أحد أكثر العلماء تأثيرًا في التاريخ، ساعدت مساهمات السير إسحاق نيوتن في مجالات الفيزياء والرياضيات وعلم الفلك والكيمياء في بدء الثورة العلمية. وفي حين أن الحكاية التي طال انتظارها عن سقوط تفاحة على رأسه المتعلم هي على الأرجح ملفقة، إلا أن مساهماته غيرت الطريقة التي نرى بها ونفهم العالم من حولنا.
ولد إسحاق نيوتن في يوم عيد الميلاد لعائلة زراعية فقيرة في وولستثورب، إنجلترا، في عام 1642. في وقت ولادة نيوتن، استخدمت إنجلترا التقويم اليولياني، ومع ذلك، عندما اعتمدت إنجلترا التقويم الغريغوري في عام 1752، أصبح عيد ميلاده هو 4 يناير 1643.
وصل إسحاق نيوتن إلى العالم بعد أشهر قليلة فقط من وفاة والده إسحاق نيوتن الأب.
ومع ذلك، عندما أصبح من الواضح أن الحياة الزراعية ليست مناسبة له، التحق نيوتن بكلية ترينيتي في كامبريدج، إنجلترا. كتب جليك: “لم يكن يعرف ماذا يريد أن يكون أو يفعل، لكنه لم يكن يرعى الأغنام أو يتبع المحراث وعربة الروث”. أثناء وجوده هناك، اهتم بالرياضيات والبصريات والفيزياء وعلم الفلك.
بعد تخرجه، بدأ التدريس في الكلية وتم تعيينه كرئيس لوكاسيان الثاني هناك. واليوم، يعتبر الكرسي الأكاديمي الأكثر شهرة في العالم، والذي يشغله أمثال تشارلز باباج وستيفن هوكينج.
وفي عام 1689، تم انتخاب نيوتن عضوًا في البرلمان عن الجامعة. وفي عام 1703، تم انتخابه رئيسًا للجمعية الملكية، وهي زمالة العلماء التي لا تزال موجودة حتى اليوم. حصل على لقب فارس من الملكة آن عام 1705. ولم يتزوج قط.
إسهامات نيوتن العلمية
ساهم في التأسيس للتليسكوب الحديث
قبل نيوتن، كانت التلسكوبات القياسية توفر إمكانية التكبير، ولكن مع وجود عيوب. وقد استخدموا، المعروفون باسم التلسكوبات الكاسرة، عدسات زجاجية تغير اتجاه الألوان المختلفة بزوايا مختلفة. تسبب هذا في “انحرافات لونية” أو مناطق غامضة خارج نطاق التركيز حول الأشياء التي يتم مشاهدتها من خلال التلسكوب.
وبعد الكثير من التعديلات والاختبارات، بما في ذلك طحن عدساته، وجد نيوتن الحل. استبدل العدسات الكاسرة بأخرى معكوسة، بما في ذلك مرآة كبيرة مقعرة لإظهار الصورة الأساسية وأخرى أصغر مسطحة عاكسة لعرض تلك الصورة للعين. كان “التلسكوب العاكس” الجديد لنيوتن أقوى من الإصدارات السابقة، ولأنه استخدم مرآة صغيرة لعكس الصورة إلى العين، تمكن من بناء تلسكوب أصغر بكثير وأكثر عملية. في الواقع، كان نموذجه الأول، الذي بناه عام 1668 وتبرع به للجمعية الملكية في إنجلترا، يبلغ طوله ست بوصات فقط (أصغر بنحو 10 مرات من التلسكوبات الأخرى في ذلك العصر)، ولكنه كان قادرًا على تكبير الأشياء بمقدار 40 مرة.
لا يزال تصميم تلسكوب نيوتن البسيط مستخدمًا حتى اليوم، من قبل علماء الفلك وعلماء ناسا.
ساهم في إنشاء التحليل الطيفي
في المرة القادمة التي تنظر فيها إلى قوس قزح في السماء، يمكنك أن تشكر نيوتن لمساعدتنا أولاً في فهم ألوانه السبعة والتعرف عليها. بدأ العمل على دراساته للضوء واللون حتى قبل إنشاء التلسكوب العاكس، على الرغم من أنه قدم الكثير من أدلته بعد عدة سنوات، في كتابه الصادر عام 1704 بعنوان البصريات.
قبل نيوتن، التزم العلماء في المقام الأول بالنظريات القديمة حول اللون، بما في ذلك نظريات أرسطو، الذي اعتقد أن جميع الألوان جاءت من الضوء (الأبيض) والظلام (الأسود). بل إن البعض يعتقد أن ألوان قوس قزح تشكلت من مياه الأمطار التي تلونت أشعة السماء. اختلف نيوتن. لقد أجرى سلسلة لا نهاية لها من التجارب لإثبات نظرياته.
أثناء عمله في غرفته المظلمة، قام بتوجيه الضوء الأبيض من خلال منشور بلوري على الحائط، والذي انفصل إلى الألوان السبعة التي نعرفها الآن باسم طيف الألوان (الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي). وكان العلماء يعرفون بالفعل بوجود العديد من هذه الألوان، لكنهم اعتقدوا أن المنشور نفسه يحول الضوء الأبيض إلى هذه الألوان. ولكن عندما كسر نيوتن هذه الألوان نفسها مرة أخرى على منشور آخر، تشكلت إلى ضوء أبيض، مما يثبت أن الضوء الأبيض (وضوء الشمس) كان في الواقع مزيجًا من جميع ألوان قوس قزح.
