آیزاک نیوتون: زندگینامه مردی که اینشتین او را ستود

«طبیعت و قوانین آن در تاریکی شب پنهان بود: خداوند گفت، بگذار نیوتون باشد! سپس جهان، سراسر نور شد.» این را شاعر و نویسنده قرن هجدهم، الکساندر پوپ در وصف تاثیرگذارترین دانشمند تمام دوران بشریت یعنی آیزاک نیوتون سروده است. اگر بخواهید لیستی از 10 نابغه برتر تاریخ را داشته باشید قطعا نیوتون باید در آن لیست حضور داشته باشد زیرا نتایج زحمات او سکوی پرتاب پیشرفت‌های علم مدرن بود و بدون او دنیای امروز سرنوشت دیگری داشت. نیوتون جزو اولین دانشمندانی بود که از روش علمی برای آزمایش پذیر کردن ایده‌های علمی و مقایسه آن‌ها با نتایج تجربی استفاده کرد. اگر با دقت به اطراف خود نگاه کنید، متوجه خواهید شد که قوانین نیوتون تقریبا با هر چیزی که در زندگی روزمره می‌بینیم گره خورده است، از پیش‌بینی برهم کنش اجسام بزرگ مانند سیارات تا اجسامی به کوچکی مولکول‌ها. در ادامه این مطلب با فراز و نشیب‌های زندگی این مرد بزرگ آشنا خواهید شد.

طبیعت برای نیوتون کتابی باز بود که می‌توانست بدون تلاش نامه‌های آن را بخواند.

آلبرت اینیشتین

آیزاک نیوتون به دنیا می‌آید

سِر آیزاک نیوتن 4 ژانویه 1643 در وولستورپ انگلستان متولد شد. این زمانی بود که تقریبا یک سال از مرگ گالیله می‌گذشت. وقتی نیوتون به دنیا آمد کودکی نارس بود که فقط کمی بیش از 1 کیلو وزن داشت و امیدی به زنده بودن او نبود. آیزاک نیوتون هرگز نتوانست پدرش را ببیند زیرا سه ماه قبل از به دنیا آمدن او، پدرش از دنیا رفته بود. پدر نیوتون یک کشاورز بود که اموال بسیاری داشت و مردی ثروتمند به حساب میامد اما کاملا بی‌سواد بود.

ناپدری آیزاک او را نمی‌خواست

زمانی که آیزاک نیوتون سه ساله بود، هانا_مادر آیزاک نیوتون، با یک روحانی 63 ساله به نام بارناباس اسمیت ازدواج و به خانه او نقل مکان کرد. بارناباس که مایل به داشتن پسرخوانده‌ای نبود، نه تنها سرپرستی آیزاک را به عهده نگرفت بلکه وقتی نیوتون کمی بزرگ‌تر شد با او به عنوان یک یتیم رفتار می‌کرد. بنابراین در آن دوران، نیوتون با پدربزرگ و مادربزرگ مادری خود زندگی می‌کرد و اتفاقا سواد خواندن و نوشتن را از آن‌ها آموخت. هانا پس از مرگ اسمیت در سال 1653 و در 12 سالگی نیوتون به همراه سه فرزند جدید خود به وولستورپ بازگشت. 

زخمی بر قلب نیوتون

تجربه رها شدن آیزاک نیوتون توسط مادرش، زخم بزرگی بر قلب او به جاگذاشت. تاحدی که احتمالا بیشترین تاثیر را بر شخصیت منزوی او در آینده داشته است. وقتی نیوتون در نوجوانی، فهرستی از گناهان گذشته‌اش را می‌نوشت به این جمله اشاره کرد: «پدر ناتنی و مادرم را تهدید می‌کردم که خانه‌شان را بر سر خود بسوزانند.»

