newtons Elementar var sedan länge slutsåld. Newtons mångåriga arbete med att förbereda den andra upplagan, med förtydliganden och kompletteringar, kröntes med framgång 1710, när den första volymen av den nya upplagan kom ut (den sista, tredje – 1713). Den första upplagan (700 exemplar) var uppenbarligen otillräcklig, och ytterligare exemplar trycktes 1714 och 1723. När han slutförde den andra volymen var Newton undantagsvis tvungen att återvända till fysiken för att förklara diskrepansen mellan teorin och de experimentella uppgifterna, och han gjorde genast en viktig upptäckt – den hydrodynamiska sammandragningen av en jetstråle. Teorin stämde nu väl överens med experimentet. Newton lade till en ”Förmaning” i slutet av boken med en förödande kritik av ”virvelteorin” med vilken hans cartesianska motståndare försökte förklara planeternas rörelse. På den naturliga frågan ”hur är det egentligen?” svarar boken med det berömda och ärliga svaret: ”Orsaken… till gravitationens egenskaper har jag ännu inte kunnat härleda från fenomenen; jag ställer inga hypoteser”.

I april 1714 sammanfattade Newton sina erfarenheter av finansiell reglering och överlämnade sin artikel ”Observations on the Value of Gold and Silver” till finansministeriet. Artikeln innehöll konkreta förslag till justering av värdet på ädelmetaller. Dessa förslag accepterades delvis och hade en positiv inverkan på den engelska ekonomin.

Strax före sin död var Newton ett av offren för en stor, statligt stödd ekonomisk bluff av South Seas Trading Company. Han köpte bolagets värdepapper för en stor summa och insisterade på att de skulle köpas av Royal Society. Den 24 september 1720 förklarade sig bolagets bank i konkurs. Hans brorsdotter Catherine minns i sina anteckningar att Newton förlorade över 20 000 pund, varefter han sa att han kunde beräkna himlakropparnas rörelser men inte folkmassornas galenskap. Många biografer anser dock att Katarina inte syftade på en faktisk förlust utan på att hon inte lyckades göra den förväntade vinsten. När företaget gick i konkurs erbjöd Newton att ersätta Royal Society ur egen ficka, men hans erbjudande avslogs.

Newton ägnade de sista åren av sitt liv åt att skriva The Chronology of the Ancient Kingdoms, som han tillbringade cirka 40 år med att förbereda den tredje upplagan av Beginnings, som kom ut 1726. Till skillnad från den andra upplagan var ändringarna i den tredje upplagan små – huvudsakligen resultaten av nya astronomiska observationer, inklusive en ganska omfattande guide till de kometer som observerats sedan 1300-talet. Bland annat presenterades den beräknade banan för Halleys komet, vars nya utseende vid den tiden (1758) tydligt bekräftade de teoretiska beräkningar som Newton och Halley (som vid den tiden redan hade avlidit) hade gjort. Upplagan av boken kan anses vara enorm för en vetenskaplig publikation på den tiden: 1 250 exemplar.

År 1725 började Newtons hälsa försämras märkbart och han flyttade till Kensington i närheten av London, där han dog i sömnen på natten den 20 (31) mars 1727.Han lämnade inget skriftligt testamente, men en stor del av sin stora förmögenhet gick till hans närmaste släktingar strax före sin död. Han är begravd i Westminster Abbey. Fernando Savater beskriver enligt Voltaires brev Newtons begravning på följande sätt:

Hela London deltog. Först visades kroppen offentligt i en överdådig likbil som flankerades av enorma lampor, sedan fördes den till Westminster Abbey, där Newton begravdes bland kungar och framstående statsmän. I spetsen för begravningsprocessionen stod lordkanslern, följd av alla kungliga ministrar.

Karaktärsdrag

Det är svårt att göra ett psykologiskt porträtt av Newton, eftersom även hans sympatisörer ofta tillskriver Newton olika egenskaper. Man måste ta hänsyn till Newtons kult i England, som tvingade författarna till memoarer att förse den store vetenskapsmannen med alla tänkbara dygder, utan att ta hänsyn till de verkliga motsättningarna i hans natur. Mot slutet av sitt liv utvecklade Newtons karaktär dessutom drag som godmodighet, nedlåtande och sällskaplighet som tidigare inte varit kännetecknande för honom.

Newton var kort, kraftig och hade vågigt hår. Han var nästan aldrig sjuk, behöll sitt tjocka hår (som redan var ganska grått vid 40 års ålder) och alla sina tänder utom en fram till sin ålderdom. Han använde aldrig (enligt andra rapporter nästan aldrig) glasögon, även om han var något närsynt. Han skrattade nästan aldrig eller var irriterad, det finns inga uppgifter om att han skämtade eller på annat sätt visade humor. Han var försiktig och sparsam med pengar, men inte snål. Han var aldrig gift. Vanligtvis var han djupt koncentrerad, vilket ofta gjorde honom frånvarande: en gång när han bjöd in gäster gick han till exempel till skafferiet för att hämta vin, men sedan slog honom en vetenskaplig idé och han skyndade sig till sitt arbetsrum. Han var likgiltig för sport, musik, konst, teater och resor. Hans assistent minns: ”Han tillät sig inte någon vila eller uppehåll … han ansåg att han förlorade varje timme som inte ägnades åt sysselsättning … Jag tror att han var ledsen över att behöva lägga tid på mat och sömn. Trots allt detta lyckades Newton kombinera praktiskhet och sunt förnuft, vilket framgår av hans framgångsrika förvaltning av myntverket och Royal Society.

Newton växte upp i den puritanska traditionen och satte upp en rad strikta principer och självbegränsningar för sig själv. Och han var inte benägen att förlåta andra vad han inte skulle ha förlåtit sig själv; detta var roten till många av hans konflikter (se nedan). Han var varm mot släktingar och många kollegor, men hade inga nära vänner, sökte inte sällskap av andra, höll sig undan. Newton var dock inte okänslig eller likgiltig för andras situation. När hans halvsyster Anne dog och barnen stod utan möjlighet att försörja sig, utsåg Newton en förmån för minderåriga barn, och senare tog dottern Anne, Catherine, över uppfostran. Han hjälpte också regelbundet andra släktingar. ”Han var sparsam och försiktig, men han var samtidigt mycket fri med pengar och var alltid redo att hjälpa en vän i nöd utan att vara påträngande. Han var särskilt generös mot ungdomar. Många kända engelska vetenskapsmän – Stirling, McLaren, astronomen James Pound och andra – minns med djup tacksamhet den hjälp som Newton gav dem i början av deras vetenskapliga karriär.

Konflikter

År 1675 skickade Newton sin avhandling med nya undersökningar och spekulationer om ljusets natur till Society. Robert Hooke förklarade vid mötet att allt av värde i avhandlingen redan fanns i Hookes tidigare publicerade bok Micrography. I privata samtal anklagade han Newton för plagiat: ”Jag har visat att Newton har använt mina hypoteser om impulser och vågor” (ur Hookes dagbok). Hooke ifrågasatte prioriteringen av alla Newtons upptäckter inom optiken, utom de upptäckter som han inte höll med om. Oldenburg informerade omedelbart Newton om dessa anklagelser, som denne betraktade som insinuationer. Den här gången kunde konflikten lösas, och vetenskapsmännen utbytte brev om förlikning (1676). Från det ögonblicket och fram till Hookes död (1703) publicerade Newton dock inget arbete om optik, trots att han hade samlat på sig en enorm mängd material som han systematiserade i sin klassiska monografi Optik (1704).