قوانين نيوتن في الحركة مهدت الطريق للميكانيكا الحديثة
في عام 1687، نشر نيوتن أحد أهم الكتب العلمية في التاريخ، وهو كتاب المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية، والمعروف باسم المبادئ. وفي هذا العمل وضع لأول مرة قوانينه الثلاثة للحركة.
ينص قانون القصور الذاتي على أن حالة السكون أو الحركة تظل ساكنة أو متحركة ما لم تؤثر عليها قوة خارجية. لذا، باستخدام هذا القانون، يساعدنا نيوتن في تفسير سبب توقف السيارة عندما تصطدم بالحائط، لكن الأجسام البشرية الموجودة داخل السيارة ستستمر في الحركة بنفس السرعة الثابتة التي كانت عليها حتى تصطدم الأجسام بقوة خارجية، مثل قوة لوحة القيادة أو الوسادة الهوائية. ويفسر أيضًا سبب احتمالية استمرار الجسم المقذوف في الفضاء بنفس السرعة على نفس المسار إلى ما لا نهاية ما لم يصطدم بجسم آخر يبذل قوة لإبطائه أو تغيير اتجاهه.
يمكنك أن ترى مثالاً على قانونه الثاني للتسارع عندما تركب دراجة. في معادلته، القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع، أو F=ma، فإن استخدامك لدواسة الدراجة يولد القوة اللازمة للتسارع. يشرح قانون نيوتن أيضًا لماذا تتطلب الأجسام الأكبر أو الأثقل قوة أكبر لتحريكها أو تغييرها، ولماذا يؤدي ضرب جسم صغير بمضرب بيسبول إلى إحداث ضرر أكبر من ضرب جسم كبير بنفس المضرب.
قانونه الثالث للفعل ورد الفعل يخلق تناظرًا بسيطًا لفهم العالم من حولنا: لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. عندما تجلس على كرسي، فإنك تؤثر بقوة على الكرسي، ولكن الكرسي يبذل نفس القوة لإبقائك في وضع مستقيم. وعندما يتم إطلاق صاروخ إلى الفضاء، فإن ذلك يرجع إلى القوة الخلفية للصاروخ على الغاز والدفع الأمامي للغاز على الصاروخ.
وضع قانون الجاذبية والتفاضل والتكامل
يحتوي كتاب المبدأ أيضًا على بعض أعمال نيوتن المنشورة الأولى حول حركة الكواكب والجاذبية. وفقًا لأسطورة شعبية، كان نيوتن الشاب يجلس تحت شجرة في مزرعة عائلته عندما ألهم سقوط تفاحة واحدة من أشهر نظرياته. من المستحيل معرفة ما إذا كان هذا صحيحًا (وقد بدأ نيوتن نفسه في سرد القصة عندما كان رجلًا أكبر سنًا)، ولكنها قصة مفيدة لشرح العلم وراء الجاذبية. كما أنها ظلت أساس الميكانيكا الكلاسيكية حتى ظهور النظرية النسبية لألبرت أينشتاين.
توصل نيوتن إلى أنه إذا سحبت قوة الجاذبية التفاحة من الشجرة، فمن الممكن أيضًا أن تمارس الجاذبية تأثيرها على الأجسام البعيدة كثيرًا. ساعدت نظرية نيوتن في إثبات أن جميع الأجسام، صغيرة مثل التفاحة وكبيرة مثل الكوكب، تخضع للجاذبية. ساعدت الجاذبية في الحفاظ على دوران الكواكب حول الشمس وخلق مد وجزر في الأنهار والمد والجزر. وينص قانون نيوتن أيضًا على أن الأجسام الأكبر حجمًا ذات الكتل الأثقل تمارس قوة جذب أكبر، ولهذا السبب شعر أولئك الذين ساروا على القمر الأصغر بكثير بانعدام الوزن، حيث كان لديه قوة جاذبية أصغر.
للمساعدة في شرح نظرياته عن الجاذبية والحركة، ساعد نيوتن في إنشاء شكل جديد متخصص من الرياضيات. كان يُعرف في الأصل باسم “التدفقات”، وأصبح الآن حساب التفاضل والتكامل، وقد رسم حالة الطبيعة المتغيرة والمتغيرة باستمرار (مثل القوة والتسارع)، بطريقة لم يتمكن منها الجبر والهندسة الحاليان من القيام بذلك. ربما كان حساب التفاضل والتكامل بمثابة لعنة للعديد من طلاب المدارس الثانوية والجامعات، لكنه أثبت أنه لا يقدر بثمن لقرون من علماء الرياضيات والمهندسين والعلماء.
كيف مات نيوتن
توفي نيوتن عام 1727 أثناء نومه عن عمر يناهز 84 عامًا. وعلى الرغم من أن سبب الوفاة غير معروف، إلا أن دراسة أجريت عام 1979 نشرتها الجمعية الملكية لنيوتن تشير إلى أن التسمم بالزئبق ربما يكون قد ساهم في تدهور صحته الجسدية والعقلية. أثناء استخراج جثته، تم العثور على كميات كبيرة من الزئبق في نظام العالم، على الأرجح بسبب عمله في الكيمياء. أجرى نيوتن عدة تجارب لتحويل المعادن الأساسية مثل الزئبق والنحاس إلى معادن ثمينة مثل الذهب والفضة.