Logo Thư Viện Vật Lý
Banner Thư Viện Vật Lý

4/1 - Ngày sinh Isaac Newton
Người đăng: Trần Nghiêm   
04/01/2010

1. Giới thiệu

Isaac Newton (1642-1727), nhà toán học và vật lí học, một trong những trí tuệ khoa học sáng giá nhất của mọi thời đại. Sinh tại Woolsthorpe, gần Grantham ở Lincolnshire, nơi ông học phổ thông, ông vào trường đại học Cambridge năm 1661; ông được bầu làm hội viên Trinity College năm 1667, và giáo sư toán học ngạch Lucasian năm 1669. Ông vẫn ở lại trường đại học trên, giảng dạy trong nhiều năm, cho đến 1696. Trong những năm tháng Cambridge này, lúc Newton ở vào đỉnh cao của sức mạnh sáng tạo của mình, ông đã dùng trọn năm 1665 – 1666 (trải qua phần lớn thời gian ở Lincolnshire do dịch bệnh ở Cambridge) là “thời kì sung sức nhất của tôi dành cho sự khám phá”. Trong hai đến ba năm làm việc không mệt mỏi, ông đã chuẩn bị cho ra đời quyển Các nguyên lí toán học của triết học tự nhiên (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica - Mathematical Principles of Natural Philosophy) thường được gọi là quyển Nguyên lí (Principia), mặc dù nó không được xuất bản, mãi cho đến năm 1687.

Theo Dương lịch thì Newton sinh vào ngày 4 tháng 1 năm 1643 

Là một đối thủ nặng cân chống đối nỗ lực của nhà vua James III muốn biến các các trường đại học thành học viện Công giáo, Newton được bầu làm thành viên Nghị viện cho trường đại học Cambridge tại Hội nghị Nghị viện năm 1689, và ngồi ghế đó một lần nữa vào năm 1701 – 1702. Trong khi đó, năm 1696, ông chuyển đến London làm thanh tra Sở đúc tiền Hoàng gia. Ông trở thành giám đốc Sở đúc tiền vào năm 1699, chức hiệu ông vẫn giữ cho đến khi qua đời. Ông được bầu làm thành viên Hội Hoàng gia vào năm 1671, và năm 1703 ông trở thành Chủ tịch Hội, hàng năm được bầu lại trong phần còn lại của cuộc đời ông. Công trình nghiên cứu chính của ông, Opticks, xuất hiện trong năm sau, ông được phong hiệp sĩ ở Cambridge năm 1705.

Khi khoa học Newton trở nên được chấp nhận rộng rãi ở Lục địa châu Âu, và đặc biệt sau khi hòa bình trở lại vào năm 1714, sau Cuộc chiến Kế vị Tây Ban Nha, Newton trở thành nhà triết học tự nhiên danh cao vọng trọng nhất ở châu Âu. Những thập niên cuối của đời ông trôi qua trong công việc xem lại những công trình chính yếu của ông, trau chuốt các nghiên cứu của ông về lịch sử thời cổ đại, và tự bảo vệ bản thân chống lại những người chỉ trích, đồng thời thực hiện bổn phận viên chức của mình. Newton là người khiêm tốn, rụt rè, và dễ tính. Ông bị những người chỉ trích và đối lập chọc cho giận dữ, và nuôi dưỡng oán giận; ông cục cằn lăn xả vào kẻ thù nhưng rộng lượng với bạn bè. Trong chính quyền, và tại Hội Hoàng gia, ông tỏ ra là một nhà quản lí có năng lực. Ông chưa bao giờ kết hôn và sống nhường nhịn, nhưng được chôn cất với sự phô trương lớn ở Westminster Abbey.

Trong gần 300 năm, Newton được xem là người sáng lập ra nền khoa học vật lí hiện đại, những thành tựu nghiên cứu thực nghiệm của ông mang tính đổi mới cũng như nghiên cứu toán học. Với sức mạnh và tính căn nguyên tương đương, nếu không nói là lớn hơn, ông còn lao vào lĩnh vực hóa học, lịch sử sơ khai của nền văn minh phương Tây, và thần học; trong số những nghiên cứu đặc biệt của ông là một nghiên cứu về dạng thức và kích thước, như mô tả trong Kinh thánh, của Ngôi đền Solomon ở Jerusalem.