En annan prioriterad kontrovers var upptäckten av gravitationslagen. Redan 1666 drog Hooke slutsatsen att planeternas rörelse är en överlagring av en fallande rörelse mot solen på grund av solens gravitationskraft och en tröghetsrörelse som tangerar planetens bana. Han anser att denna överlagring av rörelser är orsaken till den elliptiska formen på planetens bana runt solen. Han kunde dock inte bevisa det matematiskt och skickade ett brev till Newton 1679 där han erbjöd sig att samarbeta för att lösa problemet. Brevet antyder också att dragningskraften mot solen minskar omvänt proportionellt med kvadraten på avståndet. Newton svarade att han tidigare hade behandlat problemet med planetarisk rörelse, men att han hade övergett dessa studier. I själva verket, som de dokument som hittades senare visar, behandlade Newton problemet med planeternas rörelse redan 1665-1669, när han på grundval av Keplers tredje lag fann att ”planeternas tendens att röra sig bort från solen är omvänt proportionell mot kvadraten på deras avstånd från solen”. Idén om att en planets bana enbart är ett resultat av jämnheten mellan gravitationskrafterna mot solen och centrifugalkraften hade han dock ännu inte fullt ut utvecklat vid den tiden.

Korrespondensen mellan Hooke och Newton bröts därefter. Hooke återgick till att försöka rita planetens bana enligt lagen om omvända kvadrater. Även dessa försök misslyckades dock. Under tiden återvände Newton till studiet av planetarisk rörelse och löste problemet.

När Newton förberedde sin bok Elements för publicering krävde Hooke att Newton i förordet skulle ange att Hooke prioriterade gravitationslagen. Newton invände att Bullwald, Christopher Wren och Newton själv hade kommit fram till samma formel oberoende av varandra och före Hooke. En konflikt bröt ut och förgiftade de båda forskarnas liv.

Moderna författare ger både Newton och Hooke äran. Hooke prioriterar problemet med att konstruera planetens bana tack vare överlagringen av dess fall mot solen enligt lagen om omvända kvadrater och tröghetsrörelse. Det är också möjligt att det var Hookes brev som direkt uppmuntrade Newton att slutföra problemet. Hooke själv löste dock inte problemet och gissade inte heller att gravitationen var universell,

Om man sammanför alla Hookes antaganden och tankar om planeternas rörelse och gravitation, som han uttryckt under nästan 20 år, möter man nästan alla huvudslutsatser i Newtons ”Elementar”, bara uttryckta i osäker och föga bevisbar form. Utan att lösa problemet hittade Hooke svaret. Men framför oss ligger inte en slumpmässig tanke, utan utan utan tvekan frukten av många års arbete. Hooke hade den briljanta intuitionen hos en fysik-experimenterande fysiker som upptäcker naturens sanna relationer och lagar i en labyrint av fakta. En liknande sällsynt intuition hos experimenten möter vi i vetenskapshistorien fortfarande hos Faraday, men Hooke och Faraday var inte matematiker. Deras arbete fullbordades av Newton och Maxwell.En planlös kamp med Newton om företräde kastade en skugga över Hookes ärofyllda namn, men efter nästan tre århundraden är det dags att hylla var och en av dem. Hooke kunde inte ha gått den raka, obefläckade vägen till Newtons matematiska början, men genom sina omvägar, som vi nu inte kan hitta några spår av, kom han till samma plats.

Newtons förhållande till Hooke förblev ansträngt efteråt. När Newton till exempel presenterade en ny konstruktion av den sextant som han hade uppfunnit för Society, hävdade Hooke genast att han hade uppfunnit en sådan apparat mer än 30 år tidigare (trots att han aldrig hade byggt en sextant). Newton var dock medveten om det vetenskapliga värdet av Hookes upptäckter och nämnde den nu avlidne motståndaren flera gånger i sin Optik.

Förutom Newton hade Hooke prioriterade tvister med många andra engelska och kontinentala vetenskapsmän, däribland Robert Boyle, som han anklagade för att ha tillägnat sig en förbättring av luftpumpen, och sekreteraren för Royal Society, Oldenburg, som hävdade att Huygens hade utnyttjat Oldenburg för att stjäla idén om spiralfjäderklockan från Hooke.

Myten om att Newton påstås ha beordrat förstörelsen av Hookes enda porträtt diskuteras nedan.

John Flemsteed, den framstående engelska astronomen, träffade Newton i Cambridge (1670) när Flemsteed fortfarande studerade och Newton var magister. Flemsteed blev dock berömd nästan samtidigt som Newton – 1673 publicerade han astronomiska tabeller av enastående kvalitet, för vilka kungen gav honom en personlig audiens och titeln ”kunglig astronom”. Dessutom lät kungen bygga ett observatorium i Greenwich nära London och ställa det till Flemsteads förfogande. Kungen ansåg dock att pengarna för att utrusta observatoriet var en onödig utgift och nästan alla Flemsteeds inkomster användes till att bygga instrument och driva observatoriet.

Till en början var förhållandet mellan Newton och Flemsteed godmodigt. Newton höll på att förbereda en andra upplaga av Elements och behövde i hög grad noggranna observationer av månen för att kunna bygga upp och förbättra den första upplagans teori om månens och kometernas rörelse (den första upplagans teori var otillfredsställande). Den var också viktig för att bekräfta Newtons gravitationsteori, som kritiserades hårt av cartesianerna på kontinenten. Flemsteed gav honom villigt de begärda uppgifterna, och 1694 berättade Newton stolt för Flemsteed att en jämförelse av de beräknade och experimentella uppgifterna visade att de praktiskt taget sammanföll. I vissa brev uppmanade Flemstead Newton att ange sin, Flemsteads, prioritet om observationer användes; detta gällde främst Halley, som Flemstead ogillade och misstänkte för vetenskaplig oärlighet, men kunde också innebära en brist på förtroende för Newton själv. Flemsteads brev börjar visa på förbittring:

Jag håller med: tråden är mer värdefull än guldet den är gjord av. Jag har dock samlat in detta guld, rengjort och tvättat det, och jag vågar inte tro att ni uppskattar min hjälp så lite bara för att ni fick den så lätt.

Den öppna konflikten började med ett brev från Flemsteed där han bad om ursäkt för att han hade hittat ett antal systematiska fel i några av de uppgifter som Newton hade fått. Detta hotade Newtons teori om månen och tvingade honom att göra om sina beräkningar, samtidigt som trovärdigheten hos de andra uppgifterna också rubbades. Newton, som inte kunde tolerera oärlighet, blev extremt irriterad och misstänkte till och med att Flemsteed hade gjort misstagen avsiktligt.

