Isaac Newton

gigatos | januar 1, 2022

Resumé

Sir Isaac Newton (25. december 1642 – 20. marts 1727 ifølge den julianske kalender, der var gældende i England indtil 1752; eller 4. januar 1643 – 31. marts 1727 ifølge den gregorianske kalender) var en engelsk fysiker, matematiker, mekaniker og astronom, en af grundlæggerne af den klassiske fysik. Forfatter til det grundlæggende værk “Mathematical Beginnings of Natural Philosophy”, hvori han fastslog loven om universel gravitation og tre mekaniske love, som blev grundlaget for den klassiske mekanik. Han udviklede differential- og integralregning, farveteori, lagde grunden til moderne fysisk optik og skabte mange andre matematiske og fysiske teorier.

Medlem (1672) og præsident (1703-1727) af Royal Society of London.

Læs også, biografier-da – Édouard-Henri Avril

De første år

Isaac Newton blev født i landsbyen Woolsthorpe i Lincolnshire på tærsklen til borgerkrigen. Newtons far, Isaac Newton (1606-1642), en lille, men velhavende landmand, nåede ikke at se sin søn blive født. Drengen blev født for tidligt og var syg, så det tog lang tid, før han blev døbt. Alligevel overlevede han, blev døbt (1. januar) og fik navnet Isaac til minde om sin far. Newton anså det for et særligt tegn, at han blev født på juledag. På trods af sit dårlige helbred i barndommen blev han 84 år gammel.

Newton troede virkelig, at hans familie stammede fra skotske adelsmænd fra det 15. århundrede, men historikere har opdaget, at hans forfædre i 1524 var fattige bønder. I slutningen af det 16. århundrede var familien blevet velhavende og overgik til kategorien yeomen (godsejere). Newtons far arvede et stort beløb på 500 pund og flere hundrede acres frugtbar jord med marker og skove.

I januar 1646 giftede Newtons mor, Anne Ayscough (1623-1679) sig igen i januar 1646. Hun fik tre børn med sin nye mand, en 63-årig enkemand, og begyndte at være lidt ligeglad med Isak. Drengens protektor var hans morbror, William Ayscough. Som barn var Newton ifølge sine samtidige stille, tilbagetrukket og isoleret, og han var glad for at læse og lave teknisk legetøj: et solur, et vandur, en mølle osv. Hele sit liv har han følt sig ensom.

Stedfaderen døde i 1653, og en del af hans arv gik over til Newtons mor og blev straks registreret af hende til Isaac. Moderen vendte hjem, men hendes hovedfokus var på de tre yngste børn og den omfattende husholdning; Isak var stadig overladt til sig selv.

I 1655 blev den 12-årige Newton sendt til en nærliggende skole i Grantham, hvor han boede i apotekeren Clarks hus. Drengen viste snart fremragende evner, men i 1659 sendte hans mor Anne ham tilbage til godset og forsøgte at overlade den 16-årige søn en del af ledelsen af husholdningen til ham. Forsøget mislykkedes – Isaac foretrak at læse bøger, skrive digte og især at konstruere forskellige mekanismer frem for alle andre aktiviteter. På dette tidspunkt blev Anna kontaktet af Stokes, Newtons skolelærer, og begyndte at overtale hende til at fortsætte med at undervise sin usædvanligt begavede søn; denne anmodning blev suppleret af onkel William og en bekendt af Isaac fra Grantham (en slægtning til kemikeren Clark) Humphrey Babington, medlem af Cambridge”s Trinity College. Med en fælles indsats fik de til sidst deres vilje. I 1661 afsluttede Newton sin uddannelse med succes og fortsatte sin uddannelse på Cambridge University.

Læs også, biografier-da – Knud den Store

Trinity College (1661-1664)

I juni 1661 ankom den 18-årige Newton til Cambridge. I henhold til vedtægterne fik han en eksamen i latin, hvorefter han fik at vide, at han var blevet optaget på Trinity College (Holy Trinity College) på universitetet i Cambridge. Mere end 30 år af Newtons liv er forbundet med denne institution.

Højskolen, ligesom resten af universitetet, gennemgik en vanskelig tid. Monarkiet var lige blevet genindført i England (1660), Kong Charles II forsinkede ofte betalingerne til universitetet og afskedigede de fleste af de lærere, der var blevet udnævnt under revolutionen. Der boede i alt 400 mennesker på Trinity College, herunder studerende, tjenestefolk og 20 fattige, som kollegiet i henhold til charteret skulle give almisser til. Uddannelsesprocessen var i en beklagelig tilstand.

Newton blev indskrevet som “sizar”-studerende, som ikke skulle betale undervisningsgebyr (sandsynligvis på Babingtons råd). I henhold til datidens normer var en sizer forpligtet til at betale for sine studier ved hjælp af forskellige jobs på universitetet eller ved at yde tjenester til mere velhavende studerende. Der er kun få dokumenter eller erindringer om denne periode af hans liv tilbage. I disse år tog Newtons karakter endelig form – et ønske om at komme til bunds i tingene, intolerance over for bedrag, bagvaskelse og undertrykkelse og ligegyldighed over for offentlig berømmelse. Han havde stadig ingen venner.

I april 1664 blev Newton, efter at have bestået sine eksamener, forfremmet til en højere kategori af ældre studerende (scholars), hvilket gav ham ret til et stipendium og til at fortsætte sine studier på college.

På trods af Galileos opdagelser blev der stadig undervist i videnskab og filosofi i Cambridge i henhold til Aristoteles. Men i Newtons bevarede notesbøger nævnes allerede Galileo, Kopernikus, Cartesianismen, Kepler og Gassendis atomistiske teori. At dømme ud fra disse notesbøger fortsatte han med at lave (hovedsageligt videnskabelige instrumenter), og han var passioneret omkring optik, astronomi, matematik, fonetik og musikteori. Ifølge hans værelseskammerats erindringer helligede Newton sig helhjertet sine studier og glemte mad og søvn; det var sandsynligvis, på trods af vanskelighederne, den livsstil, han selv ønskede.

Året 1664 var også rigt på andre begivenheder i Newtons liv. Newton oplevede en kreativ omvæltning, begyndte sin egen videnskabelige aktivitet og udarbejdede en omfattende liste (på 45 punkter) over uløste problemer i naturen og i menneskelivet (Questiones quaedam philosophicae). Senere optrådte lignende lister mere end én gang i hans arbejdsbøger. I marts samme år startede forelæsninger i den nyetablerede (1663) matematikafdeling på universitetet med en ny underviser, den 34-årige Isaac Barrow, en stor matematiker, Newtons fremtidige ven og lærer. Newtons interesse for matematik steg dramatisk. Han gjorde sin første store matematiske opdagelse: binomialudvidelsen for enhver rationel eksponent (inklusive negative), og gennem den kom han frem til sin vigtigste matematiske metode – udvidelsen af en funktion i en uendelig serie. Allerede i slutningen af året blev Newton student.

Newtons videnskabelige grundlag og inspiration til sit arbejde blev i høj grad påvirket af fysikerne Galileo, Descartes og Kepler. Newton fuldendte deres skrifter ved at kombinere dem til et universelt system af verden. Andre matematikere og fysikere havde en mindre, men betydelig indflydelse: Euklid, Fermat, Huygens, Wallis og hans nærmeste lærer Barrow. I Newtons notesbog er der en programmatisk sætning:

Der kan ikke være nogen suveræn i filosofien ud over sandheden … Vi bør sætte monumenter af guld til Kepler, Galilei og Descartes og skrive på hver af dem: “Platon er en ven, Aristoteles er en ven, men den vigtigste ven er sandheden”.

Læs også, historie – Operation Overlord

“Pestårene (1665-1667)

Juleaftensdag 1664 begyndte der at dukke røde kors op på Londons huse – de første tegn på den store pest. Om sommeren havde den dødelige epidemi bredt sig betydeligt. Den 8. august 1665 blev undervisningen på Trinity College suspenderet, og personalet blev opløst indtil epidemien var overstået. Newton tog hjem til Woolsthorpe og tog de vigtigste bøger, notesbøger og instrumenter med sig.

Det var katastrofale år for England – en ødelæggende pest (en femtedel af befolkningen døde alene i London), en ødelæggende krig med Holland og den store brand i London. Men en stor del af Newtons videnskabelige opdagelser blev gjort i “pestårenes” afsondrethed. Af de overleverede noter fremgår det tydeligt, at den 23-årige Newton allerede var fortrolig med de grundlæggende metoder i differential- og integralregning, herunder udvidelse af funktioner i serier og det, der senere blev kaldt Newton-Leibniz-formlen. Han udførte en række smarte optiske eksperimenter og beviste, at hvid farve er en blanding af spektralfarverne. Newton mindedes senere disse år:

I begyndelsen af 1665 fandt jeg metoden for tilnærmede serier og reglen for omdannelse af enhver potens af et polynomium til en sådan serie … i november fik jeg den direkte metode for fluktuationer; i januar det følgende år fik jeg teorien om farver, og i maj gik jeg i gang med den omvendte metode for fluktuationer … På dette tidspunkt var jeg i den bedste periode af min ungdom og var mere interesseret i matematik og filosofi end på noget andet tidspunkt senere.

Men hans vigtigste opdagelse i disse år var loven om universel gravitation. Senere, i 1686, skrev Newton til Halley:

I artikler skrevet for mere end 15 år siden (jeg kan ikke angive en nøjagtig dato, men det var i hvert fald før jeg begyndte min korrespondance med Oldenburg) udtrykte jeg den omvendte kvadratiske proportionalitet af planeternes gravitation mod Solen som en funktion af afstanden og beregnede det korrekte forhold mellem Jordens tyngdekraft og Månens conatus recedendi i forhold til Jordens centrum, om end ikke præcist.

Den unøjagtighed, som Newton nævnte, skyldtes, at Newton tog dimensionerne af Jorden og værdien af tyngdeaccelerationen fra Galileos Mechanica, hvor de blev citeret med en betydelig fejlmargin. Senere fik Newton fat i Picards mere præcise data og blev endelig overbevist om sandheden i sin teori.

Det er en velkendt legende, at Newton opdagede gravitationsloven ved at observere et æble, der faldt ned fra en gren. Newtons æble blev først set af William Stukeley, Newtons biograf (Memoirs of Newton”s Life, 1752):

Efter frokost var vejret varmt, og vi gik ud i plantagen og drak te i æbletræernes skygge. Han fortalte mig, at tanken om tyngdekraften havde strejfet ham, da han sad under et træ på nøjagtig samme måde. Han var i et eftertænksomt humør, da der pludselig faldt et æble ned fra en gren. “Hvorfor falder æbler altid vinkelret på jorden?” – tænkte han.

Legenden blev populær takket være Voltaire. Som det fremgår af Newtons arbejdsbøger, udviklede hans teori om den universelle gravitation sig faktisk gradvist. En anden biograf, Henry Pemberton, citerer Newtons ræsonnement (uden at nævne æblet) mere detaljeret: “Ved at sammenligne flere planeters perioder og deres afstand fra solen fandt han, at … denne kraft må falde i kvadratisk forhold med stigende afstand”. Newton opdagede med andre ord, at Keplers tredje lov, der relaterer planeternes baner til deres afstand fra solen, er den “omvendte kvadratformel” for gravitationsloven (i den cirkulære bane), der følger af Keplers tredje lov. Den endelige formulering af gravitationsloven, som kom ind i lærebøgerne, blev skrevet af Newton senere, efter at mekanikkens love var blevet klare for ham.

Disse opdagelser, og mange af de senere opdagelser, blev offentliggjort 20-40 år efter, at de blev gjort. Newton var ikke på jagt efter berømmelse. I 1670 skrev han til John Collins: “Jeg ser intet ønskværdigt i berømmelse, selv hvis jeg var i stand til at tjene den. Det ville måske øge antallet af mine bekendtskaber, men det er netop det, jeg er mest opsat på at undgå.” Hans første videnskabelige arbejde blev først fundet 300 år senere.

