Wprowadzenie

Najważniejszą lekcją, jaką możemy wyciągnąć z nauki na temat naszego miejsca we Wszechświecie, jest to, że nie jesteśmy wyjątkowi. Początek tej koncepcji dał w XVI w. Mikołaj Kopernik, gdy zasugerował, że Ziemia nie leży w centrum Wszechświata. Rozpędu nabrała na początku XVII w. po Galileuszu, który wykorzystał teleskop, żeby pozyskać dowody na to, że Ziemia rzeczywiście krąży wokół Słońca. W wyniku astronomicznych odkryć dokonanych w następnych wiekach, naukowcy ustalili, że Ziemia jest zwyczajną planetą, a Słońce po prostu gwiazdą (jedną z kilku setek miliardów gwiazd w naszej Galaktyce — Drodze Mlecznej), sama zaś Droga Mleczna – typową galaktyką (jedną z kilku setek miliardów widocznych we Wszechświecie). Pod koniec XX w. zasugerowano nawet, że sam Wszechświat nie jest unikalny.

W tym samym czasie biolodzy próbowali znaleźć jakikolwiek dowód na istnienie specjalnych „sił witalnych, które rozróżniłyby żywą materię od nieożywionej, dochodząc przy tym do wniosku, że życie jest skomplikowaną formą chemiczną. Dzięki szczęśliwemu dla historyków przypadkowi, jednym z przełomowych wydarzeń na początku biologicznych badań nad ludzkim ciałem była publikacja De Humani Corporis Fabrica (O strukturze ludzkiego ciała) Andreasa Wesaliusza z 1543 r. W tym samym czasie Mikołaj Kopernik ogłosił swoje dzieło De Revolutionibus Orbium Coelestium (O obrotach sfer niebieskich). Tym samym to właśnie 1543 r. można uznać za moment rozpoczęcia rewolucji naukowej, która przemieniła najpierw Europę, a następnie cały świat.

Oczywiście jakikolwiek wybór daty początkowej w historii nauki jest przypadkowy, a moja opowieść jest ograniczona zarówno w zakresie geograficznym, jak i czasowym.

Moim celem jest nakreślenie postępu zachodniej nauki od czasów renesansu do końca XX w. Oznacza to, że odsuwam na bok osiągnięcia starożytnych Greków, Chińczyków oraz arabskich naukowców i filozofów, którzy wykonali wielką pracę, poszukując wiedzy na temat naszego świata, w czasie gdy Europejczycy przeżywali okres średniowiecza. Oznacza to jednak również, że opowiadana przeze mnie historia jest spójna, z jasno określonym początkiem zarówno w czasie, jak i przestrzeni, przedstawia bowiem rozwój światopoglądu, który leży w sercu naszego dzisiejszego rozumienia Wszechświata oraz naszego w nim miejsca. Okazało się, że ludzkie życie nie różni się niczym od innych form życia na Ziemi. Jak ustaliła praca Karola Darwina i Alfreda Wallacea, wszystko, co jest potrzebne, aby ameba przeistoczyła się w istotę ludzką, to proces ewolucji przez selekcję naturalną i mnóstwo czasu.

Wszystkie przykłady, o których tutaj wspomniałem, podkreślają jesz- cze jedną cechę procesu opowiadania. Naturalne jest, że opisując kluczowe wydarzenia, bierze się pod uwagę pracę konkretnych jednostek, które zaznaczyły się w historii nauki, takich jak Kopernik, Wesaliusz, Darwin, Wallace i reszta. Jednak nie znaczy to, że nauka rozwinęła się tylko i wyłącznie w efekcie pracy tych niezastąpionych geniuszy, którzy mieli specjalny wgląd w tajniki działania świata. Byli jednostkami nieprzeciętnymi (choć nie zawsze), jednak z pewnością nie byli niezastąpieni. Postęp naukowy budo- wany jest krok po kroku i tak jak pokazuje przykład Darwina i Wallace, kiedy nadchodzi odpowiedni czas, dwie osoby, a nawet więcej, mogą postawić kolejny krok niezależnie od siebie. To szczęśliwy zbieg okoliczności lub przypadek powodują, że konkretny naukowiec jest zapamiętany jako odkrywca nowego zjawiska. Istotniejszy od ludzkiego geniuszu jest postęp technologiczny. Dlatego też nie powinien dziwić fakt, że początek naukowej rewolucji zbiega się w czasie z ulepszeniem teleskopu i mikroskopu.

