I
saac Newton xuất thân trong một gia đình quý tộc ở nông thôn. Cha của Newton mất trước khi Newton ra đời. Lúc mới sinh, Newton ốm yếu, quặt quẹo. Người mẹ rất lo lắng cho sức khỏe của con trai nên năm Newton 12 tuổi, bà mới cho con đến trường.Vì sức yếu, Newton thường bị các bạn bắt nạt. Cậu bèn nghĩ ra cách trả thù thú vị là quyết tâm học thật giỏi để đứng đầu lớp.
Chuyện kể rằng, lúc nhỏ Newton là đứa trẻ ít nói nhưng rất thích tự thiết kế và làm ra các đồ chơi tinh xảo. Mọi người đều rất thích chúng, đặc biệt là điều của cậu làm, nó vừa đẹp vừa bay nhanh và cao. Một chiều nọ Newton buộc một chiếc đèn lồng xinh xẻo vào cái diều và thả lên trời. Diều bay lượn nhấp nháy trông giống như một ngôi sao. Mọi người trong thôn đều chạy ra xem, cho rằng xuất hiện sao chổi. Khi biết đó là diều của Newton thả, mọi người đều tấm tắc khen ngợi cậu. Những thứ Newton làm ra đều rất lạ và cũng rất đẹp. Cậu tự tay làm chiếc chong chóng đặt ở đầu nhà. Muốn chong chóng quay cả khi không có gió, cậu đặt trong lồng của cánh quạt một con chuột, khi con chuột động đậy là chong chóng quay liên tục.
Học xong tiểu học, Newton còn làm ra chiếc “đồng hồ nước”. Cậu dùng một chiếc thùng đựng nước nhỏ, dưới đáy đục một lỗ nhỏ có nút, tháo nút ra nước sẽ nhỏ giọt xuống. Mặt nước trong thùng dần dần hạ thấp, chiếc phao trong thùng cũng hạ thấp theo. Chiếc phao đồng thời kéo theo chiếc kim chỉ di động tý một trên mặt chiếc mâm có khắc vạch, một vạch khắc chỉ một đơn vị thời gian.
Lúc hơn mười tuổi , Newton quan sát thấy buổi sáng đi học bóng của mình bên trái, chiều tan học về bóng lại nằm sang phía bên kia. Mấy ngày liền đều như vậy, cậu cảm thấy mặt trời chuyển động có quy luật. Như vậy chẳng phải có thể lợi dụng quy luật này làm một chiếc “đồng hồ mặt trời” chính xác hơn sao. Thế là cậu bắt tay vào làm thí nghiệm, hàng ngày cậu “đuổi theo” bóng nắng khắp nơi, ghi lại thay đổi vị trí từng nửa giờ, một giờ. Cuối cùng cậu cũng làm xong chiếc đồng hồ bóng nắng tròn. Nó là một dụng cụ đo thời gian dựa vào bóng nắng mặt trời. Xung quanh mâm tròn của đồng hồ mặt trời có các vạch dấu đều đặn, lợi dụng sự xê dịch của bóng nắng mặt trời có thể biết được chính xác thời gian. Sau khi làm được đồng hồ mặt trời Newton đem nó đặt ở giữa làng để báo giờ cho mọi người. Mọi người trong thôn gọi chiếc đồng hồ đó là “đồng hồ Newton”, nó còn được sử dụng khá lâu sau khi Newton mất.
Năm 17 tuổi, Newton vào học trường Đại học Tổng hợp Cambridge. Mục tiêu ban đầu của Newton tại Đại học Cambridge là tấm bằng luật sư với chương trình nặng về triết học của Aristotle, nhưng Newton nhanh chóng bị cuốn hút bởi toán học của Descartes, thiên văn học của Galile và cả quang học của Kepler. Tuy nhiên, đa phần các kiến thức toán học cao cấp nhất thời bấy giờ, Newton tiếp cận được là nhờ đọc thêm sách, đặc biệt là từ sau năm 1663, gồm các cuốn “Elements” của Euclid, “Clavis Mathematica” của William Oughtred, “La Géométrie” của Descartes, “Geometria a Renato Des Cartes” của Frans van Schooten, “Algebra” của Wallis và các công trình của François Viète.
