אייזק ניוטון
ביוגרפיה > שנות הביניים – מתמטיקה ופיזיקה > מכניקה וכבידה

ב-1679 חזר ניוטון לעבודתו על תורת המכניקה, חוקי התנועה ובפרט השפעת הכבידה על תנועת כוכבי הלכת. ניוטון הצליח להסביר מדוע כוכבי הלכת נעים במסלול אליפטי סביב השמש ולא במסלול מעגלי. הוא פרסם חלק מהתוצאות אליהן הגיע בחיבורו "De Motu Corporum" שפורסם ב-1684 והיה היסוד לספרו "עקרונות מתמטיים של פילוסופיית הטבע".
הספר "עקרונות מתמטיים של פילוסופיית הטבע" פורסם ב-5 ביולי 1687 בתמיכתו הכלכלית של אדמונד היילי. בחיבור זה קבע ניוטון את שלושת חוקי התנועה הקרויים על שמו, חוקים אשר נותרו ללא שינוי במשך למעלה ממאתיים שנים. הוא תיאר את כוח הכבידה, את המושגים משקל, מסה, תנע ותנע זוויתי ואת חוקי השימור שלהם. באמצעות התאוריה הפיזיקלית החדשה שלו הראה ניוטון כי כל הגופים ביקום מצייתים לאותם עקרונות והסביר באמצעותם תופעות שונות, כגון תנועת כוכבי הלכת וגאות ושפל, והראה כיצד ניתן לגזור מחוק הכבידה האוניברסלי את חוקי קפלר. הבעיה המקורית שניצבה בפני ניוטון הייתה סבוכה יותר מגזירת חוקי קפלר בלבד, בעיה שפתרונה היווה אחד מאבני היסוד לספרו, שכן המודל הדו-גופי הציג תמונה פשטנית שאינה הולמת את המציאות, ולכן היה על ניוטון לפתח מודל מתמטי להשפעה ההדדית של כוכבי הלכת והירחים זה על זה על מנת לאשש את חוק היפוך הריבוע של הכבידה. בספרו, היה לאל ידו של ניוטון להתחשב גם בהשפעות אלו על תנועת כוכבי הלכת, והתוצאה הייתה סינתזה כבירה של מידע אסטרונומי שהושג בתצפיות ושל תאוריה מתמטית-מדעית שמסבירה אותם, שהמסקנה המתבקשת ממנה היא שהתצפיות השונות מוכיחות את חוק היפוך הריבוע בדיוק מספיק. ההוכחות המתמטיות המוצגות בספר התניעו את המחקר של האי רגולציות במסלול הירח, ואת מחקר בעיית שלושת הגופים.
באותה עבודה סיפק ניוטון גם את הקביעה האנליטית הראשונה של מהירות הקול באוויר (בהתבסס על חוק בויל), הסיק את הפחיסות של הצורה הספרואידית של כדור הארץ, סיפק תאוריה של נקיפת נקודת השוויון כתוצאה של המשיכה הכבידתית שמפעיל הירח על כדור הארץ הפחוס, סיפק תאוריה לקביעת מסלולי שביטים, והרבה יותר מכך.
ההיפותזה של ניוטון על כוח "בלתי נראה" המסוגל לפעול ממרחק הובילה לביקורת שהכניס "סוכנויות נסתרות" למדע. מאוחר יותר, במהדורה השנייה של הפרינקיפיה (1713), דחה ניוטון באופן איתן ביקורות אלו בנספח "הערה כללית" (לטינית: "GENERAL SCHOLIUM"), וכתב שמספיק שהתופעות יעידו על משיכה כבידתית, כפי שנמצא בניסוי, והודה שלא הצליח לעמוד על מהות הכבידה בניסוי ולכן כל טענה בעניין תהיה בגדר השערה, ובלשונו, במה שהפך לביטוי מוכר, "אינני בודה השערות" (לטינית: "Hypotheses non fingo").
ניוטון היה אפוא הראשון שניסח תאוריה פיזיקלית מאוחדת, העולה בקנה אחד עם התאוריה הקופרניקאית. ספרו, הפרינקיפיה, הפך במהרה ליותר מספר מתמטי סבוך - אלא למייצגה של השקפת עולם מדעית ושל פילוסופיה מדעית חדשה. הניסוח השיטתי והמדויק של טענות מתמטיות על מערכת השמש, והסגנון הדדוקטיבי של הספר, יצרו רושם עמוק על הקהילה המדעית בפרט ועל הקהילה האינטלקטואלית בכלל של התקופה, ובמרוצת השנים על מרבית המדענים וההוגים. הספר נחשב לאחד החיבורים המייצגים והמובהקים של הגישה הדטרמיניסטית, הקובעת כי בהינתן תנאי ההתחלה של מערכת ושל החוקים שלפיהם היא מתפתחת, ניתן לחזות את מצבה של המערכת בכל זמן נתון, גישה שלימים תופרך על ידי ניסויי ועקרונות המכניקה הקוונטית. ניוטון טבע בספר את המושגים "מרחב וזמן מוחלטים" המהווים רקע סביל של האירועים. השקפת עולם זו על היקום משלה בכיפה במשך 250 השנים הבאות, עד שבתחילת המאה ה-20 התחוללה מהפכה מדעית-פילוסופית חדשה, כאשר, בהמשך ישיר למאמציהם של פיזיקאים ומתמטיקאים שונים (בהם הנדריק לורנץ, ארנסט מאך ואנרי פואנקרה), ניסח אלברט איינשטיין את תורת היחסות הפרטית.
פרסום הפרינקיפיה הפך את ניוטון למפורסם ברמה בינלאומית. הוא רכש קהל של מעריצים, ובהם המתמטיקאי השווייצרי ניקולה פטיו דווילר, שהפך למעריץ מושבע של ניוטון ולחבר קרוב שלו, עד שהשניים הסתכסכו ב-1693. סכסוך זה השפיע קשות על ניוטון, והוביל אותו להתמוטטות עצבים. התמוטטות העצבים לוותה גם בהתפרצות מחלת נפש, וייתכן גם שהדבר קרה מלכתחילה בהשפעת עיסוקו במתכות רעילות במסגרת חקירותיו באלכימיה (חוקרים סבורים כיום כי סבל מהרעלת כספית). חלק ממאפייני המחלה היו שיגעון רדיפה והידרדרות שכלית. מחלת הנפש לא נמשכה זמן רב, וניוטון התאושש ממנה.