+ -
|

Historia odkryć matematycznych

ISAAC NEWTON
(1643-1727)

Isaac Newton

Isaac Newton to angielski matematyk, mechanik i fizyk. Urodził się w rodzinie farmerskiej, we wsi Woolsthorpe, około 75 km na północ od Cambridge. Po paru latach nauki w szkole, w sąsiednim miasteczku Grantham, został przyjęty w 1661 roku do kolegium św. Trójcy - Trinity College, uniwersytetu w Cambridge. W 1665 roku ukończył studia ze stopniem bakałarza, w 1668 roku został magistrem, a w rok później, na propozycję Barrowa, zajął jego katedrę. Na uniwersytecie Newton wykładał fizykę i matematykę. Nie ożenił się - zgodnie ze średniowieczną tradycją, członkowie kolegium pozostawali w stanie bezżennym.
Lata 1664-1667 były przełomowe w duchowym rozwoju Newtona. Studiując geometrię Euklidesa, algebrę z zastosowaniami Viete'a, Oughtreda i Kartezjusza, matematykę ,,nieskończonościową'' Wallisa, jednocześnie poznawał współczesne osiągnięcia w zakresie mechaniki, astronomii i fizyki. Największe wrażenie wywarły na nim prace Kartezjusza i jego następców, dołączone do drugiego łacińskiego wydania Geometrii, a także Arytmetyka nieskończoności Wallisa. Świadczą o tym, niedawno wydane, bruliony Newtona, zawierające notatki z dzieł wymienionych autorów, rozwiązania wielu zadań, dowody twierdzeń, czy rozmaite uwagi i uzupełnienia. Na podstawie tych notatek możemy przypuszczać, że Newton był matematycznym samoukiem. W każdym razie, kurs matematyki, wykładany w latach 1664-1666 w Cambridge przez Barrowa, miał charakter zupełnie elementarny w porównaniu ze studiowaną wtedy przez Newtona literaturą. Niestety, o wpływie Barrowa na Newtona nie mamy dokładnych danych. We wspomnianych rękopisach nie ma wzmianek o Barrowie. Nie wiadomo jakich wykładów Barrowa słuchał Newton, i czy w ogole panowie rozmawiali o sprawach naukowych. Prawdopodobnie Newton zawdzięczał Barrowowi ogólną koncepcję tworzenia zmiennych wielkości matematycznych i figur geometrycznych za pomocą ruchu. Używając tu słowa prawdopodobnie postąpiliśmy jak sam Newton, który w 1713 roku pisał: ,,W tymże roku (1665 - red.) zgłębiłem coś niecoś z metody momentów i fluksji. I prawdopodobnie wykłady doktora Barrow mogły mnie naprowadzić na myśl tworzenia figur za pomocą ruchu, choć teraz już tego nie pamiętam''. Z notatek widać, że główną uwagę Newton zwracał na geometrię analityczną i analizę, z teorią szeregów włącznie, z zastosowaniem algebry kartezjańskiej. Z tymi kierunkami myśli matematycznej, których syntezą była metoda fluksji Newtona, Barrow miał niewiele wspólnego. Oczywiście zakres lektur Newtona nie ograniczał się do dzieł wymienionych. Studiował także Apoloniusza, a rękopisy dowodzą, że szybko opanował starożytne formy dowodu. Jednakże tej troski o ścisłość definicji czy zupełność dowodów, która charakteryzowała późniejsze prace Newtona, nie ma, rzecz zrozumiała, w notatkach sporządzonych dla własnych potrzeb. Widać natomiast, szczególnie wyraźnie, że młody Newton w pełni doceniał heurystyczne zalety metod nieskończonościowych i poszukiwań indukcyjnych. Studiowanie cudzych prac natychmiast pobudziło Newtona do prowadzenia badań. Już wczesną jesienią 1664 r. Newton zaczął szukać własnych dróg w różnych kierunkach. Zimą 1664-1665 odkrył, noszące teraz jego imię, ogólne rozwinięcie potęgi dwumianu - wzór dwumianowy Newtona. W ciągu paru miesięcy, od wiosny do jesieni 1665 r., opracował zasady metody fluksji. W tym czasie wyraźnie stwierdził wzajemnie odwrotny charakter operacji całkowania i różniczkowania, regularnie zapisując w równoległych kolumnach całki i pochodne, oraz zastosował swój rachunek do wielu zadań. W październiku 1666 r. naszkicował pierwszy systematyczny wykład tych rezultatów, z którym już wtedy zapoznali się niektórzy uczeni, który jednak został wydrukowany dopiero po trzystu latach. Tytuł tego rękopisu brzmi: Następujące twierdzenia wystarczają do rozmazywania zadań za pomocą ruchu (To resohe Problems by Motion these following Propositions are sufficient). Bruliony dla własnego użytku Newton pisał po angielsku, natomiast prace przeznaczone do druku - po łacinie. W tychże latach dojrzały podstawowe idee mechaniki Newtona, w szczególności myśl o powszechności siły ciążenia, rządzącej ruchem i spadaniem ciał ziemskich. Sprawdzenie hipotezy powszechnego ciążenia, odwrotnie proporcjonalnego do kwadratu odległości, na