Ngay sau khi nhận bằng tốt nghiệp, Newton phải trở về nhà hai năm vì trường đóng cửa do bệnh dịch hạch lan truyền. Hai năm này loài người chứng kiến một loạt các phát triển quan trọng của Newton với phương pháp tính vi phân và tích phân hoàn toàn mới, thống nhất và đơn giản hóa nhiều phương pháp tính khác nhau thời bấy giờ để giải quyết những bài toán có vẻ không liên quan trực tiếp đến nhau như tìm diện tích, tìm tiếp tuyến, độ dài đường cong và cực trị của hàm.
Từ tháng 8 năm 1684 đến năm 1688, Newton hoàn thành cuốn “Những nguyên lý toán học của triết lý tự nhiên”, sau này trở thành một trong những công trình nền tảng quan trọng nhất cho vật lý của mọi thời đại. Trong quyển I của tác phẩm này, Newton giới thiệu các định nghĩa và ba định luật của chuyển động thường được biết với tên gọi sau này là Định luật Newton. Quyển II trình bày các phương pháp luận khoa học mới của Newton thay thế cho triết lý Descartes. Quyển cuối cùng là các ứng dụng lý thuyết động lực học của ông, trong đó có giải thích về thủy triều và lý thuyết về sự chuyển động của Mặt trăng. Để kiểm chứng lý thuyết về vạn vật hấp dẫn của ông, Newton đã hỏi nhà thiên văn John Flamsteed kiểm tra xem Sao Thổ có chuyển động chậm lại mỗi lần đi gần Sao Mộc không. Flamsteed đã rất sửng sốt nhận ra hiệu ứng này có thật và đo đạc phù hợp với các tính toán của Newton. Các phương trình của Newton được củng cố thêm bằng kết quả quan sát về hình dạng bẹt của Trái đất tại hai cực, thay vì lồi ra tại hai cực như đã tiên đoán bởi trường phái Descartes. Phương trình của Newton cũng miêu tả được gần đúng chuyển động Mặt trăng, và tiên đoán chính xác thời điểm quay lại của sao chổi Halley. Trong các tính toán về hình dạng của một vật ít gây lực cản nhất khi nằm trong dòng chảy của chất lỏng hay chất khí, Newton cũng đã viết ra và giải được bài toán giải tích biến phân đầu tiên của thế giới.
Tài năng toán học của ông nhanh chóng được hiệu trưởng của Cambridge nhận ra khi trường mở cửa trở lại.
Newton được nhận làm giảng viên của trường năm 1670 và bắt đầu nghiên cứu và giảng về quang học. Ông là người đầu tiên chứng minh ánh sáng trắng thực ra được tạo thành bởi nhiều màu sắc, và đưa ra cải tiến cho kính thiên văn sử dụng gương thay thấu kính để hạn chế sự nhoè ảnh do tán sắc ánh sáng qua thuỷ tinh. Từ năm 1670 đến 1672, Newton đã khám phá ra sự tán sắc ánh sáng, giải thích việc ánh sáng trắng qua lăng kính trở thành nhiều màu, và một thấu kính hay một lăng kính sẽ hội tụ các dãy màu thành ánh sáng trắng. Newton còn chỉ ra ánh sáng màu không thay đổi tính chất, bằng việc phân tích các tia màu chiếu vào các vật khác nhau. Newton lưu ý rằng dù gì đi nữa, phản xạ, tán xạ hay truyền qua, màu sắc vẫn giữ nguyên.
Newton được bầu vào Hội Khoa học Hoàng gia Anh năm 1672 và bắt đầu vấp phải các phản bác từ Huygens và Hooke về lý thuyết hạt ánh sáng của ông. Lý thuyết về màu sắc ánh sáng của ông cũng bị một tác giả phản bác và cuộc tranh cãi đã khiến cho tinh thần Newton bị suy sụp. Năm 1679, Newton và Hooke tham gia vào một cuộc tranh luận mới về quỹ đạo của thiên thể trong trọng trường. Năm 1684, Halley thuyết phục được Newton công bố các tính toán sau cuộc tranh luận này trong quyển Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên). Trong cuốn sách này, Newton sáng tạo ra một phương pháp khoa học rất tổng quát. Ông trình bày phương pháp luận thành bốn quy tắc của lý luận khoa học. Các quy tắc này được phát biểu như sau:
