Han är ihågkommen som en nyckelperson i den vetenskapliga revolutionen och hans påstådda möte med ett äpple som ung vuxen nämns ofta. Men hur lade Isaac Newtons barndom och tidiga idéer grunden för hans senare vetenskapliga genombrott, vilket gjorde honom till vår kanske största vetenskapsman någonsin?

Tidig ensamhet

Alla barn tycker om att leka. Det är så de lär sig. Men Isaac Newtons idéer om lek var aldrig av den typ av lek som de flesta barn tycker om.

Han föddes 1642 som son till en gentleman-farmare och hade 1600-talets landsbygd i Lincolnshire som sin lekplats. Trots detta finns det inga referenser till att han klättrade i träd, utforskade skogar och paddlade i bäckar som andra barn.

Woolsthorpe Manor, Newtons barndomshem, som visas på sidan 76 i Memoirs of Sir Isaac Newton's life, av William Stukeley, 1752 (Credit: Public Domain).

Han kan ha gjort dessa saker, men han skulle troligen ha varit ensam. Hans mormor - hans förmyndare under de första åren - var medveten om familjens sociala ställning som mindre adelsmän, och de lokala pojkarna ansågs olämpliga som Isaks lekkamrater. Under hela sitt liv gjorde dessa tidiga brister i vänskap med jämnåriga Newton till en ensamvarg.

Senare skrev han i sina anteckningar att när han gick på Grammar School i Grantham på 1650-talet försökte han engagera sina skolkamrater i vad han kallade "filosofiska lekar", men de var inte intresserade. Mentala lekar passade Newton, men fysiska aktiviteter, som att jaga och brottas, var mer deras stil.

Newton var dock inte stillasittande och skrev om att utföra några experiment med vindstödda hopp - och testade hur mycket vindens styrka ökade eller minskade den hoppade sträckan.

Naturligtvis hade han inget sätt att mäta detta exakt, även om man tror att han tillverkade en enkel anemometer för att mäta vindens kraft, om den var svagare eller starkare, om än inte dess exakta hastighet. Längder av snören kunde användas för att visa relativa avstånd som hoppades, men bara han kunde gissa sig till om ansträngningen han lade ner på varje hopp var identisk, så att vinden var den enda variabeln.

Oavsett bristerna i dessa första experiment visar de att han redan från barnsben var fascinerad av naturens mekanik och att hans entusiasm att utforska den skulle bestå under hela hans långa liv.

Tidiga uppfinningar

Newtons skolkamrater var fascinerade av vissa av de leksaker han tillverkade, om än inte av tillverkningens invecklade detaljer. De lyktor som hängde från drakar och som såg ut som spöken i mörkret skrämde lokalbefolkningen.

När en ny väderkvarn höll på att byggas i Grantham observerade Newton och byggde sin egen fungerande modell, som drevs av en mus som körde i ett slags hamsterhjul. Newton klagade över att "Mr Miller", som han kallade varelsen, ofta åt upp den säd som den skulle mala, men modellen var en betydande prestation, med handsnidade kugghjul och axlar.

J.M.W. Turner, North East View of Grantham Church, Lincolnshire, ca 1797 (kredit: Public Domain).

Newton tillverkade också dockhusmöbler till Clarke-flickorna när han bodde i William Clarkes apotek i Grantham, och en hjulvagn som han använde som en skateboard i korridorerna i Clarke-huset. Kanske var det dessa fartfyllda upptåg som gav upphov till hans senare idéer om rörelse och tröghet.

Källorna till Newtons obestridliga handskicklighet är svåra att spåra. Han hade uppenbarligen en medfödd talang, men kanske en tjänare i hans hem, Woolsthorpe Manor, visade honom några grundläggande snickerikunskaper och hur man använder verktyg.