2. Quang học

Năm 1664, trong khi còn là một sinh viên, Newton đã đọc công trình mới xuất bản về quang học và ánh sáng của các nhà vật lí Anh Robert Boyle và Robert Hooke; ông còn nghiên cứu toán học và vật lí của nhà triết học và khoa học người Pháp René Descartes. Ông đã nghiên cứu sự khúc xạ ánh sáng bởi một lăng kính thủy tinh; phát triển trong nhiều năm sau đó một loạt những thí nghiệm ngày càng phức tạp, tinh vi và chính xác, Newton đã khám phá ra những vân mẫu toán học, có thể đo được trong các hiện tượng màu sắc. Ông nhận thấy ánh sáng trắng là một hỗn hợp của vô số tia sáng màu sắc khác nhau (hiển hiện trong cầu vồng và quang phổ), mỗi tia có thể xác định bằng góc mà nó bị khúc xạ khi đi vào hoặc đi ra một môi trường trong suốt cho trước. Ông liên hệ quan điểm này với nghiên cứu của ông về màu sắc giao thoa của các màng mỏng (thí dụ, màng dầu trên nước, hoặc bọt xà phòng), sử dụng một kĩ thuật đơn giản cực kì sắc sảo để đo bề dày của những màng mỏng nưh thế. Ông cho rằng ánh sáng gồm những dòng hạt nhỏ xíu. Từ các thí nghiệm của mình, ông có thể suy ra độ lớn của các “tiểu thể” (corpuscle) trong suốt hình thành bề mặt của các vật mà, theo kích thước của chúng, tương tác với ánh sáng trắng phản ánh màu sắc phản xạ, lọc lựa, nhìn thấy khác nhau, của những bề mặt đó.

 

Thí nghiệm tán sắc ánh sáng nổi tiếng

Nguồn gốc của những quan điểm khác thường này đi cùng với Newton vào khoảng năm 1668; khi lần đầu tiên trình bày (ngắn gọn và không hoàn chỉnh) trước công chúng vào năm 1672 và 1675, chúng đã khiêu khích các nhà phê bình thù địch, chủ yếu vì màu sắc được cho là những dạng đã biến đổi của ánh sáng trắng thuần nhất. Những nghi ngờ, và đáp trả của Newton, được in trên những tập san học thuật. Đặc biệt là thái độ hoài nghi của Christiaan Huygens và sự thất bại của nhà vật lí người Pháp Edmé Mariotte lặp lại thí nghiệm khúc xạ của Newton vào năm 1681 đã đưa các nhà khoa học trên lục địa châu Âu phản đối ông trong cả một thế hệ. Sự xuất bản của cuốn Opticks, chủ yếu viết năm 1692, bị Newton hoãn lại cho đến khi những người chỉ trích qua đời. Cuốn sách vẫn chưa hoàn chỉnh: các màu sắc nhiễu xạ đã làm tiêu tan hi vọng của Newton. Tuy nhiên, Opticks đã tự khẳng định nó, từ khoảng năm 1715, là một mô hình đan xen lí thuyết với thực nghiệm định lượng.

