Vienas didžiausių ir įtakingiausių visų laikų protų buvo genialusis XVII – XVIII a. anglų mokslininkas Izaokas Niutonas. Šis žmogus – tai retas pavyzdys, kai vienas asmuo gali sukelti perversmą net keliose skirtingose mokslo srityse. Milžiniški Izaoko Niutono pasiekimai tiksliai ir matematiškai nagrinėjant fizinio pasaulio dėsnius tapo kertiniu akmeniu mokslo raidoje.

Šis mokslininkas visiems laikams pakeitė fizikos, matematikos ir astronomijos disciplinas. Šalia to Niutonas buvo sudėtinga ir prieštaringa asmenybė. Jis buvo reiklus, valdingas ir nuožmus disputuose su kitais mokslininkais, tačiau vengė skelbti savo atradimus ir pasižymėjo kuklumu. Niutono darbai ir atradimai suteikė intelektinius pagrindus natūralistinei ir antgamtinius tikėjimus neigiančiai pasaulėžiūrai, tačiau jis pats buvo giliai religingas, teologiniais bei metafiziniais klausimais gausiai domėjęsis ir rašęs asmuo.

Niutono jaunystė

Izaokas Niutonas gimė nedideliame Vulstorpo kaimo sodžiuje, Linkolnšyro grafystėje, Anglijoje 1643 metų pradžioje*, praėjus kiek mažiau nei metams po to, kai gyvenimą baigė kita itin svarbi mokslo pasaulio figūra Galilėjo Galilėjus. Niutonas gimė mažas, silpnas ir neišnešiotas. Jo tėvas (taip pat vardu Izaokas) buvo nedidelės, tačiau pelningos, fermos savininkas. Jis mirė likus trims mėnesiams iki sūnaus gimimo. Be tėvo likusį Izaoką motina paliko prižiūrėti senelei. Vaikui sulaukus trijų metų, motina ištekėjo už pastoriaus Barnabo Smito. Savo patėvio Izaokas Niutonas neapkentė. Dėl santuokos su šiuo žmogumi Izaokas ėmė jausti priešiškumą ir savo motinai. Savo nuodėmių knygelėje jis kartą pripažino, jog norėjo „sudeginti savo tėvą ir motiną Smitus ir stogą virš jų“.

Izaoko Niutono vaikystė nebuvo laiminga. Jis pasižymėjo smalsumu ir sumanumu, tačiau mažai bendravo su kitais kaimo vaikais ir buvo vienišas. Dėl išskirtinio būdo ir pomėgių Izaokas savo aplinkoje buvo lyg balta varna. Nei jo tėvas, nei motina, nei brolis ar seserys jokiais ypatingais intelektualiniais gabumais nepasižymėjo. Sunkią vaikystę turėjęs Niutonas buvo linkęs į paranoją ir depresiją bei savo viduje tramdė daug įniršio. Kai kurių psichologų nuomone, Niutonui buvo būdingi Aspergerio sindromo – autistinio vystymosi sutrikimo – požymiai, gerokai apsunkinę jo bendravimo su žmonėmis galimybes.

Sulaukęs 12 metų Izaokas Niutonas buvo perkeltas iš pradinės Vulstorpo mokyklos į karališkąją mokyklą, esančią Grentemo miestelyje, netoli Vulstorpo. Nors iš pradžių šioje mokykloje jam sekėsi nekaip, galiausiai atsiskleidė Izaoko talentai mechanikoje ir gamtos moksluose. Jis sėkmingai konstravo malūnėlius, vandeninius ir saulės laikrodžius, aitvarus su žibančiomis lemputėmis ir mėgo eksperimentuoti. Niutono motina bergždžiai tikėjosi, kad Izaokas taps fermeriu. 15 metų sūnų ji atsiėmė iš mokyklos ir nesėkmingai bandė pripratinti ūkininkauti. Į ūkio darbus jaunasis Niutonas žiūrėjo kaip į mechanikos eksperimentus, o ne pareigą, kurią reikia atlikti. Galiausiai mokyklos vadovas Henris Stoksas įtikino Izaoko motiną grąžinti sūnų į mokyklą, kurią šis, būdamas 18 metų, baigė aukščiausiais balais.

