ニュートン (Newton, Sir Isaac)

ニュートンという人は

アイザック・ニュートン

数学者であり、物理学者であり、天文学者であった。 さまざまな分野に卓越した業績をのこした偉大な科学者で、その発明、発見と理論は科学に画期的な進歩をもたらす。 数学の分野では微積分法を発見し、物理学の分野では光と色の光学の諸問題を解決し、運動の3法則をうちたて、万有引力の法則を導きだした。

ガリレイが没した1642年、イギリス、リンカンシャーのウールスソープでクリスマスに生まれる。 小さな農場を営んでいた父はニュートンが生まれる3ヶ月前に他界し、3歳のとき近所の牧師と母親が再婚する。 ニュートンの幼年期は祖母と二人で暮らしていた。 1661年、ケンブリッジ大学のトリニティ・カレッジに18歳で入学、順免費生として指導教員の給仕や雑用をしながら勉強をする。 経済的には余裕があったのだが、文盲に近い母親がニュートンの学業に反対であったため満足な仕送りを受けることができなかった。

1665年に学士号を得る。同年のペスト流行により2年間大学が閉鎖されるが、この2年はニュートンにとって大きな意義をもつ2年となる。 今ではこの2年は”ニュートンの脅威の2年”と呼ばれ、この間にさまざまな数学の解法を発見し、後の光学、力学の重大発見の萌芽が生まれた時期となる。

ペストが収まり大学に戻ったニュートンはフェロー（特別研究員）に指名される。1家族が1年暮らせる100ポンドの年金が支給されるようになり、 ようやく経済的な余裕が生まれる。年金により実験道具や材料を購入し、望遠鏡を製作する。ニュートンを含む当時の物理学者は腕のいい職人でもあった。

ニュートンの主な経歴

1666年、万有引力を発見する。 月が地球に落ちてこない理由を考えていたニュートンは、ガリレイの慣性の法則に従うならば、月は地球の周りを回らずに飛び去っていくはずだと考えた。 地球の周りを回ることこそ月が地球に向かって落ちている証明であると考え、ここで引力というものを思いつく。 この引力の大きさを月の円形軌道の半径とその公転周期から算出し、月が地球のすぐそばにあると仮定した場合の1/3600となることをつきとめた。 3600 = 60^2であることから「宇宙のすべての物体は、その質量の積に比例し、物体間の距離の2乗に反比例する力を及ぼしあう」ことを直感的に悟った。 これこそまさに、万有引力の法則である。

同年、太陽光は7色から成り、この7色を混ぜると白色になることをプリズムによって発見する。

王立協会に寄贈した
望遠鏡

1668年、ケプラー以来の屈折望遠鏡では色収差（像の周りが色づいてにじんで見える現象）を除くことは不可能とし反射望遠鏡を製作する。 従来の屈折望遠鏡の欠点を補い、かつ数十倍の倍率を可能とした。 これを発展させた口径34ミリ、焦点距離159ミリ、倍率38倍の大型望遠鏡を製作しロンドン王立協会に寄贈して名声を得る。 色収差の軽減については後に屈折望遠鏡でも可能であることがＣ・Ｍ・ホール、オイラー、ドロンドとその手を至りついに証明されるのではあるが、 このときの名声によってニュートンは1672年にロンドン王立協会会員に迎えられた。

同年、ケンブリッジではニュートンの才能を認め、ルーカス教授職の後継者としてニュートンを選出する。 代々最高レベルの科学者が就任するポストであり、ニュートンは若干26歳の若さであった。

1671年、微積分法を確立する。デカルトにより代数式が幾何学と結合し、カヴァリエリ、トリチェリ、フェルマーなどにより極限の概念はすでに発生していた。 ニュートンは自身の運動法則構想のうえにたった微積分学を固めあげていった。