3.  Toán học

Trong lĩnh vực toán học, trí tuệ lỗi lạc cũng xuất hiện sớm ở Newton từ thời sinh viên. Có lẽ ông đã học hình học tại trường, mặc dù ông luôn nói rằng ông tự học; chắc chắn ông đã tiến bộ qua việc nghiên cứu các tác phẩm của những đương thời William Oughtred và John Wallis, và của Descartes và trường học Hà Lan. Ông có những đóng góp cho mọi ngành toán học được nghiên cứu khi ấy, nhưng đặc biệt nổi tiếng cho những lời giải của ông cho những bài toán đương thời thuộc lĩnh vực hình học phân tích việc vẽ tiếp tuyến với đường cong (đạo hàm) và xác định diện tích giới hạn bởi đường cong (tích phân). Newton không chỉ phát hiện những bài toán này là ngược lẫn nhau, mà ông còn khám phá ra phương pháp chung giải các bài toán đường cong, theo “phương pháp vi phân” (fluxion method) và “phương pháp ngược lại của vi phân”, lần lượt tương ứng với giải tích đạo hàm và tích phân sau này của Leibniz. Newton sử dụng thuật ngữ “vi phân” (fluxion) (từ tiếng Latin có nghĩa là “dòng chảy” [flow]), vì ông tưởng tượng ra một đại lượng “chảy” từ một độ lớn sang này sang độ lớn khác. Fluxion được biểu diễn bằng phương pháp đại số, giống như vi phân của Leibniz, nhưng Newton còn sử dụng mở rộng (đặc biệt trong cuốn Principia) các đối số hình học tương tự. Sau này trong đời mình, Newton thể hiện sự hối tiếc cho phong cách đại số của những tiến bộ toán học mới, ông nghiêng về phương pháp hình học của Hi Lạp cổ điển, cái ông xem là rõ ràng hơn và chặt chẽ hơn.

Nghiên cứu của Newton về toán học thuần túy hầu như bị giấu kín trừ những người thường xuyên trao đổi với ông mãi cho đến năm 1704, khi ông công bố, với cuốn Opticks, một tiểu luận về cầu phương của đường cong (tích phân) và một tiểu luận nữa về sự phân loại các đường cong bậc ba. Các bài giảng Cambridge của ông, thực hiện từ khoảng năm 1673 đến 1683, được công bố vào năm 1707.

Cuộc tranh luận ai là người phát minh trước ra phép tính giải tích

Newton đã có cái cốt lõi của phương pháp vi phân vào năm 1666. Cái đầu tiên được biết tới, bí mật, với những nhà toán học khác, vào năm 1668, là phương pháp tích phân bởi những chuỗi vô hạn của ông. Ở Paris, năm 1675, Gottfried Wilhelm Leibniz một cách độc lập đã phát triển những ý tưởng đầu tiên về phép tính vi phân của ông, phác thảo cho Newton vào năm 1677. Newton đã mô tả một số khám phá toán học của ông cho Leibniz, nhưng không nhắc đến phương pháp vi phân của mình. Năm 1684, Leibniz xuất bản bài báo đầu tiên của ông về phép tính giải tích; một nhóm nhỏ các nhà toán học đã đón nhận ý tưởng của ông.

Trong năm 1690, bạn bè của Newton tuyên bố quyền tiên phong của phương pháp vi phân của Newton. Những người ủng hộ Leibniz quả quyết rằng ông đã nêu phương pháp vi phân với Newton, mặc dù Leibniz chẳng khẳng định cái gì như thế. Những người ủng hộ Newton thì xác nhận, thật hợp lí, rằng Leibniz đã thấy những bài viết của Newton trong một chuyến đến thăm London vào năm 1676; thực ra thì Leibniz chẳng để ý gì đến vấn đề fluxion. Một cuộc tranh luận dữ dội đã bùng nổ, một phần công khai, một phần bí mật, được Leibniz sử dụng để công kích lí thuyết hấp dẫn của Newton và những quan điểm của ông về Chúa và tạo hóa; cuộc tranh cãi không kết thúc ngay cả khi Leibniz qua đời vào năm 1716. Cuộc tranh cãi đã làm chậm lại tiến trình chấp nhận khoa học Newton luận ở lục địa châu Âu, và các nhà toán học Anh bị cản trở chia sẻ nghiên cứu của các đồng nghiệp lục địa trong cả một thế kỉ.

 

Bản sao của chiếc kính thiên văn phản xạ 6 inch năm 1672 của Newton tại Hội Hoàng gia

4. Cơ học và sự hấp dẫn

Theo câu chuyện nổi tiếng, việc nhìn thấy một quả táo rơi tình cờ trong mảnh vườn nhà ông vào năm 1665 hay 1666 gì đó mà Newton đã nảy sinh ý tưởng trong đầu rằng lực chi phối chuyển động của Mặt trăng và của quả táo là một mà thôi. Ông tính được lực cần thiết để giữ Mặt trăng trên quỹ đạo của nó, bằng cách so sánh với lực hút một vật xuống mặt đất. Ông cũng tính được lực hướng tâm cần thiết để giữ một hòn đá trên cái ná bắn đá, và mối liên hệ giữa chiều dài của con lắc và thời gian đong đưa của nó. Những khám phá sơ khai này không được Newton khai thác, mặc dù ông đã nghiên cứu thiên văn học và các bài toán chuyển động hành tinh.

