Fysikerporträtt
aktuell
arkivet

Sir Isaac Newton

1642 - 1727

 

Barndom
Newtons fader, som också hette Isaac Newton, dog tre månader före sonens födelse. När Isaac var tre år gammal gifte hans moder Hannah, född Ayscough, om sig med den 63 år gamle Barnabas Smith, kyrkoherde i den närliggande byn North Witham. Isaac lämnades då i sin farmors vård. Barnabas Smith dog 1656 och modern återvände då till Woolsthorpe för att själv åter ta hand om Isaac. Vid denna tid gick Isaac på skolan i Grantham och där stannade han till 1658. Förmodligen avsåg modern att sonen skulle ta över gården. Men Isaac visade inget större intresse för att bli bonde, så på inrådan av morbrodern William Ayscough, kyrkoherde i Burton Coggles, skrev han in sig i Trinity College vid Cambridgeuniversitetet den 5 juni 1661 och där kom han förbli i nästan 40 år.

Religiös kris
Som s.k."sub-sizar" betalade han själv sin mat och hade en reducerad avgift i utbyte mot vissa handräckningstjänster. Detta kan förefalla onödigt med hänsyn till sin moders relativa välstånd. Sommaren 1662 genomgick Newton en religiös kris som fick honom att i stenografisk skrift lista allt vad han uppfattade som sina många synder, bl.a. sitt hot att "bränna inne" sin mor och styvfar. På egen hand studerade han Descartes. Dessa studier låg vid sidan om den ordinarie läroplanen, som fortfarande var starkt influerad av den medeltida traditionen. I matematik började han läsa Euklides men övergav honom snabbt som föråldrad och övergick i stället till Descartes´ Geometrie. När Isaac Barrow 1664 förhörde honom i geometri med anledning av hans ansökan om ett stipendium vid Trinity College befanns han ha vissa brister i den klassiska geometrin, men han fick stipendiet ändå.

Anteckningsböcker från hans tidiga studieår visar att han läste både klassiska skrifter, t.ex. Aristoteles Organon och Etik, som modernare kommentarer av Daniel Stahl Gerard Vossius. Andra moderna skriftställare som Newton stiftade bekantskap med var Digby, Kepler, Galileo och Henry Moore. Sina kommentarer skrev Newton ner i en anteckningsbok med titeln Questiones quaedam philosophicae. Dessa kommentarer visar hans intresse för den samtida naturfilosofin. Han tog sin Bachelor of Arts (filosofie kandidatexamen) i januari 1665.

Stora tankar
Våren 1665 bröt pesten ut i London. Därifrån spred den sig till övriga större befolkningscentra i landet. Spridningen skedde med råttor. Universitetet stängdes den 7 augusti 1665 och Newton vände åter till Woolsthorpe. I mars 1666 återvände Newton till Cambridge, men i juni samma år for han tillbaka till Woolsthorpe, där han sedan stannade till i april 1667. När han befann sig i Woolsthorpe började Newton utveckla de tankar som sedan gjort honom känd. Han gjorde fundamentala genombrott inom optik, mekanik och matematik. Lämpligt är kanske att låta Newton själv föra ordet:

"In the beginning of the year 1665 I found the Method of approximating series & the Rule for reducing any Dignity of Binomial into such a series. The same year in May I found the Method of Tangents of Gregory & Slusius, & in November had the direct method of fluxions & the next year in January had the Theory of Colours & in May following I had entrance into ye inverse method of fluxions. And the same year I began to think of gravity extending to ye orb of the Moon & (having found out how to estimate the force with wch [a] globe revolving within a sphere presses the surface of the sphere) from Kepler´s rule of the periodical times of the Planets being in sesquialterate proportion of their distances from the centerof their Orbs must [be] reciprocally as the squares of their distances from the centers about wch they revolve: & thereby compared the force requisite to keep the Moon in her Orb with the force of gravity at the surface of the earth, & found them answer pretty nearly. All this was in the two plague years of 1665 - 1666. For in those days I was in the prime age for inventions & minded Mathematics & Philosophy more than at any time since." (Citat har behållit sin originalstavning.)
(Method of fluxions and inverse fluxions = Newtons version av differential- och integralkalkylen)