År 1704 besökte Newton Flemstead, som vid den här tiden hade fått nya, extremt exakta observationsdata, och bad honom att vidarebefordra dessa data. I gengäld lovade Newton att hjälpa Flemstead att publicera sitt huvudverk, den stora stjärnkatalogen. Flemsteed började dock skjuta upp arbetet av två skäl: katalogen var ännu inte färdig, och han litade inte längre på Newton och fruktade att hans ovärderliga observationer skulle stjälas. Flemstead använde de erfarna räknemaskiner som han fick för att utföra sitt arbete för att beräkna stjärnornas positioner, medan Newton främst var intresserad av månen, planeterna och kometerna. Slutligen, 1706, började tryckningen av boken, men Flemstead, som led av smärtsam gikt och blev alltmer misstänksam, krävde att Newton inte skulle öppna det förseglade tryckeriexemplaret innan tryckningen var klar.Newton, som behövde uppgifterna snarast, struntade i detta påbud och skrev ut de korrekta värdena. Spänningen ökade. Flemstead gav Newton en skandal för att han personligen försökte göra mindre korrigeringar av fel. Tryckningen av boken gick mycket långsamt.

På grund av ekonomiska svårigheter misslyckades Flemstead med att betala sin medlemsavgift och uteslöts ur Royal Society.Ett nytt slag kom från drottningen som, tydligen på Newtons begäran, överförde kontrollen över observatoriet till Society. Newton gav Flemsteed ett ultimatum:

Ni har lämnat in en ofullständig katalog där många saker saknas, ni har inte angett de positioner för stjärnorna som var önskvärda, och jag hörde att tryckningen nu har upphört på grund av att de inte finns med. Vi förväntar oss därför följande av dig: antingen skickar du slutet av din katalog till Dr Arbetnott, eller så skickar du åtminstone de uppgifter om observationer som behövs för slutet, så att tryckningen kan fortsätta.

Newton hotade också med att ytterligare förseningar skulle betraktas som olydnad mot Hennes Majestäts order. I mars 1710 lämnade Flemsteed, efter häftiga klagomål om sina fienders orättvisor och intriger, ändå över de sista arken av sin katalog, och i början av 1712 publicerades den första volymen med titeln Celestial History. Den innehöll alla uppgifter som Newton behövde, och ett år senare kom en reviderad upplaga av Iniquity, med en mycket mer exakt teori om månen, som inte heller dröjde med att komma ut. En hämndlysten Newton tog inte med något tack till Flemsteed och strök alla de referenser till honom som fanns i den första upplagan. Som svar brände Flemsteed alla osålda 300 exemplar av katalogen i sin eldstad och började förbereda en andra upplaga, redan enligt sin egen smak. Han dog 1719, men tack vare hans hustru och vänner publicerades denna anmärkningsvärda utgåva, den engelska astronomins stolthet, 1725.

Flemsteeds efterträdare vid Royal Observatory var Halley, som också omedelbart klassificerade alla sina observationer för att förhindra att hans rivaler stal uppgifterna. Det fanns ingen konflikt med Halley, men vid samfundets möten förebrådde Newton upprepade gånger Halley för att han inte ville dela med sig av de uppgifter som Newton behövde.

Utifrån bevarade dokument har vetenskapshistoriker fastställt att Newton skapade differential- och integralkalkyl redan 1665-1666, men att han inte publicerade den förrän 1704. Leibniz utvecklade sin version av analysen självständigt (från 1675), även om den första impulsen till hans tankar troligen kom från rykten om att Newton redan hade en sådan kalkyl, samt från vetenskapliga samtal i England och korrespondens med Newton. I motsats till Newton publicerade Leibniz omedelbart sin version och spred därefter, tillsammans med Jacob och Johann Bernoulli, denna epokgörande upptäckt över hela Europa. De flesta vetenskapsmän på kontinenten tvivlade inte på att Leibniz hade upptäckt analysen.

Som svar på sina vänners böner, som vädjade till hans patriotism, sade Newton i den andra boken av Elements (1687):

I brev som jag för ungefär tio år sedan utbytte med en mycket skicklig matematiker, herr Leibniz, informerade jag honom om att jag hade en metod för att bestämma maxima och minima, för att rita tangenter och för att lösa liknande frågor, som var lika tillämpbar på både rationella och irrationella termer, och jag dolde metoden genom att byta ut bokstäverna i följande mening: ”När en ekvation som innehåller ett valfritt antal strömningsmängder är given, hitta vätskorna och vice versa”. Den mest framstående mannen svarade mig att han också angrep en sådan metod och informerade mig om sin metod, som knappast verkade skilja sig från min, och det bara i termer och i formelns bokstavsformulering.

År 1693, när Newton äntligen publicerade den första sammanfattningen av sin version av analysen, utbytte han vänskapliga brev med Leibniz. Newton rapporterade:

Vår Wallis har bifogat några av de brev som jag skrev till er på min tid till sin Algebra, som just har utkommit. Han krävde av mig att jag öppet skulle redogöra för den metod som jag då hade dolt för er genom att ordna om bokstäverna, vilket jag gjorde så kortfattat som möjligt. Jag hoppas att jag inte har skrivit något som skulle vara obehagligt för er, och om det har hänt ber jag er att informera mig, eftersom vänner är viktigare för mig än matematiska upptäckter.

Efter den första detaljerade publiceringen av Newtons analys (matematiskt appendix till Optica, 1704) publicerades en anonym recension i Leibniz Acta eruditorum med förolämpande anspelningar på Newton. I recensionen stod det tydligt att Leibniz var upphovsmannen till den nya kalkylen. Leibniz själv förnekade bestämt att han skulle ha skrivit recensionen, men historiker har lyckats hitta ett utkast i hans handskrift. Newton ignorerade Leibniz” artikel, men hans elever reagerade upprört, varefter ett europeiskt prioriteringskrig utbröt, ”det mest skamliga bråket i hela matematikens historia”.

Den 31 januari 1713 fick Royal Society ett brev från Leibniz med en försonande formulering: han höll med om att Newton hade kommit fram till sin egen analys ”enligt allmänna principer som liknar våra egna”. En rasande Newton krävde att en internationell kommission skulle tillsättas för att klargöra prioriteringen. Det dröjde inte länge: en och en halv månad senare, efter att ha studerat Newtons korrespondens med Oldenburg och andra dokument, erkände kommissionen enhälligt Newtons prioritet, och i en formulering som denna gång var förolämpande mot Leibniz. Kommissionens beslut trycktes i Proceedings of the Society med alla bifogade handlingar. Stephen Hawking och Leonard Mlodinow hävdar i A Brief History of Time att kommittén endast bestod av vetenskapsmän som var lojala mot Newton och att de flesta av artiklarna till Newtons försvar skrevs av honom själv och sedan publicerades för hans vänners räkning.

Som svar på detta översvämmades Europa från och med sommaren 1713 av anonyma pamfletter som försvarade Leibniz prioritet och hävdade att ”Newton tillägnar sig själv den ära som tillhör en annan”. I broschyrerna anklagades Newton också för att ha stulit Hookes och Flemsteeds resultat. Newtons vänner å sin sida anklagade Leibniz själv för plagiat; enligt deras version hade Leibniz läst Newtons opublicerade artiklar och brev i Royal Society i London (1676), varefter Leibniz publicerade idéerna där och gav dem ut som sina egna.

Kriget fortsatte med oförminskad styrka fram till december 1716, då Antonio Schinella Contis abbot meddelade Newton: ”Leibniz är död – tvisten är över”.

