1942 Artículo de Einstein que conmemora el 300 aniversario del nacimiento de Newton.

(2004-02-05)

La espléndida cultura de la antigua Grecia quedó sepultada y eclipsada en la larga y oscura Edad Media. En el siglo XV, la bandera del Renacimiento ondeaba en el continente europeo y las ciencias naturales renacían y florecían. Gigantes científicos como N. Copérnico, Tycho, J. Kepler, Galileo y R. Descartes son todos famosos en Europa. Una revolución científica rompió las capas de fuerzas feudales y escolásticas en la Edad Media y siguió triunfando.

Newton, el gran científico y fundador del sistema teórico de la física clásica, nació en una era de nuevos cambios en la política, la economía, la ciencia y la cultura europeas.

Antecedentes y vida familiar

1643 65438 + 4 de octubre (calendario juliano 1642 65438 + 25 de febrero) Newton nació en Ulsp, un pequeño pueblo de Lincolnshire, Inglaterra. agricultores. El padre de Newton murió antes de que él naciera. Newton nació débil. Tres años más tarde, su madre se volvió a casar con un sacerdote y dejó al niño con su abuela. Ocho años más tarde, el vicario murió y la madre de Newton regresó a Thorpe, Urs, con un hijo y dos hijas de su marido. Newton fue taciturno y testarudo desde niño, lo que puede deberse a su situación familiar. Cuando era adolescente, a Newton le gustaba hacer trucos mecánicos. Cuenta la leyenda que hizo un modelo de molino, impulsado por un pequeño ratón y una vez, mientras volaba una cometa, colgó una pequeña lámpara de una cuerda; Por la noche, los aldeanos se sorprendieron al encontrar la aparición de un cometa. Le gustaba pintar y grabar, especialmente los relojes de sol. Tallaba relojes de sol y los colocaba en todos los rincones y alféizares de las ventanas de su casa para comprobar el movimiento de la sombra del sol y saber la hora. A la edad de 12 años ingresó a la escuela secundaria Granger, no lejos de su casa. La madre de Newton esperaba que él se convirtiera en agricultor y mantuviera a su familia, pero el propio Newton no tenía esa intención y amaba tanto leer que a menudo se olvidaba de trabajar. A medida que crecía, Newton se aficionó cada vez más a leer, meditar y realizar pequeños experimentos científicos. Mientras estudiaba en Grantham High School, vivió en la casa de un farmacéutico y fue influenciado por experimentos químicos. El rendimiento académico de Newton en la escuela secundaria no fue sobresaliente, pero le encantaba leer y sentía mucha curiosidad por los fenómenos naturales, como los colores, el movimiento de las cuatro estaciones, especialmente la geometría, la teoría heliocéntrica de Copérnico, etc. También toma notas sobre su experiencia de lectura por categoría y le gusta crear artilugios, trucos, inventos y experimentos ingeniosos. En ese momento, la sociedad británica estaba infiltrada por ideas protestantes y dos parientes de la familia Newton eran sacerdotes, lo que pudo haber afectado la vida religiosa de Newton en sus últimos años. A partir de estos entornos y actividades ordinarios, no podemos ver que Newton fuera un niño con talentos sobresalientes. Sin embargo, J. Stokes, director de Grantham High School, y W. Escue, el tío de Newton, un ministro, mostraron una gran perspicacia y animaron a Newton a ir a la universidad. Newton ingresó al Trinity College de Cambridge como estudiante con tarifa reducida en 1661, recibió una beca en 1664 y recibió su licenciatura en 1665. A mediados del siglo XVII, el sistema educativo de la Universidad de Cambridge todavía estaba impregnado del sabor del escolasticismo medieval. Cuando Newton ingresó a la Universidad de Cambridge, todavía había algunos cursos académicos, como lógica, chino clásico, gramática, historia antigua, teología, etc. Dos años después, el Trinity College tiene un aspecto completamente nuevo. H. Lucas creó una conferencia única que estipulaba que se debían enseñar conocimientos de ciencias naturales como geografía, física, astronomía, matemáticas, etc. El primer profesor de la conferencia, según creo, era un científico erudito. Fue este maestro quien introdujo a Newton en las ciencias naturales. Durante este proceso de aprendizaje, Newton dominó la aritmética y la trigonometría y aprendió los principios geométricos de Euclides. También leyó "Óptica" de Kepler, "Principios de geometría y filosofía" de Descartes, "Dos sistemas mundiales" de Galileo, "Atlas microscópico" de R. Hooke, así como "Historia de la Royal Society" y "Principios de Filosofía". de Filosofía Temprana. Newton estudió con Barro, que fue un período crítico de su aprendizaje. Burrow es 12 años mayor que Newton. Era bueno en matemáticas y óptica. Admiraba mucho el talento de Newton. Creía que Newton podría superarse a sí mismo en matemáticas. 1665~1666 Plaga en Londres. Cambridge no está lejos de Londres y las escuelas están cerradas por miedo al contagio. Newton regresó a su ciudad natal de Thorpe en junio de 1665.