ورود آیزاک نیوتون به مدرسه

نیوتون 12 ساله در مدرسه کینگ واقع در گرانتهام ثبت نام کرد. او به دلیل مسافت زیادی که از مدرسه تا خانه وجود داشت، نزد یک داروساز محلی اقامت کرد و در همان جا با دنیای شگفت انگیز شیمی آشنا شد. او در ابتدا عملکرد خوبی در مدرسه نداشت تا آنجا که گزارش‌های مدرسه او را «بدون فعالیت» و «بی‌توجه» توصیف کرده است. نیوتون حدود 15 یا 16 ساله بود که مادرش او را از ادامه تحصیل بازداشت، زیرا به عنوان بانویی ثروتمند تصور می‌کرد که پسر بزرگش فرد مناسبی برای اداره امور و دارایی‌اش خواهد بود. اما نیوتون به این کار علاقه‌ای نداشت و خیلی زود مشخص شد که او استعدادی در اداره اموال او ندارد. سرانجام مدیر سابق مدرسه نیوتون توانست مادر او را متقاعد کند که دوباره به مدرسه بازگردد.

بازگشت آیزاک نیوتون به مدرسه

این احتمال وجود دارد که نیوتون در اولین دوره تحصیلی خود، برخلاف گزارش‌ها، عملکرد خوبی در تحصیل داشته که مدیر مدرسه خواهان بازگشت او شد. شواهد دیگری از فهرست گناهان آیزاک نیوتون وجود دارد که او یکی از گناهان خود را اینگونه برشمرده است:

دلم بیشتر از پول، مشتاق یادگیری و لذت است.

حکایات فراوانی از این دوران، راجع به توانایی نیوتون در علم مکانیک وجود دارد. مانند مهارت او در ساخت مدل‌های ماشینی، به ویژه ساعت‌ها و آسیاب‌های بادی. این‌ها نشان می‌دهد که او علاقه زیادی به یادگیری داشته است.

تاثیر انقلاب علمی بر نیوتون

هیچ مدرکی در مورد آنچه آیزاک نیوتون برای آماده شدن برای رفتن به دانشگاه آموخته وجود ندارد، اما قطعا مدیر مدرسه او، در این آمادگی نقش مهمی ایفا کرد. در هر صورت، هنگامی که نیوتن در سال 1661 وارد کمبریج شد، جنبش انقلاب علمی به خوبی پیشرفت کرده و بسیاری از آثار ارزشمند علم مدرن خلق شده بود. از آثار نیکلاس کوپرنیک گرفته تا یوهانس کپلر و گالیله.

با این حال، تا آنجا که به دانشگاه های اروپا، از جمله کمبریج مربوط می‌شود، ممکن است هیچ یک از این موارد، هرگز رخ نداده باشد. زیرا آن‌ها همچنان به عنوان سنگرهای سرسخت اندیشه‌های منسوخ شده‌ای مانند ارسطوگرایی بودند که مبتنی بر دیدگاه زمین مرکزی بود. آن‌ها به علم نگاهی نه بر مبنای مشاهده و ریاضیات ، بلکه بر اساس ایمان داشتند. بنابراین نیوتون هم مانند هزاران دانشجوی دیگر، تحصیلات عالی خود را با مطالعه اندیشه‌های ارسطو آغاز کرد. او در طول دوران کارشناسی خود، با آثار دکارت و سایر فیلسوفانی آشنا شد که برخلاف ارسطو، واقعیت فیزیکی را کاملاً متشکل از ذرات ماده در حال حرکت می‌دانستند و معتقد بودند که همه پدیده‌های طبیعت ناشی از تعامل مکانیکی آنهاست. 

اولین یادداشت‌های علمی نیوتون

نیوتون در سال 1664 شروع به نوشتن مجموعه‌ جدیدی از یادداشت‌ها کرد که آن را «مسأله‌های فلسفی قطعی» نامید. جالب است که او این مطالب را در صفحات بدون استفاده دفترچه یادداشتی می‌نوشت که برای درس‌های سنتی در نظر گرفته شده بود. حالا دیگر فعالیت‌های علمی آیزاک نیوتون آغاز شد و شعار او این بود:

افلاطون دوست من است، ارسطو نیز دوست من است، اما بهترین دوست من «حقیقت» است.

