Tipărire
Categorie: Biografii. Fizică
Accesări: 9565

Isaac NewtonÎn a treia parte a articolului dedicat lui Newton, vorbim despre influenţele tradiţiei hermetice, scrierea celor trei legi ale mişcării, apariţia cărţii sale fundamentale, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, precum şi despre cearta dintre Newton şi Robert Hooke.

 

 

 

 

Sir Isaac Newton - viaţa şi opera (2)

 

INFLUENŢAT DE TRADIŢIA HERMETICĂ

În această perioadă, Newton s-a îndreptat către filozofia hermetică pe care şi-o însuşise încă din timpul studenţiei. Newton, care fusese mereu interesat de alchimie, se cufunda acum în ea, copiind de mână tratat după tratat şi comparându-le pentru a desluşi tehnicile sale misterioase. Influenţată de hermetism, concepţia sa despre natură a cunoscut o schimbare radicală.

Până în acel moment, Newton fusese un filozof mecanicist tipic secolului al XVII-lea, care explica fenomenele naturii prin mişcarea particulelor de materie. El susţinea că, din punct de vedere fizic, lumina este un şuvoi de corpusculi mici al cărui curs este deviat de prezenţa mediilor mai dense sau mai rarefiate. El considera că atracţia aparentă dintre bucăţelele de hârtie şi o lamelă de sticlă, care era în prealabil frecată cu o bucată de pânză, rezultă dintr-un efluviu care izvorăşte din lamelă şi poartă bucăţelele de hârtie înapoi pe ea.

Această filozofie mecanicistă excludea posibilitatea acţiunii la distanţă; ca şi în cazul electricităţii statice, explica atracţiile prin prisma unor procese eterice, invizibile. Lucrarea lui Newton din 1675, Ipoteză asupra luminii, în care îşi prezenta teoria eterului, reprezenta o interpretare a naturii specifică filozofiei mecaniciste. Totuşi, unele fenomene, precum capacitatea unor substanţe chimice de a reacţiona doar cu anumite substanţe din aceeaşi categorie, îl puneau pe gânduri, el vorbind de "un principiu secret", conform căruia unele substanţe se arătau "sociabile" sau "nesociabile" faţă de altele.

 

 

În 1679, Newton a abandonat eterul şi forţele sale invizibile şi a început să cerceteze fenomene inexplicabile: afinităţile chimice, căldura degajată în urma reacţiilor chimice, tensiunea superficială a fluidelor, activitatea capilarelor, forţa de atracţie moleculară care se exercită între două corpuri aflate în contact, forţele de atracţie şi de respingere dintre particulele de materie etc.

Peste 35 de ani, în cea de-a doua ediţie în engleză a lucrării Optica, Newton aborda din nou teoria eterului, de data aceasta fiind vorba de un eter care presupunea conceptul de acţiune la distanţă prin amplasarea unei forţe de respingere între particulele sale. Filozofii mecanicişti au susţinut întotdeauna că forţele de atracţie şi de respingere din teoriile lui Newton erau transpuneri directe ale simpatiilor şi antipatiilor de natură ocultă din filozofia ermetică. Totuşi, Newton le considera modificări aduse filozofiei mecaniciste, prin care o supunea unui calcul matematic exact. În viziunea sa, forţele de atracţie se defineau prin cantitate şi ofereau o punte de legătură între două teme principale abordate de ştiinţa din secolul al XVII-lea: filozofia mecanicistă, care aborda o viziune mecanicistă asupra lumii şi filozofia pitagoreică, prin care se insista asupra naturii matematice a realităţii. Descrierea mişcării tuturor obiectelor folosind conceptul de forţă a reprezentat cea mai importantă contribuţie a lui Newton în ştiinţă.

