Outils :Vous avez un site web ? Un blog ?
 Technorati reactions rencontre |
Sir Isaac Newton (Woolsthorpe-by-Colsterworth, 4 januari 1643 – Kensington, 31 maart 1727) (Juliaanse kalender: 25 december 1642 – 20 maart 1727)[2] was een Engelse natuurkundige, wiskundige, astronoom, natuurfilosoof, alchemist en theoloog.
In de wiskunde ontdekte hij onder meer de differentiaalrekening en de integraalrekening (met Leibniz) en verder het Binomium van Newton en benaderingsmethoden.
In zijn hoofdwerk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica uit 1687 beschreef Newton onder andere de zwaartekracht en de drie wetten van Newton, waardoor hij de grondlegger van de klassieke mechanica werd.
Op het gebied van optica schreef hij het standaardwerk Opticks, vond hij de Newton-telescoop uit en ontwikkelde hij een theorie over kleuren, gebaseerd op het prisma, dat van wit licht een zichtbaar spectrum maakt. Hij bestudeerde ook de geluidssnelheid.
Volgens een peiling uit 2005 beschouwden leden van de Britse Royal Society Newton als de grootste geleerde in de hele geschiedenis van de wetenschap. Anders dan Albert Einstein was Newton naast theoreticus ook een briljant experimentator. [3]
Inhoud |
Newton werd geboren als enig kind van John Newton en Hannah Ayscough in Woolsthorpe-by-Colsterworth, een gehucht van Lincolnshire op 15 kilometer ten zuidwesten van Grantham. Volgens de Gregoriaanse kalender, die in Engeland pas in 1752 de Juliaanse kalender verving, werd Newton geboren op 4 januari 1643. Volgens de Juliaanse kalender, die gedurende Newtons leven van kracht was in Engeland, leefde hij van 25 december 1642 tot 20 maart 1726[2].
Newtons ouders waren niet onbemiddelde boeren. Zijn vader overleed drie maanden voor zijn geboorte. Hij werd te vroeg geboren en aanvankelijk werd voor zijn leven gevreesd. Toen hij pas twee jaar oud was, hertrouwde zijn moeder met de Anglicaanse geestelijke Barnabas Smith, een welgestelde maar kinderloze weduwnaar, bij wie zij dadelijk introk in het naburige North Witham. Newton werd aan de zorgen van zijn grootmoeder en zijn oom overgelaten. De motieven voor dat laatste zijn niet helemaal duidelijk. Zijn moeder lijkt wel degelijk van hem gehouden te hebben[4]. Het heeft hem echter voor het leven getekend. Uit Newtons persoonlijke aantekeningen blijkt, dat hij de tweede man van zijn moeder gehaat heeft. Tot zijn zestiende volgde hij zijn lagere en middelbare schoolopleiding in Grantham, waar hij bekend werd door zijn fraaie mechanische modellen: poppenmeubels voor meisjes, een kar met handaandrijving voor de inzittende, zonnewijzers, windmolens en vliegers met lantarens die hij 's nachts opliet.
Toen Newton tien jaar was, werd zijn moeder voor de tweede maal weduwe en keerde ze terug naar Woolsthorpe. Isaac kreeg er een stiefbroer en twee stiefzussen bij. Zijn moeder hoopte dat haar oudste zoon het landbouwbedrijf dat ze van haar tweede man had geërfd, zou uitbaten. Het boerenbedrijf boeide Newton echter helemaal niet en hij vroeg om verder te mogen studeren. Hij vertrok op zijn achttiende jaar (1660) naar Cambridge. De ontmoeting met de wiskundige Isaac Barrow maakte een diepe indruk op hem. Hij bestudeerde er onder andere de Elementen van Euclides, de Geometria van Descartes, de Arithmetica infinitorum van Wallis en de Dialogo van Galilei.
In 1669 werd hij benoemd tot Lucasian professor, d.w.z. hoogleraar wiskunde aan de Universiteit van Cambridge, een leerstoel ingesteld door Henry Lucas. In die tijd moesten alle wetenschappers van de universiteiten van Oxford en Cambridge gewijde geestelijken van de Anglicaanse kerk zijn, maar bij deze leerstoel werd bij wijze van uitzondering vereist dat de hoogleraar niet als zodanig actief zou zijn, waarschijnlijk om meer tijd voor de wetenschap vrij te kunnen maken. Newton vroeg en kreeg van koning Karel II ontheffing van de verplichting om tot geestelijke gewijd te worden. Newton was namelijk in het geheim aanhanger van het Unitarisme, een verboden ketterij in die tijd. Zo werd een conflict tussen Newtons godsdienstige opvattingen en de Anglicaanse kerk vermeden.
