Isaac Newton  (1643 – 1727) was een Engelse natuurkundige, wiskundige, astronoom, natuurfilosoof, alchemist, officieel muntmeester en theoloog. In de wiskunde ontdekte hij onder meer de differentiaalrekening en de integraalrekening (met Leibniz) en verder het Binomium van Newton en benaderingsmethoden. In zijn hoofdwerk “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” uit 1687 beschreef Newton onder andere de zwaartekracht en de drie wetten van Newton, waarmee hij de grondlegger van de klassieke mechanica werd. Op het gebied van optica schreef hij het standaardwerk Opticks, vond hij de Newtontelescoop uit en ontwikkelde hij een theorie over kleuren, gebaseerd op het prisma, dat van wit licht een zichtbaar spectrum maakt. Hij bestudeerde ook de geluidssnelheid. Volgens een peiling uit 2005 beschouwden leden van de Britse Royal Society Newton als de grootste geleerde in de hele geschiedenis van de wetenschap. Anders dan Albert Einstein was Newton naast theoreticus ook een briljant experimentator. Tot zijn zestiende volgde hij zijn lagere en middelbare schoolopleiding in Grantham, waar hij bekend werd door zijn fraaie mechanische modellen: poppenmeubels voor meisjes, een kar met, voor de inzittende, handaandrijving, zonnewijzers, windmolens en vliegers met lantaarns die hij 's nachts opliet. Hij vertrok op zijn achttiende jaar (1660) naar Cambridge om aldaar te gaan studeren. De ontmoeting met de wiskundige Isaac Barrow maakte een diepe indruk op hem. Hij bestudeerde er onder andere de Elementen van Euclides, de Geometria van Descartes, de Arithmetica infinitorum van Wallis en de Dialogo van Galilei. In 1669 werd hij benoemd tot Lucasian professor, dat wil zeggen hoogleraar wiskunde aan de Universiteit van Cambridge, een leerstoel ingesteld door Henry Lucas. In die tijd moesten alle wetenschappers van de universiteiten van Oxford en Cambridge gewijde geestelijken van de Anglicaanse Kerk zijn, maar bij deze leerstoel werd bij wijze van uitzondering vereist dat de hoogleraar niet als zodanig actief zou zijn, waarschijnlijk om meer tijd voor de wetenschap vrij te kunnen maken. Newton vroeg en kreeg van koning Karel II ontheffing van de verplichting om tot geestelijke gewijd te worden. Newton was namelijk in het geheim aanhanger van het Unitarisme, een verboden ketterij in die tijd. Zo werd een conflict tussen Newtons godsdienstige opvattingen en de Anglicaanse kerk vermeden. Newton werd in 1672 een Fellow of the Royal Society (FRS) en was van 1703 tot 1727 voorzitter van dit wetenschappelijk genootschap. In 1696 verhuisde Newton naar Londen om muntmeester (aanvankelijk Warden of the Mint) te worden. Hij pakte het werk op zijn gebruikelijke systematische manier aan, hermuntte alle Britse munten met groeven op de zijkant om het snoeien van munten onmogelijk te maken en bestreed onder meer valsemunters, die soms ter dood veroordeeld werden. Van 1699 tot zijn dood was hij directeur van de Munt (Master of the Mint). Voor zijn werk bij de Munt werd hij geridderd door Queen Anne in 1705. In 1717 zorgde Newton voor de overgang van het pond sterling van de zilveren naar de gouden standaard die bijdroeg aan de welvaart van Engeland. Door dit werk werd Newton rijk. Wel verloor hij £ 20.000 aan de speculatiegekte van de South Sea Company. Newton verklaarde that he could not calculate the madness of people (dat hij de gekte van de mensen niet kon berekenen). Als wiskundige staat Newton bekend als de medeontdekker van de infinitesimaalrekening (een verzamelterm voor differentiaalrekening en integraalrekening), samen met Gottfried Wilhelm Leibniz, met wie hij een geweldige ruzie heeft gehad over de prioriteit van deze bijdrage, zonder welke technische toepassing van de wiskunde nu niet meer is voor te stellen. Het binomium van Newton is naar hem genoemd, alsmede een numerieke iteratie-methode, die tegenwoordig de methode van Newton-Raphson heet. Verder zijn de formule van Newton-Cotes voor numerieke integratie en ook de 'formules van Newton' voor voorwaartse en achterwaartse interpolatie naar hem genoemd. Newton schreef van 1684 tot 1686 de Philosophiae Naturalis Principia