Īzaks Ņūtons

Šis raksts ir par angļu zinātnieku. Par citām jēdziena Ņūtons nozīmēm skatīt nozīmju atdalīšanas lapu.

Sers Īzaks Ņūtons (angļu: Sir Isaac Newton; dzimis 1643. gada 4. janvārī [v.s. 1642. gada 25. decembrī], miris 1727. gada 31. martā [v.s. 20. martā]) bija angļu fiziķis, matemātiķis, astronoms, dabas filozofs, alķīmiķis un teologs, kā arī viens no visu laiku ietekmīgākajiem cilvēkiem vēsturē. Viņa darbs "Dabas filozofijas matemātiskie principi" (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica), kas tika izdots 1687. gadā, tiek uzskatīts par pašu ietekmīgāko zinātnes vēsturē. Tajā Ņūtons apraksta gravitācijas likumu un ar saviem kustības likumiem liek pamatus klasiskajai mehānikai, kas dominēja zinātniskajā skatījumā uz fizikālo Visumu nākamos trīs gadsimtus un ir pamatā mūsdienu inženierijā. Ņūtons pierādīja, ka Zemes objektu un debesu ķermeņu kustību ietekmē vieni un tie paši dabas likumi, demonstrējot sakarību starp Keplera planētu kustības likumiem un viņa izveidoto gravitācijas teoriju, tādējādi iznīcot pēdējās šaubas par heliocentrismu un uzsākot zinātnisko revolūciju.

Īzaks Ņūtons Isaac Newton Personīgā informācija Dzimis 1643. gada 4. janvārī Vulstorpa pie Kolstervertas, Linkolnšīra, Anglija Miris 1727. gada 31. martā (84 gadi) Kensingtona, Londona, Lielbritānijas Karaliste Tautība anglis Paraksts

Zinātniskā darbība Zinātne fizika, matemātika, astronomija, dabas filozofija, alķīmija, teoloģija Darba vietas Kembridžas Universitāte, Karaliskā biedrība Alma mater Kembridžas Universitāte Pasniedzēji Izāks Barovs Studenti Rodžers Kots, Viljams Vistons Sasniegumi, atklājumi klasiskā mehānika, gravitācijas likums, matemātiskā analīze, optika

Mehānikā Ņūtons izveidoja kustības un impulsa momenta principus. Optikā viņš uzbūvēja pirmo "praktisko" spoguļteleskopu un attīstīja krāsu teoriju, kad ar prizmas palīdzību sadalīja balto gaismu redzamajā spektrā. Viņš arī formulēja empīrisko siltumplūsmas formulu un pētīja skaņas ātrumu.

Biogrāfija

Bērnība un agrīnā jaunība

Jau pirms zēna piedzimšanas nomira viņa tēvs. (Topošais ģēnijs ieradās pasaulē tik sīks un vārgs, ka piederīgie centās viņu pēc iespējas ātrāk nokristīt, jo bija maz cerību, ka zēns paliks dzīvs. Taču sīkais puisēns izdzīvoja un sasniedza 84 gadu vecumu).

Māte pēc trim gadiem apprecējās otrreiz, un tādēļ ģimenes materiālie apstākļi uzlabojās. Radās iespējas arī dēla labākai izglītošanai. Tāpēc arī pēc lauku skolas Īzaks divpadsmit gadu vecumā nokļuva pilsētas skolā Grantēmā.

Angļu skolām šajā laikā bija raksturīgas stingras audzināšanas metodes. Sevišķi populāri bija miesas sodi. Īzaks Ņūtons bija kautrīgs, kluss zēns ar vidējām sekmēm. Tomēr tieši šajā laika notika lūzums zēna dzīvē. Reiz kāds no klasesbiedriem Īzakam spēcīgi iesita. Aizvainojums bija tik liels, ka vajadzēja gūt gandarījumu. Vienīgā iespēja pārspēt pāridarītāju bija — gūt labākas sekmes mācībās. Tā arī Ņūtons izdarīja un kļuva par pirmo skolēnu klasē.