آیزاک نیوتون

پرسش‌های نیوتون نشان می‌دهد، مفهوم جدیدی از طبیعت را کشف کرده که می‌توانست چارچوب انقلاب علمی را سر و شکل دهد. او بر آثاری تسلط پیدا کرد که یک سیستم مکانیکی جایگزین برای توضیح طبیعت احیا می‌کرد. حتی در سایر علوم مانند شیمی، آثار رابرت بویل پایه و اساس کار نیوتن در این علم را فراهم آورد. اما در این میان، نیوتون با دنیای فکری دیگری آشنا شد که در پی توضیح پدیده‌های طبیعی بر اساس مفاهیم کیمیاگری و جادویی بود. گرچه فلسفه طبیعی مکانیکی و مفاهیم کیمیاگری در تضاد با یکدیگر بودند، به نظر می‌رسد همچنان بر اندیشه او تأثیر گذار بوده و تنش میان آن دو، فعالیت علمی او را فراهم می‌کرد.

آیزاک نیوتون، فردی مذهبی بود

این یک واقعیت است که نیوتون فردی بسیار مذهبی بود به حدی که اعتقادات او بر استدلال‌هایش تاثیر می‌گذاشت. هرچند او و دکارت هر دو بازنگری گالیله در دانش کلاسیک و قرون وسطی را پذیرفتند. اما نظریه‌های متضادی از دانش علمی ارائه کردند. نیوتن به دکارت در رد ایده‌های ارسطویی، احترام می‌گذاشت، اما با این ایده مشکل داشت که خداوند جهان را آفریده، بعد کنار رفته و حالا دیگر هیچ دخالتی در آن ندارد. علاوه بر آن، استدلال می‌کرد که دکارتی‌ها به اندازه کافی از تکنیک‌های ریاضی گالیله یا روش‌های تجربی بویل در تلاش برای درک طبیعت استفاده نمی‌کنند. در واقع منظور نیوتون این بود که خدا به واسطه نیروها، هر‌ از گاهی در امور جهان مداخله می‌کند تا این ساعت بزرگ را روشن نگه دارد. در غیر این صورت ساعت کاملا مکانیکی دنیا که دکارتی‌ها می‌گویند کوک شده و کار خودش را می‌کند، نابود خواهد شد. 

آتئیسم واقعا بی‌معنی است، وقتی به منظومه شمسی نگاه می‌کنم، زمین را در فاصله مناسب از خورشید می‌بینم تا مقادیر مناسب گرما و نور را دریافت کند. این اتفاق، تصادفی رخ نداده است.

آیزاک نیوتون

نیوتون، معمار اصول علم مدرن

با این همه، نیوتون در اتحاد عناصر تجربی و نظری علم مدرن، تخصص داشت. او تجربه گرایی گالیله را با منطق و سختگیری دکارت ترکیب کرد تا از این طریق نظریه مدرن خود را ایجاد کند. درست است که کپلر، گالیله و دیگر محققان اولیه انقلاب علمی، نظریه ارسطویی را کاملاً بی اعتبار کردند، اما هیچ یک نتوانستند یافته‌های خود را در یک نتیجه‌ای واحد ترکیب کنند. این کاری بود که توسط سر آیزاک نیوتن انجام شد. 

توسعه ریاضیات

نیوتون در این سال‌ها مطالعات ریاضی خود را نیز آغاز کرد. او کاملا به سایر تحلیل‌های مدرن و تکنیک‌های جبری مسلط شد و با پیگیری‌های خود شروع به حرکت در قلمرو جدیدی از ریاضیات کرد که موفق به توسعه بسط دو جمله‌ای شد. اما در واقع هنگامی که نیوتن مدرک لیسانس را در آوریل 1665 دریافت کرد، کاملا ناشناخته مانده بود. 

کار در سال‌های همه‌گیری طاعون

در سال 1665، طاعون به یک بیماری همه‌گیر تبدیل شد و کمبریج را به تعطیلی کشاند. طبیعتا نیوتون برای جلوگیری از بیمار شدنش، به خانه بازگشت و مجبور شد بیش از دو سال در خانه بماند. اما این خانه نشینی برای او آغاز موفقیت‌های بزرگ بود. آیزاک نیوتون در اوقات فراغت به آنچه آموخته بود فکر می‌کرد. در طول سال‌های طاعون، حساب دیفرانسیل و انتگرال را خلق کرد که شکل قدرتمندتری از تجزیه و تحلیل برای همه شاخه‌های علمی محسوب می‌شوند. کوشش‌های او در این دوران، برای تدوین قانون گرانش جهانی که بعدها به آن دست یافت، بسیار ضروری بود. 

