Felfedezte, hogy a fehér fény összetett; ezzel a színek jelenségét beépítette a fény tudományába és lefektette a modern fizikai optika alapjait. Három mozgástörvénye vezetett el az általános tömegvonzás törvényének megfogalmazásához. Newton dolgozta ki először a differenciál- és integrálszámítás alapjait. 1687-ben publikált műve, a Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (A természetfilozófia matematikai alapjai) a modern tudomány történetének egyik legfontosabb alkotása.
Egy kisbirtokos egyetlen fia volt. Apja még a gyermek születése előtt meghalt. Anyja két év múlva ismét férjhez ment, és elköltözött. Newton kilenc évig, a második férj haláláig alig látta anyját. Mostohaapját gyűlölte. Az a rendkívül erős szorongás, amellyel munkáit nyilvánosságra hozta, és azaz esztelen hevesség, amellyel a műveit védelmezte, gyermekkorára vezethető vissza.
A másodszor megözvegyült anya azt akarta, hogy Newton az időközben jócskán megnövekedett birtokon gazdálkodjon. Hamar kiderült azonban az ötlet képtelensége, és Newton visszakerült a granthami középiskolába, 1661-ben pedig a cambridge-i Trinity College hallgatója lett. Ekkorra a ma tudományos forradalomként számon tartott mozgalom jelentős eredményeket ért el. A csillagászok kidolgozták a napközpontú világegyetem leírását; megjelent Galilei műve a szabadesésről, a lejtőkísérletekről és a lövedékek pályájáról; Descartes és követői a fizikai valóságot mozgó anyagi részecskék együttesének tekintették, és a természet jelenségeit a részecskék mechanikai kölcsönhatásainak tulajdonították. Newton az egyetemen megismerkedett az új filozófiával, amely nem szerepelt a tananyagban, de „a levegőben volt”. Alig több mint egy év alatt áttanulmányozta a matematikai irodalmat, és hamarosan új matematikai felfedezéseket tett.
Az angliai pestisjárvány nem sokkal azután érte el Cambridge-et, hogy Newton befejezte tanulmányait. Az egyetemet 1665-től csaknem két évre bezárták. Newton szülőfalujában folytatta munkáját. Felfedezte a binomiális tételt, a differenciálszámítást (amelyet fluxiószámításnak nevezett) és fordított műveletét, az integrálszámítást. Egy korábbi gondolatsorát „Of Colours” (A színekről) címmel dolgozattá érlelte. A tanulmány már tartalmazza azoknak az észrevételeknek a többségét, amelyeket később az Optikában dolgozott ki. Ebben az időben a körmozgás elemeit is vizsgálta. Elemzését kiterjesztette a bolygókra: megállapította, hogy a bolygókra ható sugárirányú erő a Naptól számított távolság négyzetével csökken.
A járvány elmúltával Newtont beválasztották a Trinity College tanárai közé. Két év múlva kéziratban adta közzé a végtelen sorokról írt dolgozatát, amely szűk körben ismertté tette nevét. Ennek is köszönhető, hogy professzorrá nevezték ki. Előadásait 1670-ben kezdte meg; első témaként a fénytant választotta. Az előadások nyomán született meg az „Of Colours”-ból az Opticks (Optika) első kötete.
Newton – a Descartes-féle mechanisztikus felfogást elfogadva – úgy gondolta, hogy a fény, mozgó anyagi korpuszkulákból, részecskékből áll. De a korpuszkuláris elmélet, mint hipotézis, nem játszott fontos szerepet Newton fénytanában; a színelmélet sokkal jelentősebb volt. Korábban azt tartották, hogy bizonyos színjelenségek, például a szivárvány, a fény módosulásának következményei. Kísérletei alapján Newton elvetette a módosulás gondolatát. A fehér fény összetett, állította, a színek abból erednek, hogy a keverék komponensekre bomlik. Newtont az a felismerése győzte meg végső soron a fény korpuszkuláris természetéről, hogy az egyes fénysugarak tulajdonságai állandók. Elképzelése szerint ezt a sajátságot állandó anyagi részecskék hozzák létre. Azt tartotta, hogy az adott sugarak (vagyis adott méretű részecskék) adott színek érzetét keltik, amikor a szem retinájába ütköznek. A különböző színű sugarak különbözőképpen törnek meg a prizmán, tehát a kevert fehér fényt a prizma komponensekre bontja, és például a szivárvány is fénytörési jelenség.