Grantēmas skolā galvenie mācību priekšmeti bija svētie raksti, Bībeles vēsture. Bez tam Ņūtons te apguva arī senās grieķu, latīņu un senebreju valodas. Maz šī skola deva matemātikas jomā — Ņūtons iepazinās tikai ar aritmētiku un ģeometrijas sākumiem. Viņš izgatavoja dzirnaviņas, kuras grieza ieslodzīta pele, ūdens pulksteni un saules pulksteni. Dažreiz mazais Ņūtons naktī palaida pūķus, kurus izgaismoja ar laterniņām. Šajā laikā zēns arī daudz zīmēja un rakstīja dzejoļus.

Taču māte domāja par praktisko pusi un gribēja, lai no dēla iznāktu fermeris. Tāpēc piecpadsmito un sešpadsmito dzīves gadu Ņūtons pavadīja fermā, strādādams dažādus darbus. Tomēr tie zēnu neinteresēja, viņa laiku galvenokārt aizņēma grāmatas. Un tā pēc tēvoča ierosinājuma Ņūtons 1660. gadā atkal nokļuva Grantēmā, kur gatavojās iestāju eksāmeniem universitātē.

Studijas

1661. gadā jauneklim pavērās Kembridžas Universitātes Triniti koledžas durvis. Sākās spraigs studiju posms. Kembridžā Ņūtons nogāja ceļu no studenta līdz profesoram. Studiju periodā parādījās viņa pirmie zinātniskie darbi. Students Īzaks Ņūtons pierādīja teorēmu par binoma izvirzījumu, kas formulas veidā ieguva autora vārdu — Ņūtona binoms.

Universitātē Ņūtons pilnībā iepazinās ar Eiklīda, Dekarta, Vallisa, Kopernika un citu zinātnieku darbiem. Daudz šajā laikā centīgais students guva no sava pasniedzēja un priekšteča Īzaka Barrova, kas pētīja sakarību starp diferencēšanu un integrēšanu.

1665. gadā Ņūtons beidza Kembridžas Universitāti, iegūstot bakalaura grādu. 1667. gadā Ņūtonu ievēlēja par koledžas jaunāko locekli, pēc gada — par vecāko locekli un vēl pēc gada, divdesmit septiņu gadu vecumā, - par profesoru. No šī laika Kembridža kļuva slavena ar fizikas un matemātikas zinātnēm.

Ieguldījums zinātnē

Lai gan jaunais profesors vēl nebija publicējis savus zinātniskos darbus, viņa jaunā matemātiskā pieeja — funkciju metode jau kļuva pazīstama. Ar to pats zinātnieks spēja atrisināt daudzus sarežģītus uzdevumus. Atkarīgo mainīgo lielumu Ņūtons nosauca par fluentu, bet tā atvasinājumu — par fluksiju. Ņūtonam jau bija skaidra sakarība starp šīm divām operācijām: fluksijas atrašana pēc dotās fluentas un fluentas atrašana pēc dotās fluksijas.

Jaunā metode, kas tika izrādīta 1670. — 1671. gadā, lika pamatus diferenciālrēķiniem un integrālrēķiniem, taču to publicētā grāmata „Fluksiju metode” parādījās tikai pēc zinātnieka nāves 1736. gadā.

Arī optikā Ņūtona vārds kļuva populārs. 1666. gadā jaunais zinātnieks atklāja gaismas dispersiju, 1668. gadā izgatavoja vēl neredzētu teleskopu — reflektoru, kura garums bija 15 cm un diametrs 2,5 cm. Ar šo instrumentu varēja novērot Jupiteru un tā pavadoņus, kā arī Veneras fāzes. 1671. gadā Ņūtons izgatavoja otru teleskopu, kura garums bija 120 cm. Šis teleskops guva sensacionālu ievērību, to nosūtīja uz Londonu, ar to iepazinās karalis un Karaliskās biedrības locekļi.

1672. gada sākumā Ņūtonu ievēlēja par Londonas Karaliskās biedrības locekli. Šajā gadā Ņūtons biedrībā nolasīja ziņojumu par gaismas un krāsu jauno — korpuskulāro teoriju. To daudzi neizprata, bet daži slaveni zinātnieki (R. Huks un K. Heigenss) apstrīdēja Ņūtona prioritāti un apvainoja viņu plaģiātismā. Te jāpiebilst, ka jaunās idejas sagatavoja vispārējā zinātnes attīstība, taču Ņūtons prata šīs idejas vispārināt un visdziļāk tajās ielūkoties. Šajā laika Ņūtons viens no pirmajiem novēroja arī elektrisko atgrūšanos.

