#WIELKAMATEMATYKA → 7/147

W dzisiejszym odcinku #matematyka prawdziwa gwiazda. Przez wielu uznawany za największego człowieka w historii (obok Leonarda da Vinci).



Gdy jabłko spadło na głowę, która zmieniła świat

W Boże Narodzenie 1642 roku, w małym dworku w Woolsthorpe w Lincolnshire, urodziło się dziecko tak małe i wątłe, że mogło zmieścić się w kubku do piwa. Nikt nie dawał mu szans na przeżycie. 84 lata później, gdy Isaac Newton umierał jako Sir Isaac Newton, był najpotężniejszym intelektem swojej epoki, człowiekiem, który odkrył prawa rządzące ruchem planet i spadaniem jabłek, który wynalazł rachunek różniczkowy, rozszczepił światło i – w wolnym czasie – polował na fałszerzy jako dyrektor mennicy królewskiej.

Newton był więcej niż geniuszem. Był zjawiskiem – umysłem tak potężnym, że jego współcześni mówili, iż "żył bliżej bogów niż ludzi". Był też człowiekiem pełnym sprzeczności: genialnym naukowcem i obsesyjnym alchemikiem, odkrywcą praw natury i mistykiem szukającym kamienia filozoficznego, samotnikiem z wyboru i bezwzględnym wojownikiem w intelektualnych bitwach.

Dziecko, którego ojciec nigdy nie zobaczył

Isaac Newton przyszedł na świat trzy miesiące po śmierci swojego ojca, także Isaaca. Był wcześniakiem, tak małym, że miejscowa akuszerka poszła po świece na pogrzeb, pewna, że dziecko nie dożyje rana.

Ale mały Isaac przeżył. Jego matka, Hannah Ayscough Newton, młoda wdowa, otaczała jedyne dziecko obsesyjną opieką. Przez pierwsze lata Newton był centrum jej świata.

Wszystko zmieniło się, gdy Isaac miał trzy lata. Hannah wyszła ponownie za mąż za Barnabasa Smitha, pastora z pobliskiej parafii. Był bogaty, ale miał jeden warunek – nie chciał pasierba. Mały Isaac został z babką, podczas gdy matka przeprowadziła się do nowego męża.

To porzucenie naznaczyło Newtona na całe życie. W swoich dziennikach, pisanych po łacinie, wyznawał grzechy młodości. Jeden z nich brzmiał: "Groziłem spaleniem domu matki i ojczyma z nimi w środku."

Samotny chłopiec w świecie książek

W szkole w Grantham Newton był dziwnym dzieckiem. Nie bawił się z rówieśnikami, wolał konstruować zegary słoneczne, wiatraki, latawce. Był genialny w mechanice – jego model wiatraka napędzany przez mysz stał się lokalną sensacją.

Ale w nauce szkolnej początkowo nie błyszczał. Wszystko zmieniło pewne wydarzenie. Szkolny osiłek pobił Newtona. Ten, upokorzeń fizycznie, postanowił pokonać go intelektualnie. W ciągu roku z ucznia średniego stał się prymusem.

Mieszkał u aptekarza Clarka, gdzie miał dostęp do książek i chemikaliów. To tam po raz pierwszy zetknął się z alchemią – fascynacją, która miała go nie opuścić do końca życia.

Cambridge – spotkanie z nieskończonością

W 1661 roku Newton wstąpił do Trinity College w Cambridge jako "subsizar" – student, który opłacał studia, służąc bogatszym kolegom. Czyścił ich buty, nosił posiłki, opróżniał nocniki.

Ale Newton nie przejmował się upokorzeniem. Miał dostęp do biblioteki, a to było wszystko, czego potrzebował. Pochłaniał dzieła Arystotelesa, Kartezjusza, Galileusza. Szybko zrozumiał, że oficjalny program nauczania jest przestarzały.

Zaczął uczyć się sam. Kupił "Geometrię" Kartezjusza, przeczytał, nie zrozumiał. Wrócił do Euklidesa, potem znów do Kartezjusza. Aż pewnego dnia wszystko "kliknęło". Newton zobaczył matematykę.

"To było jak odsłonięcie zasłony" – pisał później – "Nagle zobaczyłem, że wszechświat jest napisany językiem matematyki."

Annus Mirabilis – cudowne lata zarazy

W 1665 roku w Anglii wybuchła Wielka Zaraza. Cambridge zamknięto, Newton wrócił do Woolsthorpe. Miał 23 lata i następne dwa lata miały być najbardziej twórcze w historii nauki.