Việc trao đổi thư từ với Hooke (1679-1680) đã hướng Newton đến bài toán quỹ đạo của một vật chịu lực hướng tâm biến thiên theo nghịch đảo bình phương của khoảng cách; ông xác định nó là một elip, nên thông báo cho Edmond Halley vào tháng 8 năm 1684. Hứng thú của Halley đã đưa Newton đến chỗ chứng minh mối liên hệ đó một lần nữa, để viết một tiểu luận ngắn gọn về cơ học, và cuối cùng là viết cuốn Principia.

 

Tập 1 của cuốn Principia phát biểu các nền tảng của cơ học, phát triển trên chúng cơ sở toán học của chuyển động quỹ đạo vòng quanh tâm lực. Newton nhận ra hấp dẫn là lực cơ bản điều khiển chuyển động của các thiên thể. Ông chưa bao giờ tìm ra nguyên nhân của nó. Trước những người đương thời nhận thấy lực hút xuyên qua không gian trống rỗng là khó hiểu, ông thừa nhận rằng chúng có thể bị gây ra bởi tác động của những hạt không nhìn thấy.

Tập 2 giới thiệu lí thuyết chất lưu: Newton giải các bài toán chất lưu chuyển động và chuyển động trong chất lưu. Từ mật độ không khí, ông tính ra tốc độ của sóng âm.

Tập 3 trình bày định luật hấp dẫn đang tác động trong vũ trụ: Newton chứng minh nó từ sự chuyển động tuần hoàn của sáu hành tinh đã biết, gồm cả Trái đất, và các vệ tinh của chúng. Tuy nhiên, ông không hề hoàn thiện nổi lí thuyết khó của chuyển động Mặt trăng. Các sao chổi được trình bày là tuân theo cũng quy luật ấy; trong những bản in sau này, Newton bổ sung thêm những phỏng đoán về khả năng quay lại của chúng. Ông tính ra khối lượng tương đối của các thiên thể từ lực hấp dẫn của chúng, và độ dẹt của Trái đất và Mộc tinh, đã được quan sát thấy. Ông giải thích thủy triều dâng lên và hạ xuống, và sự tiến động của điểm xuân phân và thu phân từ lực tác dụng bởi Mặt trời và Mặt trăng. Toàn bộ những giải thích này được thực hiện bằng tính toán chính xác.

Nghiên cứu của Newton về cơ học được chấp nhận ngay ở Anh, và được chấp nhận ở mọi nơi sau nửa thế kỉ. Kể từ đó, nó đã được xếp vào hạng những thành tựu tư duy trừu tượng vĩ đại nhất của nhân loại. Nó được mở rộng và hoàn thiện thêm bởi những người khác, đặc biệt là Pierre Simon de Laplace, nếu không có sự thay đổi cơ sở của nó thì nó đã không sống sót vào cuối thế kỉ 19 trước khi nó thể hiện những dấu hiệu của sự thất bại.

5. Giả kim thuật và hóa học

Newton để lại nhiều bản thảo về các lĩnh vực giả kim thuật và hóa học, khi ấy là những chủ đề có liên quan gần gũi với nhau. Đa phần trong số này đã được trích ra từ các quyển sách, quyển tiểu sử, từ điển, và vân vân, nhưng chỉ có vài phần là thuộc nguyên bản chính. Ông bắt đầu thực nghiệm chuyên sâu vào năm 1669, tiếp tục cho đến khi ông rời Cambridge, tìm cách tháo gỡ ý nghĩa mà ông hi vọng bị che khuất dưới sự tối tăm và huyền bí của thuật giả kim. Ông đi tìm cách hiểu bản chất và cấu trúc của toàn bộ vật chất, hình thành từ “những hạt rắn, nặng, cứng, không thể xuyên thấu, linh động” mà ông tin rằng Chúa đã sáng tạo ra. Quan trọng nhất là phần “Hỏi đáp” nối thêm vào "Opticks" và trong chuyên luận “Về bản chất của acid” ("On the Nature of Acids", 1710), Newton đã công bố một lí thuyết chưa hoàn chỉnh về lực hóa học, cái trở nên nổi tiếng một thế kỉ sau khi ông qua đời.

