Isaac Newton

Sir Isaac Newton dando uma espiada nas respostas derivadas de Leibniz.
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Devemos saber.
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Uma vista do
ombros de gigantes.
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série convergente em

Matemática
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Não sei o que posso parecer ao mundo. Para mim, pareço ter sido apenas como um menino, brincando na praia, meditando a essa altura e então encontrando um seixo mais liso, uma concha mais bonita do que o normal, enquanto o grande oceano da verdade estava todo escondido diante de mim.
—Isaac Newton

Sir Isaac Newton (4 de janeiro de 1642 - 31 de março de 1727) foi um Antropomórfico, semelhante a um deus, Guild Navigator matemático ,físico,místico, alquimista e filósofo . Creditado por avanços revolucionários na mecânica clássica, óptica e matemática, ele é classificado como um dos indivíduos mais importantes e influentes na história da ciência e da matemática.

Conteúdo

Mestre da Iluminação

Veja o artigo principal neste tópico: Idade da iluminação

Isaac Newton entendeu claramente a importância dos experimentos na pesquisa científica, escrevendo:

Na filosofia experimental, as proposições recolhidas dos fenômenos porinduçãosão tidos como verdadeiros, seja exata ou aproximadamente, apesar das hipóteses contrárias, até que outros fenômenos apareçam através dos quais eles são tornados mais precisos ou sujeitos a exceções.

Na verdade, ele também deu uma descrição bastante clara do método científico :

O melhor e mais seguro método de filosofar parece ser, primeiro indagar diligentemente sobre as propriedades das coisas e estabelecer essas propriedades por meio de experiências e, em seguida, prosseguir mais lentamente parahipótesespara a explicação deles. Pois as hipóteses devem ser empregadas apenas para explicar as propriedades das coisas, mas não presumidas para determiná-las; a menos que eles possam fornecer experimentos.

O berço de Newton é um dispositivo que demonstra a conservação do momento e da energia.

Como muitos outros que estudaramfilosofia natural, o antigo nome da ciência antes do desenvolvimento das disciplinas modernas, seus interesses eram variados. Suas primeiras investigações matemáticas levaram ao teorema binomial generalizado. Enquanto seus antecessores e muitos de seus contemporâneos pensaram, seguindo os passos deAristóteles, um filósofo notável, mas um físico pobre, que os corpos celestes obedeciam a um conjunto de regras diferente daqueles aqui emterra, Newton acreditava que o mesmo conjunto deve ser satisfeito por ambos. Em outras palavras, as leis da física devem seruniversal. Isso motivou seus estudos em mecânica. Ele teve um grande brainstorm, escrevendo mais de cem postulados e definições antes de se estabelecer com apenas três axiomas, agora chamados de leis do movimento de Newton. A primeira lei afirma que todo corpo mantém a mesma velocidade e direção, a menos que seja influenciado por uma rede de força externa. Se houver uma força resultante diferente de zero atuando sobre o corpo, então essa força resultante é igual à taxa de variação de uma quantidade de movimento definida para ser suamassavezes sua velocidade,Claro. No caso especial em que o corpo tem massa constante, temos a expressão familiar. É crucial perceber que forças são vetores, daí a fonte em negrito, quantidades com magnitude e direção. Para cada força aplicada, existe outra de magnitude igual e direção oposta, desde que o sistema seja isolado; esta é sua terceira lei do movimento, da qual surge a lei da conservação do momento (linear). No entanto, há um pequeno problema. A matemática disponível na época era simplesmente insuficiente para novas investigações em mecânica. Newton 'simplesmente' resolveu, chamando-o de 'método das fluxões', conhecido hoje como cálculo. Observe, entretanto, que as sementes do cálculo já foram semeadas por seus predecessores, especialmente Arquimedes de Siracusa. Newton e um de seus contemporâneos, Leibniz, são creditados com a descoberta do cálculo no sentido de que reconhecem a importância fundamental do conceito de limite e exploram a relação entre o processo geométrico de encontrar uma linha tangente a uma curva em um ponto (diferenciação) e a área delimitada por uma curva (integração), o Teorema Fundamental do Cálculo, e desenvolveu este método matemático de forma sistemática. Ao contrário de alguns de seus contemporâneos e sucessores que desenvolveram várias técnicas de integração, Newton tendia a pensar nas funções em termos de séries infinitas e a integrá-las ou diferenciá-las termo a termo. Na verdade, o uso da representação em série infinita de uma função permite automaticamente um esquema de aproximação de precisão arbitrária



