Isaac Newton

Isaac Newton (4. jaanuar 1643 Woolsthorpe, Lincolnshire – 31. märts 1727 Kensington) oli inglise füüsik, matemaatik, astronoom, teoloog ja alkeemik, keda peetakse nüüdisfüüsika alusepanijaks. Newton sõnastas mehaanika põhiseadused ja gravitatsiooniseaduse, tegi tähtsaid avastusi optikas ning lõi diferentsiaal- ja integraalarvutuse.
Elu ja tegevus.
Lapsepõlv ja noorusaeg (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. Isaac sündis enneaegsena. Tema ema Hannah Ayscough olevat öelnud, et poeg oli nii väike, et oleks mahtunud veerandgallonilisse (umbes liitrisse) kruusi.
Kui Newton oli kolmeaastane, abiellus ema reverend Barnabus Smithiga ja 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: nimelt ähvardas ta 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. Aastail 1654–1659 õppis ta sealses The King's Schoolis ladina ja kreeka keelt ning matemaatika aluseid; ühel kooli raamatukogu aknalaual on tänini tema allkiri. Newton tegeles palju oma asjadega ega õppinud hästi. Teda köitsid mehaanilised seadmed ja joonistamine. Ta analüüsis joonistusi ja masinaid ning ehitas neid ka ise, näiteks valmistas ta kelli ja tuuleveskite töötavaid mudeleid. Juba lapsena meeldis talle teha loodusteaduslikke katseid.
Newtoni varaseim teadaolev kirjutis, ladina keele fraasiraamat, ja tema esimene kiri, mis oli adresseeritud "armastavale sõbrale", olid kopeeritud koolimehe William Walkeri avaldamata käsikirjast.
Ema võttis Isaaci koolist ära ja oktoobris 1659 oli ta jälle Woolsthorpe-by-Colsterworthis, kus ema püüdis teha temast talupidajat. Isaac vihkas talutöid. The King's Schooli juhataja Henry Stokes veenis ema, et ta saadaks poja kooli tagasi. Seda tegi ka Newtoni onu, kes nägi Isaaci annet. 18-aastaselt lõpetas Newton kooli üliheade tulemustega.
Haridusteed jätkas ta 1661. aastal oma onu, vaimuliku William Ayscough' soovitusel Cambridge'i ülikooli Trinity kolledžis.
Et õpingute eest tasuda, pidas ta seal kammerpoisiametit. Samuti elas ta säästlikult, hoides eemale kulukatest lõbustustest, ja andis kaastudengitele protsendiga laenu. 1664. aastal sai ta stipendiumi, mis tagas 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 augustis 1665 bakalaureusekraadi, suleti ülikool katkuepideemia tõttu. 1666. aasta veetis Newton kodus maal, kus ta tegeles intensiivselt teadusega ja tegi mitu avastust, mille avaldas alles aastakümneid hiljem. Seetõttu on seda aastat nimetatud ka Newtoni "annus mirabilis"'eks ehk imede aastaks. 1667. aastal sai Newton ülikooli naasta, kus ta valiti Trinity kolledži liikmeks. 1668. aastal kaitses ta magistriväitekirja ja sai magistrikraadi.
Aastatel 1669–1701 oli ta sama ülikooli matemaatikaprofessor 1663 asutatud Lucase matemaatika õppetoolis. Ta võttis selle üle selle esimeselt täitjalt, oma õpetajalt Isaac Barrow'lt ning andis edasi oma õpilasele William Whistonile. Hiljem on sama õppetooli täitnud veel mitu kuulsat füüsikut ja matemaatikut, 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 kuni oma surmani 1727. aastal.