Newtons arbete markerar en ny era inom fysik och matematik. Han fullbordade den teoretiska fysik som Galileo påbörjat och som å ena sidan bygger på experimentella data och å andra sidan på en kvantitativ och matematisk beskrivning av naturen. Inom matematiken uppstod kraftfulla analysmetoder. Inom fysiken blev konstruktionen av adekvata matematiska modeller av naturliga processer och en intensiv undersökning av dessa modeller med systematisk användning av den nya matematiska apparatens alla krafter den viktigaste metoden för naturforskning. De århundraden som följde visade att detta tillvägagångssätt var utomordentligt fruktbart.

Filosofi och vetenskaplig metod

Newton förkastade starkt Descartes och hans cartesianska anhängare i slutet av 1600-talet, som föreslog att man för att bygga upp en vetenskaplig teori först måste hitta ”grundorsakerna” till det fenomen som undersöks genom ”sinnets urskiljning”. I praktiken ledde detta tillvägagångssätt ofta till långtgående hypoteser om ”substanser” och ”dolda egenskaper” som inte kunde verifieras genom erfarenhet. Newton ansåg att inom ”naturfilosofin” (dvs. fysiken) är endast sådana antaganden (”principer”, numera föredrar han namnet ”naturlagar”) tillåtna som direkt följer av tillförlitliga experiment och som generaliserar deras resultat; antaganden som inte är tillräckligt underbyggda av experiment kallade han för hypoteser. ”Allt … som inte kan härledas från fenomen måste kallas hypoteser; hypoteser om metafysiska, fysiska, mekaniska, dolda egenskaper har ingen plats i den experimentella filosofin”. Exempel på principer är gravitationslagen och de tre mekaniska lagarna i ”Elementa”; ordet ”principer” (Principia Mathematica, traditionellt översatt som ”matematiska principer”) finns också i titeln på hans huvudbok.

I ett brev till Pardis formulerade Newton ”vetenskapens gyllene regel”:

Den bästa och säkraste metoden för att filosofera, tycker jag, borde vara att först flitigt undersöka sakernas egenskaper och fastställa dessa egenskaper genom experiment, och sedan gradvis gå över till hypoteser som förklarar dessa egenskaper. Hypoteser kan bara vara användbara när det gäller att förklara sakernas egenskaper, men det finns ingen anledning att belasta dem med ansvaret att definiera dessa egenskaper bortom de gränser som experimentet visar… när allt kommer omkring kan många hypoteser uppfinnas för att förklara alla nya svårigheter.

Ett sådant tillvägagångssätt inte bara placerade spekulativa fantasier utanför vetenskapen (till exempel det cartesianska resonemanget om egenskaperna hos ”subtil materia”, som om det skulle förklara elektromagnetiska fenomen), utan var också mer flexibelt och fruktbart, eftersom det möjliggjorde matematisk modellering av fenomen för vilka ingen grundorsak ännu hade upptäckts. Detta var fallet med gravitationen och ljusteorin – deras natur blev klar först mycket senare, vilket inte hindrade att Newton-modellerna tillämpades framgångsrikt i århundraden.

Den berömda frasen ”Hypoteses non fingo” betyder naturligtvis inte att Newton underskattade vikten av att hitta ”grundorsaker” om de entydigt bekräftas av erfarenheten. De allmänna principer som härrör från experiment och deras följder måste också kontrolleras experimentellt, vilket kan leda till en korrigering eller till och med en ändring av principerna. ”Hela fysikens svårighet … består i att ur rörelsefenomenen känna igen naturkrafterna och sedan förklara de andra fenomenen med hjälp av dessa krafter”.

Newton, liksom Galileo, trodde att alla naturliga processer bygger på mekanisk rörelse:

Det skulle vara önskvärt att från mekanikens principer härleda resten av naturens fenomen … för många saker får mig att anta att alla dessa fenomen orsakas av vissa krafter, med vilka kroppspartiklarna av ännu okända orsaker antingen tenderar mot varandra och förenas till regelbundna figurer, eller ömsesidigt stöter bort varandra och rör sig bort från varandra. Eftersom dessa krafter är okända har filosofernas försök att förklara naturfenomenen hittills varit fruktlösa.

Newton formulerade sin vetenskapliga metod i sin bok Optik:

Precis som i matematiken måste den analytiska metoden föregå den syntetiska metoden när man undersöker naturen och svåra frågor. Denna analys består i att genom induktion dra allmänna slutsatser från experiment och observationer och inte tillåta några invändningar mot dem som inte skulle komma från experiment eller andra tillförlitliga sanningar. Hypoteser beaktas inte i experimentell filosofi. Även om de resultat som erhålls genom induktion från experiment och observationer ännu inte kan tjäna som bevis för allmänna slutsatser, är detta fortfarande det bästa sättet att dra slutsatser, som sakernas natur tillåter.

Bok 3 i Beginnings (den första boken är en variant av Occams raseri):

Regel I. Inga andra orsaker bör accepteras i naturen än de som är sanna och tillräckliga för att förklara fenomenen… naturen gör ingenting förgäves, men det skulle vara förgäves att åstadkomma med många vad som kan göras med färre. Naturen är enkel och frodas inte i överflödiga orsaker till saker och ting…

Newtons mekanistiska åsikter visade sig vara felaktiga – alla naturfenomen beror inte på mekanisk rörelse. Hans vetenskapliga metod har dock etablerat sig inom vetenskapen. Den moderna fysiken har framgångsrikt undersökt och tillämpat fenomen vars natur ännu inte har klarlagts (t.ex. elementarpartiklar). Sedan Newton har naturvetenskapen utvecklat den fasta övertygelsen att världen är möjlig att känna till eftersom naturen är organiserad enligt enkla matematiska principer. Denna säkerhet har blivit den filosofiska grunden för vetenskapens och teknikens enorma framsteg.

Matematik

Newton gjorde sina första matematiska upptäckter medan han fortfarande var student: klassificering av algebraiska kurvor av tredje ordningen (kurvor av andra ordningen studerades av Fermat) och binomialexpansion av godtyckliga (inte nödvändigtvis heltal) potenser, vilket var startskottet för Newtons teori om oändliga serier – ett nytt och kraftfullt verktyg för analys. Newton betraktade serieexpansion som den grundläggande och allmänna metoden för att analysera funktioner, och han nådde toppen av sin kompetens i detta avseende. Han använde serier för att beräkna tabeller, lösa ekvationer (inklusive differentialekvationer) och studera funktioners beteende. Newton kunde få fram dekompositioner för alla de då vanliga funktionerna.

Newton utvecklade differential- och integralkalkyl samtidigt med G. Leibniz (lite tidigare) och oberoende av honom. Före Newton var operationer med infinitesimala tal inte integrerade i en enhetlig teori och hade karaktären av spridda vitsord (se Metod för det odelbara). Skapandet av en systematisk matematisk analys reducerade i stor utsträckning lösningen av de relevanta problemen till en teknisk nivå. Det uppstod en uppsättning begrepp, operationer och symboler som blev utgångspunkten för matematikens fortsatta utveckling. Nästa århundrade, 1700-talet, var ett århundrade av snabb och mycket framgångsrik utveckling av analysmetoder.

