Pestiskaranténban fogalmazódott meg a fizika egyik legfontosabb törvénye

2020.03.21. 15:47

Miközben a pestis tombolt a világban, Isaac Newton önkéntes karanténba vonult, amit később élete szellemileg legtermékenyebb periódusaként jellemzett. Az újkori történelem egyik legkiemelkedőbb tudósa 1665-ben, nem sokkal diplomája megszerzése után szembesült azzal, hogy iskolája, a Cambridge-i Egyetem a kitört pestisjárvány miatt bezárt. Newton az elkövetkezendő két évben otthon fejlesztette tökélyre a matematikai analízist (kalkulust), valamint optikai és a gravitációs felfedezéseit, de a karantén magányában alapozta meg a későbbi newtoni mozgástörvényeket is. A tudományos forradalom egyik atyja pontosan 293 éve, 1727. március 20-án halt meg.

„A Kozmosz csodálatos elrendezése és harmóniája csak egy mindenható és mindentudó lény tervében születhetett meg. Ez mindörökre a legnagyobb felismerésem."
(Sir Isaac Newton)

Viharos gyorsasággal terjedt el a pestis

Az 1664-as év karácsonyának estéjén egy szegény londoni kerületben Goodwoman Phillipset holtan találták. A holttestén árulkodó nyomok nem hagytak kétséget arról, hogy mi okozta a férfi halálát. A házat azonnal lezárták a hatóságok és az ajtajára vörös színű festékkel ezt mázolták: „Uram, irgalmazz nekünk!". A rövidesen hatalmas járvánnyá terebélyesedő pestis ekkor még csak fekete szárnyait bontogatta. Kezdetben úgy tűnt, talán mégsem fog kitörni a járvány, mert Goodwoman Phillips elhunyta után csupán néhány halálesetről számoltak be.

A fekete halál több ezer embert sújtottForrás: Wikimedia Commons

Áprilisban azonban  drasztikusan emelkedni kezdtek az elhalálozások. 

1665 nyarán a járvány nyomában járó halálesetek London szinte minden kerületében megjelentek.  Július közepén Londonban már 2010 halálesetet számoltak össze, ami egy hét múlva 7495-re nőtt.

Pestisdoktorok, a jellegzetes, madárcsőrszerű álarcbanForrás: oomizuao.devianart

A járvány kitörésétől számítva 18 hónapon belül a pestis több mint 100 000 ember életét követelte, 

ami akkoriban a város lakosságának körülbelül egynegyedét jelentette. Ahogy most a koronavírus-járvány idején, akkoriban is fontos tanácsként fogalmazták meg a nagy tömegek mozgásának megakadályozását és a más emberektől való távolságtartást. A városokban élők – ha tehették – vidékre menekültek.

Newton 23 évesen karanténba kényszerült

A legtöbb intézmény, köztük a nagynevű Cambridge-i Egyetem is ideiglenesen bezárta kapuit a hallgatói előtt, és megkérte diákjait, hogy otthon folytassák tanulmányaikat, és fejlesszék a tudásukat. Ma már ezt „házi karanténnak" hívjuk, amit betartott és kihasznált az egyetem egyik 23 éves hallgatója is. 

Ezt a hallgatót Isaac Newtonnak hívták, és matematikát tanult.

Newton törvényei fontos szerepet játszottak a tudományos forradalomban és a heliocentrikus világkép elterjedésébenForrás: commons.wikimedia.org

A következő másfél évet Newton a családja lincolnshire-i gazdaságában töltötte, ahol többnyire egyedül, elvonultan teltek a mindennapjai: olvasott, tanult, képezte magát, kutatott, kísérleteket tervezett, rajzolt és gondolkodott.

Miközben a pestis tombolt a világban, 

Newtont olyan gondolatok foglalkoztatták, amelyek megteremtették a mai fizika és matematika alapjait. 

A tudós később ezt az időszakot élete szellemileg egyik legtermékenyebb periódusaként jellemezte.

Az elszigeteltség évei alatt dolgozta ki a legfontosabb felfedezéseit

Newton számításai, kutatásai nélkül a modern matematika, a mérnöki munka és a statisztika szinte lehetetlen lenne. Vegyük sorra azokat a felfedezéseket, amelyek alapjaiban változtatták meg a tudományos világképet! 

Kevéssé ismert, hogy a modern optika számos vonatkozásban Newton felfedezéseire épül. 