Læs også, historie – Krudtsammensværgelsen

Begyndelsen til videnskabelig berømmelse (1667-1684)

I marts og juni 1666 besøgte Newton Cambridge. Men om sommeren tvang en ny bølge af pest ham til at rejse hjem igen. Endelig i begyndelsen af 1667 aftog epidemien, og i april vendte Newton tilbage til Cambridge. Den 1. oktober blev han valgt som medlem af Trinity College og blev i 1668 master. Han fik tildelt et rummeligt separat værelse til bolig, fik en løn (2 £ om året) og blev overført til en gruppe studerende, som han brugte flere timer om ugen på at beskæftige sig flittigt med standard akademiske emner. Newton blev dog hverken dengang eller senere berømt som lærer; hans forelæsninger var dårligt besøgt.

Efter at have styrket sin position rejste Newton til London, hvor Royal Society of London kort forinden, i 1660, var blevet oprettet – en autoritativ organisation af fremtrædende videnskabsmænd, et af de første videnskabsakademier. Royal Society”s presseorgan var tidsskriftet Philosophical Transactions.

I 1669 begyndte matematiske artikler, der brugte dekompositioner i uendelige serier, at dukke op i Europa. Selv om disse opdagelser ikke var lige så dybtgående som Newtons, insisterede Barrow på, at hans elev skulle have prioritet på dette område. Newton skrev en kort, men rimelig komplet sammenfatning af denne del af sine opdagelser, som han kaldte Analyse ved hjælp af ligninger med et uendeligt antal termer. Barrow sendte denne afhandling til London. Newton bad Barrow om ikke at afsløre navnet på forfatteren af værket (men han lod det slippe ud). “Analysis” spredte sig blandt specialister og opnåede en vis berømmelse i England og andre steder.

Samme år tog Barrow imod kongens invitation til at blive hofkaplan og tog afsked med at undervise. Den 29. oktober 1669 blev den 26-årige Newton valgt til at efterfølge ham som “Lucas Professor” i matematik og optik på Trinity College. I denne stilling fik Newton en løn på 100 pund om året, eksklusive andre bonusser og stipendier fra Trinity. Den nye stilling gav Newton også mere tid til sin egen forskning. Barrow efterlod Newton et omfattende alkymisk laboratorium; i denne periode blev Newton alvorligt interesseret i alkymien og udførte mange kemiske eksperimenter.

Samtidig fortsatte Newton sine eksperimenter inden for optik og farvelære. Newton undersøgte sfærisk og kromatisk aberration. For at minimere dem byggede han et blandet reflektorteleskop: en linse og et konkavt sfærisk spejl, som han selv fremstillede og polerede. James Gregory (1663) foreslog først et sådant teleskop, men ideen blev aldrig realiseret. Newtons første design (1668) var ikke vellykket, men det næste, med et mere omhyggeligt poleret spejl, gav trods sin lille størrelse en 40x forstørrelse af fremragende kvalitet.

Rygtet om det nye instrument nåede hurtigt frem til London, og Newton blev inviteret til at vise sin opfindelse frem for det videnskabelige samfund. I slutningen af 1671 eller begyndelsen af 1672 blev reflektoren demonstreret for kongen og derefter for Royal Society. Apparatet tiltrak sig universel anerkendelse. Det er sandsynligt, at opfindelsens praktiske betydning også spillede en rolle: astronomiske observationer blev brugt til at bestemme den nøjagtige tid, hvilket var afgørende for navigation til søs. Newton blev berømt, og i januar 1672 blev han valgt til medlem af Royal Society. Senere blev forbedrede reflektorer de vigtigste redskaber for astronomer og blev brugt til at opdage planeten Uranus, andre galakser og rødforskydningen.

I første omgang værdsatte Newton fællesskabet med sine kolleger i Royal Society, hvor ud over Barrow også James Gregory, John Wallis, Robert Hooke, Robert Boyle, Christopher Wren og andre kendte personligheder inden for engelsk videnskab var medlemmer. Der opstod dog hurtigt kedelige konflikter, som Newton ikke brød sig om. Især var der en heftig kontrovers om lysets natur. Det begyndte med, at Newton i februar 1672 i Philosophical Transactions offentliggjorde en detaljeret beskrivelse af sine klassiske eksperimenter med prismer og sin farvelære i februar 1672. Hooke, som tidligere havde offentliggjort sin egen teori, hævdede, at han ikke var overbevist af Newtons resultater og blev støttet af Huygens med den begrundelse, at Newtons teori “modsagde den konventionelle visdom”. Newton svarede ikke på deres kritik før seks måneder senere, men på dette tidspunkt var antallet af kritikere steget betydeligt.

Lavinen af inkompetente angreb irriterede og deprimerede Newton. Newton bad sekretæren for Oldenburg Society om ikke at sende ham flere kritiske breve og afgav et løfte for fremtiden: at han ikke ville blande sig i videnskabelige stridigheder. I brevene klagede han over, at han stod over for et valg: enten ikke at offentliggøre sine opdagelser eller at bruge al sin tid og energi på at afvise uvenlig lægmandskritik. Til sidst valgte han den første mulighed og tilbød sin opsigelse fra Royal Society (8. marts 1673). Oldenburg fik ham ikke uden besvær overtalt til at blive, men den videnskabelige kontakt med Selskabet blev i lang tid holdt på et minimum.

I 1673 fandt to vigtige begivenheder sted. For det første vendte Newtons gamle ven og protektor, Isaac Barrow, ved kongeligt dekret tilbage til Trinity, nu som leder (“master”) af kollegiet. For det andet: Leibniz, der på det tidspunkt var kendt som filosof og opfinder, blev interesseret i Newtons matematiske opdagelser. Efter at have modtaget Newtons arbejde om uendelige serier fra 1669 og studeret det grundigt, udviklede han sin egen version af analysen. I 1676 udvekslede Newton og Leibniz breve, hvori Newton forklarede en række af sine metoder, besvarede Leibniz” spørgsmål og antydede, at der fandtes endnu mere generelle metoder, som endnu ikke var offentliggjort (dvs. generel differential- og integralregning). Sekretæren for Royal Society, Henry Oldenburg, pressede Newton til ære for England for at offentliggøre sine matematiske opdagelser om analyse, men Newton svarede, at han havde arbejdet på et andet emne i fem år og ikke ønskede at blive distraheret. Newton svarede ikke på Leibniz” næste brev. Den første korte publikation om Newtons version af analysen udkom først i 1693, da Leibniz” version allerede havde spredt sig vidt omkring i Europa.

Slutningen af 1670”erne var trist for Newton. I maj 1677 døde Barrow, 47 år gammel, uventet. I vinteren samme år udbrød der en stor brand i Newtons hus, og en del af Newtons manuskriptarkiv brændte ned. I september 1677 døde Oldenburg, Newtons foretrukne sekretær for Royal Society, og Hooke, som behandlede Newton dårligt, blev den nye sekretær. I 1679 blev Annas mor alvorligt syg; Newton forlod alt for at passe hende og tog aktivt del i hendes pleje, men moderens tilstand blev hurtigt forværret, og hun døde. Mor og Barrow var blandt de få mennesker, der gjorde Newtons ensomhed lidt lysere.

Læs også, biografier-da – Katharina af Aragonien

“Den matematiske begyndelse af naturfilosofien (1684-1686)

Historien om dette værk, som er et af de mest berømte i videnskabshistorien, begyndte i 1682, da Halleys komet passerede og vakte stor interesse for himmellegemekanikken. Edmond Halley forsøgte at overtale Newton til at offentliggøre sin “generelle bevægelsesteori”, som der længe havde været rygter om i det videnskabelige samfund. Newton, der ikke ønskede at blive involveret i nye videnskabelige stridigheder og skænderier, nægtede.

I august 1684 kom Halley til Cambridge og fortalte Newton, at han og Wren og Hooke havde diskuteret, hvordan man kunne udlede ellipticiteten af planeternes baner fra formlen for gravitationsloven, men at de ikke vidste, hvordan de skulle gribe løsningen an. Newton sagde, at han allerede havde et sådant bevis, og i november sendte han det færdige manuskript til Halley. Han erkendte straks værdien af resultatet og metoden, besøgte straks Newton igen og fik ham denne gang overtalt til at offentliggøre sine resultater. Den 10. december 1684 optrådte der en historisk registrering i Royal Society”s protokol den 10. december 1684:

Hr. Halley … så for nylig hr. Newton i Cambridge, og han viste ham en interessant afhandling “De motu”. I overensstemmelse med Halleys ønske lovede Newton at sende afhandlingen til selskabet.

Arbejdet på bogen fortsatte fra 1684 til 1686. Ifølge Humphrey Newton, en slægtning til videnskabsmanden og hans assistent i disse år, skrev Newton først “Elementerne” mellem de alkymistiske eksperimenter, som han var mest opmærksom på, men så blev han efterhånden fascineret og helligede sig med entusiasme arbejdet på sit livs vigtigste bog.

Udgivelsen skulle have været finansieret af Royal Society, men i begyndelsen af 1686 udgav selskabet en afhandling om fiskenes historie, som ikke var efterspurgt, hvilket udtømte dets budget. Halley meddelte derefter, at han ville betale omkostningerne ved udgivelsen af den. Selskabet tog taknemmeligt imod dette generøse tilbud og gav Halley 50 gratis eksemplarer af afhandlingen om fiskenes historie som delvis kompensation.

Newtons værk – måske i analogi med Descartes” Beginnings of Philosophy (1644) eller, ifølge nogle videnskabshistorikere, som en udfordring til Cartesianerne – blev kaldt Mathematical Beginnings of Natural Philosophy (latin Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), dvs. på moderne sprog, Mathematical Foundations of Physics (Matematisk grundlag for fysik).

Den 28. april 1686 blev det første bind af Mathematical Beginnings præsenteret for Royal Society. Alle tre bind blev udgivet i 1687, efter at forfatteren havde redigeret dem en smule. Oplaget (ca. 300 eksemplarer) blev udsolgt på fire år – meget hurtigt for den tid.

Både fysisk og matematisk er Newtons arbejde kvalitativt overlegen i forhold til alle hans forgængere. Den mangler den aristoteliske eller kartesianske metafysik med dens vage ræsonnementer og vagt formulerede, ofte langt ude i skoven liggende “grundlæggende årsager” til naturfænomener. Newton proklamerer f.eks. ikke, at gravitationsloven gælder i naturen, men beviser den strengt ud fra det observerede bevægelsesmønster for planeterne og deres satellitter. Newtons metode er at skabe en model af fænomenet “uden at opfinde hypoteser” og derefter, hvis dataene er tilstrækkelige, at søge efter årsagerne til fænomenet. Denne tilgang, der blev indledt af Galilei, markerede afslutningen på den gamle fysik. Den kvalitative beskrivelse af naturen er blevet erstattet af den kvantitative – beregninger, tegninger og tabeller fylder en stor del af bogen.

I sin bog definerede Newton klart de grundlæggende begreber i mekanikken og introducerede flere nye, herunder vigtige fysiske størrelser som masse, ydre kraft og bevægelsesmængde. De tre love for mekanik blev formuleret. Der gives en stringent udledning af alle tre Keplerske gravitationslove. Bemærk, at hyperboliske og paraboliske baner for himmellegemer, som Kepler ikke kendte, også blev beskrevet. Newton diskuterer ikke direkte sandheden af det kopernikanske heliocentriske system, men antyder den; han anslår endda Solens afvigelse fra solsystemets massecenter. Med andre ord hviler Solen i Newtons system, i modsætning til Keplers, ikke, men adlyder de generelle bevægelseslove. Det generelle system omfatter også kometer, hvis baner var meget kontroversielle på det tidspunkt.

En svaghed ved Newtons gravitationsteori var ifølge mange af datidens videnskabsmænd, at der manglede en forklaring på denne krafts natur. Newton opstillede kun det matematiske apparat og lod spørgsmålene om årsagen til tyngdekraften og dens materielle medium stå åbne. For et videnskabeligt samfund, der var opvokset med Descartes” filosofi, var dette en uvant og udfordrende tilgang, og først den triumferende succes for himmellegemekanikken i det 18. århundrede tvang fysikerne til midlertidigt at affinde sig med Newtons teori. Det fysiske grundlag for gravitation blev først klart mere end to århundreder senere med fremkomsten af den generelle relativitetsteori.