Sam, w wiejskim domu, bez książek i nauczycieli, Newton dokonał odkryć, które zmieniły świat:

1. Rachunek różniczkowy i całkowy – Newton wynalazł matematykę potrzebną do opisu zmian i ruchu. Nazwał ją "metodą fluksji". To było jak wynalezienie nowego języka.

2. Teoria grawitacji – Słynna historia z jabłkiem jest prawdopodobnie prawdziwa. Newton rzeczywiście siedział w sadzie, gdy zobaczył spadające jabłko. Ale jego geniusz polegał na pytaniu: "Czy siła, która przyciąga jabłko do ziemi, sięga aż do Księżyca?"

3. Rozszczepienie światła – Używając pryzmatu, Newton pokazał, że białe światło składa się z kolorów tęczy. "Światło nie jest proste" – pisał – "Jest symfonią barw."

Dwa lata. Jeden umysł. Trzy rewolucje. Gdy Newton wrócił do Cambridge, był innym człowiekiem. Miał w głowie odpowiedzi na pytania, których nikt jeszcze nie zadał.

Profesor, który nie lubił uczyć

W 1669 roku, w wieku 26 lat, Newton został profesorem matematyki w Cambridge (Lucasian Professor – to samo stanowisko, które 300 lat później zajmował Stephen Hawking). Jego obowiązkiem było wygłaszanie wykładów.

Newton nienawidził wykładać. Mówił cicho, chaotycznie, o rzeczach tak zaawansowanych, że nikt go nie rozumiał. Często przychodził do pustej sali, mówił do ścian przez kwadrans i wychodził.

"Profesor Newton wykłada dla duchów" – żartowali studenci.

Newton nie przejmował się. Miał ważniejsze sprawy – budował teleskop.

Teleskop, który widział dalej

Teleskopy soczewkowe miały wadę – aberrację chromatyczną. Różne kolory załamywały się inaczej, obrazy były nieostre. Newton rozwiązał problem genialnie – zamiast soczewek użył zwierciadeł.

W 1671 roku zaprezentował swój teleskop zwierciadlany Royal Society. Był mały, ale potężny – powiększał 40 razy, pokazując szczegóły Księżyca jak nigdy dotąd.

"To niemożliwe!" – wykrzyknął król Karol II, patrząc przez teleskop – "Widzę góry na Księżycu!"

Newton stał się sławny. Został członkiem Royal Society. I wtedy popełnił błąd – opublikował swoją teorię światła.

Wojna z Hookiem – gdy giganci się kłócą

Robert Hooke, kurator eksperymentów w Royal Society, był już sławnym naukowcem. Gdy przeczytał pracę Newtona o świetle, wpadł w furię. Twierdził, że to on pierwszy miał podobne pomysły.

Rozpoczęła się wojna korespondencyjna. Hooke atakował, Newton odpowiadał z lodowatą furią. Dla Newtona każda krytyka była osobistą obrazą.

"Jeśli widziałem dalej" – pisał Newton w słynnym liście – "to dlatego, że stałem na ramionach gigantów."

Brzmi szlachetnie? To była złośliwość – Hooke był bardzo niskiego wzrostu, prawie karłowatego. Newton mówił: stoję na ramionach gigantów, ale nie twoich, bo jesteś karłem.

Ta wojna zniszczyła Newtonowi radość z nauki. Wycofał się, przestał publikować. Przez następne 10 lat zajmował się głównie... alchemią.

Alchemik w laboratorium – druga twarz geniusza

Newton spędził więcej czasu na alchemii niż na fizyce i matematyce razem wziętych. Jego laboratorium w Cambridge było pełne retort, pieców, tajemniczych substancji. Pracował nocami, często zapominając o jedzeniu.

Szukał kamienia filozoficznego, eliksiru życia, sposobu na przemianę ołowiu w złoto. Pisał pod pseudonimem "Jeova Sanctus Unus" (Jahwe Jedyny Święty – anagram jego łacińskiego imienia).

"Istnieją tajemnice przyrody głębsze niż grawitacja" – pisał w swoich alchemicznych notatkach – "Materia ma duszę, którą można obudzić."

Czy to było szaleństwo? Może. A może Newton widział głębiej niż my. Jego alchemiczne eksperymenty doprowadziły go do wniosku, że materia nie jest bierna – że cząstki oddziałują na odległość. To było kluczowe dla teorii grawitacji.