Newton úgy gondolta, hogy a lencsék színi eltérése soha nem küszöbölhető ki, ezért tükrös távcsövet szerkesztett. A Royal Society (Királyi Társaság) tagjai 1671-ben hírét vették a távcsőnek, és látni akarták. A távcső nagy sikert aratott, Newtont a tagok közé választották, ami annyira felbátorította, hogy 1672-ben egy dolgozatot is küldött a fényről és a színekről a tudós testületnek. A dolgozatot általában kedvezően fogadták, de ellenvélemények is felmerültek. A leglesújtóbb véleményt, amely Newtont dührohamokra késztette, Robert Hooke írta.
Csak 1675-ben merte a nyilvánosság elé tárni második fénytani dolgozatát a vékony rétegek színjelenségeiről. A tanulmány (lényegében a későbbi Optika második kötete) a szilárd testek színét arra vezette vissza, hogy a fehér fény a fénytörés és a fényvisszaverődés miatt komponensekre bomlik. Ezt a magyarázatot később elvetették. A dolgozat sokkal maradandóbb része a periodikus optikai jelenségek bemutatása. Newton koncentrikus színes gyűrűket fedezett fel egy síkdomború lencse és egy üveglemez közötti vékony levegőrétegben. A koncentrikus gyűrűk (a Newton-féle gyűrűk) közötti távolság a levegőréteg vastagságától függ. (A dolgozat ismét kiváltotta Hooke támadását.)
Az 1670-es évek végén Newton idegösszeomlást kapott, s miután édesanyja meghalt, évekig elzárkózva élt. Ebben az időben nagy hatást gyakorolt rá a hermetikus hagyomány. Mindig is érdekelte az alkímia – most belemerült. A hermetikus tanok hatására megváltozott a természetről alkotott képe. Eddig a XVII. század mechanisztikus filozófiájának szellemét követte; a természeti jelenségeket az anyagi részecskék mozgásával magyarázta. Úgy vélte, hogy a textíliával megdörzsölt üveg azért vonzza a papírdarabkákat, mert az üvegből éter áramlik ki, és ez viszi vissza magával a papírdarabokat. Ez a mechanisztikus filozófia kizárta a távolhatás lehetőségét; a vonzást láthatatlan éteri jelenségekkel magyarázta. Newton 1679 táján elvetette ezt a megközelítést, és a rejtélyes jelenségeket – például a kémiai affinitást, a kémiai reakciókban keletkező hőt, a folyadékok felületi feszültségét, a hajszálcsövességet és a testek kohézióját – az anyagi részecskék közötti vonzással és taszítással kezdte értelmezni. A newtoni vonzás és taszítás a hermetikus filozófia okkult szimpátia és antipátia törvényeinek közvetlen leszármazottja, hangoztatták a mechanisztikus filozófusok. Newton azonban a mechanisztikus filozófia módosításának tekintette a vonzás és taszítás elméletét, amelyet egzakt matematikai vizsgálatnak vetett alá. A matematikai módon megfogalmazott vonzások hidat jelentettek a XVII. századi tudomány két vonulata, a mechanisztikus hagyomány és a természet matematikai leírásához ragaszkodó pitagoreus hagyomány között.
A vonzás és taszítás elvét Newton csak a földi jelenségekre alkalmazta. De egy Hooke-kal folytatott levelezés a bolygómozgásra is felhívta a figyelmét. Mintegy nyolc év munkája nyomán készült el a Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, a modern tudomány egyik alapműve.