I historien brukar dessa år, 1664 - 65, ofta benämnas Newtons anni mirabiles. Om dessa skriver Westfall i sin stora Newtonbiografi Never at Rest följande:

"If we focus our attention on the record of his studies, the plague and Woolsthorpe fade in importance in comparison to the continuity of growth. 1666 was no more mirables than 1665 and 1664. The miracle lay in the incredible program of study undertaken in private and prosecuted alone by a young man who thereby assimilated the achievement of a century and placed himself at the forefront of European mathematics and science."
(p. 143 - 4)

Optiska upptäckter
I oktober 1667 utsågs Newton till ett "minor fellowship" vid Trinity College och i mars 1668 till ett "major fellowship". I oktober 1669 efterträdde han Isaac Barrow som "Lucasian Professor" i matematik. År 1669 beskrev han också den första reflektorn, som har en konkavspegel som objektiv i stället för en konvex lins. Dåtidens linsobjektiv gav mycket bristfälliga bilder, då man ännu inte kommit på hur man framställer akromatiska objektiv. Han skickade in en fungerande reflektor till Royal Society 1671. Den 11 januari 1672 valdes han in som medlem av detta illustra sällskap. Han skickade omedelbart in beskrivningar av sina optiska upptäckter till Sällskapet samt en beskrivning av reflektorn. Uppsatserna publicerades sedan i Sällskapets skrift Philosophical Transactions. Dessa uppsatser gjorde honom omedelbart berömd men ledde även till en utdragen prioritetsstrid med Robert Hooke. 1667 efterträdde Newton Henry Oldenburg som sekreterare i Royal Society. Först under 1680-talet bilades tvisten, som även kom att omfatta delar av det som Newton publicerade i Principia. Newton och Hooke låtsades inte om varandra och under den tid som Hooke fungerade som sekreterare i Royal Society publicerade Newton ingenting i Philosophical Transactions. Dessa år av tystnad slutade först med Hookes död 1703.

Nu valdes Newton åter till sekreterare i Sällskapet. 1704 publicerade Newton Opticks, som sammanfattar de resultat som Newton kommit fram till under lång tid, från 1660-talet och framåt.
Efter det han blivit sekreterare i Royal Society gjorde Newton allt han kunde för att utplåna minnet av Hooke. T.ex. togs porträttet av honom bort från Royal Societys lokaler och alla hänvisningar till honom ströks ur Newtons skrifter.

Teologiska studier
De efterlämnade manuskripten visar att Newton ägnade mycken tid åt alkemin under det sena 1660-talet och de första åren av 1670-talet. Newton sysselsatte sig också intensivt med teologiska spörsmål. Då han konfronterades med nödvändigheten att låta viga sig till anglikansk präst i början av 1670 för att kunna kvarstå som fellow vid Trinity College, inledde han ett intensivt studium av den äldsta kyrkans historia.

Newtons teologiska studier kom honom att hysa kätterska idéer, vilket ledde till en kris. I sista stund kom emellertid en kunglig förordning som befriade innehavaran av den Lucasianska lärostolen från det annars oeftergivliga villkoret att låta sig vigas till präst i den anglikanska kyrkan.

Gravitationslagen - Newtons geni
Newtons moder dog 1679. Newton tillbringade därefter större delen av det året i Woolsthorpe. I november började han brevväxla med Hooke om planetrörelserna men slutade igen efter några månader. I december 1680 och hela det påföljande året gjorde han en del kometobservationer. Han korresponderade även med Flamsteed, Astronomer Royal, om naturen hos kometbanorna. Flamsteed förkastade den vanliga åsikten att kometerna passerade i räta linjer för att aldrig återvända. Han hävdade i stället att de kometobservationer som gjorts 1680 - 81 i stället var av en och samma komet, de första när den rörde sig in mot solen och de senare när den rundat solen och rörde sig ut från den. Newton å sin sida ansåg att han observerat två olika kometer, en på väg in mot solen och en på väg ut från solen i rätlinjiga banor. Först i september 1685, när han analyserat sina observationer i tillräcklig utsträckning medgav han att Flamsteed hade rätt. Han kom fram till att kometen rört sig i en parabolisk kurva.

