Sir Isaac Newton

เซอร์ ไอแซค นิวตัน Sir Isaac Newton

เซอร์ ไอแซค นิวตัน การค้นพบกฎเกณฑ์ของธรรมชาติเป็นหน้าที่ของวิทยาศาสตร์ หน้าที่ของคนคือ ยอมให้กฎเกณฑ์เหล่านั้นดำเนินไปโดยไม่บิดเบือน ดังนี้ ความคิดที่ว่าจักรวาลนี้ถูกนำไปตามความประสงค์ของพระเจ้า ของสมัยกลางจึงสิ้นสุดลง แต่ปรัชญาของนิวตัน มิได้ยกเลิกความคิดในเรื่องพระเจ้า แต่ก็ได้ลิดรอนอำนาจของพระเจ้า ในฐานะผู้นำดวงดาว และผู้ควบคุมดวงอาทิตย์ให้หยุดนิ่ง

ประวัติ

ไอแซก นิวตัน : Sir Isaac Newton เกิด วันที่ 25 ธันวาคม ค.ศ. 1642 เมืองลินคอร์นเชียร์ (Lincohnshire) ประเทศอังกฤษ (England)และเสียชีวิต วันที่ 20 มีนาคม ค.ศ. 1727 กรุงลอนดอน (London) ประเทศอังกฤษ (England)

ผลงาน

– ตั้งกฎแรงดึงดูดของโลก

– ตั้งกฎเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

– ตั้งทฤษฎีแคลคูลัส (Calculus)

            – ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง

              – ค้นพบสมบัติของแสงที่ว่า แสงสีขาวประกอบขึ้นจากแสงสีรุ้ง

นิวตันเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับยกย่องว่าเป็นอัจฉริยะคนหนึ่งเลยทีเดียว แม้แต่นักวิทยาศาสตร์อย่างไอน์สไตน์ก็ได้รับการยกย่องให้ฉลาดเท่ากับนิวตัน นั่นคือการแสดงให้เห็นว่าเขาเป็นอัจฉริยะคนหนึ่งของโลก

การที่เขาได้รับการยกย่องเช่นนี้ เนื่องจากเขาได้ค้นพบและตั้งกฎอันยิ่งใหญ่ไว้หลายกฎ การค้นพบที่ได้รับการยกย่องและทำให้คนรู้จักเขามากที่สุดก็คือกฎแรงดึงดูดของโลก ซึ่งเขาค้นพบในขณะที่มีอายุเพียง 20 ปีกว่า เท่านั้น

นิวตันเกิดเมื่อวันที่ 25 ธันวาคม ค.ศ. 1642 ที่หมู่บ้านวูลสธอร์พ (Woolsthorpe) เมืองลินคอร์นเชียร์ ประเทศอังกฤษบิดาของเขาเป็นเจ้าของที่ดินเล็ก ๆ แปลงหนึ่ง ซึ่งเสียชีวิตก่อนเขาเกิดประมาณ 3 เดือน ทำให้เขาเป็นกำพร้าบิดาตั้งแต่ก่อนลืมตามองโลกเสียอีก โชคร้ายของนิวตันไม่หมดเพียงเท่านั้นเนื่องจากเขาคลอดก่อนกำหนด ทำให้สุขภาพอ่อนแอ อีกทั้งตัวก็เล็กมาก และอาจจะเสียชีวิตได้ แต่ถึงอย่างนั้นนิวตันก็รอดชีวิตมาสร้างคุณประโยชน์อย่างมหาศาลให้กับวงการวิทยาศาสตร์และมนุษยชาติเมื่อนิวตันรอดชีวิตมาได้ก็เท่ากับเป็นการเพิ่มภาระให้กับฮานนา เอสคอช นิวตัน (Hannah Ayscough Newton) มารดาของเขาในการเลี้ยงดู ต่อมาเมื่อเขาอายุได้ 2 ปี มารดาของเขาได้แต่งงานใหม่กับบานาบาส สมิธ (Barnabas Smith) ซึ่งมีอาชีพเป็นนักบวช และมีรายได้มากพอที่จะเลี้ยงมารดาและนิวตันได้อย่างสบาย อีกทั้งบานาบาสยินดีที่จะจ่ายค่าเช่าที่ดินให้กับนิวตันอีกถึงปีละ 50 ปอนด์ ซึ่งก่อนหน้านี้พ่อของนิวตันเก็บค่าเช่าได้เพียงปีละ 30 ปอนด์ เท่านั้น แต่ถึงอย่างนั้นญาติทางฝ่ายบิดาก็ยังเกลียด บานาบาส ทำให้มารดาของนิวตันต้องย้ายไปอยู่ที่อื่น ส่วนนิวตันก็ต้องไปอยู่ในความอุปการะของญาติทางฝ่ายบิดาของเขา

