Wyobraź sobie, że siedzisz w przytulnym, choć nieco staroświeckim gabinecie. Jest późne popołudnie 28 września 1905 roku, a ty masz niepowtarzalną okazję podsłuchać rozmowę dwóch mężczyzn przy kominku. Jeden z nich, o siwiejącej brodzie i przenikliwym spojrzeniu, to Hendrik Lorentz — holenderski fizyk, uznawany za jednego z najwybitniejszych umysłów swojej epoki, człowiek, który próbował ratować koncepcję eteru, wymyślając formuły matematyczne wyjaśniające, dlaczego nikt nie może go wykryć. Rozmówca Lorentza jest znacznie młodszy, ma zaledwie dwadzieścia sześć lat, a jego nazwisko to Albert Einstein. Pracuje jako urzędnik w szwajcarskim urzędzie patentowym w Bernie, ale w wolnym czasie rozmyśla o naturze czasu i przestrzeni. Jest rok 1905, który później zostanie nazwany jego annus mirabilis — rokiem cudów.

Lorentz, nieco zdystansowany, popija brandy i kręci głową z niedowierzaniem. „Panie Einstein,” mówi z lekkim holenderskim akcentem, „pańskie teorie są niezwykle śmiałe, ale proszę mi wierzyć, eter musi istnieć. To medium, w którym rozchodzi się światło, tak jak dźwięk rozchodzi się w powietrzu. To kwestia zdrowego rozsądku.”

Młody Einstein, z charakterystyczną czupryną i iskierką w oku, uśmiecha się. „Szanowny kolego, ale właśnie eksperyment Michelsona i Morleya z 1887 roku dowiódł, że eteru nie ma. Ziemia porusza się przez próżnię, a prędkość światła jest zawsze stała, niezależnie od tego, jak szybko my sami się poruszamy.”

„To nie eksperyment dowiódł, że eteru nie ma,” odpowiada Lorentz z ożywieniem. „To eksperyment dowiódł, że go nie potrafimy zmierzyć. Być może nasze przyrządy kurczą się nieznacznie w kierunku ruchu, maskując efekt. Pracowałem nad tym, nazwałem to kontrakcją. To eleganckie wyjaśnienie.”

Einstein pochyla się do przodu. „Ale po co mnożyć byty, panie Lorentz? Dlaczego tworzyć skomplikowane konstrukcje, by ratować coś, czego istnienia nikt nigdy nie potwierdził? Może czas i przestrzeń same w sobie nie są tak absolutne, jak myśleli Newton i inni. Może to one się kurczą i rozciągają, a nie nasze przyrządy.”

W tym momencie do rozmowy włącza się trzeci mężczyzna, który do tej pory milcząco wpatrywał się w ogień. To Henri Poincaré, francuski matematyk i fizyk, jeden z największych umysłów przełomu wieków. „Panowie, panowie,” mówi pojednawczym tonem, „nie kłóćmy się. Fizyka właśnie rodzi się na nowo. Eksperyment Michelsona-Morleya to nie porażka, to najwspanialszy sukces pomiarowy naszych czasów. Owszem, miał być dowodem na istnienie eteru, a stał się bramą do czegoś znacznie większego. To fascynujące, jak często w nauce dzieje się coś zupełnie odwrotnego do naszych przewidywań.”

Ta hipotetyczna rozmowa idealnie oddaje ducha fizyki na przestrzeni dziejów. Fizyka nie jest zbiorem suchych wzorów i definicji, których uczymy się w szkole z mniejszym lub większym zniechęceniem. To przede wszystkim opowieść — pasjonująca, momentami zabawna, a chwilami dramatyczna saga o ludziach, którzy odważyli się zadać pytania o naturę rzeczywistości. To historia pełna przypadków, pomyłek, uporczywości i olśnień, które zmieniały bieg cywilizacji.

Kiedy patrzymy na podręczniki fizyki, widzimy wypolerowane teorie, zamknięte w matematyczne ramy, uporządkowane i logiczne. Rzadko kiedy widzimy to, co działo się za kulisami: bezsenne noce, nieudane eksperymenty, wyśmiewane hipotezy, które po latach okazywały się genialne, albo genialne teorie, które okazywały się kompletną pomyłką. Ta książka ma być właśnie takim spojrzeniem za kulisy. Opowieścią nie tylko o tym, co odkryto, ale i o tym, jak do tych odkryć doszło — często przypadkiem, wbrew intencjom badaczy, a czasem wbrew zdrowemu rozsądkowi.

Weźmy choćby historię odkrycia promieniowania X. Gdyby nie pech — lub szczęście — niemieckiego fizyka Wilhelma Roentgena, być może dziś nie mielibyśmy prześwietleń, które ratują miliony istnień. Wieczorem 8 listopada 1895 roku Roentgen pracował w swoim laboratorium w Würzburgu. Badał promieniowanie katodowe, które powstawało w szklanej rurze owiniętej czarnym kartonem. Nagle zauważył, że kawałek papieru pokrytego platynocyjankiem baru, leżący kilka metrów dalej, zaczął świecić zielonkawym światłem. Problem polegał na tym, że rura była szczelnie zakryta — żadne promieniowanie katodowe nie mogło się przez nią wydostać. A jednak coś sprawiało, że ekran fluoryzował.

Roentgen, zaintrygowany, zaczął eksperymentować. Odkrył, że tajemnicze promieniowanie przenika przez papier, drewno, a nawet cienkie warstwy metalu. W swojej pracowni miał kilka książek — położył je na drodze promieniowania, a ekran nadal świecił. Chwycił więc za ołowianą płytkę — dopiero ona zatrzymała niewidzialne promienie. Przez kilka kolejnych tygodni praktycznie nie opuszczał laboratorium, próbując zrozumieć naturę zjawiska. W końcu postanowił zrobić zdjęcie. Poprosił żonę, by położyła dłoń na kliszy fotograficznej, po czym naświetlił ją tajemniczymi promieniami. Gdy wywołał zdjęcie, ujrzał coś, co wprawiło go w osłupienie — kość jej dłoni odznaczającą się na tle ciemnego zarysu tkanek miękkich, z widocznym obrączką na palcu.

Reakcja pani Roentgen była daleka od entuzjazmu naukowego. Według relacji, gdy zobaczyła szkielet własnej dłoni, krzyknęła przerażona: „Właśnie zobaczyłam własną śmierć!”. I rzeczywiście, pierwsze zdjęcie rentgenowskie musiało wyglądać makabrycznie — jak przepowiednia, wizja tego, co z nas zostanie, gdy ciało ulegnie rozkładowi. Roentgen nie wiedział, jak nazwać swoje odkrycie. Ponieważ natura promieniowania była całkowicie nieznana, po prostu nazwał je „X” — jak niewiadoma w równaniu. Do dziś w wielu krajach mówi się o promieniach X, choć w Polsce i Niemczech uczczono nazwisko odkrywcy, mówiąc o promieniach rentgenowskich.

Ta historia pokazuje, jak cienka jest granica między przypadkiem a odkryciem. Gdyby Roentgen nie zostawił ekranu w pobliżu rury, gdyby nie spojrzał we właściwym kierunku we właściwym momencie — odkrycie mogłoby poczekać jeszcze wiele lat. Ale czy to był tylko przypadek? Jak mawiał Louis Pasteur: „W dziedzinie obserwacji przypadek sprzyja tylko przygotowanym umysłom”. Roentgen był przygotowany — jego dociekliwość, skrupulatność i upór w badaniu niezrozumiałego zjawiska sprawiły, że przypadkowa obserwacja przerodziła się w rewolucję.

Podobną historię znajdziemy u źródeł odkrycia promieniotwórczości. Henri Becquerel, francuski fizyk z rodziny o wielkich tradycjach naukowych (jego dziadek odkrył efekt fotowoltaiczny, a ojciec jako pierwszy zmierzył temperaturę za pomocą ogniwa termoelektrycznego), zainspirowany odkryciem Roentgena, postanowił zbadać, czy istnieje związek między promieniowaniem X a fluorescencją. Wpadł na pomysł, by położyć na owiniętej czarnym papierem kliszy fotograficznej kryształki soli uranowej i wystawić je na słońce. Sądził, że energia słoneczna pobudzi sól do emitowania promieniowania, które zaczerni kliszę.

Początkowe eksperymenty potwierdziły jego przypuszczenia. Ale pewnego dnia, na początku 1896 roku, pogoda w Paryżu się załamała. Niebo zasnuły chmury, a Becquerel, nie mogąc prowadzić doświadczeń, odłożył przygotowane próbki do szuflady biurka. Czekając na słońce, schował do tej samej szuflady klisze fotograficzne. Po kilku dniach, zniecierpliwiony, postanowił wywołać klisze, by sprawdzić, czy przypadkiem nie uległy zniszczeniu. Ku jego zdumieniu, na kliszach pojawiły się wyraźne, ostre odciski kryształków uranu.

Becquerel początkowo nie mógł uwierzyć. Przecież kryształy nie były wystawione na słońce! Nie miały skąd czerpać energii do świecenia. A jednak klisza była naświetlona tak, jakby leżały na niej przez wiele godzin. To oznaczało tylko jedno: uran samorzutnie, bez żadnego zewnętrznego źródła energii, emituje jakieś przenikliwe promieniowanie. Becquerel odkrył radioaktywność przez… przypadek, spowodowany niepogodą.

To, co Becquerel uznał za ciekawostkę, w rękach Marii Skłodowskiej-Curie stało się kluczem do nowego świata. Młoda Polka, która przyjechała do Paryża, by studiować fizykę na Sorbonie, postanowiła zbadać tajemnicze „promienie uranowe” jako temat swojej pracy doktorskiej. Wkrótce dołączył do niej mąż, Pierre Curie. Uczeni szybko odkryli, że niektóre rudy uranu są znacznie bardziej radioaktywne, niż wynikałoby to z zawartości samego uranu. To mogło oznaczać tylko jedno: w rudzie kryje się inny, nieznany dotąd pierwiastek, o wiele bardziej aktywny. Po latach tytanicznej pracy, w prymitywnych warunkach, przerabiając tony rudy uranowej w nieszczelnej szopie, udało im się wyizolować dwa nowe pierwiastki: polon (nazwany na cześć ojczyzny Marii) i rad.

Gdy w 1903 roku Maria Skłodowska-Curie, Pierre Curie i Henri Becquerel odbierali Nagrodę Nobla, nikt jeszcze nie zdawał sobie sprawy, jak potężną siłę odkryli. Maria, jako jedyna kobieta w historii, otrzymała tę nagrodę ponownie w 1911 roku, tym razem w dziedzinie chemii, za wyodrębnienie czystego radu. Dziś wiemy, że promieniotwórczość to nie tylko broń jądrowa i elektrownie atomowe. To także medycyna nuklearna, datowanie metodą węglową, która pozwala archeologom określać wiek starożytnych artefaktów, i klucz do zrozumienia, jak gwiazdy produkują energię i pierwiastki niezbędne do życia.

Fizyka pełna jest również historii, które brzmią jak anegdoty, a które ujawniają głęboką prawdę o naturze rzeczywistości. Weźmy choćby opowieść o dwóch wahadłach. W 1665 roku holenderski fizyk Christiaan Huygens, twórca pierwszego dokładnego zegara wahadłowego, leżał chory w łóżku. Znudzony, wpatrywał się w dwa swoje zegary stojące na kominku. Zauważył wtedy coś dziwnego — wahadła obu zegarów poruszały się idealnie synchronicznie, tyle że w przeciwne strony, jakby tańczyły ze sobą w lustrzanym odbiciu. Gdy celowo rozregulował ich ruch, po upływie zaledwie pół godziny znów wracały do synchronizacji.

Huygens nazwał to zjawisko „dziwacznym rodzajem współodczuwania”. Nie potrafił go wyjaśnić — w XVII wieku nie istniały narzędzia, by zmierzyć subtelne interakcje między zegarami. Dziś wiemy, że wahadła synchronizowały się, ponieważ były zawieszone na tej samej belce, która przenosiła minimalne drgania. Ta belka, poruszając się nieznacznie pod wpływem ruchu jednego wahadła, przekazywała impuls drugiemu, aż do osiągnięcia harmonii. Badania nad tym zjawiskiem, prowadzone do dziś, pomagają zrozumieć działanie oscylatorów — od układów elektronicznych po neurony w ludzkim mózgu. Okazuje się, że to, co Huygens zaobserwował jako ciekawostkę, ma fundamentalne znaczenie dla współczesnej nauki.

Są w historii fizyki również momenty tak nieprawdopodobne, że wydają się wymyślone. W 1909 roku Ernest Rutherford, jeden z największych eksperymentatorów w dziejach, pracował ze swoim zespołem nad badaniem budowy atomu. Ówcześni naukowcy wyobrażali sobie atom jako rodzaj „ciasta z rodzynkami” — jednorodną, dodatnio naładowaną kulę, w której ujemne elektrony tkwią jak rodzynki w cieście. Rutherford postanowił sprawdzić tę teorię, ostrzeliwując cienką złotą folię cząstkami alfa (jądrami helu). Oczekiwał, że cząstki, które są stosunkowo ciężkie i szybkie, przelecą przez folię prosto, jak kule armatnie przez chmurę, być może nieznacznie odchylając się od toru.