Na myśl przychodzi mi tylko jeden wyjątek od tej reguły i nawet jestem skłonny do zakwalifikowania go jako fenomenu w większym stopniu, niż czynią to inni historycy nauki. Izaak Newton jest bezsprzecznie wyjątkowym przypadkiem zarówno ze względu na szeroki zakres jego osiągnięć naukowych, jak i – w szczególności – jasność i przejrzystość sposobu, w jaki wyłożył podstawowe zasady, na których opiera się nauka. Jednak nawet Newton bazował na swoich poprzednikach, w szczególności na Galileuszu i Kartezjuszu. Tym samym jego zasługi w naturalny sposób podsumowują osiągnięcia wcześniejszych badaczy. Gdyby Newton się nie urodził, postęp naukowy opóźniłby się o kilka dekad — ale tylko o kilka. Zarówno Edmond Halley, jak i Robert Hooke mogli dojść do prawa grawitacji Newtona indywidualnie. Gottfried Leibniz w zasadzie samodzielnie wynalazł rachunek różniczkowy (i potrafił zrobić z niego lepszy użytek niż Newton). Natomiast falowa teoria światła Christiaana Huygensa była opóźniona, Newton bowiem wspierał koncepcję z nią rywalizującą.

Wszystko to nie powstrzyma mnie jednak od opowiedzenia własnej wersji historii nauki, w oparciu o zaangażowanych w nią ludzi, w tym Newtona. Mój wybór postaci z założenia nie jest całościowy, nie taki charakter ma mieć również przedstawienie ich życia i pracy. Wybrałem anegdoty, które ukazują postęp naukowy w przedstawionym w książce kontekście. Niektóre historie i postaci mogą być znane czytelnikowi, inne (mam nadzieję) trochę mniej. Ale znaczenie ludzi i ich życia polega na tym, że odzwierciedlają społeczeństwo, w którym żyli. Dlatego omówienie na przykład sposobu, w jaki praca jednego naukowca wynikała z osiągnięć innego, ma na celu wykazanie, jak jedno pokolenie naukowców wpływało na kolejne. Nasuwa się tutaj pytanie, jak to wszystko się zaczęło – „gdzie zrodził się pierwszy impuls”, Ale w tym przypadku odpowiedź wydaje się prosta, zachodnia nauka zaczęła się wraz z epoką renesansu. A kiedy już się zaczęła, dając impuls dla nowych technologii, potoczyła się wartko dalej. Przy okazji pojawiały się pomysły doprowadzające do ulepszenia technologii, a ta z kolei zapewniała naukowcom środki do sprawdzenia ich nowych pomysłów z coraz to większą dokładnością. Najpierw przyszła technologia, ponieważ łatwiej jest konstruować maszyny metodą prób i błędów, bez pełnego zrozumienia zasad ich działania. Ale gdy tylko nauka połączyła się z technologią, postęp ruszył naprawdę.

Debatę nad tym, kiedy i gdzie rozpoczęła się epoka renesansu, pozostawię historykom. Początek odrodzenia w Europie Zachodniej przypada na 1453 r., kiedy to Turcy zdobyli Konstantynopol (29 maja). Do tego czasu posługujący się greką uczeni, widząc, jak wygląda sytuacja, uciekli na Zachód (początkowo do Włoch), zabierając ze sobą archiwalne dokumenty. Włoscy humaniści rozpoczęli natomiast dokładne badania tych materiałów, byli bowiem zainteresowani wykorzystaniem nauczania literatury klasycznej w procesie przywracania cywilizacji do stanu przed wiekami ciemnymi. Powstanie nowoczesnej Europy zgrabnie wiąże się tu z upadkiem ostatniej pozostałości po Cesarstwie Rzymskim. Jednak równie ważnym czynnikiem, jak wielu argumentowało, było wyludnienie Europy wskutek epidemii dżumy, która miała miejsce w XIV w. Ci, którzy przeżyli, zakwestionowali całą podstawę społeczeństwa. Sprawili bowiem, że praca stała się kosztowna, i tym samym przyczynili się do wynalezienia urządzeń mających zastąpić siłę ludzkich rąk. Wciąż jednak nie jest to cała historia. Wynalezienie ruchomych czcionek przez Johanna Gutenberga w połowie XV w. w oczywisty sposób wpłynęło na to, co miało stać się nauką, a odkrycia dokonane dzięki kolejnemu postępowi technologicznemu – żaglowcom, które były zdolne do przepłynięcia oceanów — zreformowały społeczeństwo.