การศึกษาของนิวตันเริ่มต้นที่บ้านเกิดของเขานั่นเอง เมื่อเขาอายุได้ 12 ปี จึงได้เดินทางไปยังเมืองแกรนแธม (Grantham) เพื่อศึกษาต่อที่โรงเรียนคิงส์ (King’s School) ในระหว่างนี้นิวตันได้ไปอาศัยอยู่กับครอบครัวคลาค ซึ่งมาดามคลาคเป็นเพื่อนสนิทของแม่ของนิวตัน ด้วยความที่นิวตันเป็นคนเก็บตัวไม่ชอบสุงสิงกับเพื่อนในวัยเดียวกัน เวลาว่างส่วนใหญ่เขาจึงใช้ไปกับการอ่านหนังสือ ค้นคว้า และประดิษฐ์สิ่งต่าง ๆ และเป็นเรื่องโชคดีของนิวตันที่มิสเตอร์คลาคเป็นนักสะสมขวดสารเคมี และหนังสือ เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ไว้เป็นจำนวนมาก ทำให้นิวตันมีโอกาสได้ศึกษาเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ที่เขาชอบนิวตันได้เรียนอยู่ที่โรงเรียนคิงส์4 ปี เท่านั้น ก็ต้องกลับบ้านเกิดของเขา เพราะบานาบาสพ่อเลี้ยงของเขาเสียชีวิต พร้อมกับทิ้งทรัพย์สมบัติไว้ให้กับแม่เขาจำนวนหนึ่ง

ดังนั้นแม่ของนิวตันจึงต้องการกลับไปทำฟาร์มอีกครั้งหนึ่ง และขอร้องให้นิวตันไปช่วยงานในฟาร์มด้วย แต่นิวตันไม่ชอบทำงานในฟาร์ม เขาไม่เคยสนใจหรือเอาใจใส่สัตว์เลี้ยงของเขาแม้แต่น้อย เขายังใช้เวลาส่วนใหญ่อยู่กับการอ่านหนังสือ และประดิษฐ์สิ่งต่าง ๆ ซึ่งระหว่างนี้นิวตันได้ประดิษฐ์นาฬิกากันแดด (Sun Dial) นอกจากนี้เขายังชอบนั่งมองดูดาวบนท้องฟ้าเพื่อสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวเหล่านั้น

นิวตันทำงานในฟาร์มได้เพียง 1 ปี เท่านั้น มิสเตอร์สโตกส์ (Mr. Stokes) ซึ่งเป็นเพื่อนสนิทของแม่ และเป็นครูของเขาได้มาบอกกับแม่ของเขาว่านิวตันเป็นคนฉลาดและมีความสามารถ ไม่ควรจะให้ทำงานในฟาร์มนี้ต่อไป ควรส่งนิวตันไปเรียนต่อที่โรงเรียนคิงส์ เพื่อเตรียมตัวสอบเข้ามหาวิทยาลัยอีกทั้งน้าของนิวตัน วิลเลี่ยม แอสคอช (William Ayscough) ซึ่งเป็นนักบวช ก็เห็นดีในข้อนี้ เมื่อทั้งสองช่วยกันพูด แม่ของเขาจึงได้ส่งนิวตันไปเรียนต่อที่โรงเรียนคิงส์ หลังจากสำเร็จการศึกษาจากโรงเรียนคิงส์ นิวตันได้เข้าศึกษาต่อที่วิทยาลัยตรินิตี้ (Trinity College) ในมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (Cambridge University)

ในปี ค.ศ. 1664 เกิดกาฬโรคระบาดในกรุงลอนดอน ซึ่งได้แพร่ระบาดเข้ามาในมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ด้วย ดังนั้นทางมหาวิทยาลัยจึงต้องหยุดการเรียนการสอนเป็นระยะเวลา 8 เดือน เพื่อป้องกันการติดโรค นิวตันจึงเดินทางกลับบ้าน และถือว่าเป็นโอกาสที่ดีของนิวตันในการศึกษาค้นคว้าและทดลองวิทยาศาสตร์ ซึ่งนิวตันสามารถค้นพบทฤษฎีสำคัญ ๆ ถึง 3 ทฤษฎี ด้วยความที่นิวตันชอบวิชาดาราศาสตร์ เขาตั้งใจจะประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์เลียนแบบของกาลิเลโอขึ้นด้วยตัวเอง เพื่อจะได้ส่องดูดวงดาวได้ชัดเจน ตามที่เขาต้องการ ทำให้เขาได้พบสิ่งสำคัญอย่างหนึ่งคือ ทฤษฎีเกี่ยวกับแสงซึ่งเป็นทฤษฎีบทแรกของเขา

