Paul M. Sutter este astrofizician la SUNY Stony Brook și la Flatiron Institute, gazda emisiunilor Ask a Spaceman și Space Radio și autorul cărții How to Die in Space.

Există un motiv – de fapt, mai multe – pentru care Sir Isaac Newton este adesea considerat omul de știință nr. 1 al tuturor timpurilor. Și în timp ce suntem cu toții forțați să învățăm despre legile sale de mișcare și conceptele de gravitație în liceu, rareori avem ocazia să înțelegem de ce lucrarea sa fundamentală, „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” (sau, în engleză, „Mathematical Principles of Natural Philosophy”), este atât de importantă. Așa că haideți să săpăm puțin în mintea unui geniu:

Stay put

Filosofii de-a lungul timpului au căutat legi fundamentale, reguli simple ale universului care ar putea explica varietatea mare și sălbatică de fenomene pe care le vedem în lumea din jurul nostru. Ei au lucrat, și în mare parte au eșuat, la această sarcină timp de câteva milenii până când Newton a apărut la sfârșitul anilor 1600 și le-a arătat cum să o facă.

În „Principia”, Newton a stabilit trei reguli simple ale universului. La prima vedere, peste trei sute de ani mai târziu, ele par simple, intuitive și evidente, dar asta doar pentru că am avut la dispoziție peste trei sute de ani pentru a le lăsa să se afunde în ele. La vremea respectivă, ele reprezentau revoluții totale în gândire.

Video: Cele trei legi ale mișcării ale lui Newton explicate
Relaționat: Cele patru forțe fundamentale ale naturii

Prima sa lege stabilea că obiectele în repaus tind să rămână în repaus, iar obiectele în mișcare tind să rămână în mișcare. Cu alte cuvinte, există acest lucru numit „inerție”, care este o măsură a rezistenței unui obiect la mișcare.

Această idee era … nouă. Anterior, majoritatea gânditorilor credeau că obiectele individuale aveau o înclinație naturală de a se mișca sau de a nu se mișca (de exemplu, pentru a explica de ce vântul avea tendința de a sufla, dar pietrele preferau să rămână pe loc). De asemenea, unele obiecte preferau să plutească (cum ar fi norii), în timp ce altele nu (cum ar fi oamenii). Dar Newton a răsturnat această situație: toate obiectele aveau o rezistență înnăscută la o nouă mișcare și era nevoie de o forță pentru a le face să se schimbe.

O mică împingere

Vorbind de forțe, aceasta a fost a doua lege a lui Newton: forțele aplicate unui obiect îi dau acestuia accelerație, cantitatea de accelerație depinzând de masa obiectului. Și aceasta contravenea înțelepciunii dominante, care credea că forțele aplicate unui obiect îi dau viteză. Acest lucru este parțial adevărat, deoarece accelerația este o schimbare a vitezei, dar nu are în vedere imaginea de ansamblu pe care o urmărea Newton. Odată accelerat până la o anumită viteză, un obiect își va menține această viteză dacă și până când nu se aplică o nouă forță care să-l accelereze sau să-l încetinească.

Relaționat: Urmăriți cum un astronaut testează a doua lege a mișcării a lui Newton în spațiu

A doua lege a lui Newton este de fapt legea conservării impulsului scrisă într-un alt mod. Obiectele își vor păstra impulsul până când se aplică o forță, iar acea forță le va schimba impulsul. Toate interacțiunile dintre obiecte (de exemplu, coliziunile, ciocnirile, loviturile, ciocnirile, zdrobirea și așa mai departe) vor păstra cantitatea totală de impuls dintre ele.

Dacă nu v-ați mai întâlnit până acum cu conservarea impulsului, trebuie să știți că acest concept este o piatră de temelie a fiecărei ramuri a fizicii. Serios, toate: relativitatea generală și specială, mecanica cuantică, termodinamica, fizica particulelor și așa mai departe. Toate se sprijină și se bazează pe conservarea impulsului pentru a se ghida. Toată fizica modernă se reduce, la cele mai profunde niveluri, la exprimarea conservării impulsului în diferite scenarii.

De la electronii dintr-un atom până la expansiunea universului, totul este legat de același concept, care își poate urmări rădăcinile până la cea de-a doua lege a lui Newton.

Egal și opus

Ultima lege a lui Newton, conform căreia fiecare forță are o forță egală și opusă, pare un adaos minor. Dar și ea a fost o revoluție majoră în gândire.

Când împingi ceva, îi aplici o forță și îl faci să accelereze. Simplu ca bună ziua, nu? Dar știați că, în același timp, obiectul împinge înapoi asupra dumneavoastră?

Cum se poate întâmpla asta, dacă tu nu te miști, iar obiectul se mișcă?

Cheia este că, deși forțele sunt egale, accelerațiile nu sunt. Dacă tu ești mai masiv decât o minge de fotbal, atunci când o lovești accelerația ta va fi mică, în timp ce mingea de fotbal va zbura. Dar acea forță care se întoarce asupra ta este cea care îți dă senzația de rezistență. Un alt exemplu: când stați pe un scaun, aplicați o forță asupra lui, dar și scaunul aplică o forță asupra voastră – este ceea ce simțiți că vă împinge în sus.

Această ultimă intuiție este modul în care Newton a deblocat întregul cosmos. În timp ce privea un măr căzând dintr-un copac, el și-a dat seama că, din moment ce Pământul aplică o forță asupra mărului, atunci și mărul trebuie să aplice o forță asupra Pământului. Dar noi nu vedem Pământul mișcându-se pentru că este atât de masiv.

Video: Gravitația universală explică practic totul

Cu această linie de raționament, Newton a reușit să argumenteze că forța gravitațională nu era doar ceva resimțit în apropierea suprafeței Pământului, ci că era cu adevărat universală: toate obiectele din cosmos erau legate de toate celelalte obiecte prin lanțuri invizibile de gravitație. Înarmat cu această percepție și cu legile sale nou descoperite, Newton a putut explica totul, de la orbitele planetelor la ciclurile mareelor.

Aceasta este puterea pe care o obții din înțelegerea corectă a legilor fundamentale ale naturii, legi care au fost singura paradigmă timp de peste 200 de ani (până la dezvoltarea relativității și a mecanicii cuantice) și care continuă să joace un rol central în viața noastră de zi cu zi.

Aflați mai multe ascultând episodul „Care a fost marea afacere a lui Newton?” de pe podcastul Ask A Spaceman, disponibil pe iTunes și pe web la http://www.askaspaceman.com. Mulțumim lui Chris C. pentru întrebările care au dus la acest articol! Puneți-vă propria întrebare pe Twitter folosind #AskASpaceman sau urmărindu-l pe Paul @PaulMattSutter și pe facebook.com/PaulMattSutter.

.