I byłem jak astronom, gdy olśnionym okiem
Nową w swym gospodarstwie planetę dostrzeże;
Albo zuchwały Cortez, kiedy orlim wzrokiem
Dojrzał z dala Pacyfik, a jego rycerze
To na siebie patrzyli w zdumieniu głębokim,
To na widzialne z góry Darienu wybrzeże.
J. Keats
Trinity College nie było wyjątkiem wśród uczelni. W siedemnastowiecznej Europie autentyczne życie umysłowe przeniosło się z uniwersytetów do domów prywatnych i nowo zakładanych instytucji, takich jak akademie, towarzystwa naukowe, obserwatoria. Charakterystyczną postacią ówczesnej nauki – filozofii – jak ją wciąż nazywano, był amator mający nieakademickie źródła utrzymania. Uniwersytety trwały w niezmiennych ramach scholastyki. Poza nimi zaś powstała ruchliwa nowa Europa filozofów, odwiedzających się nawzajem, komunikujących się coraz szybciej dzięki wymianie listów, dzięki książkom (wydawanym niemal jednocześnie w językach narodowych oraz po łacinie – na użytek międzynarodowej społeczności uczonych) i wreszcie, w drugiej połowie wieku, dzięki czasopismom naukowym, takim jak „Philosophical Transactions” czy „Journal des Sçavans”.
Przewrót umysłowy, który dokonał się w ciągu XVII wieku, nazwany został rewolucją naukową. Była to bez wątpienia najgłębsza mutacja naszej kultury od czasów starożytnych. Dopiero z oddalenia kilkuset lat widać, że przemianę tę zapoczątkowała nieliczna grupa ludzi, często nie znających się osobiście, pracując nad abstrakcyjnymi i dalekimi od potocznej praktyki zagadnieniami. W następstwie ich pracy przeobraziła się nie tylko technika, lecz zmienił się również system pojęć i sposób myślenia o świecie – dziś trudniej nam odtworzyć świat wyobrażeń naszych przodków sprzed rewolucji naukowej niż ówczesną cywilizację materialną.
Izaak Newton żył w wyjątkowej epoce – kiedy zadawano najbardziej fundamentalne pytania i udzielano na nie całkiem nowych odpowiedzi, zrywających z odwieczną, liczącą tysiąclecia tradycją. Nic więc dziwnego, że programy uniwersyteckie stały się beznadziejnie przestarzałe. Zarówno sami odkrywcy, jak i ci, którzy zaczytywali się ich książkami, mieli świadomość, że oto odsłania się przed nimi prawda, jakiej nie znały i nawet nie przeczuwały poprzednie pokolenia.
Rewolucja naukowa zaczęła się niemal równo sto lat przed urodzeniem Newtona. Za symboliczną datę jej początku uznać można rok 1543, gdy ukazało się dzieło Kopernika O obrotach sfer niebieskich. Traktat Kopernika przewracał do góry nogami zasady astronomii. Objaśniał ruchy planet na niebie zakładając, że Ziemia jest również jedną z poruszających się planet. Z punktu widzenia zdrowego rozsądku wspartego całym autorytetem Arystotelesa propozycja była absurdalna. Doświadczenie uczy, że ciała pozostawione samym sobie poruszają się swoim ruchem naturalnym bądź spoczywają. Dym wznosi się do góry, ponieważ jest lekki, kamień spada, ponieważ jest ciężki, a ciała niebieskie – które nie są ani lekkie, ani ciężkie – krążą wiecznie i niezmiennie po okręgach. Ciała niebieskie zbudowane są z innego elementu niż ciała na Ziemi, gdzie wszystko podlega prawom wzrostu i ginięcia.
Kopernik kierował się z jednej strony względami czysto astronomicznymi – przyjęcie ruchu Ziemi objaśniało pewne prawidłowości, inaczej niemożliwe do wyjaśnienia, z drugiej zaś – przemawiały mu do przekonania filozoficzne argumenty o centralnym, a więc najdoskonalszym położeniu Słońca.