William Clarke kan ha lärt honom trä- och metallbearbetning och glashantering. Vi vet att Clarke visade honom hur man blandar och destillerar medicinska läkemedel - kunskaper som han senare utvecklade och förfinade i sina alkemiska studier och experiment.

Teleskop

År 1660, vid sjutton års ålder, åkte Newton upp till universitetet i Cambridge. På den tiden var den närbelägna Stourbridge Fair, som hölls årligen i september, 1600-talets version av e-bay, där man kunde köpa nästan vad som helst, från bläck till järnhandel, kryddor till glasögon. Newton köpte ett prisma där och eventuellt andra glasföremål som linser och speglar.

Först lekte han med prismat och beundrade de vackra regnbågarna, men det var inte tillräckligt för honom.

Han var tvungen att veta hur och varifrån färgerna kom när färglöst dagsljus sken genom färglöst glas. Andra hävdade att det var glasets effekt som skapade färgerna, som man trodde bestod av grader av ljus och skugga.

Fågelperspektiv på Trinity College, Cambridge, med Great Gate och Great Court i förgrunden, Nevile's Court och Wren Library i bakgrunden. David Loggan print, 1690 (Credit: Public Domain).

Newton motbevisade detta med sitt "avgörande experiment", som visade att färgerna finns där, kombinerade i det vita ljuset, och att de kan separeras och bli synliga när glaset bryter dem i olika grad.

Newton lärde sig själv att slipa linser och polera speglar till perfektion. Genom att kombinera dessa färdigheter med sina kunskaper i metallarbete och snickeri kunde han tillverka sitt lilla men anmärkningsvärt effektiva refraktorteleskop. Detta vackra instrument gav honom medlemskap i Royal Society of London 1672.

Sanningar som går att bevisa

Newton är inte känd för sitt arbete som astronom, där han använde sitt teleskop för att observera planeter, stjärnor och månar för nöjes skull eller för vetenskapliga studier. Andra kunde göra det.

Han ville snarare veta hur och varför himlakropparna höll sig på sin plats och rörde sig på det sätt de gjorde. Vissheten om att "något" höll stjärnorna på plats ledde till hans teori om gravitationen - en osynlig kraft som gäller i hela universum.

Porträtt av Isaac Newton av Sir Godfrey Kneller, 1689 (Credit: Public Domain).

Detta var ett impopulärt koncept vid en tidpunkt då vetenskapen övergav mystiska idéer till förmån för bevisbara sanningar. Möjligheten att månens gravitationskraft påverkade tidvattnet på jorden var något som han arbetade för att kvantifiera hela sitt liv.

Före andra forskare insåg Newton att planeternas rörelser, deras banor, följde den omvända kvadratlagen. Medan hans kolleger i Royal Society misstänkte att det kunde vara så, hade han redan utarbetat de matematiska ekvationer som bevisade att det var så. På så sätt utvecklade han matematiken till den nya disciplinen "fluxioner", eller kalkyl, som den är känd i dag.

Detta var några av Isaac Newtons tidiga idéer och grunden för hans senare arbete. Hela hans vetenskapliga liv var dock alltid ett pågående arbete. Han var sällan nöjd med det färdiga verket; teorier kunde förbättras, matematiska ekvationer kunde kontrolleras och omkontrolleras.

Han försökte fortfarande fullborda sitt arbete, lärde sig och utvecklade idéer fram till sin död vid 84 års ålder. Kanske var det hans aldrig sinande strävan efter att göra rätt som gjorde honom till vår största vetenskapsman genom tiderna.

The World of Isaac Newton av Toni Mount publiceras av Amberley Publishing den 15 oktober 2020. Toni är författare, historielärare och talare med trettio års personliga och akademiska studier. Hon började sin karriär inom vetenskapen innan hon tillbringade många år som lärare. I sin senaste studie, The World of Isaac Newton, återvänder hon till sin första kärlek, vetenskapen, och får möjlighet att ta en ny titt på en av de mest kändavärldens mest kända karaktärer.