Isaac Newton - mannen som upptäckte universums lagar
Miljoner människor har under årtusendenas lopp sett och hört äpplen falla till marken. Men bara en enda har enligt legenden lyckats räkna ut vad det beror på och samtidigt förklara varför himlakropparna rör sig som de gör. Det är en av de största vetenskapliga upptäckterna genom tiderna. Men när Isaac Newton, som var den som gjorde upptäckten, räknat ut alltihop lade han sina anteckningar i en låda, glömde bort var de fanns och fortsatte att fundera på annat. Han hittade aldrig sina anteckningar igen.
Isaac Newton betraktas av många som den störste vetenskapsmannen någonsin. Det var han som förklarade de lagar enligt vilka kropparna i universum rör sig. Målning gjord av Godfrey Kneller, 1702.
Växte upp på en enslig bondgård
Det var inte mycket som talade för att Isaac Newton (1642-1727) skulle växa upp till en av alla tiders främsta vetenskapsmän - många anser honom störst av alla.
Hans föräldrar hade en liten bondgård i Woolsthorpe i England, och tre månader före Isaacs födelse dog hans far. Isaac var en liten klen baby, född för tidigt. Hans mamma brukade berätta att han var så liten att han rymdes i en bägare.
När Isaac var tre år gifte hans mamma om sig med en välbärgad präst. Men Isaac fick inte följa med till det nya hemmet. Han måste flytta till sin mormor och växte upp på en enslig bondgård. Newton hatade både sin mamma och sin styvfar.
ANNONS
Data och fakta
1642: Isaac Newton föds i Woolsthorpe i England.
1661: Newton skrivs in vid Trinity College i Cambridge.
1665: Newton tar examen, men universitetet stängs på grund av en pestepidemi. Under de två år han tvingas tillbringa på hemorten utarbetar han grunderna till sina största upptäckter.
1667: Newton kan återvända till Cambridge, där han blir professor.
1671: Newton uppfinner ett spegelteleskop som han sänder till Royal Society. Spegelteleskopet innebär en stor förbättring av teleskopet, och Newton blir medlem i sällskapet.
1672: Newton sänder in sitt arbete om ljuset till Royal Society. Där hävdar Newton att han genom egna experiment kunnat visa att solens ljus är sammansatt av flera färger. Men hans teori blir omstridd och Newton blir rasande. Han vägrar att offentliggöra flera upptäckter.
1678: Efter ett nytt gräl med Royal Society kan Newton bevisa att planeterna rör sig i ellipser runt solen. Men han publicerar inte sina resultat.
1687: Efter övertalning ger Newton ut sina upptäckter i verket Principia, som räknas som alla tiders mest betydande vetenskapliga verk.
1692: Newton drabbas av nervöst sammanbrott.
1699: Newton blir chef för myntverket och inför nyheten att räffla myntens kant, så att det genast märks om en bit huggits bort.
1703: Newton blir president för Royal Society.
1705: Newton adlas.
1727: Newton avlider.
- Vid tjugo års ålder kan jag fortfarande komma ihåg hur jag hotade min mamma och styvfar med att bränna ner deras hus över dem, sa Newton vid ett tillfälle.
Mus drog väderkvarn
Newton tyckte bäst om att leka ensam. Han var liten och svag, och andra pojkars hårda lekar var inget för honom. Han älskade att bygga mekaniska leksaker och var mycket händig. En av hans maskiner var en liten väderkvarn av trä, vars vingar vreds av en mus. Han byggde också ett vattenur, som gick perfekt i många år.
Newton började i Kings School i Grantham. Han inackorderades hos en familj och fick i stort sett sköta sig själv. I skolan gick det inget vidare - han var näst sämst i klassen. Det var han ända tills en pojke i klassen sparkade honom i magen. Newton utmanade pojken på slagsmål och klådde upp honom. Händelsen skakade Newton. Han skulle visa att han varken var slö eller dum. Genom att studera hårt blev Newton efter en tid bäst i klassen.
Men så dog styvfadern, och då tog mamman hem sin son. Hon hoppades att Isaac skulle bli bonde - men det passade han inte till. Han drev mest omkring och dagdrömde. Till sist gav hans mamma upp, och Isaac fick återvända till skolan för att förbereda sig för universitetet. 1661 skrevs han in vid Trinity College i Cambridge.