Podanie konkretnej daty końca renesansu jest równie trudne jak wyznaczenie jego początku. W zasadzie można powiedzieć, że ta epoka wciąż trwa. Ogólnie przyjętą datą jest koniec XVII w., ale z dzisiejszej perspektywy lepszym wyborem mógłby być 1687 r., w którym Izaak Newton opublikował swoje wielkie dzieło Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Matematyczne zasady filozofii naturalnej) i – cytując Alexandra Popea – „wszystko jest jasne”.

Rewolucja naukowa nie odbywała się w odosobnieniu. Na pewno jej początki nie należały do głównego nurtu przemian cywilizacyjnych, choć na wiele sposobów nauka (poprzez jej wpływ na technologię i nasz światopogląd) stała się siłą napędową kultury Zachodu. Chciałbym pokazać, jak się rozwijała, ale nie ma tutaj miejsca na to, by należycie przedstawić pełen kontekst dziejowy, tak samo jak w większości książek o historii nie ma miejsca na ukazanie historii nauki. Nie ma tutaj miejsca nawet, by przed- stawić należycie całą naukę, więc jeżeli czytelnik chce poznać dogłębniej kluczowe założenia teorii kwantowej lub ewolucji przez dobór naturalny, czy może chce dowiedzieć się więcej o płytach tektonicznych, musi zajrzeć do innych książek (także do napisanych przeze mnie). Mój wybór zdarzeń jest niekompletny, a przez to do pewnego stopnia subiektywny. Moim celem jest jednak danie czytelnikowi wrażenia pełnego przeglądu nauki: począwszy od momentu uświadomienia, że Ziemia nie jest w centrum Wszechświata, a ludzie to „tylko” zwierzęta, aż do teorii Wielkiego Wybuchu i kompletnej mapy ludzkiego genomu — co obejmuje zaledwie 450 lat.

W swoim New Guide to Science (Nowy podręcznik nauki) (bardzo różniącym się od wszystkiego, co mógłbym kiedykolwiek napisać) Izaak Asimov mówi, że powodem podejmowania przez niego prób wyjaśnienia historii nauki osobom, które nie są naukowcami, jest to, że:

Nikt we współczesnym świecie nie może czuć się jak w domu i osądzać na- tury jego problemów — i możliwości ich rozwiązań — jeśli nie ma rozsądnego wyobrażenia o tym, czym zajmuje się nauka. Co więcej, zagłębienie się we wspaniały świat nauki przynosi wielką, estetyczną satysfakcję, inspirację dla młodzieży, nasycenie żądzy wiedzy, a także głębsze docenienie wspaniałych możliwości i osiągnięć ludzkiego umysłu.

Sam nie mógłbym ująć tego lepiej. Nauka jest jednym z największych osiągnięć (prawdopodobnie największym) ludzkiego umysłu. Natomiast fakt, że postęp został dokonany w większości przypadków przez zwykłych ludzi, którzy krok po kroku budowali go na podstawach wypracowanych przez swoich poprzedników, sprawia, że historia ta jest nie mniej, ale właśnie bardziej niezwykła. Prawie każdy z czytelników tej książki, gdyby był we właściwym miejscu i we właściwym czasie, mógłby dokonać wspaniałych odkryć w niej opisanych. Postęp naukowy nie zwalnia tempa, niektórzy z was mogą jeszcze wziąć udział w następnym etapie tej historii.

John Gribbin czerwiec 2001 r.