Det matematiske apparat og bogens generelle struktur blev konstrueret af Newton så tæt som muligt på den standard for videnskabelig stringens, som hans samtidige anerkendte – Euklids Elementer. Han undgik bevidst at bruge matematisk analyse næsten overalt – brugen af nye, ukendte metoder ville have bragt troværdigheden af resultaterne i fare. Denne forsigtighed devaluerede imidlertid Newtons præsentationsmetode for senere generationer af læsere. Newtons bog var det første værk om den nye fysik og samtidig et af de sidste seriøse værker, der brugte de gamle matematiske metoder til at undersøge matematikken. Alle Newtons efterfølgere brugte allerede de effektive matematiske analysemetoder, som han havde skabt. D”Alambert, Euler, Laplace, Clero og Lagrange var de største direkte efterfølgere til Newtons arbejde.

Bogen blev udgivet tre gange i forfatterens levetid, og hver genudgivelse indeholdt betydelige tilføjelser og rettelser af forfatteren.

Læs også, biografier-da – Edgar af England

Administration (1687-1703)

Året 1687 var ikke kun præget af udgivelsen af den store bog, men også af Newtons konflikt med kong James II. I februar beordrede kongen, i et konsekvent træk for at genoprette katolicismen i England, universitetet i Cambridge til at tildele en kandidatgrad til en katolsk munk, Alban Francis. Universitetsmyndighederne tøvede, da de hverken ville bryde loven eller genere kongen; snart blev en delegation af lærde, herunder Newton, indkaldt for at irettesætte Lord High Justice George Jeffreys, der var kendt for sin uhøflighed og grusomhed. Newton var imod ethvert kompromis, der krænkede universiteternes autonomi, og overtalte delegationen til at indtage et principielt standpunkt. Til sidst blev universitetets rektor afskediget, men kongens ønske blev aldrig opfyldt. I et af sine breve fra disse år redegjorde Newton for sine politiske principper:

Enhver ærlig mand er forpligtet af Guds og menneskets love til at adlyde kongens lovlige befalinger. Men hvis Hans Majestæt får råd til at kræve noget, som ikke kan ske ved lov, bør ingen lide skade, hvis han forsømmer et sådant krav.

I 1689, efter at kong James II var blevet væltet, blev Newton for første gang valgt til parlamentet fra Cambridge Universitet og sad der i lidt over et år. Han var igen medlem af parlamentet fra 1701 til 1702. Der er en populær anekdote om, at han kun tog ordet for at tale i Underhuset én gang, da han bad om at lukke et vindue for at undgå træk. Newton udførte faktisk sine parlamentariske pligter med den samme integritet, som han behandlede alle sine anliggender med.

Omkring 1691 blev Newton alvorligt syg (sandsynligvis blev han forgiftet under kemiske eksperimenter, men andre versioner omfatter overarbejde, chok efter en brand, der resulterede i tab af vigtige resultater, og aldersrelaterede sygdomme). Slægtninge frygtede for hans forstand; flere af hans overlevende breve fra denne periode viser tegn på psykisk forstyrrelse. Det var først i slutningen af 1693, at Newton blev helt rask igen.

I 1679 mødte Newton Charles Montague (1661-1715), en 18-årig aristokrat, der elskede videnskab og alkymi, på Trinity. Newton gjorde sandsynligvis et stærkt indtryk på Montague, for i 1696 foreslog Montague, efter at han var blevet Lord Halifax, formand for Royal Society og finansminister (dvs. Englands finansminister), at kongen udnævnte Newton til kurator for møntvæsenet. Kongen gav sit samtykke, og i 1696 overtog Newton stillingen, forlod Cambridge og flyttede til London.

For det første foretog Newton en grundig undersøgelse af møntteknologien, bragte orden i papirarbejdet og omlagde regnskaberne for de sidste 30 år. Samtidig støttede Newton energisk og dygtigt Montagues igangværende monetære reform og genoprettede tilliden til det engelske monetære system, som hans forgængere havde forsømt. I England i disse år blev der næsten udelukkende brugt ufuldstændige, og i ikke ringe mængde og falske mønter. Afskalning af sølvmønternes kanter var udbredt, og nyligt udmøntede mønter forsvandt, så snart de kom i omløb, fordi de blev smeltet i massevis, eksporteret til udlandet og gemt i kister. Montague konkluderede derefter, at situationen kun kunne ændres ved at sætte alle de mønter, der var i omløb i England, i omløb igen og ved at forbyde cirkulationen af mønter, der var skåret ud, hvilket krævede en drastisk forøgelse af produktiviteten i Royal Mint. Det krævede en kompetent administrator, og det var præcis den mand, som Newton overtog posten som møntmester i marts 1696.

Takket være Newtons energiske indsats i 1696 blev der etableret et netværk af filialer af møntvæsenet i byer i hele England, især i Chester, hvor Newton satte sin ven Halley til at lede filialens leder, hvilket øgede produktionen af sølvmønter med en faktor 8. Newton introducerede brugen af indskrevet korn i møntteknologien, hvorefter kriminel slibning af metal blev praktisk talt umulig. De gamle, defekte sølvmønter blev fuldstændig trukket tilbage fra cirkulation og præget igen i løbet af to år, produktionen af nye mønter blev øget for at følge med efterspørgslen efter dem, og deres kvalitet blev forbedret. Under lignende reformer måtte folk veksle de gamle penge med vægt, hvorefter mængden af kontanter ville falde både hos enkeltpersoner (private og juridiske) og i hele landet, men rente- og kreditforpligtelserne ville forblive de samme, hvilket fik økonomien til at stagnere. Newton foreslog at veksle penge til pålydende værdi, hvilket forhindrede disse problemer, og de uundgåelige mangler blev dækket ved at låne penge fra andre lande (mest fra Holland). Inflationen faldt, men statens udlandsgæld steg til et hidtil uset niveau i Englands historie i midten af århundredet. Men i denne periode var der en betydelig økonomisk vækst, hvilket førte til en stigning i skattebetalingerne til statskassen (som var lige så store som i Frankrig, selv om Frankrig havde 2,5 gange så mange indbyggere), så statsgælden blev gradvist betalt af.

I 1699 var møntgennemgangen afsluttet, og tilsyneladende som belønning for sine tjenester blev Newton i samme år udnævnt til leder (“mester”) af møntmønten. En ærlig og kompetent mand i spidsen for møntvæsenet passede dog ikke alle. Klager og anklager væltede ud mod Newton fra de første dage; der kom konstant kontrolkommissioner. Det viste sig, at mange af fordømmelserne kom fra falskmøntnere, der var irriteret over Newtons reformer. Newton var generelt ligeglad med bagtalelse, men tilgav aldrig, hvis det gik ud over hans ære og omdømme. Han var personligt involveret i snesevis af efterforskninger, og over 100 falskmøntnere blev opsporet og dømt; i mangel af skærpende omstændigheder blev de oftest sendt i eksil til de nordamerikanske kolonier, men flere af lederne blev henrettet. Antallet af falske mønter i England faldt betydeligt. Montague roste i sine erindringer Newtons usædvanlige administrative evner, som sikrede reformens succes. De reformer, som den lærde gennemførte, forhindrede således ikke blot en økonomisk krise, men førte årtier senere til en betydelig forøgelse af landets velstand.

I april 1698 besøgte den russiske zar Peter I Mønten tre gange som en del af den “store ambassade”; desværre er der ikke bevaret nogen detaljer om hans besøg og kommunikation med Newton. Det er dog kendt, at der i 1700 blev gennemført en møntreform i Rusland, som lignede den engelske. Og i 1713 sendte Newton de første seks trykte eksemplarer af den anden udgave af Elementerne til zar Peter i Rusland.

Symbolet på Newtons videnskabelige triumf blev to begivenheder i 1699: han begyndte at undervise i Newtons verdenssystem i Cambridge (fra 1704 – og Oxford), og Akademiet for Videnskaberne i Paris, et bolværk for hans modstandere, kartesianske forskere, valgte ham som udenlandsk medlem. I al den tid var Newton stadig opført som medlem af og professor ved Trinity College, men i december 1701 fratrådte han officielt alle sine stillinger i Cambridge.

I 1703 døde formanden for Royal Society, Lord John Somers, efter at han kun havde deltaget to gange i løbet af sit femårige formandskab. I november blev Newton valgt som hans efterfølger og ledede selskabet resten af sit liv – mere end tyve år. I modsætning til sine forgængere deltog han personligt i alle møder og gjorde sit bedste for at sikre, at British Royal Society fik en ærefuld plads i den videnskabelige verden. Selskabets medlemskreds voksede (ud over Halley var Denis Papin, Abraham de Moivre, Roger Cotes og Brooke Taylor blandt medlemmerne), interessante eksperimenter blev udført og diskuteret, kvaliteten af tidsskriftsartikler blev væsentligt forbedret, og de økonomiske problemer blev afhjulpet. Selskabet fik lønnede sekretærer og sin egen bolig (i Fleet Street); Newton betalte omkostningerne ved flytningen af egen lomme. I disse år blev Newton ofte inviteret som konsulent til forskellige regeringskommissioner, og prinsesse Caroline, den senere dronning af Storbritannien (George II”s hustru), tilbragte mange timer med ham på paladset i samtaler om filosofiske og religiøse emner.

Læs også, historie – Italiensk renæssance

De seneste år

I 1704 udgav han (som den første på engelsk) en monografi, Optics, som definerede udviklingen af denne videnskab frem til begyndelsen af det 19. århundrede. Den indeholdt et appendiks, On the Quadrature of Curves, den første og ret komplette fremstilling af Newtons version af matematisk analyse. Det er faktisk Newtons sidste naturvidenskabelige værk, selv om han levede mere end 20 år. Kataloget over det bibliotek, han efterlod sig, indeholdt især bøger om historie og teologi, og det var disse bøger, som Newton helligede resten af sit liv til. Newton forblev forvalter af møntvæsenet, for denne post krævede ikke, i modsætning til posten som tilsynsførende, at han var særlig aktiv. To gange om ugen rejste han til Mønten og en gang om ugen til et møde i Royal Society. Newton rejste aldrig uden for England.

I 1705 blev Newton slået til ridder af dronning Anne. Fra nu af var han Sir Isaac Newton. Det var første gang i engelsk historie, at riddertitlen blev tildelt for videnskabelige fortjenester; næste gang det skete, var mere end et århundrede senere (1819, i forbindelse med Humphrey Davy). Nogle biografer mener dog, at dronningen ikke var motiveret af videnskab, men af politik. Newton fik sit eget våbenskjold og en ikke særlig pålidelig stamtavle.

I 1707 udgav Newton en samling foredrag om algebra med titlen Universal Arithmetic. De numeriske metoder, som den indeholdt, markerede fødslen af en lovende ny disciplin, numerisk analyse.

I 1708 begyndte en åben prioritetskonflikt med Leibniz (se nedenfor), hvor selv kongelige blev involveret. Denne fejde mellem de to genier kostede videnskaben dyrt – den engelske matematiske skole gik snart tilbage i aktivitet i et århundrede, mens den europæiske skole ignorerede mange af Newtons fremragende ideer og genopdagede dem først meget senere. Konflikten blev ikke udslettet selv ved Leibniz” død (1716).