Studerade ljuset
I Cambridge förblev Newton en ensling - det livliga studentlivet passade honom inte. Men så fick han Isaac Barrow som lärare. En av de vetenskaper som intresserade Barrow var läran om ljuset - optiken. Många olika teorier om ljuset hade presenterats. Enligt några flöt det som vatten, andra menade att det uppförde sig som ånga.
Newton började fundera över problemet. Han studerade teleskop och lärde sig allt om dessa. Han irriterades av att det bildades färgade ringar i teleskopen, vilket gjorde det omöjligt att se riktigt skarpt genom dem.
Newton lärde sig det mesta inom matematiken, och när det som fanns inte räckte till började han vidareutveckla matematiska metoder.
År 1665 tog han sin universitetsexamen, men samtidigt stängdes universitetet på grund av en pestepidemi. Sådana flammade upp då och då. I städerna var det smutsigt och trångbott, och det kryllade av råttor som spred pesten.
Newton reste hem till Woolsthorpe, men fortsatte att arbeta lika intensivt som i Cambridge. På två år arbetade han ut grunderna till sina tre största upptäckter:
Vitt ljus är sammansatt av olika färger.
Gravitationsteorin.
Ett nytt sätt att utföra vissa beräkningar som kallades infinitesimalkalkyl.
Allt detta gjorde Newton före 25 års ålder.
1667 var pestepidemin över - 30 000 människor hade dött. Newton återvände till Cambridge och fortsatte sitt arbete. 27 år gammal blev han professor.
ANNONS
Uppfann spegelteleskop
Under hela sitt liv förblev Newton tillbakadragen, närmast ointresserad av omgivningen. I Cambridge sägs han ha hållit sina föreläsningar oavsett om det var någon närvarande eller inte. För studenterna framstod han som den typiske tankspridde professorn.
Newton var inte heller den som genast lade fram sina upptäckter. Han hade ju blivit intresserad av teleskop men störts av att de som fanns var dåliga. De enkla teleskop som användes på hans tid bestod i stort sett av ett rör med en lins i varje ända. Newton kom på att sätta en spegel i teleskopets botten i stället för en lins.
Med detta vann han två saker. Ett teleskop är bättre ju större linsen är, men en lins är tung och kan bara fästas i kanten. En spegel kan enkelt göras mycket stor, eftersom den kan stödjas från baksidan. I ett spegelteleskop gick det också att se skarpare. De färgade ringar som uppkom i de gamla teleskopen syntes inte i spegelteleskopet.
Den händige Newton byggde ett spegelteleskop, och 1671 sände han det till det vetenskapliga sällskapet Royal Society. Teleskopet väckte förtjusning, och han blev invald som medlem.
Det var här vid Trinity College i Cambridge som Newton studerade och undervisade. Till vänster om stora ingången, som syns i förgrunden, finns en trädgård. Där planterades år 1954 ett skott från det berömda äppelträd under vilket Newton sägs ha suttit när han fick ett äpple i huvudet.
Solljusets färger
Newton blev mycket belåten och skickade år 1672 ett annat av sina arbeten till Royal Society. Där beskrev Newton hur han låtit en ljusstråle från solen passera en kantig glasbit - ett prisma. Ljusstrålen hade delats upp i regnbågens alla färger! Men om den uppdelade ljusstrålen fick passera ett annat prisma blev ljuset vitt igen.
ANNONS
ANNONS
Newton drog den korrekta slutsatsen att vitt solljus egentligen var uppbyggt av flera olika färger. Detta var också anledningen till att teleskopen fungerade så dåligt – ljuset bröts i linserna på samma sätt som i prismat och färgade ringar uppstod.
Newton lät en ljusstråle falla genom en bit slipat glas och kunde då se hur det vita solljuset delades upp i ljus av olika färg. Om man använder två prismor, delas först det vita ljuset upp, men när strålknippet passerar det andra prismat, blir ljuset vitt igen.
Newtons upptäckt väckte våldsam uppståndelse. Det vanliga var att vetenskapsmän framställde teorier - inte att de experimenterade och drog slutsatser. De som hade andra teorier om ljuset tyckte att dessa var lika mycket värda trots att de aldrig experimenterat utan bara tänkt ut sina förklaringar. En av Newtons främsta motståndare var Robert Hooke, en av Royal Societys mest berömda medlemmar.