نیوتون به محاسباتی دقیق نیاز داشت

نیوتن تلاش می‌کرد تا به جای میانگین سرعت یک جسم در حال سقوط، بداند که سرعت آن در هر لحظه دقیقا چقدر است. اما تا آن روز، در ریاضیات هیچ توضیحی برای این موضوع وجود نداشت. بنابراین بعد از آن که نیوتن جای خالی آن را دید، فهمید که باید بر روی چنین معادلاتی بیشتر کار کند. علیرغم اینکه فقط تعداد انگشت شماری از دانشمندان آن دوران از وجود نیوتن آگاه بودند، او دیگر یک ریاضیدان برجسته در اروپا بود.

حقیقت را همیشه در سادگی می‌توان یافت، نه در کثرت و آشفتگی چیزها.

آیزاک نیوتون

قصه درخت سیب نیوتون

آیزاک نیوتن جوان در باغ، زیر درختی نشسته بود که ناگهان سیبی بر سرش می‌افتد و باعث می‌شود که ایده نظریه گرانش در ذهنش روشن شود. اما این داستان چقدر واقعی است؟ هیچ گزارش کتبی مبنی بر این موضوع وجود ندارد که واقعا این اتفاق افتاده است، اما اسنادی وجود دارد که نشان می‌دهد او در دوران پیری با دیگران درباره این موضوع صحبت می‌کرد. این روایت را باستان‌شناسی جوان از معاصران نیوتون نوشته و در حال حاضر نسخه‌ اصلی، در انجمن سلطنتی انگلستان موجود است. در واقع تلاش‌های محاسباتی و فلسفی او نشان از آن دارد که این ایده ناگهان به ذهن نیوتون نرسیده است و طی سال‌ها به مفاهیم گرانش فکر می‌کرده است. ولی احتمالا این داستان تمثیلی از چیزی است که او را به تفکر درباره مفهوم گرانش سوق داد.

استاد لوکاسی در کمبریج

نیوتن در سال 1667 پس از بازگشایی مجدد دانشگاه برای عضویت در کالج ترینیتی(کمبریج) انتخاب شد. دو سال بعد آیزاک بارو، استاد ریاضیات لوکاسیایی (استاد ریاضیات در دانشگاه کمبریج به عنوان پروفسور لوکاسی شناخته می‌شود) که تحلیل‌های نیوتن را به جان کالینز در لندن منتقل کرده بود، از صندلی خود استعفا داد و نیوتون را به جانشینی خود توصیه کرد تا بدینوسیله خودش را وقف الوهیت(خداوند) کند. 

مطالعات نیوتون در حوزه نورشناسی

آیزاک نیوتن به ماهیت مکانیکی نور باور داشت، اما جایگزینی اتمی برای آن انتخاب کرد و معتقد بود که نور متشکل از ذرات مادی در حرکت است. او از طریق مجموعه‌ای از آزمایش‌ها در سال‌های 1665 و 1666، نشان داد که نور سفید مجموعه‌ای از تمام رنگ‌ها از جمله رنگ‌های رنگین کمان است. آیزاک نیوتون معتقد بود، هنگامی که پرتوهای نور به شبکیه چشم برخورد می‌کنند، باعث تحریک احساسات مربوط به رنگ‌ها در فرد می‌شوند. از آنجا که نیوتن می‌دانست، انحرافات رنگی عدسی‌ها هرگز حذف نمی‌شود، از تلسکوپ‌های شکستی(گالیله‌ای) به تلسکوپ‌های بازتابی روی آورد. بنابراین موفق به ساخت اولین تلسکوپ‌های نیوتونی شد که همین امروز هم مدرن‌ترین تلسکوپ‌ها از این تکنولوژی استفاده می‌شود.

وقتی نیوتن استقبال مشتاقانه انجمن سلطنتی را دید، به طور داوطلبانه مقاله‌ای در مورد نور و رنگ‌ها ارائه داد. در مجموع، مقاله او با استقبال خوبی مواجه شد اما نکته اینجا بود که کار او مخالفانی هم پیدا کرد.

