Isaac Newton

Isaac Newton (4. jaanuar 1643 (vkj 25. detsember 1642) Woolsthorpe, Lincolnshire – 31. märts (vkj 20. märts) 1727 Kensington) oli inglise füüsik, matemaatik, astronoom, teoloog ja alkeemik, keda on peetud tänapäeva füüsika alusepanijaks. Newton töötas välja mehaanika üldised seadused, formuleeris ülemaailmse gravitatsiooniseaduse, tegi tähtsaid avastusi optikas ning leiutas diferentsiaal- ja integraalarvutuse.

Elu ja tegevus

Lapsepõlv ja noorpõlv (1643–1667) 
Isaac Newton sündis anglikaani peres 4. jaanuaril 1643 (vkj esimesel jõulupühal 25. detsembril 1642) Lincolnshire'i krahvkonnas Woolsthorpe-by-Colsterworthi küla lähedal Woolsthorpe'i mõisas.

Tema isa Isaac Newton, jõukas talupidaja, keda peeti metsikuks ja veidraks meheks, oli surnud kolm kuud enne poja sündi. Noor Isaac sündis enneaegsena. Tema ema Hannah Ayscough olevat öelnud, et poeg oli nii väike, et ta oleks mahtunud veerandgallonilisse (umbes liitrisse) kruusi

Kui Newton oli kolmeaastane, abiellus ema reverend Barnabus Smithiga ning ning jättis poja oma ema Margery Ayscough' hoolde. Isaacile võõrasisa ei meeldinud ning ta kandis ema peale abiellumise tõttu vimma, nagu näitab sissekanne enne 19-aastaseks saamist tehtud pattude nimekirjas, mille järgi ta oli ähvardanud neid ja nende maja maha põletada. Kui ema abikaasa suri, hakkas Isaac jälle koos emaga elama. 

12–17-aastaselt elas Newton Granthami apteekri William Clarke'i juures, kus ta hakkas huvituma keemiast. Ta õppis 1654–1659 ladina ja kreeka keelt ning matemaatika aluseid sealses The King's Schoolis, kus ühel raamatukogu aknalaual on tänini säilinud tema allkiri. Ta tegeles palju oma asjadega ega õppinud koolis hästi. Newtonit köitsid ka mehaanilised seadmed ja joonistamine. Ta analüüsis joonistusi ja masinaid ning ehitas neid ise: ta valmistas näiteks kelli ja tuuleveskite töötavaid mudeleid. Juba lapsena armastas ta teha mitmesuguseid loodusteaduslikke katseid.

Newtoni varaseim teadaolev kirjutis, ladina keele fraasiraamat, ja tema esimene kiri, mis on adresseeritud "armastavale sõbrale", olid kopeeritud koolimees William Walkeri avaldamata käsikirjast.

Ema võttis Isaaci koolist ära. Oktoobris 1659 oli ta jälle Woolsthorpe-by-Colsterworthis, kus ema püüdis teha temast talupidajat. Isaac vihkas talutöid. The Kings' Schooli juhataja Henry Stokes veenis ema, et ta saadaks poja kooli tagasi. Seda tegi ka Newtoni onu, kes nägi Isaaci annet. 18-aastaselt lõpetas ta kooli üliedukalt.

Haridusteed jätkas ta 1661. aastast oma onu, vaimulik William Ayscough' soovitusel Cambridge'i ülikooli Trinity kolledžis.

Esmalt pidas ta seal ka kammerpoisi ametit, et õpingute eest tasuda. Ise säästlikult elades ja kulukates lõbustustes osalemata andis kaastudengitele protsendiga laenu. 1664. aastal sai ta õppimiseks vajaliku stipendiumi, mis garanteeris talle õpingud järgnevaks neljaks aastaks. 1665. aastal avastas ta binoomteoreemi ja tegi algust matemaatilise teooriaga, millest hiljem sai algebra. Varsti pärast seda, kui Newton oli omandanud oma bakalaureusekraadi augustis 1665, suleti ülikool katkuepideemia tõttu. 1666. aasta veetis Newton kodus maal, tegeldes intensiivselt teadustööga ja tehes mitmeid avastusi, mille avaldas alles aastakümneid hiljem. Seetõttu on seda aastat nimetatud ka Newtoni "imede aastaks", ladinakeelse nimetusega annus mirabilis. 1667 sai Newton lõpuks ülikooli naasta, kus ta valiti Trinity kolledži liikmeks. 1668. aastal kaitses ta magistriväitekirja ja sai magistrikraadi.

