Det hände sig för länge sedan, att ett gossebarn kom till världen på denna dag, den 25 december. För tidigt född och liten nog att rymmas i en ölsejdel, var hans utsikter inte de bästa. Hans far hade redan gått bort, och hans mor lämnade honom vid tre års ålder för att leva tillsammans med en prästerlig man.
Mellan tolv och sjutton års ålder fick han grundläggande skolning i latin. Därefter ville hans mor göra en redig bonde av sin pojk, men hon övertalades av rektorn att låta grabben fortsätta läsa. Han utmärkte sig i studierna, och blev småningom antagen till universitet vid nitton års ålder.
Studierna finansierade han först med deltidsarbete, men efter tre år erhöll han ett stipendium. Vid universitetet undervisades han i Aristoteles fysik, men kom också i kontakt med verk av den tidens moderna naturfilosofer. Under ett pestutbrott tvangs han till lantlig isolering i sitt föräldrahem under två år, en period då han under egna studier utvecklade embryon till flera nydanande teorier.
Han var Isaac Newton (1642–1727), en ovanligt skärpt kille med talang för matematik och fysik, trots att han inte fick någon utbildning i yngre ålder. Newton var i många avseenden en udda figur, en smula vresig, grubblande och inåtvänd. Förmodligen var han asexuell, eftersom han inte gifte sig och aldrig sågs umgås med kvinnor (eller män): han fick uppenbarligen sina kickar ovanför midjehöjd.
Tjugofem år gammal återvände han till universitetet, och fick där en fast tjänst. Bara två år senare erhöll han titeln professor i matematik, med dispens på den tidens krav om att samtidigt ta tjänst i kyrkan som präst och avlägga löfte om celibat. Newton var visserligen en gudfruktig kristen som såg en gud som allsmäktig skapare, men han förnekade treenigheten, förkastade begreppet odödlig själ, och trodde inte på en djävul.
Newton var en produkt av den tidens religiösa kultur, men han frigjorde sig såpass mycket från den ortodoxa tron att han sannolikt skulle brännas på bål som kättare, om han offentligt hade yppat sin syn. Under en period sökte han numerologiska samband i bibeln för att röja vad han trodde var gömda meddelanden. Han bedrev också alkemiska studier i en tid då kemin ännu var i sin linda.
Mer fruktbara resultat fick Newton i sina studier kring mekanik. 1687 publicerade han Philosophiæ naturalis principia mathematica, som syntetiserade dåtidens samlade kunskap till en fullständig teori och lade en fast grund för den vetenskapliga revolution som hade påbörjats.
Tröghetslagen, väsentligen ett resultat av Galileo Galilei, formulerades som ett första axiom i boken: Lex. I. Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare. Varje kropp förblir i sitt tillstånd av vila eller i likformig rörelse framåt, såvida den inte förmås att ändra sitt tillstånd genom en kraft. Numera benämns detta Newtons första lag.
Newtons andra lag: Lex. II. Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressæ, & fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur. Förändring av rörelse är proportionell mot den kraft som anbringas, och sker i riktning längs den räta linje i vilken kraften anbringas. Med vektornotation skriver vi numera detta F = ma.
Tredje lagen lyder: Lex. III. Actioni contrariam semper & æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales & in partes contrarias dirigi. Mot varje aktion finns alltid en reaktion: alla krafter mellan två kroppar existerar i lika delar och i motsatt riktning. Fa = –Fb.
De benämns axiom, eftersom sambanden sågs som etablerade och experimentellt fastlagda av samtiden. I strikt mening är det inte Newtons lagar, även om de bär hans namn, men de utgör en grund för den vidare framställningen, som utgörs av en mängd propositioner och teorem.
Newton hade sedan tidigare vidareutvecklat kalkylen till en mer enhetlig teori. Han var inte dess egentliga upphovsman, men han, liksom Leibniz i Tyskland, raffinerade embryon av differential- och integralkalkyl till en enhetlig infinitesimalkalkyl. Newton behövde kalkylen för att beräkna hur kroppar i rörelse (dynamik) förhåller sig till varandra givet axiomen, något som inte är möjligt med enkel aritmetik och geometri.
I Principia använder Newton inte infinitesimalkalkyl i direkt form, eftersom de flesta naturfilosofer inte var hemmastadda i sådana nymodigheter. Den tidens lärda var betydligt mer förankrade i euklidisk geometri, varför Newton omformulerade infinitesimalkalkylen i geometriska termer. För ett modernt öga är Principia otymplig och svårläst, men för samtiden erbjöd den geometriska framställningen en genväg till förståelse av den nya fysiken.
Ett grundläggande teorem i Principia är att den kraft med vilken två sfäriska kroppar attraherar varandra är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan kropparnas centra (F ∝ 1/r2): Prop. LXXV. Theor. XXXV. Si ad Sphæræ datæ puncta singula tendant vires æquales centripetæ decrescentes in duplicata ratione distantiarum a punctis, dico quod Sphæra quævis alia similaris attrahitur vi reciproce proportionali quadrato distantiæ centrorum.