 

MIŞCAREA PLANETELOR

Iniţial, Newton a aplicat principiul acţiunii şi reacţiunii doar în cazul fenomenelor terestre menţionate în paragraful precedent, dar la sfârşitul anului 1679 Hooke i-a propus o nouă metodă de aplicare a principiului, într-o încercare de a relua corespondenţa dintre ei. Hooke menţiona cercetarea sa cu privire la mişcarea planetelor: o deviere continuă a unei mişcări rectilinii printr-o acţiune centrală. Newton a refuzat să corespondeze cu Hooke, dar i-a menţionat, totuşi, un experiment la care lucra şi care demonstra mişcarea de rotaţie a Pământului: lua cazul unui corp aruncat dintr-un turn; deoarece viteza tangenţială la vârful turnului este mai mare decât cea de la bază, corpul cădea uşor către est. El a schiţat traiectoria căderii sub forma unei spirale care se termina în centrul Pământului.

Aşa cum bine observase Hooke, aceasta era o greşeală conform teoriei lui Hooke cu privire la mişcarea planetelor, traiectoria căderii ar trebui să fie eliptică, astfel că, dacă Pământul ar fi fost despicat ori separat pentru a permite corpului să treacă, acesta s-ar fi întors înapoi, la locul de plecare. Lui Newton nu-i plăcea să fie corectat, cu atât mai puţin de Hooke, însă înţelesese ideea; totuşi, a corectat schiţa lui Hooke, plecând de la premisa că valoarea acceleraţiei gravitaţionale este constantă. Deşi era de acord cu el în această privinţă, Hooke i-a răspuns că, în viziunea sa, forţa gravitaţională este invers proporţională cu pătratul distanţei.

 

 

Câţiva ani mai târziu, pe baza acestei scrisori, Hooke avea să-l acuze pe Newton de plagiat. Greşea însă. Cunoştinţele sale cu privire la legea forţei invers proporţionale cu pătratul distanţei erau pur intuitive; el o dedusese greşit din principiul forţei centripete (care dezvoltă aspectul cantitativ) şi din cea de-a treia lege a lui Kepler, care raporta perioadele mişcării planetelor la razele orbitelor. Mai mult, ceea ce el nu ştia era că Newton dedusese astfel raportul cu zece ani înainte de corespondenţa lor. Totuşi, Newton avea să admită să schimbul de scrisori cu Hooke l-a ajutat să demonstreze că forţa care acţionează asupra unui corp care se roteşte este invers proporţională cu pătratul distanţei dintre acesta şi punctul în jurul căruia se roteşte - una dintre cele două teoreme cruciale pe care avea să se bazeze legea atracţiei gravitaţionale. Mai mult, definiţia lui Hooke cu privire la dinamica planetelor (forţa de atracţie constantă exercitată de un corp va trage în mod constant o planetă de pe traiectoria sa de inerţie) sugera că aceasta putea fi aplicată şi la nivelul cosmosului, conform conceptului de forţă a lui Newton şi oferea o explicaţie pentru traiectoriile planetelor. Între 1679 şi 1680, Newton s-a ocupat doar cu studiul dinamicii planetelor; el nu ajunsese încă la definiţia legii atracţiei gravitaţionale.

 

LEGEA ATRACŢIEI GRAVITAŢIONALE

Cinci ani mai târziu, în august 1684, Newton primeşte vizita astronautului englez Edmond Halley, care era, la rândul său, preocupat de studiul orbitelor. După ce a aflat că Newton găsise rezolvarea la această problemă, i-a smuls promisiunea că îi va trimite demonstraţia. Trei luni mai târziu, primeşte un scurt tratat intitulat Despre mişcare. Newton lucra deja la îmbunătăţirea şi extinderea acestuia. Doi ani şi jumătate mai târziu, Despre mişcare devenise Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, care nu este doar o capodoperă a lui Newton, ci şi o lucrare fundamentală a ştiinţei moderne. În mod semnificativ, De motu nu prezenta legea atracţiei gravitaţionale. Deşi era un tratat despre dinamica planetelor, nu conţinea niciuna dintre cele trei legi newtoniene ale mişcării. Abia după revizuirea tratatului Newton a ajuns la prima lege (a inerţiei) şi la cea de-a doua lege a mişcării, legea forţei care definea exact forţele ce acţionează între corpurile care deveniseră personajele principale ale teoriei sale despre natură. Prin cuantificarea conceptului de forţă, cea de-a doua lege finaliza mecanica exactă cantitativă care constituise paradigma ştiinţei naturale încă de la începuturile ei.

