Isak Njutn: jabuka koja je zauvijek promijenila poimanje zakona fizike!



Godine 1676. petoga februara, Isak Njutn napisao je pismo svom ljutom neprijatelju, Robertu Huku, u kome se pominje rečenica: „Ako sam vidio dalje, to je stoga što sam stajao na plećima divova.“ Često opisivana kao Njutnova zahvalnica naučnim otkrićima Kopernika, Galileja i Keplera prije njega, ta rečenica postala je najčuveniji citat u istoriji nauke. Štaviše, Njutn je govorio o doprinosima tih ljudi, o nekima javno, a o drugima u privatnim spisima. Ali u svom pismu Huku Njutn je govorio o optičkim teorijama, a naročito proučavanju fenomena tankih ploča, kome su Huk i Rene Dekart znatno doprineli. Neki tu rečenicu tumače kao uvijenu uvredu upućenu Huku, koji je zbog iskrivljenog držanja i niskog stasa teško bio div, naročito u očima izuzetno osvetoljubivog Njutna. Ali uprkos mržnji, Njutn je izgleda ponizno priznao pažnje vrijedna istraživanja na polju optike kako Huka tako i Dekarta, i pismo završio pomirljivijim tonom.


Isak Njutn se smatra ocem izučavanja infinitezimalnog računa, mehanike, planetarnog kretanja i teorija svjetla i boje. Ali mjesto u istoriji obezbijedio je formulisanjem gravitacione sile i definisanjem zakona kretanja i privlačenja u svom monumentalnom djelu Matematički principi prirodne filozofije (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), obično poznato kao Principia. Tu je Njutn sabrao naučne doprinose Kopernika, Galileja, Keplera i drugih u dinamičnu novu simfoniju. Principia, prva knjiga teorijske fizike, smatra se najbitnijim djelom u istoriji nauke i naučnom osnovom savremenog sveta. Njutn je tri knjige iz kojih se Principia sastoji napisao za svega osamnaest mjeseci i, nevjerovatno, između teških emocionalnih slomova - najvjerovatnije pojačanih nadmetanjem sa Hukom. Toliko je bio osvetoljubiv da je iz knjige uklonio sva spominjanja Hukovog dela, ali njegova mržnja ka kolegi naučniku vjerovatno je bila inspiracija za Principiu.


I najmanja kritika njegovog rada, makar zavijena u hvalu, često je Njutna terala u mračnu depresiju koja bi trajala mesecima ili godinama. Ta crta pojavila se rano u Njutnovom životu i neke navela na razmišljanje na koja bi sve pitanja Njutn dao odgovore da se nije toliko bavio ličnim neprijateljstvima. Drugi su spekulisali da su Njutnova naučna otkrića i postignuća djelo njegove osvetoljubive opsesije i da do njih možda ne bi ni došlo da je bio manje arogantan. Kao dječak, Njutn je često samome sebi postavljao pitanja koja su dugo bunila čovječanstvo, a onda odgovorio na mnoga od njih. Bio je to početak života punog otkrića, uprkos nekim bolnim početnim koracima.


Isak Njutn rođen je u engleskom industrijskom gradu Vulstorp, u grofoviji Linkoln, na Božić godine 1642., iste godine kada je Galilej umro. Njegova majka nije očekivala da će dugo živiti, budući da se rodio prerano; kasnije će on govoriti da je na rođenju bio toliko mali da je mogao da stane u činiju. Njutnov otac, koji je bio slobodni seljak, također po imenu Isak, umro je tri meseca prije njegovog rođenja, a kada je Njutn napunio dve godine, njegova majka, Hana Ajskoh, ponovo se udala - i to za Barnabasa Smita, bogatog sveštenika iz Sjevernog Vitama. Izgleda da za mladog Njutna u toj porodici nije bilo mjesta, jer je povjeren brizi svoje bake, Mardžori Ajskoh. To napuštanje, kao i tragedija što nikada nije upoznao oca, morilo je Njutna cijeloga života. Prezirao je svog očuha; u dnevniku iz 1662. godine Njutn, preispitujući svoje grijehe, prisjeća se kako je „prijetio ocu i majci Smit da će ih spaliti, sa sve kućom.“ Baš kao i kada je odrastao, Njutnovo djetinjstvo bilo je ispunjeno oštrim i osvetoljubivim napadima, ne samo protiv prividnih neprijatelja već i prijatelja i porodice. Također se odlikovao radoznalošću koja će definisati sva njegova životna dostignuća, i veoma se zanimao za mehaničke modele i arhitektonske crteže. Njutn je bezbrojne sate proveo praveći časovnike, zmajeve, sunčanike i minijaturne mlinove (koje su pokretali miševi) kao i crtajući složene skice životinja i brodova. Sa pet godina pošao je u škole u Skilingtonu i Stoku, ali važio je za jednog od najgorih učenika, a učitelji su ga često karakterisali kao „nepažljivog“ i „besposlenog“. Uprkos radoznalosti i iskazanoj strasti za učenjem, nije bio u stanju da se posveti školi. Kada je Njutn napunio deset godina, Barnabas Smit je preminuo a Hana naslijedila znatnu sumu novca. Isak i njegova baba počeli su da žive sa Hanom, polubratom i dve polusestre.