Troligen kom Newton på idén om analys genom differensmetoderna, som han behandlade utförligt och djupt. I sina ”Elements” använde Newton dock nästan inte infinitesimaltal, utan höll sig till gamla (geometriska) bevismetoder, men i andra arbeten använde han dem fritt.Utgångspunkten för differential- och integralkalkalkyl var Cavalieris och framför allt Fermats arbeten, som redan kunde (för algebraiska kurvor) rita tangenter, hitta extrema, böjningspunkter och kurvans krökning samt beräkna arean av dess segment. Bland andra föregångare nämnde Newton Wallis, Barrow och den skotska vetenskapsmannen James Gregory. Begreppet funktion fanns ännu inte; han behandlade alla kurvor kinematiskt som banor för en rörlig punkt.

Redan som student insåg Newton att differentiering och integration är ömsesidiga operationer. Detta grundläggande teorem för analysen hade redan framträtt mer eller mindre tydligt i Torricellis, Gregorys och Barrows arbeten, men det var först Newton som insåg att man på denna grund inte bara kunde göra enskilda upptäckter, utan även en mäktig systematisk kalkyl, likt algebra, med tydliga regler och gigantiska möjligheter.

Newton brydde sig inte om att publicera sin version av analysen på nästan 30 år, även om han i brev (särskilt till Leibniz) villigt delade med sig av mycket av vad han hade åstadkommit. Samtidigt har Leibniz version cirkulerat allmänt och öppet i Europa sedan 1676. Det är först 1693 som Newtons version för första gången presenteras – som ett appendix till Wallis” Treatise on Algebra. Man måste erkänna att Newtons terminologi och symbolik är ganska klumpig i jämförelse med Leibniz”: fluxia (derivat), fluenta (första form), kvantitetsmoment (differential) osv. Endast Newtons notation ”o” för infinitesimalt dt har överlevt i matematiken (denna bokstav användes dock tidigare av Gregory i samma mening), och punkten ovanför bokstaven som en symbol för tidsderivatan.

Newton publicerade en tillräckligt fullständig redogörelse för analysens principer först i boken On the Quadrature of Curves (1704), som bifogades hans monografi Optics. Nästan allt material var klart på 1670-1680-talen, men det var först nu som Gregory och Halley övertalade Newton att publicera verket, som 40 år senare blev Newtons första tryckta arbete om analys. Här visar Newton derivat av högre ordning, finner värden för integraler av en mängd rationella och irrationella funktioner och ger exempel på lösningar till differentialekvationer av första ordningen.

År 1707 publicerades boken Universal Arithmetic. Den innehåller en mängd olika numeriska metoder. Newton har alltid ägnat stor uppmärksamhet åt approximativa lösningar av ekvationer. Newtons berömda metod gjorde det möjligt att hitta ekvationernas rötter med en tidigare ofattbar snabbhet och precision (publicerad i Wallis” Algebra, 1685). Den moderna formen av Newtons iterativa metod gavs av Joseph Raphson (1690).

År 1711 trycktes slutligen ”Analysis by means of equations with an infinite number of terms”, 40 år senare. I detta arbete utforskar Newton både algebraiska och ”mekaniska” kurvor (cykloid, kvadratris) med samma lätthet. Partiella derivat förekommer. Samma år publicerades ”Method of Differences”, där Newton föreslog en interpolationsformel för att passera genom (n + 1) datapunkter med lika eller ojämnt fördelade abscisser av det n:e ordningspolynomiet. Detta är en differensformel som är analog med Taylors formel.

År 1736 publicerade han postumt sitt sista verk ”Method of fluctuations and infinite series”, som var betydligt mer avancerad än ”Analysis by means of equations”. Den innehåller många exempel på hur man hittar extremaler, tangenter och normaler, beräknar radier och krökningscentra i kartesiska och polära koordinater, hittar böjningspunkter och så vidare. I samma arbete produceras också kvadrater och rätningar av olika kurvor.

Newton utvecklade inte bara analysen helt och hållet, utan försökte också motivera dess principer på ett rigoröst sätt. Medan Leibniz tenderade mot idén om faktiska infinitesimaler, föreslog Newton (i Elements) en allmän teori om gränsövergångar, som han lite väl prydligt kallade ”metoden med första och sista relationer”. Det är den moderna termen ”gräns” (lat. limes) som används, även om det inte finns någon begriplig beskrivning av begreppets väsen, vilket tyder på en intuitiv förståelse. Gränsteorin ges i 11 lemman i bok I av Beginnings; ett lemma finns också i bok II. Gränsvärdenas aritmetik saknas, det finns inget bevis för att gränsen är unik och dess förhållande till infinitesimaler avslöjas inte. Newton påpekar dock med rätta att detta tillvägagångssätt är strängare än den ”grova” metoden med odelbarheten. Men i bok II, genom att införa ”moment” (differentialer), förvirrar Newton återigen saken och behandlar dem i själva verket som infinitesimala.

Det är anmärkningsvärt att Newton inte alls var intresserad av talteori. Han var tydligen mycket mer intresserad av fysik än av matematik.

Mekanik

Newton anses ha löst två grundläggande problem.

Dessutom begravde Newton slutgiltigt den sedan antiken inrotade föreställningen att rörelselagarna för jordiska och himmelska kroppar är helt olika. I hans världsmodell är hela universum underkastat en enda lag som kan formuleras matematiskt.

Newtons axiomatik bestod av tre lagar som han själv formulerade på följande sätt.

1. Varje kropp fortsätter att vara i ett tillstånd av vila eller jämn och rätlinjig rörelse tills och såvida den inte tvingas ändra detta tillstånd genom en kraft som tillförs. 2. Förändringen av rörelsekvantiteten är proportionell mot den pålagda kraften och sker i riktning mot den raka linje längs vilken kraften verkar. 3. Till en handling hör alltid en lika stor och motsatt motverkan, annars är två kroppars växelverkan med varandra lika stor och riktas i motsatt riktning.

Den första lagen (tröghetslagen), i en mindre tydlig form, publicerades av Galileo. Galileo tillät fri rörlighet inte bara i en rak linje utan även i en cirkel (tydligen av astronomiska skäl). Galileo formulerade också den viktigaste relativitetsprincipen, som Newton inte inkluderade i sin axiomatik, eftersom denna princip är en direkt följd av dynamiska ekvationer för mekaniska processer (konsekvens V i Elementarprinciperna). Dessutom betraktade Newton rum och tid som absoluta begrepp, enhetliga för hela universum, vilket han uttryckligen påpekade i sina Elements.

Newton gav också strikta definitioner av fysikaliska begrepp som rörelsekvantitet (som Descartes inte tydligt använde) och kraft. Han introducerade begreppet massa som ett mått på tröghet och samtidigt gravitationsegenskaper i fysiken. Tidigare hade fysikerna använt sig av begreppet vikt, men en kropps vikt beror inte bara på kroppen själv utan också på dess omgivning (t.ex. avståndet från jordens centrum), så det behövdes en ny, invariant egenskap.

Euler och Lagrange slutförde matematiseringen av mekaniken.

