Isaac Newton

Nacque il 25 dicembre 1642, presso il borgo di Woolsthorpe a sud di Grantham una città vicino Nottingam; da Isaac Newton e Hannah Ayscough. Il padre morì tre mesi prima della sua nascita a soli 37 anni.

Isaac nacque prematuro, piccolo e gracile. La madre due anni più tardi si risposò con il reverendo Barnabas Smith, rettore di una parrocchia a due chilometri da Woolsthorpe. Così il piccolo Newton fu affidato alla nonna materna e allo zio, la madre Hannah andò ad abitare col nuovo marito.

A 12 anni Isaac frequentò la scuola superiore di Grantham alloggiando presso una famiglia di farmacisti, i Clark, cominciando i primi studi di chimica e leggendo nella soffitta molti libri. A scuola gracile come era, spesso si allontanava dagli altri ragazzi che lo prendevano in giro per il suo fisico, e spesso stava in disparte a meditare. Aveva anche una passione per i giocattoli meccanici che inventava e costruiva lui stesso. Questa passione lo occupava tanto che spesso tralasciava gli studi, riprendendoli alcuni mesi dopo, rimettendosi allo stesso livello dei compagni nello stupore dei maestri. Inventò anche un orologio ad acqua che sfruttando il dislivello tra due recipienti consentiva di leggere l'ora su un galleggiante alimentato dal serbatoio superiore. In quegli anni fece molte altre esperienze, costruì un aquilone con il quale vi attaccava una lanterna per terrorizzare i contadini, osservava il moto delle ombre sui muri e in pochi anni costruì un quadrante solare.

Nel 1656 morì anche il secondo marito di Hannah, la quale rimasta sola volle Isaac con sé nella vecchia casa di Woolsthorpe. Così a 16 anni ma la madre lo indirizzò al lavoro nelle terre di famiglia, al bestiame e ai raccolti; ma pur con tutta la buona volontà Isaac non ne era predisposto, tanto da lavorare male e disinteressatamente, pensando solo ai suoi libri e ai suoi complicati meccanismi. Così, consigliata da Mr Stokes direttore della scuola superiore di Grantham, decise di fargli proseguire gli studi per prepararlo all'ammissione all'università. Newton quindi ritornò presso i Clarke per studiare.

Nel 1660 a 18 anni passò l'esame di ammissione al Trinity College di Cambridge. Iniziò a studiare tutte le materie come: la matematica e la geometria per la quale lesse gli Elementi di Euclide accantonandoli poco dopo e trovandoli eccessivamente facili. Preferì quindi dedicarsi alla lettura della Geometria di Descartes.

All'università il suo professore Isaac Barrow, gli diede le prime nozioni di matematica. Fu particolarmente attratto dalle lezioni matematico-geometriche di Descartes detto Cartesio, il quale a quel tempo aveva appena scoperto le applicazioni delle equazioni algebriche alle curve, e a superfici di geometria classica. Apprese anche tutte le nuove tecniche di calcolo algebrico e trigonometrico, conoscenze importanti per le sue future scoperte.

Nel gennaio 1665 Newton si laureò. Ma la peste che per parecchi anni fece stragi in Europa arrivando anche in Inghilterra, e per questa ragione l'università fu chiusa; così tornò nella casa di Woolsthorpe ove trascorse due anni meditando e lavorando a nuove idee. Questi due anni furono i più fecondi per lui, infatti, compì numerosi studi e scoprì molte applicazioni matematiche come: un metodo generale per risolvere le proprietà delle linee curve e delle aree ad essi delimitate, nonché la formula del teorema del binomio per la somma di due termini elevati a potenza frazionaria positiva o negativa. Importante è senza dubbio la scoperta del calcolo delle flussioni ossia il calcolo differenziale e integrale. Questa scoperta apparve nella sua prima monografia il 20 maggio 1665, un'importante data, perché da allora iniziò una lunga controversia con Leibniz (1646-1716) sulla potestà della scoperta. Newton usava spesso iniziare dei lavori e poi accantonarli per diversi anni. E così fece per il metodo delle flussioni, riprese le stesse formule quando Leibniz, un grande filo-sofo e matematico tedesco, scoprì appunto questo metodo indubbiamente migliorato rispetto a quello che presentava Newton. Lo scontro fu molto duro, tra i due non correva buon sangue e per anni i loro allievi difendevano l'uno o l'altro maestro. Newton e Leibniz infatti non si riconciliarono mai proprio per questa controversia. Resta da dire che di chiunque sia la paternità della scoperta rimane sempre un notevole passo in avanti dal punto di vista matematico. Parte proprio da questo secolo la base per lo sviluppo della moderna matematica.