ในขณะที่นิวตันกำลังฝนเลนส์ เขาสังเกตเห็นว่ามีสีรุ้งปรากฏอยู่บริเวณขอบเลนส์ เขาพยายามฝนเลนส์เพื่อให้แสงสีรุ้งที่ขอบเลนส์หายไป แต่ก็ไม่สามารถทำได้ ในที่สุดเขาจึงเปลี่ยนมาใช้กระจกเงาเว้าหรือกระจกเงารวมแสง แทนเลนส์วัตถุ ส่วนเลนส์ตายังคงใช้เลนส์นูนตามเดิมกล้องโทรทรรศน์ของนิวตันชนิดนี้เป็นต้นแบบของกล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสงในปัจจุบัน นิวตันได้นำกล้องโทรทรรศน์ของเขาไปเสนอกับทางสมาคมวิทยาศาสตร์ ซึ่งทางสมาคมก็ยอมรับรองผลงานของนิวตันชิ้นนี้ และจากผลงานชิ้นนี้เองเมื่อมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์เปิดทำการอีกครั้งหนึ่งนิวตันได้รับเชิญเข้าเป็นอาจารย์สอนวิชาคณิตศาสตร์ ประจำมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ในปี ค.ศ. 1667 และต่อมาอีก 4 ปี นิวตันก็ได้รับการแต่งตั้งให้เป็นศาสตราจารย์วิชาคณิตศาสตร์ และปีต่อมานิวตันก็ได้รับเชิญให้ร่วมเป็นสมาชิกของสมาคมวิทยาศาสตร์

การประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ครั้งนี้ยังทำให้เขาค้นพบสมบัติของแสง นิวตันได้เริ่มการทดลองเกี่ยวกับแสงโดยการปิดห้องจนมืดสนิทให้แสงรอดผ่านเข้ามาทางช่องเล็ก แล้วใช้แท่งแก้วสามเหลี่ยม หรือที่เรียกว่าปริซึม (Prism) รับแสงให้แสงผ่านแท่งแก้วปริซึม ผลปรากฏว่าแสงที่ผ่านปริซึมมีถึง 7 สี ได้แก่ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง ตามลำดับ นิวตันได้ทดลองซ้ำอีกหลายครั้ง ซึ่งผลออกมาเหมือนกับหมดทุกครั้ง ต่อมานิวตันได้ทดลองเพิ่มเติม โดยการใช้ปริซึมเพิ่มขึ้นอีก 1 อัน ให้แสงผ่านปริซึม 2 อัน ผลปรากฏว่าแสงกลายเป็นสีขาวเหมือนกับที่ผ่านเข้ามาในครั้งแรก จากผลการทดลองนิวตันสามารถสรุปได้ว่าแสงอาทิตย์ประกอบไปด้วยแสงสี 7 สี ได้แก่ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และแดง ตามลำดับ และเมื่อแสงทั้ง 7 รวมกันก็จะกลายเป็นแสงสีขาว

ทฤษฎีบทต่อมาที่ทำให้เขามีชื่อเสียงมากที่สุด คือ การค้นพบกฎแรงดึงดูดของโลก (Law of Gravitation) นิวตันได้ค้นพบทฤษฎีโดยบังเอิญ เหตุการณ์เกิดขึ้นในวันหนึ่งขณะที่นิวตันกำลังนั่งดูดวงจันทร์ แล้วก็เกิดความสงสัยว่าทำไมดวงจันทร์จึงต้องหมุนรอบโลก ในระหว่างที่เขากำลังนั่งมองดวงจันทร์อยู่เพลิน ๆ ก็ได้ยินเสียงแอปเปิ้ลตกลงพื้น เมื่อนิวตันเห็นเช่นนั้นก็ให้เกิดความสงสัยมากขึ้นไปอีกว่า ทำไมวัตถุต่าง ๆ จึงต้องตกลงสู่พื้นดินเสมอทำไมไม่ลอยขึ้นฟ้าบ้าง ซึ่งนิวตันคิดว่าต้องมีแรงอะไร สักอย่างที่ทำให้แอปเปิ้ลตกลงพื้นดิน จากความสงสัยข้อนี้เอง นิวตันจึงเริ่มการทดลองเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงของโลก การทดลองขั้น

