アイザック・ニュートン

アイザック・ニュートンは、イギリスの数学者、物理学者、天文学者――当時の言葉で言えば「自然哲学者」であった。彼が最もよく知られているのは、通常『プリンキピア』と呼ばれる著書『自然哲学の数学的諸原理』であり、1687年に初めて刊行された。この本の中で彼は運動の法則と万有引力の法則を定式化し、両者を合わせて地球上の物体の運動と、空にある惑星・月・彗星の運動を説明した。

ニュートンはまた光学においても根本的な発見を行い、太陽光が色の混合であることを示し、初の実用的な反射望遠鏡を作った。数学においては、変化を扱う数学である微積分を、ドイツの哲学者ゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツとほぼ同時期に独立に発展させ、これが科学史上でも最も激しい論争のひとつを引き起こすことになった。

『スタンフォード哲学百科事典』は、彼の生涯を四つの時期に分けている。ケンブリッジ以前の若年期、『プリンキピア』に至るまでのケンブリッジ時代、その後およそ10年間の名声と高まる落ち着きのなさの時期、そしてロンドンで造幣局を運営した30年間である。彼の偉大な発見のほとんどすべては、ケンブリッジ時代になされた。

ニュートンは、当時イングランドで使われていた暦では1642年のクリスマスに(現代の暦では1643年1月4日に)、リンカンシャーのグランサム近くにあるウールズソープ・マナーで生まれた。ガリレオが亡くなってから1年もたたない頃である。農民だった父はその2か月前に亡くなっていた。アイザックが3歳のとき、母ハンナは再婚して家を出て、彼は祖父母のもとに残された。母は2番目の夫が亡くなった1653年に、さらに3人の子どもを連れて戻ってきた。

彼はグランサムの学校に通ったが、1659年に呼び戻されて農場の経営を任された。しかしその仕事はうまくいかなかった。彼の叔父と学校の先生が、彼を大学に進学させるよう母を説得し、1661年、彼は同年代の学生たちより年上でケンブリッジ大学トリニティ・カレッジに入学した。当初は使用人としての仕事をしながら学費を稼いでいたが、1664年に奨学金を得た。

この時代は、イングランド史上最も激動の時期だった。1642年に内戦が始まり、1649年には国王チャールズ1世が処刑され、オリバー・クロムウェルが護国卿として統治し、1660年にはチャールズ2世のもとで王政が復古した。この年にはロンドン王立協会も設立されている。この混乱がニュートンの家族にどれほど影響したかは定かではないが、イングランドの知的生活には大きな変化をもたらした。

ケンブリッジでは正式な講義は依然としてアリストテレスに基づいていたが、1664年までにニュートンは独学でルネ・デカルトの著作を読み、当時最新の数学を学んでいた。1665年夏から1667年春にかけて、疫病のために大学は閉鎖され、ニュートンはこの期間のほとんどをウールズソープで過ごした。この時期はしばしば彼の「驚異の年(アヌス・ミラビリス)」と呼ばれる。

この数か月の間に、彼は光と色に関する最初の実験的発見を行い、円運動の数学を解き明かし、逆二乗の力とケプラーの、惑星の公転周期と太陽からの距離を結びつける法則との間に関連があることに気づいた。スタンフォード哲学百科事典によれば、1666年末までに彼は事実上、世界で最も優れた数学者となっており、彼が「フラクション(流率法)」と呼んだ微積分を発見していた。

有名なリンゴの逸話はこの時期のものである。晩年、ニュートンは友人ウィリアム・ステュークリーに、庭に座っていたときにリンゴが落ちるのを見て、なぜそれがいつも地球の中心に向かってまっすぐに落ちるのかを考えたことが「きっかけとなって」重力の考えが浮かんだと語った。姪の夫であったジョン・コンデュイットも同様の話を伝えている。この逸話の細部を疑う学者もいるが、話の出どころはニュートン自身であり、リンゴが彼の頭に当たったという証拠はない。