6. Nghiên cứu lịch sử và niên đại học

Newton có nhiều quyển sách viết về việc học tập của con người hơn sách về toán học và khoa học; suốt đời mình ông nghiên cứu chúng một cách sâu sắc. “Những chú giải kinh điển” chưa công bố của ông – những ghi chép có tính giải thích dự định dùng trong bản in tương lai của cuốn Principia – tiết lộ kiến thức của ông về triết học tiền Socrat; ông đã đọc Đức cha của Giáo hội ngày càng sâu sắc hơn. Newton đã tìm cách hóa giải thần thoại Hi Lạp với các ghi chép của Kinh thánh, xem xét các tài liệu về lịch sử sơ khai của nhân loại. Trong công trình của ông về niên đại học, ông đã đảm nhận việc làm cho các niên đại Do Thái giáo và phi Cơ đốc giáo tương thích với nhau, và sửa chữa chúng hoàn toàn từ một lập luận mang tính chất thiên văn học về những hình ảnh chòm sao sớm nhất do người Hi Lạp nghĩ ra. Ông đã đưa sự sụp đổ của thành Troy vào năm 904 trước Công nguyên, khoảng 500 năm muộn hơn so với ước tính của những học giả khác; ước tính này không được công nhận rộng rãi cho lắm.

7. Nhận thức tôn giáo và nhân cách

Newton còn viết về nhà tiên tri Judaeo-Christian, người có sự giải đoán, ông nghĩ, là cơ bản để hiểu được Chúa. Quyển sách của ông về đề tài trên, được in lại vào thời nữ hoàng Victoria, tiêu biểu cho một nghiên cứu trọn đời. Lời nhắn nhủ của nó là đạo Cơ đốc đã đi chệch hướng trong thế kỉ thứ 4 sau Công nguyên, khi Hội đồng Nicaea đầu tiên đề xuất những học thuyết sai lầm về bản chất của Chúa cứu thế. Khuôn khổ trọn vẹn của tính không chính thống của Newton chỉ được ghi nhận trong thế kỉ hiện nay: nhưng mặc dù là người chỉ trích giáo điều tam ngôi hợp nhất đã được chấp nhận và Hội đồng Nicaea, nhưng ông có một niềm tin tôn giáo sâu sắc, sùng bái Kinh thánh và chấp nhận lời giải thích sáng thế của nó. Trong những bản in sau này của những công trình khoa học của ông, ông thể hiện niềm tin mạnh mẽ vào vai trò phù hộ của Chúa trong tự nhiên.

 

Cây táo Newton

8. Các tác phẩm

Newton cho xuất bản một bản in của cuốn Geographia generalis của nhà địa lí người Đức Varenius vào năm 1672. Những lá thư riêng tư của ông về quang học xuất hiện trong bản in từ năm 1672 đến 1676. Sau đó, ông chẳng công bố gì cho đến quyển Principia (xuất bản bằng tiếng Latin năm 1687; in lại năm 1713 và 1726; và dịch sang tiếng Anh năm 1729). Sau đó là quyển Opticks năm 1704; một bản in chỉnh lí bằng tiếng Latin ra đời năm 1706. Những tác phẩm xuất bản sau khi qua đời là The Chronology of Ancient Kingdoms Amended (1728), The System of the World (1728), bản thảo đầu tiên tập 3 quyển Principia, và Observations upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St John (1733).

Theo http://www.newton.ac.uk/

 
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm


ABC Trắc Nghiệm Vật Lý
Cầu vồng   |   Đăng nhập Đăng nhậpnew
Đang online (39)