Striden om Newtons upptäckt varade i flera år, och själv blev han rasande. Han vägrade att i fortsättningen skicka någon av sina upptäckter till sällskapet utan behöll dem för sig själv. Men han arbetade lika hårt som förut i sin enslighet i Cambridge.
Har äpplet fallit?
Det påstås att Newton fick ett äpple i huvudet när han satt under ett äppelträd. Han skulle då ha börjat fundera på varför äpplet drogs till marken och kommit fram till gravitationsteorin.
Historien om äpplet är lika känd och lika historiskt obevisad som Galileis försök med vikterna i lutande tornet i Pisa. Newton själv berättade att han hörde ett äpple falla till marken hemma i Woolsthorpe under pestepidemin 1666. Men det kan ha varit hans sätt att avvisa en frågvis person, som inte skulle kunna förstå teorin bakom Newtons största arbete, lagen om gravitationen. Den gav människan nyckeln till en av universums stora hemligheter - varför himlakropparna rörde sig som de gjorde.
Newton började fundera över detta redan 1665, medan pesten rasade och universitetet var stängt i Cambridge. Galilei hade ju lagt grunden till "tröghetsprincipen". Ett föremål som en gång sätts i rörelse fortsätter rakt fram tills någon kraft hindrar det. När du kastar en boll, dras den ju till jorden. Men skulle du stå ute i rymden och kasta bollen, skulle den sväva i väg i rak linje.
Newton grubblade över problemet och kom att tänka på månen. Den rörde ju sig - men inte i rät linje! Istället cirklade den runt jorden.
Newton kom på tanken att det var jorden som på något sätt påverkade månen och fick den att gå i cirkel. Annars borde ju månen när den en gång satts i rörelse fortsätta rakt ut i rymden.
Men var jordens kraft så stor? Newton måste komma på ett sätt att mäta gravitationen. Det är den kraft som drar bollar och äpplen till jorden och håller månen kvar i sin bana.
ANNONS
Lag för himlakroppar
Newton kom fram till att den kraft med vilken en kropp påverkar en annan beror på kroppens storlek och avståndet mellan dem. Månens bana var välkänd, och Newton behövde nu räkna ut jordens exakta radie för att bestämma dess storlek. Skulle jordens storlek stämma med hans övriga beräkningar, skulle teorin vara bevisad.
Men Newton hade bara tillgång till ett felaktigt värde på jordens radie, så hans beräkningar stämde inte riktigt. Newton anade att han var på rätt spår men hade så mycket annat att syssla med att han lade sina anteckningar åt sidan.
Anteckningarna låg bortglömda i över tio år. 1678 fick Royal Society nya ledare. En av dem var Newtons tidigare ovän Hooke. Hooke hade inte glömt Newton utan skrev ett vänligt brev där han undrade om inte Newton skulle kunna skicka några nya arbeten till sällskapet.
Newton ville inte alls bli indragen i nya strider efter sina dåliga erfarenheter. Han skrev ett avvisande brev men tillade att det borde vara möjligt att visa att jorden roterade genom ett enkelt experiment.
Samtidigt gjorde Newton ett fel och skrev att något som faller mycket långt borde falla i spiral. Detta upptäckte Hooke, och med viss skadeglädje bevisade han inför Royal Society att Newton hade fel.
Gravitationskraften, den kraft två kroppar påverkar varandra med, beräknas enligt formeln ovan. Kraften F är lika med den första kroppens massa m1 gånger den andra kroppens massa m2 dividerat med kvadraten på avståndet r mellan kropparna. Summan multipliceras med gravitationskonstanten C, som alltid har samma värde. I tyngdpunkten är kropparnas gravitationskraft lika stor. Ovan ligger tyngdpunkten närmast m1, eftersom den är störst. Ju större massa, desto större dragningskraft. Jorden har större kraft än månen.
Newton blev upprörd, dels över att han hade haft fel, dels över att Hooke, av alla, hade upptäckt det. Newton plockade fram sina gamla anteckningar om gravitationen och började räkna igen. Nu hade man mätt jorden på nytt och fått ett exaktare värde. Newton använde det och såg att hans teori stämde. Jorden påverkade månen!
Han sägs ha blivit så upphetsad att händerna började darra när lösningen började växa fram och en vän måste utföra en del räkneoperationer, eftersom Newton var för uppskakad. Newton fick ett korrekt värde och kunde också bevisa utom allt tvivel att planeterna och månarna i solsystemet inte rörde sig i cirklar utan i ellipser. En ellips kan liknas vid en äggformad kurva. Newton tänkte sig ett universum där alla kroppar påverkade varandra och dominerades av solen, som genom att vara störst hade störst gravitation.
