В 1668 г. Ньютону была присвоена степень магистра, а спустя год он получил должность профессора почетной лукасианской физико-математической кафедры. Молодой ученый усердно готовился к лекциям и одновременно трудился над изготовлением и усовершенствованием зеркального телескопа. В 1671 г. ему удалось создать новую модель – больших размеров и лучшего качества. Демонстрация телескопа произвела на коллег такое сильное впечатление, что в следующем году Ньютон был избран в Лондонское королевское общество.
Тогда же он впервые выдвинул гипотезу о корпускулярной и волновой природе света. Серьезные исследования этой проблемы нашли отражение в фундаментальном труде Ньютона «Оптика», увидевшем свет спустя 30 лет. В «Оптике» наряду с опытами по дисперсии и дифракции света ученый, по существу, первым предложил методику измерения длины световой волны. Труд завершался специальным приложением, где ученый высказал свои взгляды на многие физические явления. В частности, он ввел понятие атома и молекулы.
В 1687 г. произошло одно из главных событий в жизни Ньютона. Его книга «Математические начала натуральной философии», ставшая вершиной творчества ученого, была представлена Королевскому обществу. В ней он обобщил результаты, полученные его предшественниками (Г. Галилеем, И. Кеплером, Р. Декартом, Р. Гуком), и свои собственные исследования и впервые создал единую систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики. Кроме того, Ньютон впервые рассмотрел основной метод описания любого физического воздействия посредством силы и сформулировал свои знаменитые «аксиомы, или законы движения». В этой книге была изложена теория движения небесных тел, объяснены особенности движения Луны, теория приливов и отливов, предложена теория формы Земли. Таким образом, в «Началах» была впервые дана общая схема строгого математического подхода к решению любой конкретной задачи земной или небесной механики. Следует отметить, что математика была для Ньютона главным орудием в физических изысканиях. Большое значение имели работы Ньютона по алгебре, интерполированию и геометрии, а разработка дифференциального и интегрального исчислений явилась важной вехой в развитии математики.
К 1695 г. Ньютон уже являлся признанным гением, знаменитым ученым, к мнению которого прислушивались не только английские, но и иностранные коллеги. Однако, кроме научного таланта, присущего Исааку, в обществе было широко известно о его порядочности и серьезном отношении к делу. Именно эти качества послужили причиной назначения Ньютона смотрителем Монетного двора. Кроме того, ему была поручена перечеканка всех английских монет. Ученый остался верен себе и на этом поприще. Первым делом он