Il telescopio newtoniano

Il biennio 1665-66 come ho già detto, fu per Newton un periodo particolarmente fecondo, oltre alle suddette scoperte c'é da annoverare i suoi studi sull'ottica e sulla luce. In quegli anni iniziò l'interesse per i telescopi, appena inventati da Galileo nel 1616 e successivamente perfezionati da Huygens e Descartes. I primi telescopi risalgono proprio a quel secolo in cui era evidente il difetto dell'aberrazione cromatica per tutte le ottiche a rifrazione, comportando diversi fuochi per ogni colore dello spettro. Newton allora dopo essersi per lungo tempo dedicato al taglio e alla costruzione di lenti per telescopi, abbandonò gli esperimenti per dedicarsi allo studio dei telescopi riflettori, che esistevano già prima dello scienziato. I primi passi infatti erano cominciati con James Gregory, il quale aveva pensato già a uno specchio concavo per raccogliere la luce e mandarla a uno specchio secondario. Ma dei suoi studi non realizzò nulla. Invece Cassegrain nel 1668 realizzò la celebre configurazione ottica, da ciò Newton pensò di costruire un telescopio sullo stesso principio, ma con uno specchio secondario inclinato a 45° in modo da spostare il fuoco al lato del tubo. Da allora è nato il moderno telescopio Newtoniano che risolve molti problemi ottici e agevola la raccolta della debole luce delle stelle. La costruzione del primo modello avvenne un anno dopo, avendo studiato e lavorato lui stesso allo specchio nei suoi laboratori. In una lettera del 23 febbraio 1669 scriveva:« ...penso che sia più di quanto possa fare qualsiasi cannocchiale da sei piedi - aggiungendo - Ma, tenendo conto del cattivo materiale adoperato e della mancanza di una buona levigazione, esso non rappresenta gli oggetti altrettanto distintamente di un cannocchiale da sei piedi. Darà tuttavia la possibilità di fare altrettante scoperte che un cannocchiale di tre o quattro piedi, soprattutto trattandosi di oggetti luminosi. Con questo strumento ho visto distintamente il disco di Giove, i suoi satelliti e la falce di Venere». Infine quasi sconsolato concludeva: «Sono persuaso che un cannocchiale normale, anche se costruito con una lente purissima, perfettamente levigata, secondo la migliore forma fino a oggi calcolata, o calcolabile in futuro, da un qualsiasi scienziato potrà essere di poco superiore a un cannocchiale meno perfetto della stessa lunghezza. E benché questa affermazione possa sembrare paradossale, non è che la naturale conseguenza di un certo numero di esperimenti da me fatti, relativi alla natura della luce».

L'11 febbraio 1671 Newton presentava il suo nuovo modello di telescopio ai soci della Royal Society. La società nacque ufficialmente il 15 luglio 1662 e composta inizialmente da cinquantadue soci. Così alla presentazione del telescopio il giovane Newton, con tutte le carte in regola, entrò ufficialmente nella nuova associazione. Huygens (1629-1695) ebbe l'incarico di assicurare e proteggere i diritti di proprietà del telescopio, in previsione della presentazione ufficiale nel continente.
Interessante è una lettera di Huygens a Oldenburg segretario della Royal Society del 1° gennaio 1672: «Mi faccio premura di spiegarle l'invenzione del nuovo telescopio del signor Isaac Newton, professore di matematica a Cambridge. Tutto quello che posso dirle per ora è che dal primo esperimento da noi esaminato risulta che, confrontando le due immagini, l'oggetto rappresentato dal telescopio di circa 6 pollici, è 9 volte più grande di quello rappresentato da un normale telescopio di 25 pollici. L'operazione avviene mediante due riflessioni, la prima riflette l'oggetto da un concavo metalinizzato ad uno specchio piano pure metalinizzato, l'altra da questo specchio ad una piccola lente oculare piano convessa che rinvia l'oggetto all'occhio rappresentandolo senza alcun colore e molto distintamente in tutte le sue parti.» Il 15 gennaio: «Le saremo grati se vorrà inviarci la sua opinione. Con un simile telescopio probabilmente non sarà facile trovare nè gli oggetti nè una sostanza riflettente che possa conservarsi nitida. Riteniamo però di poter trovare degli espedienti per ambedue i casi.»

