تحقیق مقاله آیزاک نیوتن

مردی که در قدرت نبوغ از مقام انسانی تجاوز کرد

در کریسمس1642یعنی سالی که گالیله درفلورانس درگوشه ی انزوااز دنیا رفت یک نوزاد پسر در روستایی نزدیک لیکن شایر در خانواده ای کشاورز از طبقه ی متوسط به دنیا آمد مادرش هانا نیوتن شوهرش را مدت کوتاهی قبل از تولد فرزندش از دست داده بود شوهرش که او نیز اسحاق نام داشت مردی بود با رفتار غیر عادی و عصبی مزاج و زود رنج و هانا زنی مقتصد خانه دار صاحب کفایت و صنعتگری با لیاقت بود . ایزاک دوره ی کودکی شادی نداشت مادرش در سال های بعد از نو ازدواج کرد و آیزاک را تحت سرپرستی مادر بزرگش قرار داد در آن دهکده هیچ مدرسه ای وجود نداشت و او تا سن دوازده سالگی به مدرسه نرفت آیزاک کودک قوی بنیه ای نبود بنابراین از بازی های پر هیاهو و زد و خورد با همسالان کناره می گرفت و به جای این که از تفریحات آ نان پیروی کند شخصاً برای خویش تفریحاتی اختراع می کرد که نبوغ وی در ضمن آن ها خود نمایی می کرد. طبق نصایح دایی وی او را به مدرسه گرانتهام فرستادند او رادر کلاس ما قبل آخر جای دادند او همواره مورد طعنه و طنز شاگردانی واقع می شد که از وی قوی تر بودند روزی از روز ها یکی از ایشان با بی رحمی بسیار کتک مفصلی به او زد در نتیجه ی تشویق یکی از معلمان شاگرد مزبور را به مبارزه طلبید و در این مبارزه نیوتن پیروز شد تا آن زمان او توجه زیادی به درس از خود نشان نداده بود اما بر اثر این واقعه تصمیم گرفت به آنان ثابت کند که مغز وی قوی تر از ایشان است با جدیت بکار پرداخت و در اندک مدتی بهترین شاگرد کلاس شد . آیزاک علاقه ی زیادی به کارهای دستی داشت و اغلب آنها را به تنهایی می ساخت از کارهای جالب او آسیاب بادی ساعت آبی و ساعت آفتابی بود که این اختراع در موزه ی انجمن سلطنتی لندن نگهداری می شود او به هنر نقاشی و جمع آوری گیاهان نیز علاقه مند بود طرح هایی که می کشید زیبا و جالب بوده است ساعت آبی او سالهای سال وقت را به دقت بهترین ساعتهای معمولی نشان میداد یکی از کارهای دستی او بادبادکی بود که می توانست شمع روشنی را با خود به هوا ببرد جعبه ای از شعله شمع محافظت می کرد آیزاک بادبادکش را شب ها بر فراز شهر گرنتهام به هوا می فرستاد مردم هنگامی که این نور لرزان و عجیب را در هوا می دیدند می تر سیدند و این همان چیزی بود که منظور آیزاک بود . پیشرفت درسی او در مدرسه باعث شد که مدیران مدرسه و دایی او به این نتیجه برسند که او قادر است برنامه دانشگاه کمبریج را درک کند تصمیم قاطع روزی گرفته شد که دایی آیزاک او را غافلگیر کرده بود او در کنار پرچین مزرعه و در خفا سخت مشغول مطالعه بود در حالی که همه فکر می کردند برای کمک با کارگران مزرعه به قصد خرید به مغازه رفته است .

آیزاک در هیجده سالگی امتحان ورودی دانشگاه کمبریج را با موفقیت پشت سر گذاشت و در سال 1660 وارد کالج ترینیتی شد معلم ریاضی اودر دانشگاه اسحاق بارو نام داشت که در عین حال ریاضی دان وعالم علوم الهی بود به استعداد فوق العاده نیوتن در ریاضی پی برده بود او را تشویق کرد تا تحصیلاتش را در ریاضی تکمیل کند .

او مدت چهار سال به تحصیل ریاضی پرداخت و در سال 1665 با درجه لیسانس فارغ التحصیل شد.

