Allerede som student gjorde Newton sine første oppdagelser, først innenfor matematikk, så innen eksperimentell optikk. Hans inspirasjon kom fra lesning av rasjonalisten Descartes og empiristen Bacon, noe som klart definerer kildene for de nye naturvitenskapene mot slutten av 1600-tallet, men særlig av skriftene til det nystartede Royal Society i London, i dag verdens eldste vitenskapelige selskap. Men da Newton lot selskapet publisere sine optiske oppdagelser, oppdaget han fort at nye tanker ofte møter besk kritikk. Som den ærekjære og reserverte personen han var, holdt han sine andre oppdagelser skjult for en fiendtlig verden.
I 1669 ble Newton professor i matematikk i Cambridge. Han hadde da allerede gjort de fleste av sine oppdagelser innen matematikk og optikk, selv om disse var ukjente for omverdenen. De områdene han senere skulle bli særlig knyttet til, kosmologi og bevegelsesteori, hadde han knapt tenk på i det hele tatt.
Stillingen hans stilte små krav, og fra omlag 1670 dreide Newtons interesser i andre retninger. For det første begynte han med kjemiske eksperimenter, og her tok han utgangspunkt i den klart førmoderne, alkjemiske litteraturen. Newton var en stor kjenner av den okkulte tradisjonen, selv om vi ikke må overdrive hans tilhørighet til den. Dessuten var Newton etter hvert sterkt opptatt av teologi og historie, og ble gjennom selvstudier en av sin tids lærdeste. Hans produksjon, det meste upublisert, innen disse områdene oversteg nok i omfang hele hans vitenskapelige forfatterskap.
Newton var først og fremst et religiøst menneske. Alle hans tanker og gjerninger var på dypeste nivå regulert av hans mektige gudsfigur. Men også her var Newton uortodoks: Han var arianer, eller med samtidens betegnelse, sosinianer. Han trodde altså ikke på Jesu guddommelighet, som han så på som en historisk forfalskning av en opprinnelig kunnskap.
Typisk nok for sin generasjon av naturforskere opplevde Newton ingen motsetning mellom naturvitenskap og religion, tvert om var han overbevist om at de gjensidig ville bestyrke hverandre. Samtidig mente han at det var viktig at vitenskapen ble holdt ren for religiøse forutsetninger. Også Newtons interesser for mer okkulte sysler og bøker var motivert av religiøs overbevisning. Den okkulte litteraturen inneholdt brokker av en esoterisk åpenbaring som hadde vært meddelt Moses ved siden av den mer kjente!
I 1684 fikk Newton i Cambridge besøk av den daværende sekretæren i Royal Society, Edmund Halley (han med kometen), som stilte ham spørsmål om legemers bevegelse under innflytelse av gravitasjon. Dette ble opphavet til Newtons mektige Principia Mathematica som ble publisert på selskapets bekostning i 1687. Her formulerte Newton de fundamentale lovene for all bevegelse i tillegg til den universelle loven for tiltrekning mellom materie, en total revolusjon inne kosmologi og bevegelsesteori.
Med et slag var Newton Europas mest kjente, men også mest kontroversielle tenker. Selv om teoriene hans nok møtte kritikk, overvant de i kraft av sine ytelser snart all motstand.
Til tross for gjennombruddet satt Newton fremdeles som en relativt isolert professor i matematikk i Cambridge. Et opphold i London som parlamentsmedlem forsterket bare følelsen av å bo i en bakevje, og dette i tillegg til andre plager førte til et kortvarig sammenbrudd i 1693. Men redningen var nær! Innflytelsesrike venner skaffet ham embetet som kongelig myntmester, et ettertraktet verv, i London. Og nå var suksessen endelig sikret. Med vanlig dyktighet reformerte Newton det engelske myntvesenet.
I 1703 ble han valgt til president for Royal Society, en posisjon han beholdt til sin død. Våren 1704 publiserte han sitt annet hovedverk, Opticks, og året etter ble han adlet av dronning Anne. Fra nå av var han en engelsk institusjon, gjenstand for en nesten hysterisk tilbedelse. Da han døde i 1727 som Europas mest kjente intellektuelle, ble han begravd på statens bekostning i Westminster Abbey.
Som de fleste genier var Newton ikke av de letteste personer å ha med å gjøre. Hans strenge gudsbilde gjorde at han stilte sterke krav både til seg selv og andre, og gjorde ham både ærekjær og selvrettferdig. Men han var også hjelpsom og snill mot sin familie og mot de mange unge matematikerne som etterhvert flokket seg rundt ham. Men forutsetningen var alltid underkastelse under hans strenge regime.