Principia – książka, która zmieniła wszystko

W 1684 roku Edmund Halley (ten od komety) odwiedził Newtona z pytaniem: jaką krzywą zakreśla planeta, jeśli siła przyciągania jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości?

"Elipsę" – odpowiedział Newton od razu.

"Skąd pan wie?"

"Obliczyłem to. Ale zgubiłem notatki."

Halley był wstrząśnięty. Newton rozwiązał problem, nad którym najlepsze umysły Europy łamały sobie głowy... i zgubił rozwiązanie!

Halley błagał Newtona, by odtworzył obliczenia. Newton zgodził się. Ale gdy zaczął pisać, nie mógł się zatrzymać. W ciągu 18 miesięcy stworzył "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" – Matematyczne zasady filozofii naturalnej.

Trzy prawa, które rządzą wszechświatem

W Principiach Newton przedstawił trzy prawa ruchu:

I. Prawo bezwładności: Ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, jeśli nie działają na nie siły.

II. Prawo dynamiki: F = ma (siła równa się masa razy przyspieszenie)

III. Prawo akcji i reakcji: Każdej akcji towarzyszy równa co do wartości i przeciwnie skierowana reakcja.

Plus prawo grawitacji: każde dwa ciała przyciągają się siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości.

To wszystko. Cztery proste prawa. A z nich Newton wyprowadził:

- Dlaczego planety poruszają się po elipsach

- Dlaczego są pływy morskie

- Jak obliczyć trajektorię pocisku

- Dlaczego Ziemia jest spłaszczona na biegunach

Principia były jak instrukcja obsługi wszechświata.

Leibniz – wojna o rachunek różniczkowy

Gdy Newton triumfował z Principiami, wybuchła nowa wojna – tym razem z Gottfriedem Leibnizem. Niemiecki filozof twierdził, że to on wynalazł rachunek różniczkowy.

Prawda była skomplikowana. Newton wynalazł go pierwszy (w latach zarazy), ale nie opublikował. Leibniz wynalazł go niezależnie i opublikował pierwszy. Notacja Leibniza (dx/dy) była lepsza niż Newtona.

Ale Newton nie znosił dzielić się sławą. Użył swojej pozycji prezesa Royal Society, by zniszczyć Leibniza. Powołał "bezstronną" komisję do zbadania sprawy. Sam napisał raport komisji, oskarżając Leibniza o plagiat. Sam go anonimowo zrecenzował w prasie.

To była brudna wojna, niegodna wielkich umysłów. Leibniz zmarł w 1716 roku, zgorzkniały i osamotniony. Newton tryumfował, ale jego zwycięstwo miało gorzki smak.

Dyrektor mennicy – łowca fałszerzy

W 1696 roku Newton otrzymał nieoczekiwaną propozycję – stanowisko nadzorcy mennicy królewskiej. Większość traktowała to jako synekurę. Newton potraktował to śmiertelnie poważnie.

Anglia miała problem – fałszerze podrabiali monety na masową skalę. Newton został detektywem. Osobiście przesłuchiwał przestępców w Newgate, organizował sieć szpiegów w londyńskich tawernach.

Jego głównym przeciwnikiem był William Chaloner – genialny fałszerz, który udawał eksperta pomagającego mennicy. Newton spędził dwa lata, zbierając dowody. W końcu Chaloner trafił na szubienicę.

"Newton był bardziej bezwzględny dla fałszerzy niż Hooke dla jego teorii" – mówili współcześni.

Jako dyrektor mennicy (od 1699) Newton przeprowadził całkowitą wymianę monet w Anglii. Jego reforma monetarna uratowała angielską gospodarkę.

Prezydent Royal Society – samotny władca nauki

W 1703 roku, po śmierci Hooke'a (Newton czekał!), został prezesem Royal Society. Rządził żelazną ręką przez 24 lata. Posiedzenia zaczynały się punktualnie, spóźnialskich nie wpuszczano.

Newton używał swojej władzy bezwzględnie. Promował swoich zwolenników, niszczył przeciwników. Royal Society stało się jego dworem.

Ale był też mecenasem nauki. Finansował eksperymenty, wspierał młodych naukowców (jeśli go nie krytykowali), dbał o publikacje.

