Halley i Newton

Jest to druga notka z cyklu o Edmondzie Halleyu. Pierwszą można znaleźć TUTAJ.

W XVII wieku jednym z głównych nierozwiązanych problemów naukowych było wyjaśnienie przyczyny ruchów planet. Twórca teorii heliocentrycznej, Mikołaj Kopernik, raczej się nad tym nie zastanawiał i poprzestał na stworzeniu samego opisu ruchów, jednakże od czasów Keplera coraz więcej uczonych usiłowało zgłębić tę kwestię. Pojawiło się kilka koncepcji, z których największą popularność zdobyła opracowana przez Kartezjusza hipoteza wirów. Zgodnie z nią, wokół Słońca istnieje wir jakiejś subtelnej materii, a ciśnienie tego wiru popycha planety na orbitach. Z kolei planety mają swoje wiry, które pchają księżyce. Oryginalna koncepcja wirów Kartezjusza miała charakter czysto jakościowy, ale stała się bardzo popularna, zapewne dlatego, że silnie przemawiała do wyobraźni. Łatwo było zwizualizować sobie obiekty, które przypominają wiry na wodzie, i sposób, w jaki poruszają planety i księżyce.

Jednakże w 1670 roku Robert Hooke wygłosił w Londynie wykład, którego treść została opublikowana cztery lata później. Wysunął w nim przypuszczenie, że wszystkie ciała niebieskie są obdarzone własnością ciążenia i przyciągają wszystkie inne ciała niebieskie. Hooke zdawał sobie sprawę, że ciążenie musi maleć wraz z odległością, ale początkowo nie umiał podać matematycznej zależności tego efektu. Po paru latach, po dyskusjach z Halleyem i Christopherem Wrenem, wiedział już, że aby spełnione było 3. prawo Keplera (podające związek między okresem obiegu Słońca przez planetę a jej odległością od Słońca), siła ciążenia powinna maleć z kwadratem odległości. W ten sposób stworzono podstawy teorii grawitacji. Pozostawała jednak otwarta kwestia, czy teoria ta tłumaczy eliptyczny kształt planet. W styczniu 1684 roku rozmawiali o tym Halley, Hooke i Wren. Ten ostatni obiecał, że jeżeli w ciągu dwóch miesięcy ktoś ten problem rozwiąże, dostanie od niego nagrodę w postaci książki o wartości dwóch funtów. Ani Hooke’owi, ani Halleyowi to się nie udało.

Latem tego roku Halley odwiedził w Cambridge Isaaca Newtona, który był wówczas profesorem na Katedrze Lucasa. Newton poinformował Halleya, że już dawno obliczył, iż w przypadku działania siły malejącej z kwadratem odległości orbity są elipsami. Zaskoczony Halley prosił o pokazanie obliczeń, ale Newton nie mógł ich znaleźć; obiecał jednak, że odtworzy je i prześle Halleyowi. I faktycznie, w kilka tygodni później wysłał krótką rozprawę „O ruchu ciał na orbitach”. (Dziś wiemy, że w owym momencie teoria Newtona nie była jeszcze pozbawiona błędów, które uczony jednak później usunął). W ciągu następnych trzech lat praca ta rozrosła się w największe dzieło w historii nauki – „Zasady matematyczne filozofii naturalnej”. Zawarta w nim jest nie tylko teoria grawitacji, ale i podwaliny pod całą współczesną mechanikę teoretyczną. Wpływ Halleya na powstanie dzieła jest nie do przecenienia. Halley był jego inspiratorem, redagował tekst, sprawdzał dowody twierdzeń, a w końcu, kiedy okazało się, że Royal Society nie ma funduszy na jego publikację, wyłożył na ten cel własne pieniądze.

Od tego czasu datuje się bliski związek Halleya z Newtonem. Halley zawsze traktował Newtona jako swego mistrza. Będąc obdarzony dużymi zdolnościami koncyliacyjnymi, usiłował łagodzić spory Newtona, który miał zwyczaj kłócić się z kim tylko się dało. Kiedy jednak mediacja okazywała się bezskuteczna, zawsze brał stronę swego mentora – nawet wtedy, gdy nie miał on racji. Tak było w przypadku konfliktu z Gottfriedem Leibnizem o pierwszeństwo odkrycia rachunku różniczkowego i całkowego. Choć było oczywiste, że Leibniz odkrył go absolutnie niezależnie, Newton oskarżył niemieckiego uczonego o plagiat. W drugiej dekadzie XVIII wieku Royal Society (której prezesem był wtedy Newton) powołało „niezależną” komisję mającą niby ustalić, kto jest twórcą różniczek i całek. Halley grał w niej pierwsze skrzypce. Rzecz jasna, wnioski komisji były z góry przesądzone (skąd my to znamy?...) Uważam, że w tej sytuacji mieliśmy ewidentnie do czynienia z fałszywie pojętą lojalnością Halleya wobec Newtona.