Stāsts par gravitāciju un ābolu

Pēc optikas pētījumiem Ņūtons sāka nodarboties ar mehāniku. Jau ilgu laiku zinātnieka domas saistīja jautājums par spēku, kas planētām liek riņķot ap sauli.

Ņūtona laikabiedrs Hekelejs stāsta, ka kādreiz zinātnieks viņam pavēstījis, kā šis spēks noskaidrots.

Reiz Ņūtons, domās iegrimis, sēdējis zem ābeles. No tās nokritis ābols. Kāpēc ābols krīt vertikālā virzienā uz zemes centru? Tātad eksistē spēks, kas pievelk ābolu. Ja viena matērija pievelk otru, tad jāpastāv zināmai proporcionalitātei starp matēriju daudzumiem. Tāpēc ābols pievelk arī zemi.

1687. gadā iznāca slavenais Ņūtona darbs „Dabas filozofijas matemātiskie principi”. Ņūtons pierādīja, ka debess ķermeņu kustības notiek pēc vispasaules gravitācijas likuma, kas ir universāls. Šajā grāmatā formulēti arī trīs mehānikas pamatlikumi (Ņūtona likumi), pirmoreiz definēts masas jēdziens. Ņūtons definēja arī kustības daudzumu, inerci, spēku. Zinātnieks postulēja absolūto telpu un laiku, izveidoja vienotu debess un Zemes mehānikas sistēmu — klasiskās fizikas pamatu.

Vispasaules gravitācijas likums sagrāva reliģiskos mītus par debess un Zemes būtisko atšķirību, par Kristus staigāšanu pa ūdens virsmu utt. Tāpēc garīdzniecība pret Ņūtona uzskatiem uzsāka asu cīņu. Daudzās Eiropas universitātēs līdz pat 19. gadsimtam tika aizliegta Ņūtona debess mehānikas mācīšana. Tomēr pats Ņūtons bija ticīgs cilvēks un uzskatīja, ka visuma mehānismu kādreiz iekustinājis Dievs.

Brieduma gadi

No 1688. līdz 1690. gadam Ņūtons bija parlamenta loceklis Londonā. Sanāksmēs zinātnieks publiski nav izteicies, un, kā stāsta anekdote, vienīgā Ņūtona uzstāšanās parlamentā bijusi pavēle sulainim: „Aizveriet logu — caurvējš!”

1690. gadā slavenais zinātnieks atgriezās Kembridžā. Sāka izpausties pārpūles sekas. Smags trieciens bija ugunsgrēks, kas iznīcināja daļu no Ņūtona rokrakstiem. Gandrīz divus gadus Ņūtons slimoja ar nervu sabrukumu, kas izpaudās kā vajāšanas mānija. Tomēr draugi palīdzēja, zinātnieks 1694. gadā izveseļojās un sāka pievērsties Mēness kustības pētījumiem.

1696. gadā Ņūtona draugs, finanšu ministrs Montegjū, aicināja izcilo zinātnieku uz Londonu darbam monētu palātā. Anglija bija nonākusi finanšu krīzes priekšvakarā, jo naudai — mārciņai — vairs nebija noteiktas vērtības. Vecā nauda ļoti īsā laikā bija jāpārkaļ par jaunu, protams, izdarot attiecīgus aprēķinus. Tāds bija Ņūtona uzdevums, ko viņš sekmīgi veica. Ņūtonu iecēla par monētu palātas direktoru. 1705. gadā karaliene Anna piešķīra zinātniekam sera titulu.

No 1703. gada līdz mūža beigām Ņūtons bija Londonas Karaliskās biedrības pārzinis. Londonas periodā Ņūtona darbība vairs nebija tik aktīva kā Kembridžā, tomēr arī šajā posmā parādījās nozīmīgi darbi, piemēram, 1701. gadā publicētais raksts „Par siltuma un aukstuma pakāpju skalu”. Te Ņūtons aprakstīja savu termometru, kas pildīts ar lineļļu. 1704. gadā iznāca „Optika”, kuras pamatā bija Kembridžas periodā lasītās lekcijas. Grāmatai bija divi matemātikas pielikumi: „Par līkņu kvadratūru” un „Trešās pakāpes līniju uzskaitījums”. Pēdējā pielikumā Ņūtons klasificēja trešās pakāpes līknes 72 veidos, izmantojot savu teorēmu par to, ka katru kustību līkni var iegūt no vienas parabolas $y^{2}=ax^{3}+bx^{2}+cx+d$ ar vienas plaknes centrālo projekciju uz citas plaknes.

