И. Ньютон и его роль в становлении классической науке

МИНОБРНАУКИ  РОССИИ

ОГУ

Орский гуманитарно-технологический  институт (ФИЛИАЛ)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный  университет»

(Орский гуманитарно-технологический  институт (филиал) ОГУ)

 

 

Исторический факультет

 

 

 

Реферат

 

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

 

И. Ньютон и его роль в становлении классической науке

 

Орский гуманитарно-технологический  институт (филиал) ОГУ 050401.65.5.3.13.09 ОО

 

 

Руководитель работы

________________________________

 «________»  ___________ 20_______г.

Исполнитель

студент группы 09И

_____________________Н.В.  Сараева

«________» ___________ 20_______г.

 

 

 

 

Орск 2013

Аннотация

 

В данном реферате рассматривается  кто же такой И. Ньютон и какой  вклад он внёс в становление классической науки.

Структура реферата имеет классическую форму: она состоит из введения, трёх глав и заключения.

Первая глава освещает процессы становления классической науки;

Вторая глава содержит биографическую справку;

Третья глава отражает вклад И. Ньютона в становлении классической науки.

Работа выполнена печатным образом на 28 страницах с использованием ресурсов интернета.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание 

Введение……………………………………………………………………………4

1. Процессы становления классической науки…………………………………..6

2. Создатель классической механики И. Ньютон……………………………….17

3. Роль И. Ньютона в становлении классической науки……………………….25

Заключение………………………………………………………………………...27

Список использованной литературы…………………………………………….28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Актуальность: Современная наука охватывает огромную отрасль знаний - около 15 тысяч дисциплин, которые в различной степени отдалены друг от друга. Современная наука имеет очень сложную организацию. Она разделяется на множество отраслей знания.

Естествознание - наука о природе; совокупность естественных наук, взятая как целое; одна из трех основных областей человеческого знания (наряду с науками  об обществе и мышлении). В Новое  время природа впервые становится объектом тщательного научного анализа  и вместе с тем поприщем активной практической деятельности человека, масштабы которой в силу успехов  капитализма постоянно нарастают. Относительно низкий уровень развития науки и вместе с тем овладение  человеком мощными силовыми агентами природы (тепловой, механической, а  затем и электрической энергией) не могли не привести к хищническому отношению к природе, преодоление  которого растянулось на века, вплоть до наших дней.

Физика как ведущая отрасль  всего естествознания играет роль стимулятора  по отношению к другим отраслям естествознания. Конституирование физики как науки  связано в первую очередь с  гениальными открытиями Галилео  Галилея (1562 - 1642) и Исаака Ньютона (1643 - 1727). Особенно значительны научные  прозрения Ньютона.

Классическая наука Нового времени  развивается в ХVII в. Здесь происходит окончательное становление науки  как самостоятельной и независимой  от теологии формы духовной жизни  человечества.

Науку Нового времени характеризует  открытие законов классической механики. На основе этих законов была сформулирована научная картина мира, которая  получила название «классическая научная  картина мира». Основной чертой классической науки является органическое соединение эксперимента и математики. Первостепенный вклад в развитие идей классической науки внесли Г. Галилей, И. Ньютон.

Исаак Ньютон – английский математик  и естествоиспытатель, механик, астроном и физик, основатель классической физики. Роль открытий Ньютона для истории  науки сложно переоценить.

И. Ньютон сформулировал основные законы классической механики, дал  математическую формулировку закона всемирного тяготения, с научной точки зрения объяснил многие опытные данные (например, морские приливы). Он создал науку, основные идеи которой господствовали более 200 лет – до начала ХХ в.

Объект исследования – сама природа;

Предмет исследования – различные виды материи и формы их движения, проявляющиеся в природе, их связи и закономерности.

Цель работы: рассмотреть основные научные идеи И. Ньютона и его роль в становлении классической науки.