podstawie ruchu Księżyca, nie dało wtedy rezultatów potwierdzających, ponieważ Newton nie rozporządzał dostatecznie bliską prawdy wartością promienia ziemskiego, i do tego problemu powrócił później. Wreszcie, w tychże latach, starając się udoskonalić teleskop, Newton intensywnie zajmował się optyką. Odkrył dyspersję światła, sam gorliwie szlifował soczewki i w roku 1668 skonstruował pierwszy reflektor. Wszystkie problemy, którymi zajmował się w tym czasie jak wiemy, niepokoiły współczesnych Newtonowi. Do myśli o prawie powszechnego ciążenia doszli, niezależnie od niego, Wren i Robert Hooke (1635-1703), którzy jednak nie potrafili zbudować mechaniki niebieskiej. Barrow zajmował się optyką, a nad konstrukcją reflektora rozmyślał J. Gregory. Latem 1669 r. Newton wręczył Barrowowi Analizę za pomocą równań z nieskończoną liczbą wyrazów, zawierającą zwięzły wykład niektórych ważniejszych jego odkryć, dotyczących rachunku nieskończenie małych teorii szeregów nieskończonych oraz rozwiązywania za pomocą szeregów równań algebraicznych liczbowych i literowych. Barrow przekazał to dzieło, napisane przez Newtona niewątpliwie celem zabezpieczenia sobie prawa do tych odkryć, do Londynu - Collinsowi, i dzięki temu ostatniemu zyskało sobie ono pewien rozgłos w Anglii i poza jej granicami. Myśl wydania Analizy, jako dodatku do Wykładów optyki i geometrii Barrowa (1670), nie została zrealizowana - nie chciał tego sam Newton. W tym czasie zaczął on przygotowywać do druku obszerniejszą pracę, znaną pod tytułem Metoda fluksji i szeregów nieskończonych. Niestety nie wiadomo jak sam autor zatytułował swoje dzieło, ponieważ nigdy nie odnaleziono pierwszej strony rękopisu. W związku z tym tytuł nadał jej pierwszy wydawca - Collins. Metodę fluksji Newton przygotowywał w latach 1670-1671. Newton podał w niej szczegółowy i systematyczny wykład swego rachunku nieskończenie małych, a także jego zastosowań. Nie udało mu się jednak znaleźć wydawcy dla Metody. Książki matematyczne z reguły przynosiły wtedy wydawcom straty. W rezultacie Newton nie dokończył jej, nie napisał rozdziału o wyznaczaniu środków ciężkości figur. Rękopis pozostał u autora, który często posługiwał się nim, a także dawał go do czytania niektórym angielskim matematykom. Kiedy niepowodzeniem skończyła się sprawa wydania Metody fluksji Newton na długi czas odstąpił od zamiaru publikowania swych prac matematycznych. Newton unikał, o ile to było możliwe, ostrych sporów. Był człowiekiem duchowo nieco przewrażliwionym, a jednak wypadło mu wdać się w polemikę już przy pierwszym kontakcie z szerszymi kołami naukowymi. W końcu 1671 r. Newton przekazał Towarzystwu Królewskiemu nowy egzemplarz teleskopu zwierciadlanego, a w styczniu 1672 r. został wybrany na jego członka. W wkrótce potem przedstawił jeszcze pracę o teorii światła i barw. Hooke wystąpił przeciw niej z pewnymi zarzutami, a w ślad za nim odezwały się głosy krytyczne, między innymi Huygensa i Pardiesa. Podziałało to przygnębiająco na Newtona i w listach z lat siedemdziesiątych nieraz wspominał, że postanowił niczego nie drukować, aby zachować spokój. W rezultacie wszystkie dzieła matematyczne Newtona wydane zostały dopiero wtedy, gdy imię jego cieszyło się już światową sławą, a on sam jako stały prezes Towarzystwa Królewskiego od 1703 roku, był, przynajmniej w swojej ojczyźnie, bezspornym autorytetem naukowym.
Z jego prac w zakresie analizy pierwszy ukazał się w druku Traktat o kwadraturze krzywych (Tractatus de quadratura curyarum}, wydany razem z Optyką i Wyliczeniem krzywych rzędu trzeciego w Londynie, w roku 1704, lecz przygotowany do druku już na początku lat dziewięćdziesiątych. Analiza za pomocą równań o nieskończonej liczbie wyrazów (Analysisperaequationes numero terminorum infinitas) wydrukowana była więcej niż czterdzieści lat po jej napisaniu (Londyn 1711), a Metoda fluksji i szeregów nieskończonych (Methodus fluxionum et serierum infinitarum) czekała na wydanie sześćdziesiąt pięć lat, przy czym wyszła najpierw w przekładzie angielskim J. Colsona (The method offluxions and infinite series, Londyn 1736). Tak późne wydanie prac Newtona o rachunku nieskończenie małych ograniczyło, rzecz jasna, zasięg jego odkryć, zwłaszcza poza granicami Anglii. Odnosi się to szczególnie do Metody fluksji. Niemniej wielu uczonych zapoznało się z rękopisami Newtona u niego w domu, a