Debido a que Newton fue influenciado y formado por las matemáticas y las ciencias naturales en Cambridge, estaba muy interesado en explorar los fenómenos naturales. En los dos años comprendidos entre 1665 y 1666, estuvo lleno de pensamiento en el campo de las ciencias naturales. Tenía talento y emergió en gran número. Pensó en problemas que nadie había considerado antes, entró en campos que nadie antes había planteado. intervino y creó logros sorprendentes y sin precedentes.

A principios de 1665, creó el método de aproximación de series y la regla para convertir binomios de cualquier potencia en series. En junio del 165438+octubre del mismo año se estableció el método de números de flujo directo (cálculo diferencial); en junio del año siguiente se estudió la teoría del color y en mayo se comenzó a estudiar el método de números de flujo inverso (cálculo integral); . Durante este año, Newton también empezó a pensar en la gravedad y quiso extender la teoría de la gravedad a la órbita lunar. También dedujo de las leyes de Kepler que la fuerza que mantiene a los planetas en su órbita debe ser inversamente proporcional al cuadrado de su distancia desde su centro de rotación. La leyenda de que Newton se dio cuenta de la gravedad sólo cuando vio una manzana caer al suelo también es una anécdota que sucedió en esta época. En definitiva, durante los dos años que vivió en su ciudad natal, Newton se dedicó a la creación científica y se preocupó por la filosofía natural con más energía que antes. Puede verse que las grandes ideas científicas de la vida de Newton fueron concebidas, germinadas y formadas en sus dos cortos años de juventud y pensamiento agudo.

Newton regresó a la Universidad de Cambridge en 1667 y fue seleccionado como compañero de Trinity College Middle School en junio de 1667, y como compañero de escuela primaria el 16 de marzo del año siguiente. Burrow era plenamente consciente del talento de Newton en ese momento. 1669 10 El 27 de octubre, Barrow le pidió a Newton, que sólo tenía 26 años, que lo sucediera como profesor de la conferencia Lucas. Newton dedicó sus conferencias a la óptica (1670 ~ 1672), la aritmética y el álgebra (1673 ~ 1683) y la primera parte de los principios matemáticos de la filosofía natural (en lo sucesivo, los principios) (1684 ~ 6544). miembro de la Royal Society desde 1672 y desde 172. Durante este período, Newton tuvo la mayor correspondencia con científicos nacionales y extranjeros, como R. Boyle, J. Collins, J. Flamestead, D. Gregorian, E. Halley, Hooke, C. Huygens, G.W.F von Leibniz y J. Wallis. Después de escribir los Principia, Newton se cansó de ser profesor universitario. Con la ayuda de C. Montague, un descendiente de la aristocracia a quien conoció en la universidad, Newton obtuvo el puesto de supervisor de la Casa de la Moneda en 1696, fue ascendido a director en 1699 y renunció a la Universidad de Cambridge en 1701. El sistema monetario británico estaba sumido en el caos en ese momento y Newton utilizó sus conocimientos de metalurgia para crear nuevas monedas. Fue nombrado caballero en 1705 por su contribución a la reforma del sistema monetario. En sus últimos años, estudió religión y escribió "Investigación histórica sobre dos errores importantes en la Biblia". Newton murió el 31 de marzo de 1727 (20 del calendario juliano) en el Palacio de Kensington, un suburbio de Londres, y fue enterrado en la Abadía de Westminster, Londres.