ニュートン以前には、多くの人がガラスのプリズムは何らかの形で白色光に色を「加えている」と考えていた。ニュートンは暗くした部屋で細い一筋の日光をプリズムに通し、彼が「スペクトル」と名づけた色の帯が、丸くではなく細長い形になることを発見した。彼はここから、白色光は異なる度合いで屈折する光線の混合であると結論づけた。レンズと二つ目のプリズムを使えば、色を再び白色光に合成することができ、単一の色を別のプリズムに通しても変化しなかった。

この発見から彼は、通常の望遠鏡のレンズでは、常に像の縁に色のにじみが生じてぼやけてしまうと考えるようになった。この問題を避けるため、彼はレンズの代わりに湾曲した鏡を使って光を集める望遠鏡を作った。彼の最初の反射望遠鏡は1668年末に完成し、1671年には王立協会がその実演を求め、1672年には協会のフェローに選ばれた。

1672年、光と色についての彼の論文が王立協会で読み上げられ、機関誌『哲学紀要』に印刷された。これがロバート・フックやクリスティアーン・ホイヘンスをはじめとする批判者との数年に及ぶ論争のきっかけとなり、ニュートンはこれにひどく苛立って公の議論から身を引くことになった。彼の完全な説明である『光学(オプティクス)』は、フックが亡くなった後の1704年になってようやく、英語で出版された。後の版では、光と物質の本質についての有名な「クエリー(問い)」が追加された。

1669年、ニュートンはケンブリッジ大学のルーカス数学教授職に就いた。その後数年間、彼は惑星の軌道にほとんど関心を示さなかったが、1679年末にフックから、距離の二乗に応じて弱まる力のもとで物体はどのような曲線を描くかという手紙を受け取った。1684年8月、天文学者エドモンド・ハレーがケンブリッジを訪れ、同じ質問をした。ニュートンは即座に「楕円だ」と答えた。彼はその計算を見つけられなかったが、11月にハレーに9ページの論文『物体の円軌道運動について』(De motu corporum in gyrum)を送った。

ハレーに励まされ、ニュートンはその後2年半をかけて、この10個の命題を『プリンキピア』へと発展させた。これは約500ページ、192の派生命題からなるラテン語の著作である。王立協会はすでに書籍予算を使い切っていたため、ハレー自身が印刷費用を負担した。1687年7月、約300部が刊行された。第1巻は抵抗のない運動を扱い、第2巻は抵抗のある流体中の運動を扱い、惑星が物質の渦(ヴォルテックス)によって運ばれるとするデカルトの理論に反論する。第3巻「世界体系について」は、この理論を太陽系に適用する。

この本は定義と運動の三法則から始まる。すなわち、力が働かない限り物体は静止するか直線運動を続ける。運動の変化は力に比例する。そして、あらゆる作用には等しく反対向きの反作用がある、というものである。これらと、あらゆる物体が他のすべての物体を、距離の二乗に反比例する力で引き合うという法則から、ニュートンはケプラーの惑星運動の法則を導き出し、彗星の軌道、潮の満ち引き、地球のわずかな扁平さ、その自転軸のゆっくりとしたぶれを説明した。ここに天と地のための単一の法則群が示されたのである。

ニュートンは1713年に第2版を、ロジャー・コーツの編集のもとで入念に改訂し、1726年には第3版を出した。第2版では「一般注」が加えられ、その中で彼は重力の原因はまだ見つけていないと述べ、「私は仮説を立てない(hypotheses non fingo)」と宣言した。

『プリンキピア』はニュートンを一躍有名にした。名誉革命の後、彼は1689〜1690年にケンブリッジ大学選出の下院議員を務め、哲学者ジョン・ロックと親交を結んだ。1693年、彼は自ら「精神の破綻」と表現した状態に陥ったが、その秋には回復した。ケンブリッジでの生活に次第に不満を募らせていた彼は、1696年に王立造幣局の監事の職を受け入れてロンドンへ移り、1699年末には造幣局長官となって、以後生涯その職にとどまった。

造幣局でニュートンはその仕事に真剣に取り組んだ。大改鋳の際、彼は提出された硬貨の5分の1が偽造であると見積もった。彼自らが偽造貨幣製造者たちを調査・起訴し、その数は悪名高いウィリアム・チャロナー(絞首刑となった)を含め合計28人にのぼった。彼はまた硬貨の精度を向上させた。彼による金の価値評価は、イギリスが金本位制へ向かう一助となった。一方で彼は、1720年の南海泡沫事件で多額の損失も被った。

1703年、彼は王立協会の会長に選ばれ、1705年にはアン女王からナイト爵を授けられた。彼はその地位を強く行使した。彼とハレーは、王室天文官ジョン・フラムスティードの意に反してその観測記録を出版し、フラムスティードを生涯にわたる敵に変えてしまった。ニュートンは1727年3月20日(ユリウス暦)、84歳でロンドンにて死去し、遺体を安置したのちウェストミンスター寺院の身廊に埋葬された。

ニュートンは1665〜1666年に流率法(フラクション)を発展させ、1671年までにはより完全な論考を書いていたが、それを出版することはなかった。誰も彼の長大な論考を印刷しようとしなかったのである。1670年代半ば、彼はライプニッツをはじめとする人々と数学についての書簡をやり取りしており、彼の進展が秘密だったわけではない。ライプニッツは1674年から独自の微積分学を発展させ始め、1684年に最初の論文を発表した。そこで用いられた微分記法は、今日でも標準として使われている。ニュートンは『プリンキピア』(1687年)において幾何学的な形の微積分を提示したが、彼自身の流率法の記法が印刷物に部分的に登場したのは1693年、より完全な形で現れたのは1704年、『光学』に付された論考の中でのことだった。

緊張が公然たる対立に転じたのは1710年、スコットランドの数学者ジョン・キールが『哲学紀要』誌上でライプニッツを盗作だと非難したときである。王立協会のフェローだったライプニッツは、協会に公正な裁定を求めた。1712年の委員会報告は、実質的にニュートンが取り仕切っていたこともあり、彼の側に立った。さらに1715年、ニュートンはこの報告に対する匿名の書評を発表し、自らを称賛した。今日の歴史家たちは、二人が独立に微積分を発明したという点で見解が一致している。

この論争は長く続く影響を残した。王立協会を中心とするイングランドの数学者たちと、とりわけヨハン・ベルヌーイをはじめとする、ライプニッツの微積分を用いる大陸側の数学者たちとの間の分裂を広げ、この数学の実践における分断は1716年のライプニッツの死後も長く続いた。またこの論争は、すでに何の仕組みもなく遠隔から作用するニュートンの重力に不安を抱いていた大陸の思想家たちを、しばらくの間さらに彼の物理学に対して敵対的にさせた。

ニュートンは物理学よりもはるかに多くの量を、錬金術と宗教について書いた。1669年、彼は化学実験器具と錬金術の書物を購入し、歴史家たちが「キミストリー」と呼ぶ、17世紀特有の錬金術と化学が入り混じった実験を、何十年にもわたって行った。彼は1690年代初めに『実践論(プラクシス)』という大きな錬金術の論考を書いたが、これを出版することはなかった。

彼の宗教研究は熱心なものであり、当時としては危険なものでもあった。彼はイングランド国教会の中心的教義である三位一体説を否定するに至った。学者たちは彼を反三位一体論者であり、古代のアリウス派の見解に近かった可能性があると評している。彼はこうした信念をほぼ隠し続けた。スタンフォード哲学百科事典によれば、ケンブリッジの教授職に結びついた宗教的誓約についての問題こそが、そもそも彼が三位一体について研究するきっかけになったようである。彼はまた聖書の預言についても研究し、聖書のテキストからソロモン神殿を復元しようと試み、天文学を用いて古代史の年代を確定しようとした。こうした研究の一部は死後に出版され、『改訂古代王国年代記』(1728年)や『ダニエル書とヨハネの黙示録の預言に関する考察』(1733年)などがある。

これらの文書は2世紀の間、ほとんど知られないままだった。ニュートンの姪キャサリン・バートンとその夫ジョン・コンデュイットの手を経た後、これらはポーツマス伯爵家へと渡った。1888年以降、ケンブリッジ大学は科学関係の文書を保管し、残りは1936年にサザビーズのオークションで売却された。経済学者ジョン・メイナード・ケインズは錬金術に関する原稿の大部分を買い取り、1946年にケンブリッジ大学へ寄贈した。これらの文書の本格的な研究が始まったのは、ようやく1970年代になってからのことである。