Opticks – światło i hipotezy

W 1704 roku, rok po śmierci Hooke'a (Newton naprawdę nie chciał kolejnej wojny), opublikował "Opticks" – dzieło o naturze światła.

W przeciwieństwie do matematycznych Principiów, Opticks były pisane przystępnym językiem. Newton opisywał eksperymenty, które każdy mógł powtórzyć. Pokazywał, jak rozszczepić światło, jak powstaje tęcza, dlaczego bańki mydlane mienią się kolorami.

Najciekawsze były "Queries" – pytania na końcu książki. Newton spekulował o naturze materii, o atomach, o sile działającej między cząsteczkami. Niektóre jego intuicje wyprzedzały naukę o 200 lat.

Sir Isaac – szlachcic nauki

W 1705 roku królowa Anna nadała Newtonowi tytuł szlachecki. Był pierwszym naukowcem uhonorowanym za osiągnięcia naukowe (nie za zasługi polityczne czy finansowe).

Sir Isaac Newton. Chłopiec z Woolsthorpe został szlachcicem. Miał herb z dwoma skrzyżowanymi kośćmi – żartował, że to "kości filozofii naturalnej".

Ale sława nie dała mu szczęścia. Newton pozostał samotny. Nigdy się nie ożenił, nie miał bliskich przyjaciół. Jego jedyną miłością była prawda.

Obsesje starca – Bóg i chronologia

W późnych latach Newton coraz więcej czasu poświęcał teologii. Był arianinem – wierzył, że Chrystus nie jest równy Bogu Ojcu. W Anglii to była herezja, karana śmiercią. Newton ukrywał swoje poglądy.

Studiował Biblię z maniakalną dokładnością. Obliczał datę końca świata (nie wcześniej niż 2060 rok), analizował wymiary Świątyni Salomona, szukał ukrytych kodów w Piśmie Świętym.

Napisał też "Chronologię starożytnych królestw" – próbował ustalić dokładne daty wydarzeń historycznych, używając astronomii. Twierdził, że historia Grecji jest o 300 lat krótsza, niż sądzono.

Współcześni kręcili głowami. Geniusz marnowal czas na mrzonki. Ale dla Newtona to była ta sama prawda – czy w ruchu planet, czy w historii królestw.

Ostatnie lata – legenda za życia

W latach 20. XVIII wieku Newton był żywą legendą. Odwiedzali go naukowcy z całej Europy. Voltaire, który spotkał go w 1726 roku, pisał: "Newton wydawał się bardziej zjawiskiem natury niż człowiekiem."

Mimo wieku (miał ponad 80 lat) Newton zachował jasność umysłu. Dalej pracował w mennicy, przewodniczył Royal Society, poprawiał kolejne wydania Principiów.

Miał tylko jedną słabość – nie znosił krytyki. Gdy młody matematyk John Bernoulli znalazł błąd w Principiach, Newton spędził miesiące, próbując udowodnić, że to Bernoulli się myli.

Śmierć tytana

W marcu 1727 roku, w wieku 84 lat, Newton zachorował. Kamień w pęcherzu sprawiał mu straszny ból, ale odmawiał laudanum – nie chciał stracić jasności umysłu.

19 marca poczuł się lepiej. Czytał gazety, rozmawiał z lekarzem. Około północy stracił przytomność.

Zmarł 20 marca 1727 roku, o trzeciej nad ranem. Jego ostatnie słowa były niejasne, ale podobno powiedział: "Nie wiem, czym wydaję się światu, ale sobie wydaję się tylko chłopcem bawiącym się na brzegu morza... podczas gdy wielki ocean prawdy leży przede mną nieodkryty."

Pogrzeb godny króla

Newton został pochowany w Opactwie Westminsterskim, wśród królów i poetów. Na jego pogrzeb przyszły tłumy. Trumnę nieśli lord kanclerz, dwóch książąt i trzech hrabiów.

Epitafium, napisane przez Alexandra Pope'a, głosiło:

"Natura i prawa natury były skryte w nocy;

Bóg rzekł: 'Niech będzie Newton!' i stała się światłość."

Co zostawił światu

Lista osiągnięć Newtona przyprawia o zawrót głowy:

W matematyce:

- Rachunek różniczkowy i całkowy

- Dwumian Newtona

- Metoda Newtona (znajdowania pierwiastków)

- Tożsamości Newtona

W fizyce:

- Prawa dynamiki

- Prawo powszechnego ciążenia

- Teoria pływów

- Prekesja osi Ziemi

- Teoria światła i kolorów

W astronomii:

- Wyjaśnienie orbit planet

- Teoria komet

- Teleskop zwierciadlany

W innych dziedzinach:

- Reforma monetarna Anglii

- Prace z alchemii (dopiero teraz odczytywane)

- Studia teologiczne i historyczne

Newton jako człowiek

Kim był naprawdę Isaac Newton? Geniuszem – bez wątpienia. Ale też człowiekiem głęboko samotnym, podejrzliwym, czasem małostkowym. Nigdy nie wybaczył matce, że go porzuciła. Nigdy nie zaufał do końca nikomu.

Był pracoholikiem. Zapominał jeść, spać. Jego służący wspominał, że często znajdował nietknięte posiłki – Newton zasiadał do jedzenia, coś go naszło i szedł do laboratorium.

Miał wybuchowy temperament, ale potrafił też być wielkoduszny. Wspierał finansowo młodych naukowców, pomagał krewnym, dawał hojne jałmużny.

Był głęboko religijny, ale na swój sposób. Wierzył, że studiując przyrodę, odkrywa myśli Boga. "Grawitacja wyjaśnia ruchy planet" – mówił – "ale nie wyjaśnia, kto wprawił planety w ruch."

Paradoksy geniusza

Newton był pełen sprzeczności:

- Odkrył prawa rządzące wszechświatem, ale wierzył w alchemię

- Był racjonalistą, który spędził lata na obliczaniu daty końca świata

- Stworzył naukę eksperymentalną, ale większość życia spędził na spekulacjach

- Głosił obiektywność nauki, ale brutalnie niszczył przeciwników

Może te sprzeczności były ceną geniuszu. Newton widział głębiej niż inni, ale ta głębia mogła być przerażająca.

Dziedzictwo Newtona

Wpływ Newtona na cywilizację jest niemożliwy do przecenienia. Jego prawa umożliwiły:

- Rewolucję przemysłową (maszyny działają według praw Newtona)

- Podbój kosmosu (rakiety latają dzięki III prawu Newtona)

- Współczesną technologię (od mostów po komputery)

Ale może najważniejsze było to, że Newton pokazał: wszechświat jest poznawalny. Można go opisać matematycznie. Można przewidzieć przyszłość, znając prawa natury.

To była rewolucja umysłowa. Przed Newtonem świat był pełen tajemnic i cudów. Po Newtonie stał się mechanizmem – skomplikowanym, ale zrozumiałym.

Epilog – gigant, na którego ramionach stoimy

Einstein, obalając część fizyki Newtona, powiedział: "Newton, wybacz mi. Ty znalazłeś jedyną drogę możliwą w twoich czasach dla człowieka najwyższego intelektu i mocy twórczej."

Bo Newton nie mylił się. Po prostu widział fragment prawdy. Einstein zobaczył większy fragment. Ktoś kiedyś zobaczy jeszcze większy.

"Jeśli widziałem dalej, to dlatego, że stałem na ramionach gigantów" – pisał Newton. Był fałszywie skromny – sam był największym gigantem.

Dziś my stoimy na jego ramionach. Każdy fizyk, każdy inżynier, każdy, kto używa GPS (który musi uwzględniać poprawki Einsteina do grawitacji Newtona), stoi na ramionach samotnego geniusza z Woolsthorpe.

Newton szukał kamienia filozoficznego i nie znalazł. Ale znalazł coś cenniejszego – klucz do zrozumienia wszechświata. I ten klucz dał nam wszystkim.

Może właśnie to jest prawdziwą alchemią – przemiana ludzkiej ciekawości w wiedzę, która zmienia świat.

"Platon jest moim przyjacielem, Arystoteles jest moim przyjacielem, ale moim najlepszym przyjacielem jest prawda" – Isaac Newton

I tej przyjaciółce pozostał wierny do końca.

---

Post Scriptum: W 2016 roku naukowcy przeanalizowali włosy Newtona. Znaleźli wysokie stężenie rtęci – najprawdopodobniej z alchemicznych eksperymentów. Niektóre dziwactwa Newtona mogły być objawami zatrucia rtęcią.

Ironiczne – szukając kamienia filozoficznego, być może zatruł się tym, co miało dać nieśmiertelność. Ale osiągnął nieśmiertelność inną drogą – przez idee, które przetrwają, dopóki ludzkość będzie zadawać pytania o naturę wszechświata.