Även detta förhållande var i någon mening känt tidigare, bland andra av Ismaël Bullialdus och Robert Hooke, men Newton härledde sambandet matematiskt och införde det i ett större sammanhang. Johannes Kepler hade 1609 och 1619 publicerat tre samband för hur planeter rör sig kring solen, ett resultat av noggranna observationer utförda av Tycho Brahe och Kepler själv.
Vidare hade Nicolaus Copernicus 1543 utmanat den äldre klassiska geocentriska världsbilden, i vilken jorden utgör världens mittpunkt. I De revolutionibus orbium coelestium stipulerar Copernicus istället att alla planeter rör sig i cirkulära banor runt solen. Hypotesen fick ingen större spridning, men omhuldades av bland andra Galileo Galilei (som sattes i evig husarrest av inkvisitionen) och Giordano Bruno (som brändes på bål).
Även Johannes Kepler antog Copernicus heliocentriska modell, och han försökte utveckla den i en egendomlig variant med planetbanorna inskrivna i de perfekta platoniska kropparna; så starkt var det klassiska och geometriska synsättet, att man svårligen kunde frigöra sig från det.
Med Brahes observationer kunde Kepler småningom fastställa precisa matematiska lagar för hur planeterna rör sig kring solen. Efter fruktlösa försök att anpassa data efter en cirkulär modell, tillgrep han slutligen en elliptisk variant, som gav det förväntade resultatet. Kepler kunde därmed demonstrera att (1) planeterna rör sig i ellipser med solen i en av brännpunkterna; (2) en planetbana sveper alltid över lika stor radiell area per tidsenhet; (3) kvadraten på planetens omloppstid är proportionell mot kuben på halva storaxeln i ellipsen: T2 ∝ r3.
Med dessa empiriskt givna lagar kunde Newton härleda den allmänna gravitationslagen, som säger att två kroppar attraherar varandra med en kraft som är proportionell mot produkten av respektive kropps massa och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet till respektive kropps masscentrum: F = G·m1·m2/r2.
Newton konstaterar här att gravitationslagen som en funktion av enbart avståndet är ett idealfall. I verkligheten kan andra kroppars gravitation inverka, vilket ger mer invecklade formler. Newton demonstrerar hur en ytterligare term kan approximeras med en kubisk snarare än kvadratisk term (F ∝ 1/r3):
Prop. XLIV. Theor. XIV. Differentia virium, quibus corpus in Orbe quiescente, & corpus aliud in eodem Orbe revolvente æqualiter moveri possunt, est in triplicata ratione communis altitudinis inverse. Skillnaden mellan krafter, av vilka två kroppar kan förmås att röra sig likvärdigt, en i stillhet, den andra i rotation i omloppsbana, är omvänt proportionell mot kuben på avståndet till respektive masscentrum.
Exempelvis månen rör sig inte i en perfekt bana runt jorden, utan har en störning som beror på solens gravitationella inverkan på månen, så att jord-månesystemets gemensamma tyngdpunkt pendlar i en elliptisk bana. Newtons gravitationslag gäller naturligtvis även för tre eller flera kroppar, men måste då i allmänhet lösas numeriskt.
Newtons gravitationslag kan användas för tämligen exakt bestämning av samtliga kroppar i solsystemet i förhållande till varandra. Undantaget utgörs av Merkurius, vars omloppsbana runt solen avviker från den beräknade. Merkurius är den innersta planeten i solsystemet, och befinner sig så nära solen att relativistiska effekter gör sig påminda. För att beräkna Merkurius bana med precision krävs därför den allmänna relativitetsteori som Einstein formulerade 1915.
Den allmänna relativitetsteorin utvidgar Newtons gravitationsteori och ger den en naturlig förankring i själva rummets geometri. Newton föreställde sig begreppet kraft som en osynlig aktion på avstånd, något som hans samtida hade svårt att smälta. I vardagliga tillämpningar i hastigheter långt under ljusets och långt bortanför starka gravitationspotentialer används alltjämt Newtons mekanik, exempelvis för beräkning av raketbanor. Däremot kräver GPS-navigering allmän relativitetsteori.
Newtons Principia förändrade inte bara vetenskapen, utan gav världen en ny syn på universum och människans plats i det. Om inte Newton hade utvecklat sin mekanik, hade någon annan småningom med säkerhet kommit till samma resultat. Men ingen skulle ha kunnat formulera samma mekanik tidigare än Newton, och han var i det avseendet ett geni, med förmåga att läsa naturen och att kunna formulera dess verkan på ett elegant och överskådligt vis.
Samtidigt var Newton högst mänsklig, med uppenbara brister i både personlighet och intellekt. Det är också därför han är värd att fira, för att han demonstrerade den sköra människans förmåga att förstå en komplicerad värld. Han sade sig själv stå på giganters axlar, och alla som har kommit efter honom står i samma skuld till honom.