1. Các hiện tượng tự nhiên phải được giải thích bằng một hệ tối giản các quy luật đúng, vừa đủ và chặt chẽ.
2. Các hiện tượng tự nhiên giống nhau phải có cùng nguyên nhân như nhau.
3. Các tính chất của vật chất là như nhau trong toàn vũ trụ.
4. Một nhận định rút ra từ quan sát tự nhiên chỉ được coi là đúng cho đến khi có một thực nghiệm khác mâu thuẫn với nó.
Bốn quy tắc súc tích và tổng quát cho nghiên cứu khoa học này đã là một cuộc cách mạng về tư duy thực sự vào thời điểm bấy giờ. Thực hiện các quy tắc này, Newton đã hình thành được các định luật tổng quát của tự nhiên và giải thích được gần như tất cả các bài toán khoa học vào thời của ông.
Trong lĩnh vực khoa học, Newton rất sáng suốt nhưng trong cuộc sống, ông lại hết sức đãng trí bởi mọi suy nghĩ của ông đều dồn hết vào cho khoa học. Tính đãng trí của Newton đã trở thành giai thoại nổi tiếng.
Có chuyện kể, một lần Newton mời bạn đến nhà ăn cơm. Thức ăn đã bày ra bàn nhưng Newton vẫn miệt mài trong phòng thí nghiệm. Người bạn không muốn quấy rầy ông, đợi lâu vẫn chưa thấy ông ra, liền tự động ăn gà quay, bỏ xương trong mâm rồi ngồi vào ghế thiu thiu ngủ. Mãi sau Newton bước ra, mồ hôi nhễ nhại, gọi bạn dậy và xin bạn lượng thứ, rồi đi tới bàn ăn. Nhìn thấy xương để trong mâm và bát đã dùng, ông vò đầu cười nói:
- Ôi thì ra mình đã ăn rồi mà vẫn cứ tưởng là chưa ăn!
Nghe ông nói, người bạn đã lăn ra cười.
Lần khác, Newton xuống bếp tự làm bữa sáng. Ông đun một nồi nước chuẩn bị luộc trứng. Nước mãi vẫn chưa sôi. Newton có phần sốt ruột, rồi bắt đầu nghĩ đến một vấn đề khoa học. Ông tập trung suy nghĩ và quên luôn chuyện đang đun nước. Lúc này nước đã sôi sùng sục, bốc hơi mù mịt. Thuận tay ông thả luôn vật để bên cạnh vào nồi. Nửa tiếng sau ông mới bừng tỉnh, sực nhớ ra đang đứng trong bếp và nghĩ “Trứng gà chắc đã chín rồi”. Ông mở vung nồi thì thấy trong nồi không phải là trứng mà là chiếc đồng hồ đeo tay của mình.
Một giai thoại khác cũng miêu tả sự đãng trí của ông. Vào một buổi chiều đẹp trời, Newton định cưỡi ngựa vào rừng. Ông lấy yên ngựa và đi dắt ngựa. Vừa dắt ngựa ông bỗng nghĩ đến một vấn đề khoa học. Dây cương ngựa trong tay buông ra lúc nào ông cũng không hay. Ông cứ thế vác yên ngựa vừa đi vừa nghĩ, lúc thì cúi đầu im lặng, lúc thì giơ tay vẽ vẽ vào không trung. Khi leo đến đỉnh núi ông bỗng cảm thấy mệt quá và muốn cưỡi ngựa, nhưng lúc này ngựa không biết đã chạy đi đâu mất rồi.
Sự đãng trí của ông còn suýt gây họa. Một mùa đông, Newton ngồi gần lò sưởi và tập trung suy nghĩ một vấn đề đó. Vì quá tập trung, ông không để ý gì tới mùi khét. Tay áo bên phải của ông bén lửa, bốc khói đen khét nồng nặc mà ông vẫn không hay. Khi người nhà chạy vào sợ quá hét toáng lên, lúc đó Newton mới biết tay áo mình đã bị cháy.