Nu var gåtan löst, universums lagar kända och Galileis och Keplers idéer bevisade. De hade visat hur himlakropparna rörde sig. Nu hade Newton förklarat varför de rörde sig som de gjorde.
Det var en av de största naturvetenskapliga upptäckterna någonsin. Newton stoppade undan alltihop i en låda och fortsatte fundera på ljusets natur.
ANNONS
ANNONS
"Principia"
Fem år senare träffades brittiska tre vetenskapsmän: Edmond Halley, Robert Hooke och Christopher Wren. De ansåg att planeternas banor var ellipser och att det borde finnas någon sorts tyngdlag, men ingen av dem kunde bevisa det. Hooke påstod att han hade beviset men "ville hålla det hemligt ett tag till".
Halley beslöt att be Newton om hjälp och reste till Cambridge. Han frågade vilken bana en planet som cirklade runt solen skulle få.
- En ellips, svarade Newton genast.
När Halley häpet frågade hur Newton kunde veta det, svarade han enkelt:
- Jag har räknat ut det.
Halley frågade med stigande spänning om han kunde få se uträkningen, och Newton började bläddra bland sina papper. Tyvärr kunde han inte hitta beviset; det var ju fem år sedan han räknat ut det hela. Newton bad om ursäkt och lovade att göra en ny uträkning och skicka den till Halley.
När Halley fick beviset, blev han helt häpen. En så viktig upptäckt hade Newton bara struntat i att publicera. Halley övertalade Newton att ge ut alla sina upptäckter i bokform och lovade att själv betala tryckningen.
Resultatet blev den bok som kallas Principia och kom ut i tre band år 1687. Det kan vara alla tiders mest betydelsefulla vetenskapliga verk. Här fanns bland mycket annat gravitationslagen och bevisen för hur den påverkar alla kroppar i universum.
Det väldiga verket skrevs på 18 månader, och Newton arbetade som en galning. Maten var han inte särskilt intresserad av och han kunde arbeta till klockan fyra på natten för att stiga upp klockan sex. Hela dagar satt Newton halvklädd på sin säng och tänkte.
Gräl om äran
Principia gav med en gång Newton ett fantastiskt rykte, men även denna gång blev det bråk. Boken är i tre delar, och när två delar kommit ut, började Hooke ställa krav. Han sa sig vara den som upptäckt gravitationsteorin och krävde att bli nämnd i boken.
Newton hotade att inte ge ut det tredje bandet, men Halley lyckades medla. Newton gick med på att nämna Hooke, Wren och Halley i ett textstycke.
Principia grundlade den del av fysiken som kallas mekanik. Mekanikens lagar gör det bland annat möjligt att bygga raketer, konstruera olika maskiner och beräkna hur mycket energi som går åt i olika sammanhang. Principia gjorde det möjligt att upptäcka två dittills okända planeter: Neptunus år 1846 och Pluto år 1930. Deras gravitation hade påverkat planeten Uranus bana, och astronomerna kunde med hjälp av Newtons formler räkna ut att planeterna måste finnas.
ANNONS
ANNONS
Mynt med räfflad kant
Newton själv drabbades av ett nervöst sammanbrott 1692. Den enorma ansträngningen hade skadat hans hälsa, och till sist måste han lämna Cambridge. 1699 blev han chef för myntverket. På 1600-talet var många mynt av guld eller silver. Det var vanligt att folk högg av en liten bit då och då som växelmynt och därigenom förändrades värdet.
Newton införde nya mynt med räfflad kant. Nu kunde man direkt se om någon bit huggits av. Än idag har många mynt räfflad kant.
Privat var Newton tillbakadragen och allvarlig. Den student som var hans assistent från 1685 till 1690 hörde Newton skratta en enda gång. Det var när någon frågade vilken nytta det var med att studera geometri.
Newton blev 1703 president för Royal Society, och 1705 adlades han för sina insatser. Han höll Royal Society i strama tyglar och styrde det efter eget huvud fram till sin död 1727.
Striden med Leibniz
I den berömda striden med tysken Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716) om vem som konstruerat infinitesimalkalkylen förmådde Newton, delvis med ojusta medel, Royal Society att stödja honom. Med kalkylens hjälp gick det bland annat att beräkna hastigheter och förändringar i kroppars rörelse. Den lade grunden till den moderna matematiken.