1661 metais Niutonas buvo priimtas į Šv. Trejybės koledžą Kembridže. Ten jis studijavo matematiką, fiziką, teologiją, filosofiją ir senąsias kalbas. Universiteto programa rėmėsi daugiausia Aristotelio filosofija. Tačiau šalia to Niutonas gavo progą susipažinti su Renė Dekarto, Mikalojaus Koperniko, Galilėjo Galilėjaus, Johaneso Keplerio ir kitų mąstytojų darbais. Fizika tuo metu buvo laikoma filosofijos atmaina ir dėstoma kaip filosofijos dalis. Pajutęs aistrą matematikai ir fizinio pasaulio pažinimui, tačiau šiek tiek nusivylęs tuometiniu šių disciplinų dėstymo lygiu universitete, jaunasis Niutonas ėmė lavintis savarankiškai. Bestudijuodamas Euklido bei Dekarto geometriją, jis įžengė į aukštosios matematikos teritoriją, kurioje neilgai trukus ir pats įnešė šį tą naujo.

1665 metais Izaokas Niutonas gavo menų bakalauro laipsnį. Tais pačiais metais Anglijoje kilus maro epidemijai, Šv. Trejybės universitetas užsidarė. Mokslininkas sugrįžo į gimtąjį Vulstorpą pas savo jau antrą kartą našle tapusią motiną. Du metus gyvendamas Vulstorpe jis tęsė savarankiškus tyrimus matematikos ir fizikos srityje. Šį savo gyvenimo laikotarpį pats Niutonas įvardijo kaip „patį gražiausią savo amžių, palankų išradimams ir polinkiui į matematiką bei filosofiją“. Trečiąjį savo gyvenimo dešimtmetį vos beįpusėjęs Niutonas ištyrė šviesos prigimtį ir suformulavo visuotinį traukos dėsnį. Pasak legendos, maždaug tuo metu, sėdint po medžiu ir stebint krintantį obuolį, Niutonui kilo idėja, vėliau virtusi trimis judėjimo dėsniais (Niutono dėsniais), kurie tapo visos mechanikos pagrindu. Aiškindamasis planetų judėjimo elipsinėmis orbitomis priežastis, Niutonas išrutuliojo integralinį ir diferencialinį skaičiavimą – neatskiriamą šiuolaikinės matematikos dalį.

1667 metais naujai duris atvėrus Kembridžo universitetui, Izaokas Niutonas į jį sugrįžo ir buvo išrinktas koledžio garbės nariu. 1668-aisiais jis įgijo magistro laipsnį, o dar po metų buvo išrinktas katedros profesoriumi. Tais pačiais 1669 metais mokslininkas parengė ir savo pirmąjį matematikos veikalą „De analysi per aequationes numero terminorum infinitas“. Niutonas neskubėdavo viešinti kiekvieno savo atradimo ir nuolatos koregavo savo teorijas. Šis darbas buvo oficialiai išleistas tik 1711 metais, praėjus daugiau nei keturiems dešimtmečiams nuo jo sukūrimo. Vis tik šio veikalo rankraštis buvo daugeliui mokslininkų žinomas ir suteikė autoriui aukščiausios klasės matematiko vardą.

Mokslo revoliucionierius

Paprastai laikoma, jog 1669-ieji buvo tie metai, ties kuriais prasidėjo antrasis, produktyvusis Izaoko Niutono gyvenimo periodas. Subrendęs ir akademinį pripažinimą įgijęs mokslininkas leidosi į naujas atradimus ir pakėlė tuometinį mokslo pasaulį į kokybiškai naują lygmenį. Grįžęs į Kembridžą ir tapęs profesoriumi, Niutonas kaip pagrindinę savo sritį pasirinko optiką, jis vykdė šia tema naujus tyrimus ir skaitė paskaitas. Mokslininkas, nagrinėdamas šviesos spindulio spektrines savybes, dar 1668 metais pagamino pirmąjį mažytį (15 cm ilgio) šviesos atspindėjimu paremtą teleskopą (reflektorių) su 2,5 cm skersmens veidrodžiu**.