شروع جدال سرسختانه نیوتون

از جمله مهم‌ترین مخالفان مقاله نیوتن، یکی از رهبران انجمن سلطنتی به نام رابرت هوک بود که خود را استاد اپتیک می‌دانست و به همین دلیل انتقاداتی تحقیرآمیز برای آیزاک نیوتون نوشت. این نقد، نیوتون را بسیار آزار داد اما او در پاسخ به این نقد توهین‌آمیز، رفتار غیر معمولی از خود نشان داد که ریشه در عدم اعتماد به نفس او داشت. متاسفانه نیوتن با این نقد مقابله نکرد و به جای آن شروع به قطع رابطه با انجمن کرد و خود را در انزوا قرار داد.

دومین مقاله اُپتیک نیوتون

نیوتون سال 1675 و در جریان بازدید از لندن، شنیده بود که هوک نظریه رنگ‌ها را پذیرفته است. برای همین جرأت پیدا کرد تا مقاله دوم خود را ارائه دهد. هدف این مقاله توضیح مفهوم تداخل است. او حلقه‌های رنگی متحدالمرکز را در لایه نازک هوا بین عدسی و یک صفحه صاف شیشه‌ای کشف کرد. فاصله بین این حلقه‌های متحدالمرکز که تا امروز به عنوان حلقه‌های نیوتون شناخته می‌شود به افزایش ضخامت لایه هوا بستگی دارد.

مقاله دوم نیوتون، جنجال‌های جدیدی را برانگیخت. اینبار هوک ادعا کرد که نیوتن محتوای این مقاله را از او دزدیده است.

فروپاشی عصبی آیزاک نیوتون

نیوتن همزمان درگیر جنجال دیگری درباره نظریه رنگ‌های خود با فرقه‌ای مذهبی وابسته به کلیسای کاتولیک شد. اگرچه اعتراض آن‌ها بسیار سطحی بود، اما استدلال آن‌ها مبنی بر اشتباه بودن آزمایش‌های نیوتون، او را به خشم آورد. مکاتبات تا سال 1678 به طول انجامید اما در نهایت آیزاک نیوتون با یک فروپاشی عصبی کامل، دوباره شروع به کناره گیری کرد. سال بعد، مرگ مادرش نیوتون را در انزوای بی سابقه‌ای قرار داد و مجموعا به مدت شش سال از محافل علمی کنار رفت.

نفوذ کیمیاگری بر افکار نیوتون

نیوتن در دوران انزوای خود بسیار تحت تأثیر کیمیاگری قرار گرفت که از دوران کارشناسی با آن آشنا بود. نیوتن، همیشه تا حدودی به کیمیاگری علاقه داشت، اما اکنون دیگر خود را در آن غوطه‌ور کرده بود. خوشبختانه این تمام ماجرا نبود، زیرا برخی از پدیده‌ها، مانند ظرفیت مواد شیمیایی برای واکنش با برخی دیگر، او را متحیر کرده و باعث ورود او به عرصه شیمی مدرن شد. در حدود سال 1679، نیوتون شروع به توضیح پدیده‌های عجیبی کرد که شامل، شباهت‌های شیمیایی، تولید گرما در واکنش‌های شیمیایی، کشش سطحی در سیالات، عمل مویرگی و جاذبه‌ها و دافعه‌های بین ذرات است.

من قدرت خاصی ندارم. تنها خواستن من است که برایم موفقیت به ارمغان می‌آورد.

آیزاک نیوتون

انگیزه‌ای تازه برای خلق قوانین نیوتون

تقریباً پنج سال بعد، در آگوست 1684، اخترشناس بریتانیایی به نام ادموند هالی، برای ملاقات نیوتون به کمبریج رفت. پس از مدتی که آنها با هم بودند، هالی از او پرسید که آیا چیزی از شکل منحنی‌ سیارات می‌داند؟ آیزاک بلافاصله پاسخ داد: بله این شکل به صورت بیضی است. هالی با خوشحالی و شگفتی از او پرسید، از کجا می‌دانی؟ نیوتون گفت، من آن را محاسبه کرده‌ام. سپس هالی از او خواست که اگر ممکن است آن محاسبات را به او نشان دهد. نیوتون قبول کرد و رفت تا آن را در میان یادداشت‌هایی که خیلی وقت پیش نوشته بود، بیابد و به هالی بدهد که در نهایت نتوانست آن را پیدا کند. اما نیوتون به هالی قول داد که آن را دوباره بنویسد و برایش بفرستد.