Задачи:

- рассмотреть становление классической науки;

- выявить личность И. Ньютона в изучении поставленных вопросах;

- определить какой вклад он внёс в становлении классической науки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Процесс становления  классической науки

Процессы становления классической науки тесно связаны с появлением науки в собственном значении этого слова. Первоначально наука  возникает в форме экспериментально-математического  естествознания. Период XVIII – XIX вв. считается  периодом так называемой классической науки, и характеризуется в первую очередь мощным развитием  физики, а также астрономии, химии и биологии. Наука классического периода носит объективный характер в исследованиях, как единственно верный способ познания мира, т.е. исследования объекта (предмета) самого по себе.

Хронологически становление классического  естествознания начинается примерно в XVI-XVII вв. и заканчивается на рубеже XIX-XX вв. Данный период можно условно  разделить на 2 этапа:   1) этап механистического  естествознания (до 30-х гг. XIX в.); 2)  этап зарождения и формирования эволюционных идей (до конца XIX -начала XX в.).

Этап механистического естествознания

Начало этого этапа совпадает  со временем перехода от феодализма к  капитализму в Западной Европе. Начавшееся бурное развитие производительных сил (промышленности, горное и военное  дело, транспорт и т.п.) потребовало  целого ряда технических задач, что  в свою очередь вызвало интенсивное  формирование и развитие частных  наук, среди которых наиболее значительной была механика. Укрепилась идея о возможности  изменения природы и приспособления ее под нужды человека на основе познания ее закономерностей, все больше осознается практическая ценность научного знания.

Этап механистического естествознания можно разделить на 2 ступени –  доньютоновскую и ньютоновскую. Первая связана с революционного новыми учениями Коперника, Браге, Бруно  XVII в. о существовании солнечной системы и наличия бесчисленных множеств других миров.

Так, Н.Коперник сформулировал теорию гелиоцентрической Вселенной, а  Д. Бруно - идею о единой, бесконечной  и неподвижной Вселенной.

Вторая ступень познания связана  с именами Галилея, Кеплера и  Ньютона XVIII в. Основные идеи их теорий заключалась в изучении проблем  движения объектов.

Впервые проблематика движения появилась  в работах Г. Галилея. Р. Декарт определил  природу как протяженную субстанцию и был сторонником картезианской  теории движения. П.Гассенди и Х. Гюйгенс  создали атомистическую теорию движения. Важное значение на данном этапе развития науки имели также работы родоначальника эмпиризма Ф. Бэкона (наука как  средство господства человека над природой, идеал науки есть техника, необходимость  создания истории науки и техники, а также учета социальной значимости науки), Р.Бойля (эксперимент), Р.И. Бошковича (атомы как центры сил) и др.

Огромную роль сыграли работы И. Ньютона. В своем основном труде  «Математические начала натуральной  философии» (1687) Ньютон создал сформулировал  понятия и законы классической механики, дал математическую формулировку закона всемирного тяготения, теоретически обосновал  законы Кеплера, а также объяснил большой объем опытный данных. Ньютон был автором многих новых  физических представлений – о  сочетании корпускулярных и волновых представлений о природе света, об иерархически атомизированной структуре  материи, о механической причинности  и т.д. Научный метод Ньютона  сводится к следующим основным этапам: - проведение наблюдений, опытов, экспериментов; - выделение в чистом виде отдельных  сторон естественного процесса для  дальнейшего анализа; - понимание  управляющих этими процессами фундаментальные  закономерности и основные понятия; - осуществление математического  выражения этих принципов и взаимосвязей; - построение целостной теоретической  системы путем дедуктивного развертывания  фундаментальных принципов; - использование  сил природы для подчинения их целям людей.

Созданная Ньютоном механическая картина  мира сыграла в целом положительную  роль в развитии науки и философии, так как давала естественнонаучное понимание многих явлений природы. Основные идеи заключались в следующем: вся вселенная понималась как  совокупность огромного числа неделимых  и неизменных частиц, взаимосвязанных  силами тяготения; элементарным объектом мира выступал атом, и движение этих атомов и тел в абсолютном пространстве, сама природа представляет собой  «простой» предмет (совокупность тел  и атомов), «естествонаучное» знание и процессы сводились к механическим.

Эта теория оказала сильное влияние  на развитие других наук на долгие годы, давала естественнонаучное, а не мифологическое и религиозное понимание многих явлений природы. В то время такой  подход можно было считать научной  революцией. Однако были и проблемы, и в частности, в одностороннем  подходе, заключавшемся в принятии законов механики как единственных законов природы. По мере развития науки  проблемы точного естествознания стали  выходить за пределы законов и  методов механики. Требовались другие, немеханические, более широкие знания. Постепенно эта теория стала терять свой универсальный характер и к  середине XIX в. перестала быть общенаучной.

Этап зарождения и формирования эволюционных идей (30-е гг. XIX в. - к. XIX -н. XX в.)

С конца XVIII в. в естественных науках накапливались факты и богатый  эмпирический материал, которые не могли соотноситься с механической картиной мира и не объяснялись ею. Процесс изменений генерировался  с основном со стороны физики, геологии и биологии.

Физика. В период XVIII - н. XIX вв. на развитии физики существенное влияние оказало, прежде всего, учение Ньютона, окончательно победившее картезианскую теорию. Особенно быстрыми темпами развивалась механика, труды Л. Эйлера, Ж. Д’Аламбера, Ж. Лагранжа, П. Лапласа заложили основу аналитической механики, развитию мат.анализа, теории дифференцирования, теории рядов, вариационному исчислению, теории вероятности, начертательной геометрии. На развитие физики важное влияние оказывал технический процесс, развитие производственных сил определило потребность в разработке физики твердых тел, исследовании законов теплоты, электричества и магнетизма. Развивается и оптика (работы Д. Брадлея). Все эти разделы оформляются в самостоятельные отрасли физики , сначала очень обособленные, и вопроса об  исследовании законов превращений различных физических форм движения не возникало. Физика еще не стремилась к построению единой научной картины мира, а была нацелена на выявление и количественные исследования отдельных явлений, фактов, частных закономерностей. В первой половине XIX в. бурный рост производства, промышленные революции и перевороты, необходимость развития крупной машинной индустрии, металлургии, горнодобычи, металлообрабатывающих отраслей и т.п. определяют потребность в развитии естествознания как элемента промышленного и сельскохозяйственного производства. Это привело к быстрым темпам развития физической науки, и становления прикладных, технических отраслей. Появились новые отрасли - теплотехника, электротехника (в т.ч. гальванопластика), фотография. Ускоренными темпами стала развиваться оптика.  Следует отметить такие важнейшие научные открытия, как волновая теория света (Юнг, Френель), полевая концепция (Фарадей), закон сохранения и превращения энергии (Майер, Гельмгольц, Джоуль), новая концепция пространства и времени (неевклидова геометрия Лобачевского). Вторая половина XIX  - н. XX вв. характеризуются высокими темпами развития всех сложившихся и новых отраслей физики, особенно теории теплоты и электродинамики. Теория теплоты разрабатывалась в направлениях совершенствования термодинамики и  развития кинетической теории газов. В области электродинамики важнейшим стало создание теории электромагнитного поля. Особенность физики этого периода - противоречия нового содержания науки и старых методологических установок. Развитие физики еще более тесно связано с промышленным производством, технический прогресс стал невозможен без предварительных научных исследований, открытий. Данный период был отмечен целым рядом принципиальных научных открытий: рентгеновские лучи (В. Рентген, Томсон, Резерфорд), электрон, радиоактивность (А. Беккерель, Э. Резерфорд, П. и М. Кюри), фотоэффект (Столетов), периодическая система химических элементов (Менделеев).  Были сформулированы принципы термодинамики, и в связи с изучением необратимых систем произошел переход к статистической физике (Карно, Клазиус, Томсон). В работах Маха, Клиффорда дальнейшее развитие получили теории пространства и времени. Была создана теория электромагнитного поля (Максвелл, Герц).