La invención de la "óptica" y los telescopios reflectores, al igual que la óptica y la mecánica, fue valorada en la antigua Grecia. Para satisfacer las necesidades de la observación astronómica, desde muy temprano se desarrolló la fabricación de instrumentos ópticos. La ley de reflexión de la luz era bien conocida ya en la época de Euclides, pero la ley de refracción no fue descubierta por el científico holandés W. Snell hasta poco antes del nacimiento de Newton. La producción de vidrio se había extendido desde Arabia a Europa occidental. En el siglo XVI floreció en los Países Bajos la industria artesanal del pulido de lentes. Se puede fabricar un microscopio o telescopio combinando adecuadamente lentes en un sistema. La invención de estos dos instrumentos jugó un papel importante en el desarrollo de la ciencia. Antes de Newton, Galileo utilizó por primera vez su telescopio para realizar observaciones astronómicas. Un telescopio es un telescopio con una lente convergente como ocular y una lente divergente como lente objetivo. También está el popular telescopio Kepler, que consta de dos lentes convergentes. Ninguno de los telescopios puede eliminar la dispersión de la lente del objetivo. Newton inventó un espejo de metal como lente objetivo en lugar de una lente convergente, evitando así la dispersión de la lente objetivo. El telescopio fabricado por Newton en aquella época medía 6 pulgadas de largo, 1 pulgada de diámetro y tenía un aumento de 30 a 40 veces. Después de realizar mejoras, en 1671 construyó un segundo telescopio reflector más grande y lo envió a la Royal Society para su revisión. Este telescopio está coleccionado por la Royal Society como un valioso artefacto científico. Para fabricar un telescopio reflector, Newton fundió él mismo aleaciones y esmeriló espejos. A Newton le encantaba hacer modelos y experimentar a mano desde que era niño, lo que contribuyó en gran medida al éxito de sus experimentos ópticos. Ya en la época a.C., la gente especulaba sobre el color de la luz, relacionando los colores del arco iris con los colores formados en los bordes de los trozos de vidrio. Desde Aristóteles hasta Descartes, todos creían que la luz blanca es pura y uniforme, que es la esencia de la luz, mientras que la luz de colores es sólo una variación de la luz. Ninguno de ellos se parece a Newton.

Hacia 1663, Newton se interesó por la investigación óptica. Durante este período, molió vidrio y fabricó telescopios. En 1666 compró un prisma de vidrio y comenzó a estudiar el fenómeno de la dispersión.