liczne odkrycia stały się znane dzięki korespondencji. W roku 1676 na prośbę Leibniza Newton, w dwóch obszernych listach, przekazanych przez Oldenburga, przedstawił swoje główne rezultaty, odnoszące się do szeregów. Natomiast o metodzie fluksji wspomniał tylko w formie dwu anagramów, utworzonych z ułożonych w porządku alfabetycznym liter, występujących w trzech następujących zdaniach: ,,Według danego równania, zawierającego ilekolwiek fluent, znaleźć fluksje i na odwrót'' i ,,Jedna metoda polega na znalezieniu fluenty z równania, zawierającego wraz z nią także jej fluksję. Druga zaś polega na użyciu, zamiast jakiejkolwiek niewiadomej wielkości, szeregu, z którego można wygodnie wyprowadzić pozostałe, i na przyrównaniu jednorodnych wyrazów wynikłego stąd równania celem wyznaczenia wyrazów rozważanego szeregu''. Na przykład, pierwszy anagram (listy były pisane po łacinie) był taki: 6accdael3eff7i319n4o4qrr4s9tl2vx. Z tych danych oczywiście niewiele można było wywnioskować, nawet gdyby Newton był je podał w postaci jawnej. Dopiero kiedy zaczęły ukazywać się artykuły Leibniza o rachunku różniczkowym i całkowym, Newton streścił swą metodę w listach do Wallisa z 27 sierpnia i 17 września 1692 roku, a Wallis ogłosił wyjątki z nich w łacińskim wydaniu swego Traktatu o algebrze (De Algebra Tractatus historicus et practicus, Oxoniae 1693). W nim rozszyfrowane były dwa anagramy. Już poprzednio Newton włączył bardzo wiele twierdzeń z teorii granic do Zasad matematycznych filozofii naturalnej (Philosophiae naturalis principia mathematica, Londyn 1687). Dzieło to Newton ukończył i wydał dopiero na usilną prośbę swego przyjaciela, E. Halleya.
W roku 1696 Newton mianowany został kustoszem londyńskiej mennicy dworskiej - a w 1699 roku jej dyrektorem i na tym stanowisku wykazał się wybitnymi zdolnościami administracyjnymi. W tym czasie w Anglii krążyło wiele, nie mających przepisowej wagi i fałszywych, monet, a dobre monety chowano albo wywożono za granicę. Gospodarka finansowa kraju była w złym stanie. Newton zorganizował bicie nowych monet, według ulepszonego wzoru, i przyczynił się tym do wzmocnienia angielskiej waluty. Od roku 1696 Newton mieszkał w Londynie, a stanowisko dyrektora mennicy zajmował do śmierci. Od roku 1703, jak widzieliśmy, przewodniczył czynnościom Towarzystwa Królewskiego. Aktywność naukowa Newtona zmniejszyła się wtedy, lecz od czasu do czasu podejmował jeszcze rozwiązywanie niektórych trudniejszych zagadnień. W latach 1709-1712 wiele energii poświęcił przygotowaniu nowego, poprawionego i uzupełnionego wydania Zasad matematycznych (Londyn 1713), którego główny ciężar wziął na siebie utalentowany Roger Cotes, profesor w Cambridge.
Ironia losu sprawiła, że w starszym wieku Newton zamieszany był w długotrwały spór z Leibnizem o priorytet odkrycia rachunku nieskończenie małych. Spór w r. 1699 zapoczątkowali, co prawda, nie oni sami, wkrótce jednak wzięli w nim aktywny udział. Ostra i nieobiektywna polemika, w którą wciągniętych było wielu uczonych, zatruwała życie Newtonowi i Leibnizowi i obaj przestali, wysoko cenić swe zasługi. Żałosnym skutkiem tego sporu, który rozrósł się do rozmiarów konfliktu międzynarodowego, było to, że angielscy uczeni odnieśli się negatywnie do algorytmu Leibniza i jego uczniów, a wielu matematyków Europy nie uznało szkoły Newtona. Taki stan przetrwał ponad sto lat.
W ostatnim okresie życia Newton, ze szczególnym zamiłowaniem, zajmował się kwestiami teologii i antycznej chronologii, włącznie z biblijnymi podaniami. Podobnie jak Neper, Newton jako protestant był zdecydowanym przeciwnikiem rzymskiego kościoła i papiestwa. W sprawach religii Newton nie wyznawał jednak poglądów ortodoksyjnych i należał do deistów. Za dzieło Boga uznawał stworzenie świata, jak powiedział F. Engels, ,,pierwszy impuls, lecz odrzucał wszelką dalszą interwencję w jego system słoneczny''. Sam protestantyzm Newtona miał charakter bardzo racjonalny. Profesor kolegium św. Trójcy odrzucał - osobiście - dogmat o trójjedyności Boga i o boskiej naturze Chrystusa.
Newton zmarł otoczony czcią, w 85 roku życia. Krótkie epitafium na pomniku w Opactwie Westminsterskim, w którym został pochowany, kończy się słowami: ,,Niech radują się śmiertelni, że istniała taka ozdoba rodzaju ludzkiego''. Rodak Newtona, poeta A. Pope, wyraził zachwyt współczesnych dwuwierszem:

