POWSTANIE PRINCIPIÓW

W styczniu 1684 roku podczas jednego z posiedzeń Towarzystwa Królewskiego lub może w czasie mniej formalnego spotkania w kawiarni już po zebraniu Towarzystawa Robert Hooke, Edmond Halley i sir Christopher Wren dyskutowali problem ruchu planet. Uczestnicy spotkania należeli do najwybitniejszych uczonych Anglii. Christopher Wren był uniwersalnym geniuszem, mając 15 lat został demonstratorem anatomii w kolegium chirurgicznym,  już w 1657 r. został profesorem astronomii w Londynie, a wkrótce potem na katedrze Savile'a w Oxfordzie. Podobnie jak Hooke był członkiem Towarzystwa od jego założenia. Zajmował się problemem zderzeń, cykloidami, barometrem, mgławicami, ilustrował Anatomię mózgu Thomasa Willisa. Po pożarze Londynu został członkiem królewskiej komisji odbudowy miasta i zdecydował się poświęcić architekturze. Zaprojektował 55 kościołów (w tym katedrę św. Pawła), większość z nich w ciągu zaledwie kilku lat. Edmond Halley, najmłodszy uczestnik rozmowy, był astronomem, jako dwudziestolatek popły­nął na Wyspę Świętej Heleny, aby badać niebo południowe, a po powrocie został przyjęty do Towarzystwa, jeździł nawet jako jego me­diator do Gdańska, aby rozstrzygnąć naukowy spór między Hookiem a Heweliuszem.

Odkąd w 1673 r. Huygens ogłosił swoje wyniki dotyczące siły od­środkowej ciała w ruchu po okręgu, można było obliczyć od­środkową siłę planet, a porównanie z III prawem Keplera prowa­dziło do wniosku, że jest ona odwrotnie proporcjonalna do kwad­ratu odległości od Słońca. Porównanie dotyczyło jednak różnych planet, przy założeniu, że orbita każdej z nich jest kołowa. Nie było pewne, czy ruch pojedynczej planety po keplerowskiej elipsie także wynika z prawa odwrotnych kwadratów. Gdy podczas rozmowy Robert Hooke zapewnił, iż potrafi to udowodnić, sir Christopher zaproponował książkę wartą 40 szylingów jako nagrodę dla tego, komu w ciągu dwóch miesięcy uda się przedstawić stosowny dowód.

Uczestnicy spotkania zgadzali się, że planety są poruszane jakąś siłą najprawdopodobniej odwrotnie proporcjonalną do kwadratu od­leg­łoś­ci i skierowaną ku Słońcu. Zależność kwadratową sugero­wało nie tylko III prawo Keplera, ale również analogia do roz­chodze­nia się światła. Gdyby przyjąć, że siła ta, podobnie jak świat­ło, rozchodzi się we wszystkich kierunkach, to powinna „rozkładać się” równomiernie na całą powierzchnię sfery o środku w Słońcu, a po­wierz­chnia ta rośnie jak kwadrat odległości. Dowód matema­tyczny, że siła tego rodzaju powoduje ruch po orbitach eliptycz­nych, był jednak trudniejszy niż przypuszczali wszyscy trzej. Problem pozostał nie rozwiązany przez następne miesiące. W sier­pniu 1684 r. Edmond Halley przyjechał do Cambridge i spotkał się z Newtonem, „wielkim nieobecnym” ówczesnej nauki angielskiej. Spytał go, po jakim torze będzie poruszać się ciało, na które działa przyciąganie odwrotnie proporcjonalne do odległości od centrum. Newton bez wahania stwierdził, że po elipsie. Dowód tego faktu gdzieś mu się akurat zapodział, obiecał jednak odnaleźć go i prze­słać Halleyowi do Londynu.

W listopadzie Halley otrzymał krótki traktat De motu (O ruchu), w którym znalazły się podstawowe twierdzenia o ruchu planet. Newton jednak na tym nie poprzestał i rozszerzał swoją pracę, która szybko się rozrastała i już w końcu roku było wiadomo, że powsta­nie nie artykuł, lecz duży traktat poświęcony ruchowi planet oraz ruchowi w ośrodkach stawiających opór – Principia.