Nei famosi anni di pausa Newton oltre ai suddetti esperimenti iniziò i suoi studi sull'ottica che ben presto sfociarono nel telescopio a riflessione e che continuarono nel 1669 con esperimenti sulla luce; agevolati dal fatto che il suo grande maestro Isaac Barrow abbandonò la cattedra di Cambridge per cederla successivamente al suo allievo. Così facendo Newton aveva la sicura rendita economica e poteva tranquillamente dedicarsi ai suoi studi; infatti doveva tenere un corso settimanale, più due lezioni per altri studenti, potendosi gestire gli argomenti da trattare tra fisica e matematica. Inoltre per gratitudine nei confronti della Royal Society che lo aveva associato, presentò una monografia sui suoi esperimenti della luce, i Philosophical Transactions; l'opera, indubbiamente un passo importante nella storia della fisica moderna oltre ad essere un valido testo di ottica, ebbe una grande risonanza sui contemporanei di Newton. La Royal Society così decise di ringraziare solennemente Newton con la pubblicazione. Per regolamento interno una commissione della Society doveva giudicarne il valore, Robert Hooke (1635-1702) era uno di quelli, il quale con tono critico, non condivise molte teorie. Hooke non era convinto della scomposizione dei colori da parte della luce bianca, nonché della teoria sul fenomeno dei colori. Anche Huygens lesse l'opera e criticò la teoria corpuscolare che Newton sosteneva, egli infatti era propenso per la teoria ondulatoria della luce. Ma Huygens non aveva inteso profondamente il senso dei suoi esperimenti e in alcuni casi gettò critiche eccessive, tanto che Newton dichiarò che Huygens fosse incapace di giudicare la sua opera. Le altre critiche ricevute successivamente da altri scienziati lo fecero decidere di abbandonare la carriera di scienziato. Ma le critiche non finivano solo lì, perché anche Hooke si mise contro. Egli era un importante scienziato dell'epoca, fece molte osservazioni col microscopio di sua invenzione, pubblicando Micrographia. In effetti conosceva bene l'ottica e i princìpi delle combinazioni tra lenti, sostenendo la teoria ondulatoria della luce.
Forse chi aumentò molto la controversia tra Hooke e Newton fu Oldenburg acerrimo nemico del primo, il quale difese Newton accentuado la controversia. E Newton per far capire il senso vero di ciò che affermava nel trattato, scrisse molte lettere a Hooke chiarendo il vago senso delle parole. Nel 1675 scrisse alla Royal Society un manoscritto Ipotesi per spiegare le proprietà della luce, parlando degli esperimenti condotti sui colori prodotti da lamine sottili. Ma Hooke rivendicò la sua priorità della scoperta citata anche nella Micrographia. Da allora Newton non mandò più nulla alla Society. Solo nel 1704 un anno dopo la morte di Hooke pubblicò il Trattato d'ottica sulle riflessioni, rifrazioni e colori della luce. Poi nel 1717 aggiunse nella seconda edizione dell'Ottica trentuno questioni sulla luce. Indubbiamente un libro che aprì molte porte a nuove conoscenze e teorie sulla natura della luce, nonché sulla fisica delle lenti.

Ma le scoperte e le discordie non finiscono qui, infatti anche per quanto riguarda la scoperta della gravitazione universale già da anni iniziavano i dibattiti sulla natura del movimento e di tutta la meccanica celeste. Dopo le tre famose leggi sul movimento dei corpi celesti di Keplero. Sarà Newton a dare certezza matematica anche se da tempo si affermava la medesima cosa ma in maniera empirica. Perché Gassendi credeva che la gravità fosse creata dall'attrazione della Terra. Nonché Hooke, diceva che esisteva una forza gravitazionale decrescente all'aumentare della distanza del pianeta dal Sole.