Zlecił to zadanie swojemu asystentowi, Hansowi Geigerowi (temu samemu, który później wynalazł słynny licznik). Geiger, być może znudzony perspektywą monotonnej obserwacji, przekazał je młodemu studentowi, Ernestowi Marsdenowi. I wtedy stało się coś absolutnie niewyobrażalnego. Część cząstek alfa odbijała się od folii, wracając w kierunku źródła. To było jak strzelenie z armaty w kartkę papieru i odbicie się własnego pocisku w twarz.

Rutherford, gdy usłyszał o wynikach, powiedział później: „To było najbardziej niesamowite wydarzenie w moim życiu. Równie niesamowite, jakbyś wystrzelił 15-calowy pocisk w stronę kawałka bibuły, a on odbił się i trafił ciebie”. Zrozumiał natychmiast, że „ciasto z rodzynkami” to kompletna bzdura. Atom musi być w większości pustą przestrzenią, w której prawie cała masa skupiona jest w maleńkim, dodatnio naładowanym jądrze. „Teraz wiem, jak wygląda atom” — miał powiedzieć Geigerowi. W ten sposób, dzięki przekazaniu zadania studentowi i odrobinie przypadku, narodziła się współczesna fizyka jądrowa.

Fizyka to także historie o pomyłkach, które okazywały się zbawienne. W 1887 roku dwaj Amerykanie, Albert Michelson i Edward Morley, przeprowadzili jeden z najsłynniejszych eksperymentów w dziejach nauki. Ich celem było potwierdzenie istnienia eteru — hipotetycznego medium, w którym miały rozchodzić się fale świetlne. Skonstruowali niezwykle precyzyjne urządzenie, interferometr, który mógł wykryć najmniejsze różnice w prędkości światła w zależności od kierunku, w którym poruszała się Ziemia względem eteru. Spodziewali się przesunięcia prążków interferencyjnych o około 0,40. Tymczasem maksymalne odchylenie wyniosło zaledwie 0,02, a średnie wartości były jeszcze mniejsze. Eksperyment nie wykazał niczego. To był druzgocący cios dla fizyki klasycznej. Eter nie istniał — a przynajmniej nie dawał się wykryć.

Próbowano ratować sytuację. George FitzGerald i Hendrik Lorentz wysunęli hipotezę, że ciała poruszające się względem eteru kurczą się w kierunku ruchu, maskując efekt. Ale to było raczej desperackie łatanie dziur niż eleganckie wyjaśnienie. Aż do 1905 roku, gdy Albert Einstein, nie zrażony brakiem eteru, opublikował szczególną teorię względności. Odrzucił koncepcję eteru całkowicie, uznając prędkość światła za stałą i niezależną od ruchu obserwatora. Jak sam później stwierdził: „Gdyby eksperyment Michelsona-Morleya nie wpędził nas w poważne zakłopotanie, nikt nie uznałby teorii względności za zbawienie”. Innymi słowy, to właśnie porażka eksperymentalna, największa pomyłka w historii fizyki (bo mająca dowieść istnienia czegoś, co nie istnieje), otworzyła drzwi do rewolucji, która na zawsze zmieniła nasze pojęcie czasu, przestrzeni i materii.

Dziś interferometr Michelsona, to samo urządzenie, które miało być dowodem na istnienie eteru, służy do detekcji fal grawitacyjnych w obserwatoriach LIGO. To, co było porażką, stało się narzędziem jednego z największych odkryć XXI wieku. W tej paradoksalności tkwi cała magia fizyki: droga do prawdy często wiedzie przez ślepe zaułki, a naukowcy, którzy mylą się najbardziej spektakularnie, czasem najbardziej przyczyniają się do postępu.

Historia fizyki to również opowieść o ludziach niezwykłych, którzy potrafili zachować dystans do siebie i swoich teorii. W środowisku naukowym krąży wiele anegdot, które pokazują, że fizycy, nawet ci najwięksi, nie traktowali się śmiertelnie poważnie. Opowiada się na przykład historię o spotkaniu trzech fizyków w niebie: Newtonie, Pascalu i Einsteinie. Postanowili pograć w chowanego. Einstein zaczyna liczyć, Pascal i Newton szukają kryjówki. Pascal chowa się za chmurką, a Newton… bierze kredę, rysuje na ziemi kwadrat o boku metr i staje w nim. Gdy Einstein kończy liczyć i odwraca się, od razu widzi Newtona. „Ha! Mam cię Newton!” — woła. Na to Newton spokojnie odpowiada: „Nie, nie, nie. Jestem jeden Newton na metr kwadratowy, czyli Pascal”.

Ta historia, choć absurdalna, genialnie oddaje sedno nauki: definicje, konwencje, wzajemne odniesienia pojęć. Anegdoty o naukowcach pokazują też, że za wielkimi odkryciami stali zwykli ludzie z poczuciem humoru. Jak choćby słynny fizyk Isidor Isaac Rabi, który gdy w 1947 roku odkryto mion — cząstkę, której nikt się nie spodziewał i do niczego nie była potrzebna — miał skomentować: „Kto to zamawiał?”. To idealnie oddaje zdumienie fizyków, którzy w połowie XX wieku tonęli w powodzi nowo odkrywanych cząstek, nie wiedząc, co z nimi zrobić.

Kiedy patrzymy na fizykę z perspektywy jej dziejów, widzimy, że jest to proces ciągły, nigdy niezakończony. Każda odpowiedź rodzi nowe pytania. Gdy wydawało się, że w XIX wieku fizyka jest już prawie skończona, a lord Kelvin mówił o „dwóch chmurach na horyzoncie”, które wkrótce zostaną rozpędzone, te właśnie chmury — problem promieniowania ciała doskonale czarnego i doświadczenie Michelsona-Morleya — rozpętały burzę, z której narodziła się fizyka kwantowa i teoria względności.

A dziś? Dziś wiemy, że Model Standardowy, nasza najlepsza teoria cząstek elementarnych, wyjaśnia zaledwie 5% tego, co istnieje we Wszechświecie. Reszta to ciemna materia i ciemna energia — nazwy, które są współczesnym odpowiednikiem „promieni X” Roentgena. Wiemy, że istnieją, ale nie wiemy, czym są. Mamy teorie strun, pętli kwantowej, wieloświatów — ale brakuje nam eksperymentów, które mogłyby je potwierdzić. Fizyka wciąż balansuje na granicy między nauką a metafizyką, między tym, co możemy udowodnić, a tym, co możemy jedynie wyobrazić sobie w najśmielszych snach.

Ta książka jest właśnie opowieścią o tych snach. O marzeniach starożytnych Greków, którzy zastanawiali się, z czego zbudowany jest świat. O średniowiecznych uczonych, którzy próbowali pogodzić wiarę z rozumem. O renesansowych geniuszach, którzy odważyli się spojrzeć w niebo i zapytać, dlaczego planety poruszają się akurat tak, a nie inaczej. O ekscentrycznych wizjonerach XIX wieku, którzy w prymitywnych laboratoriach, przy świecach i za pomocą domowych przyrządów, odkrywali tajemnice elektryczności i magnetyzmu. I o współczesnych badaczach, którzy przy użyciu akceleratorów wielkości miasta i teleskopów orbitalnych próbują zrozumieć pierwsze chwile po Wielkim Wybuchu.

Fizyka to nie tylko zbiór praw. To przede wszystkim ludzka przygoda — pełna pasji, rywalizacji, współpracy, triumfów i rozczarowań. To opowieść o tym, jak garstka naczelnych na małej, błękitnej planecie, dzięki sile swojego umysłu, zdołała przeniknąć tajemnice gwiazd, atomów i samego czasu. To opowieść o nas — o tym, skąd przyszliśmy i dokąd zmierzamy.

Zapraszam cię więc w tę podróż. Wyruszamy od pierwszych, nieśmiałych pytań starożytnych filozofów, a skończymy na najbardziej zaawansowanych teoriach współczesności. Będziemy towarzyszyć Archimedesowi w jego kąpieli, Galileuszowi przy jego teleskopie, Newtonowi pod jabłonią, Einsteinowi przy biurku w berneńskim urzędzie patentowym i całej rzeszy innych odkrywców, którzy składali się na ten wielki, niekończący się fresk, jakim jest poznawanie wszechświata.

Mam nadzieję, że ta opowieść cię wciągnie, zaintryguje i skłoni do własnych pytań. Bo, jak mawiał Niels Bohr, duński fizyk i jeden z ojców mechaniki kwantowej: „Ekspert to ktoś, kto popełnił wszystkie możliwe błędy w bardzo wąskiej dziedzinie”. A zatem — nie bójmy się pytać, błądzić i odkrywać. W końcu, jak pokazuje historia, nawet największe pomyłki mogą okazać się drogą do największych prawd.

Rozdział 1: W poszukiwaniu arche

Fizyka w starożytnej Grecji

Wyobraź sobie świat, w którym grzmoty to gniew boga, trzęsienia ziemi to kaprysy rozgniewanego olbrzyma, a ruch gwiazd po niebie to zapis mitologicznej opowieści odczytywanej każdej nocy. W takim właśnie świecie, w VI wieku przed naszą erą, na obrzeżach cywilizacji greckiej, w bogatym jońskim mieście Milet, kilku ludzi postanowiło zrobić coś absolutnie rewolucyjnego: odrzucili bogów jako wyjaśnienie działania świata.

Był to akt intelektualnej odwagi, którego konsekwencje odczuwamy do dziś. Zamiast pytać „kto?”, zapytali „co?” i „dlaczego?”. Zamiast składać ofiary, zaczęli obserwować, wnioskować i dyskutować. W ten sposób, jak iskra krzesząca ogień, narodziła się filozofia przyrody — matka fizyki. Ci pierwsi myśliciele, których dziś nazywamy presokratykami, nie mieli laboratoriów, teleskopów ani skomplikowanych przyrządów. Mieli tylko swój umysł, oczy i niepohamowaną ciekawość. I to wystarczyło, by postawić fundamenty pod całą późniejszą naukę. Ich pytanie było proste, a jednocześnie najbardziej fundamentalne z możliwych: z czego zbudowany jest świat? Grecy nazwali tę pramaterię arché — zasadą, początkiem, pierwszym tworzywem wszystkiego, co istnieje.

Wszystko zaczęło się od człowieka imieniem Tales, pochodzącego właśnie z Miletu. Gdyby żył w naszych czasach, nazwalibyśmy go człowiekiem renesansu — na długo przed renesansem. Filozof, matematyk, astronom, inżynier, podróżnik. Zaliczano go do grona siedmiu mędrców starożytności, a niektórzy uważali go za pierwszego filozofa w dziejach Zachodu. Do dziś krąży o nim anegdota, która doskonale ilustruje jego praktyczny, a zarazem nieco roztargniony umysł. Pewnej nocy, jak głosi opowieść, Tales tak zapatrzył się w gwiazdy, próbując zgłębić tajemnice kosmosu, że nie zauważył studni i wpadł do niej. Śmiała się z niego służąca, mówiąc, że on chce poznać rzeczy niebiańskie, a nie widzi tego, co ma pod nogami.

Czy to go zniechęciło? Bynajmniej. Tales, jak każdy dobry naukowiec, potrafił łączyć abstrakcyjne myślenie z konkretnymi działaniami. Wykorzystał swoją wiedzę astronomiczną, by przewidzieć obfite zbiory oliwek. Wykupił taniej wszystkie tłocznie w okolicy, a gdy zbiory rzeczywiście były rekordowe, zarobił fortunę, wynajmując je drożej. W ten sposób, jak sam podobno tłumaczył, chciał udowodnić, że filozof — jeśli tylko zechce — potrafi być bogaty, po prostu ma ważniejsze spraw na głowie niż gromadzenie pieniędzy.

Ale najważniejsze pytanie, jakie zadał Tales, dotyczyło właśnie owej pramaterii. Obserwował świat wokół siebie i szukał tego, co jest wspólne wszystkim rzeczom. Arystoteles, żyjący dwa wieki później historyk filozofii, tak rekonstruuje rozumowanie Talesa: „Twierdził on, że zasadą jest woda. Do tego poglądu doszedł prawdopodobnie widząc, że pokarm wszystkiego jest wilgotny, a samo ciepło powstaje z wilgoci i żyje nią; to zaś, z czego wszystko powstaje, jest zasadą wszystkiego”.

Tales musiał być uważnym obserwatorem przyrody. Widział, że nasienie, z którego wyrasta roślina, jest wilgotne. Widział, że wszystko, co żyje, potrzebuje wody do życia, a umarłe wysycha. Podczas swoich podróży, prawdopodobnie do Egiptu, widział, jak wylewy Nilu użyźniały pola i dawały początek nowemu życiu na pustyni. Zauważył też, że woda potrafi zmieniać postać: paruje, stając się czymś na kształt powietrza, zamarza, stając się ciałem stałym — lodem. Czyż nie jest to doskonały kandydat na pramaterię, skoro potrafi przybierać wszystkie trzy stany skupienia?