Newtoni peamisteks teadustöödeks peetakse teoseid "Loodusteaduse matemaatilised printsiibid" (1687) ja "Optika" (1704). Tänapäevasele mehaanikale aluse pannud teoses "Loodusteaduse matemaatilised printsiibid" ("Philosophiae Naturalis Principia Mathematica") sõnastas nüüdseks Newtoni seadustena tuntud mehaanika põhiseadused ja gravitatsiooniseaduse, mis domineerisid teaduslikus maailmapildis ja universumi mõistmises järgmised kolm sajandit. 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 ning 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 eetriküsimuses jäi ta kõhklevale seisukohale, andes eri teostes ja käsikirjades erinevaid selgitusi selle olemasolu ja mõju kohta gravitatsioonile; ühes tuntud tekstis keeldus ta otsesõnu eetri teemal arvamust avaldamast.
Newton ehitas esimese reflektorteleskoobi ja arendas välja keerulise värviteooria, mis põhineb tähelepanekul, et prisma lahutab valge valguse nähtavateks spektrivärvideks. Seda teooriat kirjeldas ta oma mõjukas teoses "Optika", mis ilmus 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 lõi Gottfried Wilhelm Leibniziga samal ajal diferentsiaal- ja integraalarvutuse. Vaidlus selle üle, kumb neist tegi seda esimesena, jätkus veel pärast Newtoni surmagi.
Erakliku ja ekstsentrilise loomusega Newton paistis silma küll oma teadustööde poolest, kuid ei kippunud neid avaldama. Seetõttu ilmusid ta teosed pikkade ajavahemike takka ning eelkõige tema austajate ja õpilaste algatusel. Samas suutis ta minna kergesti tülli nii konkureerivate kui tema suhtes algselt sõbralike teadlastega ning pidas pikka viha ja rakendas eetiliselt kaheldavaidki võtteid. Näiteks leidis Newton, et kui kuninglik astronoom John Flamsteed ei soostu oma vaatlustulemusi avaldama, 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 seltsi presidendina ja 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.
Newtoni teooriad võeti enamasti vastu vaimustusega, ent need kohtasid kogu Euroopas ka tugevat vastuseisu, mistõttu levisid need tihti vaid tänu tema andunud poolehoidjate tehtavale propagandale. Näiteks Prantsusmaal tegi seda üks valgustusajastu kuulsamaid filosoofe Voltaire.
Isaac Newton oli vaga, kuid tema usulised veendumused erinesid kõvasti anglikaani kiriku omadest (näiteks eitas Newton kolmainsust, oletatavasti sotsiniaanide mõjul) ning kes seetõttu ei saanud oma vaateid alati täiel määral väljendada, ehkki pühendas palju aega teoloogilistele kirjutistele (Newtoni raamatukogus oli teoloogia osakaal suurem kui füüsikal). Peatselt pärast tema surma ilmusid mõned ta eksegeetilised ja piibliloolised tekstid, näiteks Piiblis esitatud kronoloogiat rekonstrueeriv teos "The Chronology of Ancient Kingdoms", mis avaldas olulist mõju Vana-Lähis-Ida teaduslike kronoloogiate kujunemisele (praeguseks ei ole ükski Newtoni dateeringuist siiski püsima jäänud). Usuliste vaadete tõttu ja muudelgi ettekäänetel ei lasknud Newton end vaimulikuks pühitseda, mis oli üldjuhul Cambridge'i professorikoha eelduseks. Vaimulikuameti puudumine oli üks põhjuseid, miks ta jäi just Lucase professuuri juurde, ehkki sellekski tuli tal taotleda kuningas Charles II eriluba. Enamik Newtoni teoloogilisi kirjutisi, niisamuti kui tema alkeemiaalased teosed (Newtoni huvi alkeemia vastu arvatakse olevat tingitud Cambridge'i platonistide suurkuju Henry More'i mõjust), jäid tema eluajal avaldamata ja vaikiti suuresti maha ta hilisemaski pärandis. Need Newtoni "ebateaduslikud" tekstid pälvisid taas avalikkuse tähelepanu tänu majandusteadlasele John Maynard Keynesile, kes omandas need Teise maailmasõja ajal.