I augusti 1684 besökte Halley Newton i Cambridge och ställde då en fråga som han nyligen diskuterat i London tillsammans med Wren och Hooke till Newton. Frågan gällde planetrörelserna. I vilken typ av bana skulle en planet röra sig om den styrdes av solen med en kraft som avtar med kvadraten på avståndet från solen? Newton som förlitade sig på det arbete som han utfört under peståren svarade genast: En ellips! På Halleys anmodan tog Newton åter upp problemet till behandling. Nu hade han Picards noggranna mätning av jordradien att tillgå. Vidare hade han visat att för en sfärisk kropp kan hela massan anses samlad i centrum så tyngdkraften kan anses emanera från denna punkt. Newton visade hur rörelselagarna kompletterade med gravitationslagen kunde förklara alla de observerade rörelserna hos planeter, satelliter, kometer och fallande äpplen. Sina resultat sammanfattade Newton i Principia Mathematica Philosophiae Naturalis som utkom den 5 juli 1687. Detta verk gjorde i ett slag Newton till dåtidens mest kände och ärade vetenskapsman. Generationer av poeter och författare har påmint om Newtons geni. T. ex. skriver Byron följande om Newton i Don Juan:

"And this is the sole mortal who could grapple, Since Adam, with a fall, or with an apple."

Parlamentsledamot och myntmästare
Den 5 november 1688 landsteg Vilhelm av Oranien i Torbay. Den 23 december samma år abdikerade kung Johan II och flydde tillsammans med sin drottning och lille son till Frankrike. Den 12 februari 1689 erbjöds Vilhelm och Maria tronen. Newton hade samma år av senaten vid universitetet i Cambridge utsetts att representera universitetet i Parlamentet. Newton ställde inte upp för återval 1690 men 1701 åtog han sig åter uppdraget. 1705 ställde han upp igen på anmodan av sin gynnare Charles Montague, som blivit Earl of Halifax år 1700.

I september 1693 fick Newton ett nervöst sammanbrott. Det har spekulerats mycket om orsaken. Det har t.ex. tillskrivits kvicksilverförgiftning, som han skulle ha ådragit sig under sina långvariga alkemiska experiment. Detta anses inte längre vara orsaken, då han inte uppvisar några andra tecken på kvicksilverförgiftning, t.ex. darrningar eller tandlossning. Newton tappade t.ex bara en enda tand under sin 85-åriga levnad. Hans nervösa besvär yttrade sig i att han sände högst förvirrade brev till sina vänner. T.ex anklagade han John Locke för att vara anhängare till Thomas Hobbes samt ha försökt förleda Newton med hjälp av förföriska kvinnor. Besvären gick emellertid över snabbt och redan efter en ā två månader verkade han återställd.

År 1696 lämnade Newton Cambridge för att bosätta sig i London. Charles Montague, det regerande whigpartiets finansminister, hade fått honom utnämnd till "Warden of the Mint". Montague lämnade sitt ämbete 1699, men trots detta lyckades Newton bli utnämnd till "Master of the Mint" i februari år 1700, då den tidigare innehavaren dog. Newton var mycket aktiv som Myntmästare och under hans tid genomdrevs ett antal reformer. 1701 avsade Newton sig också den Lucasianska professorsstolen och efterträddes av William Whiston.

Det har spekulerats en hel del i anledningen till att Lord Halifax gynnade Newton så mycket. Voltaire, som besökte London på 1720-talet skriver om detta:

"Jag trodde i min ungdom att Newton skapat sin förmögenhet genom sin egen förtjänst. Jag antog att hovet och staden London utnämnt honom till "Master of the Mint" med acklamation. Nej intet sådant. Isaac Newton har en mycket charmerande systerdotter, Madame Conduitt, som erövrat ministern Halifax. Fluxioner och gravitation skulle varit utan värde utan en förtjusande systerdotter."

Lord Halifax dog 1717 och Catherine Burton, Newtons systerdotter, gifte sig med John Conduitt, som Newton säkrat en ställning vid Myntverket och som efterträdde Newton som Myntmästare efter Newtons död 1727.