Som tenker var Newton først og fremst matematiker, selv om han ganske utypisk for en teoretiker var fingernem nok til å utføre de mest intrikate eksperimenter. Newtons matematikk ble først egentlig kjent etter at hans berømmelse var sikret. Filosofi hadde han tilsynelatende liten legning og interesse for, mens han derimot som teolog var en av de lærdeste i sin tid. Selv om Newton både som person og tenker hadde et stødig ben i det førmoderne, tilhører han i overveldende grad moderniteten.
Typisk nok publiserte ikke Newton noen av sine matematiske oppdagelser før sent i livet, og da bare for å etablere sine oppdagerrettigheter. Hans naturlige tilbakeholdenhet var allerede i ungdommen blitt bestyrket av den mottakelsen hans optiske ideer fikk. Bare noen få utvalgte fikk se et lite utvalg av hans matematiske papirer. Trangen til hemmeligholdelse var et (av flere) klart førmoderne trekk ved Newtons personlighet. Essensen av moderne vitenskap er jo åpenhet og rask publikasjon.
En av de mindre hyggelige episodene i Newtons biografi er hans mangeårige kontrovers med Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716). Det hele startet rundt 1700 med en uenighet om kosmologi og religion, men kom snart til å omfatte spørsmålet om hvem som hadde oppdaget den nye matematikken. Leibniz var jo en matematiker omtrent av Newtons kaliber, og i tillegg hadde han publisert sine oppdagelser, riktignok flere år etter at Newton var kommet til tilsvarende resultater. Noen av Newtons verste egenskaper kom til uttrykk i denne krangelen. Han lot sin sak føre av unge, beundrende matematikere, men bak kulissene regisserte han deres aktiviteter med fast hånd. Han påsto rett ut at Leibniz hadde stjålet sin oppdagelser fra ham. Selv etter Leibniz' død fortsatte Newton å angripe sin motstander.
Principia har en ganske gammelmodig struktur, en arv fra den greske matematikken som fikk en kort oppblomstring innen diverse områder på 1600-tallet. I pakt med rasjonalismens deduktive ånd var innholdet formulert som definisjoner, aksiomer og teoremer. Aksiomene var de tre newtonske bevegelseslovene, der særlig den andre, kraftloven, var sentral.
Verket var videre delt i tre bøker. Den første dreide seg om massepunkters bevegelser i tomt rom, den andre om bevegelse i væsker, og den tredje omfattet Newtons kosmologi basert på gravitasjonsloven. Det hele var formulert i et matematisk symbolspråk som også var gammeldags, gitt at Newton (og andre) hadde gjort oppdagelser som langt overskred den klassiske, greske matematikken.
På Kontinentet der Descartes' mekanistiske system sto sterkt, ble Newtons kraftbegrep hardt kritisert. En mente at å bruke avstandskrefter (gravitasjon), var å introdusere foreldede og okkulte begreper i de nye vitenskapene. Mot dette kunne innvendes at Newton hadde renset begrepet for alt førmoderne, hadde gitt det en ny matematisk presisjon og vist dets enorme fruktbarhet i vitenskapelig teori. Og paradoksalt nok, Newton var egentlig enig med kritikerne! Han trodde heller ikke på virkning på avstand gjennom tomt rom, men han var usikker på hvilke mekanismer som formidlet de tilsynelatende kosmiske avstandsvirkninger.
Det som forente Newton og Descartes var at begge var mekanistiske tenkere. For Descartes var universet fylt av materie, for Newton besto det for det meste av tomt rom. Newtons ontologi skrev seg naturligvis fra oldtidens atomisme (Demokrit og Epikur). For Descartes måtte alle virkninger formidles gjennom trykk og støt, slik at summen av bevegelse hele tiden ble bevart. Newton åpnet for eksistensen av dynamiske krefter, selv om han som nevnt var i tvil om disses dypere mekanismer. Dessuten var han overbevist om at bevegelse både kunne oppstå og forgå. Descartes' strenge form for mekanistisk tenkning måtte nødvendigvis føre til ateisme, mente han.
Når Newtons system på sikt, også i Frankrike, gikk seirende ut av kampen, skyldtes det først og fremst den slående presisjon i forutsigelser som bevegelseslovene og gravitasjonsloven introduserte. I prinsippet kunne alle bevegelsesprosesser beregnes med en til da uhørt grad av nøyaktighet.