Halley od początku docenił wagę wyników Newtona i zadbał o prze­dstawienie ich Towarzystwu. Na posiedzeniu 10 grudnia 1684 r., w obecności przewodniczącego (był nim akurat Samuel Pepys) Halley oficjalnie zrelacjonował swoje wizyty w Cambridge i treść pracy Newtona. Przez następne dwa lata Halley był poś­red­ni­kiem między Towarzystwem a Newtonem. Dzięki jego staraniom Towarzystwo postanowiło wydrukować książkę „w formacie in quarto wyraźną czcionką” i zleciło to zadanie Halleyowi, nie wspominając o pieniądzach. Towarzystwo jak zwykle nie miało pie­niędzy i należną Halleyowi pensję 50 funtów wypłaciło jako tyleż egzemplarzy monumentalnej Historii ryb Johna Raya i Francisa Willughby'ego, która była poprzednią inicjatywą wydawniczą Towa­rzystwa. Halley zdecydował się wydrukować traktat na koszt własny – Newton bowiem również nie kwapił się z wydawaniem pieniędzy na druk. Halley odziedziczył wprawdzie niewielki mają­tek, nie był jednak człowiekiem bogatym, jego zaangażowanie wy­ni­kało raczej z przekonania o wyjątkowej ważności powstającej pracy. Oprócz zabiegów na forum Towarzystwa, robienia korekt, nadzorowania drzeworytów do traktatu Halley musiał sprostać znacznie trudniejszemu zadaniu dyplomatycznemu. Na posiedzeniu Towa­rzyst­wa wiosną roku 1686, kiedy traktat Newtona przedsta­wiony został oficjalnie, obecny tam Robert Hooke publicznie oskarżył Newtona o kradzież jego idei ciążenia malejącego jak kwadrat odległości. Hooke nie rościł sobie pretensji do matema­tycznej strony Principiów, czuł się jednak współautorem fizycznej idei przyciągania i oczekiwał wzmianki o tym w książce. Wiado­mość o pretensjach Hooke'a wywołała z kolei wściekłość Newtona, który nie mógł znieść myśli o dzieleniu zasługi odkrycia z kim­kolwiek, a już najmniej z Robertem Hookiem. Zagroził wycofaniem z druku III księgi dzieła, co oznaczałoby, że opublikowana będzie jedynie teoria matematyczna, bez jakichkolwiek komentarzy o jej stosunku do obserwowanych zjawisk. Pisał do Halleya:

Trzecią [księgę] mam teraz zamiar wycofać. Filozofia jest panią tak bez­­czelnie kłótliwą, że człowiek równie dobrze mógłby wdawać się w pro­ce­sy sądowe, jak mieć z nią do czynienia. Stwierdziłem to już daw­niej i te­raz ledwie tylko znowu zbliżyłem się do niej, a już daje mi ostrzeżenie [43].

Newtonowi przypomniała się niewątpliwie debata nad teorią świat­ła, zaczynał teraz żałować, że dał się namówić na publikację Principiów. Wszelako książka była już niemal gotowa i Newton zda­wał sobie dobrze sprawę z jej rangi naukowej, tym bardziej więc nie zamierzał uznawać roszczeń Hooke’a. Zdaniem Newtona to Hooke przywłaszczał sobie cudze odkrycia:

on [Hooke] ogłosił hipotezę Borelliego pod swoim nazwiskiem [...] Borelli czegoś dokonał i pisał skromnie, on nie dokonał niczego, a jednak pisał w taki sposób, jakby wiedział, i wystarczająco wskazał wszystko z wyjąt­kiem tego, co zostało do określenia przez żmudne ra­chunki i obserwacje, wymawiając się od tego trudu innymi swymi zaję­cia­mi, podczas gdy powinien był się raczej wymówić brakiem zdol­ności. Bo jasne jest z jego własnych słów, że nie wiedział, jak się do tego zabrać. Czyż to nie bardzo sprytne? Matematycy, którzy odkry­wają, ustalają i wykonują całą rzecz, muszą zadowolić się tym, że nie są niczym więcej jak tylko suchy­mi, podrzędnymi rachmistrzami, a inny, który nic nie robi, lecz tylko stwa­rza pozory i chwyta się wszyst­kiego, ma zabrać całe odkrycie zarów­no tym, którzy nastąpią po nim, jak i tym, którzy byli wcześniej [43].

