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NEWTON


NEWTON

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tween  the  mass  of  a  body  (representing 

its resistance to acceleration; or, in other 

words,  the  quantity  of  inertia  it  pos­

sessed)  and  its  weight  (representing  the 

amount of gravitational force between it­

self  and  another  body,  usually  the 

earth).


Finally  the  famous  third  law  of  mo­

tion  states  that  for  every  action  there  is 

an equal and opposite reaction. That law 

makes  news  today,  since  it  governs  the 

behavior  of  rockets.  Newton  considered 

the  behavior  of  moving  bodies  both  in 

vacuum  and  in  media  that  offered  resis­

tance. In connection with the latter situa­

tion,  he  foreshadowed  modem  aeronau­

tics.


From the  three laws Newton was  able 

to deduce the manner in which the grav­

itational force between the earth and the 

moon  could  be  calculated.  He  showed 

that  it  was  directly  proportional  to  the 

product  of the  masses  of the  two  bodies 

and  inversely  proportional  to  the square 

of  the  distance  between  their  centers. 

The  proportionality  could  be  made  an 

equality  by  the  introduction  of  a  con­

stant.  The equation that resulted  is a fa­

mous one:



Gmtm2

F —


c ? -

where  mx  and  m2  are  the  masses  of  the 

earth  and  the  moon,  d  the  distance  be­

tween  their  centers,  G  the  gravitational 

constant, and F the force of gravitational 

attraction between them.

It  was  an  additional  stroke  of  tran­

scendent  intuition  that  Newton  main­

tained that this law of attraction held be­

tween  any two bodies in the  universe,  so 

that  his equation became the law of uni­

versal  gravitation.  It  remained  for  Cav­

endish  [307]  a  century  later  to  deter­

mine  the  value  of  G  and,  therefore,  the 

mass  of  the  earth,  but  Newton  guessed 

that  mass  quite  accurately  and  then  es­

timated  the  mass  of  Jupiter  and  Saturn 

at nearly the correct value.

It  quickly  became  apparent  that  the 

law  of  universal  gravitation  was  ex­

tremely  powerful  and  could  explain  the 

motions  of  the  heavenly  bodies  as  they 

were  then  known.  It  explained  all  of 

Kepler’s  laws.  It  accounted  for  the

precession of the equinoxes.  The various 

irregularities  in  planetary  motions  were 

seen  to  be  the  result  of  their  minor  at­

tractions  (perturbations)  for  each  other 

superimposed  on  the  gigantic  attraction 

of  the  sun.  It  even  accounted  for  the 

complex  variations  in  the  motion  of  the 

moon.  (This  motion,  which  Kepler  had 

not been able to deal with,  was the only 

problem  that  Newton  used  to  admit 

made  his  head  ache.)  Newton  even  in­

cluded a drawing in his book to illustrate 

the  manner  in  which  gravitation  would 

control the motion of what we today call 

an artificial satellite.

Newton’s  great  book was  published  in 

an  edition  of  only  twenty-five  hundred 

copies,  but  it  was  well  accepted  and  its 

value  was  recognized  at  once  by  many 

scientists.  It represented  the  culmination 

of  the  Scientific  Revolution  that  had 

begun  with  Copernicus  [127]  a  century 

and  a  half  earlier.  Newton  made  the 

Scientific Revolution more  than a matter 

of mere measurement and equations that 

theoretical philosophers  might  dismiss  as 

unworthy to be compared with the grand 

cosmologies of the ancients.

Newton  had  matched  the  Greeks  at 

their  grandest  and  defeated  them.  The 

Principia  Mathematica  developed  an 

overall  scheme  of  the  universe,  one  far 

more  elegant  and  enlightening  than  any 

the  ancients  had  devised.  And  the  New­

tonian  scheme was based  on  a  set  of as­

sumptions,  so  few  and  so  simple,  devel­

oped  through  so  clear  and  so  enticing  a 

line  of  mathematics  that  conservatives 

could scarcely find the heart and courage 

to fight it. It excited awe and admiration 

among  Europe’s  scholars.  Huygens,  for 

example, traveled  to England  for the ex­

press purpose of meeting the author.

Newton ushered in the Age of Reason, 

during  which  it  was  the  expectation  of 

scholars  that  all  problems  would  be 

solved  by  the  acceptance  of  a  few 

axioms worked out from careful observa­

tions  of phenomena,  and  the  skillful  use 

of  mathematics.  It  was  not  to  prove  to 

be  as  easy  as  all  that,  but  for  the  eigh­

teenth  century  at  least,  man  gloried  in  a 

new  intellectual  optimism  that  he  had 

never  experienced  before  and  has  never 

experienced since.

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NEWTON


NEWTON

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Newton’s book, however, was not pub­

lished  without  trouble.  The  Royal  Soci­

ety, which was to publish it, was short of 

funds and Hooke was at his  most dispu­

tatious  in  claiming  priority  and  pointing 

out he had written a letter to Newton on 

the  subject  six  years  earlier.  Newton, 

brought to the extremes of exasperation, 

was  finally  forced  (much  against  his 

rather  ungenerous  nature)  to  include  a 

short  passage  referring  to  the  fact  that 

Hooke,  Wren,  and  Halley  had  inferred 

certain  conclusions  that  now  Newton 

was  to  expound  in  greater  detail.  Even 

so  the  Royal  Society,  then  under  the 

presidency  of  none  other  than  Samuel 

Pepys,  the  diarist,  refused  to  involve  it­

self in what might be a nasty controversy 

and backed out of its agreement to pub­

lish.

Fortunately Halley, who was a man of 



means,  undertook to  pay  all expenses  of 

publication,  arranged  for  illustrations, 

read  galley  proofs,  and  labored  like  a 

Trojan  to  keep  Hooke  quiet  and  New­

ton’s  ever-sensitive  nature  mollified. 

When the book appeared, men of science 

rallied  to  the  new  view.  David  Gregory

[240],  the  nephew  of  the  man  who  had 

anticipated  the  reflecting  telescope,  was 

among the first.

But  continual  controversy  was  wreak­

ing  havoc  with  Newton,  as  was  the 

terrific  strain  of  his  mental  preoccu­

pations.  (When  asked  by  Halley  how  it 

was  he  made  so  many  discoveries  no 

other  man  did,  Newton  replied  that  he 

solved problems not by inspiration or by 

sudden  insight  but  by  continually  think­

ing  very  hard  about  them  until  he  had 

worked  them  out.  This  was  no  doubt 

true  and  if  there  were  such  a  thing  as 

mental  perspiration,  Newton  must  have 

been  immersed  in  it.  What’s  more,  he 

detested  distractions  and  once  scolded 

Halley for making a joking remark.)

As  though  his  work  in  mathematics 

and  physics  were  not  enough,  Newton 

spent  much  time,  particularly  later  in 

life,  in  a  vain  chase  for  recipes  for  the 

manufacture of gold.  (He was an ardent 

believer in  transmutation  and wrote  half 

a million worthless words on chemistry.) 

He  also  speculated  endlessly  on  theolog­

ical matters  and  produced  a  million  and

a  half  useless  words  on  the  more  mysti­

cal passages of the Bible.

Like  Kepler,  he  calculated  the  day  of 

creation and set it about 3500 

b

.

c



., 

mak­


ing the earth five  centuries younger than 

Kepler had done.  It was not till Hutton’s 

[297]  time,  a  century  later,  that  science 

was  freed  from  enslavement  to  biblical 

chronology.

Apparently  Newton  ended  with  Uni­

tarian  notions  that  he  kept  strictly  to 

himself,  for he  could  not  have  remained 

at  Cambridge  had  he  openly  denied  the 

divinity of Christ.

In any case in  1692 his busy mind tot­

tered.  He had  a  nervous  breakdown  and 

spent nearly two years in retirement.  His 

breakdown,  according  to  a  famous  tale, 

may have  been hastened  by  a mishap  in 

which  Newton’s  dog  Diamond  upset  a 

candle  and burned years  of accumulated 

calculation.  “Oh,  Diamond,  Diamond,” 

moaned  poor  Newton,  “thou  little 

knowest  the  mischief  thou  hast  done.” 

(Alas, this affecting story is probably not 

true.  It  is  doubtful  that  Newton  ever 

even owned a dog.)

Newton  was  never  quite  the  same, 

though  he  was  still  worth  ten  ordinary 

men.  In  1696,  for  example,  a  Swiss 

mathematician challenged Europe’s schol- 

lars  to  solve  two  problems.  The  day 

after  Newton  saw  the  problems  he  for­

warded  the  solutions  anonymously.  The 

challenger  penetrated  the  disguise  at 

once. “I recognized the claw of the lion,” 

he  said.  In  1716,  when  Newton  was 

seventy-five,  a  problem  was  set  forth  by 

Leibniz  for  the  precise  purpose  of 

stumping him. Newton solved it in an af­

ternoon.

In  1687  Newton  defended  the  rights 

of  Cambridge  University  against  the  un­

popular King James II, rather quietly,  to 

be  sure,  but  effectively.  As  a  result  he 

was  elected  a  member  of  Parliament  in 

1689  after  James  had  been  overthrown 

and  forced  into  exile.  He  kept  his  seat 

for  several  years  but  never  made  a 

speech.  On one occasion he rose and  the 

House  fell  silent  to  hear  the  great  man. 

All  Newton  did  was  to  ask  that  a  win­

dow be closed because there was a draft.

Through  the  misguided  efforts  of  his 

friends  he  was  appointed  warden  of  the

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NEWTON


ROEMER

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mint in  1696 with a promotion to master 

of  the  mint  in  1699.  This  placed  him  in 

charge  of the  coinage  at  a  generous  sal­

ary,  so  that  after  his  death  he  could 

leave  an  estate  of over  £.30,000.  It was 

considered  a great honor and  only New­

ton’s  due,  but  since  it  put  an  end  to 

Newton’s scientific labors,  it can only be 

considered  a  great  crime.  Newton  re­

signed  his  professorship  to  attend  to  his 

new  duties  and  threw  himself  into  them 

with  such  vigor  and  intelligence  that  he 

revolutionized its workings for the better 

and  became  a  terror  to  counterfeiters. 

He appointed his friend Halley to a posi­

tion under himself.

In  1703  Newton was  elected  president 

of the  Royal Society  (only after Hooke’s 

death, be it noted)  and he was reelected 

each  year  until  his  death.  In  1704  he 

wrote Opticks,  summarizing his work  on 

light—having  carefully  waited  for 

Hooke’s  death  here,  too.  Opticks,  unlike 

the Principia,  was written  in  English  but 

it was  soon  translated  into  Latin  so  that 

Europeans  outside  Great  Britain  might 

read  it.  In  1705  he  was  knighted  by 

Queen Anne.

He  had  turned  gray  at  thirty  but  his 

faculties remained sound into old age. At 

eighty  he  still  had  all  his  teeth,  his  eye­

sight  and  hearing  were  sharp,  and  his 

mind undimmed.  Nevertheless, his duties 

at  the  mint  neutralized  this  maintenance 

of vigor and prevented him from prepar­

ing  a  second  edition  of the  Principia  till 

1713.


Newton  was  respected  in  his  lifetime 

as no scientist  before him  (with  the pos­

sible  exception  of  Archimedes  [47])  or 

after him  (with the possible exception of 

Einstein  [1064]).  When  he  died  he  was 

buried  in Westminster Abbey  along with 

England’s heroes. The great French liter­

ary  figure  Voltaire  [261],  who  was  visit­

ing  England  at  that  time,  commented 

with  admiration  that  England  honored  a 

mathematician  as  other  nations  honored 

a king. The Latin inscription on his tomb 

ends with the sentence “Mortals!  Rejoice 

at  so  great  an  ornament  to  the  human 

race!”  Even  so,  national  prejudices  had 

their  influence  and  outside  Great  Britain 

there  was  some  reluctance  to  accept  the

Newtonian  system.  It  took  a  generation 

for it to win final victory.

Newton had the virtue of modesty  (or, 

if  he  did  not,  had  the  ability  to  assume 

it).  Two  famous  statements  of  his  are 

well  known.  He  wrote,  in  a  letter  to 

Hooke  in  1676,  “If  I  have  seen  further 

than  other  men,  it is because I  stood  on 

the  shoulders  of giants.”  He  also  is  sup­

posed to have said,  “I do not know what 

I may appear to the world; but to myself 

I seem to have been only like a boy play­

ing on the seashore, and diverting myself 

in now and then finding a smoother peb­

ble  or  a  prettier  shell  than  ordinary, 

whilst  the  great  ocean  of  truth  lay  all 

undiscovered before me.”

However,  other men of Newton’s time 

stood on the shoulders of the same giants 

and  were  boys  playing on  the  same  sea­

shore,  but  it  was  only  Newton,  not  an­

other,  who  saw  further  and  found  the 

smoother pebble.

It  is  almost  imperative  to  close  any 

discussion  of  Newton  with  a  famous 

couplet by Alexander Pope:

Nature  and  Nature’s  laws  lay  hid  in 

night:

God  said,  Let  Newton  be!  and  all  was 

light.

and with a verse by William Wordsworth 

who,  on  contemplating  a  bust  of  New­

ton, found it to be



The marble index of a mind forever 

Voyaging  through  strange  seas  of 

thought, alone.

[232]  ROEMER, Olaus (roi'mer)

Danish  astronomer

Born:  Arhus,  Jutland,  September

25,  1644



Died:  Copenhagen,  September  19, 

1710


Roemer,  the son of a  shipowner, stud­

ied  astronomy  at  the  University  of  Co­

penhagen  under  Bartholin  [210],  whom 

he  also  served  as secretary;  but his  great 

achievement came in Paris.  It seems that 

in  1671  the  French  astronomer  Picard 

[204]  traveled  to  Denmark  in  order  to

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[232]

ROEMER


LEIBNIZ

[233]

visit the  old  observatory of Tycho  Brahe 

[156],  He  wished  to  determine  its  exact 

latitude  and  longitude  in  order  to  recal­

culate  if  necessary  Tycho’s  observations 

of  a  century  before.  While  there  he  uti­

lized the services of young Roemer as an 

assistant  and  impressed  by  him  brought 

him back to  Paris.

In  Paris,  Roemer  made  his  mark  by 

carefully  observing  the  motions  of  Ju­

piter’s  satellites.  Their  times  of  revolu­

tion  were  accurately  known,  thanks  to 

Cassini  [209],  another  of  Picard’s  im­

ports.  Because of this it was theoretically 

possible to predict the precise moment at 

which  they would  be  eclipsed by Jupiter 

(as viewed from the earth).

To  Roemer’s  surprise  the  eclipses 

came progressively earlier  at  those times 

of  the  year  when  the  earth  was  ap­

proaching  Jupiter  in  its  orbit,  and  pro­

gressively  later  when  it  was  receding 

from Jupiter. He deduced that light must 

have  a  finite  velocity  (though  Aristotle 

[29]  and,  in  Roemer’s  own  time,  Des­

cartes  [183]  had  guessed  the  velocity  to 

be  infinite)  and  that  the  eclipses  were 

delayed when the earth and Jupiter were 

farthest  apart  because  it  took  light  sev­

eral minutes to cross the earth’s orbit.

All previous attempts to determine the 

speed  of  light  had  failed.  Galileo  [166] 

had  attempted  to  measure  it  by  station­

ing  an  assistant  on  a  hill  with  a  lantern 

and  himself  on  another  hill  with  a  lan­

tern  and  flashing  lights  back  and  forth. 

But  the  time  lag between  the flashing  of 

one  lamp  and  seeing  the  flash  of  the 

other  in response  seemed entirely due  to 

the  time  it  took  a human  being  to  react 

to  a  stimulus.  There  was  no  change  in 

this  lag  when  hills  separated  by  greater 

distances were used.

What  Roemer  had  were  two  “hills” 

that  were  separated  by  some  half  a  bil­

lion  miles  (earth  and  Jupiter)  and  a 

light  flash  (the  moment  of  satellite 

eclipse) that did not involve human reac­

tion times.  He calculated  the velocity  of 

light to be (in modem units)  227,000 ki­

lometers per second.  Although this value 

is  too  small  (the  accepted  modem value 

is 299,792  kilometers per second)  it cer­

tainly was not bad for a first attempt.

Roemer  announced  the  calculation  at 

a meeting of the Academy of Sciences in 

Paris  in  1676.  Although  nowadays  the 

velocity of light is considered one of the 

fundamental  constants  of  the  universe, 

this  first  announcement  made  no  great 

splash. Picard backed his young protégé, 

as  did  Huygens  [215],  but  the  conser­

vative  Cassini was  opposed.  In  England, 

Halley [238], Flamsteed  [234], and New­

ton  [231]  favored  it,  but  on  the  whole 

the  matter  faded  out  of  astronomical 

consciousness  until  Bradley  [258]  a  half 

century later proved the finite velocity of 

light  in  a  new  and  still  more  dramatic 

fashion.

However,  Roemer’s  work  in  general 

was highly  regarded.  He visited  England 

in  1679,  meeting  Newton,  Flamsteed, 

and  Halley,  and  in  1681  he  was  called 

back  to  Copenhagen  by  King  Christian 

V  to  serve  as  astronomer  royal  and  as 

professor of astronomy at  the University 

of  Copenhagen.  There  he  reformed  the 

Danish  system  of  weights  and  measures 

and  introduced  the  Gregorian  calendar. 

In  1705 he was mayor of Copenhagen.

The  record  of  his  extensive  observa­

tions from  Copenhagen  was lost in  1728 

in a fire that swept the city.

[233]  LEIBNIZ, Gottfried Wilhelm 

(lipe'nits)

German  philosopher  and  mathe­

matician

Born:  Leipzig, Saxony, July 1, 

1646


Died:  Hannover, November  14, 

1716


Leibniz,  the  son  of a professor  of phi­

losophy who died when the boy was six, 

was an amazing child prodigy whose uni­

versal  talents  persisted  throughout  his 

life.  Indeed, his attempt to do everything 

prevented  him  from  being  truly  first 

class at any one particular thing.  He has 

been  called  the  Aristotle  [29]  of  the 

seventeenth century and was perhaps the 

last  to  take—with  reasonable  success— 

all knowledge for his province.

He  began  quite  young,  teaching  him­

self Latin at eight and Greek at fourteen.

155


[233]

LEIBNIZ


FLAMSTEED

[234]

He  obtained  a  degree  in  law  in  1665 

and,  in  addition, was  a  diplomat,  philos­

opher,  political writer,  and an attempted 

reconciler of the Catholic and Protestant 

churches.  As a diplomat he  tried  to  dis­

tract Louis XIV from a prospective inva­

sion  of  Germany  by  suggesting  a  cam­

paign  against  Egypt  instead.  Louis  XIV 

didn’t bite, but a century later Napoleon 

did.  Leibniz  also  acted  on  occasion  as 

adviser  to  Peter  the  Great,  tsar  of  Rus­

sia.