Newton werd lid van de Royal Society en was van 1703 tot 1727 voorzitter van dit wetenschappelijke genootschap.
In 1696 verhuisde Newton naar Londen om muntmeester te worden. Hij pakte het werk op zijn gebruikelijke systematische manier aan en bestreed onder meer valsemunters. Van 1699 tot zijn dood was hij directeur van de Munt (Master of the Mint). Voor zijn werk bij de Munt werd hij geridderd door Queen Anne in 1705. In 1717 zorgde Newton voor de overgang van het Pound Sterling van de zilveren naar de gouden standaard die bijdroeg aan de welvaart van Engeland.
In een brief van 1677 aan zijn collega-onderzoeker en rivaal Robert Hooke schreef Newton bescheiden :
"Als ik verder heb gezien dan anderen, komt dat doordat ik op de schouders van reuzen stond."
Aan het einde van zijn leven schreef Newton beeldend:
"ik was als een jongen die op het strand speelt en zich vermaakt door een nog mooiere steen of schelp te vinden, terwijl de grote oceaan van de waarheid onontdekt voor mij lag."
In zijn persoonlijke leven was Newton volgens sommige biografen bepaald een zonderling.[bron?] Als jongen trok Newton liever met meisjes op dan met jongens, want hij hield niet van ruwe spelletjes. In zijn volwassen leven had hij geen belangstelling voor vrouwelijk schoon en sommigen suggereren daarom dat Newton (heimelijk) homoseksueel was.[bron?] Maar bewijzen hiervoor ontbreken. Mogelijk speelde een rol dat Newton door zijn moeder was verlaten.
Newton was ook een dierenliefhebber en had een hond, Diamond genaamd. De uitvinding van het kattenluikje wordt aan hem toegeschreven.[5]
Als wiskundige staat Newton bekend als de medeontdekker van de infinitesimaalrekening (een verzamelterm voor differentiaalrekening en integraalrekening), samen met Gottfried Wilhelm Leibniz, met wie hij een geweldige ruzie heeft gehad over de prioriteit van deze bijdrage, zonder welke technische toepassing van de wiskunde nu niet meer is voor te stellen. Het binomium van Newton is naar hem genoemd, alsmede een numerieke iteratie-methode, die nu de Newton-Raphsonmethode heet. Verder zijn de Newton-Cotes formule voor numerieke integratie en ook de 'formules van Newton' voor voorwaartse en achterwaartse interpolatie naar hem genoemd.
Newton schreef van 1684-1686 de Philosophiae Naturalis Principia Mathematica in het Latijn, beter bekend als de Principia. Hierin beschrijft hij wat nu de wetten van Newton heten, waarmee hij de grondlegger werd van de Klassieke mechanica, alsmede de wet van de gravitatie ofwel zwaartekracht. De wetten van Newton definiëren de basisbegrippen impuls (hoeveelheid beweging, massa × snelheid), kracht en massatraagheid in hun onderlinge samenhang waarmee, anders dan in de fysica van bijv. Aristoteles, een kwantitatieve beschrijving en voorspelling van beweging mogelijk is. Het centrale idee van de gravitatietheorie, dat lichamen met massa elkaar aantrekken, was volstrekt nieuw. Bovendien werd deze hypothese wiskundig geformuleerd.
Hij kon met al die wetten in combinatie de banen van planeten om de zon nauwkeurig narekenen. De empirische wetten voor planeetbanen, die Johannes Kepler al tussen 1609 en 1619 had ontdekt en geformuleerd als de wetten van Kepler, kregen hiermee een theoretische basis. De baan van de komeet van Halley, alsmede de vorm van de staart konden er ook mee worden verklaard.
De getijdenbewegingen kon Newton met dezelfde wetten verklaren, uit de aantrekkingskracht van de maan.
De door hem ontwikkelde nieuwe wiskunde, de differentiaalrekening, speelde bij dit alles een instrumentele rol.
Tijdens de pestepidemie in 1666 moest de jonge Newton zijn studie in Cambridge onderbreken en keerde hij terug naar zijn geboorteplaats. Uit die periode stamt de anekdote van de appel en de maan. Hij bestaat in vier versies en wordt door verschillende schrijvers uit die tijd genoemd. Newtons neef John Conduitt vertelt in zijn biografie van Newton, dat deze in de boomgaard van zijn moeder lag te peinzen. Waarom viel de maan niet op de Aarde, net zoals de appel die hij op de grond zag vallen? Het antwoord op die vraag was toen nog niet duidelijk, maar door het stellen ervan brak Newton met het tweeduizend jaar oude idee van Aristoteles dat op aarde (bijv. voor een appel) en in de hemel (voor een hemellichaam als de maan) andere natuurwetten gelden.