Após alguma persuasão de seu amigo Edmond Halley, Newton publicou seuPrincípios Matemáticos da Filosofia Natural, considerado um dos tratados científicos mais influentes de todos os tempos. Foi neste livro que ele estabeleceu as bases para o cálculo, a mecânica clássica e sua teoria degravidade. Ele demonstrou que a força da gravidade de um objeto enfraquece conforme o recíproco do quadrado da distância dele (uma lei do inverso do quadrado) e derivou as leis de Kepler do movimento orbital, que foram previamente obtidas a partir de extensos dados empíricos coletados por Tycho Brahe meticulosas observações astronômicas. A rigor, a lei da gravitação universal de Newton aplica-se apenas a massas pontuais, não a corpos estendidos como a Terra. Além disso, questiona-se o que acontece quando a distância diminui para zero; é claro que a força não pode ser infinita. Felizmente, Newton mostrou que um corpo esfericamente simétrico pode ser tratado como se toda a sua massa estivesse concentrada em seu centro. Isso significa que quando a força mútua da gravidade entre a Terra e osol, digamos, é calculada, a distância em questão é aquela entre seus centros. Além disso, dentro de uma concha esfericamente simétrica, a força desaparece. Como uma bola consiste em uma pilha de esferas concêntricas, a força em seu centro é exatamente zero. Ele apresentou uma teoria das marés usando seu novo conhecimento da física gravitacional. Em um cálculo engenhoso, Newton mostrou que a Terra não é exatamente esfericamente simétrica, mas tinha uma protuberância equatorial devido à sua rotação em torno de um eixo. Mas como esse achatamento é muito pequeno, a Terra permanece uma bola com uma aproximação muito boa. É interessante notar que, embora os primeiros lemas contenham as idéias centrais por trás do cálculo, seu desenvolvimento subsequente da mecânica usa apenas a geometria euclidiana. Na época, cálculo permanecia um tópico controverso e Newton simplesmente detestava polêmica. Não sabemos se ele obteve seus resultados usando cálculo primeiro e depois os confirmou usando matemática mais antiga ou o fez ao contrário. De qualquer forma, esta é uma conquista fenomenal, demonstrando que sua engenhosidade geométrica estava no mesmo nível de Arquimedes. Ele, no entanto, forneceu um relato de seu trabalho sobre cálculo em uma publicação separada.

Enquanto Johannes Kepler foi o primeiro a sugerir que uma força física ao invés de alguma influência oculta é responsável pelo movimento orbital, a cosmologia física começou com Isaac Newton. A lei da gravitação universal de Newton permite a determinação do movimento dos corpos celestes. Mas ele foi além disso. Newton sugeriu que, uma vez que os cometas ocasionalmente atingem o Sol, talvez a Terra tenha se originado dos fragmentos quentes espalhados no espaço por tal colisão e depois reunidos por meio da atração gravitacional. Isso significa que a Terra começou extremamente quente e que essa informação poderia ser usada para determinar quantos anos a terra tem . Ele mesmo estimou que deve ter mais de 50.000 anos. À luz do fato de que ele é creditado com a lei de resfriamento (ou aquecimento) de Newton, que afirma que a taxa de variação da temperatura de um corpo em relação ao tempo é diretamente proporcional à diferença entre a temperatura instantânea desse corpo e a temperatura ambiente, supondo que esta última seja mantida constante, isso não é surpresa.

Os anéis de Newton são gerados usando luz laser vermelha de 650nm.