スタンフォード哲学百科事典は、ニュートンの業績の核心は、理論と証拠を結びつける新しい方法にあると論じている。彼は「仮説の方法」――大胆な説明を提案し、その帰結のいくつかを検証する、という方法――を信用していなかった。その代わりに彼は、理論のあらゆる要素は具体的な現象によって決定されるべきであり、唯一暫定的といえる段階は、それらの現象からの一般化のみであるべきだと主張した。『プリンキピア』第3版に加えられた第4の「推論の規則」は、現象から帰納によって導かれた命題は、他の現象によってより精密になるか例外が示されるまでは、正確に、あるいはほぼ正確に真であるとみなすべきだと述べている。

この立場によって、ニュートンはいくつかの問いを未解決のままにしておくことができた。彼は重力の原因が何であるかを知っていると主張しなかったし、光が粒子でできているか波でできているかについても、粒子である可能性が高いとは考えていたものの、断言しなかった。ライプニッツやホイヘンスといった批判者たちは、接触なしに空虚な空間を越えて働く力は「オカルト的な」性質だと不満を述べた。ニュートンは、証拠がそのような力が存在し、精密な法則に従うことを示しており、その原因を知らなくても科学にとってはそれで十分だと答えた。歴史家たちは、このような姿勢が経験科学を思弁的な自然哲学から切り離す一助になったと論じている。

光学と力学は、ニュートンにまつわる二つの異なる伝統を生み出した。『光学』からは注意深い実験の伝統が、『プリンキピア』からは数学的理論の伝統が生まれたのである。両者はいずれも、経験を理論の判定基準とするだけでなく、理論を採用する根拠ともするという、ニュートンの姿勢を共有していた。

ニュートンの理論が広く受け入れられるまでには数十年を要した。スタンフォード哲学百科事典は、1740年代を転換点として描いている。フランスの探検隊がラップランドとペルーへ赴き、ニュートンの予測どおり地球が両極でつぶれた形をしていることを確認し、クレロー、ダランベール、オイラーといった数学者たちが、彼が残していた未解決の問題を解決した。1759年にクレローがハレー彗星の回帰を見事に予測したことは、教養ある大衆の多くを納得させた。私たちが「ニュートン力学」と呼ぶものの多く――『プリンキピア』のどこにも出てこないおなじみの式 F = ma を含め――は、実際には18世紀にオイラーによって定式化されたものであり、ラプラスの大著『天体力学』(1799〜1805年)がこの計画を完成させた。

ニュートンは啓蒙主義の象徴となった。ヴォルテールらの著述家たちはフランスで「ニュートン的」な世界観を広め、ロックやバークリー以降の哲学者たちは、『プリンキピア』の科学がなぜこれほど成功したのかを問い続けた。ヒュームやアダム・スミスは、人間社会についても同様の科学を打ち立てたいと望んでおり、この問いはカントに始まる科学哲学の成立を後押しした。しかし歴史家たちは、18世紀の多くの「ニュートン主義者」たちが、難解な『プリンキピア』そのものをほとんど読んでいなかったこと、そして通俗化した書き手がニュートンに帰した考えが、しばしば彼自身が実際に書いたこととは大きく異なることに注意を促している。20世紀に入り、アインシュタインの相対性理論は、ニュートンの理論があくまで極めて優れた近似としてのみ成り立つことを示した。

人間としてのニュートンを解釈するのは難しい。公表された著作に見える公のニュートンと、錬金術・神学の草稿に見える私的なニュートンとの間には、際立った対照がある。後者が広く知られるようになったのは1936年以降にすぎない。彼を突き動かしていたものについて、私たちが知っていることは驚くほど少なく、ある学者が指摘するように、伝記作者たちはしばしばニュートン自身についてと同じくらい、自分自身について語ってしまう。1675年のフックへの手紙にある「もし私がより遠くを見ることができたとすれば、それは巨人の肩の上に乗っていたからだ」という有名な一節でさえ、議論の対象となっている。ある歴史家はこれを謙遜と読み、別の歴史家は、当時小柄だったと伝えられるフックへの隠された当てこすりだと読む。しかもこの言い回しは、ニュートン以前から広く知られたことわざだったのである。