,,Natura i prawa natury skryte były w nocnej ciemności,
Bóg rzekł, niech będzie Newton: i wszystko stało się światłem.''
(Nature and Nature's laws lay hid in night,
God said, let Newton be: and all was light.)

Sam Newton był człowiekiem bardzo skromnym. Krótko przed śmiercią mówił: ,,Nie wiem, kim mogę wydawać się dla świata, ale sobie samemu wydaję się dzieckiem, które igra na morskim brzegu i bawi się tym, że od czasu do czasu znajdzie ładniejszą muszelkę niż zwykle, kiedy tymczasem wielki ocean prawdy leży niezbadany przede mną.''
Oto anegdoty o Newtonie:

Pewnego razu głupiec zapytał Newtona o to, jak odkrył prawo powszechnego ciążenia. Wiedząc z kim ma do czynienia i chcąc się pozbyć natręta Newton odpowiedział, że spadające jabłko trafiło go w nos. I głupiec odszedł zadowolony, że teraz już wie.

Izaak Newton był autorem listu do zaprzyjaźnionego z nim generała:
,,Opowiadają tu, że wygrałeś dwukrotnie bitwy i podobno zostałeś zabity. Napisz mi, proszę cię usilnie, ile w tym prawdy! Chyba wiesz dobrze, jak zmartwiłaby mnie Twoja śmierć.''

Pewnego razu Newton zaprosił na obiad przyjaciela, ale zapomniał o tym uprzedzić służbę. Gdy gość się zjawił, zobaczył na stole jedno nakrycie, a stwierdziwszy, że Newton akurat dokonuje obliczeń, zjadł obiad i - nie chcąc przeszkadzać - wyszedł.
,,To dziwne - rzekł uczony skończywszy pracę. - Gdyby nie dowody rzeczowe, które stoją na stole, mógłbym sądzić, że nie jadłem dziś obiadu...''

Isaac Newton otrzymał za naukowe zasługi tytuł lorda. Przez 26 lat nudził się na posiedzeniach izby lordów. Tylko raz poprosił o głos, co wywołało sensację wśród obecnych.
,,Panowie - zwrócił się do zebranych - jeśli nie będą panowie mieć nic przeciwko temu, to prosiłbym o zamknięcie okna. Bardzo wieje i boję się, że się przeziębię.
Po czym Newton z godnością zajął swoje miejsce.''

Zapytano raz Newtona, czy dużo czasu zajęło mu sformułowanie odkrytych przez niego praw. Uczony odpowiedział:
,,Odkryte przeze mnie prawa są bardzo proste. Formułowałem je szybko, ale przedtem bardzo długo myślałem. ''

----------------------

Maria Małycha