Mathematica in het Latijn, beter bekend als de Principia. Hierin beschreef hij wat nu de wetten van Newton heten, waarmee hij de grondlegger werd van de klassieke mechanica. De wetten van Newton definiëren de basisbegrippen impuls (hoeveelheid beweging, massa × snelheid), kracht en massatraagheid in hun onderlinge samenhang waarmee, anders dan in de fysica van bijvoorbeeld Aristoteles, een kwantitatieve beschrijving en voorspelling van beweging mogelijk is. Het centrale idee van de gravitatietheorie, dat lichamen met massa elkaar aantrekken, was volstrekt nieuw. Bovendien werd deze hypothese wiskundig geformuleerd. Hij kon, gebruikmakend van de wetten, de banen van planeten om de zon nauwkeurig narekenen. De empirische wetten voor planeetbanen, die Johannes Kepler al tussen 1609 en 1619 had ontdekt en geformuleerd als de wetten van Kepler, kregen hiermee een theoretische basis. De baan van de komeet Halley, alsmede de vorm van de staart konden er ook mee worden verklaard. De getijdenbewegingen kon Newton met dezelfde wetten verklaren, uit de aantrekkingskracht van de maan en die van de zon. De door hem ontwikkelde nieuwe wiskunde, de differentiaalrekening, speelde bij dit alles een instrumentele rol. Tijdens de pestepidemie in 1666 moest de jonge Newton zijn studie in Cambridge onderbreken en keerde hij terug naar zijn geboorteplaats. Uit die periode stamt de anekdote van de appel en de maan. Hij bestaat in vier versies en wordt door verschillende schrijvers uit die tijd genoemd. Newtons neef John Conduitt schreef, dat Newton op zijn ideeën over zwaartekracht kwam in de boomgaard van zijn moeder, waar hij een appel uit een boom zag vallen. Newton bedacht daarop dat dezelfde zwaartekracht van de Aarde zover reikt, dat het de Maan in haar baan houdt. Hierdoor brak Newton met het tweeduizend jaar oude idee van Aristoteles dat op Aarde (bijvoorbeeld voor een appel) en in de hemel (voor een hemellichaam als de Maan) andere natuurwetten gelden. De schrijver William Stukeley noteerde een gesprek uit 1726 in zijn Memoirs of Sir Isaac Newton's Life waarin Newton zelf zich herinnerde hoe het begrip gravitatie in hem op kwam: "Het werd veroorzaakt door het vallen van een appel, toen ik zat te peinzen." De anekdote geeft een stap aan in het rijpingsproces van Newton. Naast de Principia publiceerde hij de Opticks, een werk over optica in het Engels. Newton toonde aan dat wit licht is samengesteld uit alle kleuren van de regenboog met zijn bekende prisma-experiment: verder ontleden van die kleuren bleek niet mogelijk en samengevoegd leveren deze dus kennelijk elementaire kleuren weer wit licht op. Ook zijn experiment met de Newtonschijf toont dit aan. Licht bestond volgens Newton uit deeltjes, waarmee hij breking en weerkaatsing van licht verklaarde. Dit deeltjesmodel werd later vervangen door het golfmodel van zijn oudere tijdgenoot Christiaan Huygens, dat interferentie makkelijker kon verklaren. Een door hem ontdekt interferentie-effect is naar hem vernoemd: de Newtonringen. Pas in de 20e eeuw werd er toch weer een deeltjesaspect onderkend aan licht - het foton -, dankzij Albert Einsteins bijdragen aan het foto- elektrisch effect en de kwantummechanica. Ter voorkoming van chromatische aberratie ten gevolge van kleurschifting, die bij breking door lenzen onvermijdelijk is, bedacht en construeerde Newton de Newtontelescoop, die nog steeds toegepast wordt. Newton beschreef ook diffractie (buiging) van licht - het experiment met de stoffige spiegel - dat in 1801 door Thomas Young werd verklaard, al was het dan met het golfmodel. Newton vond onafhankelijk een andere formulering van de lenzenformule. Voor de warmteleer formuleerde Newton een wet voor afkoeling, waarbij de afkoelsnelheid evenredig is met het temperatuurverschil met de omgeving. De temperatuur van een heet voorwerp daalt daardoor exponentieel in de tijd tot de omgevingstemperatuur is bereikt. Een eeuw later zou deze afkoelwet worden uitgewerkt door Joseph Fourier, om te beginnen met de Wet van Fourier, en vervolgens met een wiskundig geavanceerde Théorie analytique de la chaleur. Newton kan niet als de grondlegger van de hydrodynamica worden beschouwd (dat was Blaise Pascal), maar hij beschreef wel het gedrag van wat nu Newtonse vloeistoffen heten, die een viscositeit hebben die onafhankelijk is van de schuifspanning. Deze beschrijving zou zonder de differentiaalrekening ondenkbaar zijn. Wetten van Newton Eerste wet: traagheid of inertie Als de som van de krachten op een voorwerp nul is, dan is de versnelling nul. Een voorwerp beweegt dan met een constante snelheid in een rechte lijn, of is in rust. Een andere formulering van de eerste wet: Als er geen netto kracht werkt blijft een voorwerp volharden in zijn bewegingstoestand, namelijk hetzij eenparig rechtlijnige beweging of stilstand. Om de bewegingstoestand van een voorwerp te veranderen is een resulterende kracht nodig die ongelijk is aan nul. Deze resulterende kracht is de vectoriële optelsom van alle krachten die op het voorwerp inwerken. Tweede wet: hoofdwet van de mechanica De verandering in beweging (impuls) van een voorwerp is gelijk aan de resulterende* kracht die op het voorwerp werkt. Deze verandering volgt de rechte lijn waarlangs de kracht werkt. De tweede wet definieert de eenheid van kracht in massa, afstand en tijd. Met *resulterende kracht in een bepaald punt wordt de nettokracht bedoeld die overblijft als alle krachten in dat punt bij elkaar zijn opgeteld, rekening houdend met grootte én richting. Derde wet: actie en reactie Als een voorwerp A een kracht uitoefent op een voorwerp B, dan oefent voorwerp B een even grote, gelijktijdige en tegengesteld gerichte kracht uit op A en omgekeerd. De derde wet wordt beknopt geformuleerd als 'actie = reactie', maar dit is misleidend daar het om een gelijktijdig krachtenpaar gaat: er is geen actie voorafgaand aan een impuls. Voorbeelden: Een voorwerp van 1 kg waarop een constante nettokracht van 1 N wordt uitgeoefend, zal na 1 seconde een snelheid van 1 m/s in de richting van de kracht erbij hebben gekregen, na 2 seconden 2 m/s, na 3 seconden 3 m/s, enzovoort. Aan een voorwerp dat op de grond ligt, wordt door de zwaartekracht getrokken, maar het ondervindt volgens de derde wet van de grond een even grote, tegengesteld gerichte reactie- of normaalkracht. Het voorwerp blijft dus stilliggen. Een voorwerp in de vrije ruimte boven het aardoppervlak krijgt zo'n reactiekracht niet (als de wrijving van de lucht verwaarloosd wordt) en raakt dus in 'vrije val'. Omdat volgens de zwaartekrachtwet de zwaartekracht evenredig is met de massa van het voorwerp, hebben alle voorwerpen in vrije val in het luchtledige op dezelfde plaats dezelfde constante versnelling. Op het aardoppervlak bedraagt deze ongeveer 9,81 m/s², aan de evenaar iets minder. Ook andere interesses Behalve voor exacte wetenschappen had Newton ook voor andere onderzoeksterreinen belangstelling. Hoewel Newton zijn roem geheel dankt aan zijn prestaties als natuur- en wiskundige, is hij een groot deel van zijn leven meer bezig geweest met theologie en andere Bijbelse disciplines dan met exacte wetenschap. Hierin lag zelfs zijn grootste passie. Hij schreef: "Ik heb een fundamenteel geloof in de Bijbel als Gods Woord, geschreven door hen die geïnspireerd waren. Ik studeer de Bijbel dagelijks. Al mijn ontdekkingen zijn gedaan als antwoorden op mijn gebed". Hij schreef veel over onder meer Bijbelse chronologie en tekstkritiek. Na zijn dood werden enkele van zijn theologische werken uitgegeven. Naar hedendaagse inzichten was Newton veel bezig met zaken die men nu als pseudowetenschap zou zien, zoals alchemie. Men vindt dit soms moeilijk te rijmen met zijn algemeen erkende wetenschappelijke verdiensten. Newton verschilde daarin niet van de meeste grote geleerden van zijn tijd. Tot ver in de 18e eeuw hadden natuurfilosofen een actieve belangstelling voor alchemie en astrologie. Newtons nagelaten persoonlijke bibliotheek bleek na inventarisatie 126 boeken over alchemie te bevatten, wat duidelijk maakte dat dit één van zijn grote passies was. Dankzij zijn reputatie op het gebied van de alchemie kreeg Newton op instigatie van Charles Montague de betrekking van ‘warden’ (muntmeester) aan de Koninklijke Munt in Londen.