[/tab]
[tab title=”Spis treści”]

Spis treści

Podziękowania

Wprowadzenie

Księga I. Wyjście z ciemnych wieków

Rozdział 1. Ludzie renesansu

• Wyjście z ciemnych wieków
• Elegancki model Kopernika
• Ziemia się rusza!
• Orbity planet
• Leonard Digges i teleskop
• Thomas Digges i Wszechświat nieskończony Bruno: męczennik w imię nauki?
• Teoria heliocentryczna zakazana przez Kościół katolicki
• Wesaliusz: chirurg, anatom i hiena cmentarna
• Falloppio i Fabrizio
• William Harvey i krążenie krwi

Rozdział 2. Ostatni mistycy

• Ruch planet
• Tycho Brahe
• Mierzenie pozycji gwiazd
• Supernowa Tychona
• Tycho obserwuje kometę
• Model Wszechświata Tychona
• Johannes Kepler: pomocnik i dziedzic Tychona
• Geometryczny model Wszechświata według Keplera
• Nowe spojrzenie na ruch planet: pierwsze i drugie prawo Keplera
• Trzecie prawo Keplera
• Opublikowanie Tablic rudolfińskich
• Śmierć Keplera

Rozdział 3. Pierwsi naukowcy

• William Gilbert i magnetyzm
• Galileusz o wahadle, grawitacji i przyspieszeniu Galileusz wynajduje „kompas”
• Badania Galileusza nad supernową
• Lippershey ponownie wynajduje teleskop
• Pozostałe odkrycia Galileusza
• Kopernikańskie teorie Galileusza uznane za herezję
• Galileusz publikuje Dialog o dwu najważniejszych układach świata
• Zastraszany torturami Galileusz wypiera się swoich poglądów
• Galileusz publikuje Dwie nowe umiejętności
• Śmierć Galileusza

Księga II. Ojcowie założyciele

Rozdział 4. Nauka znajduje swoje fundamenty

• Kartezjusz i współrzędne kartezjańskie
• Największe dzieła Kartezjusza
• Pierre Gassendi: atomy i cząsteczki
• Kartezjusz odrzuca pojęcie próżni
• Christiaan Huygens: optyka i teoria o falowej naturze światła
• Robert Boyle: badania nad ciśnieniem gazów
• Szczególne podejście Boyle’a do alchemii
• Marcello Malpighi i krążenie krwi
• Giovanni Borelli i Edward Tyson: postrzeganie zwierzęcia (i człowieka) jako maszyny

Rozdział 5. Rewolucja Newtona

• Robert Hooke: badania nad mikroskopią i publikacja Micrographii
• Badania Hooke’a teorii falowej światła
• Prawo sprężystości Hookea
• John Flamsteed i Edmond Halley: katalogowanie gwiazd z użyciem teleskopu
• Młodość Newtona
• Rozwój rachunku różniczkowego
• Spór pomiędzy Hookiem a Newtonem
• Principia Mathematica Newtona: prawo odwrotnych kwadratów i trzy zasady dynamiki
• Późniejsze etapy życia Newtona
• Śmierć Hooke’a i publikacja Opticks Newtona

Rozdział 6. Poszerzanie horyzontów

• Edmond Halley
• Tranzyty Wenus
• Wysiłki nad obliczeniami wielkości atomu
• Halley wyrusza na morze, by zbadać ziemski magnetyzm
• Przewidywany powrót komety
• Dowody na samodzielne poruszanie się gwiazd
• Śmierć Halleya
• John Ray i Francis Willughby: pierwsze badania nad florą i fauną
• Karol Linneusz i nazewnictwo gatunków
• Hrabia Buffon: Histoire naturelle i rozważania nad wiekiem Ziemi
• Dalsze rozważania nad wiekiem Ziemi: Jean Fourier i jego analiza
• Georges Couvier: Wykłady anatomii porównawczej; spekulacje o wymieraniu
• Jean-Baptiste Lamarck: rozważania o ewolucji