Współczesnemu czytelnikowi może się to wydawać naiwne. Przecież woda to tylko jeden z wielu związków chemicznych. Ale trzeba docenić rewolucyjność tego myślenia. Tales nie mówi, że świat powstał z wody w sensie mitologicznym, jak bóstwo wodne Okeanos. On mówi, że woda jest fizycznym, materialnym tworzywem, z którego wszystko się składa. Odrzuca nadprzyrodzone wyjaśnienia i szuka naturalnej, immanentnej przyczyny świata. To jest ten przełom. Gdy Tales mówi, że „wszystko jest pełne bogów”, nie chodzi mu o powrót do mitologii, ale o przekonanie, że materia jest żywa, że ma w sobie wewnętrzną siłę sprawczą — późniejsi filozofowie nazwą to hylozoizmem.

Tales, jak większość wielkich myślicieli, zostawił po sobie ucznia, który poszedł o krok dalej. Anaksymander, również z Miletu, musiał być człowiekiem o niezwykle abstrakcyjnym umyśle. Uznał bowiem, że żaden konkretny, znany nam żywioł — ani woda, ani powietrze, ani ogień, ani ziemia — nie może być ostateczną zasadą świata. Dlaczego? Ano dlatego, że wszystkie te żywioły są ze sobą w ciągłym konflikcie. Ogień wysusza wodę, woda gasi ogień, powietrze jest przeciwieństwem ziemi. Gdyby któryś z nich był naprawdę nieskończony i panował nad wszystkim, dawno zniszczyłby pozostałe. A skoro obserwujemy, że świat trwa w pewnej równowadze, to arché musi być czymś, co wykracza poza te przeciwieństwa.

Anaksymander wprowadził pojęcie, które do dziś fascynuje filozofów i fizyków: apeiron. To greckie słowo oznacza to, co nieograniczone, nieskończone, bezkresne, nieokreślone. Apeiron nie jest wodą, nie jest powietrzem, nie jest żadną konkretną substancją. To coś, z czego wszystko powstaje i w co wszystko się obraca, ale samo pozostaje poza naszym bezpośrednim doświadczeniem zmysłowym. To pierwsze w dziejach pojęcie czysto abstrakcyjne, wywnioskowane rozumowo, a nie zaobserwowane empirycznie.

Anaksymander wyobrażał sobie, że z tego prazródła wyłaniają się przeciwieństwa — ciepłe i zimne, suche i mokre — a ich wzajemne oddziaływanie tworzy wszystko, co istnieje. I tu pojawia się jeden z najpiękniejszych fragmentów starożytnej filozofii, jaki przetrwał do naszych czasów. Anaksymander pisał o tym, że rzeczy „ponoszą karę i płacą sobie nawzajem za wyrządzoną krzywdę według wyroku czasu”.

Wyobraź sobie tę wizję: świat jako areopag, jako przestrzeń sprawiedliwości, gdzie każdy żywioł, każda rzecz, która przekracza swoje granice, która bierze więcej niż jej się należy, zostaje w końcu osądzona i przywrócona do równowagi przez nieubłagany czas. To myślenie głęboko etyczne, przeniesione na porządek kosmiczny. Lato jest zbyt gorące i suche? Jesień i zima przyjdą, by przywrócić wilgoć i chłód. Rzeka wylewa, zabierając ziemię? W końcu wyschnie i odda, co zabrała. Wszechświat Anaksymandra to nie chaos, ale polis, państwo-miasto, rządzone nieubłaganymi prawami, które utrzymują harmonię.

Anaksymander był też pierwszym kosmologiem i kartografem. Narysował mapę zamieszkanego świata, która przez wieki służyła innym za wzór. Twierdził, że Ziemia nie spoczywa na żadnym fundamencie, ale wisi swobodnie w przestrzeni, nie spadając, ponieważ znajduje się w równej odległości od wszystkiego i nie ma powodu, by poruszać się w którąkolwiek stronę. To zaskakująco nowoczesne myślenie — antycypacja zasady względności i grawitacji na dwa tysiące lat przed Newtonem. Uważał też, że życie narodziło się w wodzie, a pierwsze istoty żyły w kolczastych skorupach, zanim wyszły na ląd. Człowiek — dodawał — musiał narodzić się z innych zwierząt, bo sam jako niemowlę nie przeżyłby bez opieki. Czyżby pierwsza wersja teorii ewolucji?

Kolejny z milezyjskiej szkoły, Anaksymenes, uczeń Anaksymandra, postanowił nieco „uziemić” abstrakcje swojego mistrza. Apeiron było zbyt nieokreślone. Trudno sobie wyobrazić, jak z czegoś całkowicie nieokreślonego mogą powstawać konkretne rzeczy. Anaksymenes wrócił do idei konkretnego żywiołu, ale wybrał go znacznie sprytniej niż Tales. Jego arché stało się powietrze.

Dlaczego powietrze? Bo łączy w sobie cechy, które czynią je idealnym kandydatem na pramaterię. Jest niewidzialne, gdy spokojne, ale ujawnia się jako wiatr, gdy jest w ruchu. Jest wszędzie. I — co najważniejsze — daje się łatwo przekształcać. Anaksymenes miał genialnie prostą, opartą na obserwacji, teorię tych przemian. Wszystko zależy od stopnia zagęszczenia lub rozrzedzenia powietrza.

Przytaczał przy tym prosty, codzienny eksperyment myślowy, który każdy mógł powtórzyć. Zrób tak: otwórz usta i dmuchnij na swoją dłoń szeroko otwartymi ustami. Powietrze jest ciepłe. A teraz zaciśnij wargi, tworząc mały otwór, i dmuchnij mocno. Powietrze jest chłodne. To samo powietrze, ale w pierwszym przypadku jest rozrzedzone, w drugim — zagęszczone. Z tego prostego spostrzeżenia Anaksymenes wyprowadził całą teorię powstawania świata.

Powietrze — tłumaczył — gdy się rozrzedza, staje się ogniem. Gdy się zagęszcza, staje się najpierw wiatrem, potem chmurą, potem wodą, potem ziemią, a w końcu, przy największym zagęszczeniu, kamieniem. Wszystko jest jednością, różni się tylko stopniem gęstości. To myślenie ilościowe, a nie tylko jakościowe — kolejny ogromny krok naprzód. Jako ciekawostkę można dodać, że Anaksymenes wierzył, iż dusza ludzka również jest zbudowana z powietrza. „Podobnie jak dusza nasza, będąc powietrzem, panuje nad nami, tak też oddech i powietrze ogarniają cały świat”. Człowiek jest mikrokosmosem, odbiciem wielkiego kosmosu.

W tym samym czasie, po drugiej stronie greckiego świata, w Efezie, żył filozof o całkowicie odmiennym temperamencie intelektualnym. Heraklit z Efezu, zwany „Mrocznym” z powodu zawikłanego stylu, nie zgodziłby się z milezyjskim poszukiwaniem jakiejś trwałej, niezmiennej substancji. Dla niego rzeczywistość była procesem, nie zbiorem rzeczy. Jego słynne dictum brzmi: „Panta rhei” — wszystko płynie. Nie można wejść dwa razy do tej samej rzeki, bo i rzeka już nie ta sama, i człowiek nie ten sam. Zmiana jest jedyną stałą.

Jaka więc jest arché u Heraklita? Ogień. Ale nie ogień jako zwykły żywioł. Ogień jest dla niego symbolem nieustannego ruchu, przemiany, trawienia, życia i śmierci. Świat, według Heraklita, „był, jest i będzie wiecznie żywym ogniem, zapalającym się według miary i gasnącym według miary”. Ale Heraklit nie był prostym materialistą. Uważał, że za tą zmiennością kryje się rozumna zasada porządkująca, którą nazwał logosem. Logos to rozum świata, prawo, według którego wszystko się dzieje, choć większość ludzi żyje tak, jakby go nie dostrzegała.

Heraklit dostrzegał głęboką jedność w przeciwieństwach. „Droga w górę i w dół jest jedna i ta sama”. Choroba czyni zdrowie przyjemnym, zło — dobro, głód — sytość. Walka, wojna, napięcie między przeciwieństwami — to dla niego ojciec i król wszechrzeczy, siła napędowa świata. Bez napięcia, bez różnicy, nie byłoby ruchu, nie byłoby życia. To myślenie zaskakująco bliskie współczesnej dialektyce i teorii złożoności.

Zupełnie inną ścieżką podążyli myśliciele z drugiego końca greckiego świata — z Italii. Parmenides z Elei, postać tyleż genialna, co kontrowersyjna, zakwestionował samoświadectwo naszych zmysłów. Jeśli Heraklit mówił „wszystko się zmienia”, Parmenides odpowiedział: „zmiana jest złudzeniem”. Prawdziwy byt — uczył — jest jeden, niepodzielny, niezmienny, wieczny i nieruchomy. Można go poznać tylko rozumem, bo zmysły, pokazujące nam świat pełen ruchu i różnorodności, zwodzą nas.

Jego argumentacja była logicznie druzgocąca. Byt jest. Niebytu nie ma. Bo niebytu nie można pomyśleć ani wypowiedzieć. A skoro niebytu nie ma, to nie ma też miejsca na powstawanie i ginięcie — bo to wymagałoby przejścia przez niebyt. Nie ma też ruchu, bo ruch wymagałby istnienia pustki (niebytu), w którą ciało mogłoby się przemieścić. Logika Parmenidesa prowadziła do obrazu świata jako jednorodnej, nieruchomej kuli, poza którą nic nie ma. To była intelektualna bomba, która na kilkadziesiąt lat zaprzątnęła umysły greckich filozofów. Jak wyjaśnić oczywisty ruch i zmianę, skoro według Parmenidesa są one niemożliwe?

Uczeń Parmenidesa, Zenon z Elei, zasłynął z serii paradoksów, które miały udowodnić słuszność tezy mistrza poprzez wykazanie, że wiara w ruch i wielość prowadzi do sprzeczności. Wyobraź sobie Achillesa, najszybszego greckiego wojownika, ścigającego żółwia. Achilles biegnie dziesięć razy szybciej, ale daje żółwiowi przewagę stu metrów. Gdy Achilles przebiegnie te sto metrów, żółw przesunie się o dziesięć. Gdy Achilles przebiegnie te dziesięć, żółw przesunie się o jeden. Gdy Achilles przebiegnie ten jeden, żółw przesunie się o jedną dziesiątą… I tak w nieskończoność. Wniosek Zenona: Achilles nigdy nie dogoni żółwia. Oczywiście w rzeczywistości dogania go w mgnieniu oka. Paradoks ma pokazać, że jeśli myślimy o ruchu jako o sumie nieskończonej liczby punktów, popadamy w absurd. Ruch musi być złudzeniem.

Ten impas — między światem zmiennym Heraklita a światem niezmiennym Parmenidesa — trwał, aż do czasu, gdy pojawiła się idea, która na nowo zjednoczyła myśl grecką i na dwa tysiące lat zdeterminowała obraz świata. Tym myślicielem był Arystoteles ze Stagiry.

Arystoteles był systematyzatorem wszech czasów. Jego filozofia obejmowała wszystko — logikę, etykę, politykę, biologię i oczywiście fizykę. To on wprowadził porządek w pojęcia, zdefiniował ruch, miejsce, czas, przyczynę. Jego fizyka, zawarta głównie w dziele o tym samym tytule, była tak spójna i przekonująca, że zdominowała myśl europejską na niemal dwa tysiące lat. Odrzucono ją dopiero w czasach Galileusza i Newtona.

Arystoteles odrzucił abstrakcje milezyjskie i eleackie. Zamiast jednej pramaterii, uznał, że świat zbudowany jest z czterech żywiołów: ziemi, wody, powietrza i ognia. Do tego dodał piąty, doskonały żywioł — eter — z którego zbudowane były ciała niebieskie. Każdy z żywiołów ma swoje „miejsce naturalne” w uporządkowanym, hierarchicznym kosmosie. Dla żywiołu ziemi miejscem naturalnym jest środek wszechświata (centrum Ziemi). Dla wody — sfera nad ziemią. Dla powietrza — wyżej, dla ognia — jeszcze wyżej, tuż pod sferą księżyca. Ciała niebieskie, złożone z eteru, poruszają się po idealnych okręgach w sferach nadksiężycowych.

Wyjaśniało to wszystko w prosty i intuicyjny sposób. Dlaczego kamień spada? Ponieważ składa się głównie z ziemi i dąży do swojego miejsca naturalnego — do środka. Dlaczego ogień strzela w górę? Bo jego miejscem jest góra. Dlaczego dym unosi się między ogniem a powietrzem? Bo jest mieszaniną. Ruch naturalny to ruch do swojego miejsca. Ruch gwałtowny, przeciwny naturze, wymaga działającej siły.

Arystotelesowski wszechświat jest skończony, zamknięty i hierarchiczny. Jest też teleologiczny — wszystko w nim dąży do celu, do realizacji swojej natury. Kamień nie spada, bo działa na niego siła grawitacji w sensie newtonowskim. Kamień spada, bo „pragnie” być na dole, bo realizuje swój wewnętrzny cel. To myślenie celowościowe przenika całą fizykę Arystotelesa.