Ansträngda relationer
Från år 1703 till sin död var Newton ordförande i Royal Society. Den 6 mars 1712 tillsatte Royal Society en kommitté för att undersöka Leibniz´ påstående att han var den förste att upptäcka differential- och integralkalkylen. 1712 var kommitténs rapport, Commercium epistolicum, färdig. Som väntat går den helt på Newtons linje. Den föreslår till och med att Leibniz skulle ha fått sina idéer från Newton själv. Nyare opartiska undersökningar har visat att de båda, Newton och Leibniz, kommit fram till likartade resultat oberoende av varandra och dessutom ungefär samtidigt.

Newtons relationer med Flamsteed var även i fortsättningen ansträngda. Han hade Halley att publicera Flamsteeds stjärntabeller mot Flamsteeds vilja. I Royal Society uppträdde Newton närmast som en tyrann.

År 1717 utkom en andra engelsk utgåva av Opticks och 1719 utkom den andra latinska utgåvan. En andra utgåva av Principia hade kommit 1713 och en tredje kom 1726. Efter Newtons död utkom The Chronology of Ancient Kingdoms Amended, Short Chronicle, The System of the World, Optical Lectures, Universal Arithmetic och De mundi systemate.

Kunglig begravning
Newton dog tidigt på morgonen den 20 mars 1727. Den primära anledningen till hans död var sten i urinblåsan. Efter ett par veckor under olidliga smärtor insomnade han. Han ligger begravd i Westminster Abbey i London. Voltaire, som var närvarande vid begravningen, beskrev den som värdig en kung. I London Gazette beskrivs begravningen på följande sätt:

"On the 28 March 1727, the corpse of Sir Isaac Newton lay in state in the Jerusalem Chamber, and was buried from thence in Westminster Abbey, near the entry into the choir. The pall was supported by the Lord High Chancellor, the Dukes of Montrose and Roxborough, and the Earls of Pembroke, Sussex, and Macclesfield, being Fellows of the Royal Society. The Hon. Sir Michael Newton, Knight of the Bath, was chief mourner and was followed by some other relations, and several eminent persons, intimately acquainted with the deceased."

Efter Lord Halifax död hade Catherine Burton gift om sig med John Conduitt. Conduitt var Newtons medhjälpare vid myntverket och hade mer och mer tagit över Newtons uppgifter där allteftersom Newtons hälsa försämrades. Efter Newtons död började Conduitt skriva om Newton. T. ex. skrev han följande:

"one continued series of labour, patience, humility, temperance, meekness, humanity, beneficence and piety without any tincture of vice."

Denna beskrivning av Newtons karaktär har knappast med verkligheten att skaffa. Den bortser helt från hans tyranniska drag och intellektuella avvikelser.

För den som vill hålla minnet av Newton levande finns det åtskilliga minnesmärken att välja mellan. Hans barndomshem i Woolsthorpe är öppet för allmänheten. Här kan man se de teckningar han kladdat ner väggarna med när han var liten. Man kan stå i det rum i vilket han utförde sina optiska försök. Man kan sitta i den trädgård i vilken han satt och funderade över gravitationen. Här finns t. o. m. ett äppelträd som härstammar från det, vars fallande äpple inspirerade honom då han löste problemet med gravitationskraften. I den närliggande staden Grantham, där Newton gick i skolan, finns en staty av honom. På gården till Trinity College i Cambridge finns även en staty av honom. I Cambridge finns också ett Isaac Newton Institute, som är ett centrum för matematisk forskning. Hans olika bostäder i London bär minnesplattor och det finns t. o. m. en guidad Newtontur. Han finns på sedlar och frimärken.

Newtons rörelselagar
Som tidigare nämnt är Newton är mest känd för sitt arbete om gravitationen. Enligt John Conduitt kom han på idéen år 1665 när han vistades i Woolsthorp på grund av den härjande pesten och fick se ett äpple falla. Liksom äpplet faller mot jorden skulle månen falla mot jorden. Hans beräkningar vid den här tiden använde ett alldeles för litet värde på jordradien, varför han fick dålig överensstämmelse med det faktiska förhållandet. Han tog upp ämnet igen 1684, då han på Halleys inrådan började skriva Principia. I Principia ställde han upp sina tre rörelselagar.