1669–1701 oli ta sama ülikooli matemaatikaprofessor hiljuti, 1663. aastal asutatud Lucase matemaatika õppetoolis, mille ta võttis üle selle esimeselt täitjalt, oma õpetajalt Isaac Barrow'lt ning andis edasi oma õpilasele William Whistonile. Hiljem on sama õppetooli täitnud veel mitmed kuulsad füüsikud ja matemaatikud, näiteks Charles Babbage, George Gabriel Stokes, Paul Dirac ja Stephen Hawking.

1672. aastal valiti Newton Londoni Kuningliku Seltsi liikmeks, 1703. aastal ka Seltsi presidendiks. Sellesse ametisse jäi ta surmani 1727. aastal.

Newtoni peamisteks teadustöödeks peetakse tänapäeval teoseid "Loodusfilosoofia matemaatilised alused" (1687) ja "Optika" (1704). Tänapäevasele mehaanikale aluse pannud teos "Loodusfilosoofia matemaatilised alused" (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica) sõnastas nüüdseks Newtoni seadustena tuntud liikumisseadused ja postuleeris universaalse gravitatsiooniseaduse, mis domineerisid teaduslikus maailmapildis ja universumi mõistmises järgmised kolm sajandit. Matemaatiliselt konstrueeritud tõestuste abil tuletas Newton kasutas oma matemaatilisi kirjeldusi, et tuletada planeetide liikumist kirjeldavatest Kepleri seadustest kõigi kehade vastastikuse külgetõmbejõu olemasolu ning näidata seejärel selle rakendatavust mitmesuguste üksikprobleemide lahendamiseks. Nii selgitas Newton samade põhimõtete alusel komeetide trajektoore, loodeid, kevad- ja sügispunkti pretsessiooni ja teisi ilminguid. Newton eemaldas viimased kahtlused Päikesesüsteemi heliotsentrilise mudeli paikapidavuse kohta ja demonstreeris, et Maal asuvate objektide ja taevakehade liikumist võib selgitada ühtviisi heliotsentrilisel põhimõttel. Newtoni teooriat, et Maa on lopergune pöördellipsoid, tõestasid hiljem geodeetiliste mõõtmistega Pierre Louis Maupertuis, Charles Marie de La Condamine jt, veendes nii enamikku Mandri-Euroopa teadlastest Newtoni mehaanika eelistes senise kartesiaanliku teooria ees. Samas ei avanud Newton kuigivõrd oma mehaanikateooria metafüüsilisi aluseid, vaid püüdis sellest deklaratiivselt hoiduda: tuntud on tema sententsid "Füüsika, hoia end metafüüsika eest!" ja "Hüpoteese ma ei leiuta.". Ka eetri küsimuses jäi ta kõhklevale seisukohale, andes eri teostes ja käsikirjades erinevaid selgitusi selle olemasolu ja mõju kohta gravitatsioonile; ühes tuntud kirjakohas ta otsesõnu keeldus eetri teemal midagi arvamast.

Newton ehitas ka esimese reflektorteleskoobi ja arendas välja keerulise värviteooria, mis põhineb tähelepanekul, et prisma lahutab valge valguse spektri nähtavateks värvideks. Seda teooriat kirjeldas tema mõjukas teos "Optika", mis avaldati 1704. aastal. Lisaks sõnastas ta n-ö jahtumisseaduse, arvutas välja helikiiruse ja tutvustas mõistet "Newtoni vedelik". Matemaatikas uuris Newton astmeridu, üldistas binoomteoreemi mittetäisarvulisteks eksponentideks ning töötas Gottfried Wilhelm Leibniziga samaaegselt välja diferentsiaal- ja integraalarvutuse, mille esmaavastamise teemal alanud tüli jätkus veel pärast Newtoni surmagi.