Suurema osa ajast, kui Newton Lucase professuuri täitis, ei osalenud ta kuigivõrd õppetöös ja võttis seda pigem sinekuurina, mis võimaldas tal tegeleda oma äranägemist mööda teadustööga. 1696. aastal sai Newtonist oma patrooni, Halifaxi krahvi Charles Montagu toel Briti kuningliku rahapaja vardja ning 1700. aastal meister, millisele ametikohale ta jäi surmani. Rahapajas tegi Newton silmapaistvaid uuendusi, muutes selle töö oluliselt tõhusamaks ja muutes riigi rahandust tervikuna sajanditeks. Muu hulgas kuulus Newtoni ametikohustuste hulka valerahategijate väljaselgitamine ja vastutuselevõtmine, mistõttu tema tegevus viis võlla mitu kurjategijat. 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 muu hulgas 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. Newton arvatakse olevat Inglismaa ajaloos teine rüütliks löödud teadlane, esimene oli Francis Bacon.
Newton ei reisinud kunagi kaugele Cambridge'i ja Londoni ümbrusest, rääkimata Inglismaalt lahkumisest. Elu lõpuaastad veetiski ta peamiselt Londonis, olles saavutanud kõrge ühiskondliku staatuse kodumaal ja lugupidamise üle kogu Euroopa. Ehkki Newton ei olnud pärast tudengipõlve algust kordagi vaene, ei toonud ta perekonnamõis siiski kuigi palju sisse, võrreldes sissetulekutega, mis tal olid professori ja hiljem rahapaja ülemana, kes teenis kindla protsendi vermitavate müntide väärtusest. Just see viimane asjaolu võimaldas Newtonil mugavalt ära elada, hoolimata sellest, et ta kaotas suure summa Lõunamere aktsiamullis, kui peamiselt orjakaubandusega tegelenud Lõunamere kompanii kokku varises. Newtoni viimastel eluaastatel elasid tema majas Jermyni tänaval ka tema noor poolnõbu Catherine Barton Conduitt ja tolle mees John Conduitt (Catherine oli samal ajal Newtoni patrooni Charles Montagu armuke). John Conduittilt, kes oli Newtoni abiline rahapajas ja üks ta esimesi biograafe, pärineb ka legend gravitatsiooniseaduse avastamisest 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 suhetega Šveitsi matemaatiku Fatio de Duillier'ga, kellega ta aastail 1689–1693 tihedalt lävis. Pärast 1693. aastal üleelatud närvivapustust saatis Newton süüdistavaid kirju oma sõpradele, literaat Samuel Pepysele ja filosoof John Locke'ile, kus ta muu hulgas väitis, et Locke olla talle "naisi kaela sokutada püüdnud".
Newton suri une pealt 20. märtsil (uue kalendri järgi 31. märtsil) 1727. Ta maeti Westminster Abbeysse, kus tema hauamonument, mille lõi skulptor Michael Rysbrack, 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 ta eluajal ohtralt kunstis (säilinud on üle paarikümne portree) ja kirjanduses, hiljem ka filmides, muusikas ja teistes kunstiliikides. Üks tuntumaid Newtoni kujutisi pärineb luuletajalt ja graafikult William Blake'ilt, kes küll ise oli Newtoni suhtes üpris kriitiline. Aastatel 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.
formula_1
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.
formula_2
Legendi järgi olevat Newton istunud õunapuu all, kui talle äkki õun pähe kukkus. See pannud teda mõtlema, miks kukuvad asjad alati alla, mitte üles. Nendele küsimustele vastuseid otsides olevat ta jõudnud järeldusele, et Maal peab olema mingi külgetõmbejõud, ja ta nimetas selle raskusjõuks.
Newton kasutas oma mehaanikaseadusi 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. Ta avaldas korpuskulaarteooria, millele tuginedes konstrueeris kaks peegelteleskoopi.
Newton formuleeris optika neli põhiseadust: