Considerato uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi, ha anche ricoperto i ruoli di presidente della Royal Society (1703-1726), direttore della Zecca inglese (1699-1701) e membro del Parlamento (1689-1690 e 1701).
Noto soprattutto per la fondazione della meccanica classica, la teoria della gravitazione universale e l'invenzione del calcolo differenziale, contribuì significativamente a più branche del sapere, occupando una posizione di preminente rilievo nella storia della scienza e della cultura. Il suo nome è associato a leggi e teorie ancora oggi insegnate: si parla di dinamica newtoniana, di leggi newtoniane del moto, di legge di gravitazione universale. Più in generale, ci si riferisce al newtonianesimo come concezione del mondo, che ha influenzato la cultura europea per tutto il XVIII secolo.
Nella sua opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (nota anche come Principia) del 1687, che segna la fine della rivoluzione scientifica, definì le regole fondamentali della meccanica classica attraverso le sue leggi del moto. Contribuì inoltre al progresso della teoria eliocentrica: a lui si deve la dimostrazione delle leggi di Keplero sul movimento dei pianeti. Oltre a dedurle matematicamente dalla soluzione del problema della dinamica applicato alla forza di gravità (problema dei due corpi), generalizzò le leggi di Keplero dimostrando che le orbite delle comete potevano essere non solo ellittiche (come quelle dei pianeti), ma anche iperboliche o paraboliche. Dimostrò l'universalità della gravitazione: la medesima legge di gravitazione universale governa i movimenti della Terra e di tutti gli altri corpi celesti.
Attratto dalla filosofia naturale, cominciò da giovane a leggere le opere di Cartesio, in particolare La geometria del 1637, in cui le curve sono rappresentate per mezzo di equazioni. Nel 1665 dimostrò il teorema binomiale e quindi, nel giro di un anno, scoprì le identità di Newton, il metodo di Newton, approssimò la serie armonica tramite i logaritmi e cominciò a sviluppare il calcolo infinitesimale. I lavori sul calcolo infinitesimale del 1666 anticiparono di circa dieci anni quelli di Leibniz, ma Newton pubblicò le sue scoperte solo nel De Quadratura Curvarum del 1704. Condivise quindi con Gottfried Wilhelm von Leibniz, suo malgrado, il merito per lo sviluppo del calcolo infinitesimale..
Fu il primo a mostrare che la luce bianca è composta dalla somma di tutti i colori dello spettro, avanzando l'ipotesi che la luce fosse composta da particelle. LOpticks, del 1704, sarà un altro testo scientifico di riferimento per tutto il XVIII secolo. La teoria corpuscolare della luce era in contrapposizione alla teoria ondulatoria della luce, sostenuta da Robert Hooke, Christiaan Huygens, Eulero, Thomas Young e corroborata, nel XIX secolo, dai lavori di Maxwell e Hertz. La tesi corpuscolare trovò invece conferme, circa due secoli dopo, con l'articoloAlbert Einstein, "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt" (Su un punto di vista euristico riguardo alla produzione e alla trasformazione della luce), Annalen der Physik, vol. 332, 1905, pp. 132-148. di Albert Einstein (1905) sull'interpretazione dell'effetto fotoelettrico a partire dal quanto di radiazione elettromagnetica, poi denominato fotone. Queste due interpretazioni coesisteranno nell'ambito della meccanica quantistica, fino al loro definitivo superamento (si veda: dualismo onda-particella).
Nel XX secolo la concezione newtoniana dello spazio e del tempo è stata superata. Nella teoria della relatività di Albert Einstein lo spazio e il tempo assoluti non esistono, sostituiti dallo spaziotempo. Ciò comporta dei cambiamenti nelle leggi del moto e della meccanica che, per velocità molto inferiori alla velocità della luce nel vuoto (c = ), sono tuttavia praticamente impercettibili.
