Najbardziej niedoceniany uczony wszech czasów?

Ta notka to spin-off mojej serii o historii wyznaczania współrzędnych geograficznych. Pojawił się w niej Robert Hooke i postanowiłem przybliżyć jego postać, gdyż – moim zdaniem – jest to jeden z najbardziej niedocenianych uczonych wszech czasów. Co prawda wszyscy znamy ze szkoły prawo Hooke’a, mówiące że odkształcenie jakiegoś ciała (na przykład sprężyny) jest proporcjonalne do odkształcającej siły, ale wkład, jaki Hooke wniósł do nauki, jest znacznie, znacznie większy.

Robert Hooke (1635-1703) był synem niezbyt zamożnego pastora z wyspy Wight. Studiował w Oxfordzie, gdzie wypatrzył go chemik i fizyk Robert Boyle (1627-1691) i uczynił swym asystentem. Następnie zatrudniło go Royal Society jako „Kuratora Eksperymentów”, którego obowiązkiem było przygotowywanie pokazowych doświadczeń na posiedzenia Towarzystwa. Został także profesorem geometrii w londyńskim Gresham College, będącym wówczas czołową placówką naukową na świecie.

Hooke miał garb, którego nabawił się jako nastolatek. Nigdy się nie ożenił, ale sypiał z gosposiami i… swoją bratanicą (o którą był bardzo zazdrosny, bo go często zdradzała), a każdy odbyty stosunek odnotowywał w dzienniku. Gdy umarł, w jego skromnym pokoju w Gresham College znaleziono kufer, a w nim 8000 funtów w pieniądzach i złocie. Jak na owe czasy, była to suma kolosalna. Zarobił ją biorąc udział w odbudowie Londynu po Wielkim Pożarze z 1666 roku, a zapewne także na swoich patentach.

Hooke był bowiem znakomitym mechanikiem i innowatorem. Wynalazł bądź ulepszył wiele urządzeń, takich jak mikroskop, termometr, pompa próżniowa itp. To chyba właśnie dlatego Boyle zatrudnił go jako asystenta. Hooke odegrał kluczową rolę przy sformułowaniu zasady opisującej zachowanie gazu podczas przemiany izotermicznej („w stałej temperaturze objętość danej masy gazu jest odwrotnie proporcjonalna do jego ciśnienia”), którą dziś znamy jako prawo Boyle’a, albo prawo Boyle’a-Mariotte’a.

Hooke zajmował się również teorią. Stworzył własną koncepcję światła, i to właśnie on – przed Newtonem – wysunął ideę powszechnego ciążenia. W 1670 roku wygłosił w Londynie wykład, którego treść została opublikowana cztery lata później. Wysunął w nim trzy „przypuszczenia”. Pierwsze z nich stwierdza, że

wszystkie bez wyjątku ciała niebieskie są obdarzone właściwością ciążenia, czyli przyciągania do swych środków, dzięki temu przyciągają (…) wszystkie inne ciała niebieskie.

Jest to pierwsze sformułowanie prawa powszechnego ciążenia. Wynika z niego, że nie tylko Słońce ma wpływ na ruch planet (co już od dawna postulowano), ale i odwrotnie – planety wywierają wpływ na Słońce i na inne planety (co było absolutną nowością i stanowiło ogromny krok ku zrozumieniu grawitacji).

Drugie przypuszczenie jest powtórzoną za Kartezjuszem zasadą bezwładności, ale w znacznie prostszej formie:

wszystkie ciała będące w ruchu jednostajnym po prostej pozostają w tym ruchu, dopóki nie zostaną przez jakieś działające moce odchylone i zmuszone do ruchu po okręgu, elipsie lub jakiej innej złożonej krzywej.

