تحقیق مقاله سِر آیزاک (یا اسحاق) نیوتن

نیوتن

سِر آیزاک (یا اسحاق) نیوتن (۲۵ دسامبر ۱۶۴۲ – ۳۱ مارس ۱۷۲۷) فیزیک‌دان، ریاضی‌دان، فیلسوف و کیمیاگر شهروند انگلستان بوده‌است.[۱] وی در سال ۱۶۸۷ میلادی شاهکار خود «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» را به نگارش درآورد. در این کتاب او مفهوم گرانش عمومی را مطرح ساخت و با تشریح قوانین حرکت اجسام، علم مکانیک کلاسیک را پایه گذاشت. از دیگر کارهای مهم او بنیان‌گذاری حساب دیفرانسیل و انتگرال است.

نام نیوتن با انقلاب علمی در اروپا و ارتقای نظریه خورشید-مرکزی پیوند خورده‎ است. او نخستین کسی است که قواعد طبیعی حاکم بر گردشهای زمینی و آسمانی را کشف کرد. وی همچنین توانست برای اثبات قوانین حرکت سیارات کپلر برهان‎های ریاضی بیابد. در جهت بسط قوانین نامبرده، او این جستار را مطرح کرد که مدار اجرام آسمانی مانند ستارگان دنباله دار، لزوماً بیضوی نیست بلکه می‌تواند هذلولی یا شلجمی نیز باشد. افزون بر اینها، نیوتن پس از آزمایش‎های دقیق دریافت که نور سفید ترکیبی از تمام رنگ‌های موجود در رنگین‌کمان است. او فرضیه موجی هویگنس را درباره نور رد کرد. از دیدگاه نیوتن نور جریانی از ذرات است که از چشمه نور به بیرون فرستاده می‌شوند.