De schrijver William Stukeley noteerde een gesprek uit 1726 in zijn Memoirs of Sir Isaac Newton's Life waarin Newton zelf zich herinnerde hoe het begrip gravitatie in hem op kwam:
"Het werd veroorzaakt door het vallen van een appel, toen ik zat te peinzen."
De anekdote geeft een stap aan in het rijpingsproces van Newton.
Op het terrein van National Physical Laboratories in Teddington (ten zuidwesten van Londen) staat een boom die volgens de overlevering gekweekt is uit een zaadje van de legendarische appelboom waaruit Newton een appel zag vallen.
Naast de Principia publiceerde hij de Opticks, een werk over optica in het Engels.
Voor de warmteleer formuleerde Newton een wet voor afkoeling: Newtonkoeling, waarbij de afkoelsnelheid evenredig is met het temperatuurverschil met de omgeving. Een eeuw later zou die worden uitgewerkt door Joseph Fourier, om te beginnen met de Wet van Fourier, en vervolgens met een wiskundig geavanceerde Théorie analytique de la chaleur.
Newton kan niet als de grondlegger van de hydrodynamica worden beschouwd (dat was Blaise Pascal), maar hij beschreef wel het gedrag van wat nu Newtonse vloeistoffen heten, die een viscositeit hebben die onafhankelijk is van de schuifspanning. Deze beschrijving zou zonder de differentiaalrekening ondenkbaar zijn.
 Zie Wetten van Newton voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
Als de som van de krachten op een voorwerp nul is, dan is de versnelling nul. Een voorwerp beweegt dan met een constante snelheid in een rechte lijn, of is in rust[6].
Een andere formulering van de eerste wet:
Om de bewegingstoestand van een voorwerp te veranderen is een resulterende kracht nodig die ongelijk is aan nul. Deze resulterende kracht is de optelsom van alle vectoriële krachten die op het voorwerp inwerken.
De verandering in beweging (impuls) van een voorwerp is gelijk aan de resulterende kracht die op het voorwerp werkt. Deze verandering volgt de rechte lijn waarlangs de kracht werkt. [7]. In formulevorm:
met 
de kracht in Newton, 
p de impuls, die het product is van de massa m in kilogram en de snelheid 
in 
en 
de afgeleide naar de tijd 
. Meestal is de massa m van het voorwerp constant. Dan vereenvoudigt de tweede wet tot:
met 
de versnelling in de richting van de kracht in 
. De eerste wet vormt een bijzonder geval van de tweede, te weten het geval 
en 
.
De tweede wet definieert de eenheid van kracht in massa, afstand en tijd: 1 N = 1 kg m/s².
Met "resulterende" kracht in een bepaald punt wordt de nettokracht bedoeld die overblijft als alle krachten in dat punt bij elkaar zijn opgeteld, rekening houdend met grootte én richting.
Als een voorwerp A een kracht uitoefent op een voorwerp B, dan oefent voorwerp B een even grote, gelijktijdige en tegengesteld gerichte kracht uit op A en omgekeerd. [8]. De derde wet wordt beknopt geformuleerd als 'actie = min reactie', maar dit is misleidend daar het om een gelijktijdig krachtenpaar gaat: er is geen actie voorafgaand aan een reactie. De derde wet is een speciaal geval van de wet van behoud van impuls.
De toepassing van identieke wetten op 'hemelse' en 'aardse' verschijnselen betekende een breuk met een tweeduizend jaar oude gedachte van de antieke Griekse natuurfilosofen.
In de loop van de 18e en 19e eeuw zou de klassieke mechanica in wiskundig opzicht aanzienlijk uitgebreid worden door grootheden als Leonhard Euler, Lagrange, Laplace en William Hamilton. Het wetenschappelijke wereldbeeld werd steeds meer deterministisch. Het scherpst werd dit geformuleerd door Laplace, die in 1814 stelde dat het in principe mogelijk moet zijn om vanuit het heden de hele geschiedenis en de hele toekomst van het universum uit te rekenen. Aan het eind van de 19e eeuw kwam de statistische mechanica erbij, die nog uitging van in essentie deterministisch gedrag van een zeer groot aantal deeltjes; deze is vooral bruikbaar voor gasmoleculen.
