Fyysisesti Sir Isaac Newton ei ollut suuri mies. Hänellä oli kuitenkin suuri älykkyys, minkä osoittavat hänen löytönsä painovoimasta, valosta, liikkeestä, matematiikasta ja muusta.
Legenda kertoo, että Isaac Newton keksi painovoimateorian vuonna 1665 tai 1666 katseltuaan omenan putoamista. Hän kysyi, miksi omena putosi suoraan alaspäin eikä sivuttain tai jopa ylöspäin. ”Hän osoitti, että voima, joka saa omenan putoamaan ja joka pitää meidät maassa, on sama kuin voima, joka pitää kuun ja planeetat kiertoradoillaan”, Martin Rees sanoo. Hän on Britannian Royal Societyn, Yhdistyneen kuningaskunnan kansallisen tiedeakatemian, entinen puheenjohtaja, ja itse Newton johti sitä aikoinaan.
”Hänen painovoimateoriansa ei olisi tuonut meille maailmanlaajuisia satelliittipaikannussatelliitteja”, sanoo Jeremy Gray, matemaattisen historian tutkija Avoimessa yliopistossa Milton Keynesissä, U.S.A:ssa.”Mutta se riitti avaruusmatkailun kehittämiseen.”
Cambridgen vuodet
Newton syntyi kaksi tai kolme kuukautta etuajassa 4. tammikuuta 1643 Lincolnshiressä Englannissa. Hän oli käytännöllinen lapsi ja rakensi mielellään pienoismalleja, muun muassa pienen myllyn, joka todella jauhoi jauhoja ja jonka voimanlähteenä oli pyörässä kulkeva hiiri.
Newton pääsi Cambridgen yliopistoon vuonna 1661, mutta aluksi hän ei loistanut opiskelijana. Vuonna 1665 koulu suljettiin väliaikaisesti paiseruton vuoksi, joka tappoi tuona aikana Lontoossa yli 100 000 ihmistä. Tämän seurauksena Newton palasi kahdeksi vuodeksi kotiinsa Lincolnshireen.
Tänään samoihin aikoihin tapahtui omenan putoamista koskeva aivoriihi. Newton palasi sitten Cambridgeen vuonna 1667 ja toimi matematiikan professorina vuoteen 1696 asti.
Newtonin edistysaskeleet
Painovoiman ymmärtäminen oli vain osa Newtonin panoksesta matematiikkaan ja tieteeseen. Hänen toinen suuri kiinnostuksen kohteensa oli laskentatoimi, joka tutkii nopeuksia eli muutoksen mittaamista. Yhdessä saksalaisen matemaatikon Gottfried Leibnizin kanssa Newton kehitti differentioinnin ja integroinnin. Näitä kahta menetelmää käytetään edelleen monilla tieteenaloilla. Differentiointia käytetään minkä tahansa muutosnopeuden mittaamiseen, kuten siihen, kuinka nopeasti eläinlaji lisääntyy. Integrointia käytetään usein geometriassa pinta-alojen ja tilavuuksien laskemiseen.
Newton oli myös hyvin kiinnostunut optiikasta eli valon ja sen käyttäytymisen tutkimisesta. Tämä sai hänet ehdottamaan oikein, että valkoinen valo on itse asiassa kaikkien sateenkaaren värien valon yhdistelmä. Hän käytti tietojaan osoittaakseen, miksi kaukoputket eivät tuolloin pystyneet toistamaan värejä tarkasti. Newton suunnitteli kaukoputken, jossa käytettiin peilejä pelkkien lasilinssien sijaan. Näin uusi laite pystyi keskittämään kaikki värit yhteen pisteeseen, mikä johti terävämpään ja tarkempaan kuvaan. Vielä tänäkin päivänä peiliteleskoopit, kuten Hubble-avaruusteleskooppi, ovat tähtitieteen keskeisiä työkaluja.
Newtonin oivallus omenasta antoi hänelle mahdollisuuden kehittää kolme liikkeen lakia. Näitä lakeja käytetään edelleen kuvaamaan, miten voimat vaikuttavat kohteisiin, kuten miten raketit lentävät tai pesäpallot liikkuvat. Voiman voidaan ajatella olevan työntö tai veto tiettyyn suuntaan.
Ensimmäinen liikkeen laki: Levossa oleva kappale pysyy levossa, ja liikkeessä oleva kappale pysyy liikkeessä suoraa linjaa pitkin, ellei ulkopuolinen voima liikuta sitä.
Toinen liikkeen laki: Kiihtyvyys
Kappale kiihtyy, jos siihen kohdistetaan voima. Kiihtyvyys on kappaleen nopeuden muutosnopeus. Kiihtyvyys tapahtuu voiman suuntaan. Kiinteälle voimalle suuremmilla kappaleilla on pienempi kiihtyvyys.
Jos massa ei muutu, voima on yhtä kuin massa kertaa kiihtyvyys eli F = ma.
Kolmas liikkeen laki: Toiminta ja reaktio
Jokaiseen toimintaan liittyy yhtä suuri ja vastakkainen reaktio. Sanotaan esimerkiksi, että esine A osuu esineeseen B. Tämä tarkoittaa, että A kohdistaa B:hen voiman tiettyyn suuntaan. Newtonin kolmannen lain mukaan A saa myös voiman B:ltä. Nämä kaksi voimaa ovat yhtä suuret ja suuntautuvat vastakkaisiin suuntiin.
”Principia”
Newton julkaisi havaintonsa vuonna 1687 kirjassa nimeltä Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Latinankielinen nimi käännetään nimellä Mathematical Principles of Natural Philosophy (Luonnonfilosofian matemaattiset periaatteet), ja kirja tunnetaan yleisesti nimellä Principia.
”Newtonin Principia teki hänestä kuuluisan – harvat ihmiset lukivat sitä, ja vielä harvemmat ymmärsivät sitä”, kirjoitti matemaatikko Robert Wilson avoimesta yliopistosta. ”Mutta kaikki tiesivät, että se oli suuri teos, vähän samaan tapaan kuin Einsteinin suhteellisuusteoria yli kaksisataa vuotta myöhemmin.”
Turhat ja kostonhimoiset vuodet
Rikkaista keksinnöistään huolimatta Newton ei ollut kovin pidetty, varsinkaan vanhoilla päivillään. Tuolloin hän toimi Britannian kuninkaallisen rahapajan johtajana, joka painoi rahaa ja loi kolikoita. Hän toimi myös Britannian hallituksen alaisen parlamentin jäsenenä ja kirjoitti muun muassa uskonnosta. Persoonana Newton oli nuorena yksinäinen ja myöhempinä vuosinaan turhamainen ja kostonhimoinen, Rees sanoo. Hän ”sabotoi kilpailijoitaan”, Rees lisää.
Sir David Wallace on Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences -instituutin johtaja Cambridgessa, Englannissa. Hänen mukaansa Newton ”oli monimutkainen hahmo, joka harjoitti myös alkemiaa” – menetelmän etsimistä tavallisten metallien muuttamiseksi kullaksi. Rahapajan päällikkönä Newton ei osoittanut armoa kuolemaan tuomittuja väärennettyjen kolikoiden valmistajia kohtaan, Wallace sanoo.
Vuonna 1727 Sir Isaac Newton kuoli 84-vuotiaana nukkuessaan. Hänet haudattiin suurella seremoniallisuudella Westminster Abbeyyn Lontoossa, Englannissa.