แรกของนิวตัน คือ การนำก้อนหินมาผูกเชือก จากนั้นก็แกว่งไปรอบ ๆ นิวตันสรุปจากการทดลองครั้งนี้ว่าเชือกเป็นตัวการสำคัญที่ทำให้ก้อนหินแกว่งไปมารอบ ๆ ไม่หลุดลอยไป ดังนั้นสาเหตุที่โลก ดาวเคราะห์ ต้องหมุนรอบดวงอาทิตย์ และดวงจันทร์ต้องหมุนรอบโลกต้องเกิดจากแรงดึงดูดที่ดวงอาทิตย์ที่มีต่อโลก และดาวเคราะห์ และแรงดึงดูดของโลกที่ส่งผลต่อดวงจันทร์ รวมถึงสาเหตุที่แอปเปิ้ลตกลงพื้นดินด้วยก็เกิดจากแรงดึงดูดของโลกด้วย นอกจากกฎแห่งแรงดึงดูดของโลก นิวตันยังตั้งกฎเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ (Law of Motion) ไว้ทั้งหมด 3 ข้อ

1. วัตถุจะอยู่ในสภาพคงที่หรือเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอ ถ้าไม่มีแรงจากภายนอกมากระทำต่อวัตถุนั้น

2. เมื่อมีแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุ จะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่งในทิศเดียวกับทิศของแรงลัพธ์และขนาดของความเร่งนี้จะแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์และแปรผกผันกับมวลของวัตถุนั้น

3. แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาจะเท่ากันเสมอ หมายถึง เมื่อมีแรงมากระทำต่อวัตถุนั้นเท่าใด ก็จะเกิดแรงปฏิกิริยาโต้ตอบในทิศทางตรงกันข้ามเท่ากัน

นิวตันได้ค้นพบกฎเกี่ยวกับแรงดึงดูดของโลกแต่ก็มิได้ตีพิมพ์เผยแพร่ จนกระทั่งวันหนึ่งเอ็ดมันต์ ฮัลเลย์ (Edmund Halley) นักวิทยาศาสตร์ที่ทำการค้นคว้าเกี่ยวกับแรงดึงดูดเช่นกัน ได้เดินทางมาพบกับนิวตัน เพื่อซักถามข้อสงสัยเกี่ยวกับแรงดึงดูด ซึ่งนิวตันสามารถตอบข้อสงสัยของฮัลเลย์ได้ทั้งหมด ทำให้ฮัลเลย์รู้สึกโกรธแค้นที่นิวตันสามารถค้นพบกฎแห่งแรงดึงดูดได้ก่อนเขา ดังนั้นเขาจึงกล่าวหานิวตันว่าขโมยความคิดของเขาไป เพื่อน ๆ และลูกศิษย์ของนิวตันจึงบอกให้นิวตันนำผลงานของเขาออกเผยแพร่ลงในหนังสือ

ชื่อว่า The Principia โดยใช้ชื่อเรื่องว่า Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ซึ่งมีทั้งหมด 3 เล่ม เล่มแรกเป็นเรื่องเกี่ยวกับกฎการเคลื่อนที่ เล่มที่สองเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ส่วนเล่มสุดท้ายเป็นเรื่องเกี่ยวกับแรงดึงดูดของโลก หลังจากหนังสือ 3 เล่มนี้เผยแพร่ออกไป ข้อกล่าวหาของเอ็ดมันด์ ฮัลเลย์ ก็เป็นอันตกไป ผลงานการค้นพบกฎแห่งแรงดึงดูดทำให้นิวตันมีชื่อเสียงโด่งดัง เป็นที่รู้จักของคนทั่วไปในฐานะของนักวิทยาศาสตร์ผู้มีผลงานยอดเยี่ยม ส่วนหนังสือของเขาก็ได้รับการชื่นชมว่าเป็นหนังสือที่ดีที่สุดเล่มหนึ่งเลยทีเดียว