زندگی‌نامه

آیزاک نیوتن در نیمه شب عید سال نو ۱۶۴۲به دنیا آمد. او کودک زودرسی بود که پزشک به زنده‌ماندن او امید چندانی نداشت. پدر و که کشاورزی مرفه بود سه ماه پیش از تولد او از دنیا رفته بود و هانا مادر آیزاک مجبور بود این کودک رنجور را به تنهایی بزرگ کند. خانه مادری او در وول اِستروپ بزرگ و راحت بود.آنها فقیر نبودند، اما بزرگ کردن آیزاک که کودکی رنجور و نحیف بود برای مادری تنها آسان نبود.در سال تولد آیزاک نیوتن، جنگ‌های داخلی انگلستان آغاز شد. نبردهای خونینی میان گارد سلطنتی وطرفداران مجلس در گرفت. زمانی که جنگ تمام شد،نیوتن شش ساله بود.تجزیه کشور که از رویدادهای مهم تاریخ آن محسوب می‌شد این کشور را به سخنگوی قدرتمند پرتستانها تبدیل کرد. اکثر اهالی محل زندگی نیوتن (لینکین شایر) حامی مجلس بودند ولی خانوده اوطرفدار پادشاه بودند. این مشکلات سیاسی بر زندگی او تاثیرات فراوانی داشت.در این هنگام بود که مادر او قصد ازدواج مجدد کرد و به محل زندگی ناپدریش رفت و او را نزد مادربزرگش نهاد.او هیچگاه با مادربزرگش صمیمی نبود و همیشه از ناپدریش متنفر بود.در خانه مادربزرگش اکثر ساعات روز را به ساخت الگوهای مکانیکی می‌پرداخت.او علاقه زیادی به این کار داشت.نیوتن در ده سالگی شاهد مرگ ناپدریتش بود.با مرگ ناپدری نیوتن مادرش به وول استروپ بازگشت.دو سال بعد نیوتن وارد دبیرستان(Grantham) شد.حال او با عمویش در شهر زندگی می‌کرد.نیوتن بسیار ضعیف بود و نمی‌توانست در بازی‌های خشن شرکت کند.در چهارده سالگی او یک روز با یکی از بچه‌های قلدر مدرسه گلاویز شد و در آخر موفق شد بینی حریف خود را بشکند.این اتفاق اورا به یک قهرمان تبدیل کرد و باعث تشویق و تحسین دیگر بچه‌ها و دلگرمی او شد.آیزاک جوان در سال ۱۶۶۱، در هجده سالگی وارد دانشگاه کمبریج شد اما مادر او نمی‌توانست مخارج دانشگاه را بپردازد از این رو وی به گروه «سابسایزرها» پیوست. سابسایزرها دانشجوهایی بودند که بجای پرداخت شهریه، اتاق‌ها را نظافت می‌کردند یا در سالن غذاخوری به عنوان پیشخدمت کارمی کردند.در یک روز یکشنبه،در اواخر بهار۱۶۶۴ آیزاک و دوستش، جان ویکنز به سیرکی که به تازگی درکمبریج دایر شده بود رفتند. در این سیرک آیزاک به طور تصادفی متوجه چیزی شد که به طرز خیره کنندهای می‌درخشید.آن چیز حیرت آور یک منشور بود.آیزاک متوجه شد که با استفاده از آن منشور می‌تواند آزمایش‌های مفیدی انجام دهد.از این رو فوراً آن را خرید.
مردم آن زمان فکر می‌کردند که اثر رنگین کمان از خواص منشور است و تابش نور بر منشور این خاصیت را از درون منشور آزاد می‌کند. نیوتن دست به چندین آزمایش زد و از چند منشور استفاده کرد .نتایج او امروزه به عنوان قوانین فیزیک محسوب می‌شود.او کشف کرد که«تصاویری که ما از اجسام می‌بینیم ، بازتاب نور از سطح آن اجسام است».نیوتن پس از این موفقیت‌های علمی در سال ۱۶۶۵ مدرک لیسانس علوم انسانی خود را گرفت.حال او می‌توانست چهار سال دیگر در دانشکده ترینیتی تحصیل کند. او مایل بود از این پس به مساله جاذبه بپردازد.اما در این سال طاعون در انگلیس شایع شد و شعله‌های مرگبار آن از هر سوی این کشور زبانه می‌کشید.به همین دلیل دانشگاه تعطیل شد و نیوتن به لینکین شایر بازگشت تا سیب معروف او افتخار برخورد با سر این نابغه بزرگ را کسب کند.نیوتن در این فکر بود که چگونه سیارات بر مدار خود پیرامون خورشید قرار می‌گیرند بی آنکه نیرویی ناشناخته دست اندرکار باشد.او هنگامی که در باغ خانه مادری خود در حال تفکر به این مؤضوع بود ، سیبی از روی درخت برسر او افتاد و او را متوجه کردکه علت افتادن سیب همان دلیل گردش سیارات به دور خورشید است. خورشید نیروی کششی به سیارات وارد می‌کند و عین همان نیرو را زمین به ماه. اما سوالی دیگر برای وی پیش آمد : (چرا سیارات به روی خورشید سقوط نمی‌کنند؟)او چندین روز به این مساله فکر کرد اما جوابی نیافت.درست همان زمان که او بار و بنه خود را برای بازگشت به کمبریج می‌بست ، حقیقت پرده از چهره برگرفت.به دلایلی که کمی عجیب به نظر می‌رسد ، در یک لحظه او نوعی بازی را که بچه‌ها در مدرسه انجام می‌دادند بخاطر آورد.قاعده بازی این بود که باید بازیکن سطل آبی را در هوا می‌چرخاند. برنده این بازی کسی بود که سطل را بدون اینکه آب از آن بریزد در هوا بچرخاند.اکنون نیوتن دلیل چرخش سیارات بدور خورشید ، بدون آنکه در خورشید سقوط کنند را در یافته بود. این پدیده که نیازمند سرعت جانبی است همان قانون اول نیوتن یعنی نیروی گریز از مرکز ، است. او پس از چند آزمایش کشف کرد که نیروی جاذبه از قانون عکس مجذور نیز پیروی می‌کند
برخلاف تصور عموم ، تلسکوپ را گالیله اختراع نکرد ، بلکه به آن جنبه همگانی بخشید.در زمان گالیله فقط تلسکوپ انکساری وجود داشت ، اما بزرگنمایی و وضوح آن کمتر از بزرگنمایی و وضوح تلسکوپ‌های انعکاسی بود.نیوتن با استفاده از نبوغ و تجربه اش در ساخت مدل‌های مکانیکی توانست تلسکوپ انعکاسی را که انقلابی در علم محسوب می‌شد اختراع کند.نیوتن به دلیل اختراع تازه اش بسیار مشهور شد و پس از چندی به انجمن سلطنتی پیوست.او در اولین سخنرانیش با دانشمند بزرگ هم عصرش یعنی رابرت هوک ملاقات کرد و میان این دو مشاجره در گرفت.هوک خود را خبره پژوهش درباره نور می‌دانست و نظرات نیوتن را رد می‌کرد.پس از مدتی ، نیوتن فیزیک را رها کرد و به پژوهش در مورد کیمیاگری(پایه شیمی امروز) پرداخت. اما در این بین که او مشغول این کارها بود ، هانا ، مادر او مرد.این مساله او را تا مدتی از کسب دانش بازداشت.
در ۲۸ آوریل ۱۶۸۶ نیوتن کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی را چاپ کرد و نسخه اول آن را به انجمن سلطنتی داد.اما در نیمه شب همان روز هک مدعی شد که قوانین نیوتن را قبلاً کشف کرده‌است.در سال ۱۶۹۶ نیوتن رییس ضرابخانه سلطنتی شد و همچنین در چند سال بعد او سرپرست انجمن سلطنتی نیز شد.در این مدت او متقاعد شد که اکتشافات خود در زمینه نور را با عنوان «نورشناخت» منتشر کند.یک سال بعد ، ملکه «آن» به او لقب (سِر) داد. سر آیزاک نیوتن در ۲۰ مارس ۱۷۲۷ در هشتاد و چهار سالگی چشم از جهان فرو بست.