Obecnie w podręcznikach prawo to nosi nazwę I zasady dynamiki Newtona. Trzecie przypuszczenie mówi o zmniejszaniu się siły ciążenia wraz z odległością. Hooke nie potrafił jednak podać faktycznej postaci zależności, stwierdzając jedynie

jakie są tego stopnie, tego jeszcze nie potwierdziłem doświadczalnie.

W późniejszym czasie Hooke, Edmond Halley (1656-1742) i Christopher Wren (1632-1723) stwierdzili, że jeśli siła odśrodkowa ma równoważyć przyciąganie Słońca, a jednocześnie ma być spełnione III prawo Keplera (to o związku między okresem obiegu planety a jej odległością od Słońca), to siła przyciągania grawitacyjnego musi maleć wraz z kwadratem odległości.

W ten sposób stworzono podstawy teorii grawitacji. Pozostawała jednak otwarta kwestia, czy teoria ta tłumaczy eliptyczny kształt planet oraz zmiany prędkości ruchu planet po orbitach (I i II prawo Keplera). Tego ani Hooke, ani Halley, ani Wren nie potrafili wykazać. Udało się to dopiero Isaacowi Newtonowi (1643-1727), który musiał w tym celu wymyślić rachunek różniczkowy i całkowy.

Do legendy przeszły kłótnie między Hooke’m a Newtonem. Hooke twierdził, że rola Newtona ograniczała się do rozwijania jego pomysłów; z kolei Newton uważał, że czym innym jest rzucenie luźnej idei, a czym innym stworzenie pełnego matematycznego opisu teorii i udowodnienie jej poprawności. Hooke i Newton nienawidzili się nawzajem. Często cytowane sławne słowa Newtona „Jeśli widzę dalej, to tylko dlatego, że stoję na ramionach olbrzymów” nie były wcale dowodem na skromność uczonego – o skromność Newtona z pewnością nie można posądzać! – ale złośliwością skierowaną w stronę niskiego wzrostem Hooke’a. Gdy po śmierci Hooke’a Newton został prezesem Royal Society, zadbał o to, by nie zachowały się żadne pamiątki po swoim adwersarzu (w tym jedyny jego portret).

Hooke zajmował się astronomią i prowadził obserwacje teleskopowe. Prawdopodobnie odkrył Wielką Czerwoną Plamę na Jowiszu (która, jak dziś wiemy, jest gigantycznym cyklonem w atmosferze tej planety) i usiłował wyznaczyć odległości do gwiazd. Niezależnie od Christiaana Huygensa (1629-1695) wpadł też na pomysł zegara balansowego.

Zainteresowania Hooke’a były naprawdę szerokie i nie ograniczały się do fizyki i astronomii. Myślę, że można go uznać za prekursora kognitywistyki, gdyż stworzył naukowy model ludzkiej pamięci. O ile mi wiadomo, jako pierwszy twierdził, że pamięć ma charakter fizyczny i ulokowana jest w mózgu. Z pewnością był ojcem współczesnej biologii. Za pomocą skonstruowanego przez siebie mikroskopu badał szczegóły budowy różnych ciał, w tym organizmów żywych. To on odkrył, że tkanki są zbudowane z komórek, którym nadał ich angielską nazwę (cell). Wysunął też przypuszczenie, że niektóre skamieliny to pozostałości wymarłych gatunków, a zatem był również prekursorem paleontologii. Wyniki swoich obserwacji i przemyśleń opublikował w wydanym w 1665 roku dziele „Mikrografia: czyli niektóre opisy fizjologiczne drobnych ciał wykonanych za pomocą szkieł powiększających”, które zawiera dziesiątki własnoręcznie wykonanych rysunków.

Rysunek pchły z Mikrografii Hooke’a (wiki; public domain)

Jakby tego wszystkiego było mało, Hooke zajmował się także architekturą. Po Wielkim Pożarze z 1666 roku był głównym asystentem odbudowcy Londynu, Christophera Wrena, ale sam też zaprojektował szereg obiektów. Jak już wspomniałem, bardzo się przy tej okazji wzbogacił.