Den første udgave af Newtons Elements var for længst udsolgt. Newtons mangeårige arbejde med at forberede 2. udgave, præciseret og suppleret, blev kronet med succes i 1710, da det første bind af den nye udgave udkom (det sidste, det tredje – i 1713). Det første oplag (700 eksemplarer) var tydeligvis utilstrækkeligt, og der blev trykt flere eksemplarer i 1714 og 1723. Da Newton færdiggjorde andet bind, måtte han undtagelsesvis vende tilbage til fysikken for at forklare uoverensstemmelsen mellem teorien og de eksperimentelle data, og han gjorde straks en vigtig opdagelse – den hydrodynamiske sammentrækning af en stråle. Teorien stemte nu godt overens med eksperimentet. Newton tilføjede en “Formaning” i slutningen af bogen med en ødelæggende kritik af den “hvirvelteori”, hvormed hans kartesianske modstandere forsøgte at forklare planeternes bevægelse. På det naturlige spørgsmål “hvordan er det egentlig?” følger bogen med det berømte og ærlige svar: “Årsagen … til gravitationens egenskaber har jeg endnu ikke kunnet udlede af fænomenerne; jeg opstiller ikke hypoteser”.

I april 1714 opsummerede Newton sine erfaringer med finansiel regulering og forelagde sin artikel “Observations on the Value of Gold and Silver” for finansministeriet. Artiklen indeholdt konkrete forslag til justering af værdien af ædelmetaller. Disse forslag blev delvist accepteret og havde en gunstig indvirkning på den engelske økonomi.

Kort før sin død var Newton et af ofrene for et stort statsstøttet økonomisk svindelnummer fra South Seas Trading Company. Han købte selskabets værdipapirer for et stort beløb og insisterede på, at de skulle købes af Royal Society. Den 24. september 1720 erklærede selskabets bank sig selv konkurs. Hans niece Catherine mindede i sine notater om, at Newton mistede mere end 20.000 pund, hvorefter han hævdede, at han kunne beregne himmellegemernes bevægelse, men ikke menneskemængdernes vanvid. Mange biografer mener imidlertid, at Catherine ikke henviste til et faktisk tab, men til en manglende indtjening af den forventede fortjeneste. Efter at selskabet gik konkurs, tilbød Newton at kompensere Royal Society af egen lomme, men hans tilbud blev afvist.

Newton brugte de sidste år af sit liv på at skrive The Chronology of the Ancient Kingdoms, som han brugte omkring 40 år på at forberede den tredje udgave af Beginnings, der udkom i 1726. I modsætning til den anden udgave var ændringerne i den tredje udgave mindre – hovedsageligt resultaterne af nye astronomiske observationer, herunder en ret omfattende guide til de kometer, der er observeret siden det 14. århundrede. Blandt andet blev den beregnede bane for Halleys komet præsenteret, hvis nye fremkomst på det tidspunkt (1758) klart bekræftede de teoretiske beregninger af (på det tidspunkt allerede afdøde) Newton og Halley. Bogens oplag kunne betragtes som enormt for en videnskabelig publikation i disse år: 1.250 eksemplarer.

I 1725 begyndte Newtons helbred at forværres mærkbart, og han flyttede til Kensington nær London, hvor han døde om natten den 20. (31.) marts 1727.Han efterlod sig ikke noget skriftligt testamente, men en stor del af sin store formue til sine nærmeste slægtninge kort før sin død. Han er begravet i Westminster Abbey. Fernando Savater beskriver ifølge Voltaires breve Newtons begravelse på denne måde:

Hele London deltog. Først blev liget udstillet offentligt i en overdådig ligvogn flankeret af store lamper, derefter blev det transporteret til Westminster Abbey, hvor Newton blev begravet blandt konger og prominente statsmænd. I spidsen for begravelsesoptoget stod Lordkansleren, efterfulgt af alle de kongelige ministre.

Læs også, kampe – Hernando de Soto

Karaktertræk

Det er vanskeligt at tegne et psykologisk portræt af Newton, da selv hans sympatisører ofte tilskriver Newton forskellige egenskaber. Man må tage hensyn til den engelske Newton-kult, som tvang forfatterne af memoirer til at give den store videnskabsmand alle tænkelige dyder og ignorere de reelle modsigelser i hans natur. Desuden udviklede Newtons karakter mod slutningen af sit liv træk som godmodighed, nedladende og selskabelighed, som ikke tidligere var karakteristiske for ham.

Newton var kort, kraftig af bygning og havde bølget hår. Han var næsten aldrig syg, beholdt sit tykke hår (som allerede var ret gråt i en alder af 40 år) og alle sine tænder på nær én indtil sin alderdom. Han brugte aldrig (ifølge andre rapporter næsten aldrig) briller, selv om han var noget nærsynet. Han grinede næsten aldrig og var aldrig irriteret, og der er ingen optegnelser om, at han lavede vittigheder eller på anden måde viste humoristisk sans. Han var forsigtig og sparsom med pengene, men ikke nærig. Han blev aldrig gift. Normalt var han i dyb indre koncentration, hvilket ofte gjorde ham fraværende: for eksempel gik han en gang, da han havde inviteret gæster, ud i spisekammeret efter vin, men så slog en videnskabelig idé ham, og han skyndte sig ind i sit arbejdsværelse. Han var ligeglad med sport, musik, kunst, teater og rejser. Hans assistent huskede: “Han tillod sig selv ingen hvile og pusterum … han betragtede hver time, der ikke blev brugt til beskæftigelse, som tabt … Jeg tror, han var ked af at skulle bruge tid på mad og søvn. Når alt dette er sagt, formåede Newton at kombinere praktisk sans og sund fornuft, hvilket tydeligt fremgår af hans vellykkede ledelse af møntvæsenet og Royal Society.

Newton voksede op i den puritanske tradition og satte sig selv en række strenge principper og selvbegrænsninger. Og han var ikke tilbøjelig til at tilgive andre, hvad han ikke ville have tilgivet sig selv; dette var årsagen til mange af hans konflikter (se nedenfor). Han var varm over for familiemedlemmer og mange kolleger, men havde ingen nære venner, søgte ikke selskab af andre og holdt sig på afstand. Newton var dog ikke ufølsom eller ligeglad med andres situation. Da hans halvsøster Anne efter sin halvsøsters død efterlod sine børn uden midler til at forsørge dem, udnævnte Newton mindreårige børn til understøttelse, og senere overtog datteren Anne, Catherine, opdragelsen. Han hjalp også andre slægtninge regelmæssigt. “Han var sparsommelig og forsigtig, men var samtidig meget fri med penge og var altid klar til at hjælpe en ven i nød uden at være påtrængende. Han var særlig gavmild over for unge mennesker. Mange berømte engelske videnskabsmænd – Stirling, McLaren, astronomen James Pound og andre – mindedes med dyb taknemmelighed den hjælp, som Newton gav dem i begyndelsen af deres videnskabelige karriere.

Læs også, biografier-da – Maya Angelou

Konflikter

I 1675 sendte Newton sin afhandling med nye undersøgelser og spekulationer om lysets natur til Society. Robert Hooke udtalte på mødet, at alt af værdi i afhandlingen allerede var indeholdt i Hookes tidligere udgivne bog, Micrography. I private samtaler beskyldte han Newton for plagiat: “Jeg har vist, at Newton har brugt mine hypoteser om impulser og bølger” (fra Hooke”s dagbog). Hooke anfægtede prioriteten af alle Newtons opdagelser inden for optik, undtagen dem, som han var uenig med. Oldenburg informerede straks Newton om disse beskyldninger, og denne betragtede dem som insinuationer. Denne gang blev konflikten løst, og videnskabsmændene udvekslede forsoningsbreve (1676). Fra det tidspunkt og frem til Hookes død (1703) udgav Newton imidlertid ikke noget arbejde om optik, selv om han havde samlet en enorm mængde materiale, som han systematiserede i sin klassiske monografi Optik (1704).

En anden vigtig kontrovers var opdagelsen af gravitationsloven. Allerede i 1666 konkluderede Hooke, at planeternes bevægelse er en overlejring af fald på Solen på grund af tyngdekraften på Solen og inertialbevægelse tangentielt til planetens bane. Han mener, at denne overlejring af bevægelser er ansvarlig for den elliptiske form af planetens bane omkring Solen. Han kunne dog ikke bevise det matematisk og sendte et brev til Newton i 1679, hvor han tilbød ham at samarbejde om at løse problemet. Brevet antyder også, at tiltrækningskraften mod solen aftager omvendt proportionalt med kvadratet på afstanden. Newton svarede, at han tidligere havde beskæftiget sig med problemet med planetarisk bevægelse, men at han havde opgivet disse studier. Som det fremgår af de dokumenter, der blev fundet efterfølgende, beskæftigede Newton sig faktisk med problemet med planeternes bevægelse allerede i 1665-1669, da han på grundlag af Keplers tredje lov fandt ud af, at “planeternes tendens til at bevæge sig væk fra Solen vil være omvendt proportional med kvadratet på deres afstand til Solen”. Men ideen om en planets bane som udelukkende et resultat af ligheden mellem gravitationskræfterne mod solen og centrifugalkraften var endnu ikke fuldt udviklet af ham på det tidspunkt.

Korrespondancen mellem Hooke og Newton brød efterfølgende sammen. Hooke vendte tilbage til at forsøge at tegne planetens bane i henhold til loven om omvendte kvadrater. Disse forsøg viste sig imidlertid også at være forgæves. I mellemtiden vendte Newton tilbage til studiet af planetarisk bevægelse og løste problemet.

Da Newton var ved at forberede sin Elements til udgivelse, krævede Hooke, at Newton i forordet skulle angive Hooke”s prioritet for gravitationsloven. Newton indvendte, at Bullwald, Christopher Wren og Newton selv var nået frem til den samme formel uafhængigt af hinanden og før Hooke. Der opstod en konflikt, som forgiftede begge forskeres liv.

Moderne forfattere hylder både Newton og Hooke. Hooke”s prioritet ligger i at løse problemet med at konstruere planetens bane takket være overlejringen af dens fald til solen i henhold til loven om omvendte kvadrater og bevægelse ved inerti. Det er også muligt, at det var Hooke”s brev, der direkte opfordrede Newton til at færdiggøre problemet. Hooke selv løste dog ikke problemet, og han gættede heller ikke på tyngdekraftens universalitet,

Hvis man sammenholder alle Hookes antagelser og tanker om planeternes bevægelse og gravitation, som han har givet udtryk for i næsten 20 år, møder man næsten alle hovedkonklusionerne i Newtons “Elementer”, blot udtrykt i usikker og lidet bevisbar form. Uden at løse problemet fandt Hooke svaret. Men foran os ligger ikke en tilfældig tanke, men utvivlsomt frugten af mange års arbejde. Hooke havde den strålende intuition som en fysiker-eksperimenterende fysiker, der opdager naturens sande forhold og love i en labyrint af fakta. En lignende sjælden intuition hos eksperimentatoren møder vi i videnskabshistorien stadig hos Faraday, men Hooke og Faraday var ikke matematikere. Deres arbejde blev afsluttet af Newton og Maxwell.Den formålsløse kamp med Newton om forrang kastede en skygge på Hookes glorværdige navn, men efter næsten tre århundreder er det tid til at hylde dem begge. Hooke kunne ikke have fulgt den lige, ubesmittede vej til Newtons matematiske begyndelse, men ad sine omveje, som vi nu ikke kan finde spor af, nåede han frem til det samme sted.

Newtons forhold til Hooke forblev anstrengt bagefter. For eksempel, da Newton præsenterede selskabet for en ny konstruktion af den sextant, som han havde opfundet, sagde Hooke straks, at han havde opfundet en sådan enhed mere end 30 år tidligere (selv om han aldrig havde bygget en sextant). Newton var dog klar over den videnskabelige værdi af Hookes opdagelser og nævnte hans nu afdøde modstander flere gange i sin Optik.

Ud over Newton havde Hooke prioriterede stridigheder med mange andre engelske og kontinentale videnskabsmænd, herunder Robert Boyle, som han beskyldte for at tilegne sig en forbedring af luftpumpen, og sekretæren for Royal Society, Oldenburg, som hævdede, at Huygens havde brugt Oldenburg til at stjæle ideen om spiralfjederuret fra Hooke.

Myten om, at Newton angiveligt skulle have beordret ødelæggelsen af Hooke”s eneste portræt, diskuteres nedenfor.