W tym arystotelesowskim świecie istniał też genialny samotnik, którego trudno zaszufladkować. Archimedes z Syrakuz był praktykiem, inżynierem, konstruktorem maszyn wojennych. Jego podejście do fizyki różniło się od spekulacji filozofów jońskich czy ateńskich. On mierzył, ważył i obliczał. Gdy król Hieron II podejrzewał, że jego złota korona została domieszana srebrem, poprosił Archimedesa o rozwiązanie problemu bez niszczenia korony. Archimedes głowił się nad tym długo. Rozwiązanie przyszło niespodziewanie, podczas kąpieli w publicznej łaźni. Gdy zanurzył się w wannie, woda się przelewa. Uświadomił sobie wtedy, że objętość wypartej wody musi być równa objętości zanurzonego ciała. Mierząc objętość korony i porównując ją z objętością równej masy złota i srebra, mógł oszacować jej skład. Z radości, jak głosi legenda, wyskoczył z wanny i biegł nago przez miasto, krzycząc: „Heureka! Heureka!” — znalazłem!.

Archimedes odkrył podstawowe prawo hydrostatyki — prawo wyporu. Sformułował też zasady dźwigni, mówiąc podobno: „Dajcie mi punkt podparcia, a poruszę Ziemię”. Jego maszyny obronne, choć nie zachowały się plany, przez wieki budziły podziw i grozę. Gdy Rzymianie oblegali Syrakuzy, machiny Archimedesa podobno podnosiły ich okręty z wody, ciskały w nie olbrzymie głazy i kamienie, siejąc spustoszenie. Wódz rzymski, Marcellus, miał powiedzieć: „Wojna z geometrem to igraszka”. Niestety, gdy miasto w końcu upadło, Archimedes, wpatrzony w rysunki na piasku, nie zwrócił uwagi na żołnierza. Gdy ten kazał mu iść za sobą, starzec miał podobno powiedzieć: „Nie rusz moich kół”. I zginął od miecza, zabity przez rzymskiego legionistę, który nie miał pojęcia, kogo właśnie pozbawia życia.

Archimedes był wyjątkiem, geniuszem praktycznym, który wymykał się głównemu nurtowi greckiej filozofii przyrody. Ten główny nurt — od Talesa po Arystotelesa — ukształtował jednak sposób myślenia o świecie na wieki. Ustanowił podstawowe pytania, zdefiniował pojęcia, stworzył język, którym mówimy o przyrodzie. Grecy nie mieli racji w swoich konkretnych odpowiedziach. Woda nie jest pramaterią, świat nie jest zbudowany z czterech żywiołów, a kamienie nie spadają, bo dążą do swojego naturalnego miejsca. Ale mieli absolutną rację, zadając pytania i szukając na nie odpowiedzi w naturze samej, nie poza nią.

To był początek drogi, która przez wieki średnie, renesans i rewolucję naukową doprowadziła nas do współczesnej fizyki. Bez śmiałości Talesa, bez abstrakcji Anaksymandra, bez obserwacji Anaksymenesa, bez zmysłowości Heraklita, bez logiki Parmenidesa i bez systemu Arystotelesa — nie byłoby Newtona, Einsteina, ani wielkich pytań o naturę czasu, przestrzeni i materii, które zadajemy sobie do dziś. Oni, ci pierwsi filozofowie, byli gigantami, na których ramionach stanęła późniejsza nauka. Ich największym osiągnięciem nie było odkrycie arché, ale samo odkrycie, że arché istnieje i że można jej szukać rozumem.

Rozdział 2: Światło, niebo i Ziemia

Fizyka hellenistyczna i średniowieczna

W 331 roku przed naszą erą młody macedoński wódz Aleksander Wielki wkroczył do Egiptu. Nad małą wioską rybacką o nazwie Rakotis, położoną nad Morzem Śródziemnym, zatrzymał się i spojrzał na horyzont. Według legendy przyśnił mu się we śnie Homer, który nakazał mu założyć w tym miejscu miasto. Gdy Aleksander obudził się, nakazał swoim architektom wytyczyć ulice i place nowej metropolii. Tak narodziła się Aleksandria — miasto, które na kilkaset lat stało się intelektualnym centrum świata, tyglem, w którym spotkała się mądrość Greków, Egipcjan, Persów i Żydów.

To tutaj, w założonym przez Ptolemeuszów Musejonie — swego rodzaju starożytnym instytucie badawczym — i w słynnej Bibliotece Aleksandryjskiej, gromadzącej podobno nawet kilkaset tysięcy zwojów, fizyka hellenistyczna wkroczyła na nowe tory. Nie była to już czysta spekulacja filozofów jońskich czy ateńskich. W Aleksandrii nauka stała się bardziej praktyczna, bardziej specjalistyczna, bardziej… techniczna. To tutaj narodziły się badania nad optyką, mechaniką stosowaną, a przede wszystkim — nad astronomią, która przez następne czternaście stuleci miała zdominować obraz świata.

Wyobraźmy sobie jednego z pierwszych wielkich aleksandryjczyków. Nazywał się Euklides. Dla większości z nas to imię kojarzy się wyłącznie z geometrią, z twierdzeniem o sumie kątów w trójkącie, z pięcioma postulatami, które przez wieki uchodziły za wzór logicznego myślenia. Ale Euklides napisał również dzieło zatytułowane „Optyka”. Było to pierwsze w dziejach systematyczne opracowanie nauki o widzeniu i świetle.

Euklides przyjął założenie, które dziś może wydawać się dziwne, ale w starożytności było powszechne. Uważał mianowicie, że widzenie polega na tym, iż z oka wychodzą promienie świetlne, które „omacują” przedmioty i wracają z informacją o ich kształcie i barwie. To tak zwana teoria emisyjna wzroku. Dziś wiemy, że jest odwrotnie — to przedmioty emitują lub odbijają światło, które wpada do naszego oka. Ale założenie Euklidesa było logiczne: skoro widzimy rzeczy, to znaczy, że coś musi łączyć nasze oko z rzeczą. A ponieważ patrząc w różnych kierunkach, widzimy różne rzeczy, to to „coś” musi rozchodzić się po liniach prostych.

I tu Euklides dokonał fundamentalnego odkrycia, które obowiązuje do dziś: światło rozchodzi się po liniach prostych. Sformułował prawo odbicia: kąt padania równa się kątowi odbicia. Zajmował się załamywaniem światła, choć nie udało mu się odkryć prawa załamania — to miało poczekać jeszcze prawie dwa tysiące lat. Jego Optyka była tak doskonała jak jego geometria. Jeśli chcesz zrozumieć, jak działa perspektywa, jak widzimy przedmioty z daleka, jak powstają złudzenia optyczne — Euklides dawał na to wszystko matematyczne odpowiedzi.

W tym samym czasie, może nieco później, w Aleksandrii działał człowiek, którego trudno przecenić. Eratostenes z Cyreny był trzecim dyrektorem Biblioteki Aleksandryjskiej, a przy tym geografem, matematykiem, poetą, filozofem. Jego współcześni nazywali go „Beta”, czyli drugi, bo podobno we wszystkim był drugi po kimś. Ale w jednej dziedzinie Eratostenes był zdecydowanie pierwszy: jako pierwszy człowiek na Ziemi zmierzył obwód naszej planety.

Jak tego dokonał? Nie wyruszył w podróż, nie mierzył taśmą. Usłyszał opowieść, że w Syene, dzisiejszym Asuanie, w dniu letniego przesilenia słońce w południe oświetla dno głębokiej studni. To oznaczało, że w Syene słońce jest dokładnie w zenicie, prostopadle nad głową. W tym samym czasie w Aleksandrii, leżącej mniej więcej na tym samym południku, słońce nie było w zenicie — rzucało cienie. Eratostenes wbił w ziemię pionowy kij, gnomon, i zmierzył długość cienia. Obliczył, że kąt padania promieni słonecznych w Aleksandrii wynosi około 7,2 stopnia, czyli jedną pięćdziesiątą okręgu (bo 360 stopni / 50 = 7,2).

Eratostenes pomyślał prosto: jeśli w Syene słońce jest w zenicie, a w Aleksandrii odchylone o 1/50 okręgu, to znaczy, że odległość między Aleksandrią a Syene stanowi 1/50 obwodu Ziemi. Wynajął człowieka, który przeszedł tę drogę pieszo i naliczył 5000 stadionów. Pomnóż 5000 przez 50, daje 250 000 stadionów. Nie wiemy dokładnie, jaką jednostką miary posługiwał się Eratostenes, ale szacuje się, że jego wynik mieścił się w przedziale od 39 000 do 46 000 kilometrów. Rzeczywisty obwód Ziemi na równiku to około 40 000 kilometrów. Trafność pomiaru jest zdumiewająca, zwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę, że Eratostenes dysponował jedynie kijem, studnią i zdrowym rozsądkiem.

Niestety, astronomowie hellenistyczni popełnili też błąd, który zaważył na dziejach nauki. Klaudiusz Ptolemeusz, żyjący w II wieku naszej ery astronom, matematyk i geograf z Aleksandrii, napisał dzieło, które Arabowie nazwali później „Almagestem” — od arabskiego „Al-Majisti”, czyli „Największe”. Była to prawdziwa encyklopedia wiedzy astronomicznej starożytności. Ptolemeusz zebrał w niej obserwacje swoich poprzedników — Hipparcha z Nikei, który odkrył precesję równonocy, skatalogował ponad tysiąc gwiazd i wynalazł skalę jasności gwiazdowej — i na ich podstawie zbudował model wszechświata.

Ten model był geocentryczny. Ziemia znajdowała się w centrum, a wokół niej krążyły Księżyc, Merkury, Wenus, Słońce, Mars, Jowisz i Saturn. Ale Ptolemeusz był zbyt dobrym obserwatorem, by nie zauważyć, że planety nie poruszają się po idealnych okręgach. Czasami zatrzymują się na niebie i cofają — to tak zwany ruch wsteczny. Aby to wyjaśnić, Ptolemeusz wprowadził skomplikowany system epicykli i deferentów. Wyobraź sobie, że planeta krąży po małym okręgu (epicyklu), którego środek krąży po większym okręgu (deferencie) wokół Ziemi. Dla dokładniejszego dopasowania do obserwacji Ptolemeusz dodał też ekwanty — punkty, względem których ruch po deferencie jest jednostajny, ale nie jest to środek deferentu.

Ten system był skomplikowany, ale działał. Przez prawie 1500 lat astronomowie mogli przewidywać pozycje planet z zadziwiającą jak na swoje czasy dokładnością. Problem polegał na tym, że był sztuczny. To była maszyneria stworzona po to, by ratować zjawiska, a nie by oddać prawdziwą strukturę wszechświata. Sam Ptolemeusz zdawał sobie z tego sprawę. W innym swoim dziele pisał: „Niech nikt, kto jest tylko geometrą, nie wchodzi tutaj”. Miał na myśli, że jego modele to narzędzia obliczeniowe, a nie prawdziwy obraz świata.

Tymczasem w innym zakątku hellenistycznego świata ktoś myślał zupełnie inaczej. Na wyspie Samos, tej samej, z której pochodził Pitagoras, urodził się Arystarch. Arystarch z Samos żył w III wieku przed naszą erą, jeszcze przed Ptolemeuszem. I on wpadł na pomysł, który wyprzedzał swoją epokę o prawie dwa tysiące lat. Doszedł do wniosku, że to nie Ziemia jest w centrum, ale Słońce. Ziemia krąży wokół Słońca, a gwiazdy są nieskończenie daleko. To dlatego nie widzimy ich paralaksy — czyli pozornego przesunięcia na tle nieba w miarę ruchu Ziemi. Arystarch był pierwszym heliocentrykiem w dziejach.

Jak do tego doszedł? Obserwując zaćmienia Księżyca. Obliczył, że Słońce musi być około 20 razy dalej od Ziemi niż Księżyc i około 7 razy większe od Ziemi. Pomyślał logicznie: skoro Słońce jest tak wielkie, to nielogiczne, by krążyło wokół małej Ziemi. To raczej Ziemia powinna krążyć wokół Słońca. Niestety, Arystarch nie miał argumentów obserwacyjnych, które przekonałyby innych. Jego teoria została odrzucona. Kleantes, filozof stoicki, wezwał nawet, by Arystarcha oskarżyć o bezbożność za to, że „porusza z posad Hestię” — czyli Ziemię, boginię ogniska domowego.

I tak świat pozostał przy geocentryzmie. Gdy w 476 roku upadło Cesarstwo Zachodniorzymskie, Europa pogrążyła się w mroku wędrówek ludów. Wiedza antyczna przetrwała jednak gdzie indziej — w Bizancjum, a przede wszystkim w świecie arabskim. To Arabowie stali się spadkobiercami greckiej nauki, a potem jej przekazicielami z powrotem do Europy.

Bagdad w IX wieku. Kalif Al-Mamun, syn Haruna ar-Raszida z „Baśni tysiąca i jednej nocy”, zakłada w swoim pałacu Dom Mądrości — Bajt al-Hikma. To aleksandryjskie Musejon w nowej odsłonie. Sprowadza się tutaj uczonych wszystkich wyznań: muzułmanów, chrześcijan, żydów, sabejczyków. Tłumaczy się na arabski dzieła greckie: Arystotelesa, Euklidesa, Ptolemeusza, Archimedesa, Galena. Bez tego ruchu translacyjnego Europa nigdy nie odzyskałaby kontaktu z własną tradycją intelektualną.

Ale Arabowie nie tylko tłumaczyli. Oni dodawali coś od siebie. W dziedzinie optyki dokonali przełomu za sprawą człowieka o imieniu Abu Ali al-Hasan ibn al-Hasan ibn al-Hajsam. Łacińska Europa znała go jako Alhazena. Urodził się w Basrze w 965 roku, zmarł w Kairze około 1040. Jego największe dzieło to „Kitab al-Manazir” — „Księga optyki”. To jedna z najważniejszych książek w dziejach fizyki.