He  was  an  atomist  after  the  style  of 



Gassendi  [182]  and tackled  mathematics 

seriously  after  his  travels  brought  him 

into  contact  with  such  men  as  Huygens 

[215]  who  introduced  him  to the mathe­

matical  treatment  of  the  pendulum.  In 

1671  he  devised  a  calculating  machine 

superior  to  that  of  Pascal  [207],  a  ma­

chine  that  could  multiply  and  divide  as 

well  as  add  and  subtract.  He  was  also 

the  first  to  recognize  the  importance  of 

the  binary  system  of  notation  (making 

use of  1  and 0 only).  (This is important 

in connection with modern computers.)

Even  earlier,  in  1667,  he  had  at­

tempted  to  work  out  a  symbolism  for 

logic.  It was imperfect but it anticipated 

the  work  of  Boole  [595]  two  centuries 

later, in many ways.

As a result, when Leibniz visited Lon­

don in  1673, where he  met Boyle  [212], 

he  was  elected  a  member  of  the  Royal 

Society.


In that same year he began to think of 

a  system  of the  calculus,  which he pub­

lished in  1684. This eventually aroused a 

strenuous  controversy  between  himself 

and the admirers  of Newton  [231],  with 

Newton himself participating secretly. In 

fact,  Newton  all  but  accused  Leibniz  of 

plagiarism  in  the  second  edition  of  the 



Principia. Leibniz’s activity as a diplomat 

had been  (of necessity)  shady enough to 

make  his  word  suspect  to  the  furious 

Newtonians,  and  his  contact  with  En­

glish mathematicians in  1673  seemed all 

the  proof  of  plagiarism  they  needed. 

However, there seems no doubt now that 

his  work  was  independent  of  Newton 

and, in any case, his line of development 

of the calculus was the superior. The ter­

minology  and  form  first  advanced  by

Leibniz  is  currently  preferred  to  New­

ton’s.  Leibniz  also  introduced the use of 

determinants into algebra.

In  1693 he recognized the law of con­

servation  of  mechanical  energy  (the  en­

ergy of motion and of position). A  cen­

tury and a half later this was  to be gen­

eralized by men such as Helmholtz [631] 

to  include  all  forms  of  energy.  Leibniz 

was  also  the  first  to  suggest  an  aneroid 

barometer  that  would  measure  air  pres­

sure  against  a  thin  metal  diaphragm 

without the inconvenience  of Torricelli’s 

[192]  column of mercury.

In  1700  Leibniz  induced  King  Fred­

erick  I  of  Prussia  to  match  the  Royal 

Society  in  London  and  the  Academy  of 

Sciences  in  Paris by founding the  Acad­

emy  of  Sciences  in  Berlin  and  this  has 

been  a  major  scientific  body  ever  since. 

Leibniz  served  as  its  first  president.  In 

1700  also,  he  and  Newton  were  elected 

(admirable  neutrality  of  the  French!) 

the first foreign members of the Parisian 

Academy  of  Sciences.  For  forty  years 

Leibniz served the electors of Hannover.

In  1710  Leibniz published,  in  French, 

a book in which he tried to demonstrate 

that  this  was  the  “best  of  all  possible 

worlds”  to  use  the  now  popular  phrase. 

Surely, though, Leibniz must have found 

that hard to believe in his last few years, 

and  after  his  death  this  view  was  mer­

cilessly satirized by Voltaire  [261]  in his 

Candide.

In  1714  the  then  elector of Hannover 

succeeded to the throne of Great Britain 

as George I, and Leibniz was eager to go 

with  him  to  London.  But  the  new  king 

had no need of him and perhaps did not 

wish  to  offend  the  Newton  partisans  in 

his new kingdom.

Leibniz  died  in  Hannover,  neglected 

and forgotten, with only his secretary at­

tending the funeral. Like his great adver­

sary, Newton, Leibniz had never married 

and had no family.

[234]  FLAMSTEED, John 

English astronomer 

Born:  Denby,  Derbyshire,  August 

19,  1646



Died:  Greenwich, near London, 

December 31,  1719



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