BA ĐỊNH LUẬT CHUYỂN ĐỘNG CỦA NEWTON
- Nội dung phát hiện: quan hệ cơ bản giữa vật chất, lực và vận động, đó là cơ sở xây dựng nên vật lý học và công trình học.
- Người phát hiện: Isaac Newton.
Tại sao ba định luật chuyển động của Newton lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?
Ba định luật chuyển động lớn của Newton đã đặt cơ sở cho sự hình thành của vật lý học và công trình học. Giống như định lý cơ bản của Euclid đã đặt nền tảng cho sự ra đời của hình học hiện đại, ba định luật về vận động của Newton cũng đưa ra những định lý nền tảng cơ bản hình thành nên khoa học vật lý. Những cống hiến lớn lao của Newton như đưa ra ba định luật lớn về chuyển động, phát hiện ra lực hút trái đất, sáng lập ra vi tích phân đã thực sự khiến Newton trở thành nhà khoa học kiệt xuất nhất suốt thời gian 1000 năm của lịch sử.
Ba định luật chuyển động của Newton đã ra đời như thế nào?
Từ sau năm 1609, khi Johannes Kepler phát hiện ra các hành tinh chuyển động quanh mặt trời theo một quỹ đạo hình elip (chứ không phải hình tròn), các nhà khoa học liên tục thử dùng các phương pháp toán học để giải thích các quỹ đạo đó. Robert Hooke và John Halley đều đã từng làm theo cách đó nhưng kết quả họ thu được không như mong đợi.
Newton sinh năm 1642 tại Lincolnshire, Anh, cách trường Cambridge khoảng 60 dặm. Khi còn nhỏ, Isaac là một cậu bé không bình thường. Ba tháng trước khi chào đời, cậu đã mất cha, do cậu không thích cha dượng nên đã được đưa đến cho bà ngoại nuôi. Newton chẳng ưa một ai cả, cậu không thích mẹ, không thích bà ngoại, thậm chí ngay cả các anh em cùng mẹ khác cha cậu cũng không thích. Khi đi học Newton luôn vi phạm kỷ luật, cậu luôn là mối đau đầu cho các thầy cô giáo.
Chỉ có một người duy nhất là William Ayscough nhận ra được tài năng và trí thông minh của Newton. Ông sắp xếp cho Newton đi học tại trường Trinity (thuộc đại học Cambridge). Do quá nghèo không đủ tiền đóng học phí nên Newton phải đi làm thuê cho các học sinh khác để kiếm tiền trang trải tiền ăn ở, ông lúc nào cũng ở một mình, mang vẻ thần bí, hay gắt gỏng và thích tranh luận với người khác.
Năm 1665, Luân Đôn bùng phát bệnh dịch hạch, trường Cambridge buộc phải cho học sinh nghỉ học và Newton phải về trang trại của người em gái để tránh dịch bệnh. Ở trang trại. Newton rất chán nản vì cuộc sống đơn điệu thiếu đi những công cụ toán học để miêu tả sức mạnh cùng sự vận động luôn thay đổi. Newton quyết định làm sáng tỏ những sức mạnh nào có thể khiến cho vật chuyển động hay đứng yên.
Ngoài việc đọc các tài liệu tương đối mới của Kepler và Halley, Newton còn chú tâm đọc các nghiên cứu của Galileo và Aristotle. Ông sưu tầm những kết quả và lý luận nghiên cứu trước đây của các nhà học giả Hy Lạp cổ, các lý luận đó rất tản mạn và thường mâu thuẫn với nhau. Newton có một biệt tài khiến người khác khâm phục đó là khả năng chọn ra những thiểu số tinh túy từ những số lượng lớn. Newton đã sàng lọc và chọn ra các trọng tâm quan trọng phổ biến trong các lý luận đó.
Newton không được coi là một nhà thí nghiệm, ông thích suy ngẫm mọi vấn đề, ông làm thí nghiệm trong tư tưởng giống như Enstein. Ông thường bỏ rất nhiều thời gian để suy ngẫm cho đến khi tìm thấy được đáp án mới thôi. Nếu nói theo cách của Newton thì ông “bày các vấn đề ra trước mắt sau đó chờ đợi, cứ chờ cho đến khi xuất hiện tia sáng đầu tiên, từ từ theo đó lần ra, cuối cùng bỗng nhiên bừng sáng”.
Không lâu sau đó, Newton phải băn khoăn, trăn trở với câu hỏi: Sức mạnh nào đã dẫn đến sự chuyển động? Ông dành thời gian để nghiên cứu kĩ hơn về định luật vật rơi tự do của Galileo và quy luật sự vận động các hành tinh của Kepler. Ông tiến hành nghiên cứu quên ăn quên ngủ, đến mức gần quá sức chịu đựng của cơ thể.
Đầu năm 1666, Newton đưa ra ba định luật chuyển động, ba định luật này là điều kiện không thể thiếu cho sự ra đời của các phát hiện vi tích phân và phát hiện ra trái đất có lực hấp dẫn sau này của ông. Thế nhưng mãi 20 năm sau, khi được sự khích lệ của Halley, Newton đã viết cuốn nguyên lý toán học của triết học tự nhiên và ông mới công bố ba định luật này.
Năm 1684, Jean Picard lần đầu tiên tính ra một cách chính xác kích thước và khối lượng của trái đất. Với những số liệu cần thiết và chính xác này, Newton đã có thể chứng minh: trên cơ sở vận dụng ba định luật vận động và phương trình trọng lực do ông tạo ra có thể tính được một cách chính xác quỹ đạo vận động thật sự của các hành tinh. Mặc dù đã có đầy đủ các số liệu toán học để chứng minh, nhưng Newton sẽ không đưa ra Nguyên lý toán học của triết học tự nhiên nếu như không có sự thỉnh cầu và thuyết phục của Halley năm 1687. Nguyên nhân chủ yếu để đưa ra tác phẩm này là phản đối sự sai lầm trong công bố của Robert Hooke cho rằng đã phát hiện ra quy luật phổ biến cảu vận động. Nguyên lý toán học của triết học tự nhiên đã trở thành tác phẩm được đón nhận và sử dụng rộng rãi trong lịch sử.