Newton tinha um grande interesse emclaro. Ele produziu um artigo bem recebido sobre a teoria das cores e construiu um telescópio novo e compacto que eliminou os indesejáveis ​​padrões de cores nas franjas. Ele deu uma descrição dos anéis de Newton. Seu famoso experimento com o prisma revelou que a luz branca pode ser decomposta em várias cores, que, se reorientadas, produzem luz branca novamente. Ele executou uma variação do experimento para testar a natureza da luz. A ideia corrente na época era que as cores eram feitas por luz branca sendo dobrada, então ele inventou uma maneira de passar um feixe de luz vermelha para outro prisma, para ver se ele seria dobrado em outro espectro de novas cores. O resultado foi uma luz de vermelho uniforme e indiferenciado, comprovando que a luz branca era composta por todas as cores. Mais uma vez, isso ia contra a sabedoria comum da época, quando a maioria das pessoas pensava que a luz branca era um símbolo de pureza, ou mesmo de poder divino. Em sua monografiaÓticas, Newton elaborou sua teoria corpuscular da luz e explicou praticamente tudo o que já se sabia sobre a luz. Alguns de seus contemporâneos, como Robert Hooke e Christian Huygens, preferiram a teoria das ondas. No entanto, neste momento ninguém poderia realmente dizer se a luz se comportava como um fluxo de partículas ou como ondas viajantes. Durante suas investigações em óptica e visão, Newton realizou uma série de experimentos alarmantes em si mesmo, arriscando-se a perder a visão. Ele olhou diretamente para o sol por algum tempo e cutucou a parte de trás do olho com um bodkin (uma agulha grossa e cega) para estudar os padrões coloridos resultantes que viu.

Um verdadeiro gênio da matemática, em 1669 Newton foi eleito o segundo professor Lucasiano de Matemática em Cambridge, cargo que mais tarde seria ocupado por Paul Dirac e Stephen Hawking . Na verdade, ele é frequentemente considerado um dos maiores matemáticos da história, ao lado de Arquimedes e Karl Friedrich Gauss. No início dos anos 1700, Newton, Leibniz, Johann Bernoulli, Jacob Bernoulli e Guillaume de L'Hôpital resolveram independentemente o problema da braquistócrona, declarado pela primeira vez por Johann Bernoulli. Ele pede a curva entre dois pontos em um plano no qual uma partícula deslizará sem atrito de um ponto a outro no menor tempo possível, assumindo que a gravidade seja uniforme. A solução não é uma linha reta, mas uma ciclóide. Newton recebeu uma carta detalhando o problema em seu caminho para casa da Casa da Moeda e enviou a solução anonimamente de volta para Bernoulli no dia seguinte. No entanto, quando Bernoulli leu a carta, ele imediatamente reconheceu seu autor, supostamente exclamando: 'Eu conheço o Leão de sua pata!' O problema da braquistócrona é um clássico no cálculo de variações, que desempenha um papel extraordinariamente importante nos desenvolvimentos posteriores da física (teórica). Newton fez algum trabalho sobre este assunto, mas, novamente, não publicou.

Desventuras na alquimia e teologia

Newton não foi o primeiro na Era da Razão. Ele foi o último dos mágicos.
—John Maynard Keynes, conforme citado em

Como era comum na época, Newton também dedicou muito tempo a bíblico Bolsa, alquimia e outroteológicoquestões. Newton era um homem recluso e não existem relatos sobre ele estar em qualquer tipo de relacionamento, levando a sugestões de que ele eraassexual, ou possivelmentegay. Não há, no entanto, nenhuma evidência confiável que apóie nenhuma dessas afirmações. Ele também estava Dinheiro em suas crenças religiosas. Ele enfrentou a tentativa de James II de nomear um católico romano mongenomeou Alban Francis para um cargo acadêmico em Cambridge e a nomeação foi interrompida. Em seu livro popularUma breve História do Tempo, Stephen Hawking criticou Newton por isso como um exemplo de intolerância religiosa. No entanto, deve-se ter em mente que o Igreja católica romana queimou Giordano Bruno pra heresia , principalmente por causa de seu arianismo (ou seja, a crença de queJesus Cristoera de substância não semelhante ae criado por Deus .) e que esta nomeação foi o fim da cunha, levando a perseguições semelhantes que sufocaram a investigação científica nos países católicos após Galileo . Em sua própria vida, Newton escreveu mais sobre religião do que sobre ciências naturais. Pior ainda, Newton pelo menos uma vez apresentou um argumento envolvendo poderes divinos em seu trabalho científico. Pareceu a Newton que oSistema solaré instável, e ele pensou que a cada 200 anos ou mais,Deus teria que intervircolocando os planetas de volta em seus lugares. Felizmente, a 'hipótese de Deus' acabou sendo desnecessária. Pierre-Simon de Laplace demonstrou que de primeira ordem, o Sistema Solar é realmente estável; o movimento médio de todos os corpos permanece invariável com o tempo.