Астрономия. К важнейшим астрономическим открытиям XVIII -  XIX вв. относятся: создание внегалактической астрономии (Гершнель, Ламберт, Сведенборг), формирование идеи развития природы, космологическая теория Канта-Лапласа. К. XIX в стал своеобразным триумфом ньютоновской астрономии. В этот же период, благодаря открытию фотографии и спектрального анализа, эффекта Доплера, статистической термодинамики, происходит формирование астрофизики, призванной решить ключевую проблему строения звезд и источников их энергии. Здесь следует назвать имена Р.Майера, Г. Кирхгофа, Р. Бунзена, а также Кельвина и Гермгольца.

Химия. Период XVIII -  XIX вв. характеризуется переходом от алхимии к научной химии. Следует отметить труды Гассенди, Бойля (теория атомизма), Лавуазье (химия как общая теория), Дальтона (атомно-молекулярное учение).

Биология. В XVIII -  XIX вв. в рамках биологии появляются первые идеи эволюции (Бюффон, Линней). Принципы эволюции впервые были сформулированы Ламарком. Наиболее полным и комплексным стало учение Ч. Дарвина, окончательно утвердившееся в к. XIX в. Тогда же произошло становление учения о наследственности (генетика), были сформулированы законы наследования (Мендель).

Таким образом, уже в середине XIX в. было подготовлено «свержение» метафизического  способа мышления, господствовавшего  в естествознании. Этому в основном способствовали три великих открытия: создание клеточной теории, открытие закона сохранения и превращения  энергии и разработка Дарвиным эволюционной теории. Клеточная теория была создана  немецкими учеными М.Шлейденом  и Т.Шванном в 1838-1839гг. Она доказала внутреннее единство всего живого и  указала на единство происхождения  и развития всех живых существ, а  также единство строения и развития растений и животных. Открытие в 40-х  гг. XIX в. закона сохранения и превращения  энергии (Ю.Майер, Д.Джоуль, Э.Ленц) показало, что ранее считавшиеся изолированными силы (теплота, свет, электричество, магнетизм) взаимосвязаны, они переходят при  определенных условиях одна в другую и представляют собой лишь различные  формы одного и того же движения в природе. Энергия как общая  количественная мера не возникает из ничего и не исчезает, а постоянно  переходит из одной формы в  другую. Теория Дарвина показала, что  растительные и живые организмы  не творение бога, как понималось ранее, а являются результатом длительного  естественного развития (эволюции)  органического мира, ведут свое начало от немногих простейших существ, которые в свою очередь произошли от неживой природы. Тем самым были найдены материальные факторы и причины эволюции – наследственность и изменчивость, а также движущий фактор эволюции – естественный отбор для «дикой» природы, и искусственный отбор для разводимых человеком домашних животных и растений.

Социальная значимость естественных и технических наук

Практически параллельно с классическим естествознанием происходит формирование технических наук. Возникновение  технических наук имело социокультурные  предпосылки и происходило в  эпоху вступления техногенной цивилизации  в стадию индустриализма и знаменовало  обретение наукой новых функций  – быть производительной и социальной силой.  К концу XVIII-началу XIX в. отдельные результаты научных исследований активно используются в практике. Расширяющееся применение научных знаний в производстве потребовало проведения исследований, которые бы систематически обеспечивали приложение фундаментального знания к сфере техники и технологий.

Необходимо было обеспечить научную  основу технологических инноваций, систематически включая их в систему  производства. Именно в этот исторический период начинается процесс интенсивного взаимодействия науки и техники  и возникает особый тип социального  развития, который принято называть научно-техническим прогрессом. Это  стало возможным благодаря исследованиям  в технических науках, которые  и возникли как следствие промышленной революции, так как встала необходимость  в изобретениях, и разных технических  новинках, которые могли бы интенсифицировать  производственные процессы. Наука становится движущей силой НТП. С одной стороны, технические науки «выросли»  на базе экспериментальной науки, с  другой – потребность в данном виде знаний была продиктована практической необходимостью, когда инженерам  помимо опыта требовалось теоретическое  обоснование принципов создания искусственных объектов. Важной особенностью технического знания, в отличие от естествознания является то, что оно  обеспечивает проектирование технических  и социальных систем, поэтому технические  науки находятся на границе собственно исследования и проектирования.