Erakliku ja ekstsentrilise loomusega Newton paistis silma küll oma teadustööde poolest, kuid suhtus nende avaldamisse pigem tõrjuvalt. Seetõttu ilmusid ta teosed pikkade ajavahemike takka ning eelkõige tema austajate ja õpilaste algatusel. Samas suutis ta minna kergesti tülli nii konkureerivate kui ka tema suhtes algselt sõbralike teadlastega, pidades pikka viha ja rakendades eetiliselt kaheldavaidki võtteid. Nii näiteks leidis Newton, et kui kuninglik astronoom John Flamsteed ei soostu avaldama oma vaatlustulemusi, pole põhjuseks mitte soov tulemuste täpsust kontrollida, vaid kius Newtoni suhtes. Oma mõjujõudu kasutades sundis ta Flamsteedi publitseerima, nii et hiljem ostis astronoom omaenda teose järelejäänud eksemplarid kokku ja põletas pidulikult. Samuti vaenas Newton aastakümneid oma kaaslast Londoni Kuninglikust Seltsist Robert Hooke'i. Tülides kasutas ta ära oma positsiooni Kuningliku Seltsi presidendina ning avaldas ründavaid anonüümseid arvustusi seltsi toimetistes. Sellest hoolimata tõid tema teadussaavutused talle kõrge maine mitte üksnes teadlase ja ametiisiku, vaid ka inimesena, nii et veel sajand hiljem ülistas Tartu Ülikooli esimene taastamisjärgne rektor George Frederic Parrot kirjas oma sõbrale Karl Morgensternile Newtoni tagasihoidlikku ja õilsat iseloomu.

Tema teooriate retseptsioon oli valdavalt vaimustunud, ent need kohtasid kogu Euroopas ka tugevat vastuseisu, mistõttu levisid tihti andunud njutoniaanide pikaajalise propagandatöö tulemusel, mida näiteks Prantsusmaal tegi üks valgustusajastu kuulsamaid filosoofe Voltaire.

Isaac Newton oli vaga, kuid ebatraditsiooniline kristlane, kelle usulised seisukohad lahknesid tugevalt anglikaani kiriku omadest (näiteks eitas Newton kolmainsust, oletatavasti sotsiniaanide mõjul) ning kes seetõttu ei saanud oma vaateid alati täiel määral valjendada, ehkki pühendas palju aega teoloogilistele kirjutistele (Newtoni raamatukogus oli teoloogia osakaal suurem kui füüsikal) ning peatselt pärast tema surma ilmusid ka mõned ta eksegeetilised ja piibliloolised tekstid (nt Piiblis esitatud kronoloogiat rekonstrueeriv "The Chronology of Ancient Kingdoms" avaldas olulist mõju Vana-Lähis-Ida teaduslike kronoloogiate kujunemisele, ehkki tänapäevaks ei ole ükski Newtoni dateeringuist püsima jäänud). Usuliste vaadete tõttu (ehkki tuues muid ettekäändeid) keeldus Newton ka vaimulikupühitsusest, mis oli üldjuhul Cambridge'i professorikoha eelduseks. Pühitsusnõude puudumine oli üks põhjuseid, miks ta jäi just Lucase professuuri juurde, ehkki ka selleks tuli tal taotleda kuningas Charles II eriluba. Valdav osa Newtoni teoloogilisi kirjutisi, niisamuti kui tema alkeemilised teosed (Newtoni selleteemalises huvis on nähtud Cambridge'i platonistide suurkuju Henry More'i mõju), jäid avaldamata tema eluajal ja vaikiti suuresti maha ta hilisemaski pärandis, kuni Teise maailmasõja ajal need omandanud majandusteadlane John Maynard Keynes Newtoni "ebateaduslikud" tekstid taas avalikkuse tähelepanu alla tõi.

Valdava osa ajast, mil Newton Lucase professuuri täitis, ei osalenud ta kuigivõrd õppetöös ning võttis seda pigem sinekuurina, mis võimaldas tal tegeleda oma äranägemist mööda teadustööga. 1696. aastal sai Newtonist tema protežee, Halifaxi krahvi Charles Montagu toel Briti kuningliku rahapaja vardjas ning 1700. aastal meister, millisele ametikohale ta jäi surmani. Rahapajas viis Newton läbi silmapaistvaid uuendusi, muutes selle töö oluliselt tõhusamaks ja muutes ka riigi rahandust tervikuna sajanditeks. Muuhulgas kuulus Newtoni ametikohustuste hulka ka valerahategijate väljaselgitamine ja vastutusele võtmine, mistõttu tema tegevus viis võlla mitmed kurjategijad. Professorikohast loobus ta alles aasta pärast rahapaja ülemaks saamist, 1701. aastal.