Een staaltje van het voorspellend vermogen van de gravitatietheorie werd gegeven toen de nauwkeurigheid van waarnemingen van planeetbanen in de loop van de 19e eeuw toenam. Er werden afwijkingen ten opzichte van de 'klassieke' baan van Uranus waargenomen. Dit leidde tot de hypothese van het bestaan van een nog onbekende planeet, die met zijn eigen zwaartekrachtveld de baan van Uranus in het zwaartekrachtveld van de zon verstoorde. In 1846 werd inderdaad een planeet, die Neptunus zou gaan heten, op de berekende plaats waargenomen.
De grondlegging van de klassieke mechanica was niet alleen voor filosofen, theoretici en astronomen van het hoogste belang, ook de toepasbaarheid in meer praktische zaken kan nauwelijks overschat worden. Tot dan toe bestond technologische ontwikkeling voornamelijk uit knutselen op goed geluk, gebaseerd op praktische ervaring. Sinds Newtons definitie van de basisbegrippen kracht, impuls en massa is het mogelijk geworden natuurwetenschap en technologie te combineren, zodat een technisch ontwerp met wetenschappelijke precisie kan worden doorgerekend. De eenheid van kracht, de Newton, is daarom naar hem vernoemd.
Aan het einde van de 19e eeuw werd wel gedacht dat de natuurkunde vrijwel klaar was. Maar juist toen liep de klassieke natuurkunde tegen grenzen aan. De lichtsnelheid bleek in alle richtingen gelijk te zijn. Als er een zogenaamde ether als voortplantingsmedium in de kosmos zou bestaan, gekoppeld aan een universeel en absoluut coördinatenstelsel, dan zou de beweging van de aarde door het heelal de gemeten lichtsnelheid moeten beïnvloeden. De baan van de planeet Mercurius bleek een rozet in plaats van een ellips zoals de Wetten van Kepler uit de Wetten van Newton voorspelden. Bovendien leverde Newtons veronderstelling van een uniforme tijd in het universum tegenstrijdigheden op met de pas ontwikkelde algemene theorie van het elektromagnetisme. Vanaf 1905 zou Albert Einstein een wezenlijke uitbreiding van Newtons beginselen ontwikkelen met zijn relativiteitstheorie en deze problemen oplossen.
Max Planck constateerde vrijwel tegelijkertijd dat stralingsenergie niet helemaal continu, maar met kleine pakketjes tegelijk wordt afgegeven. Met de klassieke mechanica is dit niet te verklaren. Deze pakketjes noemde hij quanta en dat gaf de aanzet tot de kwantummechanica, waarmee het deterministische wereldbeeld werd ondermijnd en de weg gebaand werd voor de statistische benadering van de onderliggende natuurwetten van de materie. Hiermee kon men beter subatomaire verschijnselen beschrijven en verklaren dan mogelijk was met de 'klassieke' Newtoniaanse wetten.
Behalve voor exacte wetenschappen had Newton ook voor andere onderzoeksterreinen belangstelling. Hoewel Newton zijn roem geheel dankt aan zijn prestaties als natuur- en wiskundige, is hij een groot deel van zijn leven meer bezig was met theologie en andere Bijbelse disciplines dan met exacte wetenschap. Naar eigen zeggen lag daar zelfs zijn grootste liefde. Hij schreef veel over onder meer Bijbelse chronologie en tekstkritiek. Na zijn dood werden enkele van zijn theologische werken uitgegeven.
Naar hedendaagse inzichten was Newton soms met zeer onwetenschappelijke zaken bezig, met name de alchemie[9][10]. Dankzij Newtons reputatie op het gebied van de alchemie verkreeg hij op instigatie van Charles Montague de betrekking van ‘warden’ (muntmeester) aan de Koninklijke Munt in Londen. Overigens was Newtons interesse in zijn tijd niet abnormaal want de meeste grote geleerden van zijn tijd en zelfs tot ver in de 18e eeuw, hadden actieve belangstelling voor alchemie en astrologie. Heden worden deze disciplines meestal onder de noemer pseudowetenschap gebracht. Newtons nagelaten persoonlijke bibliotheek bleek na inventarisatie [11] 126 boeken over alchemie [12] te bevatten, waardoor duidelijk werd dat gedurende zijn wetenschappelijke carrière Newton er ook een andere grote passie op nahield.
Bronnen, noten en/of referenties:
Postuum uitgegeven:
 |
Meer afbeeldingen die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden op de pagina Isaac Newton op Wikimedia Commons. |
rencontre