Nel famoso biennio 1665-66 inizia la prima idea della gravitazione: «Ero allora all'apice della forza creatrice, e non provai mai più una tale passione per la filosofia». Fu poi Voltaire a rendere famoso quel racconto sulla scoperta della gravitazione, ovvero la caduta di una mela dall'albero con la quale suppose l'origine del fenomeno della gravità.

Una volta assimilata la convinzione che la gravità ha certe caratteristiche, Newton cercò di trovarne una formula matematica per spiegare il fenomeno. Il suo ragionamento partì dalle leggi di Keplero, che affermando come un corpo ruoti attorno al sole in orbite ellittiche, ne deduce che ciò debba avvenire con un equilibrio di forze; una centripeta e l'altra centrifuga. Ma poiché non riusciva a calcolare la forza centrifuga di un ellisse paragonò l'orbita a un cerchio, calcolò così la forza e capì che è inversamente proporzionale al quadrato della distanza: aveva scoperto la legge di gravitazione universale e senza rendersi conto dell'importanza la accantonò per anni.

In questo periodo tutti sapevano che Newton aveva abbandonato gli studi della filosofia e precisamente dopo la polemica con Hooke riguardo il suo trattato di ottica. Sembrava anche che tra i due le acque si fossero calmate, quando Hooke che allora era diventato segretario della Royal Society chiese a Newton alcuni commenti riguardo persone esperte che potessero misurare la differenza di latitudine tra Londra e Cambridge. Egli rispose di non conoscerne e di non dedicarsi più alla filosofia. Ma in realtà Newton aveva appena deciso di riprendere le idee sulla gravitazione, ma non voleva comunicarle a nessuno. Fu Halley (1656-1742) membro anch'egli della Society il quale non era del tutto daccordo con le idee di Hooke, che andò a trovare Newton per sapere di più sui suoi studi precedenti riguardo la gravitazione. Newton diede delle sue ipotesi che piacquero tanto a Halley da convincerlo a pubblicare un opera, il De Motu corporum, parlando dei tanti problemi riguardo il movimento dei pianeti. Ma solo nel 1687 Newton si convinse a scrivere la sua più grande opera, Philosophiae naturalis Principia mathematica. L'opera è composta di tre libri. Il primo libro inizia riportando definizioni o leggi sul movimento.           

IV Definizione: La forza impressa è l'azione mediante la quale lo stato del corpo si cambia, sia che si tratti di stato di riposo sia di movimento rettilineo uniforme.

V Definizione: Si chiama forza centripeta quella forza che fa tendere i corpi verso un punto determinato, per esempio verso un centro, sia che siano attratti o spinti verso questo punto o che vi tendano in un modo qualunque. Un proiettile non ricadrebbe verso terra se non fosse mosso dalla forza di gravità, ma se ne andrebbe in linea retta verso i cieli con un movimento uniforme, se la resistenza dell'aria fosse nulla. E' dunque la gravità che lo devia dalla linea retta e che lo flette continuamente verso la terra. La traiettoria si flette più o meno, asseconda della gravità e delle velocità del movimento del proiettile. Per la stessa ragione di un proiettile che girasse attorno alla terra per la forza di gravità, anche la Luna per la sua forza di gravità (supposto che essa graviti) o per qualsiasi altra forza che la porti verso terra, potrebbe essere deviata a ogni istante dalla linea retta per avvicinarsi alla terra ed essere costretta a muoversi secondo una linea curva, e senza tale forza non potrebbe essere trattenuta nella sua orbita.
Il libro prosegue enunciato le tre leggi generali del moto. La legge d'inerzia: Ogni corpo persevera nello stato di riposo o di moto in linea retta uniforme nel quale si trova, a meno che qualche forza non agisca su di esso e non costringa a cambiare stato.
La legge della forza: La forza è uguale al prodotto della sua massa per l'accelerazione impressagli.
La legge di azione e reazione: L'azione è sempre uguale ed opposta alla reazione: vale a dire che le azioni dei due corpi, l'uno sull'altro, sono sempre uguali e in direzioni contrarie.