Nii poliitiliselt kui ka isiklike sidemete kaudu oli Newton seotud viigide parteiga. Kaks põgusat ametiaega 1689–1690 ja 1701–1702 esindas Newton Cambridge'i ülikooli ka Parlamendi alamkojas ning ehkki ta seal sõnavõttudega silma ei paistnud, käis ta muuhulgas korduvalt ülikooli esinduse koosseisus kuninga jutul. Aastal 1705 lõi kuninganna Anne Newtoni rüütliks, ehkki biograafide hinnangul olid selle põhjuseks pigem Newtoni teened rahanduses ja poliitikas. Newtonit peetakse Inglismaa ajaloos teiseks rüütlikslöödud teadlaseks, talle eelnes Francis Bacon.

Newton ei reisinud kunagi kaugele Cambridge'i ja Londoni ümbrusest, rääkimata Inglismaalt lahkumisest. Elu lõpuaastad veetiski ta praktiliselt paiksena Londonis, nautides kõrget ühiskondliku staatust kodumaal ja lugupidamist üle kogu Euroopa. Ehkki Newton ei olnud pärast tudengipõlve algust kordagi otseselt vaene, ei toonud ta perekonnamõis siiski sisse kuigi suuri summasid, võrreldes tema sissetulekutega algul professori ja hiljem rahapaja ülemana, kes teenis kindla protsendi vermitavate müntide väärtusest – asjaolu, mis võimaldas tal mugavalt ära elada hoolimata sellest, et Newton kaotas suure summa Lõunamere aktsiamullis (South Sea Bubble), kui peamiselt orjakaubandusega tegelenud Lõunamere Kompanii kokku varises. Newtoni viimastel aluaastatel elasid tema majapidamises Jermyni tänaval ka tema noor poolnõbu Catherine Barton Conduitt ja tolle mees John Conduitt (Catherine oli samal ajal ka Newtoni toetaja Charles Montagu armuke). John Conduittilt, kes oli Newtoni abiline rahapajas ja üks ta esimesi biograafe, pärineb ka legend gravitatsiooniseaduse avastamisest õunapuult kukkuvat õuna nähes. Ehkki selle loo tõepärasuses on laialdaselt kaheldud ja see avaldati alles pärast Newtoni surma, on kukkuvast õunast saanud Newtoni tuntuim sümbol ning läbiv motiiv tänapäeva kultuuris (sellest pärinevad näiteks nii arvutifirma Apple logo kui ka Kuku raadio teadussaate "Kukkuv õun" nimi).

Isaac Newtoni isiklikest suhetest pole teada palju muud peale tõiga, et ta ei abiellunud kunagi. Sel teemal on esitatud arvukalt spekulatsioone alates õnnetust noorpõlvearmastusest ja homoseksuaalsetest kalduvustest ning lõpetades Prantsusmaal Newtoni töid jõudsalt populariseerinud Voltaire'i klatšimaigulise väitega, et Newton olevat surnud neitsina (mida Voltaire'ile olevat Newtoni matuste ajal kinnitanud surivoodil viibinud arstid). Kuna meesterahva neitsilikkust pole sellises olukorras võimalik meditsiiniliselt kinnitada ega ümber lükata, jääb väide sama tõestamatuks kui mitmesugused oletused, mida on esitatud seoses Newtoni võimalike suhete ümber talle 1689–1693 lähedal seisnud Šveitsi matemaatiku Fatio de Duillier'ga. Pärast 1693. aastal üleelatud närvivapustust saatis Newton süüdistavaid kirju oma sõpradele, literaat Samuel Pepysele ja filosoof John Locke'ile, kus muuhulgas väitis, et Locke olla talle "naisi kaela sokutada püüdnud".

Newton suri rahulikult une pealt 20. märtsil (uue kalendri järgi 31. märtsil) 1727. Ta maeti Westminster Abbeysse, kus tema hauamonument skulptor Michael Rysbrackilt on tänini üks turistide meelisvaatamisväärsusi. Newtoni juustest leiti hilisemal uurimisel elavhõbedajääke, mis arvati pärinevat tema aastakümneid kestnud alkeemiakatsetest. Elavhõbedamürgistusega on püütud selgitada ka Newtoni eraklikku ja ekstsentrilist iseloomu.