Principias største suksess var naturligvis kosmologien. Kraftloven og gravitasjonsloven ga uhyre nøyaktige forutsigelser ikke bare om planeters, men også satellitters og kometers bevegelser. Keplers empiriske lover om planetbevegelse viste seg å være rigide konsekvenser av Newtons lover. Universet var virkelig et kosmos slik grekerne hadde tenkt, et vidunderlig system bundet sammen av få og enkle ordensprinsipper.
Newton og hans samtidige tok dette som et argument for Guds storhet og omsorg. Kosmologien ble den sterkeste faktoren i framveksten av deismen, fornuftsreligionen, ved overgangen til 1700-tallet.
De slående kognitive ytelsene til Newtons storverk hadde mange konsekvenser. Den kanskje viktigste var undermineringen av den klassiske filosofien. De kosmo-ontologiske systemene til tenkere som Descartes, Spinoza og Leibniz mistet på sikt sin overbevisningskraft, og rasjonalismen som erkjennelsesteori måtte vike for den aggressive empirismen.
Nå må det understrekes at selv om Newton hevdet at hans bevegelseslover var formulert på basis av erfaring, så var også Principia tradisjonelt oppbygget. Det som skilte systemet fra konkurrentenes, var den høye graden av testbarhet i påstandene, men først og fremst at forutsigelsene viste seg å holde stikk. Av disse grunnene har verket dannet det grunnleggende paradigmet for all moderne naturvitenskap.
Hovedpoenget med Opticks var Newtons fargeteori, som sa at hvitt lys ikke var opprinnelig, men tvert om sammensatt av farget lys. Dette viste han ved et sett av enkle, men slående eksperimenter. I tillegg forklarte han diverse fargeeffekter i tynne og tykke glassplater, og dessuten hvorfra forskjellige legemer fikk sine typiske farger. På det dypeste plan ønsket Newton å bevise sin favoritteori, nemlig at lys bare var materie i bevegelse, men her var nok boken ingen udelt suksess.
Det var Bacons metodeideal Newton søkte å virkeliggjøre i Opticks. Verket var ment å omfatte en strengt induktiv bevisførsel: først eksperimentene, så de teoretiske konklusjonene. Til tross for slående enkeltinnsikter, viste egentlig Newton det håpløse i Bacons program. Atomismens avstand mellom det synlige og det usynlige er for stor til at noen rendyrket induktivisme kan bygge bro over kløften. Likevel har Opticks blitt stående som en klassiker innen eksperimentalvitenskapen, og har på mange måtter vært like paradigmatisk som Principia.
Newtons teori var altså at lys egentlig var atomer i bevegelse, og vi kaller den derfor gjerne «partikkelteorien». I hans samtid var en annen teori særlig aktuell, nemlig at lys var vibrasjoner i et subtilt medium, eteren, som fylte hele universet. Vi kan kalle denne «bølgeteorien». Begge teoriene hadde klassiske aner: Newtons skrev seg fra oldtidsatomismen, bølgeteorien var av stoisk opprinnelse.
Hvorvidt lys egentlig er bølger eller partikler, har vært en viktig problemstilling i hele den moderne optikken. Takket være Newtons prestisje og flotte eksperimenter dominerte partikkelteorien på 1700-tallet. Fra omlag 1800 av hadde bølgeteorien en sterk periode. I moderne fysikk er det gjerne komplementariteten bølge-partikkel som framheves. En kan vel derfor si at utviklingen har gitt begge teoriene rett!
Newton var egentlig ikke noen spesielt spekulativ tenker, ingen utpreget filosof. Men han hadde naturligvis sine meninger. Hans religiøse grunnsyn og rigide personlighet gjorde imidlertid at han ofte unnlot å gå ut med sine dypere naturfilosofiske oppfatninger. I Opticks formulerte han noen av disse spekulasjonene i spørsmåls form i et sett av "Queries" som avsluttet verket. Her slapp han seg for en gangs skyld, og ikke uten kvaler, litt løs, og foreslo at lys var materie, at det kanskje eksisterte en eter likevel, at bevegelsesmengde ikke generelt var bevart, at Gud stadig måtte regulere naturprosessene osv. Disse "queriene" gir derfor et fascinerende innblikk i ellers ukjente lag av Newtons tenkning.