Isaac Newton

Isaac Newton nacque la mattina del 25 dicembre 1642 a Woolsthorpe nel Lincolnshire. Newton visse a Woolsthorpe con la madre fino all’età di tre anni, quando lei si sposò per la seconda volta. Hannah, la madre andò a vivere col nuovo marito nel North Witham, lasciando Newton alle cure della nonna. È molto probabile che Newton abbia odiato il suo padre adottivo, visto che era stato abbandonato. Newton iniziò ad andare alla King Edward Grammar School a Grantham e perciò dovette trasferirsi a casa di amici della madre. Nel 1661 entrò al Trinity College a Cambridge, grazie anche agli sforzi fatti dallo zio per convincere la madre. Nel 1665 si laureò, ma dovette abbandonare l’università a causa di un’epidemia di peste. Ritornò al Trinity College nel 1667 e l’anno successivo fu nominato professore.Nel 1672 fu eletto membro della Royal Society di Londra. Tre anni dopo, ai meeting, spiegò le sue ipotesi sulla luce. Nel 1687 fu pubblicata la prima edizione di Principia e nel 1704 la prima di Opticks.Nel 1700 fu nominato capo della zecca, tre anni dopo lo fu della Royal Society e nel 1705 fu eletto Sir dalla regina Anna.Newton s’interessava anche all’alchimia e alla teologia, ma gli storici non hanno trovato relazioni fra questi interessi e i suoi studi. Morì nel 1727.

Ottica

Newton ebbe per primo l’idea che la relazione tra lo stimolo della luce e la sensazione di colore si potesse rappresentare con un modello matematico. Egli muove dall’ipotesi che i diversi colori corrispondono a sensazioni diverse prodotte da raggi, composti da particelle elementari di diversa forma e consistenza. Ma se raggi luminosi che generano diverse sensazioni di colore sono diversi, allora, pensa Newton, possono essere separati attraverso la rifrazione. L’esperienza del prisma conferma questa intuizione, mostrando che la luce bianca è una mescolanza eterogenea di colori, i cui raggi hanno ciascuno un diverso angolo di rifrazione. Newton, in questo modo, è certo di avere dato una dimostrazione rigorosa e sperimentale della teoria corpuscolare della luce.

Basandosi su di essa, egli fu in grado di spiegare le leggi della riflessione e della rifrazione. La sua deduzione della legge della rifrazione è basata sull’ipostesi che la luce viaggi più velocemente nell’acqua o nel vetro che nell’aria. Infatti Newton suppose che le particelle luminose (corpuscoli luminosi) fossero fortemente attratte dall’acqua; perciò quando si avvicinavano alla superficie esse ricevevano un impulso momentaneo che  aumentava la componente della quantità di moto perpendicolare alla superficie. In tal modo la direzione della quantità di moto delle particelle cambiava, e il fascio di luce veniva deviato verso la normale alla superficie, in accordo con gli esperimenti. Una condizione importante per questa teoria è appunto che la velocità della luce sia maggiore in acqua che in aria, ma ciò non è vero come verrà dimostrato circa 200 anni dopo.

Huygens, uno dei principali sostenitori della teoria ondulatoria, usando la sua costruzione delle onde elementari, fu in grado di spiegare la riflessione e la rifrazione, supponendo che la luce viaggi più lentamente nel vetro o nell’acqua che nell’aria. Newton aveva intravisto i vantaggi della teoria ondulatoria della luce, in particolare perché essa spiegava i colori formati da lamine sottili, che egli aveva studiato estesamente. Ciononostante, egli respinse questa teoria poiché le sue osservazioni indicavano che la luce si propaga in linea retta.

A causa della grande reputazione e autorità di Newton, questo rifiuto della teoria ondulatoria della luce, basato sulla mancanza di osservazioni sulla diffrazione, fu pienamente approvato dai suoi seguaci. E’ per questo che la teoria corpuscolare della luce di Newton fu accettata per più di un secolo. 

Matematica

Nel 1666, quello che fu detto il suo “Annus Mirabilis”, Newton fece molte scoperte. Per quanto riguarda la matematica, generalizzò il metodo che veniva usato per disegnare le tangenti alle linee curve, per poter calcolare l’area dei grafici, scoprendo così che entrambi i procedimenti erano operazioni inverse l’una dell’altra. Inoltre sviluppò un nuovo metodo (il calcolo) che portò la matematica moderna al livello della geometria greca. Non divulgò però le sue scoperte, così nel 1675 il matematico tedesco Leibniz arrivò allo stesso risultato (seguendo però un’altra strada) e lo chiamò “calcolo differenziale”. Nel 1704, però, Newton pubblicò un’edizione dettagliata del suo metodo di calcolo. Questa disputa durò quasi fino alla morte dei due. Ad ogni modo le teorie di Newton si erano già espanse in ambiente scientifico, in modo che, nel 1669, aveva ottenuto la cattedra di matematica a Cambridge.

Meccanica e Gravitazione

Newton dà alle stampe nel 1687 gli importantissimi Principi matematici di filosofia naturale, in cui offre una dimostrazione matematica della teoria copernicana così come era stata posta da Kepler. L’intento è quello di spiegare tutti i fenomeni dei moti celesti, per mezzo di un’unica legge per la quale la forza di attrazione esercitata dal Sole su ciascun pianeta è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dal Sole stesso. E’ questo il primo passo che porterà Newton alla formulazione della legge di gravitazione universale, in base alla quale due corpi qualsiasi si attraggono reciprocamente con forza direttamente proporzionale alla loro massa ed inversamente proporzionale alla loro distanza, con il che risultano unificati, sotto un solo principio esplicativo, tutti i fenomeni di moto, sia celesti che terrestri, oltre che risolto l’annoso problema della spiegazione delle maree.

Un fisico inglese suo contemporaneo, Robert Hooke, ipotizzò che i pianeti siano soggetti a una forza che li tiene legati al sole (forza centripeta). Una delle novità di questa ipotesi è che il movimento dei corpi non viene più spiegato, come nel cartesianesimo, attraverso la totalità del sistema materiale al quale essi appartengono, ma attraverso interazioni reciproche dei singoli corpi tra cui si esercitano a distanza le forze fisiche. Newton perciò iniziò a studiare l’ipotesi di Hooke cercando di verificarne gli effetti a livello matematico. Usando la legge di Huygens e la terza legge di Keplero Newton riuscì a trovare un unica formula che descriveva il moto dei pianeti e che spiegava il cadere dei gravi sulla Terra, raccogliendo così l’universo in un unico ed essenziale ordine matematico.

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