Il secondo libro parla del moto dei corpi, accenna alla teoria della resistenza dei fluidi, parla delle resistenze opposte dall'aria con i pendoli e la traiettoria di un proiettile. Sviluppa considerazioni sulla velocità di propagazione delle onde, sulla natura corpuscolare della luce e studi di idrodinamica e idrostatica.

Nel terzo libro Newton parla del sistema del mondo, del movimento dei pianeti, e confermando le leggi di Keplero, calcola la massa del sole, determina la densità con un errore del 10%. Parla della precessione degli equinozi come un moto di 26000 anni. Spiega in maniera definitiva la teoria delle maree come moto causato dall'attrazione della luna e del sole, descrive il moto delle comete come parabole attorno al sole. E conclude il libro con quattro importanti affermazioni e consigli che uno scienziato deve tenere in considerazione:

1. Bisogna ammettere soltanto le cause necessarie per spiegare i Fenomeni.
2. Gli effetti dello stesso genere devono sempre essere attribuiti, per quanto è possibile, alla stessa causa.
3. La qualità dei corpi non suscettibili di aumento o di diminuzione e appartenenti a tutti i corpi sui quali si possono fare degli esperimenti, devono essere considerate come appartenenti a tutti i corpi in generale.
4. Nella Filosofia sperimentale le proporzioni, tratte dai fenomeni per induzione, devono essere considerate, malgrado le ipotesi contrarie, come esatte o quasi vere, fino a che qualche altro feno-meno confermi la loro veridicità o dimostri che sono soggette a eccezioni.

I Principia furono pubblicati da Halley che curò i rapporti con l'editore. Il 23 maggio 1686 scrisse: «I membri della Royal Society, ai quali il dottor Vincent presentò il 28 scorso l'incomparabile trattato Philosophiae naturalis Principia mathematica da lei scritto e a loro dedicato, furono talmente sensibili a questo onore che si sono affrettati a rivolgerle i loro calorosi ringraziamenti, decidendo inoltre di convocare un consiglio per deliberare la pubblicazione dell'opera. Ma data l'assenza del presidente, in servizio presso il re, e dei vice presidenti che il bel tempo aveva allontanato dalla città, il consiglio non si è ancora riunito per prendere le decisioni necessarie.[...] La devo inoltre informare che il signor Hooke pretende di essere l'autore della scoperta della legge della gravità decrescente, inversamente proporzionale al quadrato delle distanze dal centro. Afferma che Ella gli è debitore dell'idea, benché riconosca che la conseguente dimostrazione delle curve è opera sua. Ella sa come stanno le cose esattamente, e come bisogna affrontare il problema, ma sembra che il signor Hooke pensi che nella prefazione, qualora Ella abbia l'intenzione di scriverla, debba essere citato il suo nome. Voglia perdonarmi se le dico tutto ciò, ma ritengo mio dovere informanla, perchè possa agire di conseguenza. Sono persuaso infatti che dalla parte di una persona che non ha certo bisogno di usurpare la fama altrui, non ci si possa aspettare che la più completa sincerità. La pubblicazione inizierà non appena Ella mi avrà fatto conoscere le sue decisioni, perciò la prego ancora una volta di farmele avere il più presto possibile».

Nel 1687, in Inghilterra spirava un periodo di relativo fervore in quanto era cambiato il re, Giacomo II aveva lasciato il posto a Carlo II. Questo complicò le cose per l'università di Cambridge, poiché fu introdotta la legge che vietava l'accesso dei non anglicani alle cariche pubbliche e alle università. Da qui nacque una grave crisi che sfociò in una rivoluzione nel 1688. Newton era ancora intento alla revisione dei Principia, e non si occupava di politica. Ma proprio in quegli anni l'università lo elesse rappresentante al parlamento per sbloccare la situazione e fare gli interessi degli scienziati. Così in questo periodo inizia per lui una fase ove abbandona gli studi scientifici per dedicarsi di più alla teologia, alle discussioni sulla trinità ecc. Tra l'altro conobbe il filosofo Locke con il quale strinse un'intima amicizia. Poi perse anche la madre, fu un duro colpo che lo portò nel 1693 a un periodo di pazzia o eccessivo esaurimento nervoso. Solo con l'affetto dei suoi amici riuscì ad uscire da questa grave crisi.