1672年、先のプリズム以降の光の研究成果をまとめ”光学”（Opticks）を発刊し、この中で光の粒子説を提唱する。 デカルト以降の光については1665年にボイルの助手フックのよって「光とはエーテルの波動である」と発表されており、ニュートンの発表のよって波動VS粒子の論争となっていく。 大型望遠鏡で名声を得ていたニュートン有利といった風向きになっていくが、論争の煩わしさからこれ以後ニュートンは光の研究から離れていき、以降は研究結果の発表を渋るようになる。

1687年、ニュートン力学集大成とも言える”自然哲学の数学的原理”（プリンキピア：Principia）」を発刊する。 脅威の2年に構想したさまざまな事象を次々と形にしていくニュートンであったが、発表については頑なに拒み続けた。 天文学者で友人のエドモンド・ハレー（ハレー彗星の発見者）の熱心な説得が実を結び、ハレーの財力の助けもあってついにプリンキピアは発刊される。 世にいう”運動の3法則”はこの中にある。リンゴは落ちてくるのに月が落ちてこない理由、万有引力と遠心力、さらに、抵抗を受けている物体の運動、流体力学の諸問題、振動、波動、音響、潮汐の諸現象の解明、そしてこれらの理論を太陽系惑星の運動に応用している。 この本は力学に納まらず、以降の熱運動論、エネルギー恒存論、電磁気学、光学といった各分野の物理学に強い影響を与えている。

プリンキピアとはラテン語で原理を表す。 ”自然哲学の数学的原理”のなかの”原理”をとり、一般にプリンキピアと呼ばれるこの本は、現在に至っても史上最高の物理学の本、不滅の名著、人類の宝と最高の評価をされ、物理学の分野ではバイブルのように読み継がれている。

運動の3法則

• 第一法則　=　慣性の法則（ガリレイの力学）

  静止または一様な直線運動をする物体は、力が作用しない限り、その状態を持続する

• 第二法則　=　ニュートンの運動方程式

  運動の変化は、物体に働く力の大きさに比例し、力が働いている向きに起こる

• 第三法則　=　作用反作用の法則

  二つの物体が互いに力を及ぼし合うときには、これらの力は大きさが等しく向きが反対である

アイザック・ニュートン

プリンキピア

プリンキピアの評判によってニュートンの存在は圧倒的なものとなる。 フランス、ドイツの学術関係の雑誌に掲載され、「これ以上のものは考えられないほど完璧な力学体系」、「当代一の数学者」といった賞賛を受け、ニュートンの創造の40年は幕を降ろす。

以後は、大学を代表する形で国会議員を務め、1699年には造幣局の長官にまで就任し、生涯この職は保持する。 1703年にはロンドン王立協会会長に就任し、これも生涯務めた。 ロンドン王立協会の定期会合は会長が司会を務めるが、没する2週間前まで出席したという。 1705年にはアン女王からナイトの称号を授けられた。

エドモンド・ハレーとはハレー彗星からみで付き合いが始まった。 当時彗星は1度現れたら2度目はないと考えられていたが、ハレーは大彗星の天文記録を調べ、ほぼ76年毎に飛来することや軌道が似ていることに着目し、ニュートンに助言を求めたところ楕円軌道の可能性を教示された。 万有引力の法則に従い彗星も周回するとニュートンは指摘し、ハレーはニュートンの数式を用いて次回の彗星飛来を予言する。 ハレーの死後になるが、これは見事に的中した。

イギリスの詩人アレキサンダー・ホープの有名な2行詩がある。
「自然と、自然の法則は闇の中に隠されている。
ニュートンよ、来たれ、と神が告げた。するとすべてが明るみに出た。」

偉大な数学者であり科学者であり、また、最後の魔術師とも呼ばれるアイザック・ニュートン。 イギリスの多くの英霊と共にウェストミンスター寺院に眠る。

力の単位・ニュートン

現在ニュートンの名は、力の単位ニュートン[N]として、SI組立単位に残っている。