Infelizmente, apesar de todas as suas realizações maravilhosas, a vida de Newton foi misturada com alguns ataques assustadores de quaseinsanidade.John Maynard Keynesdescreveu Newton como não o primeiro dosracionalistas, mas sim o 'último dos mágicos 'devido à sua obsessão com a alquimia. 'Em termos vulgares modernos', disse Keynes, 'Newton era profundamente neurótico.' Na verdade, descobrir a natureza da óptica foi provavelmente um efeito colateral de tentar transformar liderar emouro. Mais tarde em sua vida, ele sofreu um colapso nervoso, que pode ter sido causado por mercúrio envenenamento, excesso de trabalho e o fim de sua amizade com o matemático suíço Nicholas Fatio de Duillier.

Mestre da Casa da Moeda Real

A carreira de pesquisa de Newton foi interrompida por um período empolítica, no qual o período mais notável foi sua nomeação como Mestre da Casa da Moeda Real. Este cargo lucrativo o transformou em um homem rico. (Foi também durante esse período que Newton recebeu e resolveu o problema da braquistócrona.) Sua obsessão com os detalhes significava que, sob ele, a instituição funcionava com mais eficácia do que nunca. Newton conduziu um estudo cuidadoso da história e dos métodos de falsificação. Ele também administrava uma rede de informantes pagos e enviava dinheiro para testemunhas amigáveis ​​que estavam sem dinheiro para que pudessem se vestir bem para comparecer ao tribunal. No final, Newton providenciou para que vários falsificadores fossem enforcados.

Disputas e críticas

Se eu vi mais longe, é ficando sobre os ombros de gigantes.

Esta famosa citação é normalmente interpretada como um gesto de modéstia pelo grande cientista em uma carta a seu colega Robert Hooke . Há, no entanto, uma abordagem alternativa que se encaixa melhor com a personalidade de Newton, que era notoriamente desagradável para aqueles que o irritavam. Não ajudou o fato de alguns de seus colegas e colaboradores em potencial entrarem em disputas com ele. Agora, os padrões de gramática (e ortografia) daquela época eram bastante estranhos. Mas a decisão de Newton de usar maiúscula na palavra 'Gigantes' foi provavelmente uma crítica a Hooke, que era baixo e tinha as costas torcidas. Robert Hooke, conhecido por seu trabalho em microscopia, ótica e elasticidade, foi o responsável por colocar a Royal Society em funcionamento. Em uma discussão envolvendo Hooke, Edmond Halley e Christopher Wren, os três concluíram que uma lei da gravidade ao quadrado inverso daria origem a órbitas elípticas (a primeira lei de Kepler), mas nenhum deles poderia dar uma demonstração matemática. Newton fez. Não só isso, ele elaborou sistematicamente o resto das leis de Kepler. Quando Hooke morreu, Newton o sucedeu e transformou em uma instituição científica respeitável. No entanto, sob Newton, um homem obcecado por detalhes, o único retrato de Hooke foi perdido.

É muito lamentável que Newton tenha entrado em uma disputa muito amarga e prolongada comGottfried Wilhelm Leibnizsobre quem descobriu o cálculo primeiro. Agora sabemos que ambos o fizeram independentemente. Newton chegou primeiro, mas publicou depois, enquanto Leibniz chegou mais tarde, mas publicou primeiro. Também sabemos que os dois se correspondiam respeitosamente antes da disputa. Newton explicou como ele propôs o teorema binomial generalizado para Leibniz na década de 1660. Notações de Leibniz para a derivadae integralpermanecem em uso hoje, embora pareçam um tanto ilógicos. A notação de ponto de Newton para a derivada é usada principalmente em física para representar como algo muda com relação ao tempo. Em alguns casos, é vantajoso usar ambas as notações.