Alhazen jako pierwszy zakwestionował starożytną teorię emisyjną wzroku. Przeprowadził prosty, ale druzgocący eksperyment myślowy. Jeśli promienie wychodzą z oka i biegną do przedmiotów, to dlaczego — pytał — gdy patrzymy na słońce, odczuwamy ból? To słońce musi wysyłać coś do nas, a nie my do niego. Alhazen odwrócił kierunek promieni. To przedmioty emitują lub odbijają światło, które wpada do oka. I to oko jest biernym odbiornikiem, a nie aktywnym nadajnikiem.

To był rewolucyjny zwrot. Ale Alhazen poszedł dalej. Zbudował pierwsze w dziejach camera obscura — ciemnię optyczną. Zrobił otwór w okiennicy zaciemnionego pokoju i obserwował, jak na przeciwległej ścianie pojawia się odwrócony obraz świata zewnętrznego. To był dowód na to, że światło rozchodzi się po liniach prostych i że każdy punkt przedmiotu wysyła promienie we wszystkich kierunkach.

Alhazen badał też załamywanie światła. Przeprowadzał eksperymenty z przezroczystymi kulami wypełnionymi wodą i szklanymi cylindrami. Mierzył kąty padania i załamania. Próbował znaleźć matematyczną zależność między nimi. Nie udało mu się odkryć prawa Snelliusa, ale jego tabele pomiarów były zdumiewająco dokładne. Odkrył, że soczewki mogą powiększać obrazy. Pisał o tym, jak działa ludzkie oko — opisał soczewkę, siatkówkę, nerw wzrokowy. Jego opisy anatomiczne były tak precyzyjne, że Leonardo da Vinci, siedem wieków później, nie mógł wiele dodać.

Alhazen był też pierwszym, który sformułował to, co dziś nazywamy zasadą najmniejszego czasu — choć nie w matematycznej formie, ale w intuicyjnym rozumieniu. Światło, jego zdaniem, wybiera najłatwiejszą i najszybszą drogę. To później, w XVII wieku, przekształci się w zasadę Fermata.

Gdy Alhazen pracował w Kairze, w Europie powoli budziło się życie intelektualne. Przełom nastąpił w XII i XIII wieku. Europa zaczęła odzyskiwać dostęp do greckich tekstów za pośrednictwem arabskich przekładów. Toledo w Hiszpanii, niedawno odbite z rąk muzułmańskich, stało się centrum translatorskim. Arcybiskup Rajmund z Toledo założył szkołę tłumaczy, gdzie chrześcijanie, żydzi i muzułmanie pracowali ramię w ramię. Przetłumaczono na łacinę dzieła Arystotelesa, komentarze Awerroesa, Alhazena, Awicenny. To była intelektualna rewolucja.

Uniwersytety zaczęły wyrastać jak grzyby po deszczu: Bolonia, Paryż, Oksford, Padwa. Scholastyka, metoda nauczania oparta na logice Arystotelesa i teologii chrześcijańskiej, stała się obowiązującym paradygmatem. Ale scholastyka nie była martwą doktryną. W najlepszym wydaniu była żywą dyskusją, próbą pogodzenia wiary z rozumem, autorytetu z obserwacją.

W Paryżu w XIV wieku działał Jan Buridan, rektor uniwersytetu, człowiek o niezwykle śmiałym umyśle. Buridan zastanawiał się nad problemem ruchu pocisków. Arystoteles uczył, że każde ciało porusza się, dopóki działa na nie siła. Gdy siła ustaje, ciało się zatrzymuje. Ale co z wyrzuconym kamieniem? Kamień opuszcza rękę, ale leci dalej. Arystoteles tłumaczył to działaniem ośrodka: powietrze z przodu kamienia rozstępuje się, z tyłu zamyka i popycha go. To wyjaśnienie było sztuczne i Buridan je odrzucił.

Wprowadził pojęcie „impetu”. Gdy wprawiamy ciało w ruch, nadajemy mu pewną siłę wewnętrzną, pewien ładunek ruchu, który stopniowo wygasa z powodu oporu powietrza. Impet jest proporcjonalny do prędkości i ilości materii. To brzmi znajomo? To proto-pojęcie pędu, antycypacja newtonowskiej zasady bezwładności. Buridan mówił: „Po oddzieleniu się od miotającego, pocisk poruszałby się na zawsze, gdyby nie opór powietrza i ciążenie”. To już o krok od pierwszej zasady dynamiki.

Buridan zastosował swoją teorię impetu także do ruchu ciał niebieskich. Arystoteles sądził, że planety poruszane są przez inteligencje, przez anioły. Buridan zapytał: a jeśli Bóg na początku nadał planetom impet, a one poruszają się do dziś, nie potrzebując już żadnej zewnętrznej siły? To był odważny krok w kierunku mechanicyzacji nieba.

Uczeń Buridana, Mikołaj z Oresme, poszedł jeszcze dalej. Oresme był biskupem Lisieux, ale też matematykiem, fizykiem, muzykiem, tłumaczem Arystotelesa na język francuski. Zastanawiał się nad ruchem obrotowym Ziemi. Czy to możliwe, że to Ziemia się obraca, a nie niebo krąży wokół niej? Wszystkie obserwacje — mówił — dadzą się wytłumaczyć równie dobrze, jeśli przyjmiemy obrót Ziemi. Niebo gwiaździste będzie się nam wydawało, że się porusza, tak jak drzewa na brzegu wydają się płynąć, gdy my płyniemy łodzią.

Oresme przytaczał argumenty przeciwko ruchowi Ziemi i je obalał. Mówiono na przykład: jeśli Ziemia się obraca, to strzała wystrzelona pionowo w górę powinna spaść daleko na zachód, bo Ziemia pod nią ucieknie. Oresme odpowiadał: ale strzała, będąc na Ziemi, uczestniczy w jej ruchu. Gdy ją wystrzelimy, zachowuje ten ruch, więc spada tam, skąd wystartowała. To doskonałe rozumowanie, antycypacja względności ruchu. Oresme doszedł do wniosku, że nie ma dowodu, by Ziemia stała w miejscu, ale odrzucił jej obrót z powodów teologicznych: Pismo Święte mówi, że Jozue zatrzymał Słońce, a nie Ziemię.

W Oksfordzie w tym samym czasie działała tak zwana szkoła kalkulatorów. Thomas Bradwardine, William Heytesbury, Richard Swineshead. Ci myśliciele zajmowali się matematycznym opisem ruchu. Próbowali wyrazić w liczbach to, co Arystoteles opisywał słowami. Bradwardine próbował znaleźć matematyczną zależność między siłą, oporem i prędkością. Nie udało mu się trafić, ale sam fakt, że szukał ilościowego opisu, był nowatorski.

Heytesbury sformułował tak zwane twierdzenie o prędkości średniej. Jeśli ciało porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym, to droga przebyta w danym czasie jest taka sama, jak droga przebyta w tym samym czasie przez ciało poruszające się ruchem jednostajnym z prędkością równą średniej arytmetycznej prędkości początkowej i końcowej. To twierdzenie, znane dziś każdemu uczniowi, zostało udowodnione w Oksfordzie w XIV wieku. Później, w XVI wieku, przejął je Galileusz i wykorzystał w swoich badaniach nad spadkiem swobodnym.

Widzimy więc, że średniowiecze, tak często pogardliwie nazywane wiekami ciemnymi, wcale nie było tak ciemne, jak je malują. To była epoka żywego namysłu nad fizyką Arystotelesa, epoka krytyki, epoka stopniowego odchodzenia od autorytetu na rzecz obserwacji i logiki. Buridan, Oresme, oksfordzcy kalkulatorzy — to oni przygotowali grunt pod rewolucję naukową XVII wieku. Bez nich Galileusz nie miałby na czym budować.

Oczywiście fizyka średniowieczna była jeszcze fizyką jakości, a nie ilości. Wciąż myślano w kategoriach „miejsc naturalnych”, „celowości”, „substancji” i „przypadłości”. Ale pojawiły się już narzędzia do ilościowego opisu ruchu, pojawiła się krytyka arystotelesowskiej teorii impetu, pojawiło się pytanie o ruch Ziemi. To było jak powolne odwijanie się kłębka, który w końcu, w XVI i XVII wieku, rozwinął się w nową naukę.

Zanim jednak do tego dojdzie, musimy wrócić do Polski, do Fromborka, gdzie kanonik warmiński, astronom amator, spędza długie godziny na obserwacjach nieba i na lekturze starych rękopisów. Nazywa się Mikołaj Kopernik. On przeczyta Arystarcha z Samos, przestudiuje Ptolemeusza, pozna poglądy Buridana i Oresme’a. I postanowi zrobić rzecz niebywałą: przywrócić Słońcu centralne miejsce we wszechświecie. Ale to już opowieść na następny rozdział.

Tymczasem warto zatrzymać się na chwilę i pomyśleć o tym, jak krucha jest wiedza. Gdyby nie arabscy tłumacze, gdyby nie skrybowie w klasztorach, gdyby nie niezwykła decyzja kalifa Al-Mamuna, by gromadzić księgi wszystkich ludów, dzieła Arystotelesa, Archimedesa, Ptolemeusza przepadłyby na zawsze. A wraz z nimi przepadłaby ciągłość myśli, która pozwoliła Europie odrodzić się intelektualnie. Wiedza nie jest dana raz na zawsze. Trzeba ją pielęgnować, tłumaczyć, komentować, krytykować, rozwijać. Każde pokolenie musi na nowo odczytywać starych mistrzów i stawiać im nowe pytania.

Taka jest właśnie historia fizyki: niekończąca się rozmowa przez wieki, dialog między umarłymi a żywymi, między greckimi filozofami, arabskimi eksperymentatorami, paryskimi scholastykami i wrocławskim kanonikiem, który odważył się zatrzymać Słońce i poruszyć Ziemię.

Rozdział 3: Nowy obraz nieba

Rewolucja kopernikańska

W małym, gotyckim pokoju na wzgórzu katedralnym we Fromborku, gdzieś na początku XVI wieku, starszy już kanonik warmiński spogląda przez okno na mętne wody Zalewu Wiślanego. Jest wczesny wieczór, na niebie pojawiają się pierwsze gwiazdy. Mężczyzna ma przed sobą stos rękopisów — własne notatki, tabele obserwacji, ale także stare księgi przywiezione z Italii, gdzie przed laty studiował prawo kanoniczne i medycynę, a po godzinach słuchał wykładów z astronomii. Nazywa się Mikołaj Kopernik. I właśnie kończy dzieło swojego życia.

Kopernik od lat nurtuje jedno pytanie. Czy system Ptolemeusza, ten skomplikowany mechanizm epicykli, deferentów i ekwantów, naprawdę oddaje strukturę wszechświata? Czy nie można prościej? Czy nie można piękniej? On, humanista, wychowany na neoplatońskiej idei, że Bóg jest geometrą i matematykiem, że świat jest doskonały i harmonijny, nie może uwierzyć, by Stwórca posłużył się tak pokręconą maszynerią. Musi być jakieś prostsze, bardziej eleganckie wyjaśnienie.

I wtedy przypomina sobie o Arystarchu z Samos. Czyta u Cycerona i Arystotelesa wzmianki o tych, którzy „poruszyli Ziemię”. Czyta w „Listach” Laktancjusza, chrześcijańskiego pisarza z IV wieku, pogardliwe wzmianki o „bezbożnych” głoszących, że Ziemia krąży. I nagle, być może w 1508 roku, jeszcze przed powrotem do Polski, zapisuje w swoim rękopisie „Mały komentarz” — „Commentariolus” — krótkie streszczenie nowej teorii. Zapisuje siedem postulatów, które brzmią jak wyrok śmierci dla starego świata.

Postulat pierwszy: Nie istnieje jeden wspólny środek dla wszystkich okręgów niebieskich. Postulat drugi: Środek Ziemi nie jest środkiem świata, a jedynie środkiem ciężkości i środkiem okręgu Księżyca. Postulat trzeci: Wszystkie sfery krążą wokół Słońca, które jest środkiem świata. Słońce znajduje się w centrum. Ziemia krąży wokół Słońca. To, co wydawało się ruchem Słońca po niebie, jest złudzeniem — jak u Oresme’a, jak u Buridana, ale teraz wyrażonym matematycznie, z pełną świadomością konsekwencji.

Kopernik nie jest rewolucjonistą z temperamentu. Jest człowiekiem ostrożnym, kanonikiem, administratorem dóbr kościelnych, lekarzem, prawnikiem. Wie, że jego teoria jest niebezpieczna. Wie, że Luter i Melanchton już ją potępili, nie znając nawet szczegółów. Luter powie kiedyś: „Ten głupiec chce wywrócić do góry nogami całą sztukę astronomii. Ale jak mówi Pismo Święte, Jozue kazał zatrzymać się Słońcu, a nie Ziemi”. Kopernik wie, że jego księga może wywołać skandal. Dlatego zwleka z publikacją. Latami poprawia, liczy, obserwuje. W końcu, namówiony przez młodego matematyka Jerzego Joachima Retyka, który przyjeżdża do Fromborka specjalnie po to, by poznać mistrza, decyduje się oddać rękopis do druku.