Newton 1672-ben használt teleszkópjának másolata
A Principia mechanikája a látható testek mozgásának egzakt, kvantitatív leírása volt, amely Newton három mozgástörvényén alapult: (1) a testek megtartják nyugalmi állapotukat vagy egyenes vonalú egyenletes mozgásukat, amíg egy rájuk ható erő az állapot megváltoztatására nem készteti őket; (2) a mozgás megváltozása (a sebességváltozás és a test tömegének szorzata) arányos a testre ható erővel; (3) minden hatáshoz azonos nagyságú, ellentétes irányú ellenhatás tartozik. A körmozgás elemzése nyomán sikerült megadnia annak a centripetális erőnek a nagyságát, amely ahhoz szükséges, hogy egy egyenes vonalú pályán haladó testet adott körpályára kényszerítsen. Az összefüggésből és Kepler harmadik törvényéből Newton azt a következtetést vonta le, hogy annak a centripetális erőnek, amely a bolygókat a Nap körüli pályán tartja, a bolygó és a Nap négyzetes távolságával kell csökkennie. Mivel a Jupiter holdjai szintén engelmeskednek Kepler harmadik törvényének, a holdakat is ilyen centripetális erőnek kell a pályájuk középpontja felé vonzania. Newton kimutatta, hogy a Föld és a Hold között is hasonló kapcsolat áll fenn. A Hold–Föld távolság körülbelül 60-szorosa a Föld sugarának. Azt a távolságot, amellyel a Hold – ismert méretű pályáján – egy másodperc alatt eltér az érintő irányú útvonaltól, Newton összehasonlította azzal a távolsággal, amelyet a nyugalmi állapotát elhagyó test eséskor tesz meg egy másodperc alatt a Föld felszínén. A második távolság 3600-szor (60x60-szor) nagyobbnak bizonyult az elsőnél, ezért Newton arra a következtetésre jutott, hogy minden megvizsgált esetben ugyanaz a törvény érvényesül, és a gravitas („nehézség”, „súly”) szóról nevezte el. Az egyetemes tömegvonzás (univerzális gravitáció) törvénye, amelyet más jelenségekkel, például az árapállyal és az üstökösök pályájával is alátámasztott, kimondja, hogy a világegyetem minden részecskéje minden más részecskét olyan erővel vonz, amely egyenesen arányos tömegeik szorzatával és fordítottan arányos középpontjaik távolságának négyzetével.
A Royal Society 1686-ban kapta meg az első kötet kéziratát. Hooke rögtön plágiummal vádolta Newtont, aki mérgében csak Hooke halála után adta ki az Optikát és fogadta el a Royal Society elnöki székét.
A Principia azonnal nemzetközi hírnevet hozott Newtonnak, bár a kontinens tudósai a távolhatás elvét még egy emberöltőig elvetették. A mű megjelenése után nem sokkal Newton Londonba költözött, ahol barátai közbenjárására a pénzverde őre, majd vezetője lett, de 1701-ig megtartotta cambridge-i állását.
A Royal Society elnöki tisztét 1703-tól töltötte be 1704-ben kiadta az Optikát és 1705-ben Anna királynő lovaggá ütötte. Első alkalommal tüntettek ki tudóst ily módon. A heves viták azonban nem ültek el. Életének utolsó 25 évét a Leibnizcel folytatott csatározás uralta. (Bár a differenciál- és integrálszámítást Newton előbb dolgozta ki, Leibniz, aki tőle függetlenül fedezte fel a két matematikai módszert, korábban publikálta eredményeit.)
Utolsó éveiben Newton újra kiadta legfontosabb munkáit: 1706-ban megjelent az Optika latin fordítása, 1717–18-ban pedig a második angol kiadás. Roger Cotes adta ki újra 1713-ban – jelentős változtatásokkal – a Principiát; a harmadik kiadás 1726-ban jelent meg. Newton csaknem haláláig volt a Royal Society elnöke és a pénzverde igazgatója.
Egy oldal alapvető munkájából a Principiából, 1726-os kiadás
.jpg)