1. En kropp i vila eller likformig rätlinjig rörelse bibehåller detta tillstånd tills den påverkas av en kraft.

2. Den på en kropp verkande kraftens storlek gives av tidsderivatan av rörelsemängden, dvs. F = dp/dt.

3. Till varje kraft finns en lika stor men motriktad motkraft, dvs. F1 + F2 = 0.

Till dessa tre rörelselagar fogades så gravitationslagen: Fg = G mM/r2

Vad Newton gjorde genom sitt arbete inom mekaniken var att åstadkomma ett sammanhängande system. Ett system inom vilket man med utgångspunkt från ett fåtal lagar kunde förklara ett mycket stort antal fenomen: månens och planeternas rörelse, jordens rörelse och tidvattensfenomenet. Newton försökte inte förklara vad gravitationen "egentligen" är. Hur den verkar, dess mekanism och dess verkliga natur hävdade Newton att vi inte skulle framställa några hypoteser om. Att gravitationen har en orsak var Newton säker på, för idéen att en kropp kan påverka en annan genom vakuum över långt avstånd "utan medverkan av något annat ... förefaller mig vara en så stor absurditet att ingen människa någonsin kan falla för den. Gravitationen måste orsakas av något ... men huruvida denna orsak är materiell eller immateriel har jag lämnat till min läsares omdöme att avgöra". Newton följde inte alltid sina egna råd och i andra upplagan av Principia spekulerar Newton om existensen av "vissa mycket subtila "andar" som genomtränger alla täta kroppar" och som kanske förklarar ljus, elektricitet, förnimmelser och mycket annat.

Newtons tvekan och motvilja mot att ge en mekanism som föklarade gravitationen sågs av cartesianerna som en svaghet. Vilka defekter som för övrigt än fanns i René Descartes´ fysik så gav han åtminstone en förklaring genom sin virvelteori även om Newton visade att denna teori är fysikaliskt ohållbar. För några tedde sig Newtons fysik som ett steg tillbaka, då han i fysiken återinförde det ockulta, meningslösa krafter som Descartes nyligen eliminerat. Icke desto mindre kom dock Newton teorier att stå modell de följande vetenskapliga teorierna.

Färgfenomenet
Tillägg: Man kan naturligtvis inte lämna Newton utan att säga några ord om hans arbete inom optiken. Jag har redan kort berört det ovan. Newton började med att förkasta Descartes´ förklaring av färgfenomenet. För Descartes var vitt ljus det naturliga ljuset. Det färgade ljuset var en förändring av ljuset som åstadkoms av det medium varigenom ljuset passerade. Sålunda åstadkommes det spektrum man kan se då ljuset passerat genom ett prisma av att ljuset har modifierats olika beroende på prismats varierande tjocklek.

Sin egen förklaring till färgfenomenet publicerade Newton 1672 i uppsatsen New Theory about Light and Colours i Philosophical Transactions:

"I procured me a Triangular glass-Prisme to try therewith the celebrated Phenomena of Colours."

När han lät en ljusstråle passera genom ett prisma fann han att den alstrade en avlång, inte en cirkulär bild, fem gånger längre än bredden. Han fann, vilket var ett välbekant faktum, att ljus som passerar genom ett prisma sprids och formar ett färgat spektrum. Men när ett andra prisma sattes i det färgade ljusets väg kunde inte några ytterligare förändringar iakttagas. Rött ljus förblev rött och blått ljus blått. Från detta, hans berömda experimentum crucis, drog han tvenne viktiga slutsatser:

a) vanligt vitt ljus är sammansatt, en blandning av de olika färgerna i spektret.

b) ljuset består av strålar av olika brytningsförmåga, och det är denna skillnad i brytningsförmåga som åstadkommer den avlånga bild som så mycket hade förbryllat Newton.

Newtons idéer mottogs kyligt och under de följande åren var han tvungen att upprepade gånger försvara och förklara dem. 1676 hade han fått nog och skrev till Oldenburg:

"I see a man must either resolve to put out nothing new or become a slave to defend it."

Newton skrev följaktligen inte mer om saken förrän 1704, när Opticks publicerades.