Rękopis trafia do Norymbergi, do luterańskiego drukarza Johanna Petreiusa. Opiekę nad drukiem sprawuje teolog i matematyk Andreas Osiander. I tu dochodzi do pewnej mistyfikacji. Osiander boi się reakcji teologów. Dlatego pisze anonimową przedmowę, którą umieszcza na początku księgi. Pisze w niej, że przedstawione teorie nie muszą być prawdziwe, że to tylko hipotezy matematyczne, użyteczne do obliczeń, ale nie roszczące sobie prawa do opisywania rzeczywistości. „Nie trzeba bowiem, by te hipotezy były prawdziwe, a nawet by były prawdopodobne” — pisze Osiander. „Wystarczy, jeśli podają rachunek zgodny z obserwacjami”.

Kopernik nie ma już siły protestować. Jest stary, schorowany, odsunął od siebie rękopis i wysłał go w świat. W 1543 roku, gdy pierwszy egzemplarz „De revolutionibus orbium coelestium” — „O obrotach sfer niebieskich” — trafia do Fromborka, Kopernik leży na łożu śmierci. Według legendy, obudził się ze śpiączki, zobaczył swoją książkę, dotknął jej i umarł spokojnie. Nie wiedział, że Osiander dodał przedmowę, która wypaczała sens jego dzieła.

Co takiego napisał Kopernik w swoim arcydziele? Przede wszystkim odrzucił ekwanty Ptolemeusza. W jego systemie planety krążą po okręgach, ale z różnymi prędkościami. To wymagało jednak wciąż epicykli — mniejszych okręgów, po których krążą planety, a których środki krążą po większych okręgach wokół Słońca. System Kopernika nie był radykalnie prostszy od ptolemejskiego. Wciąż miał około 30 okręgów. Ale był spójny, piękny, hierarchiczny.

Najważniejsze było to, że Kopernik po raz pierwszy uporządkował planety według ich odległości od Słońca. Merkury najbliżej, potem Wenus, potem Ziemia z Księżycem, potem Mars, Jowisz, Saturn. I wyjaśnił ruch wsteczny planet. To, co w systemie Ptolemeusza wymagało skomplikowanych manewrów epicyklami, u Kopernika stało się naturalną konsekwencją ruchu Ziemi. Gdy Ziemia, krążąc szybciej po mniejszym orbicie, wyprzedza Marsa, ten na tle gwiazd pozornie cofa się. To tak, jakbyś jadąc samochodem, wyprzedzał wolniejszy pojazd — on wydaje ci się jechać do tyłu, choć w rzeczywistości jedzie do przodu, tylko wolniej.

Kopernik pisał piękną, humanistyczną łaciną. Jego dzieło otwiera list dedykacyjny do papieża Pawła III. To mistrzowski zabieg retoryczny. Kopernik pisze, że poświęca swoją książkę papieżowi, by uchronić się przed atakami. Pisze, że jego poprzednicy mieli prawo wymyślać dowolne koła, by ratować zjawiska. Pisze o swojej niechęci do publikacji, o obawie przed pogardą nowości. I wreszcie przechodzi do sedna: „Znalazłem więc u starożytnych, że nie Ziemia jest w centrum, ale Słońce. I pomyślałem, że jeśli Ziemia się porusza, to może uda się wyjaśnić wszystkie ruchy ciał niebieskich prościej niż Ptolemeusz”.

Kopernik nie miał dowodów obserwacyjnych na ruch Ziemi. Nie mógł ich mieć. Jego teleskopy były gołym okiem, a paralaksa gwiazd — pozorne przesunięcie bliskich gwiazd na tle dalekich — była zbyt mała, by ją dostrzec bez instrumentów. To miał być największy problem heliocentryzmu. Jeśli Ziemia krąży wokół Słońca, to gwiazdy powinny zmieniać swoje położenie na niebie w cyklu rocznym. A tego nie widziano. Kopernik odpowiedział, że gwiazdy są tak daleko, że paralaksa jest niewidoczna. Miał rację, ale to brzmiało jak wymówka.

Rewolucja kopernikańska nie dokonała się z dnia na dzień. Książka Kopernika była trudna, matematyczna, dostępna nielicznym. Przez kilkadziesiąt lat czytano ją głównie jako źródło tablic astronomicznych, przydatnych do sporządzania kalendarzy i horoskopów. Przedmowa Osiandra sprawiła, że wielu traktowało heliocentryzm jako hipotezę roboczą, a nie prawdziwy obraz świata. Sam Kościół katolicki nie potępił Kopernika przez długi czas. Dopiero Galileusz, w następnym stuleciu, swoją bezkompromisowością ściągnie na heliocentryzm gromy.

Ale w XVI wieku pojawił się człowiek, który bez teleskopu, bez nowoczesnych instrumentów, samą siłą obserwacji i geniuszu matematycznego, dostarczył dowodów, które utorowały drogę Keplerowi i Newtonowi. Nazywał się Tycho Brahe.

Tycho Brahe był postacią tak barwną, że gdyby żył dziś, byłby bohaterem filmów i książek przygodowych. Urodził się w 1546 roku w duńskiej szlacheckiej rodzinie. Gdy miał rok, został porwany przez swojego bezdzietnego stryja, który wychował go jak własnego syna. Stryj chciał, by Tycho został prawnikiem, ale Bóg — a właściwie niebo — miało inne plany. W 1560 roku, gdy Tycho miał 14 lat, obserwował w Kopenhadze częściowe zaćmienie Słońca. Było to przewidziane z wyprzedzeniem, według tablic astronomicznych. To zrobiło na nim tak wielkie wrażenie, że postanowił poświęcić się astronomii.

Studiował w Lipsku, Wittenberdze, Rostocku. Właśnie w Rostocku przydarzył mu się słynny incydent, który na zawsze zmienił jego wygląd. W 1566 roku, podczas balu u niemieckiego profesora, pokłócił się z innym duńskim szlachcicem, Manderupem Parsbergiem, o to, kto jest lepszym matematykiem. Spór zaostrzył się, wrócili do siebie po kilku dniach i 29 grudnia, w całkowitych ciemnościach, stanęli do pojedynku na szpady. W ciemności Tycho stracił część nosa. Resztę życia spędził z protezą — według jednych ze złota i srebra, według innych z miedzi — którą nosił przyklejoną do twarzy.

Mimo braku nosa, Tycho był człowiekiem niezwykle dumnym, porywczym, ale też genialnym obserwatorem. W 1572 roku, 11 listopada, wychodząc z laboratorium chemicznego, spojrzał w niebo i zobaczył coś, czego nikt przed nim nie widział — nową gwiazdę, tak jasną, że było ją widać w ciągu dnia. W systemie Arystotelesa sfera gwiazd stałych była niezmienna, doskonała. A tu nagle pojawiła się nowa gwiazda. Tycho udowodnił, obserwując jej paralaksę, że znajduje się ona rzeczywiście w sferze gwiazd, a nie w atmosferze. To był pierwszy cios w arystotelizm.

Król Danii, Fryderyk II, chcąc zatrzymać genialnego astronoma w kraju, ofiarował mu w 1576 roku wyspę Hven w cieśninie Sund. Tycho zbudował tam dwa zamki — Uranienborg (Zamek Nieba) i Stjerneborg (Zamek Gwiazd) — które stały się pierwszym w nowożytnej Europie instytutem badawczym. Miał tam warsztaty, papiernię, drukarnię, laboratoria chemiczne i przede wszystkim największe i najdokładniejsze instrumenty astronomiczne, jakie kiedykolwiek zbudowano przed wynalezieniem teleskopu. Kwadranty, sekstanty, sfery armilarne — wszystkie olbrzymich rozmiarów, precyzyjnie wyskalowane, obsługiwane przez zespół asystentów.

Przez 20 lat Tycho systematycznie obserwował niebo. Sporządził katalog pozycji ponad 700 gwiazd z niespotykaną dotąd dokładnością — do jednej minuty kątowej. Obserwował komety, w tym wielką kometę z 1577 roku, i udowodnił, że znajdują się one powyżej sfery Księżyca, a więc sfery niebieskie nie mogą być twardymi, krystalicznymi sferami, bo kometa musiałaby je przebić. To był drugi cios w arystotelizm.

Ale przede wszystkim Tycho obserwował planetę Mars. I to obserwacje Marsa miały zadecydować o przyszłości astronomii. Mars, ze swoją wydłużoną orbitą, był planetą, której ruch najtrudniej było opisać zarówno w systemie Ptolemeusza, jak i Kopernika. Tycho zbierał dane o Marsie przez wiele lat, z niezwykłą precyzją. Gdy zmarł w 1601 roku, po tym jak popadł w niełaskę u nowego króla Danii i musiał emigrować do Pragi, pozostawił po sobie skrzynie notatek obserwacyjnych. Trafiły one w ręce jego ostatniego asystenta — młodego niemieckiego matematyka, Johannesa Keplera.

Kepler był całkowitym przeciwieństwem Tychona. Tycho był panem, magnatem, człowiekiem zmysłowym, żądnym sławy i bogactwa. Kepler był biednym, chorowitym, wiecznie zatroskanym o pieniądze matematykiem, luterańskim pietystą o mistycznych skłonnościach. Tycho obserwował, Kepler myślał. Tycho zbierał dane, Kepler szukał w nich ukrytej harmonii.

Kepler od początku był kopernikaninem. Wierzył w heliocentryzm nie z powodów obserwacyjnych, ale z powodów religijnych i estetycznych. Dla niego Słońce było obrazem Boga Ojca w centrum wszechświata, źródłem światła, ciepła i ruchu. Już w 1596 roku, jako młody człowiek, opublikował „Mysterium Cosmographicum” — „Kosmiczną tajemnicę”. Próbował w niej wyjaśnić odległości planet za pomocą pięciu wielościanów foremnych wpisanych w sfery. Była to koncepcja całkowicie błędna, ale świadczyła o jego niezwykłej wyobraźni matematycznej.

Gdy otrzymał od Tychona dane dotyczące Marsa, postawił sobie zadanie: wyznaczyć orbitę tej planety. Było to zadanie herkulesowe. Bez komputerów, bez logarytmów, bez nowoczesnej matematyki. Kepler rachował, rachował i rachował. Przez cztery lata próbował dopasować orbitę Marsa do okręgu — zgodnie z dogmatem starożytności, że planety muszą krążyć po okręgach. Przymierzał różne pozycje, różne ekscentryczności. W końcu udało mu się — jego model zgadzał się z obserwacjami Tychona z dokładnością do dwóch minut kątowych. To był sukces.

Ale Kepler był perfekcjonistą. Dwie minuty to było w granicach błędu obserwacyjnego Tychona. Mógłby uznać sprawę za zakończoną. Jednak Kepler wiedział, że Tycho nie popełniał błędów większych niż pół minuty. Te dwie minuty różnicy nie dawały mu spokoju. To one, jak sam pisał, stały się dla niego powodem do podjęcia na nowo całej pracy. Postanowił odrzucić okrąg.

To była rewolucja w myśleniu. Przez dwa tysiące lat wszyscy — od Platona przez Arystotelesa po Kopernika — wierzyli, że ciała niebieskie poruszają się po okręgach, bo okrąg jest figurą doskonałą. Kepler odważył się powiedzieć: może nie. Może Bóg, choć doskonały, nie musi tworzyć doskonałych figur. Może prawda jest inna. I zaczął próbować innych krzywych.

Próbował owali, próbował jajowatych kształtów. W końcu, po latach obliczeń, doszedł do wniosku, że orbita Marsa jest elipsą, a Słońce znajduje się w jednym z jej ognisk. Sformułował to w 1609 roku w dziele „Astronomia nova” — „Nowa Astronomia”. Było to pierwsze z trzech praw Keplera, które na zawsze zmieniły astronomię.

Pierwsze prawo Keplera: Planety krążą wokół Słońca po elipsach, a Słońce znajduje się w jednym z ognisk tych elips. Drugie prawo: Promień wodzący planety — linia łącząca planetę ze Słońcem — zakreśla w równych odstępach czasu równe pola. Inaczej mówiąc, planeta porusza się szybciej, gdy jest bliżej Słońca, i wolniej, gdy jest dalej. Trzecie prawo Keplera, opublikowane dziesięć lat później w „Harmonices Mundi” — „Harmonii świata” — mówiło, że kwadrat okresu obiegu planety wokół Słońca jest proporcjonalny do sześcianu jej średniej odległości od Słońca.

Kepler pisał o swoim odkryciu z uniesieniem mistyka, który dostąpił objawienia: „To, co przed szesnastu laty uznałem za rzecz, do której należy dążyć, i dla zbadania której udałem się do Tychona Brahe… w końcu, po wielu trudach, po wielu przeciwnościach, po dwudziestu dwóch latach zmagań, znalazłem i odkryłem. I teraz, gdy oto już świta, gdy już widzę światło, nic już nie jest w stanie mnie powstrzymać. Szaleję z radości, wyzywam śmiertelników: oto, co znalazłem!”.

Prawa Keplera były czysto opisowe. Kepler nie wiedział, dlaczego planety poruszają się po elipsach. Nie wiedział, jaka siła je do tego zmusza. Przeczuwał, że to Słońce jakoś oddziałuje na planety, wyobrażał sobie, że wysyła ono jakieś „species immateriata” — jakieś niematerialne obrazy, które popychają planety. Myślał nawet o magnetyzmie, bo wiedział, że Ziemia jest wielkim magnesem. Ale prawdziwe wyjaśnienie miał przynieść dopiero Izaak Newton, siedemdziesiąt lat później.