زمانی که در صدد ورود به دوره ی کارشناسی ارشد بود دانشگاه کمبریج بر اثر همه گیری طاعون در لندن و حومه تعطیل شد.

نیوتن به روستای خویش بازگشت.در طول دو سال او در خانه اش به مطالعات خود در زمینه ی حساب نور شناسی وگرانش ادامه داد.در همین زمان بود که هوش و استعداد این نابغه ی بزرگ اشکار شد. او تمام جزوه ها و کتابهایش را در دانشگاه جا گذاشته بود فکر خود را آزاد گذاشت که به تنهایی از منابع خاص خود استفاده کند . در این هنگام او 22 یا 23 سال بیشتر نداشت. در این دو سالی که در روستا بود حساب دیفرانسیل و انتگرال و قانون جاذبه ی عمومی و تئوری نور را بنیان گذاشت.نسخه ی خطی که تاریخ آن 20 مِی1665 میباشد نشان میدهد که نیوتن در 23 سالگی بقدر کافی اصول حساب عناصر بی نهایت کوچک را پیش برده بود که بتواند انحنای هر منحنی متصل را در یک نقطه حساب کند و مماس بر منحنی را در این نقطه رسم کند .در سال 1667 مجددا به دانشگاه کمبریج بازگشت و در سال 1669 به عنوان استاد ریاضیات جانشین اسحاق بارو شد و به عنوان پرفسور مشغول تعلیم و اموزش شد . سر انجام برخی از ایده هایش را برای اولین بار اشکار کرد و بر روی کاغذ اورد .

نظریه ی گرانش او بر اساس خاطره ای که خود او نقل کرده اینطور شکل گرفته که یک روز کنار پنجره ی اتاق خانه اش به تما شای باغ نشسته بود افتادن سیبی از درخت نظرش را به خود جلب می کند سال ها بعد در 15 آوریل 1726 او به دوست نویسنده اش ویلیام اِستکلی گفت : واقعه ی مذکور این سوال را به ذهنم آورد چرا سیب همیشه مستقیماً به پایین می افتد چرا به جای حرکت به سمت مرکز زمین به طرفین یا بالا نمی رود غالب مورخین علوم این نکته را پذیرفته اند که نیوتن در سال 1666 دست به یک سلسله محاسبات تقریبی زد تا ببیند آیا قانون جاذبه ی عمومی او می تواند قوانین کپلر را توضیح دهد یا خیر ؟ انتشار قانون جاذبه ی عمومی 20 سال طول کشید علت تاخیر نیوتن آن بوده است که وی نمی توانست مسئله ی مربوط به حساب انتگرال و دیفرانسیل را حل کند و این مسئله در قانون جاذبه ی عمومی به صورتی که مورد توجه او قرار گرفته بود نقش اساسی به عهده داشت.

قانون گرانش در نهایت به این صورت توسط نیوتن تعریف شد:

هر ذره ی ماده همه ی ذرات دیگر ماده را با نیرویی جذب می کند که تابع سه عامل زیر است:

1- جرم جسم ( M ) 2- جرم جسم دوم ( m) 3- فاصله ی میان دو جسم ( r )

بیان صوری این قانون چنین است هر ذره ی ماده در جهان هر ذره ی دیگر را با نیرویی جذب می کند که متناسب به حاصل ضرب جرم های آنهاست وبا مجذور فاصله میان آنها نسبت عکس دارد .

Mm

F=G

r2

این قانون مهم جهانی در حل مسایل گوناگون کمک فراوانی کرد مانند:

1-سقوط ازاد اجسام:هر جسم که به گونه ای نگه داشته نشده باشد به سمت مرکز زمین سقوط خواهد

کرد.

2-جذر و مد اقیانوس ها و جذر و مد جوی.

3-حرکت ستاره های دنباله دار.

4-حرکت سیارات:اگر نیروی گرانش میان زمین و خورشید نباشد زمین مماس بر مسیر خود پرتاب خواهد شد.

