HIPOTEZY ETERU

Filozofia mechanistyczna postawiła sobie za cel sprowadzenie całej różnorodności zjawisk w świecie widzialnym do zderzeń cząstek materii. Ciężar, światło, przyciąganie i odpychanie magnesów, ruch mięśni, zjawiska atmosferyczne i działanie zmysłów objaśniane mia­ły być ruchami jakichś cząstek. Często nowe rodzaje atomów podej­rza­nie przypominały wygnane z nauki arystotelesowskie jakości ukryte, np. różnica między „zdolnością usypiającą” a „atomami me­dycznymi” była niepokojąco mała.

Najbardziej konsekwentną próbą zbudowania nowego systemu wiedzy był kartezjanizm i Newton zetknął się z nim bardzo wcze­ś­nie. Z czasem jednak stopniowo, krok po kroku, odrzucał poszcze­gólne składniki nauki Kartezjusza, nie wyłączając nawet jego geo­met­rii. W istocie można by z niewielką przesadą prze­d­stawić nau­ko­wą karierę Newtona jako dzieje walki z wpływem Kartezjusza: od niezgody na koncepcję materii i światła w pierw­szych notatnikach, przez krytykę pojęć przestrzeni i ruchu, aż po os­ta­teczne obalenie teorii wirów w Principiach.

Zdaniem Newtona kartezjanizm był zbyt geometryczny, bezcie­lesny i abstrakcyjny, nie odzwierciedlał bogactwa zjawisk w przyro­dzie, a ponadto zbyt pospiesznie sprowadzał wszystkie zjawiska do mechanicznego ruchu. Dla filozofii było to może korzystne, wpro­wa­dzało bowiem jasny i przejrzysty schemat, schemat ten jednak nie wyjaśniał aktywności i życia, które obserwujemy w świecie.

Filozofowie mechanistyczni musieli zawsze wpro­wa­dzać do swych teorii różne rodzaje niewidocznej materii subtelnej czy eteru, których działanie miało objaśniać obserwowane zjawiska. Często pojawiały się również opary i tchnienia – rozumiane jako rodzaj niewidzialnej, choć materialnej esencji ciał – zmaterializowana pozo­s­tałość dawnych duchowych mocy.

Już w manuskrypcie The Vegetation of Metals (Wegetacja metali), napisanym mniej więcej wtedy, co list do Astona (1669), Newton spekulował na temat subtelnego tchnienia, które jest „zasadą wszel­kiej wegetacji”. Materia dostępna zmysłom jest skondensowanym eterem, jej aktywność zależy natomiast od części nie skon­den­so­wanej. Aktywne tchnienie jest może tym samym co „ciało światła, ponieważ obydwa posiadają cudowną zasadę czynną [active principle], obydwa są wiecznymi pracownikami”. Była to zatem pró­ba udzielenia odpowiedzi, jak marmurowy posąg może być połą­czony z promieniem słońca.

Hipoteza z roku 1675 zawierała nie tylko rozważania i doświad­czenia optyczne, lecz również śmiałe spekulacje na temat roli eteru w przyrodzie. Newton miał już co prawda dość sporów na temat światła, ale sądził, że hipoteza taka pomogłaby w zrozumieniu innych jego rozważań. Dlatego – jak pisał – „mając w zeszłym tygodniu trochę wolnego czasu” zdecydował się spisać swoje myśli. Zrobił to również dlatego, iż zauważył, że niektórzy „wielcy wirtuo­zi”, nie mogli go zrozumieć, gdy wypowiadał się abstrak­cyjnie na temat kolorów i światła, a łatwiej było im pojąć dyskurs ilustrowany hipotezą. Przedstawił więc hipotezę tego rodzaju, uchy­la­jąc się jednak z góry od wszelkich dyskusji na jej temat. Po wyczerpaniu zastrzeżeń i złośliwości (kierowanych pod adresem Hooke'a) Newton przystąpił do wyjaśnień.

Pierwszym założeniem było istnienie eteru „tej samej budowy co powietrze, lecz znacznie rzadszego, drobniejszego i bardziej elasty­cznego”. Istnienie takiego eteru potwierdzać miał rzekomy fakt doświadczalny, że drgania wahadła umieszczonego pod kloszem opróżnionym z powietrza zanikają niemal tak samo szybko jak w powietrzu – a zatem wahadło doświadcza oporu eteru.

Być może całe urządzenie przyrody jest niczym innym jak tylko rozmaitymi połączeniami pewnych eterycznych tchnień albo oparów zgęszczonych [...] w podobny sposób jak opary zgęszczają się w wodę albo wyziewy w grubsze substancje [...] i po zgęszczeniu ukształ­towanych w różne formy; wpierw bezpoś­rednio dłonią Stwórcy, a potem przez władze natury, która z mocy rozkazu „rośnijcie i roz­mnażajcie się” stała się dokładną naśladow­czynią kopii danych jej przez protoplastę. W ten sposób wszystkie rzeczy mogły wziąć swój początek z eteru [50].

Za tym, iż „coś o naturze eteru” przenika do wnętrza ciał, świad­czyć miało doświadczenie ze szkłem potartym kawałkiem materiału. Szkło takie na przemian przyciąga i odpycha kawałeczki papieru. Doświadczenie wzbudziło większe zainteresowanie członków To­wa­­rzystwa niż sama teoria światła i wkrótce po kilku nieudanych próbach zostało publicznie powtórzone. Pocieranie zdaniem Newto­na powoduje rozrzedzanie eteru wewnątrz szkła (podobnie jak woda pod wpływem ciepła rozrzedza się w parę); eter zaś poru­szając się unosi kawałeczki papieru w różne strony.