Desde a publicação do Newton'sÓticas, quase todos os físicos e matemáticos aderiram à sua teoria corpuscular da luz, que é respeitável por direito próprio. No entanto, a minoria que preferiu a teoria das ondas foi desnecessariamente marginalizada e criticada, tudo por causa de O nome poderoso de Newton . Além disso, Newton deu uma derivação provisória da lei de Boyle noprincípios, em que ele assumiu que um gás consiste em átomos estáticos de tamanhos desprezíveis em comparação com seu volume que se repeliu por meio de uma força que se enfraqueceu como o inverso das distâncias entre eles.Provisórioé a palavra chave aqui. Newton apenas sugeriu uma hipótese que poderia teoricamente explicar a lei de Boyle. Mais uma vez, os físicos por muitos anos ignoraram a abordagem alternativa iniciada por Daniel Bernoulli, que também produziu a lei de Boyle. Como Newton, Bernoulli presumiu que os gases consistiam em átomos de dimensões minúsculas. Ao contrário de Newton, ele os concebia como se movendo aleatoriamente, colidindo elasticamente entre si e com as paredes do recipiente, o que dá origem à pressão. Só muito mais tarde, quando os físicos perceberam quecalor é um tipo de movimentoeles se interessaram pela abordagem de Bernoulli. Isso se tornou a base para a teoria cinética molecular dos gases. Esta não é realmente uma crítica ao próprio Newton, mas sim aos físicos que tomaram suas palavras sem crítica. No caso da teoria corpuscular da luz, foi bastante adequado que uma sofisticada teoria da difração, formulada por Augustin Fresnel com base na teoria das ondas, fosse experimentalmente verificada por François Arago, que testou as previsões extraídas por Simeon-Denis Poisson, quando tanto Arago quanto Poisson foram declarados defensores da teoria corpuscular. No entanto, no início do século 19, os físicos reconheceram que a lei de resfriamento (ou aquecimento) de Newton vacilou quando medidas mais precisas foram feitas. Isso deu início aos estudos experimentais do comportamento dos gases. Isso provou ser crucial no desenvolvimento da termodinâmica. Ao longo do caminho, os físicos tropeçaram na regra de Dulong e Petit, que favorece a hipótese atômica. Questionar a autoridade, isto é, realmente se colocar sobre os ombros de gigantes, e não em suas sombras, acabou sendo uma grande ideia.

Por dezessete anos, Newton deu palestras em um salão essencialmente vazio em Cambridge. Ele acabou desistindo de ensinar. Dado o fato de que sua reputação era enorme, mesmo durante sua própria vida, dificilmente se pode evitar a conclusão de que Newton foi um professor obscuro.

Mitos

Um mito popular associado a Newton é que ele nasceu no mesmo diaGalileomorreu. Na verdade, Newton nasceu em 4 de janeiro de 1642, no calendário gregoriano, introduzido pela primeira vez em vários países do continente e é o que usamos hoje, e em 25 de dezembro de 1641, no calendário juliano, usado na Inglaterra na época, enquanto Galileu morreu em 8 de janeiro de 1642 no calendário gregoriano e 31 de dezembro de 1641 no calendário juliano. No entanto, é uma coincidência genuína que Newton tenha nascido exatamente um século depoisCopérnicopublicou o deleteoria heliocêntrica.

Outro mito bem conhecido é que Newton inventou a lei da gravidade do inverso do quadrado depois que uma maçã caiu e o atingiu na cabeça. Mesmo que o próprio Newton tenha mencionado isso em seuÓtimo trabalho, é com toda probabilidade uma passagem apenas motivadora. O processo real de descoberta demorou muito mais do que isso. A ideia não surgiu do nada, mas gradualmente. Na verdade, ele precisou de muito trabalho antes de ser capaz de fornecer a prova matemática que enganou Hooke, Wren e Halley.

Há rumores de que Newton inventou a porta para animais de estimação, mas não parece ser o caso. No entanto, ele foi um inventor mecânico talentoso, como Hooke. Quando era criança, ele construiu máquinas voadoras que carregavam velas, criando assim alguns episódios iniciais deUFO assusta. Ele também construiu um relógio que funcionava com energia hidráulica e um moinho em miniatura que moe o trigo operado por um mouse que gira a roda.

Muito parecido Einstein , Tesla , Darwin , Mozart, Bill Gates e Steve Jobs , Newton foi postulado como tendo transtorno de desenvolvimento autista por muitos manivelas . No caso dele, o diagnóstico foi convenientemente conduzido post-mortem, de uma forma que lembra como algumas seitas reivindicam os mortos como seus próprios . Psicólogo Simon Baron-Cohen foi o único pesquisador meio sério a considerar este não totalmente falsificável hipótese, pela qual ele foi espancado por seus pares.

Citações famosas

Não defino tempo, espaço, lugar e movimento como sendo bem conhecidos de todos.
Não devemos admitir mais causas das coisas naturais do que aquelas que são verdadeiras e suficientes para explicar suas aparências.
Não finjo hipóteses.
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