Biografia Infanzia e giovinezza
Nacque a Woolsthorpe-by-Colsterworth, nel Lincolnshire, il 25 dicembre 1642 (secondo il calendario giuliano, allora in uso in Inghilterra), in una famiglia di allevatori. Suo padre, anch'egli di nome Isaac (1606-1642) e piccolo proprietario terriero, morì tre mesi prima della sua nascita; egli, sul proprio testamento, disegnò un uccello come suo segno distintivo al posto della firma, nonostante sapesse scrivere. Tre anni dopo sua madre, Hannah Ayscough (1623-1679), si risposò con un agiato chierico di nome Barnabas Smith,. di sessant'anni, lasciando il piccolo Isaac alle cure dei nonni materni. Newton fu un bambino infelice: odiava il patrigno e pare che una volta sia giunto a minacciare d'incendiarne la casa.
Nel 1652, quando Newton aveva dieci anni, il patrigno morì lasciandogli un'eredità non indifferente con cui poté pagarsi l'istruzione alla King's School, a Grantham. Alloggiava presso la famiglia Clarke, in stretta amicizia con i Newton. Sembra che abbia avuto una relazione sentimentale con Catherine Storer, figliastra del padrone di casa; probabilmente l'unica relazione sentimentale che Newton ebbe nella sua vita. Durante quel periodo aveva iniziato a costruire meridiane, clessidre ad acqua e modelli di mulini funzionanti. Alla fine del 1658 la madre lo costrinse ad abbandonare gli studi e lo richiamò a casa per accudire i campi, ma si rivelò un pessimo agricoltore. Alla fine il suo maestro convinse la madre a fargli proseguire gli studi al Trinity College di Cambridge, dove si trasferì nel 1661. Come studente presso l'Università di Cambridge, Newton ha dovuto fare il cameriere alla mensa del college (dove egli indossava vestiti da donna) e prendersi cura delle stanze di altri studenti. Era un sizar, termine usato per descrivere uno studente che ha ricevuto assistenza finanziaria in cambio dello svolgimento di compiti umili.
A quel tempo gli insegnamenti universitari a Cambridge erano basati su Aristotele (filosofia e fisica), Euclide (matematica) e Tolomeo (astronomia), ma Newton vi aggiunse la lettura e lo studio di pensatori moderni come Copernico, Keplero, Cartesio e Galileo. Negli anni in cui era studente a Cambridge ebbe come docenti due figure di rilievo, Isaac Barrow e Henry More, che esercitarono su di lui una forte influenza. Nel 1665 ottenne il Bachelor of Arts; nel 1667 fu eletto Fellow del Trinity College. Nel 1668 conseguì il titolo di Master of Arts. Fu nominato professore lucasiano di matematica nel 1669 e rimase a Cambridge per 27 anni, insegnando quasi ogni anno, fino al 1696. Si dimise dal ruolo di professore e membro del Trinity College solamente alla fine del 1701, quando ormai risiedeva stabilmente a Londra da cinque anni.
Maturità
Nel 1665 dimostrò il teorema binomiale. Poco dopo il College fu chiuso per via della peste che, partita da Londra, si stava diffondendo nella zona. Newton approfittò di questa interruzione per proseguire gli studi per conto proprio. Durante un anno d'isolamento quasi assoluto scoprì, a soli 24 anni, le identità di Newton, il metodo di Newton, approssimò la serie armonica tramite i logaritmi e cominciò a sviluppare il calcolo infinitesimale.
I lavori sul calcolo infinitesimale alla metà degli anni '60 anticiparono di circa dieci anni quelli di Leibniz, ma Newton pubblicò le sue scoperte solo nel 1704, sostenendo di non aver pubblicato prima per timore di essere deriso. Dal 1699 alcuni membri della Royal Society accusarono Leibniz di plagio e cominciò una violenta contesa su chi avesse inventato il calcolo. Questa disputa amareggiò le vite di entrambi i contendenti fino alla morte di Leibniz nel 1716. Anche dopo la morte, Newton continuò a denigrare la memoria dell'avversario fino a compiacersi di avergli «spezzato il cuore»..