Han hade emellertid redan 1657 skickat en uppsats, An Hypothesis Explaining the Properties of Light. Han vägrade att låta den bli publicerad, och den kom ut först 1757, dvs. långt efter Newtons död. Uppsatsen innehåller Newtons analys av ljusfenomenet. Newton ansåg ljuset bestå av en oerhörd mängd otroligt små partiklar av varierande storlek som slungas ut från ett lysande föremål. Han förkastade tanken att ljuset liksom ljudet skulle vara ett vågfenomen eftersom ljuset inte kunde gå runt hörn så som ljudet kunde. Uppsatsen innehöll även en redogörelse för det som senare blivit känt som Newtons ringar. Dessa består av en serie koncentriska färgade ringar och åstadkommes lätt genom att en plankonvex lins med mycket stor krökningsradie läggs med den buktiga sidan mot en plan reflekterande yta. Newton förklarade fenomenet med en viss svårighet och uppfinningsrikedom med utgångspunkt från sin korpuskelteori för ljuset.

Newton arbetade ju även praktiskt inom optiken. Han var lika experimentatorgenial som teoretiker. I slutet av 1660-talet konstruerade och byggde den första reflektorn. Han slipade och polerade själv spegeln av speculum, en legering av koppar och tenn. Idéen till reflektorn hade tidigare framförts av James Gregory, men han hade inte lyckats förverkliga sina idéer. Fördelen med en reflektor är att den inte visar någon kromatisk aberration som linsteleskopen. Det var först 1758 John Dollond lyckades framställa akromatiska linssystem. Samma problem löstes åtminstone teoretiskt ungefär samtidigt av Samuel Klingenstierna i Uppsala, vilken även visade att en del av Newtons idéer inom optitiken var mindre välgrundade. Newton hade t.ex hävdat att det skulle vara omöjligt att eliminera den kromatiska aberrationen.

Som avslutning ska ett par historier som visar Newtons skarpsinne som matematiker relateras. 1696 utmanade Johann Bernoulli Europas matematiker med ett problem*), som han gav dem 6 månader att lösa. Newton löste problemet under en enda natts arbete och publicerade lösningen anonymnt i Philosophical Transactions. Bernoulli gick emellertid inte på bluffen utan sade sig känna igen problemlösaren på stilen eller som han uttryckte sig "lejonet på klon". 1716 kom Leibniz med ett annat svårt problem. Newton löste det på en enda kväll sedan han kommit hem efter en dags arbete på myntverket.

*)Det var egentligen två problem som Bernoulli och Leibniz tillsammans hade kokat ihop. Det ena problemet var det berömda brachystokronproblemet. Utefter vilken kurva måste en partikel glida (friktionslöst) för att på kortast möjliga tid glida mellan två punkter på olika nivå i samma vertikalplan under gravitationens inverkan? Punkterna får naturligtvis inte ligga vertikalt över varandra. Då blir ju lösningen trivial. I andra fall blir det en cykloid.

Ytterligare några bilder:

Den som vill läsa om Newton börjar lämpligen med R.S.Westfalls The Life of Isaac Newton från 1993. (En fylligare levnadsbeskrivning utgav samme författare 1980 under titeln Never at Rest.) En utmärkt översikt på olika aspekter av Newton får man i den 1988 utkomna Let Newton be! som editerats av J. Fauvel med flera. En bok som inriktar sig på andra sidor hos Newton än de rent vetenskapliga är den 1997 utkomna I saac Newton: The Last sorcerer av M. White. Boken Newton´s Tyranny av D.H Clark & S. P. H. Clark från 2001 behandlar mindre vackra sidor hos Newton. Hur han förföljde och förtryckte vissa av sina samtida, som han uppfattade som hot mot sin egen storhet. Slutligen vill jag bämna den 2002 utkomna Newton; The Making of Genius av P. Fara. Denna bok behandlar hur bilden av Newton förändrats under tiden efter hans död, hur han kom att betraktas som urtypen för ett vetenskapligr geni och hur man undertryckte och bortsåg från övriga sidor i hans komplexa personlighet.

 

Författare till artikeln: Bo Nyström

 

41274 besök sedan 2003-01-15


aktuell 'Veckans fysiker' | arkivet | om 'Veckans fysiker'