Universell gravitation och astronomi

Aristoteles och hans anhängare såg gravitationen som en drivkraft för kroppar från den ”sublunära världen” till sina naturliga platser. Andra gamla filosofer (bland annat Empedokles och Platon) ansåg att gravitationen är tendensen hos relaterade kroppar att förenas. På 1500-talet stöddes detta synsätt av Nicolaus Copernicus, vars heliocentriska system betraktade jorden som en av planeterna. Giordano Bruno och Galileo Galilei hade liknande åsikter. Johannes Kepler trodde att det inte var kroppens inre drivkraft som fick den att falla, utan jordens attraktionskraft: det är inte bara jorden som drar till sig stenen, utan stenen drar också till sig jorden. Enligt honom sträcker sig tyngdkraften minst lika långt som månen. I sina senare skrifter föreslog han att gravitationen minskar med avståndet och att alla kroppar i solsystemet är föremål för ömsesidig attraktion. René Descartes, Gilles Roberval, Christiaan Huygens och andra forskare från 1600-talet försökte förstå gravitationens fysiska natur.

Kepler var den förste som föreslog att planeternas rörelse styrs av krafter från solen. Enligt hans teori fanns det tre sådana krafter: en cirkulär kraft som driver planeten längs banan och verkar tangentiellt till banan (på grund av denna kraft rör sig planeten), en annan som drar till sig och stöter bort planeten från solen (på grund av denna kraft är planetens bana elliptisk) och en tredje som verkar tvärs över det ekliptiska planet (så att planetens bana ligger i ett plan). Han ansåg att den cirkulära kraften minskade i omvänd proportion till avståndet från solen. Ingen av dessa tre krafter identifierades med gravitationen. Keplers teori förkastades av den ledande teoretiska astronomen i mitten av 1600-talet, Ismael Bulliald, som för det första trodde att planeterna rör sig runt solen inte under inflytande av krafter som kommer från solen utan genom inre rörelse, och för det andra att om det fanns en cirkulär kraft skulle den minska omvänt med avståndet och inte med första kraften som Kepler trodde. Descartes trodde att planeterna bars runt solen av gigantiska virvlar.

Jeremy Horrocks föreslog att det finns en kraft från solen som styr planeternas rörelser. Enligt Giovanni Alfonso Borelli kommer tre krafter från solen: en som driver planeten längs sin bana, en som drar planeten mot solen och en som stöter bort planeten (centrifugalkraft). En planets elliptiska bana är resultatet av motsättningen mellan de två sistnämnda. År 1666 föreslog Robert Hooke att enbart attraktionskraften till solen är tillräcklig för att förklara planeternas rörelse, vi behöver bara anta att planeternas bana är resultatet av en kombination (superposition) av fall mot solen (på grund av attraktionskraften) och tröghetsrörelse (tangentiellt till planetens bana). Han anser att denna överlagring av rörelser är orsaken till den elliptiska formen på planetens bana runt solen. Liknande åsikter, men i en ganska osäker form, uttrycktes också av Christopher Wren. Hooke och Wren gissade att gravitationskraften minskar i omvänd proportion till kvadraten på avståndet från solen.

Men ingen före Newton hade kunnat bevisa sambandet mellan gravitationslagen (kraft omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet) och lagarna för planetrörelse (Keplers lagar) på ett tydligt och matematiskt sätt. Dessutom var det Newton som först anade att gravitationen verkar mellan två kroppar i universum; rörelsen hos ett fallande äpple och månens rotation runt jorden styrs av samma kraft. Slutligen publicerade Newton inte bara den förmodade formeln för den universella gravitationslagen, utan föreslog faktiskt en komplett matematisk modell:

Tillsammans är denna triad tillräcklig för att fullt ut undersöka de mest komplexa rörelserna hos himlakroppar och därmed lägga grunden för himlakroppsmekaniken. Det är alltså först med Newtons skrifter som vetenskapen om dynamik börjar, inklusive dess tillämpning på himlakropparnas rörelse. Innan relativitetsteorin och kvantmekaniken skapades behövdes inga grundläggande ändringar av modellen i fråga, även om den matematiska apparaten visade sig behöva utvecklas avsevärt.

Det första argumentet för den newtonska modellen var den rigorösa härledningen av Keplers empiriska lagar från den. Nästa steg var teorin om kometernas och månens rörelser, som beskrivs i Inception. Senare förklarades alla observerade himlakropparnas rörelser med stor noggrannhet med hjälp av Newtons gravitation; Euler, Clero och Laplace, som utvecklade störningsteorin för detta, har stor förtjänst. Grunden för denna teori lades av Newton, som analyserade månens rörelse med hjälp av sin vanliga metod för serieexpansion; på detta sätt upptäckte han orsakerna till de då kända oregelbundenheterna (ojämnheterna) i månens rörelse.

Gravitationslagen löste inte bara himmelsmekanikens problem, utan även ett antal fysiska och astrofysiska problem. Newton gav en metod för att bestämma solens och planeternas massa. Han upptäckte orsaken till tidvattnet: månens dragningskraft (till och med Galileo ansåg att tidvattnet var en centrifugal effekt). Dessutom beräknade han månens massa med god noggrannhet efter att ha behandlat åratal av uppgifter om tidvattenhöjden. En annan konsekvens av gravitationen var precessionen av jordens axel. Newton upptäckte att eftersom jorden är platt vid polerna dras dess axel av månens och solens dragningskraft i en konstant, långsam rörelse med en period på 26 000 år. På detta sätt fick det gamla problemet med ”föregående dagjämningar” (som Hipparchus först noterade) en vetenskaplig förklaring.

Newtons gravitationsteori ledde till många år av debatt och kritik av dess långsiktiga koncept. De enastående framgångarna inom himmelsmekaniken under 1700-talet bekräftade dock uppfattningen att den newtonska modellen var lämplig. De första observerbara avvikelserna från Newtons teori inom astronomin (Merkurius perihelförskjutning) upptäcktes inte förrän 200 år senare. Dessa avvikelser förklarades snart av den allmänna relativitetsteorin (Newtons teori visade sig vara en approximation). GR fyllde också gravitationsteorin med ett fysiskt innehåll, genom att ange en materiell bärare av gravitationskraften – den metriska rum-tidsmätningen – och gjorde det möjligt att bli av med den långväga verkan.

Optik och ljusteknik

Newton gjorde grundläggande upptäckter inom optiken. Han byggde det första spegelteleskopet (reflektor) där det till skillnad från rena linseteleskop inte fanns någon kromatisk aberration. Han studerade också ljusets spridning i detalj och visade att när vitt ljus passerar genom ett genomskinligt prisma sönderfaller det i en kontinuerlig serie av strålar i olika färger på grund av den olika brytningen av strålar i olika färger, och på så sätt lade Newton grunden för den korrekta teorin om färg. Newton skapade den matematiska teorin om de interferensringar som Hooke upptäckt och som sedan dess har kallats ”Newtons ringar”. I ett brev till Flemsteed redogjorde han för en detaljerad teori om astronomisk refraktion. Men hans främsta bedrift var att lägga grunden för fysikalisk (inte bara geometrisk) optik som vetenskap och att utveckla dess matematiska grund, vilket förvandlade ljusteorin från en slumpmässig samling fakta till en vetenskap med ett rikt kvalitativt och kvantitativt innehåll, som är experimentellt väl underbyggd. Newtons optiska experiment blev i årtionden en modell för djupgående fysiska undersökningar.