Reforma astronomii podjęta przez Kopernika przez następne pół wieku nie doczekała się kontynuacji. Paradoksalne twierdzenie, że to nie Słońce krąży wokół Ziemi, lecz odwrotnie, było zbyt śmiałe, aby traktowano je poważnie. Elegancja astronomicznej teorii nie była argumentem dla nieastronomów, zresztą w szczegółach teoria była niewiele prostsza niż zawiły system Ptolemeusza. Porzucenie odwiecznego i naturalnego przekonania o nieruchomości Ziemi było trudne nie tylko dla naiwnych prostaczków. Jeszcze w XIII wieku, w czasach, gdy „katedry były białe, a filozofowie klarowni”, panująca filozofia Arystotelesa i teologia chrześcijańska złączone zostały w jedną, harmonijną całość, jaką znamy z Boskiej Komedii Dantego Alighieri. Kosmos był ogromną, przejrzystą i świetlistą kulą, ożywianą przez „miłość, co wprawia w ruch słońce i gwiazdy”. Ruch ten przekazywany był następnie coraz niżej aż po Ziemię. Jeszcze niżej było piekło. Porządek kosmologiczny odzwierciedlał porządek moralny. Nieuchronną konsekwencją teorii Kopernika musiało być zburzenie tej wielkiej jedności w imię czegoś tak chimerycznego jak prawda filozofów.
Dopiero na przełomie wieków XVI i XVII system Kopernika doczekał się paru wybitnych zwolenników. Pierwszym był Johannes Kepler, który dzięki wieloletniej benedyktyńskiej pracy nad danymi obserwacyjnymi Tychona de Brahe nadał teorii Kopernika jej obecną formę i podał matematyczne prawa rządzące ruchem planet. Prace Keplera nie znajdowały jednak szerokiego uznania, były bowiem trudne i często uważane za dziwaczne.
Tymczasem dane obserwacyjne zaczęły coraz wyraźniej przemawiać przeciw tradycyjnemu obrazowi niezmiennych niebios. Najpierw w roku 1572, a później w 1604 pojawiły się na okres kilku miesięcy nigdy wcześniej nie obserwowane nowe gwiazdy. Co więcej, obserwacje wykazały, że muszą to być naprawdę gwiazdy – znajdowały się bowiem bardzo daleko od Ziemi. Największe jednak wrażenie wywołały odkrycia, których dokonał Galileo Galilei. W 1609 roku dowiedział się o najnowszym wynalazku Holendrów – lunecie. Wkrótce sam zbudował sobie podobny przyrząd i skierował go na niebo. Wyniki obserwacji opisał w dziełku Sidereus nuncius (Gwiezdne posłanie), które stało się największą naukową sensacją stulecia, a jego czterdziestopięcioletni autor zdobył sławę. Okazało się bowiem, że luneta pozwala dostrzec rzeczy, które dotąd bywały co najwyżej poetycką fantazją, np. Lukan opowiada, jak dusza Pompejusza z pogrzebowego stosu wzniosła się aż do sfery Księżyca. Teraz dzięki lunecie można było zobaczyć na własne oczy, że Księżyc pokryty jest górami i dolinami, obszarami niebieskimi jak morza lub zatoki i jaśniejszymi jak lądy, że krótko mówiąc, nie różni się zbytnio od Ziemi. Okazało się również, że planeta Wenus wykazuje fazy podobnie jak Księżyc, co z kolei oznacza, że przynajmniej ona musi krążyć wokół Słońca – inaczej Słońce nie mogłoby oświetlać jej w taki sposób. Samo Słońce, oko świata, okazało się pokryte ciemnymi plamami, które zmieniały się z czasem. Odkrycie to było wstrząsem dla współczesnych, jak byłoby wstrząsem dla Kopernika niezachwianie wierzącego w doskonałość Słońca. Najwymowniejszy widok stanowił jednak Jowisz, wokół którego krążyły cztery małe planety, nazwane przez Galileusza gwiazdami medycejskimi na cześć młodego Cosima II Medici, u którego wkrótce Galileusz został „pierwszym filozofem i matematykiem”.
Odkrycia te nie dowodziły wprost ruchu Ziemi i słuszności teorii Kopernika. Zadawały jednak kłam kosmologii Arystotelesa i bardzo ułatwiały uznanie racji Kopernika. Niebo okazało się podobne jakościowo do Ziemi, przeciwstawienie niezmiennego nieba i podległej przemijaniu Ziemi nie miało sensu. W dodatku Jowisz ze swymi satelitami (bo taka bardziej neutralna nazwa przyjęła się z czasem) stanowił jakby poglądowy model Układu Słonecznego. Sam Galileusz, który wcześniej obawiał się głośno przyznawać do sympatii kopernikańskich z obawy śmieszności, teraz zaczął otwarcie głosić kopernikanizm. Podobny wpływ odkrycia teleskopowe miały z czasem i na innych.