 

Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, de Isaac Newton,
prima ediţie, cu unele corecturi făcute chiar de Newton
Credit: Wikimedia Commons


Elementele de mecanică cantitativă cuprinse în Principii nu trebuie confundate cu cele de filozofie mecanicistă, care încerca să explice fenomenele naturale prin prisma unor mecanisme imaginare care aveau la bază particulele invizibile de materie. Mecanica redată în Principii reprezenta o descriere cantitativă exactă a mişcării corpurilor vizibile şi se baza pe cele trei legi universale ale mişcării, stabilite de Newton:
(1) un corp îşi menţine starea de repaus atâta timp cât asupra sa nu acţionează alte forţe;
(2) schimbarea stării de repaus (produsul dintre viteză şi masa corpului) este proporţională cu forţa care acţionează asupra ei;
(3) pentru orice acţiune există o reacţie egală şi opusă.

Aplicate unei mişcări circulare, aceste legi au condus la formula măsurării cantitative, în funcţie de viteza şi de masa unui corp, a forţei centripete necesare pentru a devia un corp de pe traiectoria sa rectilinie într-un cerc dat. Când Newton a substituit această formulă celei de-a treia legi a lui Kepler a descoperit că forţa centripetă care ţinea planetele pe orbitele lor, în jurul Soarelui, descreşte odată cu pătratul distanţei dintre acestea şi Soare. Deoarece sateliţii lui Jupiter se supun şi ei celei de-a treia legi a lui Kepler, o forţă centripetă invers proporţională cu pătratul distanţei le atrage, prin urmare, către centrul orbitelor. Newton a reuşit să arate că această lege se aplică în cazul Pământului şi al Lunii. Depărtarea faţă de Pământ a Lunii este de 60 de raze terestre.

Newton a comparat forţa care acţiona asupra traiectoriei Lunii, deviind-o în timp de o secundă de la traiectoria sa tangenţială, cu forţa care acţiona asupra unui corp care cade de pe suprafaţa Pământului pe distanţa pe care o parcurge într-o secundă. Astfel, el a descoperit că forţa care acţiona asupra corpului care cade de pe suprafaţa Pământului este de 3600 (60x60) de ori mai mare decât cea care acţiona asupra traiectoriei Lunii, ajungând la concluzia că una şi aceeaşi forţă, guvernată de o lege de mişcare unică, se aplică în toate cele trei cazuri. Corelând traiectoria Lunii cu acceleraţia gravitaţională de la suprafaţa Pământului, i-a aplicat cuvântul din latină veche gravitas (greutate). Legea gravitaţiei universale pe care şi-a confirmat-o studiind fenomenul mareelor şi traiectoriile cometelor, afirmă că fiecare particulă de materie din Univers exercită asupra alteia o forţă de atracţie proporţională cu o masa particulelor şi invers proporţională cu pătratul distanţei dintre ele şi centrele lor.

În 1686, când Societatea Regală a primit manuscrisul complet al volumului, Hooke l-a acuzat pe Newton de plagiat, o acuzaţie care nu se susţine în niciun fel. Pe de altă parte, reacţia lui Newton spune multe despre caracterul său. Hooke ar fi fost mulţumit dacă Newton i-ar fi recunoscut meritele; acesta ar fi fost un gest frumos şi mărinimos din partea lui Newton faţă de un om bolnav, care-şi trăia ultimii ani din viaţă. Dar reacţia lui Newton a fost să-şi revizuiască manuscrisul şi să scoată aproape orice referire la Hooke. Furia sa a fost atât de mare, încât a refuzat să-şi publice Optica ori să accepte funcţia de preşedinte al Societăţii Regale până la moartea lui Hooke.

Sir Isaac Newton - viaţa şi opera (4)