Newton odwrócił też zarzuty Hooke’a. Zaczął się zastanawiać, czy pisząc kiedyś do Huygensa za pośrednictwem Oldenburga nie wspomniał o prawie odwrotnych kwadratów (trudno uwierzyć, że­by Newton nie pamiętał tak istotnego faktu). Ponieważ po śmierci Oldenburga korespondencja ta dostała się w ręce jego następcy – Hooke'a, więc możliwe jest, że to „co on [Hooke] napisał później do mnie o zmianach grawitacji mogło być po prostu owocem z me­go własnego ogrodu”.

Newton nigdy nie uznał wkładu Hooke'a w odkrycie prawa gra­witacji. W Principiach wymienia (w tej właśnie kolejności!) Wrena, Halleya i Hooke'a jako tych, którzy wcześniej rozważali prawo odwrotnych kwadratów. Wzajemna niechęć Hooke'a i Newtona przeszła odtąd w otwartą wrogość. Hooke wyszedł kiedyś z po­siedzenia Towarzystwa, gdy wszedł Newton. Aż do śmierci Hooke'a Newton praktycznie nie utrzymywał kontaktu z Towarzystwem, mimo że przez wiele lat mieszkał w Londynie.

Oprócz osobistej rywalizacji i niewątpliwego faktu, że Newton często budził u bliźnich niechęć czy nawet wrogość, w całej spra­wie odgrywała również rolę ówczesna koncepcja odkrycia nauko­wego jako znalezienia szczęśliwego zaklęcia, klucza otwierającego dostęp do wszelkich tajemnic, a nie kontynuacji dorobku poprzed­ników i kolejnego przybliżenia do prawdy. Powtarzano często frazes, że stojąc na ramionach gigantów widzi się dalej niż oni (użył go kiedyś Newton w stosunku do Hooke'a), ale niemal każdy z badaczy pragnął swoje odkrycia jak najdłużej zachować dla siebie. Przypadki niezależnego dokonania tego samego odkrycia dopiero zaczęły się zdarzać i uczeni nie zdążyli się jeszcze przyzwyczaić do konkurencji. Równoległe odkrycia budziły na razie, skądinąd zrozumiałą, irytację zainteresowanych.

Hooke uważał, iż został okradziony z odkrycia – według jego własnych słów – „największego od stworzenia świata”. W tym samym, fatalnym dla niego, roku 1687 ukazały się Principia i zmarła jego bratanica, którą wychowywał i która była wielką namiętnością starzejącego się i niezbyt pociągającego fizycznie Hooke'a. Stał się odtąd „mniej czynny, bardziej melancholijny i cyniczny”. Umarł bezpotomnie, pozostawiając żelazną skrzynię wypełnioną złotem.

Naukowy dramat Hooke'a był nieunikniony. Jego pojęcie nauki doświadczalnej, wolnej od teoretycznych uprzedzeń i zadowalającej się jakościowymi wnioskami, odchodziło w przeszłość. Z ogrom­nego dorobku uczonych, takich jak Boyle czy Hooke, przetrwały właściwie tylko ilościowe prawa, które im samym nie wydawały się specjalnie ważne. Newton miał oczywiście rację, kiedy zaprzeczał, że od Hooke'a wziął prawo odwrotnych kwadratów – wykładnik potęgi był u Hooke'a przypadkowy, a Newton odkrył to prawo dużo wcześniej. Hooke w jednym rozumowaniu potrafił łączyć prawa Keplera i prawa swobodnego spadku Galileusza bez roz­graniczenia ich stosowalności. Jednocześnie Newton, który wiedział doskonale, jak trudną sztuką jest matematyczna fizyka, nie przyznał nigdy, że jakościowe sformułowanie Hooke'a było jego punktem wyjścia. Gdyby cała trudność sprowadzała się do matematyki, to Newton mógłby odkryć prawo powszechnego ciążenia znacznie wcześniej, będąc blisko tego odkrycia już kilka razy w ciągu poprzednich dwudziestu lat.