Rozpoczęła się generalna przebudowa nauki, określana czasem jako cud lat 1620-1630. To dzięki stworzeniu nowych ram pojęciowych, a nie ostatecznym dowodom, których nie było, teoria Kopernika, dyskusyjna w pierwszych dekadach wieku, stała się w drugiej jego połowie truizmem dla uczonych i frapującym tematem salonowych konwersacji. Pojęciowa przebudowa obejmowała sam sposób wyjaśniania faktów. Filozofia Arystotelesa traktowała jako obiektywne fakty to, co jest nam dostarczane przez zmysły. Jeżeli śnieg jest zawsze biały, to znaczy, że biel jest koniecznym atrybutem substancji śniegu. Każda substancja była w ten sposób wyposażona w liczne atrybuty, które określały, czym jest dana rzecz, określały jej istotę. Najważniejsze pytanie tej filozofii było pytaniem o istotę, a poznanie istoty rzeczy było celem wiedzy. System Arystotelesa był jakby uogólnioną zoologią i botaniką, zakładał, że każdy przedmiot ma swoją tożsamość gatunkową (tak jak na przykład kot musi mieć wszelkie cechy kocie, jeśli tylko jest kotem dostatecznie „zrealizowanym”, pełnym i rozwiniętym) i poznanie tej tożsamości pozwoli nam wiedzieć o tym przedmiocie wszystko, co wiedzieć naukowo można.
Pojęcia arystotelesowskie były statyczne. Zmiany opisywano jako przyjmowanie pewnej formy lub jej utratę – jak w organicznym dojrzewaniu i więdnięciu, gdy roślina „staje się sobą”, to znaczy wciela doskonale cechy swego gatunku, a następnie je traci. Schemat ten rozszerzony został na wszelkie procesy. Na przykład ogrzewanie ciała objaśniano tym, że ciało przyjmuje formę (inaczej jakość) ognia. Jeżeli przyjmuje tę jakość w sposób niedoskonały, to utraci ją z chwilą, gdy tylko ustanie działanie ogrzewającej przyczyny; gdy natomiast przyjmie tę formę w sposób doskonały, to samo stanie się źródłem ognia dla innych ciał.
Oprócz atrybutów, czyli jakości łatwo rozpoznawalnych zmysłami, jak twardość lub wilgotność, należało przypisywać wielu substancjom jakości ukryte – qualitates occultae – które, choć bezpośrednio niedostrzegalne, ujawniały się w szczególnym działaniu, np. leczniczym lub trującym. Zwolennikom nowej filozofii wyjaśnienia takie wydawały się czysto werbalne i nieprzekonywające, jak w słynnej molierowskiej kpinie, że środek nasenny usypia, ma bowiem moc usypiającą.
Renesansowy humanizm odkrył również inne oblicze antyku, w tym filozofów atomistów, dotąd przyćmiewanych wielkością Arystotelesa: Demokryta i Epikura. Dla Arystotelesa każde ciało podzielne jest w nieskończoność, a próżnia jest niemożliwa. Już jednak przed nim atomiści próbowali objaśniać zjawiska, przyjmując, że ciała zbudowane są z maleńkich, niepodzielnych już na mniejsze, cząstek – atomów. Kluczowym obrazem ich filozofii był obraz drobinek kurzu w słońcu, tak przedstawiony w poemacie Lukrecjusza O rzeczywistości (De rerum naturae):
Zobaczysz w tym promiennym snopie wiele maleńkich ciałek, mieszających się w próżni na wiele sposobów. Jakoby w wiekuistej wojnie staczają potyczki i bitwy, walczą całymi hufcami bez chwili spoczynku, w utrapieniu ustawicznych skupień i rozłączeń. Z tego więc możesz zmiarkować, jak wygląda wieczne miotanie się zarodków rzeczy w ogromie próżni, o ile mała rzecz może dać przykład i tropy poznania wielkich. A jeszcze z tego powodu winieneś zwrócić baczniejszą uwagę na owe ciałka, co wichrzą dostrzegalnie w promieniach słonecznych, że takie wichrzenia zdradzają nadto istnienie tajnych i niewidocznych ruchów materii. Zobaczysz tam bowiem, że wiele ciałek, podrażnionych niewidzialnymi ciosami, zmienia drogę i w tył zawraca po odepchnięciu, to tu to tam, na wszystkie zewsząd strony [38].
Osobliwy dydaktyczny poemat Lukrecjusza odnalazł w 1417 r. humanista i „łowca rękopisów” Poggio Bracciolini prawdopodobnie w alzackim klasztorze w Murbach. Przez następne wieki poemat był wielokrotnie wydawany i tłumaczony na języki narodowe, w tym na język angielski po raz pierwszy w XVII wieku. Atomizm był jednak dla Lukrecjusza i starożytnych epikurejczyków zaledwie częścią ich filozofii, objaśniając świat miał pomóc ludziom w uwolnieniu się od lęku przed śmiercią, zemstą bogów i wiecznym cierpieniem po śmierci. Z tego względu już w starożytności epikureizm określano jako filozofię bezbożną.
Galileusz zanadto wierzył w ład i matematyczną harmonię Kosmosu, aby zaakceptować atomizm z jego przypadkowymi ruchami atomów i pojawiającymi się oraz znikającymi ich konfiguracjami. Jednocześnie był jednym z najinteligentniejszych przeciwników arystotelizmu. Unikając tworzenia spekulatywnego systemu, poszukiwał praw natury o charakterze matematycznym. W 1623 r. w Il Saggiatore (Probierca złota) stwierdził:
Księga natury pisana jest w matematycznym języku, jej znakami pisarskimi są trójkąty, koła i inne figury geometryczne, bez których pomocy ani słowa z niej zrozumieć niepodobna; cyt. w [64].
Również tam wprowadził słynny podział jakości zmysłowych na pierwotne i wtórne. Wrażenia zmysłowe, takie jak smaki, zapachy i dźwięki, są niczym innym jak skutkiem wielkości, kształtu i szybkiego bądź powolnego ruchu cząstek, zwanych też korpuskułami (corpusculum – ciałko). Odtąd filozofia zajmować się będzie abstrakcyjnym światem korpuskuł, a barwy i zapachy będą uważane za subiektywne wrażenia, które tylko pośrednio informują o rzeczywistości.
Świadomość, że nasze zmysły są ograniczone, rosła w miarę odkrywania nie przeczuwanych dotąd obszarów rzeczywistości. Ogromną rolę propagandową odegrały tu przyrządy optyczne: luneta i mikroskop. Żadne z praw odkrytych przez Galileusza, Keplera czy Newtona nie wymagało użycia nowych przyrządów, były one jednak potrzebne do wytworzenia nowej wizji świata. Luneta pozwalała oglądać Księżyc i planety oraz dostrzec niezliczoną mnogość gwiazd, mikroskop zaś odsłaniał świat istot niedostrzegalnych gołym okiem. Okazało się, że pełno jest wszędzie niewidzialnych, malutkich stworzeń i że nawet najdrobniejsze roztocze są skomplikowanymi organizmami. Założenie, że widzialne ciała złożone są z niewidocznych cząstek, wydawało się więc czymś naturalnym.
Odrodzenie atomizmu w XVII wieku było w znacznej mierze zasługą Pierre'a Gassenda, używającego zitalianizowanej formy swego nazwiska: Gassendi. Ten duchowny i profesor filozofii, a później matematyki, usiłował połączyć wiarę chrześcijańską z epikurejską etyką i filozoficznym atomizmem. Materia była według niego złożona z nieprzenikliwych, sztywnych atomów, niepodzielnych i różniących się między sobą wielkością, kształtem i ciężarem. Atomy te zahaczają o siebie nawzajem, tworząc ciała stałe lub – jeśli są tylko luźno ze sobą połączone – ciecze. Za ciepło odpowiedzialne byłyby atomy ciepła, małe, przenikliwe i okrągłe w odróżnieniu od ostro zakończonych, piramidalnych atomów zimna. Nie arystotelesowskie formy, lecz czysto mechaniczne i geometryczne właściwości atomów objaśniać miały zjawiska naturalne. Choć łatwość wprowadzania coraz to nowych rodzajów atomów w celu wyjaśnienia rozmaitych zjawisk dorównywała niemal łatwości wprowadzania arystotelesowskich form, to jednak zupełnie inna była wizja świata, a wyjaśnień szukano wyłącznie wśród przyczyn mechanicznych. Czyniło to z mechaniki naukę najbardziej fundamentalną. Filozofię, która zjawiska przyrody pragnęła sprowadzić do mechaniki, nazwano filozofią mechanistyczną.
Jedną z zasadniczych różnic między dawnym a nowym obrazem świata był ciągły ruch cząstek. W świecie Arystotelesa ruch był stanem przejściowym (z wyjątkiem ruchu planet), filozoficznym ideałem była zaś harmonijna równowaga, jak w klasycznej sztuce greckiej. Roztańczone atomy musiały być podłożem świata zmian, gdzie nic nie trwa, a równowaga jest jedynie chwilowym spoczynkiem. Również objaśnienia celowe stawały się mniej wiarygodne: jeśli atomy realizowały jakiś cel, to poprzez prawa swego ruchu, a nie bezpośrednio. Wizja taka była trudna do pogodzenia z wiarą w Opatrzność.
Dzięki Gassendiemu atomizm przestał być uważany za doktrynę wywrotową. Podjęta przez niego próba uzgodnienia atomizmu i wiary chrześcijańskiej nie okazała się jednak trwała. Próby takie podejmowane były i później, autorem jednej z nich miał być Newton.