Leibniz var en berömd matematiker, men han var dessutom filosof och verksam på många områden. Vid 26 års ålder hade han utarbetat ett förslag till lagreform för det Heliga tysk-romerska riket, byggt en räknemaskin och kommit på en plan för hur den franske kungen Ludvig XIV skulle förmås att upphöra med sina attacker mot tyska områden. Kungen lockades att försöka bygga Suezkanalen i stället.
1673 valdes Leibniz in i Royal Society under ett besök i England. Omkring år 1675 konstruerade han infinitesimalkalkylen och drogs efter hand in i en våldsam strid med Newton och Royal Society.
Newton skrev en stridsskrift 1699 och anklagade Leibniz för att ha stulit hans idéer.
När Newton blivit Royal Societys president 1703, kunde han sätta samman en kommitté, vars uppgift var att göra en opartisk bedömning av vem som hade rätt - han själv eller Leibniz. De flesta medlemmarna stödde Newton, och kommitténs ”opartiska rapport” skrev Newton själv.
ANNONS
Newton skrev flera skrifter - en del anonyma - där han angrep Leibniz. Leibniz hade inget att sätta emot Newtons och Royal Societys enorma prestige. När han dog 1716, tycktes segern vara Newtons.
Men eftervärlden har fällt domen att de båda bör äras i lika hög grad. De utarbetade båda kalkylen ungefär samtidigt. Newton kan ha varit den förste, men Leibniz var först med att publicera sin upptäckt.
Eftervärlden har också tillerkänt Leibniz ytterligare en seger. Det är hans matematiska symboler och beteckningar som används i moderna beräkningar - inte Newtons.
Newton höll alltså forskare som han ogillade kort. Det var exempelvis först efter Hookes död som Newton accepterade att leda Royal Society.
ANNONS
Vid sanningens ocean
Men Newton kunde också erkänna sin skuld till andra.
- Om jag sett längre än de flesta, är det för att jag stått på giganters skuldror, sa han vid ett tillfälle.
Även Newton gjorde misstag. Han trodde på alkemisternas dröm om att kunna förvandla andra metaller till guld och ägnade mycket fåfäng forskning åt detta.
Han gav sig också hän åt teologiska spekulationer. Newton trodde fullt och fast på Gud och såg det system i universum han kartlagt som ett bevis för Guds existens.
Newton insåg att det fanns mer i universum än människan kände till.
"Jag vet inte hur jag kommit att framstå för världen", skrev han, "men själv känner jag mig som en liten pojke som leker på stranden och roar mig med att då och då finna en slätare sten eller en vackrare snäcka än vanligt, medan hela sanningens ocean låg framför mig."
Newton hörde i småskolan till de sämsta i klassen. Vilken händelse fick honom att vilja visa att han varken var slö eller dum?
Vilka fördelar har det spegelteleskop Newton konstruerade framför de vanliga teleskop som dittills använts?
Hur upptäckte Newton att solljuset egentligen var sammansatt av flera färger?
Varför var inte alla vetenskapsmän redo att genast erkänna att Newton hade rätt om ljuset?
Hur kunde månen leda Newton på rätt spår i fråga om gravitationsteorin?
Vad heter Newtons viktigaste verk, och vilket år kom det ut?
Vilka två faktorer avgör med vilken kraft två kroppar påverkar varandra?
Hur kunde Newtons formler göra det möjligt att upptäcka ytterligare två planeter utöver de redan kända?
Newton anses vara en av historiens största vetenskapsmän. Varför?
Ta reda på:
Nämn några andra viktiga historiska personer som var verksamma under samma tid som Newton och beskriv kortfattat deras inverkan på Europas eller övriga världens historia vid den tiden.
Litteratur: Isaac Asimov, Lägg till en dimension, Rabén & Sjögren, 1967 Daniel J Boorstein, The Discoverers, Random House, 1983 Rom Harré, Great Scientific Experiments, Oxford University Press, 1983 Roy Porter (red.), Man Masters Nature, BBC Books, 1987 David Eliot Brody och Arnold R Brody, Upptäckterna som förändrade världen och människorna bakom dem, Wahlström & Widstrand, 1999
FÖRFATTARE
Text: Kaj Hildingson, journalist och läromedelsförfattare