John Flemsteed, den fremtrædende engelske astronom, mødte Newton i Cambridge (1670), da Flemsteed stadig studerede og Newton var master. Næsten samtidig med Newton blev Flemsteed imidlertid også berømt – i 1673 udgav han astronomiske tabeller af fremragende kvalitet, hvilket gav kongen ham en personlig audiens og titlen “Royal Astronomer”. Desuden lod kongen bygge et observatorium i Greenwich nær London og stillede det til Flemsteads rådighed. Kongen anså imidlertid pengene til at udstyre observatoriet for at være en unødvendig udgift, og næsten alle Flemsteeds indtægter blev brugt til at bygge instrumenter og drive observatoriet.

I begyndelsen var forholdet mellem Newton og Flemsteed godmodigt. Newton var ved at forberede en anden udgave af Elements og havde hårdt brug for nøjagtige observationer af månen for at kunne konstruere og (den første udgave af teorien om månens og kometernes bevægelse var utilfredsstillende. Det var også vigtigt for valideringen af Newtons gravitationsteori, som blev stærkt kritiseret af kartesianske forskere på kontinentet. Flemstead gav ham villigt de ønskede data, og i 1694 fortalte Newton stolt til Flemstead, at en sammenligning af de beregnede og eksperimentelle data viste, at de i praksis var sammenfaldende. I nogle af brevene opfordrede Flemstead Newton til at angive sin, Flemsteads, prioritet, hvis observationer blev brugt; dette gjaldt primært Halley, som Flemstead ikke kunne lide og mistænkte for videnskabelig uærlighed, men kunne også betyde manglende tillid til Newton selv. Flemsteads breve begynder at vise bitterhed:

Jeg er enig: Tråden er mere værdifuld end det guld, den er lavet af. Jeg har dog indsamlet dette guld, renset og vasket det, og jeg tør ikke tro, at De sætter så lidt pris på min hjælp, bare fordi De har fået den så let.

Den åbne konflikt begyndte med et brev fra Flemsteed, hvori han undskyldte sig for at have fundet en række systematiske fejl i nogle af de data, som Newton havde fået. Dette truede Newtons teori om månen og tvang ham til at lave beregningerne om, mens troværdigheden af de andre data også blev rystet. Newton, der ikke kunne tolerere uærlighed, var meget irriteret og mistænkte endda Flemsteed for at have begået fejlene med vilje.

I 1704 besøgte Newton Flemstead, som på dette tidspunkt havde fået nye, ekstremt præcise observationsdata, og bad ham give dem videre; til gengæld lovede Newton at hjælpe Flemstead med at udgive sit hovedværk, den store stjernekatalog. Flemsteed begyndte imidlertid at trække tiden ud af to grunde: kataloget var endnu ikke færdigt, og han havde ikke længere tillid til Newton og frygtede, at hans uvurderlige observationer ville blive stjålet. Flemstead brugte de erfarne regnemaskiner, som han fik til at udføre sit arbejde, til at beregne stjernernes positioner, mens Newton primært var interesseret i månen, planeterne og kometerne. Endelig begyndte man i 1706 at trykke bogen, men Flemstead, der led af smertefuld gigt og blev mere og mere mistænksom, krævede, at Newton ikke måtte åbne den forseglede kopi af den maskinskrevne kopi, før trykningen var færdig; Newton, der havde hårdt brug for dataene, ignorerede dette påbud og skrev de korrekte værdier ud. Spændingen voksede. Flemstead gav Newton en skandale for at forsøge at foretage mindre fejlrettelser personligt. Trykningen af bogen foregik meget langsomt.

På grund af økonomiske vanskeligheder undlod Flemstead at betale sit medlemsbidrag og blev ekskluderet fra Royal Society; et nyt slag kom fra dronningen, som tilsyneladende på Newtons anmodning overdrog kontrollen med observatoriet til selskabet. Newton gav Flemsteed et ultimatum:

De har fremlagt et ufuldstændigt katalog, hvor der mangler mange ting, De har ikke angivet de positioner for stjerner, som var ønskelige, og jeg har hørt, at trykningen nu er stoppet på grund af deres manglende tilvejebringelse. Vi forventer således følgende af Dem: enten vil De sende slutningen af Deres katalog til Dr. Arbetnott, eller De vil i det mindste sende ham de nødvendige observationsdata til slutningen, så trykningen kan fortsætte.

Newton truede også med, at yderligere forsinkelser ville blive betragtet som ulydighed mod Hendes Majestæts ordrer. I marts 1710 afleverede Flemsteed efter heftige klager over sine fjenders uretfærdighed og intriger alligevel de sidste ark af sit katalog, og i begyndelsen af 1712 blev det første bind med titlen Himmelhistorie udgivet. Den indeholdt alle de data, Newton havde brug for, og et år senere udkom en revideret udgave af Iniquity med en langt mere præcis teori om månen. Den hævngerrige Newton undlod at medtage nogen tak til Flemsteed og strøg alle de henvisninger til ham, der var med i første udgave. Som reaktion herpå brændte Flemsteed alle de usolgte 300 eksemplarer af kataloget i sin pejs og begyndte at forberede en ny udgave, som allerede var i hans egen smag. Han døde i 1719, men takket være hans hustru og venner blev denne bemærkelsesværdige udgave, som er den engelske astronomis stolthed, udgivet i 1725.

Flemsteads efterfølger på Royal Observatory blev Halley, som også straks klassificerede alle sine observationer for at forhindre sine rivaler i at stjæle dataene. Der var ingen konflikt med Halley, men på møderne i selskabet irettesatte Newton gentagne gange Halley for hans manglende vilje til at dele de data, som Newton havde brug for.

Ud fra bevarede dokumenter har videnskabshistorikere fastslået, at Newton skabte differential- og integralregning allerede i 1665-1666, men at han først offentliggjorde den i 1704. Leibniz udviklede sin version af analysen uafhængigt (fra 1675), selv om den første impuls til hans tanker sandsynligvis kom fra rygter om, at Newton allerede havde en sådan beregning, samt fra videnskabelige samtaler i England og korrespondance med Newton. I modsætning til Newton offentliggjorde Leibniz straks sin version og gjorde efterfølgende sammen med Jakob og Johann Bernoulli stor reklame for denne epokegørende opdagelse i hele Europa. De fleste videnskabsmænd på kontinentet var ikke i tvivl om, at Leibniz havde opdaget analysen.

Som svar på bønnerne fra sine venner, der appellerede til hans patriotisme, sagde Newton i den anden bog af sine Elements (1687):

I breve, som jeg for ca. ti år siden udvekslede med en meget dygtig matematiker, Leibniz, meddelte jeg ham, at jeg havde en metode til at bestemme maksima og minima, til at tegne tangenter og til at løse lignende spørgsmål, som var lige anvendelig for både rationelle og irrationelle termer, og jeg skjulte metoden ved at ændre bogstaverne i følgende sætning: “når en ligning, der indeholder et vilkårligt antal løbende størrelser, er givet, så find væskerne og omvendt”. Den mest eminente mand svarede mig, at han også angreb en sådan metode og meddelte mig sin metode, som ikke syntes at være meget forskellig fra min, og det kun i termer og i bogstaver af formler.

I 1693, da Newton endelig offentliggjorde den første sammenfatning af sin version af analysen, udvekslede han venskabelige breve med Leibniz. Newton rapporterede:

Vores Wallis har vedlagt nogle af de breve, som jeg skrev til Dem i min tid, til sin Algebra, som netop er udkommet. I den forbindelse krævede han af mig, at jeg åbent skulle redegøre for den metode, som jeg dengang havde skjult for Dem ved at omarrangere bogstaverne, hvilket jeg gjorde så kortfattet som muligt. Jeg håber ikke, at jeg har skrevet noget, som kunne være ubehageligt for Dem, og hvis det er sket, beder jeg Dem om at fortælle mig det, for venner er mig kærere end matematiske opdagelser.

Efter den første detaljerede offentliggørelse af Newtons analyse (matematisk appendiks til Optica, 1704), udkom der en anonym anmeldelse i Leibniz” Acta eruditorum med fornærmende hentydninger til Newton. I anmeldelsen stod det klart, at Leibniz var ophavsmand til den nye regning. Leibniz selv benægtede på det kraftigste, at anmeldelsen var skrevet af ham, men det er lykkedes historikere at finde et udkast skrevet i hans håndskrift. Newton ignorerede Leibniz” artikel, men hans studerende reagerede forarget, hvorefter der udbrød en europæisk prioriteringskrig, “den mest skammelige strid i hele matematikkens historie”.

Den 31. januar 1713 modtog Royal Society et brev fra Leibniz med en forsonende formulering: han var enig i, at Newton var nået frem til sin egen analyse “på generelle principper, der ligner vores egne”. En rasende Newton krævede, at der blev nedsat en international kommission for at afklare prioriteringen. Det tog ikke lang tid: halvanden måned senere, efter at have studeret Newtons korrespondance med Oldenburg og andre dokumenter, anerkendte kommissionen enstemmigt Newtons prioritet, og i en formulering, som denne gang var en fornærmelse mod Leibniz. Kommissionens afgørelse blev trykt i selskabets referat med alle bilagene vedlagt. Stephen Hawking og Leonard Mlodinow skriver i A Brief History of Time, at komitéen kun bestod af videnskabsmænd, der var loyale over for Newton, og at de fleste af artiklerne til Newtons forsvar blev skrevet af ham selv og derefter offentliggjort på vegne af venner.

Som svar herpå blev Europa fra sommeren 1713 oversvømmet af anonyme pamfletter, der forsvarede Leibniz” prioritet og hævdede, at “Newton tilegner sig selv den ære, der tilhører en anden”. I pamfletterne blev Newton også beskyldt for at stjæle Hooke og Flemsteeds resultater. Newtons venner beskyldte Leibniz selv for plagiat; ifølge deres version havde Leibniz læst Newtons uudgivne artikler og breve i Royal Society i London (1676), hvorefter Leibniz offentliggjorde ideerne der og udgav dem som sine egne.

Krigen fortsatte ufortrødent indtil december 1716, hvor Antonio Schinella Contis abbed fortalte Newton: “Leibniz er død – striden er slut”.

Newtons arbejde markerer en ny æra inden for fysik og matematik. Han fuldendte den teoretiske fysik, som Galilei havde påbegyndt, og som på den ene side var baseret på eksperimentelle data og på den anden side på kvantitative og matematiske beskrivelser af naturen. Inden for matematikken dukkede der stærke analytiske metoder op. Inden for fysikken blev opbygningen af passende matematiske modeller af naturlige processer og intensiv undersøgelse af disse modeller med systematisk inddragelse af alle de nye matematiske apparaters muligheder den vigtigste metode i naturforskningen. De følgende århundreder viste, at denne fremgangsmåde var særdeles frugtbar.

Læs også, biografier-da – Katarina af Medici

Filosofi og den videnskabelige metode

Newton afviste resolut Descartes” og hans kartesianske tilhængere i slutningen af det 17. århundrede, som foreskrev, at man ved udarbejdelsen af en videnskabelig teori først og fremmest ved hjælp af “sindets skelnen” skulle finde “de grundlæggende årsager” til det fænomen, der skulle undersøges. I praksis førte denne fremgangsmåde ofte til langtrukken hypoteser om “stoffer” og “skjulte egenskaber”, som ikke kunne verificeres ved hjælp af erfaring. Newton mente, at i “naturfilosofi” (dvs. fysik) er kun sådanne antagelser (“principper”, nu foretrækker han navnet “naturlove”) tilladt, som følger direkte af pålidelige eksperimenter og generaliserer deres resultater; han kaldte antagelser, der ikke er tilstrækkeligt underbygget af eksperimenter, for hypoteser. “Alt … der ikke kan udledes af fænomenerne må kaldes en hypotese; hypoteser om metafysiske, fysiske, mekaniske, skjulte egenskaber hører ikke hjemme i den eksperimentelle filosofi”. Eksempler på principper er gravitationsloven og de tre mekaniske love i “Elementerne”; ordet “principper” (Principia Mathematica, traditionelt oversat som “matematiske principper”) er også indeholdt i titlen på hans hovedbog.

I et brev til Pardis formulerede Newton den “gyldne regel for videnskaben”:

Den bedste og sikreste måde at filosofere på, synes jeg, bør være først at undersøge tingenes egenskaber omhyggeligt og fastslå disse egenskaber ved hjælp af eksperimenter og derefter gradvist bevæge sig hen imod hypoteser, der forklarer disse egenskaber. Hypoteser kan kun være nyttige til at forklare tingenes egenskaber, men der er ingen grund til at pålægge dem ansvaret for at definere disse egenskaber ud over de grænser, som eksperimenterne viser… der kan jo opfindes mange hypoteser, som kan forklare alle nye vanskeligheder.

En sådan fremgangsmåde ikke blot satte spekulative fantasier uden for videnskaben (f.eks. de kartesianske ræsonnementer om egenskaberne ved “subtil materie”, som om de forklarede elektromagnetiske fænomener), men var også mere fleksibel og frugtbar, fordi den tillod matematisk modellering af fænomener, for hvilke man endnu ikke havde opdaget den grundlæggende årsag. Dette var tilfældet med gravitation og lysets teori – deres natur blev klar langt senere, hvilket ikke forhindrede den succesfulde anvendelse af newtonske modeller i århundreder.

Den berømte sætning “Hypotheses non fingo” betyder naturligvis ikke, at Newton undervurderede vigtigheden af at finde de “grundlæggende årsager”, hvis de entydigt bekræftes af erfaringen. De generelle principper, der er udledt af eksperimentet, og deres følgesætninger skal også underkastes eksperimentel kontrol, hvilket kan føre til en korrektion eller endog en ændring af principperne. “Hele fysikkens vanskelighed … består i at genkende naturens kræfter ud fra bevægelsesfænomenerne og derefter forklare de andre fænomener ved hjælp af disse kræfter”.

Newton mente ligesom Galilei, at alle naturlige processer er baseret på mekanisk bevægelse:

Det ville være ønskeligt at udlede resten af naturens fænomener fra mekanikkens principper … for mange ting får mig til at antage, at alle disse fænomener skyldes nogle kræfter, hvormed legemernes partikler af endnu ukendte årsager enten nærmer sig hinanden og slutter sig sammen til regelmæssige figurer, eller gensidigt frastøder hinanden og fjerner sig fra hinanden. Da disse kræfter er ukendte, har filosoffernes forsøg på at forklare naturfænomenerne hidtil været forgæves.

Newton formulerede sin videnskabelige metode i sin bog Optik:

Ligesom i matematikken skal den analytiske metode gå forud for den syntetiske metode, når man undersøger naturen, når man undersøger vanskelige spørgsmål. Denne analyse består i at udlede generelle konklusioner fra eksperimenter og observationer ved induktion og ikke tillade nogen indvendinger mod dem, som ikke ville komme fra eksperimenter eller andre pålidelige sandheder. For hypoteser tages ikke i betragtning i eksperimentel filosofi. Selv om de resultater, der opnås ved induktion på grundlag af eksperimenter og observationer, endnu ikke kan tjene som bevis for generelle konklusioner, er dette stadig den bedste måde at drage konklusioner på, som tingenes natur tillader.

Bog 3 af Begyndelserne (den første af dem er en variant af Occams barberkniv:

Regel I. Der bør ikke accepteres andre årsager i naturen end dem, der er sande og tilstrækkelige til at forklare fænomenerne … naturen gør intet forgæves, men det ville være forgæves at opnå med mange, hvad der kan gøres med færre. Naturen er simpel og svælger ikke i overflødige årsager til ting…

Newtons mekanistiske synspunkter viste sig at være forkerte – ikke alle naturfænomener skyldes mekanisk bevægelse. Hans videnskabelige metode har dog etableret sig i videnskaben. Den moderne fysik har med succes undersøgt og anvendt fænomener, hvis natur endnu ikke er blevet opklaret (f.eks. elementarpartikler). Siden Newton har naturvidenskaben udviklet den faste overbevisning, at verden kan kendes, fordi naturen er organiseret efter enkle matematiske principper. Denne vished er blevet det filosofiske grundlag for videnskabens og teknologiens enorme fremskridt.

Læs også, biografier-da – Martin Heidegger

Matematik

Newton gjorde sine første matematiske opdagelser, mens han stadig var studerende: klassifikation af algebraiske kurver af 3. orden (kurver af 2. orden blev studeret af Fermat) og binomialudvidelse af vilkårlige (ikke nødvendigvis hele tal) potenser, som startede Newtons teori om uendelige serier – et nyt og meget kraftfuldt værktøj til analyse. Newton betragtede serieudvidelse som den grundlæggende og generelle metode til analyse af funktioner, og her nåede han toppen af ekspertisen. Han brugte serier til at beregne tabeller, til at løse ligninger (herunder differentialligninger) og til at studere funktioners opførsel. Newton var i stand til at opnå dekompositioner for alle de daværende standardfunktioner.

Newton udviklede differential- og integralregning på samme tid som G. Leibniz (lidt tidligere) og uafhængigt af ham. Før Newton var operationer med uendeligt små tal ikke integreret i en samlet teori og havde karakter af spredte vittigheder (se Metode for det udelelige). Ved at skabe en systematisk matematisk analyse blev løsningen af de relevante problemer i høj grad reduceret til et teknisk niveau. Der opstod et sæt begreber, operationer og symboler, som blev udgangspunktet for den videre udvikling af matematikken. Det næste, det attende århundrede, var et århundrede med en hurtig og yderst vellykket udvikling af analysemetoder.

Newton kom formentlig til idéen om analyse gennem differensmetoder, som han beskæftigede sig meget indgående og grundigt med. I sine “Elements” brugte Newton dog næsten ikke uendeligt små tal, idet han holdt sig til de gamle (geometriske) bevismetoder, men i andre værker brugte han dem frit.Udgangspunktet for differential- og integralregning var Cavalieris og især Fermats værker, som allerede var i stand til (for algebraiske kurver) at tegne tangenter, finde ekstrema, bøjningspunkter og kurvebøjning og beregne arealet af et segment af kurven. Af andre forgængere nævnte Newton selv Wallis, Barrow og den skotske videnskabsmand James Gregory. Begrebet funktion eksisterede endnu ikke; han behandlede alle kurver kinematisk som baner for et bevægeligt punkt.

Allerede som studerende indså Newton, at differentiering og integration er gensidige operationer. Dette grundlæggende teorem for analyse var allerede mere eller mindre klart fremkommet i Torricellis, Gregorys og Barrows værker, men først Newton indså, at man på dette grundlag ikke kun kunne gøre individuelle opdagelser, men at man kunne skabe en stærk systematisk kalkule, som algebra, med klare regler og gigantiske muligheder.

Newton var ligeglad med at offentliggøre sin version af analysen i næsten 30 år, selv om han i breve (især til Leibniz) beredvilligt delte meget af det, han havde opnået. I mellemtiden har Leibniz” version cirkuleret bredt og åbent i Europa siden 1676. Det er først i 1693, at Newtons version for første gang blev præsenteret – som et appendiks til Wallis” Treatise on Algebra. Man må indrømme, at Newtons terminologi og symbolik er ret klodset i forhold til Leibniz”: fluxia (afledt), fluenta (første form), moment af mængde (differentiale) osv. Kun den newtonske notation “o” for infinitesimalt dt har overlevet i matematikken (dette bogstav blev dog tidligere brugt af Gregory i samme betydning), og punktet over bogstavet som symbol for tidsafledet.

Newton offentliggjorde kun en tilstrækkelig komplet redegørelse for principperne for analyse i On the Quadrature of Curves (1704), der var knyttet til hans monografi Optics. Næsten alt det opstillede materiale var klar i 1670-1680”erne, men først nu overtalte Gregory og Halley Newton til at udgive værket, som med 40 års forsinkelse blev Newtons første trykte værk om analyse. Her optræder Newton med afledninger af højere ordener, finder værdier af integraler af en række rationelle og irrationelle funktioner og giver eksempler på løsninger på 1. ordens differentialligninger.

I 1707 blev der udgivet en bog med titlen Universal Aritmetic. Den indeholder en række forskellige numeriske metoder. Newton har altid været meget opmærksom på tilnærmelsesvise løsninger af ligninger. Newtons berømte metode gjorde det muligt at finde rødderne af ligninger med en hidtil ufattelig hastighed og præcision (offentliggjort i Wallis” Algebra, 1685). Den moderne form af Newtons iterative metode blev givet af Joseph Raphson (1690).

I 1711 blev “Analysis by means of equations with an infinite number of terms” endelig trykt, 40 år senere. I dette arbejde udforsker Newton både algebraiske og “mekaniske” kurver (cycloid, quadratrix) med lige stor lethed. Delvise afledninger forekommer. Samme år blev “Method of Differences” offentliggjort, hvor Newton foreslog en interpolationsformel til at passere gennem (n + 1) datapunkter med lige store eller små afvigelser af polynomiet af niende orden. Dette er forskelsformlen analog med Taylors formel.

I 1736 udgav han posthumt sit sidste værk “Method of fluctuations and infinite series”, som var betydeligt mere avanceret end “Analysis by means of equations”. Den indeholder talrige eksempler på at finde ekstremiteter, tangenter og normaler, beregne radier og krumningscentre i kartesiske og polære koordinater, finde bøjningspunkter osv. I det samme arbejde fremstilles også kvadrater og udretninger af forskellige kurver.

Newton udviklede ikke blot analysen ganske udførligt, men forsøgte også at retfærdiggøre dens principper på en stringent måde. Mens Leibniz tenderede mod ideen om egentlige uendelige uendelige størrelser, foreslog Newton (i Elementerne) en generel teori om grænseovergange, som han lidt floromvundet kaldte “metoden med første og sidste relationer”. Det er den moderne betegnelse “grænse” (lat. limes), der anvendes, selv om der ikke findes nogen forståelig beskrivelse af begrebets essens, hvilket indebærer en intuitiv forståelse. Teorien om grænser er givet i 11 lemmaer i bog I af Begyndelser; et lemma er også i bog II. Grænsearitmetikken mangler, der er ikke noget bevis for grænsens entydighed, og dens forhold til uendelige tal er ikke afsløret. Newton påpeger dog med rette, at denne metode er mere stringent i forhold til den “grove” metode med den udelelige metode. Men i bog II indfører Newton igen “momenter” (differentialer) og forvirrer dermed sagen, idet han i virkeligheden behandler dem som uendeligt små tal.

Det er bemærkelsesværdigt, at Newton slet ikke var interesseret i talteori. Tilsyneladende var han meget mere interesseret i fysik end i matematik.

Læs også, civilisationer-da – Kongeriget Navarra

Mekanik

Newton er krediteret for at have løst to grundlæggende problemer.

Desuden begravede Newton endegyldigt den siden oldtiden indgroede opfattelse, at bevægelseslovene for jordiske og himmellegemer er helt forskellige. I hans model af verden er hele universet underlagt en enkelt lov, som kan formuleres matematisk.

Newtons aksiomatik bestod af tre love, som han selv formulerede som følger.

1. Ethvert legeme forbliver i en tilstand af hvile eller ensartet og retlinet bevægelse, indtil og medmindre det tvinges til at ændre denne tilstand ved hjælp af en påført kraft. 2. Ændringen i bevægelsesmængden er proportional med den påførte kraft og sker i retning af den lige linje, som kraften virker langs. 3. Til en handling er der altid en lige stor og modsatrettet modvirkning, ellers er to legemers vekselvirkninger med hinanden lige store og rettet i modsatte retninger.

Den første lov (inertieloven) blev i en mindre klar form offentliggjort af Galilei. Galilei tillod fri bevægelse ikke kun i en lige linje, men også i en cirkel (tilsyneladende af astronomiske grunde). Galilei formulerede også det vigtigste relativitetsprincip, som Newton ikke medtog i sin aksiomatik, fordi dette princip er en direkte konsekvens af de dynamiske ligninger for mekaniske processer (konsekvens V i Elementerne). Desuden betragtede Newton rum og tid som absolutte begreber, der var forenet for hele universet, og han påpegede dette udtrykkeligt i sine Elementer.

Newton gav også strenge definitioner af fysiske begreber som f.eks. bevægelsesmængde (som Descartes ikke klart brugte) og kraft. Han indførte begrebet masse som et mål for inerti og samtidig gravitationelle egenskaber i fysikken. Tidligere havde fysikerne brugt begrebet vægt, men vægten af et legeme afhænger ikke kun af selve legemet, men også af dets omgivelser (f.eks. afstanden fra jordens centrum), så der var behov for en ny, invariant egenskab.

Euler og Lagrange fuldendte matematiseringen af mekanikken.

Læs også, biografier-da – Josef 1. (Tysk-romerske rige)

Universel gravitation og astronomi

Aristoteles og hans tilhængere opfattede tyngdekraften som en trang for legemer fra den “sublunære verden” til deres naturlige placering. Nogle andre filosoffer fra oldtiden (bl.a. Empedokles og Platon) betragtede tyngdekraften som tendensen til at forbinde beslægtede legemer til hinanden. I det 16. århundrede blev dette synspunkt støttet af Nicolaus Copernicus, hvis heliocentriske system betragtede jorden som en af planeterne. Giordano Bruno og Galileo Galilei havde lignende synspunkter. Johannes Kepler mente, at det ikke var kroppens indre drivkraft, der fik dem til at falde, men jordens tiltrækningskraft. Det er ikke kun jorden, der tiltrækker stenen, men stenen tiltrækker også jorden. Han mener, at tyngdekraften rækker mindst lige så langt som til Månen. I sine senere skrifter foreslog han, at tyngdekraften aftager med afstanden, og at alle legemer i solsystemet er genstand for gensidig tiltrækning. René Descartes, Gilles Roberval, Christiaan Huygens og andre videnskabsmænd fra det 17. århundrede forsøgte at finde frem til tyngdekraftens fysiske natur.

Kepler var den første, der foreslog, at planeternes bevægelse styres af kræfter fra solen. I hans teori var der tre sådanne kræfter: den ene, cirkulære, skubber planeten langs banen og virker tangentielt til banen (på grund af denne kraft bevæger planeten sig), den anden tiltrækker og frastøder planeten fra Solen (på grund af den er planetens bane elliptisk) og den tredje virker på tværs af ekliptikaplanet (så planetens bane ligger i ét plan). Han mente, at den cirkulære kraft aftager omvendt proportionalt med afstanden fra solen. Ingen af disse tre kræfter blev identificeret med tyngdekraften. Keplers teori blev afvist af den førende teoretiske astronom fra midten af det 17. århundrede, Ismael Bulliald, som for det første mente, at planeterne ikke bevæger sig rundt om Solen under indflydelse af kræfter, der kommer fra Solen, men ved indre bevægelse, og for det andet, at hvis der fandtes en cirkulær kraft, ville den falde omvendt med afstandens anden potens og ikke med første potens, som Kepler mente. Descartes troede, at planeterne blev båret rundt om solen af kæmpe hvirvler.

Jeremy Horrocks foreslog, at der er en kraft fra solen, som styrer planeternes bevægelse. Ifølge Giovanni Alfonso Borelli kommer der tre kræfter fra solen: en, der driver planeten fremad i dens bane, en, der tiltrækker planeten mod solen, og en, der frastøder planeten (centrifugalkraft). En planets elliptiske bane er resultatet af modsætningen mellem de to sidstnævnte. I 1666 foreslog Robert Hooke, at tiltrækningskraften til solen alene er tilstrækkelig til at forklare planeternes bevægelse, og at vi blot skal antage, at planeternes kredsløb er resultatet af en kombination (superposition) af fald på solen (som følge af tiltrækningskraften) og inertibevægelse (tangentielt til planetens bane). Han mener, at denne overlejring af bevægelser er ansvarlig for den elliptiske form af planetens bane omkring Solen. Lignende synspunkter, men i en ret usikker form, blev også udtrykt af Christopher Wren. Hooke og Wren gættede på, at tyngdekraften falder omvendt proportionalt med kvadratet på afstanden fra Solen.

Men ingen før Newton havde været i stand til klart og matematisk at bevise sammenhængen mellem gravitationsloven (kraft omvendt proportional med afstandens kvadrat) og lovene for planetarisk bevægelse (Keplers love). Desuden var det Newton, der først gættede på, at tyngdekraften virker mellem to kroppe i universet; et faldende æbles bevægelse og månens rotation omkring jorden er styret af den samme kraft. Endelig offentliggjorde Newton ikke blot den formodede formel for loven om universel gravitation, men foreslog faktisk en komplet matematisk model:

Tilsammen er denne triade tilstrækkelig til fuldt ud at undersøge de mest komplekse bevægelser af himmellegemer og dermed skabe grundlaget for himmellegemekanikken. Det er således først med Newtons skrifter, at videnskaben om dynamik begynder, herunder dens anvendelse på himmellegemernes bevægelse. Indtil relativitetsteorien og kvantemekanikken blev skabt, var det ikke nødvendigt at foretage grundlæggende ændringer af den pågældende model, selv om det matematiske apparat viste sig nødvendigt at udvikle sig betydeligt.

Det første argument til fordel for den newtonske model var den strenge udledning af Keplers empiriske love fra den. Det næste skridt var teorien om kometers og månens bevægelse, som blev beskrevet i Inception. Senere blev alle observerede bevægelser af himmellegemer forklaret med stor nøjagtighed ved hjælp af Newtons gravitation; det er Eulers, Cleros og Laplaces fortjeneste, at de udviklede forstyrrelsesteorien til dette formål. Grundlaget for denne teori blev lagt af Newton, som analyserede månens bevægelse ved hjælp af sin sædvanlige metode med serieudvidelse; på denne måde opdagede han årsagerne til de dengang kendte uregelmæssigheder (uligheder) i månens bevægelse.

Gravitationsloven løste ikke kun problemerne inden for himmellegemekanikken, men også en række fysiske og astrofysiske problemer. Newton gav en metode til at bestemme solens og planeternes masse. Han opdagede årsagen til tidevandet: Månens tiltrækning (selv Galileo anså tidevandet for at være en centrifugal effekt). Desuden beregnede han Månens masse med en god nøjagtighed efter at have behandlet flere års data om tidevandets højde. En anden konsekvens af gravitationen var præcessionen af Jordens akse. Newton erkendte, at fordi Jorden er fladtrykt nær polerne, er dens akse trukket af månens og solens tiltrækning, og at den bevæger sig langsomt over en periode på 26.000 år. Således fik det gamle problem med de “forudgående jævndøgn” (som Hipparchus først bemærkede) en videnskabelig forklaring.

Newtons gravitationsteori førte til mange års debat og kritik af dens langtrækkende koncept. Men de fremragende succeser med himmelsmekanikken i det 18. århundrede bekræftede den opfattelse, at den newtonske model var tilstrækkelig. De første observerbare afvigelser fra Newtons teori i astronomien (Merkurs periheliumforskydning) blev først opdaget 200 år senere. Disse afvigelser blev snart forklaret med den generelle relativitetsteori (den newtonske teori viste sig at være en tilnærmelse). GR fyldte også gravitationsteorien med fysisk indhold, idet den specificerede en materiel bærer af gravitationskraften – rumtidsmetrikken – og gjorde det muligt at slippe af med langtrækkende virkning.

Læs også, biografier-da – Pave Alexander 6.

Optik og lyslære

Newton gjorde grundlæggende opdagelser inden for optik. Han byggede det første spejlteleskop (reflektor), hvor der i modsætning til rene linseteleskoper ikke var kromatisk aberration. Han studerede også i detaljer lysets spredning, viste, at når hvidt lys passerer gennem et gennemsigtigt prisme, falder det i en kontinuerlig serie af stråler af forskellige farver på grund af den forskellige brydning af stråler af forskellige farver, og Newton lagde således grundlaget for den korrekte farveteori. Newton skabte den matematiske teori om de interferensringe, som Hooke havde opdaget, og som siden er blevet kaldt “Newtons ringe”. I et brev til Flemsteed fremlagde han en detaljeret teori om astronomisk brydning. Men hans største bedrift var at etablere grundlaget for den fysiske (ikke blot geometriske) optik som videnskab og udvikle dens matematiske grundlag, hvilket forvandlede teorien om lys fra en tilfældig samling af fakta til en videnskab med et rigt kvalitativt og kvantitativt indhold, der er eksperimentelt velunderbygget. Newtons optiske eksperimenter blev i årtier en model for dybtgående fysiske undersøgelser.

I denne periode var der mange spekulative teorier om lys og kromaticitet; især Aristoteles (“de forskellige farver er en blanding af lys og mørke i forskellige proportioner”) og Descartes (“de forskellige farver skabes af lysets partikler, der roterer med forskellige hastigheder”) kæmpede med dem. Hooke i sin mikrografi (1665) tilbød en variant af det aristoteliske synspunkt. Mange mente, at farve ikke er en egenskab ved lys, men ved en belyst genstand. Den generelle uenighed blev forværret af en kaskade af opdagelser fra det 17. århundrede: diffraktion (1665, Grimaldi), interferens (1665, Hooke), dobbeltstrålebrydning (1670, Erasmus Bartolin, studeret af Huygens), vurdering af lysets hastighed (1675, Römer). Der var ingen teori om lyset, der var forenelig med alle disse kendsgerninger.

I sin tale til Royal Society modbeviste Newton både Aristoteles og Descartes og beviste på overbevisende vis, at hvidt lys ikke er primært, men består af farvede komponenter med forskellige “brydningsgrader”. Disse komponenter er primære – ingen tricks af Newton kan ændre deres farve. Den subjektive farvefornemmelse havde således et fast objektivt grundlag – i moderne terminologi lysets bølgelængde, som kunne vurderes ud fra graden af brydning.

I 1689 stoppede Newton med at udgive publikationer inden for optik (selv om han fortsatte sin forskning) – ifølge en populær legende svor han at han ikke ville udgive noget inden for dette område i Hookes levetid. Under alle omstændigheder blev hans monografi Optik udgivet (på engelsk) i 1704, året efter Hooke”s død. I forordet til den er der en klar antydning af konflikt med Hooke: “Da jeg ikke ønskede at blive inddraget i stridigheder om forskellige spørgsmål, forsinkede jeg denne udgivelse og ville have udskudt den yderligere, hvis ikke mine venner havde insisteret på det. I forfatterens levetid fik Optica, ligesom Elementerne, tre udgaver (1704, 1717, 1721) og mange oversættelser, herunder tre på latin.

Historikere skelner mellem to grupper af hypoteser om lysets natur på den tid.

Newton anses ofte for at være tilhænger af den korpuskulære teori om lyset; i virkeligheden “opstillede han ikke, som han plejede, hypoteser”, men indrømmede uden videre, at lys også kan relateres til bølger i æteren. I en afhandling, som han forelagde Royal Society i 1675, skriver han, at lys ikke blot kan være vibrationer i æteren, da det så f.eks. kunne udbrede sig gennem et buet rør, som lyd gør. Men på den anden side foreslår han, at lysets udbredelse fremkalder vibrationer i æteren, hvilket giver anledning til diffraktion og andre bølgeeffekter. Newton, der tydeligvis er klar over begge tilgange og deres fordele og ulemper, fremsætter et kompromis, nemlig en korpuskulær bølgeteori om lyset. I sine værker beskrev Newton i detaljer en matematisk model af lysfænomenerne og lod spørgsmålet om lysets fysiske bærer ude af betragtning: “Min doktrin om lysets brydning og farver består kun i at fastslå nogle af lysets egenskaber uden nogen hypotese om dets oprindelse. Da bølgeoptikken opstod, afviste den ikke Newtons modeller, men tog dem til sig og udvidede dem på et nyt grundlag.