در اواخر دهه ی 1660 نیوتن درباره ی شکست نور تحقیق میکرد. او در یافت که اگر نور سفید از یک منشور عبور کند به طیفی از رنگها تجزیه میشود هم چنین به وسیله ی قرار دادن منشور مشابه ی دیگری در مسیر نور تجزیه شده به صورت وارونه می توان رنگ های طیف را باز ترکیب کرد و نور سفید بدست آورد. او علت تشکیل طیف را چنین توجیه کرد:نور جریانی از ذرات کوچک است که به خط مستقیم در فضا حرکت میکنند و هنگام عبور از یک ماده ی شفاف مانند منشور این ذرات بسته به نوع لرزش خود با زاویه های گوناگون شکست می یابند در نتیجه ذرات تشکیل دهنده ی نور سفید از هم جدا شده به شکل طیف هفت رنگ ظاهر می شوند.

این ویژگی در تلسکوپ های شکستی پدیده ای را موجب می شود که به آن پراکندگی نور می گویند لبه های عدسی های این تلسکوپ ها مانند منشور عمل کرده و نور سفید را پس از عبور از خود به صورت طیف در می آورند و در تصاویر تلسکوپ ها شیشه های رنگی های ایجاد می کند برای حل این مشکل نیوتن در سال 1668 تلسکوپ باز تابی را که توسط جیمز گریگوری طراحی شده بود کامل کرد همراه با تحلیل دقیق قوانین باز تابش و تجزیه ی نور به انجمن سلطنتی ارائه نمود نظریه ی نیوتن با مخالفت رابرت هوک و هو یگنس که صاحب تئوری موجی نور بودند روبرو شد هوک گزارشی علیه نیوتن تهیه کرد و ضمن آن تبلیغ بسیاری به نفع نظریه ی موجی نور کرد نیوتن در ابتدا خونسرد و ارام بود ولی بعد رفتارش را تغییر داد و از عصبانیت تصمیم گرفت از آن پس با هیچ کس در باره ی اکتشافات خود سخن نگوید نیوتن بر پایه ی نظریات خود کتابی با عنوان اپتیکس نوشت ولی از بیم مخالفت هوک آن را منتشر نکرد تا زمانی که خود رییس انجمن سلطنتی شده بود و رابرت هوک در گذشته بود در سال 1679 که 37 سال داشت بزرگترین اکتشافات خود را انجام داده بود اما آن ها را با نهایت دقت در مغز خود یا کشوی میز محفوظ نگه می داشت پس از آن ادموند هالی توانست با تدبیر بسیار او را وادار کند که اکتشافات خود را در زمینه ی نجوم و علم حرکات برای انتشار تدوین کند ونیوتن به این کار رضایت داد با توجه و تشویق هالی نیوتن کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعت را تکمیل کرد ( principia ) در دورانی که نیوتن به تحریر و تدوین شاهکار خود مشغول بود هرگز به سلامتی خویش توجهی نکرد فراموش کرد که خوردن وخوابیدن از لوازم زندگی است غالباً به غذایی ساده اکتفا میکرد یا اصلاً چیزی نمی خورد وبا عجله از خوابی که چند لحظه بیش ادامه نداشت بر می خاست وبا لباسی مختصر ساعت ها در کنار بستر می نشست وبه تفکر و محاسبه می پر داخت تا بتواند از پیچ وخم های مشکلات ریاضی خویش عبور کند. این کتاب در سال 1686 آماده شد و برای اظهار نظر به جامعه پادشاهی تقدیم گردید و پس از آن با سرمایه های هالی منتشر شد .

نیوتن در این کتاب قوانین کپلر را هم با توجه به قانون گرانش عمومی توضیح داد.

در بخش دیگری از این کتاب نیوتن چگونگی حرکت اجسام را در قالب سه قانون توصیف کرده این قوانین آنقدر همه فهم وآشکارند که امروز کسی گمان نمی برد نیازی به کشف شدن داشته باشد با این حال نیوتن اولین کسی بود که با نبوغ خود به وجود آن پی برد و چیستان حرکت جسم را حل کرد .

قانون اول نیوتن ( قانون لختی ) : هر جسم که در حال سکون یا حرکت یکنواخت در راستای خط مستقیم باشد به همان حالت می ماند مگر آنکه در اثر نیرو های بیرونی ناچار به تغییر حالت شود .

قانون دوم نیوتن ( رابطه ی نیرو و شتاب ) : کل نیروی وارد بر یک جسم برابر است با حا صل ضرب جرم آن جسم در شتاب آن .