Under den här perioden fanns det många spekulativa teorier om ljus och kromaticitet som främst Aristoteles (”de olika färgerna är en blandning av ljus och mörker i olika proportioner”) och Descartes (”de olika färgerna skapas genom att ljuspartiklar roterar med olika hastigheter”) kämpade med. Hooke i sin mikrografi (1665) erbjöd en variant av den aristoteliska synen. Många trodde att färg inte är en egenskap hos ljuset, utan hos det belysta föremålet. Den allmänna oenigheten förvärrades av en kaskad av 1600-talets upptäckter: diffraktion (1665, Grimaldi), interferens (1665, Hooke), dubbelstrålrefraktion (1670, Erasmus Bartolin, studerad av Huygens), uppskattning av ljusets hastighet (1675, Römer). Det fanns ingen teori om ljuset som var förenlig med alla dessa fakta.

I sitt tal till Royal Society motbevisade Newton både Aristoteles och Descartes och bevisade på ett övertygande sätt att vitt ljus inte är primärt utan består av färgade komponenter med olika ”brytningsgrad”. Dessa komponenter är primära – inga Newton-trick kan ändra deras färg. Den subjektiva färgkänslan hade alltså en fast objektiv grund – med modern terminologi, ljusets våglängd, som kunde bedömas genom brytningsgraden.

År 1689 slutade Newton publicera sig inom optiken (även om han fortsatte sin forskning) – enligt en populär legend lovade han att inte publicera något inom detta område under Hookes livstid. I alla fall publicerades hans monografi Optics (på engelska) år 1704, året efter Hookes död. I förordet till den finns en tydlig antydan om en konflikt med Hooke: ”Eftersom jag inte ville dras in i tvister om olika frågor, sköt jag upp denna publikation och skulle ha skjutit upp den ytterligare om inte mina vänner hade insisterat på det. Under författarens livstid hade Optica, liksom Elementar, tre upplagor (1704, 1717, 1721) och många översättningar, inklusive tre på latin.

Historiker skiljer mellan två grupper av hypoteser om ljusets natur vid denna tid.

Newton betraktas ofta som en anhängare av den korpuskulära teorin om ljuset, men i själva verket ställde han inte, som han brukade göra, ”hypoteser” utan medgav gärna att ljuset också kan relateras till vågor i etern. I en avhandling som han överlämnade till Royal Society 1675 skriver han att ljuset inte bara kan vara vibrationer i etern, eftersom det i så fall skulle kunna fortplanta sig genom ett böjt rör som ljudet gör. Men å andra sidan föreslår han att ljusets utbredning väcker vibrationer i etern, vilket ger upphov till diffraktion och andra vågeffekter. Newton är tydligt medveten om båda tillvägagångssättens fördelar och nackdelar och lägger fram en kompromiss, en korpuskulärvågsteori om ljuset. I sina verk beskrev Newton i detalj en matematisk modell för ljusfenomenen, men lämnade frågan om ljusets fysiska bärare åt sidan: ”Min lära om ljusets brytning och färger består endast i att fastställa vissa egenskaper hos ljuset utan någon hypotes om dess ursprung. Vågoptiken förkastade inte Newtons modeller, utan tog till sig dem och utvidgade dem på en ny grund.

Trots att han inte gillade hypoteser, placerade Newton en lista över olösta problem och möjliga lösningar i slutet av Optik. Under dessa år hade han dock råd med det – Newtons auktoritet blev obestridlig efter ”Elementarerna” och få vågade plåga honom med invändningar. Flera av hans hypoteser visade sig vara profetiska. Newton förutspådde särskilt:

Andra arbeten inom fysik

Newton var den förste som drog slutsatsen om ljudets hastighet i en gas, baserat på Boyle-Mariotte-lagen. Han föreslog att lagen om viskös friktion existerar och beskrev den hydrodynamiska kompressionen av en jetstråle. Han föreslog formeln för lagen om motstånd för en kropp i ett utspätt medium (Newtons formel) och på grundval av den tog han ställning till ett av de första problemen med den mest gynnsamma formen av en strömlinjeformad kropp (Newtons aerodynamiska problem). I Elements uttryckte och argumenterade han för det korrekta antagandet att en komet har en fast kärna vars avdunstning under påverkan av solens värme bildar en stor svans som alltid är riktad i motsatt riktning mot solen. Newton behandlade också värmeöverföring, och ett av resultaten kallas Newton-Richmann-lagen.

Newton förutspådde att jorden var platt vid polerna och uppskattade att den var ungefär 1:230. Newton använde modellen med en homogen vätska för att beskriva jorden, tillämpade lagen om universell gravitation och tog hänsyn till centrifugalkraften. Samtidigt gjorde Huygens, som inte trodde på gravitationens långväga kraft och närmade sig problemet rent kinematiskt, liknande beräkningar. Huygens förutsåg alltså mer än hälften så mycket kompression som Newton, 1:576. Cassini och andra cartesianska forskare bevisade dessutom att jorden inte var komprimerad, utan utsträckt vid polerna som en citron. Därefter, men inte omedelbart (den verkliga kompressionen är 1:298). Skälet till skillnaden mellan detta värde och det Huygensvärde som Newton föreslog är att modellen med homogena vätskor fortfarande inte är helt korrekt (densiteten ökar markant med djupet). En mer exakt teori, som uttryckligen tar hänsyn till täthetens beroende av djupet, utvecklades först på 1800-talet.

Studenter

Newton hade strängt taget inga direkta elever. En hel generation engelska vetenskapsmän växte dock upp med hans böcker och i kontakt med honom, så de betraktade sig själva som Newtons elever. Bland de mest kända av dessa finns:

Kemi och alkemi

Parallellt med den forskning som lade grunden för den nuvarande vetenskapliga (fysiska och matematiska) traditionen ägnade Newton mycket tid åt alkemi och teologi. Böcker om alkemi utgjorde en tiondel av hans bibliotek. Han publicerade inga verk om kemi eller alkemi, och det enda kända resultatet av denna långvariga fascination var Newtons allvarliga förgiftning 1691. När Newtons kropp grävdes upp hittades farliga kvicksilverhalter i hans kropp.

Stukeley minns att Newton skrev en avhandling om kemi ”där han förklarade principerna för denna mystiska konst på grundval av experimentella och matematiska bevis”, men manuskriptet brann tyvärr upp i en brand och Newton gjorde inga försök att återskapa det. De brev och anteckningar som finns kvar tyder på att Newton funderade på möjligheten att förena fysikens och kemins lagar till ett enhetligt system för världen; han ställde flera hypoteser om detta i slutet av Optik.

Б. Kuznetsov anser att Newtons alkemiska studier var försök att avslöja materiens atomistiska struktur och andra former av materia (t.ex. ljus, värme, magnetism). Newtons intresse för alkemi var ointresserat och ganska teoretiskt:

Hans atomistik bygger på idén om en hierarki av blodkroppar som bildas av mindre och mindre intensiva krafter av ömsesidig attraktion mellan delarna. Denna idé om en oändlig hierarki av diskreta materiepartiklar är relaterad till idén om materiens enhet. Newton trodde inte på att det fanns grundämnen som inte kunde omvandlas till varandra. Tvärtom antog han att idén om partiklarnas odelbarhet och följaktligen om kvalitativa skillnader mellan elementen var relaterad till de historiskt sett begränsade möjligheterna med experimentella tekniker.