Còn một giai thoại khác rất nổi tiếng về Newton. Đó là vào một ngày thu, Newton ngồi trên chiếc ghế trong vườn hoa đọc sách. Bỗng nhiên một quả táo từ trên cao rơi “bịch” một tiếng trúng đầu Newton. Ông xoa đầu, nhìn quả táo chín lăn xuống vũng bùn. Quả táo đã cho ông một gợi ý khiến ông nghĩ miên man. “Quả táo chín tại sao lại rơi xuống đất? Vì gió thổi chăng? Không phải, khoảng không rộng mênh mông, tại sao lại phải rơi xuống mà không bay lên trời? Như vậy Trái đất có cái gì hút nó sao? Mọi vật trên Trái đất đều có sức nặng, hòn đá ném đi rốt cuộc lại rơi xuống đất, trọng lượng của mọi vật có phải là kết quả của lực hút Trái đất không?”
Chính quả táo rơi khiến Newton suy nghĩ và phát hiện ra một vấn đề rất quan trọng trong vật lý. Sau này Newton đã nêu lên: Mọi vật trên trái đất đều chịu sức hút của Trái đất, mặt trăng cũng chịu sức hút của Trái đất, đồng thời Trái đất cũng chịu sức hút của mặt trăng; Trái đất chịu sức hút của Mặt trời, Mặt trời đồng thời cũng chịu sức hút của trái đất. Nói cách khác, vạn vật trong vũ trụ đều có lực hấp dẫn lẫn nhau, vì có loại lực hấp dẫn này mà mặt trăng mới quay quanh Trái đất, Trái đất mới quay quanh Mặt trời.
Việc quả táo rơi xuống đất chứng tỏ Trái đất có lực hút quả táo, đương nhiên quả táo cũng có lực hút Trái đất, nhưng lực hút của Trái đất đối với quả táo lớn nên quả táo rơi xuống đất. Nếu ta coi mặt trăng là một quả táo khổng lồ, như vậy Trái đất cũng có lực hút nó, vậy tại sao nó không rơi xuống mặt đất? Vì Mặt trăng là một quả táo lớn, sức hút của Trái đất đối với nó không đủ để làm nó rơi xuống đất, chỉ có thể làm nó quay quanh trái đất mà thôi. Đối với Mặt trời thì Trái đất cũng là một quả táo khổng lồ, nó quay quanh Mặt trời. Suy luận ấy của ông đã được đào sâu nghiên cứu và sau này ông đã phát hiện ra định luật vạn vật hấp dẫn. Đây là một định luật rất nổi tiếng giải thích chuyển động của các vật thể trong vũ trụ. Theo định luật này, các vật thể đều hấp dẫn lẫn nhau, độ lớn của lực hấp dẫn không phụ thuộc vào các thuộc tính lý hóa của vật thể và trạng thái hoạt động của chúng cũng như môi trường mà vật thể tồn tại. Newton đã chỉ ra lực hấp dẫn của Trái đất thể hiện ở sự tồn tại của trọng lực xuất hiện do Trái đất hấp dẫn bất kỳ vật thể nào. Có thể nói, cuốn “Nguyên lý toán học của triết học tự nhiên” là cuốn sách tổng kết và đưa ra những thành quả nghiên cứu của Newton trên lĩnh vực lực học và toán học. Nó không chỉ là cột mốc đánh dấu trong lịch sử khoa học mà còn là ngọn đèn hoa tiêu trong nghiên cứu khoa học. Cuốn sách vừa xuất bản đã được các nhà khoa học và triết học thán phục. Nhà thiên văn học Laplace của thế kỷ XVIII cho rằng: Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên đã đạt đến giới hạn cao nhất mà khoa học vật lý có thể đạt tới”, là “kiệt tác vượt trên mọi sản phẩm của trí tuệ loài người”. Einstein thì cho rằng: “Số phận đã khiến Newton trở thành bước chuyển ngoặt lịch sử của lí trí nhân loại”.
Newton được thế giới công nhận là danh nhân quan trọng nhất đóng góp cho sự phát triển của khoa học hiện đại. Nhà thơ Alexander Pope đã viết những dòng thơ ca ngợi ông:
Tự nhiên im lìm trong bóng tối
Chúa bảo rằng Newton ra đời
Và ánh sáng bừng lên khắp lối.
Newton mất năm 84 tuổi. Ông được mai táng ở Đài kỷ niệm quốc gia Anh trong tu viện Oetminxtơ - nơi an nghỉ của các vua chúa và các bậc vĩ nhân nước Anh.