นอกจากทฤษฎี 2 ข้อข้างต้นแล้ว นิวตันยังให้กำเนิดวิชาคณิตศาสตร์แขนงใหม่หลายเรื่องด้วยกัน ได้แก่ แคลคูลัส (Calculus) แต่ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อว่าแคลคูลัสเชิงอินทิกรัล (Integral Calculus) ต่อมานิวตันได้พบการคำนวณอีกวิธีหนึ่ง ใช้สำหรับคำนวณหาเซตบนจุดระนาบ เรียกว่า ไฮเพอร์โบลา (Hyperbola) ซึ่งผลจากการคำนวณพบว่า ผลต่างของระยะห่างระหว่างจุดใด ๆ ในเซตกับจุดคงที่ 2 จุด มีค่าเท่ากันเสมอ นอกจากนั้นแล้วนิวตันยังค้นพบทฤษฎีไบโนเมียล (Binomial Theorem) และวิธีการกระจายอนุกรม (Method of Expression) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวิชาพีชคณิต

ผลงานของนิวตันไม่ได้มีเฉพาะเรื่องเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์เท่านั้น ในปี ค.ศ. 1695 ประเทศอังกฤษได้ประสบปัญหาเงินปลอมระบาด ทางรัฐบาลได้มอบหมายหน้าที่ให้กับนิวตันในการแก้ไขปัญหาเงินปลอม ซึ่งในขณะนั้นเขาดำรงตำแหน่งผู้แทนของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในรัฐสภา และได้รับการแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งผู้รักษาการเจ้ากรมกษาปณ์ ทำให้นิวตันต้องเป็นผู้แก้ไขปัญหานี้ นิวตันแก้ปัญหาโดยการสั่งให้ทำเหรียญเงินชนิดใหม่ ซึ่งจะมีลายเส้นอยู่ที่ขอบเหรียญเล่นเดียวกับขอบเหรียญที่ปรากฏอยู่ในปัจจุบันนี้ ส่วนธนบัตรนิวตันได้ค้นพบวิธีการพิมพ์แบบลายน้ำลงในธนบัตร วิธีการของนิวตันใช้ได้ดีมาก และทำให้เงินปลอมในประเทศอังกฤษหมดไป จากผลงานนี้นิวตันได้รับการแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งเจ้ากรมกษาปณ์ ในปี ค.ศ. 1699 ต่อมาในปี ค.ศ. 1703 เขาได้รับคัดเลือกให้ดำรงตำแหน่งประธานราชสมาคมแห่งกรุงลอนดอน (Royal Society of London) และในปี ค.ศ. 1705 ด้วยความสามารถอีกทั้งผลงานในด้านต่าง ๆ ของนิวตัน สมเด็จพระนางเจ้าแอนน์ (Queen Ann) พระราชินีแห่งประเทศอังกฤษได้ทรงพระราชทานบรรดาศักดิ์ชั้นอัศวิน (Knight) ในตำแหน่งเซอร์ (Sir) ให้กับไอแซก นิวตัน

เซอร์ไอแซก นิวตัน ได้อุทิศตนและเวลาทั้งหมดในชีวิตของเขาให้กับงานค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งผลงานทางวิทยาศาสตร์ของเขาเป็นสิ่งที่มีค่ามหาศาลทั้งการค้นพบสมบัติของแสง ซึ่งทำให้ในเวลาต่อมานักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี วิลเลี่ยม เฮอร์เซล (William Herchel) ได้ค้นพบรังสีอินฟาเรด (Infared) ซึ่งเป็นรังสีที่อยู่เหนือแสงสีแดง และเรินเกนต์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันค้นพบรังสีเอกซ์ (X – ray) ที่มีประโยชน์อย่างมากในวงการแพทย์ อีกทั้งการค้นพบกฎแห่งแรงดึงดูดของโลก และวิชาแคลคูลัส ก็ทำให้นักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อมาสามารถคำนวณหาความเร็วของจรวดให้พ้นจากแรงดึงดูดของโลกได้

ในช่วงบั้นปลายชีวิตของนิวตัน เขายังคงทำงานค้นคว้าด้านวิทยาศาสตร์ต่อไป นิวตันทำงานอย่างหนักจนไม่มีเวลาพักผ่อน ส่วนอาหารก็กินเป็นเวลาบ้างไม่เป็นเวลาบ้าง ทำให้สุขภาพของเขาทรุดโทรมลงเรื่อย ๆ และล้มป่วย แต่ถึงอย่างไรเมื่ออาการทุเลาลง นิวตันก็ลุกขึ้นมาทำงานของเขาต่อไป ทำให้ล้มป่วยลงอีกครั้งและเสียชีวิตเมื่อวันที่ 20 มีนาคม ค.ศ. 1727 ในขณะที่มีอายุ 85 ปี ศพของเขาฝังอยู่ในวิหารเวสต์มินสเตอร์ (Westminster Abbey)