Pošto nije imao uspeha u školi, Hana je odlučila da bi Isaku bolje bilo da rukovodi farmom i imanjem, pa ga je ispisala iz besplatne osnovne škole u Grentamu. Na njenu nesreću, Njutn je pokazao još manje veštine i interesovanja za upravljanje porodičnim imanjem no u školi. Hanin brat, Vilijam, koji je bio svešteno lice, odlučio je kako bi za porodicu najbolje bilo da se Isak vrati u školu i završi obrazovanje. Ovaj put, Njutn je živio sa starješinom besplatne osnovne škole, Džonom Stoksom, i izgleda da je okrenuo novi list u svom obrazovanju. Jedna priča kaže da ga je udarac u glavu, što mu ga je zadao školski siledžija, nekako prosvjetlio, i omogućio mu da obrne negativni kurs kojim je njegovo obrazovanje plovilo. Sada je Njutn, pokazujući intelektualnu spremnost i radoznalost, počeo da se priprema za dalje školovanje na univerzitetu. Odlučio se da pohađa Triniti koledž, na Univerzitetu u Kembridžu.


Njutn je na Trinitiju postao stipendista i dobijao naknadu, koja mu se odbijala od troškova obrazovanja, za obavljanje različitih poslova kao što je služenje za stolovima i čišćenje soba nastavnog osoblja. Ali već 1664. godine postao je izabrani učenjak, što mu je obezbjeđivalo finansijsku podršku i oslobodilo ga prostih poslova. Kada se univerzitet 1665. godine zatvorio zbog crne kuge, Njutn se povukao u Linkolnšir. Za osamnaest meseci koje je proveo kod kuće tokom trajanja kuge posvetio se mehanici i matematici, i počeo da se usredsređuje na optiku i gravitaciju. Ta „annus mirabilis“ (čudesna godina), kako ju je Njutn zvao, bila je jedan od najproduktivnijih i najplodnijih perioda njegovog života. Također se, otprilike u to vrijeme, desilo da, prema legendi, jabuka padne Njutnu na glavu, što ga je probudilo iz drijemke pod drvetom i podstaklo da definiše zakone gravitacije. Ma koliko ta priča bila nategnuta, sam Njutn je pribilježio kako je pala jabuka „podstakla“ njegovo razmišljanje o gravitaciji. Smatra se da je tada obavio svoje eksperimente sa klatnom.


„Bio sam u pravom dobu za izume“, kasnije se Njutn prisjećao, „i mislio na matematiku i filozofiju više no ikada potom.“ Kada se vratio u Kembridž, Njutn je izučavao filozofiju Aristotela i Dekarta, kao i nauku Toma Hobsa i Roberta Bojla. Također je bio obuzet Kopernikovom mehanikom i Galilejevom astronomijom, kao i Keplerovom optikom. Otprilike u to vreme Njutn je počeo sa eksperimentima u vezi sa prizmom i prelamanjem i disperzijom svjetlosti, najvjerovatnije u svojoj sobi na Trinitiju ili u kući u Vulstorpu. Događaj na univerzitetu koji je očigledno imao velikog uticaja na Njutnovu budućnost - bio je dolazak Isaka Baroua, koji je primljen za profesora matematike. Barou je prepoznao Njutnov izvanredan matematički dar i kada se 1669. povukao kako bi se bavio teologijom, preporučio je dvadeset sedam godina starog Njutna da ga zamijeni. Prve studije Njutna kao profesora bile su posvećene optici. Namjerio se da dokaže kako se bijelo svjetlo sastoji od mješavine različitih tipova svjetlosti, pri čemu svaki daje drugu boju spektra kada se prelomi kroz prizmu. Njegov niz složenih i preciznih eksperimenata kojima je težio da dokaže kako se svjetlost sastoji od sićušnih čestica navukao mu je na glavu bes naučnika kakav je bio Huk, koji su smatrali da svjetlost putuje u talasima.