Con este fin, Newton escribió en su libro "Óptica": "Oscurezca mi habitación, haga un pequeño agujero en el panel de mi ventana, deje que entre una cantidad adecuada de luz solar en la habitación y coloque mi prisma en la entrada. En este punto, la luz se refracta a través del prisma y llega a la pared opuesta "Newton vio una banda de luz de color en la pared, que era varias veces más larga que el punto de luz blanco original. Se dio cuenta de que estos colores eran los colores claros originales que componían la luz blanca. Para demostrarlo, Newton realizó más experimentos. También se hace un pequeño agujero en la pantalla que proyecta la tira de luz, de modo que parte del color de la tira de luz pasa por el segundo pequeño agujero, es refractado por el segundo prisma colocado detrás de la pantalla, y se proyecta sobre la segunda pantalla. Un prisma gira lentamente alrededor de su eje, y sólo la imagen vista a través del segundo pequeño agujero, que cae sobre la segunda pantalla, se mueve hacia arriba y hacia abajo a medida que gira el primer prisma. Entonces podemos ver que la luz azul que más refracta el primer prisma también lo refracta más el segundo prisma. Por el contrario, la luz roja es la que menos refracta los prismas delantero y trasero. Así concluyó Newton: "La banda de luz coloreada rectangular obtenida después de la refracción por el primer prisma no es más que luz blanca compuesta de diferentes colores de luz". refracción." Mezclado uniformemente. "Esta es la teoría del color de la luz de Newton. Se estableció mediante la experimentación, que Newton llamó el "experimento crucial". Se puede decir que este experimento fue la base para el establecimiento de la espectroscopia por parte de J. von Fraunhofer un siglo y medio después. De hecho, la Proposición No. 4 de Newton en Óptica pedía un agujero rectangular de 1 a 2 pulgadas de largo y sólo 1/1 o 1/20 de pulgada de ancho, en lugar de un pequeño agujero redondo. Dijo que los resultados eran más claros que antes, pero no había ningún registro de la línea Fraunhofer. Después de que Newton realizó una gran cantidad de experimentos en esta área, envió sus conclusiones a la Royal Society para su revisión en 1672. Inesperadamente, provocó un acalorado debate. Huygens estaba en su contra en ese momento y Hooke se mostró particularmente agresivo. Ya en 1665, Hooke propuso en Inglaterra la teoría ondulatoria de la luz, que era sólo una hipótesis. Huygens lo completó y creía que el éter en el espacio era omnipresente. Consideraba el éter como un medio vibrante y consideraba cada partícula del medio como un centro alrededor del cual se formaba una onda. Huygens utilizó con éxito esta imagen física para explicar la reflexión y refracción de la luz, y también la utilizó para estudiar la birrefringencia de las rocas continentales heladas (pero el establecimiento de la teoría de las ondas de luz aún no ha sido probado mediante el experimento de interferencia de T. Young en Reino Unido un siglo y medio después). Newton dijo que el mayor obstáculo para la teoría ondulatoria era la incapacidad de explicar las líneas rectas de la luz. Propuso que los objetos luminosos emiten partículas que se mueven en línea recta y el flujo de partículas impacta en la retina, provocando la visión. También puede explicar la refracción y la reflexión de la luz, e incluso después de su modificación, puede explicar el fenómeno de "difracción" descubierto por F.M. Pero Newton admitió que la teoría de las partículas era menos clara que la teoría de las ondas a la hora de explicar los colores que se formaban en la película. En ese momento, el debate entre la teoría de partículas y la teoría de ondas fue muy feroz y el debate entre las dos partes duró muchos años. El debate entre la teoría de las partículas de luz y la teoría de las ondas en aquella época se puede resumir citando a E.T. Whitaker: "Cuando A. Einstein utilizó los principios cuánticos de M. Planck para explicar el efecto fotoeléctrico, la idea de las partículas de luz quedó en silencio por un tiempo. Siglos después, renació en 1905 y ideó los principios básicos de la existencia de los cuantos de luz. Sus ideas fueron plenamente confirmadas por experimentos, especialmente el efecto Compton producido por la colisión de fotones y electrones que obedece a las leyes clásicas de la mecánica de colisiones. Al mismo tiempo, el experimento sobre la fluctuación de la luz no ha fracasado, por lo que tenemos que admitir que tanto la teoría de la fluctuación como la hipótesis de las partículas son correctas." No hay duda de que la "Óptica" de Newton es una obra maestra de la física y su "Principios.", es un clásico en la comunidad científica. La primera edición de "Optics" se imprimió en 1704, después de la muerte de Hooke. La última parte de Óptica, de forma única, va acompañada de una famosa lista de "problemas", * * * que plantea 31 "problemas" (la primera edición planteaba 16 "problemas"). Entre los "problemas" no sólo se encuentran la refracción y la reflexión de la luz, sino también los problemas de la luz y el vacío, e incluso la gravedad y los cuerpos celestes. Habló sobre la fluctuación de la luz y la interacción entre la luz solar y la materia en muchos lugares, lo que abordó muchos aspectos de la física y fue muy esclarecedor. Las generaciones posteriores comentaron que estos "problemas" son la parte más importante de la óptica y no son palabras vacías. Newton estableció la teoría de la luz con la ayuda de resultados y análisis experimentales en su libro "Óptica". Sin embargo, el libro no menciona que diferentes vasos tienen diferentes índices de refracción y no hay ningún experimento acromático en el libro. Esto puede deberse a que aún no había obtenido prismas para diferentes vasos en ese momento. Pero para evitar la dispersión de la lente del objetivo, Newton construyó un telescopio reflector, que era un método excelente. Hasta la fecha, la construcción de grandes telescopios ha seguido este enfoque.