På trods af sin uvilje mod hypoteser, satte Newton en liste over uløste problemer og mulige svar i slutningen af Optik. Men i disse år havde han råd til det – Newtons autoritet efter “Elementerne” var uomtvistelig, og kun få turde plage ham med indvendinger. En række af hans hypoteser viste sig at være profetiske. Newton forudsagde bl.a.:

Læs også, biografier-da – Peisistratos

Andre værker inden for fysik

Newton var den første til at udlede lydhastigheden i en gas baseret på Boyle-Mariotte-loven. Han antydede eksistensen af loven om viskøs friktion og beskrev den hydrodynamiske kompression af en jet. Han foreslog formlen for loven om modstand for et legeme i et fortyndet medium (Newtons formel), og på grundlag af denne formel overvejede han et af de første problemer vedrørende den mest gunstige form af et strømlinet legeme (Newtons aerodynamiske problem). I Elements udtrykte og argumenterede han for den korrekte antagelse, at en komet har en fast kerne, hvis fordampning under indflydelse af solens varme danner en stor hale, der altid er rettet modsat solen. Newton beskæftigede sig også med varmeoverførsel, og et af resultaterne blev kaldt Newton-Richmann-loven.

Newton forudsagde jordens fladhed ved polerne og anslog den til at være ca. 1:230. Newton brugte modellen af en homogen væske til at beskrive Jorden, anvendte loven om universel tyngdekraft og tog hensyn til centrifugalkraften. Samtidig foretog Huygens, som ikke troede på gravitationens langtrækkende kraft og udelukkende nærmede sig problemet rent kinematisk, lignende beregninger. Huygens forudsagde således mere end halvt så meget kompression som Newton, 1:576. Desuden beviste Cassini og andre kartesianske forskere, at Jorden ikke var sammenpresset, men strakt ud ved polerne som en citron. Efterfølgende, men ikke straks (den reelle kompression er 1:298. Årsagen til forskellen mellem denne værdi og den Huygens-værdi, som Newton foreslår, er, at den homogene væskemodel stadig ikke er helt præcis (densiteten stiger markant med dybden). En mere præcis teori, som eksplicit tager højde for tæthedens afhængighed af dybden, blev først udviklet i det 19. århundrede.

Læs også, historie – Fredstraktaten i Amiens

Studerende

Newton havde strengt taget ingen direkte elever. En hel generation af engelske videnskabsmænd voksede imidlertid op med hans bøger og i kontakt med ham, så de betragtede sig selv som Newtons elever. Blandt de mest kendte af disse er:

Læs også, biografier-da – Porfirio Díaz

Kemi og alkymi

Sideløbende med den forskning, der lagde grunden til den nuværende videnskabelige (fysiske og matematiske) tradition, brugte Newton meget tid på alkymi og teologi. Bøger om alkymi udgjorde en tiendedel af hans bibliotek. Han udgav ingen værker om kemi eller alkymi, og det eneste kendte resultat af denne langvarige fascination var Newtons alvorlige forgiftning i 1691. Da Newtons lig blev gravet op, blev der fundet farlige niveauer af kviksølv i hans krop.

Stukeley husker, at Newton skrev en afhandling om kemi, som “forklarede principperne for denne mystiske kunst på grundlag af eksperimentelle og matematiske beviser”, men manuskriptet brændte desværre i en brand, og Newton gjorde intet forsøg på at genfinde det. De overleverede breve og noter tyder på, at Newton overvejede muligheden for at forene fysikkens og kemiens love i et samlet system for verden; han opstillede flere hypoteser om dette emne i slutningen af Optik.

Б. Kuznetsov mener, at Newtons alkymistiske studier var forsøg på at afdække den atomistiske struktur af stof og andre former for stof (f.eks. lys, varme, magnetisme). Newtons interesse for alkymien var uinteresseret og ret teoretisk:

Hans atomistik er baseret på ideen om et hierarki af korpuskelstykker, der er dannet af mindre og mindre intense kræfter, som tiltrækkes af dele af hinanden. Denne idé om et uendeligt hierarki af diskrete partikler af stof er relateret til idéen om stofets enhed. Newton troede ikke på, at der fandtes elementer, der ikke kunne omdannes til hinanden. Tværtimod antog han, at ideen om partiklernes ukomponérbarhed og dermed om kvalitative forskelle mellem elementerne var relateret til de historisk begrænsede muligheder for eksperimentel teknologi.

Denne antagelse bekræftes af Newtons egen udtalelse: “Alkymien beskæftiger sig ikke med metaller, som uvidende mennesker tror. Denne filosofi er ikke en af dem, der tjener forfængelighed og bedrag, men tjener snarere til gavn og opbyggelse, mens det vigtigste her er kendskabet til Gud”.

Læs også, biografier-da – Nikos Kazantzakis

Teologi

Som en dybt religiøs mand betragtede Newton Bibelen (såvel som alt andet) ud fra et rationalistisk perspektiv. Newtons afvisning af Guds treenighed synes at være forbundet med denne tilgang. De fleste historikere mener, at Newton, som arbejdede i mange år på College of the Holy Trinity, ikke selv troede på treenigheden. Forskere i hans teologiske værker har fundet ud af, at Newtons religiøse synspunkter lå tæt på den kætterske arianisme (se Newtons artikel “A Historical Tracing of Two Notable Distortions of Holy Scripture”).

Graden af nærhed mellem Newtons synspunkter og de forskellige kætterier, der blev fordømt af kirken, er blevet vurderet på forskellige måder. Den tyske historiker Fiesenmayer foreslog, at Newton accepterede treenigheden, men at han var tættere på den østlige, ortodokse forståelse af den. Den amerikanske historiker Stephen Snobelin, der citerede en række dokumentariske beviser, afviste denne opfattelse og klassificerede Newton som socinianer.

Udadtil forblev Newton dog loyal over for den engelske statskirke. Der var en god grund til dette: Loven fra 1697 om bekæmpelse af blasfemi og ugudelighed ved at benægte nogen af personerne i Treenigheden foreskrev tab af borgerlige rettigheder og, hvis overtrædelsen blev gentaget, fængselsstraf. For eksempel blev Newtons ven William Whiston frataget sin professortitel og bortvist fra Cambridge University i 1710 for sine påstande om, at den tidlige kirkes trosbekendelse var arianisme. Men i breve til ligesindede (Locke, Halley og andre) var Newton ganske åbenhjertig.

Ud over antitrinitarisme indeholder Newtons religiøse indstilling også elementer af deisme. Newton troede på Guds materielle tilstedeværelse i hvert eneste punkt i universet og omtalte rummet som “Guds sensorium” (latin sensorium Dei). Denne panteistiske idé forener Newtons videnskabelige, filosofiske og teologiske synspunkter i en enkelt helhed, “alle områder af Newtons interesser, fra naturfilosofi til alkymologi, repræsenterer forskellige projektioner og samtidig forskellige sammenhænge af denne centrale idé, som var hans uadskillelige ejendom”.

Newton offentliggjorde (delvist) resultaterne af sine teologiske studier sent i sit liv, men de begyndte meget tidligere, senest i 1673. Newton foreslog sin egen version af den bibelske kronologi, efterlod værker om bibelhermeneutik og skrev en kommentar til Apokalypsen. Han studerede det hebraiske sprog, studerede Bibelen ved hjælp af videnskabelige metoder og brugte astronomiske beregninger i forbindelse med solformørkelser, sproglige analyser osv. til at underbygge sine synspunkter. Ifølge hans beregninger vil verdens undergang ikke ske før 2060.

Newtons teologiske manuskripter er nu opbevaret i Jerusalem på Nationalbiblioteket.

Indskriften på Newtons grav lyder således:

Her hviler Sir Isaac Newton, som med en næsten guddommelig fornuftsstyrke var den første, der med sin matematiske metode forklarede planeternes bevægelser og former, kometernes baner og havenes tidevand.

En statue, der blev rejst for Newton på Trinity College i 1755, har vers fra Lucretius indhugget på sig:

Newton selv vurderede sine præstationer mere beskedent:

Jeg ved ikke, hvordan verden opfatter mig, men jeg tænker på mig selv som en dreng, der leger på stranden, og som morer sig med at lede efter en mere farverig sten eller en smuk muslingeskal, mens det store sandhedshav strækker sig uudforsket foran mig.

Lagrange sagde: “Newton var den lykkeligste af de dødelige, for der findes kun ét univers, og Newton opdagede dets love.

Den gamle russiske udtale af Newtons efternavn er “Nevton”. Sammen med Platon nævnes han respektfuldt af M.V. Lomonosov i hans digte:

Ifølge A. Einstein “var Newton den første, der forsøgte at formulere elementære love, der regulerer det tidsmæssige forløb af en bred klasse af processer i naturen med en høj grad af fuldstændighed og nøjagtighed” og “… havde gennem sine skrifter en dybtgående og magtfuld indflydelse på verdenssynet som helhed”.

Ved årsskiftet 1942-1943, i løbet af de mest dramatiske dage i slaget om Stalingrad, blev Newtons 300 års fødselsdag fejret i Sovjetunionen. Der blev udgivet en samling artikler og en biografisk bog af S.I. Vavilov. Som tak til det sovjetiske folk forærede Royal Society of Great Britain Sovjetunionens videnskabsakademi et sjældent eksemplar af den første udgave af Newtons Mathematical Principles (1687) og et udkast (et af tre) til Newtons brev til Alexander Menshikov, hvori han informerede ham om hans valg til Royal Society of London:

Royal Society har længe været klar over, at Deres kejser har fremmet kunst og videnskab i sit imperium. Og nu har vi med stor glæde erfaret fra engelske købmænd, at Deres Excellence, der udviser den største høflighed, den største respekt for videnskaberne og kærlighed til vores land, har til hensigt at blive medlem af vores selskab.

Newton har en vigtig plads i historien om at skabe et omfattende billede af universet. Ifølge Nobelpristager Steven Weinberg:

Det er med Isaac Newton, at den moderne drøm om en endegyldig teori virkelig begynder

Newton er opkaldt efter ham:

Flere almindelige legender er allerede blevet nævnt ovenfor: “Newtons æble”, hans eneste parlamentariske optræden.

Der er en legende om, at Newton lavede to huller i sin dør, et større og et mindre, så hans to katte, en stor og en lille, kunne komme ind i huset på egen hånd. I virkeligheden har Newton aldrig holdt katte eller andre kæledyr.

En anden myte beskylder Newton for at have ødelagt det eneste portræt af Hooke, som Royal Society engang ejede. I virkeligheden er der ikke et eneste bevis, der kan understøtte en sådan beskyldning. Allan Chapman, Hookes biograf, beviser, at der slet ikke fandtes noget portræt af Hooke (ikke overraskende i betragtning af de høje omkostninger ved portrætter og Hookes vedvarende økonomiske vanskeligheder). Den eneste kilde til antydningen af et sådant portræt er en henvisning til et portræt af en tysk lærd, Zacharias von Uffenbach, som besøgte Royal Society i 1710, men Uffenbach talte ikke engelsk og henviste sandsynligvis til et andet medlem af selskabet, Theodore Haak. Portrættet af Haak eksisterede, og det eksisterer stadig den dag i dag. Et yderligere argument for, at Hooke aldrig har haft et portræt, er, at Hookes ven og sekretær Richard Waller i 1705 udgav en posthum samling af Hookes værker med illustrationer af fremragende kvalitet og en detaljeret biografi, men uden et portræt af Hooke; alle Hookes andre værker indeholder heller ikke et portræt af den lærde.

Newton tilskrives undertiden en interesse for astrologi. Hvis han gjorde det, blev det hurtigt afløst af skuffelse.

Ud fra det faktum, at Newton uventet blev udnævnt til møntinspektør, har nogle biografer konkluderet, at Newton var medlem af en frimurerloge eller et andet hemmeligt selskab. Der er imidlertid ikke fundet nogen dokumentation, der kan understøtte denne hypotese.

Læs også, vigtige_begivenheder – Den lille istid

Kanoniske udgaver

Den klassiske samlede udgave af Newtons skrifter i 5 bind på originalsproget:

Udvalgt korrespondance i 7 bind:

Læs også, mytologi-da – Osiris

Oversættelser til russisk

Kilder

1. Ньютон, Исаак
2. Isaac Newton