از کودکی تا استادی

نیوتن در روستای وولز تورپ بای کولز تر وُرث واقع در ناحیه لینکن‌شایر زاده شد. سه ماه پیش از تولد، پدرش درگذشت. مادر او نیز دو سال بعد از نو ازدواج کرد و آیزاک را تحت سرپرستی مادربزرگش قرار داد.

پس از به پایان بردن آموزش‎های آغازین در مدرسه گرنتَم در سال ۱۶۶۱ نیوتن به کالج ترینیتی دانشگاه کمبریج جایی که عمویش نیز به تحصیل اشتغال داشت، وارد شد. در آن دوران دروس دانشکده عموماً بر پایه آموزه‌های ارسطو تنظیم می‎شد ولی نیوتن ترجیح می‎داد که با اندیشه‎های مترقی‎تر فیلسوفان نوگرایی چون دکارت، گالیله، کپرنیک و کپلر آشنا شود. در ۱۶۶۵ او موفق به کشف قضیه دو جمله‌ای در جبر شد. یافته‎ای که بعدها به ابداع حساب دیفرانسیل انجامید. نیوتن نخستین مدرک دانشگاهی خود را در سال ۱۶۶۵ دریافت کرد اما زمانی که درصدد ورود به دوره کارشناسی ارشد بود، دانشگاه کیمبریج بر اثر همه‌گیری طاعون در لندن و حومه تعطیل شد و نیوتن به روستایش بازگشت. در طول دو سال بعد او در خانه اش به مطالعات خود در زمینه حساب، نورشناسی و گرانش ادامه ‎داد.

در همین دوران مرخصی اجباری بود که نیوتن نظریات خود را در مورد گرانش پایه‌ریزی کرد. مطابق داستانی بسیار مشهور، روزی نیوتن زیر یک درخت سیب نشسته بوده که ناگاه سیبی بر سرش می‎افتد واز این واقعه او به یکسانی ماهیت نیروی گرانش زمینی و سماوی پی می‎برد. داستان فوق در واقع روایت اغراق شده ایست از خاطره‎ای که خود نیوتن نقل کرده بود مبنی بر اینکه یک روز کنار پنجره اتاق خانه اش به تماشای باغ نشسته بود که افتادن سیبی از درختی نظرش را به خود کرد. سالها بعد در ۱۵ آوریل ۱۷۲۶، او به دوست نویسنده اش ویلیام استاکلی گفت: « واقعه مذکور این سؤال را به ذهنم آورد که چرا سیب همیشه مستقیما به پایین می‎افتد؟ چرا به جای حرکت به سمت مرکز زمین به طرفین یا رو به بالا نمی‎رود؟ » (به نقل از کتاب « یادداشت‌هایی از زندگانی سر اسحاق نیوتن») پس از برطرف شدن خطر طاعون در سال ۱۶۶۷، نیوتن به کمبریج بازگشت و عضو جزء کالج ترینیتی شد و در سال ۱۶۶۸ با دریافت مدرک فوق لیسانس و گرفتن کرسی استادی لوکاسین جایگاه خود را تثبیت کرد.