До середины XVIIIв.  развитие технических наук представляло констуктивно-технический  характер, появляется машинная техники и машинное производство. В этот период происходит появление новых научных теорий в естествознании, что  создало необходимые предпосылки для появления технической теории. «Классический» этап развития наук по времени охватывает 70-е г.г. XIX в. и продолжается вплоть до середины XX  в. технические науки в основном уже сформированы, имеют развитую область научных знаний со своим предметом, средствами и методом. Главной особенностью данного периода можно считать превращение технических знаний в «научные», и синтез естествознания и технических наук. Естественно, что естественные науки оказали колоссальное сильное влияние на становление технического знания, хотя бы в том, что раскрывали сущность, описывали явления и процессы и использовали математический аппарат для количественных расчетов. На основе естественного знания можно было представить идеальную модель процесса технического устройства, что становилось основой для создания новых технических объектов. Например, в области электротехники эта тенденция проявила себя в ходе развития конструкций электродвигателей, электрического телеграфа, освещения, электроавтоматики и т.д. На рубеже XIX и XX вв. наука перешла от познания явлений микроскопического масштаба к познанию микропроцессов. Новый импульс развития теоретической физике дает М.Планк, который впервые (1900) вывел гипотезу квантов энергии. Путь, по которому пошло развитие квантовой физики, привел к тому, что она далеко обогнала способности техники конца XIX – начала XX в., и в дальнейшем, обусловила создание новых ее областей: электроники, радиотехники, рентгенотехники и т.д. Начиная с этого периода, наука не только стала обеспечивать потребности развивающейся техники, но и опережать ее развитие.

Социально-гуманитарные науки. Помимо собственно естественных и технических наук, шел процесс формирования социально-гуманитарных наук. Философия истории как целостная система знаний, была сформирована к середине XVIIв., ученых. Примерно с начала XIX в. начинается процесс формирования социально-гуманитарных наук. Целями их исследования провозглашается познание общества, вскрытие закономерностей его развития, а также участие в его регуляции и преобразовании. Общество выступает главным объектом исследования. Эти категории нашли отражение в трудах Виго Гердера, Сен-Симона и др. В своих работах Сен-Симон придерживался принципа историзма, развития человеческого общества от низших форм к высшим, большое значение придавал науке и научному знанию. Однако его теория также исходила из механистической картины мира, поэтому была ограничена, так невозможно рассматривать социальные объекты как простые механические системы. Вершиной классической философии считается социально-историческая концепция Гегеля, основывающаяся на методе диалектики. Естественный и духовный мир природы и человека представлялся им единым и непрерывным процессом развития, а каждый период в развитии общества – необходимой и закономерной ступенью. Таким образом, классическая философия разработала ряд важных идей:   идея развития, теория прогресса, проблемы единства (целостности) исторического процесса и многообразие его форм. Открыв материалистическое понимание истории Маркс и Энгельс увидели в человеке творца своей жизни и истории. Провозгласив первичность общественного бытия по отношению к сознанию, они нашли основу, объединяющую  материализм и диалектику, логику и теорию познания.

В то время давление со стороны  естественных наук на социально-гуманитарные было значительным, но вместе с тем, гуманитарное знание укреплялось и  выделилось в самостоятельную науку, отделенную от физики и натурфилософии. Во второй половине XIX в. проблемы, стоявшие в центре внимания философии истории, начинают отходить к частным социально-гуманитарным наукам. Возрождение интереса к философии  истории произошло в конце XIX -начале XX в.  и имело направление исторической реальности (онтологический аспект) и постижение этой реальности с помощью различных методов и средств. Объектом интереса выступала историческая наука и отделение социально-гуманитарного познания от естественнонаучного. Можно назвать следующие фамилии крупных исследователей первого направления: Н.Данилевский, О.Шпенглер, А.Тойнби.