Księga III. Oświecenie

Rozdział 7. Nauki oświecone I

• Chemia nadrabia zaległości
• Oświecenie Joseph Black i odkrycie dwutlenku węgla
• Black o temperaturze
• Silnik parowy: Thomas Newcomen, James Watt i rewolucja przemysłowa
• Eksperymenty z elektrycznością: Joseph Priestley
• Doświadczenia Priestleya z gazami
• Odkrycie tlenu
• Badania chemiczne Henryego Cavendisha: publikacja w „The Philosophical Transactions”
• Woda nie jest pierwiastkiem
• Eksperyment Cavendisha: ważenie Ziemi
• Antoine Laurent Lavoisier: badanie powietrza i układu oddechowego
• Pierwsza tablica pierwiastków; Lavoisier zmienia nazwy pierwiastków; publikacja Traitć Elćómentaire de Chimie
• Egzekucja Lavoisiera

Rozdział 8. Nauki oświecone II: Postęp na wszystkich frontach

• Badania nad elektrycznością: Stephen Gray, Charles Du Fay, Benjamin Franklin i Charles Coulomb
• Luigi Galvani, Alessandro Volta i wynalezienie baterii elektrycznej
• Pierre-Louis de Maupertuis: zasada najmniejszego działania
• Leonhard Euler: matematyczny opis załamania światła
• Thomas Wright: spekulacje na temat Drogi Mlecznej
• Odkrycia Williama i Caroline Herschelów
• John Michell Pierre Simon de Laplace, „francuski Newton” i jego Exposition Benjamin Thompson (hrabia Rumford): jego żywot Spostrzeżenia Thompsona o konwekcji
• Spostrzeżenia Rumforda o cieple i ruchu
• James Hutton: ujednolicona teoria geologii

Księga IV. Wielki obraz

Rozdział 9. Rewolucja Darwina

• Charles Lyell: życie
• Podróże po Europie i badania geologiczne
• Publikacja Principles of Geology
• Rozważania Lyella na temat gatunków
• Teorie ewolucji: Erasmus Darwin i jego Zoonomia
• Jean-Baptiste Lamarck: lamarckowska teoria ewolucji
• Karol Darwin: życie
• Podróż na okręcie Beagle
• Darwin rozwija swoją teorię ewolucji poprzez dobór naturalny
• Alfred Russel Wallace
• Publikacja darwinowskiego Origin of Species

Rozdział 10. Atomy i cząsteczki

• Dzieło Humphryego Davyego na temat gazów; badanie elektrochemiczne
• Teoria atomistyczna Johna Daltona; pierwsze dyskusje o masie atomu
• Jóns Berzelius i badania nad pierwiastkami
• Liczba Avogadra
• Hipoteza Williama Prouta dotycząca masy atomu
• Friedrich Wóhler: badania substancji organicznych i nieorganicznych
• Wartościowość
• Stanislao Cannizzaro: odróżnienie atomów od molekuł
• Rozwinięcie układu okresowego pierwiastków przez Mendelejewa i innych
• Termodynamika
• James Joule i jego prace na temat termodynamiki
• William Thomson (lord Kelvin) i zasady termodynamiki
• James Clerk Maxwell i Ludwig Boltzmann: teoria kinetyczna i średnia droga swobodna cząstek
• Albert Einstein: liczba Avogadra, ruchy Browna oraz dlaczego niebo jest niebieskie

Rozdział 11. Niech stanie się światłość

• Odrodzenie teorii falowej światła
• Thomas Young: jego eksperyment z dwiema szczelinami
• Linie Fraunhofera
• Spektroskopia i badanie widm gwiazdowych
• Michael Faraday: badania nad elektromagnetyzmem
• Wynalezienie silnika elektrycznego i dynama
• Linie sił Faradaya
• Obliczanie prędkości światła
• James Clerk Maxwell i jego kompletna teoria elektromagnetyzmu
• Światło jako forma zakłócenia elektromagnetycznego
• Albert Michelson i Edward Morley: doświadczenie Michelsona-Morleya ze światłem
• Albert Einstein: szczególna teoria względności
• Minkowski: geometryczna zależność przestrzeni i czasu zgodna z tą teorią Einsteina