Detta antagande bekräftas av Newtons eget uttalande: ”Alkemi handlar inte om metaller, som okunniga människor tror. Denna filosofi är inte en av dem som tjänar fåfänga och bedrägeri, utan den tjänar snarare till nytta och uppbyggelse, medan det viktigaste här är kunskapen om Gud”.

Teologi

Newton var djupt religiös och betraktade Bibeln (liksom allt annat) ur ett rationalistiskt perspektiv. Newtons förkastande av Guds treenighet tycks vara kopplat till detta tillvägagångssätt. De flesta historiker tror att Newton, som under många år arbetade vid College of the Holy Trinity, själv inte trodde på treenigheten. Forskare som har undersökt hans teologiska verk har funnit att Newtons religiösa åsikter låg nära den kätterska arianismen (se Newtons artikel ”A Historical Tracing of Two Notable Distortions of Holy Scripture”).

Graden av närhet mellan Newtons åsikter och de olika kätterier som kyrkan fördömt har bedömts på olika sätt. Den tyske historikern Fiesenmayer föreslog att Newton accepterade treenigheten, men närmare den östliga, ortodoxa förståelsen av den. Den amerikanske historikern Stephen Snobelin förkastade bestämt denna åsikt och klassificerade Newton som en socinianer, med hänvisning till ett antal dokumentära bevis.

Utåt sett förblev Newton dock lojal mot Englands statskyrka. Det fanns ett gott skäl till detta: i 1697 års lag om bekämpning av hädelse och ogudaktighet för förnekande av någon av personerna i Treenigheten föreskrevs förlust av medborgerliga rättigheter och, om brottet upprepades, fängelse. Newtons vän William Whiston blev till exempel fråntagen sin professorstjänst och utvisad från Cambridge University 1710 för att han hävdade att den tidiga kyrkans trosbekännelse var ariansk. I brev till likasinnade (Locke, Halley och andra) var Newton dock ganska uppriktig.

Förutom antitrinitarism innehåller Newtons religiösa åskådning element av deism. Newton trodde på Guds materiella närvaro i varje punkt i universum och kallade rymden för ”Guds sensorium” (latin sensorium Dei). Denna panteistiska idé förenar Newtons vetenskapliga, filosofiska och teologiska åsikter till en enda helhet, ”alla områden av Newtons intressen, från naturfilosofi till alkemi, representerar olika projektioner och samtidigt olika sammanhang av denna centrala idé som odelat ägde honom”.

Newton publicerade (delvis) resultaten av sina teologiska studier sent i livet, men de började mycket tidigare, senast 1673. Newton föreslog sin egen version av den bibliska kronologin, lämnade arbeten om biblisk hermeneutik och skrev en kommentar till Apokalypsen. Han studerade det hebreiska språket, studerade Bibeln med vetenskaplig metod och använde sig av astronomiska beräkningar av solförmörkelser, språkliga analyser etc. för att styrka sina åsikter. Enligt hans beräkningar kommer världens undergång inte att inträffa förrän 2060.

Newtons teologiska manuskript förvaras nu i Jerusalem, i nationalbiblioteket.

Inskriptionen på Newtons grav lyder:

Här vilar Sir Isaac Newton, som med ett nästan gudomligt förnuft var den förste som med sin matematiska metod förklarade planeternas rörelser och former, kometernas banor och oceanernas tidvatten.

En staty som uppfördes för Newton vid Trinity College 1755 har verser från Lucretius inristade på sig:

Newton själv uppskattade sina prestationer mer blygsamt:

Jag vet inte hur världen uppfattar mig, men jag tänker på mig själv som en pojke som leker på stranden och som roar sig med att ibland leta efter en färggrannare sten eller ett vackert snäckskal, medan sanningens stora hav sträcker sig outforskat framför mig.

Lagrange sade: ”Newton var den lyckligaste av alla dödliga, för det finns bara ett universum och Newton upptäckte dess lagar.

Det gamla ryska uttalet av Newtons efternamn är ”Nevton”. Tillsammans med Platon nämns han respektfullt av M. V. Lomonosov i hans dikter:

Enligt A. Einstein ”var Newton den förste som försökte formulera elementära lagar som reglerar det tidsmässiga förloppet av en bred klass av processer i naturen med en hög grad av fullständighet och noggrannhet” och ”… hade ett djupt och kraftfullt inflytande på världsåskådningen som helhet genom sina skrifter”.

Vid årsskiftet 1942-1943, under de mest dramatiska dagarna i slaget om Stalingrad, firades Newtons 300-årsdag i Sovjetunionen. En samling artiklar och en biografisk bok av S.I. Vavilov publicerades. Som tack till det sovjetiska folket överlämnade Royal Society of Great Britain ett sällsynt exemplar av den första upplagan av Newtons Matematiska principer (1687) och ett utkast (ett av tre) till Newtons brev till Alexander Menshikov där han informerade honom om att han blivit invald i Royal Society of London till vetenskapsakademin i Sovjetunionen:

Royal Society har länge varit medveten om att er kejsare har främjat konst och vetenskap i sitt rike. Och nu har vi med stor glädje fått veta från engelska köpmän att Ers excellens, som visar största artighet, enastående respekt för vetenskapen och kärlek till vårt land, har för avsikt att bli medlem i vårt sällskap.

Newton är uppkallad efter honom:

Flera vanliga legender har redan nämnts ovan: ”Newtons äpple”, hans enda framträdande i parlamentet.

Det finns en legend om att Newton gjorde två hål i sin dörr, ett större och ett mindre, så att hans två katter, en stor och en liten, kunde komma in i huset på egen hand. I själva verket har Newton aldrig haft katter eller andra husdjur.

En annan myt är att Newton skulle ha förstört det enda porträttet av Hooke som Royal Society hade. I verkligheten finns det inte ett enda bevis som stöder en sådan anklagelse. Allan Chapman, Hookes biograf, bevisar att det inte fanns något porträtt av Hooke alls (vilket inte är förvånande med tanke på den höga kostnaden för porträtt och Hookes ständiga ekonomiska svårigheter). Den enda källan till förslaget om ett sådant porträtt är en hänvisning till ett porträtt av en tysk forskare, Zacharias von Uffenbach, som besökte Royal Society 1710, men Uffenbach talade inte engelska och syftade troligen på en annan medlem av sällskapet, Theodore Haak. Porträttet av Haak existerade, och det finns kvar än i dag. Ytterligare ett argument för att Hookes porträtt aldrig existerade är det faktum att Hookes vän och sekreterare Richard Waller 1705 publicerade en postum samling av Hookes verk med illustrationer av utmärkt kvalitet och en detaljerad biografi, men utan ett porträtt av Hooke.

Newton har ibland tillskrivits ett intresse för astrologi. Om han gjorde det, så byttes det snabbt ut mot desillusionering.

På grund av det faktum att Newton oväntat blev utnämnd till myntinspektör har vissa biografer dragit slutsatsen att Newton var medlem i en frimurarlog eller ett annat hemligt sällskap. Det finns dock inga dokument som stöder denna hypotes.

Kanoniska utgåvor

Den klassiska fullständiga utgåvan av Newtons skrifter i fem volymer på originalspråket:

Utvald korrespondens i 7 volymer:

Översättningar till ryska

Källor

  1. Ньютон, Исаак
  2. Isaac Newton
Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Ads Blocker Detected!!!

We have detected that you are using extensions to block ads. Please support us by disabling these ads blocker.