Zanim jednak do tego dojdziemy, musimy wspomnieć o jeszcze jednym bohaterze tej epoki — o Giordanie Brunie. Bruno był włoskim filozofem, dominikaninem, który odrzucił habit i stał się wędrownym głosicielem panteistycznej filozofii. Przeczytał Kopernika i poszedł o wiele dalej. Skoro Ziemia krąży wokół Słońca, a nie jest centrum, to może Słońce też nie jest centrum? Może gwiazdy to inne słońca, otoczone swoimi planetami? Może wszechświat jest nieskończony, pełen niezliczonych światów, zamieszkałych przez istoty podobne do nas? Bruno głosił te heretyckie poglądy w całej Europie. W końcu został schwytany przez inkwizycję, osądzony i 17 lutego 1600 roku spalony na stosie na Campo de” Fiori w Rzymie. Nie za heliocentryzm — za herezje teologiczne, za zaprzeczanie boskości Chrystusa, za panteizm. Ale jego śmierć stała się symbolem oporu wobec ciemiężycieli myśli.

Tymczasem, gdy Kepler drukował swoje prawa, we Włoszech pewien profesor matematyki z Padwy budował swój pierwszy teleskop. Nazywał się Galileo Galilei. Jego obserwacje miały dostarczyć pierwszych bezpośrednich dowodów na słuszność kopernikanizmu. Ale to już opowieść na następny rozdział.

Rewolucja kopernikańska dokonała się. Nie w jednym akcie, nie w jednym pokoleniu. Kopernik rzucił wyzwanie, Tycho dostarczył danych, Kepler znalazł w nich matematyczną harmonię. Świat już nigdy nie był taki sam. Ziemia przestała być centrum. Człowiek przestał być najważniejszym stworzeniem we wszechświecie. Rozpoczęła się wielka przygoda nowożytnej nauki, która trwa do dziś. I choć dziś wiemy, że Słońce też nie jest centrum, że krąży wokół centrum Galaktyki, a Galaktyka wokół centrum gromady, to właśnie ci trzej — Polak, Duńczyk i Niemiec — otworzyli nam oczy na prawdziwą strukturę kosmosu. Ich odwaga, upór i geniusz sprawiły, że ludzkość spojrzała w niebo i zobaczyła je takim, jakim jest naprawdę.

Rozdział 4: Odkrywanie praw ruchu na Ziemi

Galileusz i eksperyment

Rok 1581. W katedrze w Pizie, w mieście, które wydało na świat tylu znakomitych obywateli, siedemnastoletni student medycyny nudzi się podczas mszy. Jego imię brzmi Galileo Galilei. Jest synem Vincenza Galileiego, znakomitego lutnisty i teoretyka muzyki, człowieka o niezależnym umyśle, który nauczył syna, że autorytet nie zawsze ma rację — nawet jeśli chodzi o muzykę, można mieć własne zdanie.

Młody Galileo, zamiast słuchać kazania, wpatruje się w żyrandol wiszący wysoko pod kopułą. Ktoś przed chwilą go zapalił, wprawiając w ruch wahadłowy. I nagle Galileo dostrzega coś dziwnego. Żyrandol, choć wychylenia stają się coraz mniejsze, bo wiatr ustał, wydaje się wracać w tym samym rytmie. Mierzy czas uderzeniami własnego pulsu — to jedyny zegar, jaki ma do dyspozycji. I rzeczywiście: okres wahań pozostaje ten sam, niezależnie od amplitudy. Im dłużej patrzy, tym bardziej utwierdza się w swoim spostrzeżeniu.

Czy to prawda historyczna? Być może legenda, jak ta z jabłkiem Newtona. Ale nawet jeśli to tylko opowieść, doskonale oddaje istotę geniuszu Galileusza: dostrzeganie prawidłowości tam, gdzie inni widzą tylko przypadek. To spostrzeżenie — izochronizm wahadła — będzie miało ogromne znaczenie. Pół wieku później, schorowany i tracący wzrok starzec, podyktuje swojemu uczniowi Vincenzio Vivianiemu projekt zegara wahadłowego, który zrewolucjonizuje pomiar czasu. Ale zanim do tego dojdzie, przed Galileuszem jeszcze długa droga.

Studia medyczne w Pizie nie trwają długo. Galileusza znacznie bardziej od medycyny interesuje matematyka. Pewnego dnia, być może przypadkiem, trafia na wykład geometrii. To, co słyszy, fascynuje go tak bardzo, że postanawia porzucić karierę lekarza. Ojciec jest zrozpaczony — matematyk zarabia ułamek tego, co lekarz. Ale widzi upór syna i w końcu ustępuje. Galileusz opuszcza uniwersytet bez dyplomu, ale z głową pełną pomysłów.

Przez kilka lat daje prywatne lekcje we Florencji i Sienie, pisze drobne prace, konstruuje przyrządy. W 1589 roku, dzięki protekcji, otrzymuje katedrę matematyki na swoim macierzystym uniwersytecie w Pizie. Ale to nie jest dobre miejsce dla kogoś, kto kwestionuje autorytety. Profesorowie w Pizie w większości są arystotelikami. Uczą, że ciała cięższe spadają szybciej od lżejszych, bo — jak pisał Arystoteles — prędkość spadania jest proporcjonalna do ciężaru. Galileusz ma wątpliwości.

I tu wkracza legenda — ta najsłynniejsza z wszystkich. Mówi się, że Galileusz wszedł na Krzywą Wieżę w Pizie i zrzucił z niej dwie kule: jedną ciężką, drugą lekką. Obie spadły na ziemię w tej samej chwili, ku zdumieniu zgromadzonych poniżej profesorów, którzy nie chcieli uwierzyć własnym oczom. Legenda jest piękna, ale historycy mają wątpliwości, czy rzeczywiście miała miejsce. Sam Galileusz nigdy o niej nie wspomina w swoich pismach. Opowiada raczej o eksperymentach z równiami pochyłymi, które pozwalały mu „rozcieńczać” grawitację i mierzyć czas za pomocą własnego pulsu lub śpiewu.

Niezależnie od prawdy, jedno jest pewne: Galileusz odkrył, że w próżni wszystkie ciała spadają z tym samym przyspieszeniem, niezależnie od masy. Sformułował prawo, które dziś nazywamy słabą zasadą równoważności — antycypację tego, co trzy wieki później stanie się fundamentem ogólnej teorii względności Einsteina. To był cios wymierzony w fizykę Arystotelesa. Ale Galileusz nie poprzestał na tym.

W 1592 roku opuszcza Pizę — atmosfera jest dla niego zbyt duszna, a kontrakty niepewne. Przeprowadza się do Republiki Weneckiej, na Uniwersytet w Padwie. To będą „najlepsze osiemnaście lat mojego życia” — jak sam później powie. W Padwie może oddychać swobodniej. Republika Wenecka jest bardziej tolerancyjna, mniej związana z papiestwem. Galileusz wykłada geometrię, mechanikę i astronomię. Konstruuje przyrządy — termoskop, czyli pierwowzór termometru, wagę hydrostatyczną, kompas wojskowy. Prowadzi badania nad ruchem, które będą owocować przez następne dekady.

I wtedy, latem 1609 roku, dociera do niego wieść z Holandii. Jakiś wytwórca okularów, Hans Lippershey, skonstruował osobliwą lunetę, która pozwala widzieć rzeczy dalekie, jakby były blisko. Galileusz nie ma dostępu do holenderskiego wynalazku, ale ma coś znacznie cenniejszego — umysł fizyka i matematyka. Na podstawie skąpych opisów domyśla się, jak zbudowana jest soczewka wypukła i wklęsła. Bierze się do pracy.

Własnoręcznie szlifuje szkła. Najpierw powstaje luneta o trzykrotnym powiększeniu. Potem ośmiokrotnym. W końcu — trzydziestokrotnym. To już nie jest zabawka, to instrument naukowy. Galileusz wie, że teleskop może być użyteczny dla weneckich kupców i admirałów — pozwala dostrzec statki na horyzoncie znacznie wcześniej, niż dostrzeże je gołe oko. Demonstruje swój wynalazek władzom Wenecji, które są zachwycone. W nagrodę otrzymuje dożywotnie, podwojone wynagrodzenie na uniwersytecie.

Ale Galileusz ma znacznie śmielsze plany. Pewnej jesiennej nocy, 30 listopada 1609 roku, kieruje swój teleskop ku Księżycowi. To, co widzi, zapiera mu dech w piersiach.

Przez dwa tysiące lat uczono, że ciała niebieskie są doskonałe, gładkie, zbudowane z eteru — innej substancji niż ziemska materia. Arystoteles mówił o tym z całą stanowczością. Tymczasem Galileusz widzi góry, doliny, kratery. Widzi nierówności, cienie rzucane przez szczyty, które pozwalają mu nawet oszacować wysokość gór. Księżyc jest podobny do Ziemi. Jest z tej samej, niedoskonałej materii.

Galileusz bierze do ręki pędzel i maluje akwarele. Powstają piękne, precyzyjne rysunki tarczy księżycowej w różnych fazach. Będą one zdobić jego małą książeczkę, która ukaże się w marcu 1610 roku. Nosi tytuł „Sidereus Nuncius” — „Gwiezdny Posłaniec”.

To jedna z najważniejszych książek w dziejach nauki. Jest niewielka, napisana zwięźle, rzeczowo, po łacinie, by mogła czytać ją cała uczona Europa. Galileusz opisuje w niej nie tylko góry na Księżycu. Opowiada o tym, że Droga Mleczna, ta mleczna wstęga na niebie, to tak naprawdę ogromne skupisko słabych gwiazd, niewidocznych gołym okiem. Opowiada o tym, że przy teleskopie widać ich znacznie więcej, niż ktokolwiek przypuszczał.

Ale największa sensacja kryje się w obserwacjach Jowisza. 7 stycznia 1610 roku Galileusz dostrzega trzy małe gwiazdki w pobliżu planety. Są ustawione w linii prostej. Myśli, że to zwykłe gwiazdy. Ale następnej nocy patrzy znowu — i widzi, że układ się zmienił. Przez kolejne tygodnie obserwuje systematycznie. Odkrywa, że te gwiazdki krążą wokół Jowisza, tak jak Księżyc krąży wokół Ziemi. Odkrywa cztery księżyce Jowisza — te, które dziś nazywamy galileuszowymi.

To odkrycie ma ogromne znaczenie. Oznacza bowiem, że nie wszystko w kosmosie krąży wokół Ziemi. Jowisz ma swoje własne centrum, swoją własną rodzinę. Jeśli Jowisz może mieć księżyce, to i Ziemia może krążyć wokół Słońca, zachowując swój własny Księżyc. Argument geocentrystów, że wszystko musi krążyć wokół Ziemi, upada.

Galileusz jest teraz sławny. „Sidereus Nuncius” rozchodzi się po Europie jak iskra po suchym stepie. Kepler pisze entuzjastyczny list, wyrażając poparcie. Ale nie wszyscy są zachwyceni. Niektórzy filozofowie, przywiązani do Arystotelesa, odmawiają nawet spojrzenia przez teleskop. Twierdzą, że to, co widać, to złudzenie, że soczewki oszukują. Jeden z nich, Cesare Cremonini, kolega Galileusza z Padwy, powie podobno: „Nie chcę oglądać przez tę rurę, bo i tak nie uwierzę”. Inni utrzymują, że skoro Arystoteles nie widział gór na Księżycu, to ich nie ma.

Galileusz, człowiek o ciętym języku, nie pozostaje dłużny. W listach do Keplera śmieje się z tych „głupców”, którzy zamykają oczy na światło prawdy. „Chciałbym, żebyśmy mogli się pośmiać z niezwykłej głupoty pospólstwa” — pisze. Ale jego ironia będzie go kosztować. Będzie sobie robił wrogów w środowisku akademickim, a w końcu także w Kościele.

Kolejne odkrycia tylko podsycają ogień. Galileusz obserwuje Wenus i odkrywa, że ma ona fazy — tak jak Księżyc. To jest dowód, którego nie sposób podważyć. W systemie Ptolemeusza Wenus, krążąc wokół Ziemi, zawsze powinna być widoczna jako sierp lub wąski rogalik, nigdy jako pełna tarcza. W systemie Kopernika, jeśli Wenus krąży wokół Słońca, to gdy jest po tej samej stronie Słońca co Ziemia, widzimy ją jako sierp; gdy po przeciwnej — jako pełną tarczę. Galileusz widzi pełną tarczę Wenus. To oznacza, że Wenus krąży wokół Słońca.

Obserwuje też Słońce. Odkrywa na nim plamy. To kolejny cios w arystotelesowską doskonałość nieba. Słońce ma skazy. Co więcej, plamy przesuwają się, co dowodzi, że Słońce obraca się wokół własnej osi. Jeśli Słońce może się obracać, to dlaczego Ziemia nie miałaby tego robić?.

Galileusz jest teraz przekonany, że Kopernik miał rację. Ale on nie jest tylko obserwatorem. Jest też fizykiem, który chce zrozumieć, jak działa świat. I tutaj dokonuje rzeczy równie wielkich, jak odkrycia astronomiczne.