Podobnie ciążenie ciał ku Ziemi może być spowodowane ciągłą kondensacją pewnego rodzaju tchnienia eterycznego. Ziemia wchła­nia dużą ilość tego eterycznego tchnienia, które opadając z wielką prędkością na dół unosi ze sobą ciała. Wewnątrz Ziemi owa subtel­na materia kondensuje się w większe cząstki i z powrotem wznosi się do góry jako powietrze – tak że tyle samo materii wznosi się, ile opada. Z dala od Ziemi cząstki powietrza znów się rozpadają, zamykając cykl przemian:

bo natura jest wiecznym pracownikiem tworzącym ciecze z ciał stałych i ciała stałe z cieczy, ciała nielotne z lotnych i lotne z nielotnych, miałkie z gruboziarnistych i gruboziarniste z miałkich; niektóre ciała wznoszą się i tworzą górne soki ziemskie, rzeki i atmosferę; i w kon­sekwencji inne opadają na ich miejsce. I jak Ziemia tak samo, być może, i Słońce wchłania obficie owo tchnienie, aby podtrzymać swe świecenie i powstrzymać planety od oddalania się od niego. A kto zechce, może także przypusz­czać, że owo tchnienie dostarcza bądź unosi z sobą paliwo dla Słońca i materialną zasadę światła: i że te rozległe przestrzenie eteru pomiędzy nami a gwiazdami są dla dosta­tecznego zaopat­rzenia w takie pożywienie Słońca oraz planet [50].

Eter odpowiedzialny był w Hipotezie również za wiele innych zja­­wisk, jak ogrzewanie ciał pod wpływem światła, gnicie i fermen­tacja. Bardzo wielka sprężystość eteru objaśniać miała mechanizm poruszania mięśniami. Problem należał do najtrudniejszych w filo­zofii mechanistycznej. Należało bowiem wyjaśnić, jak dusza może kierować za pośrednictwem nerwów mięśniami ciała.

Rozważania na temat eteru miały charakter swobodnych speku­lacji, a nie ustalonych teorii. W liście do Boyle'a z 1679 r. Newton opisuje inny możliwy mechanizm grawitacji, który przyszedł mu do głowy podczas pisania listu. Na niecałe dziesięć lat przed Princi­piami Newton, podobnie jak i inni filozofowie mechani­styczni, wciąż spekulował na temat grawitacji. Niemal każdy z nich miał jakąś hipotezę na objaśnienie tak powszechnie znanego feno­menu. Mechanika leżąca u podstaw tych spekulacji była równie fantas­tyczna jak u Kartezjusza.

Manuskryptem, który rzuca nieco światła na ewolucję poglądów Newtona, jest De aere et aethere (O powietrzu i eterze), fragment rozpoczętej i nie dokończonej całości, napisany być może później niż list do Boyle'a. W części poświęconej powietrzu Newton rozważa zjawisko wzajemnego unikania się cząsteczek. Wiadomo było z eksperymentów Boyle'a, że ile razy zmniejszy się ciśnienie zewnętrzne, tyle razy wzrośnie objętość powietrza – zależność tę znamy dziś jako prawo Boyle'a-Mariotte'a.

Wśród rozmaitych wyjaśnień zachowania się powietrza Newton rozpatrywał również możliwość odpychania na odległość:

lecz jeśli dzięki jakiejś zasadzie działającej na odległość [cząsteczki] dążą do oddalania się od siebie nawzajem, rozum przekonuje nas, że gdy odległość między ich środkami podwoi się, siła odpychania zmaleje o połowę, gdy się potroi – siła zmniejszy się do jednej trzeciej i tak dalej [...] [48].

Takie siły odpychające mogłyby wyjaśnić tworzenie się różnych rodza­jów cząsteczek powietrza i takie zjawiska, jak wybuch prochu armatniego. Eter byłby zaś wynikiem dalszego rozdrabniania cząs­te­czek powietrza na mniejsze, które łatwo już mogą przenikać różne materiały, np. szkło.

Wierzę, iż każdy, kto zobaczy opiłki żelazne ułożone w linie krzywe jak południki przez wyziewy krążące od bieguna do biegu­na kamienia [magnesowego], przyzna, że te wyziewy magnetyczne są takiego ro­dzaju. Tak samo również przyciąganie szkła, bursz­tynu, gagatu, wosku, żywicy i podobnych substancji wydaje się spowodo­wane w taki sam sposób przez najsubtelniejszą materię tego rodzaju [...] [48].

W tym miejscu rękopis Newtona urywa się – na samym począt­ku planowanego rozdziału o eterze. Być może niedługo później Newton przeprowadził doświadczenie, w którym usiłował wykryć wpływ oporu eteru na ruch wahadła. Doświadczenie to, zrelacjo­nowane później w Principiach, wykazało, że opór eteru jest niewy­kry­walny. Wynik ten zadał bardzo silny cios spekulacjom do­tyczącym eteru.

Niewykrywalność eteru i matematycznie pojęte siły odpychania cząstek powietrza stanowią dla nas, znających już ciąg dalszy, zapowiedź matematycznej koncepcji Principiów. Rzeczywiście, twier­dzenie o siłach odpychania odwrotnie proporcjonalnych do odległości między cząsteczkami powietrza miało z czasem znaleźć się w Principiach. Na razie stanowiło jeszcze jeden element wiedzy, która wciąż nie układała się w spójną całość.