در اینجا سوال هالی، نیوتن را بر آن داشت تا ایده‌های خود را در مورد مکانیک و گرانش جهانی فرموله کند. نیوتون این معادلات را توسعه داد تا اینکه در مدت زمان بسیار کوتاهی (حدود 18 ماه بعد)، یک اثر سه جلدی با عنوان «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» یا پرینسیپیا تألیف کرد. مکانیک پرینسیپیا توصیف دقیقی از حرکات اجسام بود که بر سه قانون معروف نیوتون استوار است. درست دو ماه پس از انتشار آن، دیوید گریگوری ریاضیدان، در نامه‌ای به نیوتون اینگونه می‌نویسد:

با دیدن و خواندن کتاب شما، فکر می‌کنم شخصا موظفم صمیمانه‌ترین تشکر را از شما داشته باشم. برای اینکه تلاش کردید تا به دنیا، چیزی را بیاموزید که هرگز انتظار نداشتم هیچکسی در دنیا پاسخ آن را بداند. پیشرفت عظیمی که شما در هندسه ایجاد کرده‌اید، به طور غیرمنتظره‌ای در فیزیک نیز موفقیت آمیز بوده است، به راستی سزاوار تحسین بهترین هندسه‌شناسان و طبیعت شناسان، در این دوره از تاریخ و همه اعصار بعدی هستید.

دیوید گریگوری

تولد نظریه گرانش نیوتون

آیزاک نیوتون با قوانین خود و کمک گرفتن از آثار کپلر، به معادلات نیرویی دست یافت که نام آن را gravitas یا گرانش گذاشت. این کلمه از زبان باستانی لاتین گرفته شده که به معنی "سنگینی" یا "وزن" است. نیوتون قانون جهانی گرانش را به عنوان مسئول پدیده‌های دیگری مانند جزر و مد و مدار دنباله‌دارها معرفی نمود. کشف نیروی گرانش، شروعی برای شهرت نیوتون بود که تحسین جهانی را برای او به ارمغان می‌آورد.

کار در ضرابخانه

آیزاک نیوتون از سال 1696 تا 1699 به عنوان سرپرست ضرابخانه سلطنتی منصوب شد و سپس تا پایان عمرش در جایگاه استادی ضرابخانه مشغول به کار بود که درآمد بسیار خوبی هم داشت. او در این مدت به شدت با متقلبان سکه مقابله کرد و نقشی حیاتی در رویدادهای اقتصادی مهم مانند، ادغام ضرابخانه‌های انگلیسی و اسکاتلندی و تثبیت ارزش ضرابخانه ایفا کرد.

اگر توانستم دوردست‌ها را ببینم، برای این بود که روی شانه غول‌ها ایستاده بودم.

آیزاک نیوتون

دیگر افتخارات نیوتون تا پایان عمر

آیزاک نیوتون در سال 1703 به عنوان رئیس انجمن سلطنتی انتخاب شد. چهار سال قبل از آن، آکادمی علوم فرانسه او را به عنوان یکی از هشت همکار خارجی معرفی کرده بود. در سال 1705 نیز ملکه، به او لقب شوالیه داد و این اولین موقعیتی بود که یک دانشمند، چنین مورد تجلیل قرار می‌گرفت. 

سالهای پایانی آیزاک نیوتون

نیوتن در طول سالهای پایانی عمر خود، نسخه‌های بیشتری از آثارش را ارائه داد. او همچنان ریاست انجمن سلطنتی را به عهده داشت و بر ضرابخانه نظارت می‌کرد. نیوتن مطالب زیادی درباره الهیات نوشته بود که بعد از او در چندین کتاب جمع‌آوری و منتشر شد. نیوتن هرگز ازدواج نکرد و سالهای آخر زندگی خود را با خواهرزاده‌اش در پارک کرنبری نزدیک وینچستر انگلستان گذراند. در نهایت، او در 31 مارس 1727 از دنیا رفت و در کلیسای وست مینستر به خاک سپرده شد.