Il 19 marzo 1696 il suo amico Montague diventato ministro delle finanze lo nominò amministratore generale della zecca. Con questo incarico Newton potè disporre di maggior tempo libero e di un ottimo stipendio, si trasferì a Londra ma conservò il posto all'università. La sua nomina fu davvero essenziale. A quel tempo la moneta inglese era in balìa del caos, perchè era priva di una forgiatura anti falsari. Capitava spesso di contrabbandare monete false e di riprodurle, così per ovviare a questo enorme problema Newton fece coniare le nuove monete, ne rivoluzionò la forma, introdusse la zigrinatura e ammodernizzò la stampa. Questo cambiamento è alla base dell'ordina-mento monetario moderno dell'inghilterra.

Il 10 dicembre 1701 si dimise dalla cattedra dell'università, e il 30 novembre 1703 fu eletto presidente della Royal Society. La carica la conservò sino alla fine. Nei suoi ultimi anni di vita si interessò molto di teologia, scrisse anche delle opere teologiche, e curò l'interpretazione delle Sacre Scritture nelle parti inerenti l'Apocalisse e le profezie di Daniele: «Questa ammirevole disposizione del sole, dei pianeti e delle comete non può essere che l'opera di un essere onnipotente e intelligente. E se ogni stella fissa è il centro di un sistema simile al nostro, è certo che tutto deve essere soggetto a un solo e medesimo Essere, dato che esso porta l'impronta di uno stesso disegno, perchè la luce che si scambiano reciproca-mente il sole e le stelle fisse è della stessa natura, Inoltre colui che ha organizzato questo universo, ha collocato le stelle fisse a una immensa distanza la une dalle altre, per timore che questi globi non cadessero gli uni sugli altri, per la loro forza di gravità. Questo Essere infinito governa tutto, non come anima del mondo, ma come Signore di tutte le cose. E per questo suo dominio, il Signore Iddio si chiama Signore Universale. Perchè la parola Dio è una parola relativa che si riferisce ai suoi servitori; e si deve intendere per divinità colui che possiede la potenza suprema non soltanto sugli esseri materiali, come pensano coloro che considerano Dio unicamente come anima del mondo, ma anche sugli esseri pensanti a lui soggetti. L'altissimo è un essere  infinito, eterno, perfet-tissimo: ma un essere, per quanto perfetto, che non possedesse il dominio, non sarebbe Dio.»

Negli ultimi anni della sua vita Newton si ammalò di polmonite, che gli diede problemi per molti anni finché il 20 marzo 1727 morì a 85 anni. Fu seppellito a Westminster ove nella tomba vi si trova scritto: «Si rallegrino i mortali che sia esistito un tale e così grande onore del genere umano».

         

In vita ricordiamo alcune opere importanti:

1668 Tractatus de quadratura curvarum

1684 Del moto

1687 Philosophiae naturalis Principia mathematica

1704 Ottica: o trattato della riflessione, inflessione e colori della luce

1707 Aritmetica universale

1712 Teoria delle curve di terzo ordine

1736 Metodo delle flussioni e delle serie infinite.

   

Newton segna il passo decisivo nei confronti della separazione netta nata da Galileo, tra scienza dimostrata e filosofia empirica. Il mondo e le sue leggi vanno discusse e dimostrate, egli fece così per tutte le sue scoperte, vedi la gravitazione e le infinite applicazioni della fisica. Egli fu l'ultimo grande uomo che riuscì a scoprire e studiare in diversi campi. Da allora la scienza è progredita così tanto che un uomo non può avere tali conoscenze specifiche in materie diverse. Alla base della meccanica celeste e della fisica classica c'é Newton. Grazie alla sua genialità nacque il telescopio Newtoniano, e sempre grazie a lui il mondo conosce le tre leggi del moto, altre dell'ottica dell'idrodinamica della fisica e anche della filosofia. Newton è un mondo da scoprire, un universo da esplorare, colui che genialmente ha rivoluzionato il sapere del 600. Non fu un grande astronomo, ma diede un enorme contributo all'astronomia non solo con la legge universale!