Newton i Halley kłócili się też ostro z Flamsteedem. Jako Astronom Królewski miał on obowiązek dokładnie obserwować ruchy Księżyca i stworzyć precyzyjny katalog gwiazd. Celem tych badań miało być opracowanie metody wyznaczania długości geograficznej na morzu. Nasz satelita szybko przemieszcza się po sferze niebieskiej, tak więc jego odległość kątowa od różnych gwiazd szybko się zmienia. Z tego powodu może posłużyć jako specyficzny zegar kosmiczny, który można wykorzystać do wyznaczania długości. (Więcej na ten temat w mojej notce Z powrotem w stronę Księżyca). Na przełomie XVII i XVIII wieku, kiedy nie istniały jeszcze precyzyjne zegary mechaniczne, metoda ta wydawała się najbardziej obiecująca. Halley i Newton chcieli stworzyć jej praktyczną wersję wykorzystując obserwacje Flamsteeda, ten jednak nie miał ochoty ich publikować. Po wielu latach przepychanek Newton i Halley za pomocą różnych intryg uzyskali dane Flamsteeda i opublikowali „piracką” wersję katalogu gwiazd. Znalazło się w niej sporo błędów. Wściekły Flamsteed zdobył 300 z 400 wydanych egzemplarzy, po czym je spalił. Co ciekawe, kiedy po śmierci Flamsteeda Astronomem Królewskim został Halley, on sam niechętnie dzielił się wynikami obserwacji, gdyż obawiał się, że ktoś korzystający z jego pracy mógłby go ubiec w wyścigu po ustanowioną przez Parlament ogromną nagrodę za wynalezienie metody określania długości geograficznej.

W 1691 roku zwolniło się stanowisko profesora astronomii w Oksfordzie. Aplikował o nie Halley, ale choć uzyskał poparcie Royal Society, przyznano je innemu uczonemu. Przeciwko nominacji Halleya protestował Arcybiskup Canterbury John Tillotson i inni teologowie. Oskarżano go o ateizm, choć Halley chyba nie był ateistą w dzisiejszym znaczeniu tego słowa. Był jednak wolnomyślicielem i nie akceptował obowiązującej wówczas literalnej wiary w zapisy biblijne. Dla przykładu, próbował wyjaśnić potop nie poprzez bezpośrednie działanie Boga, ale jako efekt uderzenia komety w Ziemię. Podejrzewał nawet, że Morze Kaspijskie to ślad tego impaktu.

Halley nie dowierzał także wynikowi uzyskanemu przez arcybiskupa Jamesa Usshera, który na podstawie badania Biblii ustalił, że świat powstał 4004 lata przed naszą erą. Wymyślił inteligentną metodę, jak można ocenić wiek zbiorników wodnych. Kluczem miał być stopień zasolenia wody. Ilość wody w zbiorniku pozostaje z grubsza stała, gdyż wpadające do niego rzeki tyle samo jej dostarczają, ile jej wyparowuje. Natomiast sól, którą przynoszą rzeki, nie wyparowuje, dlatego zasolenie rośnie z czasem. Jeżeli więc znamy aktualny poziom zasolenia, a także tempo jego zmian (czyli, mówiąc językiem matematyki, pochodną zasolenia wody po czasie), można oszacować wiek zbiornika wodnego. Halley ubolewał, że w Starożytności nie zmierzono stopnia zasolenia wód, i przez to nie był w stanie wyznaczyć tempa jego zmian. Zalecił Royal Society, by przeprowadzała takie pomiary, dzięki czemu będą mogły skorzystać z nich przyszłe pokolenia. I faktycznie, na przełomie XIX i XX wieku za pomocą tej metody oceniono wiek ziemskich oceanów na jakieś 100 milionów lat.

W 1696 roku Newton został mianowany Nadzorcą Mennicy Królewskiej w Londynie. Korzystając ze swej pozycji mógł zrewanżować się Halleyowi za jego pomoc w wydaniu „Zasad” i załatwił mu posadę zastępcy dyrektora mennicy w Chester. Pensja Halleya na tym stanowisku wynosiła 90 funtów rocznie.

Ciąg dalszy nastąpi.