Az ifjú Newton Cambridge-i Egyetemi polgárként (Egykorú rézmetszet)Forrás:Cambridge Repository - University of Cambridge

A zseni mindig is érdekelődött a fény és a színek rejtélye iránt, ezért úgy döntött, hogy ezt is megfejti a pestisjárvány miatti kényszerű szabadságolása alatt. Newton két évvel korábban, az egyetem melletti éves Sturbridgei vásáron vásárolt egy kis üvegprizmát, ami egyszerűen lenyűgözte. A karantén alatt behatóbban megvizsgálta a fénytörés jelenségét, és rájött, hogy a prizma a fehér fényt a spektrum különböző színeire tudja bontani, egy másik prizma pedig újra össze tudja állítani fehér fénnyé. Hamarosan felfedezte az első színkereket: észrevette, hogy amikor a napsugár egy üvegprizmán keresztül érkezik, akkor a színek hatalmas spektruma tükröződik vissza. A különböző színárnyalatokat figyelve rájött, hogy a színek szivárványa harmonikus kapcsolatban áll egymással.

Sir Isaac Newton kihasználta az elszigetelés éveitForrás: Wikimedia Commons

Newton figyelme az optikán kívül a mozgás és a tehetetlenség törvényszerűségeinek tanulmányozása felé fordult. 

Fokozatosan dolgozta ki három alaptörvényét, amelyeket ma a klasszikus mechanika alaptörvényeiként ismerünk. 

A tehetetlenség törvénye kimondja, hogy minden test megtartja mozgásállapotát, azaz nyugalomban marad; a második bebizonyította, hogy egy test gyorsulása egyenesen arányos a testre ható erővel; míg a harmadik az erő-ellenerő viszonyát tárgyalta, mint hogy két test kölcsönhatásakor mindkét test erővel hat a másikra, ezek az erők pedig egyenlő nagyságúak és ellentétes irányúak.

Newton az általa lefektetett axiómák révén megalapozta a klasszikus mechanika tudományátForrás: Wikimedia Commons

Newton a karantén ideje alatt feltalált egy teljesen új matematikai tudományágat is, az úgynevezett kalkulust, amivel megalapozta a differenciálszámítást. Módszere lehetővé tette, hogy meghatározzuk, hogyan változnak a függvények egy bármilyen változó hatására.

De hogy is volt azzal a híres almával és a gravitációval?

A tudós az elszigeteltség éveiben gyakran és szívesen töltötte idejét a gazdaságuk kertjében. Egyik nap a fa alatt ült, amikor egy alma esett a fejére. Newton legalábbis így emlékezett, és idős tudósként ezzel a történettel mesélte el a gravitáció felfedezésének kezdeteit. 

Saját bevallása szerint fiatal egyetemi hallgatóként ekkor gondolkodott el azon erőn, amely az almát a földre húzta. 

A híres történet szerint Newtont egy fáról lehulló alma ihlette meg a tömegvonzás törvényének megalkotásában (Robert Hannah festménye)Forrás: Fine Art America

Eltöprengett azon, miért mindig a föld felé hullanak az elejtett tárgyak. Saját visszaemlékezései szerint ekkor merült fel benne néhány kérdés: Miért nem oldalra vagy felfelé esik, hanem mindig a föld középpontja felé zuhan egy leeső tárgy? Milyen messzire hat ez az erő? És vajon a Hold miért nem esik le? 

Később rájött, hogy ugyanaz az erő, amely az almát a földre húzta, az tartja a távoli bolygókat is a pályájukon. 

Ezek után alapos, körültekintő számításokba kezdett és végül megalkotott egy híressé vált képletet, ami után a zseniális gondolkodó állítólag csak ennyit mondott: 

Lehetővé tettem, hogy megmagyarázzam a világ rendszerének működését".

Newton csak húsz évvel később foglalta könyvbe azokat a felfedezéseit, amelyeket a karantén ideje alatt tettForrás: Wikimedia Commons

Felfedezéséről azonban csaknem húsz évig hallgatott. A mozgással és a gravitációval kapcsolatos nagy értekezését, a Philosophiae Naturalis Principia Mathematica-t csak 1687-ben publikálta, amelyet a tudománytörténet egyik legfontosabb könyvének tekintünk. 

Felfedezései fontos szerepet játszottak a tudományos forradalomban, 

mert többek között bebizonyította, hogy a világegyetem működése logikus és megismerhető törvényeken alapul. A londoni nagy pestis során elhunytaktól eltérően Newton igen hosszú életet élt: 1727. március 20-án, 84 éves korában hunyt el.