Newtoni nime kannab hulk paiku, loodusseadusi ja -nähtusi, seadmeid jpm. Teda ja tema saavutusi kujutati juba eluajal ohtralt kunstis (säilinud on üle paarikümne portree) ja kirjanduses, hiljem ka filmis, muusikas ja teistes kunstiliikides. Üks tuntumaid Newtoni kujutistest pärineb luuletajalt ja graafikult William Blake'ilt, kes küll ise oli Newtoni suhtes üpris kriitiline. 1978–1988 kandis Blake'i teosel põhinevat Newtoni portreed ka Suurbritannia ühenaelane rahatäht.

Mehaanika põhiseadused 

Isaac Newtoni formuleeritud mehaanika põhiseadused said tänapäeva füüsika nurgakiviks.

Newtoni 1. seadus. Iga keha seisab paigal või liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt seni, kuni temale rakendatud jõud seda olekut ei muuda. Ühtlaselt sirgjoonelist liikumist mõjutavad hõõre ja gravitatsioonijõud.

Newtoni 2. seadus. Keha kiirendus on võrdeline kehale mõjuva jõuga ja pöördvõrdeline keha massiga.

Newtoni 3. seadus. Kaks keha mõjuvad teineteisele võrdvastupidise jõuga. Kui kehale mõjub jõud, siis kuskil peab tingimata leiduma mingi teine keha, millele mõjub samasugune, kuid vastupidine jõud.

Legendi järgi olevat Newton istunud õunapuu all, kui talle äkki õun pähe kukkus. See ajendas teda mõtlema, miks asjad kukuvad alati alla, mitte üles. Nendele küsimustele vastuseid otsides jõudis ta järeldusele, et Maal peab olema mingi külgetõmbejõud ja nimetas selle jõu raskusjõuks.

Newton kasutas oma mehaanika seadusi ja gravitatsiooniseadust taevakehade liikumise kirjeldamisel. Ta rajas taevamehaanika alused. Tõestas Kepleri avastatud seaduspärasused ja täpsustas neid.

Optika põhiseadused 
Newton avastas valguse dispersiooni, lahutades valge valguse prisma abil spektriks, põhjendas pikksilma kromaatilise aberratsiooni, uuris valguse difraktsiooni ja interferentsi ning eeldas valguse polarisatsiooni olemasolu. Newton avaldas korpuskulaarteooria, millele tuginedes konstrueeris kaks peegelteleskoopi.

Newton formuleeris optika neli põhiseadust:
 Valgus levib sirgjooneliselt.
 Valguskiired on sõltumatud: iga kiir levib ruumis nii, nagu poleks teisi olemas.
 Valgus peegeldumisel tasaselt pinnalt on langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal ühes tasandis. Langemisnurk võrdub peegeldumisnurgaga.
 Valguse üleminekul ühest keskkonnast teise kiir murdub (muudab suunda), kusjuures langev kiir, murdunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal on ühes tasandis. Langemisnurga ja murdumisnurga siinuste suhe on antud keskkondade paari jaoks konstantne suurus ega sõltu langemisnurgast.

Teoseid 
 "Fluksioonide meetod" (Method of Fluxions, 1671, trükiti 1736)
 "De motu corporum in gyrum" (1684)
 "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" (1687)
 "Opticks" (1704)
 Rahapaja meistri raportid (1701–1725)
 "Arithmetica Universalis" (1707)
 "The Chronology of Ancient Kingdoms, Amended" 1728.

Vaata ka 
 Newtoni seadused
 Newtoni pendel

Viited

Kirjandus 
 J. Lang ja D. Rootsman, "Isaac Newton: suure teadlase elu ja töö". Sari "Suurmeeste elulood", nr 2, EKS, Tartu, 1933
 Boriss Kuznetsov, "Newton". Vene keelest tõlkinud Igor Gräzin. Sari "Suuri mõtlejaid", Eesti Raamat, Tallinn 1988 (sisaldab lisana 2 katkendit Newtoni teosest "Loodusfilosoofia matemaatilised printsiibid")
 "Isaac Newton ja kaasaeg: konverentsi materjalid". Vastutav toimetaja Ülo Lepik, Tartu Riiklik Ülikool, 1989
 Katrin Velbaum "Jumala vägi Newtoni füüsikas" Rmt: "Kuradi tark, jumala loll" (lk 141–181). Tallinn: Eesti Päevalehe Kirjastus, 2007

Välislingid 

Inglise füüsikud
Alkeemikud
Inglise filosoofid
Londoni Kuningliku Seltsi liikmed
Suurbritannia matemaatikud
Suurbritannia astronoomid
Inglise teoloogid
 
Sündinud 1643
Surnud 1727