Вплоть до конца XIX в. основной тенденцией в методологии гуманитарных наук был натурализм – универсализация  принципов и методов естественных наук при решении проблем естествознания. Со времен эпохи Просвещения физика рассматривалась как основная парадигма  познания, вокруг которой шло формирование культуры и сознания общества, все, что выходило за рамки естествознания не считалось объективным. К концу XIX -началу XI в. стало очевидным, что  науки об обществе и культуре должны иметь свой собственный концептуально-методологический фундамент, отличный от фундамента естествознания. Особенно активно это мировоззрение  отстаивали два направления: баденская  школа неокантианства и «философия жизни».  Основоположниками последнего были Дильтей, Ницше, Зиммель, Бергсон, Шпенглер и др. жизнь рассматривалась ими как первичная реальность, целостный органический процесс. Научному естественному познанию  и его методам противопоставляются ненаучные, интуитивные, символические методы. Наиболее адекватным способом выражения жизни считаются произведения искусства, музыка, поэзия и т.д. Лидеры так называемой баденской школы неокантианства В.Виндельбанд И Г.Риккерт выдвинули теорию о наличии двух классов наук: исторических или «наук о культуре» и естественных. Первые являются идеографическими, т.е. описывающими индивидуальные, неповторимые события (социально-гуманитарные науки) , вторые – номотетическими, т.е. фиксирующими общие, повторяющиеся, регулярные свойства изучаемых объектов, абстрагируясь от индивидуальных свойств (естественные науки). Одни из наук- науки о законах, другие – науки о событиях. Исследователи предложили исходить при разделении наук не из различий предметов, а из различий их основных методов. В качестве предмета гуманитарного знания выделяется культура, общество, государство, а не природа, т.е. искусственные объекты, созданные человеком. Данную теорию продолжил Макс Вебер, считавший, наука каждая наука (естественнонаучная или гуманитарная) должна опираться на всеобщие законы логики и методологии, должна разрабатывать методы мышления. Он считал, что наука имеет определенные границы, в частности не может решить серьезные жизненные проблемы. Выделил специфику социального познания и его методов:  - предмет познания – культурно значимая действительность;  - преобладание качественного аспекта исследования над количественным;  - конкретно-исторический подход в изучении объектов исследования;  - решающее значение ценностных компонентов, т.е. познания жизненных явлений в их культурном значении;  - более тесная связь с субъективными предпосылками, необходимость отражения в исследовании личности автора;  - определяющая роль причинного объяснения по сравнению с законом;  - своеобразие теоретических понятий и методов в познании культурной действительности.

Наука как профессиональная деятельность

В процессе возникновения открытий, наука стала рассматриваться  как профессиональная деятельность, включающая не только систематизацию научного знания, выработку единой методологии, но и формированием  научного общества, т.е. категория людей, занимающаяся исследованиями по общей  тематике, а также организаций, объединяющих данную категорию людей, которые  обеспечивают связь общества и науки.

К XVIII в. во многих цивилизованных европейских  государствах были созданы университеты и академии, ведется научная переписка  между учеными на латинском языке. Но по мере накопления объема научной  информации потребовалось изменение  форм ее представления. К началу XVIII в. оформилось углубление специализации  научной деятельности. Появляются научные  журналы, через которые происходит обмен информацией. Наряду с обзорами публикуются и сведения о новом  знании или открытиях. В конце XVIII-первой половине XIX  в. в связи наряду с академическими учреждениями начинают возникать общества, объединяющие исследователей, работающих в различных областях знания (физики, биологии, химии и т.д.).

Новые формы организации науки  порождали и новые формы научных  коммуникаций. Возникла необходимость  в специальной подготовке ученых, что впоследствии оказало влияние  на процессы дифференциации науки и  становления конкретных научных  дисциплин. Наука утвердилась как  установленная профессия, требующая  специфического образования, имеющая  свою структуру и организацию. В  конце XVIII-начале XIX в. наука стала  включать в себя четыре основных блока  научных дисциплин: математику, естествознание, технические и социально-гуманитарные науки, что завершило путь формирования науки в собственном смысле этого  слова.