Dzieło zatytułowane Philosophiae naturalis principia mathe­matica (Zasady matematyczne filozofii przyrody) ukazało się ostatecznie w całości, razem z III księgą, która jednak została napisana również w sposób matematyczny, aby wytrącić oręż z ręki Hooke'owi. W lipcu 1687 r. Halleyowi, który celem przyspieszenia pracy korzystał pod koniec z dwóch pras drukarskich, udało się zakończyć druk. Książka zawierająca ponad 500 stron trudnych dowodzeń matematycznych została napisana w rekordowym czasie, jak obliczał Newton – osiemnastu miesięcy, i była największym wydarzeniem nie tylko w jego naukowej karierze, lecz również punktem zwrotnym w historii nauki. Nakład pierwszego wydania szacowany jest na 250–400 egzemplarzy. Książkę bez oprawy można było kupić już za 5 szylingów, a egzemplarz oprawiony w cielęcą skórę kosztował 9 szylingów.

Ukazanie się Principiów było ogromną zasługą Halleya, jak pisał Augustus de Morgan: „gdyby nie on, to wedle wszelkiego ludzkiego prawdopodobieństwa dzieło nie zostałoby pomyślane, a gdyby było pomyślane – nie zostałoby napisane, a gdyby nawet było napisane – nie zostałoby wydrukowane”. Wszystko, co wiemy o Newtonie, potwierdza słuszność tej opinii. Halley potrafił wzbudzić sympatię Newtona, co wydaje się tym dziwniejsze, że byli ludźmi całkiem innego pokroju: Halley lubił wesołe towarzystwo, tawerny, miał również opinię bezbożnika. A jednak ich wieloletnie stosunki wska­zują, że Newton cenił go i patronował mu w późniejszych latach. Gdyby nie energia Halleya Principia niemal na pewno nie ukaza­łyby się za życia Newtona i, być może, nie wpłynęłyby na dalszą historię nauki. Losy dzieł naukowych bywały rozmaite. Thomas Harriot osiągnął w swoim czasie wyniki zbliżone do Galileusza, lecz jego prace zostały odnalezione dopiero w XX w.

Bez Principiów Newton byłby jednym z kilku najwybitniejszych uczonych swojej epoki, dorównującym Huygensowi czy Leibnizowi, choć zapewne mniej sławnym niż tamci z powodu swej niechęci do publikowania. W 1687 r. Newton znany był niemal wyłącznie z prac optycznych, które jednak nie były opublikowane w całości. Bez bodźca z zewnątrz Izaak Newton mógł nie zainteresować się zagad­nieniem ruchu planet. Z jego punktu widzenia alchemia czy inter­pre­tacja proroctw mogły wydawać się znacznie bardziej obiecu­jącymi dziedzinami niż mechanika matematyczna. Dopiero w trakcie pracy Newton zdał sobie sprawę, że otwiera się zupełnie nowa perspektywa zmatematyzowania nauki. Bez Principiów inaczej wy­glądałoby zapewne również życie Newtona: najprawdopodobniej spędziłby resztę życia w Cambridge, nigdy nie stając się wielką osobistością nauki europejskiej.

Principia stały się książką sławną, zanim jeszcze wyszły spod obu pras drukarskich. Halley w miarę czytania kolejnych części książki stopniował epitety na jej określenie, poczynając od „niez­równanego traktatu”, a kończąc na „boskim traktacie”. W czerwcu 1687 r. Fatio de Duillier, przybyły niedawno do Londynu młody matematyk szwajcarski, pisał do Huygensa:

Niektórzy z tych panów [...] nadzwyczaj przychylnie są usposobieni względem książki pana Newtona, która jest obecnie w druku i która pojawi się za trzy tygodnie. Wyrzucali mi, że zanadto jestem karte­zjanistą i dawali mi do zrozumienia, iż od czasu rozważań ich autora cała fizyka zmieniła się zupełnie [43].