1707. gadā iznāca "Vispārīga aritmētika". Te apkopotas Ņūtona lekcijas Kembridžas Universitātē no 1673. līdz 1683. gadam. Viens no galvenajiem „Vispārīgās aritmētikas” sasniegumiem bija jauna reāla skaitļa definīcija, kurā skaitlis tika definēts nevis tikai kā vienību daudzums, bet kā lieluma attiecība pret tādas pašas dabas lielumu, ko pieņem par vienību.

Mūža nogali Ņūtons pavadīja slavā un bagātībā. Tomēr arī sirmā vecumā ģeniālais zinātnieks turpināja eksperimentēt, novērojot, piemēram, sīkas dzirkstelītes, kas veidojas, tuvinot adatu dzintaram vai gumijai, kuri paberzēti ar vilnas drānu.

Ņūtons šķīrās no dzīves naktī no 30. uz 31. martu 1727. gadā. Ar lielu godu viņu apglabāja Vestminsteras abatijā. Virs Ņūtona atdusas vietas paceļas grezns piemineklis. Uzraksts uz tā pilnībā novērtē Ņūtona vienreizējos nopelnus zinātnes attīstībā: "Lai mirstīgie priecājas, ka dzīvoja tāds cilvēces krāšņums."

Ņūtons pasaules vēsturē

Ņūtons bija pirmais, kurš nodemonstrēja, ka gan zemes, gan debesu ķermeņu kustību regulē vieni un tie paši likumi. Viņa vārdu saista ar zinātnisko revolūciju un heliocentrisma attīstību. Ņūtons matemātiski pamatoja Keplera planētu kustības likumus. Viņš tos arī papildināja, norādot, ka orbītas var būt ne vien eliptiskas, bet arī hiperboliskas un paraboliskas. Vēl viens nozīmīgs Ņūtona apgalvojums ir saistīts ar gaismu - viņš uzskatīja, ka tā sastāv no daļiņām. Viņš bija arī pirmais, kurš atklāja, ka krāsu spektrs, kas ieraugāms, kad balto gaismu šķeļ prizma, ir iekļauts pašā gaismā, to nerada prizma.

Ņūtons tiek uzskatīts par vienu no izcilākajiem zinātniekiem pasaules vēsturē, lai arī pēc Einšteina atklājumiem zināms, ka viņa gravitācijas likumi lielos mērogos nav pareizi.

Ņūtona likumi

Ņūtona likumi jeb dinamikas pamatlikumi ir trīs klasiskās mehānikas pamatlikumi, kurus Ņūtons formulējis 1687. gadā.

Pirmais Ņūtona likums jeb inerces likums: ja uz ķermeni neiedarbojas citi ķermeņi vai arī, ja to iedarbība savstarpēji līdzsvarojas, ķermenis saglabā miera vai vienmērīgas taisnvirziena kustības stāvokli.

Otrais Ņūtona likums: ķermeņa masas un paātrinājuma reizinājums ir vienāds ar spēku, kas darbojas uz ķermeni, turklāt paātrinājuma virziens sakrīt ar spēka virzienu.

${\begin{cases}{\vec {p}}=m{\vec {v}}\\\\{\vec {a}}={d{\vec {v}} \over dt}\\\\{d{\vec {p}} \over dt}={\vec {F}}\\\\\end{cases}}\longrightarrow {\vec {F}}=m{\vec {a}}$

Trešais Ņūtona likums jeb darbības un pretdarbības likums: spēki, ar kādiem divi ķermeņi iedarbojas viens uz otru, vienmēr ir vienādi pēc lieluma, bet vērsti pretējos virzienos.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Īzaks Ņūtons.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Visuotinė lietuvių enciklopedija raksts (lietuviski)
• Brockhaus Enzyklopädie raksts (vāciski)
• Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
• Encyclopædia Universalis raksts (franciski)
• Astronomu biogrāfiskās enciklopēdijas raksts (angliski)
• Stanfordas Filozofijas enciklopēdijas raksts (angliski)
• Herdera enciklopēdijas raksts (spāņu)
• Enciklopēdijas Krugosvet raksts (krieviski)