Przez lata, w Padwie, prowadził systematyczne badania nad ruchem. Nie miał stoperów — w jego czasach nie było dokładnych zegarów. Miał własny puls, miał śpiew, miał wodę. Skonstruował prosty chronograf: naczynie z wodą, z małym otworem u dołu, które wpuszczało wodę do zlewki podczas trwania eksperymentu. Potem ważył wodę i w ten sposób mierzył czas.

Na równiach pochyłych — długich, gładkich deskach z wyżłobionym rowkiem, pokrytych pergaminem dla zmniejszenia tarcia — toczył kulę z brązu. Mierzył, jak długo stacza się na różne odległości. Odkrył, że droga przebyta w ruchu jednostajnie przyspieszonym jest proporcjonalna do kwadratu czasu. Innymi słowy: jeśli ciało spada swobodnie, to w pierwszej sekundzie przebywa pewną odległość, w drugiej sekundzie — trzy razy większą, w trzeciej — pięć razy większą, i tak dalej. Całkowita droga po dwóch sekundach jest cztery razy większa niż po jednej sekundzie, po trzech sekundach — dziewięć razy większa.

To było prawo, które dziś zna każdy uczeń: s = (1/2)gt². Galileusz nie zapisał go w tej formie — nie używał symboli algebraicznych w nowoczesnym sensie. Ale opisał je słowami, precyzyjnie i matematycznie.

Badał też rzuty. Strzelając z armat lub rzucając kamieniami, ludzie od wieków wiedzieli, że pocisk leci po łuku. Galileusz odkrył, że ten łuk to parabola. I co więcej, potrafił to udowodnić. Pokazał, że ruch pocisku można rozłożyć na dwa niezależne ruchy: poziomy, jednostajny (gdyby nie grawitacja, pocisk leciałby wiecznie z tą samą prędkością), i pionowy, jednostajnie przyspieszony (spadanie pod wpływem grawitacji). Złożenie tych dwóch ruchów daje właśnie parabolę.

To było fundamentalne odkrycie. Oznaczało, że ruch można analizować, rozkładać na składowe, badać niezależnie. To był początek nowożytnej mechaniki.

Ale największym osiągnięciem Galileusza w dziedzinie fizyki było sformułowanie zasady względności i zasady bezwładności. Wyobraź sobie, że jesteś w zamkniętej kajucie statku. Statek płynie ruchem jednostajnym po gładkim morzu. Czy możesz, nie wyglądając przez okno, stwierdzić, że statek się porusza? Galileusz odpowiada: nie. Wszystkie doświadczenia mechaniczne — spadanie kropli, ruch wahadła, skoki — będą wyglądały tak samo, jakby statek stał w miejscu.

To jest zasada względności Galileusza. Sto lat później stanie się fundamentem mechaniki Newtona, a trzysta lat później — szczególnej teorii względności Einsteina.

Zasada bezwładności: Galileusz odrzucił arystotelesowskie przekonanie, że do utrzymania ruchu potrzebna jest ciągła siła. Jeśli toczysz kulę po idealnie gładkiej, poziomej powierzchni — mówił — i jeśli usuniesz wszelkie przeszkody i opory, kula będzie toczyć się wiecznie. To ciało samo z siebie nie zmienia swojego stanu ruchu; jeśli spoczywa, pozostaje w spoczynku, jeśli się porusza, porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, dopóki jakaś siła tego ruchu nie zmieni.

To była rewolucja w myśleniu. Arystoteles uważał, że ruch wymaga ciągłego popychania. Galileusz zrozumiał, że to zmiana ruchu — przyspieszenie, hamowanie, zmiana kierunku — wymaga siły. Sam ruch jest „darmowy”, jest stanem naturalnym, tak jak spoczynek.

Wszystkie te odkrycia — prawo spadania, ruch paraboliczny, zasada względności, zasada bezwładności — zostały zebrane w dziele, które Galileusz napisał pod koniec życia, już po procesie, już po skazaniu, już pod domowym aresztem. Nosi tytuł „Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze” — „Rozmowy i dowodzenia matematyczne z dwóch nowych nauk”. Ukazało się w 1638 roku w Lejdzie, w protestanckiej Holandii, gdzie cenzura rzymska nie sięgała.

To arcydzieło. Galileusz, już niewidomy, dyktuje swoim uczniom — Vivianiemu i Torricellemu. Prowadzi fikcyjny dialog między trzema postaciami: Salviatim (który wyraża poglądy Galileusza), Sagredem (światłym człowiekiem, który zadaje pytania) i Simpliciem (upartym arystotelikiem, który broni starych poglądów i często wychodzi na głupca). W tej formie, lekkiej i przystępnej, Galileusz wykłada mechanikę i wytrzymałość materiałów.

Ale zanim do tego doszło, rozegrał się dramat, który na zawsze naznaczył biografię Galileusza i relacje nauki z wiarą.

W 1611 roku Galileusz jedzie do Rzymu. Zostaje przyjęty z honorami. Jezuici z Collegium Romanum potwierdzają jego odkrycia. Papież Paweł V udziela mu długiej audiencji. Galileusz zostaje członkiem prestiżowej Akademii Linceańskiej. Wydaje się, że wszystko idzie dobrze. Ale w 1613 roku pisze list do swojego ucznia Benedetta Castellego, w którym tłumaczy, jak należy rozumieć Pismo Święte w świetle odkryć naukowych. Twierdzi, że Pismo uczy, jak iść do nieba, a nie jak idzie niebo. Że w sprawach przyrody należy odwoływać się do rozumu i obserwacji, a nie do literalnego odczytania Biblii.

List trafia do wielkoksiężnej Toskanii, Krystyny Lotaryńskiej, która jest głęboko pobożna i zaniepokojona nowinkami. Tydzień później dominikanin Tommaso Caccini wygłasza w kościele Santa Maria Novella we Florencji kazanie przeciwko Galileuszowi. Cytuje przypowieść o Jozuem, który zatrzymał Słońce. Jeśli Jozue zatrzymał Słońce, to znaczy, że to Słońce się porusza, a nie Ziemia. Teoria Kopernika jest więc sprzeczna z Biblią.

Sprawa trafia do Inkwizycji. W 1615 roku Galileusz jedzie do Rzymu, by bronić swoich poglądów. Kardynał Robert Bellarmin, jeden z najwybitniejszych teologów tamtej epoki, ten sam, który nadzorował proces Giordana Bruna, przyjmuje go życzliwie. Mówi Galileuszowi, że może traktować heliocentryzm jako hipotezę matematyczną, użyteczną do obliczeń, ale nie może nauczać, że jest to prawda fizyczna, dopóki nie zostanie niezbicie udowodniona.

W 1616 roku Inkwizycja orzeka, że teza o nieruchomości Słońca w centrum wszechświata jest „głupia i absurdalna pod względem filozoficznym i formalnie heretycka”, a teza o ruchu Ziemi jest „co najmniej błędna w wierze”. Dzieło Kopernika zostaje umieszczone w Indeksie Ksiąg Zakazanych „donec corrigatur” — dopóki nie zostanie poprawione. Galileusz otrzymuje upomnienie, by nie nauczał heliocentryzmu jako prawdy.

Przez następne lata Galileusz jest ostrożny. W 1623 roku na tron papieski wstępuje jego przyjaciel i mecenas, kardynał Maffeo Barberini, przyjmując imię Urban VIII. Galileusz jedzie do Rzymu z nadzieją, że uda mu się odwołać zakaz. Urban przyjmuje go życzliwie, mówi, że Kościół nigdy nie uznał Kopernika za heretyka, i daje Galileuszowi pozwolenie na napisanie książki o obu systemach świata — pod warunkiem, że potraktuje je obiektywnie i nie będzie opowiadał się po żadnej stronie.

Galileusz wraca do Florencji i pisze „Dialog o dwu najważniejszych układach świata, ptolemeuszowym i kopernikańskim”. Kończy go w 1630 roku. Aby uzyskać imprimatur — zgodę cenzury kościelnej — jedzie do Rzymu. Ale w Rzymie wybucha epidemia dżumy, kontakty są utrudnione, procedury się przeciągają. Ostatecznie Galileusz uzyskuje zgodę we Florencji, od tamtejszego inkwizytora. Książka ukazuje się w 1632 roku.

„Dialog” jest napisany mistrzowsko. Trzej dyskutanci: Salviati (kopernikanin), Sagredo (światły laik) i Simplicio (arystotelik). Rozmowa trwa cztery dni. Salviati bez trudu odpiera argumenty Simplicia, który często milknie zawstydzony. Na końcu książki, w dniu czwartym, Salviati przedstawia teorię pływów — swoją własną, błędną zresztą — jako dowód na ruch Ziemi.

I tu pojawia się katastrofa. Urban VIII, czytając książkę, rozpoznaje w argumentach Simplicia na zakończenie własne słowa, które kiedyś wypowiedział do Galileusza. Te słowa, włożone w usta prostaczka, brzmią jak kpina. Papież czuje się zdradzony i ośmieszony. Jego dawna życzliwość dla Galileusza zamienia się w gniew.

Sprawa trafia przed trybunał Inkwizycji. Galileusz, stary i chory, zostaje wezwany do Rzymu. Proces trwa od kwietnia do czerwca 1633 roku. Grożą mu tortury, choć prawdopodobnie nie zostały zastosowane. 22 czerwca Galileusz klęczy w klasztorze Santa Maria sopra Minerva i czyta tekst wyrzeczenia. Wyrzeka się „fałszywego poglądu, że Słońce jest centrum wszechświata i jest nieruchome, a Ziemia nie jest centrum i się porusza”. Według legendy, gdy wstaje, szepcze pod nosem: „Eppur si muove” — „A jednak się porusza”. Czy to prawda? Nie wiemy. Być może legenda, ale piękna. Oddaje ducha człowieka, który musiał ugiąć się przed siłą, ale nie wyrzekł się prawdy w sercu.

Galileusz zostaje skazany na dożywotnie więzienie, zamienione na areszt domowy. Wraca do swojej willi w Arcetri, pod Florencją. Jest niewidomy, schorowany, ale nie przestaje pracować. Dyktuje „Dwóm nowym naukom”. Odwiedzają go uczniowie — Torricelli, Viviani. Koresponduje z uczonymi w całej Europie. Umiera 8 stycznia 1642 roku, mając 77 lat. W tym samym roku, w Anglii, urodzi się Izaak Newton — człowiek, który dokończy dzieło Galileusza i Keplera, tworząc teorię grawitacji.

Galileusz był gigantem. Nie dlatego, że miał zawsze rację — nie miał, mylił się w teorii pływów, mylił się w kwestii komet, odrzucał eliptyczne orbity Keplera. Był gigantem, ponieważ wprowadził do nauki nową metodę: metodę eksperymentu, pomiaru, matematycznego opisu. Jak trafnie ujmuje to hasło na Wikipedii, Galileusz „zapoczątkował użycie eksperymentu jako środka potwierdzającego teorię fizyczną, co stało się kluczową ideą metody naukowej”. Był pierwszym nowożytnym fizykiem, który powiedział: nie wierz Arystotelesowi, nie wierz autorytetom, wierz własnym oczom, własnym pomiarom, własnemu rozumowi. I za to właśnie go czcimy.

Jego proces i potępienie na długie lata odstraszyły włoskich uczonych od śmiałych badań. Nauka we Włoszech zamarła na pokolenia. Ale idee Galileusza nie dały się zamknąć w Indeksie Ksiąg Zakazanych. Przekroczyły Alpy, dotarły do protestanckiej Europy Północnej. Tam, w Anglii i Holandii, mogły swobodnie kiełkować i wydać owoc w postaci rewolucji naukowej XVII wieku. Na progu tej rewolucji stoi właśnie Galileusz — ojciec nowożytnej fizyki, człowiek, który odważył się spojrzeć w niebo i na ziemię i zobaczyć je takimi, jakimi są naprawdę.

Rozdział 5: System świata

Izaak Newton i unifikacja fizyki

Rok 1665. Anglia pogrąża się w koszmarze Wielkiej Zarazy. Londyn wymiera, uniwersytety są zamykane, a dwudziestodwuletni student Trinity College w Cambridge, Izaak Newton, wraca do rodzinnego Woolsthorpe w hrabstwie Lincolnshire. Dla Anglii to czas grozy i śmierci. Dla nauki — jeden z najbardziej płodnych okresów w dziejach ludzkości.

Młody Newton, jak sam później wspominał, przeżywał wówczas „najlepsze dni swojego życia twórczego”. Odcięty od świata, samotny, z głową pełną lektur — przeczytał już Kartezjusza, Galileusza, Keplera, Hooke’a — spędza długie godziny na rozmyślaniach. W ogrodzie, pod jabłonią, patrzy na księżyc i na spadające jabłka. I zadaje sobie pytanie, które przez wieki nie dawało spokoju największym umysłom: czy ta sama siła, która przyciąga jabłko do ziemi, utrzymuje księżyc na jego orbicie?

Przeczytałeś bezpłatny fragment.
Kup książkę, aby przeczytać do końca.

E-book

za 15.75

drukowana A5

za 59.42

Bezpłatny fragment - Historia fizyki

Książka została utworzona z pomocą AI

Dzieci też mogą pisać!