 

 

2. Создатель классической механики И. Ньютон

НЬЮТОН, ИСААК (Newton, Isaac) (1643–1727) – английский математик, физик, алхимик и историк, заложивший основы математического анализа, рациональной механики и всего математического естествознания, а также внесший фундаментальный вклад в развитие физической оптики.

Исаак (по-английски его имя произносится как Айзек) родился в местечке Вулсторп в Линкольншире на Рождество 25 декабря 1642 (4 января 1643 по новому стилю) уже после смерти отца. Детство  Ньютона прошло в условиях материального  достатка, но было лишено семейной теплоты. Мать вскоре вышла вторично замуж  – за немолодого уже священника из соседнего местечка – и переехала  к нему, оставив сына с бабушкой в Вулсторпе. В течение следующих  лет отчим практически не общался  с пасынком. Примечательно, что спустя почти десять лет после смерти отчима девятнадцатилетний Ньютон включил  в подготовленный им к исповеди ко дню св. Троицы длинный перечень своих грехов и детские угрозы отчиму и матери сжечь их дом. Душевным надломом в детстве некоторые  современные исследователи объясняют  болезненную нелюдимость и желчность  Ньютона, проявившиеся впоследствии в  отношениях с окружающими.

Ньютон получил начальное образование  в окрестных деревенских школах, а затем в Грамматической школе, где изучал преимущественно латынь и Библию. Вследствие обнаружившихся способностей сына мать отказалась от намерения сделать сына фермером. В 1661 Ньютон поступил в колледж св. Троицы (Тринити-колледж) Кембриджского  университета и через три года получил – благодаря таинственно  сопутствовавшему ему на протяжении всей жизни благоволению судьбы –  одну из 62 стипендий, дававших право  на последующее принятие в члены (Fellows) колледжа.

Ранний период поразительной творческой активности Ньютона приходится на пору его студенчества в страшные чумные 1665 и 1666, занятия в Кембридже частично приостанавливались. Значительную часть  этого времени Ньютон провел в  деревне. К этим годам относится  зарождение у Ньютона, не имевшего до поступления в университет практически  никакой математической подготовки, фундаментальных идей, легших в основу большинства его последующих  великих открытий, – от элементов  теории рядов (включая бином Ньютона) и математического анализа до новых подходов в физической оптике и динамике, включая вычисление центробежной силы и возникновение, по крайней  мере, догадки о законе всемирного тяготения.

В 1667 Ньютон стал бакалавром и младшим  членом колледжа, а на следующий  год – магистром и старшим  членом Тринити-колледжа. Наконец, осенью 1669 он получил одну из восьми привилегированных  королевских кафедр Кембриджа –  Лукасовскую кафедру математики, унаследованную им от оставившего ее Исаака (Айзека) Барроу.

Согласно уставу колледжа его члены  должны были принимать священство. Это ожидало и Ньютона. Но к  этому времени он впал в страшнейшую  для правоверного христианина ересь арианства: член колледжа Святой и Нераздельной Троицы усомнился в фундаментальном догмате учения о троичности Бога. Перед Ньютоном возникла мрачная перспектива покинуть Кембридж. Даже король не мог освободить члена Тринити-колледжа от посвящения в сан. Но в его власти было допустить исключение для профессора, занимавшего королевскую кафедру, и такое исключение для Лукасовской кафедры (формально не для Ньютона) было узаконено в 1675. Так последнее препятствие на служебном поприще Ньютона в университете было чудесным образом устранено. Он приобрел твердое положение, не будучи обременен почти никакими обязанностями. Излишне сложные лекции Ньютона не пользовались у студентов успехом, и в последующие годы профессор не обнаруживал порой слушателей в аудитории.

К концу 1660-х – началу 1670-х относится  изготовление Ньютоном телескопа-рефлектора, за что он был удостоен избрания в Лондонское королевское общество (1672). В том же году он представил Обществу свои исследования по новой  теории света и цветов, вызвавшие  острую полемику с Робертом Гуком (развившийся с возрастом патологический страх Ньютона перед публичными дискуссиями привел, в частности, к тому, что он опубликовал подготовленную в те годы Оптику лишь через 30 лет, дождавшись смерти Гука). Ньютону принадлежат обоснованные тончайшими экспериментами представления о монохроматических световых лучах и периодичности их свойств, лежащие в основе физической оптики.