Dal 1670 al 1672 si occupò di ottica. Durante questo periodo studiò la rifrazione della luce dimostrando che un prisma può scomporre la luce bianca in uno spettro di colori, mentre una lente convergente e un secondo prisma possono ricomporre lo spettro in luce bianca. Da questo lavoro concluse che ogni telescopio rifrattore avrebbe sofferto della dispersione della luce in colori,Solo quando divennero disponibili vetri con diverse proprietà rifrattive fu possibile costruire delle lenti acromatiche. e inventò il telescopio riflettore per aggirare il problema. Nel 1671 la Royal Society lo chiamò per una dimostrazione del suo telescopio riflettore. L'interesse suscitato lo incoraggiò a pubblicare le note On Colours (Sui colori). Quando Robert Hooke criticò alcune delle sue idee, Newton ne fu così offeso che si ritirò dal dibattito pubblico e i due rimasero nemici fino alla morte di Hooke. In una lettera a Robert Hooke del 5 febbraio 1676 scrisse
Benché questa frase, coniata nel Medioevo da Bernardo di Chartres, appaia come segno di modestia, da alcuni è ritenuta pungente: Hooke era un uomo di bassa statura e Newton potrebbe aver alluso di essersi ispirato a studiosi di statura intellettuale ben maggiore di quella di Hooke. Forse non è casuale che il testo newtoniano sulla luce (Opticks, Ottica) sia stato pubblicato solo nel 1704, un anno dopo la morte di Hooke.
La dedizione di Newton alla scienza è chiaramente dimostrata da un esperimento sull'ottica. Credendo che il colore fosse provocato dalla pressione sull'occhio, s'infilò un ago da calza nell'orbita oculare fino a quando poté stimolare il retro del suo bulbo oculare, annotando freddamente «cerchi bianchi, scuri e colorati fintanto che continuava ad agitarlo».
Newton pensava che la luce fosse composta di particelle. Altri fisici, tra i quali Hooke, preferirono una spiegazione ondulatoria. Nel suo Hypothesis of Light (Ipotesi sulla luce) del 1675, Newton postulò l'esistenza dell'etere per trasmettere le forze tra le particelle. Successivamente Henry More, suo collega a Cambridge, ravvivò il suo interesse per l'alchimia, al punto che Newton sostituì la teoria dell'etere con misteriose forze d'attrazione e repulsione tra particelle, fondate su idee ermetiche. Negli anni '70 rifiutò la filosofia meccanicista cartesiana, ritenendola fonte di conseguenze teologicamente errate. Inoltre si convinse che la vera filosofia naturale non fosse da cercare nelle opere dei suoi contemporanei, ma piuttosto nelle opere dell'antica tradizione alchemica e nei libri sacri.
Ai tempi di Newton, tutti i fellow di Cambridge avevano l'obbligo di prendere gli ordini sacri entro sette anni dalla nomina. Newton fece un primo tentativo di evitare l'ordinazione cercando invano di procurarsi un posto vacante di fellow in giurisprudenza, poiché in questo caso si era esentati dall'obbligo. Verso la fine del 1674 Newton si adoperò, assieme all'amico Francis Aston, per ottenere la dispensa dall'obbligo di prendere gli ordini. Mentre Aston non riuscì nell'intento, Newton ottenne la dispensa dall'ordinazione a chierico anglicano, firmata dal re Carlo II in data 2 marzo 1675. I motivi del rifiuto di Newton erano di natura teologica: essendo segretamente anti-trinitario, era di fatto eretico rispetto all'ortodossia della chiesa anglicana.
La mela, la gravità e i Principi
Si racconta che Newton nel 1666, il suo annus mirabilis, fosse seduto sotto un melo nella sua tenuta a Woolsthorpe, quando una mela gli cadde in testa. Ciò, secondo la leggenda diffusa dal massone Voltaire nella quindicesima delle sue Lettere filosofiche (1733), lo fece pensare alla gravitazione e al perché la Luna non cadesse sulla Terra come la mela. Cominciò dunque a ipotizzare una forza che diminuisce con l'inverso del quadrato della distanza, come l'intensità della luce. Non tenne però conto delle perturbazioni planetarie, e di conseguenza i suoi calcoli sul moto della Luna non risultarono corretti. Deluso, smise di pensare alla gravitazione.