اوج فعالیت‌های علمی

نورشناسی

در اواخر دهه ۱۶۶۰ نیوتن درباره شکست نور تحق‍یق می‎کرد. او دریافت که نور سفید اگر از یک منشور عبور کند به طیفی از رنگ‌ها تجزیه می‎شود. همچنین به‌وسیله قرار دادن منشور مشابه دیگری در مسیر نور تجزیه شده به صورت وارونه، می‌توان رنگ‌های طیف را بازترکیب کرد و نور سفید به دست آورد. او علت تشکیل طیف را چنین توجیه می‎کرد: نور جریانی از ذرات کوچک است که به خط مستقیم در فضا حرکت می‎کنند و هنگام عبور از یک ماده شفاف مانند منشور به ماده‌ای دیگر، این ذرات بسته به نوع لرزش خود با زاویه‌های گوناگون شکست می‎یابند. در نتیجه ذرات تشکیل دهنده نور سفید ازهم جدا شده به شکل طیف هفت رنگ ظاهر می‎شوند.

این ویژگی در تلسکوپ‌های شکستی پدیده‌ای را موجب می‌شود که به آن پراکندگی نور می‎گویند؛ لبه‌های عدسی‎های این تلسکوپ‌ها مانند منشور عمل کرده و نور سفید را پس از عبور از خود به صورت طیف در می‎آورند و در تصاویر تلسکوپ حاشیه‎های رنگی ایجاد می‎کنند. برای حل این مشکل نیوتن در سال ۱۶۶۸ تلسکوپ بازتابشی را که چندی قبل توسط جیمز گرگوری اسکاتلندی طراحی شده بود تکامل بخشید و آن را همراه با تحلیل دقیق قوانین بازتابش و تجزیه نور به انجمن سلطنتی ارائه نمود. نظریه نیوتن با مخالفت رابرت هوک فیزیکدان روبرو شد. هوک و کریستیان هویگنس هلندی در آن زمان صاحب تئوری موجی نور بودند که از نظر نیوتن مردود بود. چندی بعد نیوتن بر پایه نظریات خود کتابی در باب نورشناسی با عنوان «اپتیکس» نوشت. ولی از بیم مخالفت‎های هوک انتشار آن را تا سال ۱۷۰۴ به تأخیر انداخت. در این زمان وی خود رئیس انجمن سلطنتی شده و رابرت هوک نیز در گذشته بود.

گرانش

در سال ۱۶۸۴ نیوتن که مطالعات خود را درباره گرانش و چگونگی حرکت سیارات کامل کرده بود، رساله‌ای در این مورد نوشت که بسیار مورد توجه ادموند هالی ستاره شناس معروف انگلیسی قرار گرفت. با تشویق و پیگیری او سرانجام نیوتن کتابش با نام «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» را تکمیل و با سرمایه هالی منتشر کرد. این کتاب بر جهان علم به ویژه فیزیک تأثیری عظیم گذاشت و بعضی آن را بزرگ‌ترین کتاب علمی تاریخ دانسته‎اند.

یوهانس کپلر ستاره شناس آلمانی در سال ۱۶۰۹ نظریه انقلابی خود را درباره حرکت سیارات عرضه کرد. در آن زمان هنوز یافته‌های کپرنیک مقبولیت عام پیدا نکرده بود و اکثر مردم بر این باور بودند که سیارات، خورشید و دیگر ستارگان به دور زمین می‌چرخند. کپلر درکتاب خود به نام «هیئت جدید» تمام این پندارها را در هم ریخت. او با استفاده از نتایج رصدهای استادش تیکو براهه و مشاهدات خود توانست ثابت کند که سیارات نه به دور زمین که گرد خورشید می‌چرخند و مدار آنها نیز بر خلاف تصور رایج دایره‌ای نیست بلکه بیضوی است. کپلر نتوانسته بود توضیح دهد که چرا مدار سیاره‌ها به این شکل است و چه نیرویی آنها را به حرکت در می‌آورد. همچنین مشخص نبود که به چه علت سرعت مداری سیارات وقتی به خورشید نزدیکترند، افزایش می‌یابد.

نیوتن در کتاب «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» (معروف به Principia) به تمامی این پرسش‌ها پاسخ گفت. او ثابت کرد که نیروی کشش میان اجسام آسمانی، طبق قانون «عکس مربع» عمل می‎کند یعنی مقدار نیروی گرانش میان خورشید و یک سیاره برابر است با عکس مجذور فاصله میان آن دو. او با تحلیل ریاضی نشان داد که قانون عکس مربع به ناگزیر مسیر حرکت سیاره‌ها را بیضی می‎سازد. آنگاه او گام بلند دیگری برداشت و قانون گرانش عمومی را کشف کرد که به موجب آن هر جسمی در عالم به هر جسم دیگری نیروی کششی وارد می‎کند و مقدار این نیرو با رابطه نامبرده محاسبه‌پذیر است.