В те же годы Ньютон разрабатывал основы математического анализа, о чем  стало широко известно из переписки  европейских ученых, хотя сам Ньютон не опубликовал тогда по этому  поводу ни одной строчки: первая публикация Ньютона об основах анализа была напечатана лишь в 1704, а более полное руководство – посмертно (1736).

Десятью годами позже Ньютона к  общим идеям математического  анализа пришел также Г.В.Лейбниц, начавший уже с 1684 печатать свои работы в этой области. Надо отметить, что общепринятая впоследствии система обозначений Лейбница была практичнее «метода флюксий» Ньютона, получив широкое распространение в континентальной Западной Европе уже в 1690-х.

Однако, как это окончательно выяснилось только в 20 в., центр тяжести интересов  Ньютона лежал в 1670–1680-х годах  в алхимии. Он активно интересовался  трансмутацией металлов и золотом  с самого начала 1670-х.

Внешне однообразная жизнь Ньютона  в Кембридже была покрыта налетом  таинственности. Едва ли не единственным серьезным нарушением ее ритма были два с половиной года, посвященные  в середине 1680-х написанию Математических начал натуральной философии (1687), положивших начало не только рациональной механике, но и всему математическому естествознанию. В этот короткий период Ньютон проявил сверхчеловеческую активность, сосредоточив на создании Началвесь творческий потенциал дарованного ему гения. Начала содержали законы динамики, закон всемирного тяготения с эффективными приложениями к движению небесных тел, истоки учения о движении и сопротивлении жидкостей и газов, включая акустику. Это сочинение остается на протяжении свыше трех веков наиболее замечательным творением человеческого гения.

История создания Начал примечательна. В 1660-х о проблеме всемирного тяготения размышлял и Гук. В 1674 он опубликовал свои прозорливые представления об устройстве Солнечной системы, движение планет в которой складывается из равномерного прямолинейного движения и движения под действием всеобщего взаимного притяжения между телами. Вскоре Гук стал секретарем Королевского общества и поздней осенью 1679, предав забвению прежние распри, пригласил Ньютона высказаться о законах движения тел и, в частности, о представлении, что «небесные движения планет складываются из прямого движения по касательной и движения вследствие притяжения к центральному телу». Через три дня Ньютон подтвердил Гуку получение его письма, но уклонился под надуманными предлогами от обстоятельного ответа. Впрочем, Ньютон допустил опрометчивое высказывание, отметив, что тела отклоняются при падении на Землю к востоку и двигаются по сходящейся к ее центру спирали. Торжествующий Гук почтительно указал Ньютону на то, что тела падают вовсе не по спирали, а по некоей эллипсоидальной кривой. Затем Гук добавил, что тела на вращающейся Земле падают не строго к востоку, а к юго-востоку. Ньютон ответил поразительным для его непримиримого характера письмом: «Я согласен с вами, – писал он, – что тело на нашей широте будет падать больше на юг, чем на восток … А также с тем, что если предположить его тяжесть однородной, то оно не опустится по спирали до самого центра, а будет кружиться с поочередным подъемом и опусканием … Но … тело не будет описывать эллипсоидальную кривую». По мнению Ньютона, тело будет при этом описывать траекторию типа своеобразного трилистника наподобие эллиптической орбиты с вращающейся линией апсид. Гук в своем очередном письме возразил Ньютону, указав, что апсиды орбиты падающего тела не будут смещаться. Ньютон ему не ответил, но Гук, воспользовавшись другим предлогом, добавил в своем последнем письме из этого цикла: «Теперь остается узнать свойства кривой линии,... обусловленной центральной притягательной силой, под действием которой скорости уклонения от касательной или равномерного прямолинейного движения на всех расстояниях обратно пропорциональны квадратам расстояния. И я не сомневаюсь, что при помощи вашего замечательного метода вы легко установите, что это должна быть за кривая и каковы ее свойства …».