I-a murit tatăl pe când mama sa era însărcinată. Respins de mama sa de mic, acesta a fost trimis la o şcoală cu internat după ce eas-a recăsătorit. El însă nu s-a căsătorit niciodată, dar în timpul tinereţii a avut o relaţie apropiată cu un bărbat mult mai tânăr ca el, relaţie care a luat sfârşit după ce a suferit o cădere psihică. În urma succeselor ştiinţifice timpurii a trăit restul vieţii profesionale cu frustrarea că nu a putut dezlega secretele alchimiei.
CUPRINS
5.1 În căutarea forţei atomice
Microscopul începe acolo unde sfârşeşte telescopul. Care din cele două vede mai departe?
Victor Hugo
Newton nu a fost primul din epoca raţiunii. El a fost ultimul dintre magicieni.
John Maynard Keynes
Cel descris mai sus este Isaac Newton, dar nu cel prezentat de textele elogioase. De ce să vorbim despre partea tristă a vieţii lui? Pentru profesorul care predă ştiinţa modernă obsesia de-o viaţă privind alchimia a lui Newton poate părea un motiv de stânjeneală, o distragere a atenţiei de la realizarea lui principală, şi anume crearea ştiinţei moderne a mecanicii. Cu toate acestea, cercetările în domeniul alchimiei au fost legate în mod natural de investigaţiile asupra forţei şi mişcării. Aspectul radical al analizei mişcării realizate de Newton a fost universalitatea: a reuşit descrierea cu aceleaşi ecuaţii atât a cerului, cât şi a Pământului, cu toate că anterior s-a presupus că Soarele, luna, stelele şi planetele erau în mod fundamental diferite de obiectele pământeşti. Dar Newton şi-a dat seama că dacă rolul ştiinţei este să descrie întreaga natură într-un mod unificat, nu era suficient să unească scară umană cu cea a Universului: nu ar fi fost mulţumit până nu integra universal microscopic în cel macro.
Nu ar trebui să ne surprindă că Newton a eşuat. Deşi era ferm convins de existenţa atomilor, nu existau mai multe dovezi experimentale decât atunci când grecii antici le-au prezis existenţa pe baze pur filosofice. Alchimia a fost înconjurată de discreție şi misticism. Newton a transformat aproape de unul singur domeniul vag intitulat “filosofia naturii” în ceea ce noi cunoaştem astăzi ca ştiinţa modernă a fizicii şi ar fi nedrept să îl acuzăm de incapacitatea de a schimba alchimia în chimia modernă. Încă nu era vremea. O nouă invenţie la acea vreme a fost microscopul, când Hooke a descoperit că materia vie este alcătuită din celule.
Cu toate acestea va fi de folos să înţelegem modul de gândire al lui Newton şi să vedem unde duce acesta, folosind avantajul retrospectivei moderne. Prin unirea scărilor umane şi cosmice ale existenţei, el a reimaginat cele două planuri ca scene în care rolurile erau jucate de obiecte (copaci şi case, planete şi stele) care interacţionau prin forţe de atracţie şi respingere. Era aproape convins că obiectele care populau nivelul microscopic erau atomii, aşa că i-a mai rămas să determine ce fel de forţe se exercită între ei.
Următoarea sa intuiţie a fost nu mai puţin genială, dar nu reuşit să o fructifice. Şi-a dat seama că multe forţe care se manifestă la scară umană (frecarea, forţele de lipire, forţele normale care blochează de la a ocupa aceeaşi poziţie în spaţiu etc.) trebuie să fie expresia unor forţe fundamentale care se manifestă la nivelul atomilor. Banda adezivă se lipeşte de hârtie deoarece atomii din bandă atrag atomii din hârtie. Casa nu cade în centrul Pământului deoarece atomii acesteia resping atomii solului de sub ea.
Însă aici a rămas blocat. Era tentat să creadă că forţă atomică este un fel de forţă gravitaţională, pe care o ştia ca fiind universală, fundamentală şi simplă din punct de vedere matematic. Cu toate acestea, gravitaţia este tot timpul o forţă de atracţie, deci cum s-ar putea folosi de ea pentru a explica existenţa forţelor de atracţie şi respingere ale atomilor ? Forţa gravitaţională dintre obiectele de mărime normală este întotdeauna foarte mică, motiv pentru care nu suntem atraşi gravitaţional de case şi maşini. Ar fi greu de înţeles cum gravitaţia este responsabilă pentru ceva atât de viguros ca bătăile inimii sau ca explozia prafului de puşcă. Newton a continuat să scrie multe note alchimice cu speculaţii despre o altă forţă, poate “forţa divină” sau “forţa vegetativă” care ar fi, de exemplu, transferată de către spermatozoizii către ovul.
a/ Patru benzi pregătite aşa cum este descris în text. În funcţie de combinaţia testată, interacţiunea este una de respingere (2) sau atragere (3)
Din fericire avem suficiente informaţii acum pentru a investiga o alt "candidat" pentru forţa atomică: electricitatea. Forţele electrice sunt frecvent prezente între obiectele care sunt frecate (ori alte interacţiuni între suprafeţe diferite); de exemplu când hainele se freacă unele de altele în uscător. Un exemplu în acest sens este arătat în figura a/1: pe o masă aşezaţi foarte aproape două benzi, iar apoi mai puneţi încă două peste acestea. Ridicaţi fiecare pereche de pe masă şi separaţi-le. Benzile de sus se vor respinge între ele, a/2, şi aşa se va întâmpla şi cu cele două benzi de jos. Cu toate acestea, o bandă de jos va atrage o bandă de sus (a/3). Acest tip de forţe electrice sunt identice în anumite cazuri cu forţa gravitaţională, pe care o ştim deja că fiind fundamentală:
:: Forţele electrice sunt universale. Deşi anumite lucruri, cum ar fi blana, cauciucul şi plasticul răspund mai bine la forțele electrice decât celelalte, în toată materia se manifestă acest tip de forţe, într-un anumit grad. Nu există nicio substanţă neelectrică. Materia este atât gravitaţională, cât şi electrică.
:: Experimentele au arătat că forţa electrică, la fel ca forţa gravitațională, este o forţă egală cu inversul unui pătrat. Aşa se face ca forţa electrică între două sfere este proporţională cu 1/r2, unde r este distanţa dintre centrul sferelor.
Mai mult, forţele electrice au mai mult sens în interpretarea că reprezintă forţe fundamentale care se manifestă între atomi decât gravitaţia, deoarece am observat că ei se pot atrage sau respinge.