Huk je izazvao Njutna da pruži dalji dokaz svojih ekscentričnih optičkih teorija. Njutnov odgovor bio je nezreo. Povukao se, nameračio da ponižava Huka kad god bi mu se ukazala prilika i odbio da objavi svoju knjigu, Optika, sve do Hukove smrti 1703. Ubrzo nakon što je postao profesor, Njutn je dobrano zašao u izučavanje čiste matematike, ali svoj rad podijelio je sa veoma malim brojem kolega. Već 1666. otkrio je opšte metode rješavanja problema zakrivljenja - što je on zvao „teorijama fluksiona i inverznih fluksiona.“ To otkriće otpočelo je dramatični sukob sa poštovaocima njemačkog matematičara i filozofa Gotfrida Vilhelma Lajbnica, koji će više no deceniju kasnije objaviti svoja otkrića o diferencijalima i integralima. Obojica su došla do otprilike istih matematičkih principa, ali Lajbnic je svoj rad objavio prije Njutna. Njutnovi poštovaoci tvrdili su da je Lajbnic vidio njegove hartije prije više godina, pa se žučna rasprava povela između dva tabora, poznata po imenu Rasprava o prvom računu, i okončala se tek nakon Lajbnicove smrti 1716. godine. Njutnovi oštri napadi, koji su se često rasplinjavali i bavili se viđenjima Boga i vaseljene, kao i optužbe za plagijatorstvo, dovele su do toga da je Lajbnic život završio u siromaštvu i sramoti. Većina istoričara nauke smatra da su ta dvojica zapravo nezavisno jedan od drugoga došli do svojih zamisli, i da je njihova rasprava bila besmislena.


Njutnova agresivnost prema Lajbnicu imala je i po njega fizičkih i psihičkih posledica. Uskoro je postao umješan u još jednu bitku, ovaj put zbog svoje teorije boje, a 1678. pretrpio je težak nervni slom. Sljedeće godine preminula je njegova majka, Hana, a Njutn je počeo da se udaljava od drugih. U tajnosti je počeo da se bavi alhemijom, što se već u njegovo vreme smatralo uzaludnim. Ta epizoda u njegovom životu uzrok je stida mnogih što su ga poštovali. Tek dugo nakon što je Njutn umro, postalo je očigledno da je njegovo zanimanje za hemijske opite bilo u vezi sa docnijim istraživanjima u vezi sa nebeskom mehanikom i gravitacijom. Njutn je već 1666. počeo da stvara teorije o kretanju, ali nije bio u stanju da adekvatno objasni mehaniku kružnog kretanja. Pedesetak godina prije toga, njemački matematičar i astronom Kepler dao je tri zakona planetarnog kretanja, koji tačno opisuju kako se planete kreću u odnosu na Sunce, ali nije mogao da objasni zašto se tako kreću. Najbliže što je Kepleru pošlo za rukom da pojmi sile koje tu deluju bilo je da kaže da su Sunce i planete „magnetski“ povezane. Njutn se dao na otkrivanje uzroka planetarnih eliptičkih orbita. Primjenivši svoj zakon centrifugalne sile na Keplerov treći zakon planetarnog kretanja (zakon harmonije) postavio je zakon obrnutog kvadrata, u kome se kaže da je sila gravitacije između neka dva tijela obrnuto proporcionalna kvadratu razdaljina između njihovih centara. Njutn je, stoga, počeo da shvata kako je gravitacija univerzalna - da jedna te ista sila uzrokuje da jabuka padne na tlo i da Mjesec kruži oko Zemlje. Onda je počeo da proverava taj odnos poredivši ga sa poznatim podacima. Prihvatio je Galilejevu procjenu da je Mjesec šezdeset zemaljskih radijusa udaljen od Zemlje, ali netačnost njegove procjene Zemljinog dijametra učinila je nemogućim da završi taj test.


Ironično, ali upravo je dopisivanje sa njegovim starim protivnikom, Hukom, godine 1679. ponovo pobudilo njegovo zanimanje za taj problem. Ovaj put okrenuo se Keplerovom drugom zakonu, koji je dokazao zahvaljujući centripetalnoj sili. Huk je također pokušavao da objasni planetarne orbite, i neka od njegovih pisama u vezi sa time bila su Njutnu od koristi. Na zloglasnom skupu 1684. trojica članova Kraljevskog društva - Rober Huk, Edmond Halej i Kristofer Ren, poznati arhitetkta katedrale Svetog Pavla - upustili su se u žučnu raspravu o odnosu obrnutog korjena, koji vlada kretanjima planeta. Početkom sedamdesetih godina sedamnaestog vijeka po londonskim kafanama i drugim intelektualnim centrima pričalo se da gravitacija u svim pravcima zrači iz Sunca i opada u srazmeri obrnuto proporcionalnoj kvadratu razdaljine, pa tako sve više slabi preko površine sfere kako se ta sfera širi. Sastanak iz 1684. zapravo je bio začetak Principiae. Huk je obznanio da je iz Keplerovog zakona o elipsama izveo dokaz da je gravitacija sila koja zrači iz Sunca, ali da ga neće predočiti Haleju i Renu sve dok ne bude bio spreman da ga objavi. Sav bijesan, Halej je otišao u Kembridž, ispričao Njutnu za Hukovu tvrdnju i postavio sledeće pitanje: „Kakva bi bila forma planetarnih orbita oko Sunca ako ih ka Suncu privlači sila koja varira obrnuto srazmerno sa kvadratom razdaljine?“ Njutnom odgovor bio je šokantan. „Bila bi elipsa“, smjesta je odgovorio, a onda Haleju ispričao kako je taj problem riješio prije četiri godine, ali je u radnoj sobi zaturio dokaz. Na Halejevu molbu, Njutn je tri mjeseca proveo ponovo izvodeći i poboljšavajući dokaz. A onda je, u naletu energije koja ga je držala osamnaest mjeseci, tokom kojih je toliko bio obuzet svojim radom da je počesto zaboravljao na hranu, dalje je razvio te ideje sve dok nije ispunio tri toma. Njutn je odlučio da to djelo nazove Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, u namjernom kontrastu sa Dekartovom Principia Philosophiae. Tri knjige Njutnove Principiae bile su veze između Keplerovih zakona i tjelesnog sveta.


Halej je sa „radošću i zaprepašćenjem“ reagovao na Njutnova otkrića. Haleju se činilo da je profesor uspeo tamo gde niko drugi nije i lično je finansirao publikaciju tog masivnog dela, budući da ga je smatrao poklonom čovečanstvu. Dok je Galilej pokazao da tela bivaju „privučena“ prema središtu Zemlje, Njutn je dokazao da ta ista sila, gravitacija, utiče na orbite planeta. Također je bio upoznat sa Galilejevim radom na kretanju projektila, i tvrdio je da Mesečeva orbita oko Zemlje poštuje te iste principe. Njutn je pokazao da gravitacija objašnjava i predviđa kretanje Mjeseca kao i smjenu plime na Zemlji. Knjiga 1 Principiae sadrži tri Njutnova zakona kretanja:

1. Svako tijelo zadržava stanje mirovanja, ili uniformnog kretanja u pravoj liniji, sem ako ga neka sila ne primora da to stanje promijeni.

2. Promjena kretanja proporcionalna je pokretačkoj sili; i stvara se u pravoj liniji u odnosu na tu silu.

3. Za svaku akciju uvijek postoji suprotna i jednaka reakcija; ili, obostrane akcije dvaju tijela jedno na drugo uvijek su jednake i upravljene u suprotnim pravcima.


Knjiga druga počela je za Njutna pomalo kao pogovor prvoj; nije bila uključena u prvobitni koncept djela. Ona je u suštini traktat o mehanici fluida, i dala je Njutnu prostor da pokaže svoju matematičku genijalnost. Pred kraj knjige, Njutn zaključuje da vorteksi kojima Dekart objašnjava kretanje planeta ne drže vodu, jer se kretanje može izvesti u slobodnom prostoru bez vorteksa. Kako je to moguće Njutn je napisao: „Može se razumjeti u prvoj knjizi; a potpunije ću se time baviti u sledećoj.“ U knjizi trećoj, sa podnaslovom Sistem svijeta, primjenom zakona kretanja iz knjige prve na tjelesni svet, Njutn je zaključio da „postoji sila gravitacije, koja djeluje na sva tijela, proporcionalna količini materija koju ona sadrže.“ Dalje je pokazao da njegov zakon univerzalne gravitacije može da objasni kretanja šest poznatih planeta, kao i Mjeseca, kometa, plima i ekvinocije. Zakon kaže da se sva materija međusobno privlači silom direktno proporcionalnoj proizvodu njihovih masa i obrnuto proporcionalnom kvadratu rastojanja između njih. Njutn je, jednim kompletom zakona, ujedinio Zemlju sa svim što se vidi na nebesima. U prva dva „pravila zaključivanja“ iz knjige treće, Njutn je napisao: Prirodnim pojavama moramo pridavati jedino uzroke koji su istiniti i dovoljni da ih objasne. Stoga, istim prirodnim efektima moramo, koliko je moguće, pripisati iste uzroke. Drugo pravilo zapravo sjedinjuje nebo i zemlju. Aristotelijanac bi tvrdio kako nebeska i zemaljska kretanja nisu isti prirodni efekti, pa da se stoga Njutnovo drugo pravilo ne može primijeniti. Njutn je drugačije sagledavao stvari.


Principia je po objavljivanju 1687. godine pobrala umjerene pohvale, ali svega je pet stotina primjeraka prvog izdanja štampano. Međutim, Njutnova kob, Robert Huk, prijetio je da pomrsi Njutnu račune. Nakon što se knjiga druga pojavila, Huk je javno tvrdio da su pisma koja je napisao 1679. godine dala naučne ideje ključne za Njutnova otkrića. Njegove tvrdnje, iako ne bez neke osnove, bile su odvratne Njutnu, koji se zakleo da će odložiti - pa čak i dići ruke od publikacije knjige 3. Njutn je s vremenom promenio mišljenje i objavio poslednju knjigu Principiae, ali ne prije no što je uz puno truda iz nje uklonio svaku pomen Hukovog imena. Njutnova mržnja prema Huku proždirala ga je godinama nakon toga. Godine 1693. pretrpio je još jedan nervni slom i povukao se iz istraživanja. Također se povukao iz Kraljevskog društva sve do Hukove smrti 1703. godine kada je izabran za njegovog predsednika i ponovo bio biran sve do svoje smrti godine 1727. Također je odložio publikaciju Optike, svoje veoma važne studije o svjetlosti i boji, koje će postati njegovo najčitanije delo, sve do Hukove smrti.


Njutn je osamnaesti vijek dočekao kao vladin činovnik u Kraljevskoj kovačnici, gdje je svoje izučavanje alhemije koristio kako bi odredio metode za ponovno uspostavljanje integriteta engleske valute. Kao predsjednik Kraljevskog društva nastavio je nesmanjenom odlučnošću da se bori sa zamišljenim neprijateljima, a pogotovo sa Lajbnicom. Godine 1705. kraljica Ana prozvala ga je u viteza, i doživio je da vidi publikaciju drugog i trećeg izdanja Principiae.


Isak Njutn umro je marta mjeseca, godine 1727. Kao što je i želio, nije imao ravnog u nauci. Pjesnik Aleksander Poup, Njutnov savremenik, veoma je elegantno opisao dar čovječanstvu tog velikog mislioca: Priroda i prirodni zakoni bjehu skriveni u noći: Bog reče: „Neka bude Njutn! I sve se u svjetlosti otkri.“ Iako mu je život bio obolježen sitničavim raspravama i velikom arogancijom, Isak Njutn je veoma skromno govorio o svojim dostignućima: „Ne znam kako se činim svijetu, ali sebi izgledam kao neki dječak koji se igra na obali mora i povremeno naiđe na glatkiji oblutak ili ljepšu školjku no što je to uobičajeno, dok se veliki okean istine neotkriven pruža preda mnom.“

   |  

   |  

  • Facebook - White Circle
  • YouTube
  • Instagram - White Circle
  • Twitter - White Circle

evolucijaportal@gmail.com   |   71000 Sarajevo, Bosna i Hercegovina

© 2019 BY e-volution.com