Tres años después de la muerte de Newton (1730), se publicó la cuarta edición de la "Óptica" revisada de Newton. La edición popular de 1931 se reproduce como cuarta edición.

Einstein dijo en el prefacio de la reimpresión de 1931 de "Newton's Optics": "La era de Newton ha sido olvidada durante mucho tiempo... Los descubrimientos de Newton entraron en un reconocido tesoro de conocimiento. Sin embargo, esta nueva edición Su trabajo sobre Sin embargo, la óptica debe ser bienvenida con sincera gratitud, ya que es la única que nos brinda el placer de ver a este gran hombre en acción."

Las leyes de la gravedad y la filosofía natural. Matemáticamente, el astrónomo danés Tycho investigó durante muchos años observaciones de los planetas que orbitan alrededor del sol en el siglo XVI. Después de su muerte, el astrónomo alemán Kepler recopiló y analizó los registros de observación de Tycho durante 20 años y resumió las famosas tres leyes del movimiento planetario de Kepler. Este descubrimiento no sólo sentó las bases de la astronomía clásica sino que también condujo al descubrimiento de la ley de la gravitación universal. Antes de que Kepler llegara a las tres leyes del movimiento planetario, propuso la idea de la fuerza gravitacional entre el sol y los planetas en 1596 y luego planteó la cuestión de la fuerza centrífuga cuando un objeto se mueve en movimiento circular; En general, se cree que Galileo había comprendido la fuerza centrífuga, pero Newton tuvo que comprenderla y calcularla mejor. 1664 65438+20 de octubre Newton ha propuesto un método específico para calcular la fuerza centrípeta cuando un objeto realiza un movimiento circular en su "Cálculo de la medicina herbaria". Newton escribió en detalle los métodos de derivación y cálculo en el Capítulo 2 de la Parte 1 de sus "Principia" (3ª edición), Proposición 4, Teorema 4 y el siguiente Corolario 1, indicando claramente: "Por lo tanto, dado que estos arcos representan el movimiento del movimiento objeto, Velocidad, entonces la fuerza centrípeta es el cuadrado de la velocidad dividido por el radio del círculo "Se puede ver que la derivación de la ley de la distancia del cuadrado inverso es inseparable del cálculo de la fuerza centrípeta. Por cierto, la ecuación de la fuerza centrífuga derivada por Huygens de diferentes maneras es similar a la de Newton, y los resultados se publicaron en 1673. Aunque Newton propuso el método para encontrar la fuerza centrípeta en su primer trabajo "Cálculo de hierbas", él mismo dijo que "el Sr. Huygens publicó más tarde la teoría de la fuerza centrífuga, creo que antes que yo". Vale la pena señalar que en la primera y tercera parte de "Principios", Newton nunca mencionó la palabra fuerza centrífuga cuando se refería al movimiento orbital. Siempre enfatizó la fuerza centrípeta que tira hacia el centro de la órbita.