Rozdział 12. Ostatni ukłon w stronę nauk klasycznych

• Kontrakcjonizm: nasza pofałdowana planeta?
• Wczesne hipotezy na temat wędrówki kontynentów
• Alfred Wegener: ojciec teorii wędrówki kontynentów
• Dowód na istnienie Pangei
• Radiodatowanie jako metoda określenia wieku skał
• Opis teorii wędrówki kontynentów przez Holmesa
• Przebiegunowanie i płynne jądro Ziemi
• Teoria „ekspansji dna oceanicznego”
• Dalszy rozwój teorii wędrówki kontynentów
• Edward Bullard i jego dopasowanie kontynentów
• Tektonika płyt
• Historia epok lodowcowych: Jean de Charpentier
• Louis Agassiz i jego teoria zlodowacenia
• Astronomiczna teoria epok lodowcowych
• Model orbity eliptycznej
• James Croll
• Cykle Milankovicia
• Nowoczesne poglądy dotyczące epok lodowcowych Wpływ na ewolucję

Księga V. Czasy współczesne

Rozdział 13. Mikrokosmos

• Wynalezienie lampy próżniowej „Promienie katodowe” i „promienie kanalikowe”
• William Crookes: rura Crookesa i korpuskularna interpretacja promieni katodowych
• Poruszające się wolniej niż światło promienie katodowe
• Odkrycie elektronu
• Wilhelm Roentgen i odkrycie promieniowania X
• Radioaktywność; Becquerel i małżeństwo Curie
• Odkrycie promieniowania alfa, beta, gamma
• Model atomu Rutherforda
• Rozpad promieniotwórczy
• Istnienie izotopów
• Odkrycie neutronu
• Max Planck i stała Plancka, promieniowanie ciała doskonale czarnego i kwanty energii
• Albert Einstein i kwanty światła Niels Bohr. Pierwszy kwantowy model atomu
• Louis de Broglie Erwin Schrodinger i jego równanie falowe dla elektronów
• Oparte na cząstkach podejście do kwantowego świata elektronów
• Zasada nieoznaczoności Heisenberga: dualizm korpuskularno-falowy
• Równanie Diraca dla elektronu Istnienie antymaterii
• Silne oddziaływanie jądrowe
• Słabe oddziaływanie jądrowe; neutrina
• Elektrodynamika kwantowa
• Przyszłość? Kwarki i struna

Rozdział 14. Królestwo życia

• Najbardziej skomplikowane jednostki we Wszechświecie
• Karol Darwin i dziewiętnastowieczne teorie ewolucji
• Rola komórek w życiu
• Podział komórek
• Odkrycie chromosomów i ich rola w dziedziczeniu
• Pangeneza wewnątrzkomórkowa
• Gregor Mendel: ojciec genetyki
• Prawa Mendla dotyczące przekazywania cech dziedzicznych
• Badania chromosomów
• Kwasy nukleinowe
• Działania w kierunku DNA i RNA
• Hipoteza tetranukleotydu
• Reguły Chargaffa
• Chemia życia
• Model wiązania kowalencyjnego i chemia organiczna
• Wiązanie jonowe
• Prawo Bragga. Chemia jako gałąź fizyki
• Linus Pauling
• Natura wiązania wodorowego
• Białka włókniste
• Struktura helisy alfa
• Francis Crick i James Watson: model podwójnej helisy
• DNA
• Kod genetyczny
• Genetyczny wiek ludzkości
• Ludzkość to nic nadzwyczajnego

Rozdział 15. Przestrzeń kosmiczna

• Pomiar odległości gwiazd
• Wyznaczanie paralaksy gwiazd
• Spektroskopia i skład chemiczny gwiazd Diagram Hertzsprunga-Russella
• Związek między kolorem a jasnością oraz odległości do gwiazd Skala odległości cefeid
• Cefeidy i odległości do innych galaktyk
• Zarys ogólnej teorii względności Rozszerzający się Wszechświat
• Teoria stanu stacjonarnego Wszechświata Natura Wielkiego Wybuchu
• Przewidywanie promieniowania tła
• Pomiar promieniowania tła
• Współczesne obliczenia: satelita COBE
• Jak świecą gwiazdy: zjawisko syntezy jądrowej Idea „rezonansu”
• CHON i miejsce ludzkości we Wszechświecie W nieznane

Epilog: Przyjemność poznawania Bibliografia Indeks

Lista ilustracji

[/tab]
[/tabs]