Trijų metų bėgyje Niutonas reflektorių ištobulino ir 1671 metais pagamino didesnį bei tobulesnį teleskopą, kurį pademonstravo Londono Karališkajai draugijai (Royal Society). Veidrodinio teleskopo išradimas buvo pirmasis viešai paskelbtas Niutono mokslinis pasiekimas. Sulaukęs audringo pripažinimo, mokslininkas sekančiais metais buvo priimtas į Karališkąją draugiją, su kuria glaudžiai susijusi jo tolesnė veikla. Ši organizacija buvo laisva nuo politinės įtakos, ji puoselėjo tiksliųjų mokslų, gamtos pažinimo ir eksperimentų dvasią, todėl puikiai atitiko Niutono polinkius. Karališkoji draugija paskatino jį 1672 metais išleisti pirmuosius savo užrašus optikos tema, kurie vėliau (1704 m.) pasirodė jo platesniame veikale „Opticks“.

Nors Izaoko Niutono šlovė augo kaip ant mielių, šis mokslininkas susilaukė aštrios kritikos. Niutono idėjas užsipuolė vienas iš senųjų Karališkosios draugijos narių Robertas Hukas. Niutonas buvo įsitikinęs, jog balta šviesa sudaryta visų spektro spalvų šviesos, o jas sudaro mažytės dalelės. Hukas tuo tarpu manė, kad šviesos pagrindu turi būti bangos. Jis greitai pasmerkė Niutono straipsnį šia tema, užsipuolė jo metodologiją ir išvadas. Niutono kritikų buvo ir daugiau, tačiau Huko priekaištai jį įžeidė labiausiai. Atkaklus mokslininkas gynė savo teoriją, neigė jos trūkumus ir net grasino pasitraukti iš Karališkosios draugijos. Šių dviejų mokslininkų ginčą nutraukė 1678 metais Izaoką Niutoną ištikęs nervinis išsekimas. Mirus jo motinai, mokslininkas dar labiau atitolo nuo išorinio pasaulio, gyveno kaip atsiskyrėlis ir pristabdė akademinę veiklą.

Kelis metus trukusios pertraukos nuo viešosios veiklos metu Niutonas grįžo prie gravitacinės jėgos ir jos poveikio planetų orbitoms tyrimų. Ironiška, tačiau nemažą stimulą naujam mokslininko susidomėjimui astronomija suteikė dialogas su tuo pačiu jo optikos teoriją aštriai kritikavusiu mokslininku Robertu Huku. Įkvėptas kai kurių Huko idėjų, Niutonas greitai priėjo originalių išvadų, tačiau, kaip visada, šias mintis laikė savyje ir kurį laiką jų viešai neskelbė.

1684 metais Londono Karališkosios draugijos nariai Kristoferis Vrenas ir Edmundas Halėjus susirašinėdami su Robertu Huku planetų judėjimo aplink Saulę klausimu, susidomėjo jo teorija, tačiau pasigedo matematinio pagrindimo.

„Hukas, garsėjęs gebėjimu prisiimti nuopelnus už idėjas, kurios nebūtinai priklausydavo jam, pareiškė, kad jau yra išsprendęs šią problemą, tačiau neketina sprendimu pasidalinti dėl svarbios priežasties - nenorįs iš kitų atimti atradimo džiaugsmo. Todėl jis buvo linkęs kurį laiką patylėti, kad kiti sužinotų, kaip svarbu tai įvertinti. Jeigu jis ir turėjo daugiau idėjų šiuo klausimu, apie tai nėra likę jokių įrodymų. Tačiau Halėjaus smalsumas buvo taip sukurstytas, kad kitais metais jis nuvyko į Kembridžą ir kupinas ryžto nuėjo pas matematikos profesorių Isaacą Newtoną, tikėdamasis jo pagalbos“, rašoma Bill Bryson knygoje „Trumpa istorija beveik apie viską“.

Žinant nenuspėjamą Niutono charakterį, apie kurį jau sklido kalbos, toks Halėjaus pasiryžimas jau savaime buvo vertas pagyrimo. Vienas žymiausių ir svarbiausių visoje istorijoje mokslininkų susitikimas, kaip ir galima tikėtis, nebuvo labai įprastas, tačiau turėjo milžinišką įtaką tolesnei mokslo raidai.

Štai, ką apie tą susitikimą rašė vienas iš artimų Niutono draugų Abrahamas DeMoivre:

„1684-aisiais daktaras Halley atvyko vizito į Kembridžą [ir] po kiek laiko tas daktaras paklausė, kaip jis manąs, kokiomis trajektorijomis judėtų planetos, jeigu Saulės traukos jėga būtų atvirkščiai proporcinga atstumo nuo Saulės kvadratui."

Tai buvo užuomina į matematikams žinomą atvirkštinio kvadrato dėsnį, kuris, Halėjo įsitikinimu, turėtų tą paaiškinti, nors tiksliai nežinojo, kaip konkrečiai.

„Seras Isaacas iš karto atsakė, kad tai [elipsė]. Nudžiugęs ir nustebęs daktaras paklausė, iš kur Newtonas žino. Šis atsakė: .Aš juk tą apskaičiavau". Tai išgirdęs daktaras Halley nedelsdamas paprašė tų skaičiavimų. Seras Isaacas ieškojo savo popieriuose, bet negalėjo rasti."

Pasirodo, Niutonas šią problemą jau buvo matematiškai išsprendęs prieš 18 metų, tačiau kur padėtas tas sprendimas – neturi nei žalio supratimo. Tai buvo taip keista, tarsi kas nors pasakytų, jog atrado vaistą nuo vėžio, tik negali prisiminti, kur nukišo formulę. Halėjo prispaustas Niutonas sutiko dar kartą atlikti skaičiavimus ir parašyti straipsnį apie planetų judėjimo elipsinėmis orbitomis skaičiavimus ir įrodymus. Savu ruožtu Halėjus pažadėjo padengti visas išlaidas, reikalingas, kad straipsnis šia tema būtų išleistas.

Tačiau Niutonas padarė daug daugiau nei buvo žadėjęs: 1687 metais po 18 mėnesių intensyvaus darbo Izaokas Niutonas išleido tikrą šedevrą - savo svarbiausią ir įžymiausią veikalą „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ („Matematiniai gamtos filosofijos pagrindai“), trumpiau vadinamą tiesiog „Principia“ („Pagrindai“).

Šis darbas iki šiol laikomas pačiu svarbiausiu ir įtakingiausiu visų laikų pavieniu fizikos leidiniu. Šiame veikale Niutonas išvystė savo jau prieš porą dešimtmečių pradėtas plėtoti idėjas apie gravitaciją ir planetų judėjimą, jame buvo pritaikytas integralinis ir deferencialinis skaičiavimas. Didžiausią šlovę „Pagrindams“ atnešė tai, kad juose buvo suformuluoti fundamentalieji judėjimo ir visuotinės traukos dėsniai (dabar žinomi kaip Niutono dėsniai), kurie tapo klasikinės mechanikos pagrindu – neatskiriama fizikų darbotvarkės dalimi iki pat šių dienų.

• Pirmasis (inercijos) dėsnis – tai bene fundamentaliausias teiginys visoje fizikoje. Juo tvirtinama, kad bet koks fizinis kūnas, jei jo neveikia išorinė jėga, išlaiko rimtį arba juda tiesiai ir tolygiai.
• Antrasis (dinamikos) dėsnius nustato ryšį tarp kūno masės, judėjimo pagreičio ir veikiančios jėgos – kūno įgytas pagreitis yra tiesiogiai proporcingas tą kūną veikiančiai jėgai ir atvirkščiai proporcingas jo masei.
• Pasak trečiojo (sąveikos) dėsnio, bet kuris veiksmas sukelia priešingą reakciją (atoveikį), kurio jėga yra identiška, o kryptis – priešinga.

Niutono visuotinės traukos dėsnis sako, jog du kūnai traukia vienas kitą jėga, kuri yra tiesiogiai proporcinga tų kūnų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui.