Największy program na Ziemi

Wybierz się na spacer po okolicy, a znajdziesz się wśród drzew, kwiatów, ssaków, ptaków i owadów, które należą do Twojej części świata. Idź do zoo, a z daleka znajdziesz egzotyczne rośliny i zwierzęta. Idź do muzeum historii naturalnej, a tam będą skamieniałości, być może gigantyczne szkielety dinozaurów, które mają miliony lat. Osobą, która nauczyła nas, jak te wszystkie żyjące i skamieniałe gatunki są tak naprawdę spokrewnione, był cichy, skromny człowiek nazwiskiem Charles Darwin (1809-1882). Zmienił sposób, w jaki myślimy o sobie. Carl Linnaeus nazwał rośliny i zwierzęta myśląc, że gatunki biologiczne są stałe. Nadal nazywamy je zgodnie z jego zasadami. Możemy to zrobić, ponieważ chociaż teraz wiemy, że rośliny i zwierzęta się zmieniają, jest to bardzo powolne. Gatunek biologiczny ma prawdziwe znaczenie. Ale w przypadku gatunków istnieje zmienność. Dzieci mogą różnić się od rodziców: być może wyższe, o innym kolorze włosów lub większym nosie. Młode muszki owocowe, które latem roją się wokół gnijących owoców, również różnią się od swoich rodziców, ale ze względu na ich wielkość trudno to dostrzec. Łatwiej dostrzec różnice między szczeniętami a kotami w miocie. Darwin zdał sobie sprawę, że różnice między rodzicami a ich potomstwem są bardzo ważne, niezależnie od tego, czy je widzimy, czy nie. Nawet jeśli nie zawsze możemy je docenić, natura może i to robi. Droga Darwina do tego ważnego wglądu była pełna przygód i cichych myśli. Ojciec i dziadek Darwina byli odnoszącymi sukcesy lekarzami. Jego dziadek, Erazm Darwin, miał teorię ewolucji roślin i zwierząt i pisał wiersze o nauce. Charles był szczęśliwym dzieckiem, mimo że jego matka zmarła, gdy miał osiem lat. Odkrył miłość do natury i eksperymentował ze swoim zestawem chemicznym. Był tylko przeciętnym uczniem w szkole. Jego ojciec wysłał go na Uniwersytet w Edynburgu, aby studiował medycynę, ale o wiele bardziej interesowała go historia naturalna i biologia. Po pierwszej operacji chirurgicznej, którą zobaczył, sprawił, że był fizycznie chory, wiedział, że nigdy nie będzie mógł zostać lekarzem. Darwin zawsze pozostawał niezwykle wrażliwy na cierpienie. Po porażce w Edynburgu udał się na uniwersytet w Cambridge, aby studiować podstawowe sztuki, z myślą, że zostanie duchownym. Zdał egzaminy. Tylko. Ale Cambridge okazał się niezwykle ważny ze względu na przyjaźnie, które nawiązał z profesorami botaniki i geologii. Zainspirowali go do zostania przyrodnikiem. John Henslow zabrał go do zbierania roślin na wsi w Cambridge. Adam Sedgwick pojechał z nim do Walii, aby zbadać lokalne skały i skamieniałości. Po tej wycieczce z Sedgwick Darwin ukończył uniwersytet i nie miał pewności, co dalej. Uratowała go niezwykła propozycja: czy chciałby zostać "dżentelmenem przyrodnikiem" podczas rejsu pomiarowego na pokładzie statku HMS Beagle, dowodzonego przez kapitana Roberta Fitzroya z Royal Navy? Jego ojciec powiedział, że nie, ale wujek przekonał ojca, że to naprawdę świetny pomysł. Podróż statkiem Beagle była dziełem Karola Darwina. Przez prawie pięć lat, od grudnia 1831 do października 1836, Darwin był poza domem, gdy statek stopniowo opływał świat. Przez większość czasu na morzu cierpiał na chorobę morską, ale dużo czasu spędzał także na lądzie, zwłaszcza w Ameryce Południowej. Był wybitnym obserwatorem wszelkiego rodzaju zjawisk przyrodniczych: krajobrazów, ludzi i ich zwyczajów, roślin, zwierząt i skamieniałości. Zebrał tysiące okazów i wysłał je do domu, wszystkie starannie oznakowane. Dziś napisałby bloga, ale prowadził wspaniały dziennik, który opublikował po powrocie do domu. Jego Journal of Researches (1839) stał się natychmiast popularny i pozostaje klasycznym opisem jednej z najważniejszych podróży naukowych, jakie kiedykolwiek odbyły. Znamy to jako Podróż Beagle. Idee Darwina na temat ewolucji zostaną opracowane w przyszłości, ale nawet wtedy prywatnie zastanawiał się, jak rośliny i zwierzęta zmieniały się w czasie. Jego Journal of Researches powiedział swoim czytelnikom o trzech szczególnie ważnych rzeczach. Po pierwsze, gdy Darwin był w Chile, doświadczył - z bezpieczeństwa Beagle - gwałtownego trzęsienia ziemi, które dramatycznie podniosło poziom wybrzeża o prawie 4,5 metra. Darwin miał ze sobą swoją kopię Zasad geologii Lyella i był pod wielkim wrażeniem pomysłu Lyella, że gwałtowne wydarzenia, takie jak trzęsienia ziemi, mogą wyjaśnić przeszłość. Trzęsienie ziemi w Chile przekonało Darwina, że Lyell miał rację. Po drugie, Darwina uderzyły związki między żywymi gatunkami a niedawnymi skamieniałościami roślin i zwierząt. We wschodniej części Ameryki Południowej znalazł duże żyjące pancerniki i podobne skamieniałości: podobne, ale wyraźnie nie należące do tego samego gatunku. Odkrył wiele innych przykładów i dodał własne do tych znalezionych przez innych przyrodników. Trzecie i najbardziej znane były jego odkrycia na Wyspach Galapagos. Ta grupa wysp jest oddzielona setkami mil od zachodniego wybrzeża Ameryki Południowej. Było tu kilka niesamowitych roślin i zwierząt, w tym gigantyczne żółwie i piękne ptaki, z których wiele było unikalnych dla jednej wyspy. Darwin odwiedził kilka wysp i starannie zebrał okazy. Spotkał starego człowieka, który potrafił powiedzieć, z której wyspy pochodzi żółw, tak specyficzny był wygląd żółwi z tych wysp. Ale dopiero po powrocie Darwina do Anglii zaczął zdawać sobie sprawę ze znaczenia tego, co odkrył. Eksperci od ptaków przyjrzeli się ziębom zebranym na różnych wyspach i odkryli, że w rzeczywistości należą one do różnych gatunków. Wydawało się, że każda wyspa Galapagos była rodzajem mini-laboratorium zmian. Opuszczając Amerykę Południową, Beagle popłynął przez Pacyfik do Australii, a następnie pod południowy kraniec Afryki. Wrócił do Anglii poprzez kolejną krótką wizytę w Ameryce Południowej. Kiedy statek wrócił do Anglii w 1836 roku, Darwin stał się pierwszorzędnym przyrodnikiem, bardzo różniącym się od nerwowego młodzieńca, który wypłynął. Zdobył również reputację naukową w domu dzięki raportom, listom i okazom, które odsyłał. Spędził kilka następnych lat pracując nad wieloma rzeczami, które zebrał podczas wyprawy, pisząc trzy książki. Ożenił się również ze swoją kuzynką Emmą Wedgwood i przeniósł się do dużego domu na wsi Kent. Down House będzie jego domem do końca życia, miejscem, w którym będzie wykonywał swoją najważniejszą pracę. Dobrze, że lubił przebywać w domu, bo cierpiał na tajemniczą chorobę i często źle się czuł. Jakakolwiek była jego choroba - i nadal nie wiemy, co było z nim nie tak - on i Emma mieli dziewięcioro dzieci. Napisał też stały strumień książek i artykułów. Jedną z nich jest najważniejsza książka w całej historii biologii: O powstawaniu gatunków, wydana w 1859 roku. Na wiele lat przed wydaniem tej książki Darwin zaczął prowadzić swoje prywatne zeszyty na temat "transmutacji". Pierwszy rozpoczął w 1837 r., wkrótce po powrocie z rejsu na Beagle. W 1838 r. Darwin przeczytał Esej Thomasa Malthusa o zasadzie populacji. Malthusa, duchownego, interesowało przede wszystkim, dlaczego tak wielu ludzi jest biednych. Zasugerował, aby biedni pobrali się za wcześnie i mieli więcej dzieci, niż mogą się odpowiednio opiekować. Malthus powiedział, że wszystkie gatunki zwierząt wydają znacznie więcej potomstwa, niż jest w stanie przeżyć. Koty mogą mieć trzy mioty rocznie, każdy z sześcioma lub więcej kociętami. Każdego roku dąb rodzi tysiące żołędzi, a każdy żołądź może stać się kolejnym drzewem. Muchy mogą wyprodukować miliony młodych much każdego roku. Gdyby przeżyło całe potomstwo tych roślin lub zwierząt, a także w następnych pokoleniach, świat wkrótce całkowicie opanowały koty, dęby czy muchy. Malthus uważał, że całe to dodatkowe potomstwo jest niezbędne, ponieważ jest tak dużo marnotrawstwa. Natura jest surowa - tam jest ciężko. Kiedy Darwin przeczytał esej Malthusa, zdał sobie sprawę, że odkrył powód, dla którego niektórzy młodzi to robią, a inni nie. Wyjaśniałoby to również, dlaczego rośliny i zwierzęta zmieniają się bardzo stopniowo w długich okresach czasu. Ci, którzy przeżyją, muszą mieć jakąś przewagę nad swoim rodzeństwem, i będzie to "przetrwanie najlepiej przystosowanych", czyli dobór naturalny, jak nazwał to Darwin. Darwin doszedł do wniosku, że każde potomstwo dziedziczy pewne cechy po rodzicach, takie jak szybkie bieganie. Potomstwo z najbardziej użytecznymi cechami miało większe szanse na przeżycie: mogło biegać nieco szybciej lub miało nieco bardziej kolczaste kolce. Tak więc te cechy zostałyby "wyselekcjonowane", ponieważ mniej skuteczne osobniki, które nie miały tych cech, nie przetrwałyby wystarczająco długo, aby mieć własne potomstwo. Darwin zdał sobie sprawę, że zmiany w naturze są bardzo powolne. Ale, przekonywał, wiemy, że zmiana może przebiegać znacznie szybciej, gdy ludzie są odpowiedzialni za ten proces, wybierając pożądane cechy w swoich roślinach i zwierzętach. Nazwał to sztuczną selekcją, a ludzie robią to od tysięcy lat. Darwin hodował gołębie i wymieniał wiele listów z innymi hodowcami gołębi. Wiedział, jak szybko mogą zmieniać się kształty i zachowanie ich gołębi pokazowych, gdy hodowcy starannie wybierali gołębie o określonych cechach do hodowli piskląt. Rolnicy robili to samo ze swoimi krowami, jagniętami i świniami. Podobnie było z hodowcami roślin, gdy próbowali ulepszyć swoje plony lub wyprodukować piękniejsze kwiaty. Wiesz, jak bardzo różni się owczarek od buldoga. Łatwo jest stworzyć różnorodność zwierząt, jeśli hodowca wybierze pożądane cechy. Darwin widział, że natura działa znacznie wolniej, ale przy odpowiedniej ilości czasu i odpowiednich warunkach środowiskowych dzieje się dokładnie to samo. To, czego dowiedział się o ptakach i żółwiach na Wyspach Galapagos, ilustrowało działanie doboru naturalnego. Warunki lokalne - gleba, drapieżniki, zapasy żywności - były nieco inne na każdej wyspie. Tak więc lokalne rośliny i zwierzęta przystosowały się do różnych lokalnych warunków. Dzioby różnych rodzajów zięb zostały "wyselekcjonowane" pod kątem różnych rzeczy, które mogły znaleźć do jedzenia: nasion, owoców lub kleszczy żyjących na żółwiach. W niektórych przypadkach, jak nauczył się Darwin, różnice stały się na tyle duże, że stworzyły różne gatunki, chociaż wszystkie zięby nadal były blisko spokrewnione. Czas i izolacja pozwoliły na zaistnienie znaczących zmian i wyewoluowały nowe gatunki. Po cichu Darwin czytał szeroko i zbierał wiele innych obserwacji. Napisał krótki szkic swojej teorii w 1838 roku, a dłuższą wersję w 1842. Ale nie opublikował swoich myśli. Czemu? Chciał mieć pewność, że ma rację. Wiedział, że ma rewolucyjny pogląd na świat żywych i że inni naukowcy surowo go skrytykowali, gdyby jego relacja była nieprzekonująca. W 1844 r. Robert Chambers, wydawca z Edynburga i przyrodnik-amator, anonimowo opublikował własną wersję zmiany gatunku. Sensację wywołały ślady przyrodniczej historii stworzenia Chambersa. "Transmutacja" stała się gorącym tematem. Chambers zebrał wiele dowodów sugerujących, że żyjące gatunki są potomkami poprzednich. Jego pomysły były dość niejasne i nie miał żadnej teorii na temat tego, jak to się stało. Popełnił wiele błędów. Jego książka sprzedawała się bardzo dobrze, ale została zniszczona przez czołowych naukowców - tych samych ludzi, których Darwin miał nadzieję przekonać. Więc Darwin czekał. Skończył kilka ważnych publikacji z pracy Beagle i zmierzył się z niezwykłym, ale bezpiecznym tematem: pąkle. Separowanie i badanie tych małych stworzeń morskich było trudne, ale Darwin zawsze upierał się, że daje mu to cenny wgląd w grupę zwierząt z dużą liczbą żywych i skamieniałych gatunków, z których każdy przystosował się inaczej do sposobu, w jaki żyły. Po pąkach Darwin w końcu powrócił do swego wielkiego dzieła. W 1858 roku, kiedy pisał długą książkę, którą nazywał "Dobór naturalny", listonosz przekazał katastrofalne wieści. Z dalekiej Azji przyszedł list z prośbą o opinię Darwina na temat krótkiego artykułu. Był to krótki opis sposobu, w jaki dobór naturalny może prowadzić do zmian gatunkowych w czasie. Darwin jęknął. Jego autor, Alfred Russel Wallace (1823-1913), mógł podsumować powolną i bolesną drogę Darwina do tego samego wniosku. Pomogli mu przyjaciele Darwina, Charles Lyell i Joseph Hooker, którzy znali jego poglądy na gatunki. Zorganizowali wspólną prezentację pomysłów Wallace′a i Darwina w Towarzystwie Linneańskim w Londynie. Nikt nie zwracał większej uwagi na to, co zostało powiedziane na spotkaniu. Darwin był chory w domu, a Wallace nawet o tym nie wiedział - był oddalony o 8000 mil. Ale list Wallace′a przekonał Darwina, że zamiast długiej książki, nad którą pracował, musi szybko napisać streszczenie swoich pomysłów. So On the Origin of Species został opublikowany 24 Listopada 1859. Wydawca wydrukował 1250 egzemplarzy. Wszystkie sprzedały się w jeden dzień. Sercem jego książki były jego dwie główne idee. Po pierwsze, dobór naturalny sprzyja przetrwaniu użytecznych cech, to znaczy cech, które pomagają jednostkom żyć i rozmnażać się. (Dobór sztuczny pokazał, jak istoty ludzkie mogą radykalnie zmienić cechy roślin i zwierząt, jeśli tylko zechcą, ilustrując, jak zmienne mogą być rośliny i zwierzęta). Po drugie, dobór naturalny, działający w naturze i na dłuższą metę, stworzył nowe gatunki. Z czasem ewoluowały powoli. Reszta książki była genialnym pokazem tego, jak dobrze te idee wyjaśniały świat przyrody. Darwin pisał o związku między żywymi gatunkami a ich blisko spokrewnionymi kopalnymi przodkami. Opisał rozmieszczenie geograficzne roślin i zwierząt na całym świecie. Wyjaśnił, w jaki sposób izolacja geograficzna (jak na Wyspach Galapagos) zapewnia warunki, w których mogą rozwijać się nowe gatunki. I podkreślił, że embriony niektórych zwierząt były zaskakująco podobne do embrionów innych. Pochodzenie Darwina zrobiło dla biologii to samo, co Principia Newtona dla fizyki. To miało sens w wielu rzeczach w świecie przyrody. Największym problemem Darwina było dziedziczenie: dlaczego potomstwo może być takie jak ich rodzice, a jednocześnie nieznacznie różnić się od nich i od siebie nawzajem. Czytał uważnie i zastanawiał się. Zasugerował kilka wyjaśnień, ale wiedział, że dziedziczność (genetyka) jest słabo rozumiana i tak powiedział. Wiedział też, że ważne nie było mówienie o tym, jak działa dziedziczenie, ale że tak się stało. O powstawaniu gatunków wywołało poruszenie. Ludzie o tym pisali i rozmawiali. Niektórzy mieli na ten temat dobre rzeczy do powiedzenia, inni krytykowali to. Darwin po prostu nad tym pracował - przed śmiercią opublikował sześć wydań. Rozwijał swoje pomysły, częściowo w odpowiedzi na krytykę, a częściowo dlatego, że jego własne pomysły wciąż dojrzewały. Oprócz aktualizowania Pochodzenia, nadal pisał zdumiewającą liczbę innych książek na temat rzeczy, które go interesowały: pięknych orchidei, których kwiaty zostały dostosowane do zapylających je owadów; rośliny, które łapią i trawią owady; rośliny pnące, które mogą przylgnąć do ściany; a nawet pokorna dżdżownica. Nic dziwnego, że został opisany jako "człowiek o zwiększonej ciekawości". Nic nie umknęło jego uwadze. Pochodzenie nie mówiło nic o ewolucji człowieka, chociaż Darwin wiedział, że jego spostrzeżenia były tak samo prawdziwe dla naszej własnej historii biologicznej. Dla każdego czytelnika pierwszego wydania O powstawaniu było całkiem jasne, że Darwin wierzył w ewolucję gatunku ludzkiego, ale czekał ponad dekadę, aby to otwarcie powiedzieć w The Descent of Man (1871). Darwin uczynił ewolucję biologiczną ważną teorią naukową. Niektórzy naukowcy nie byli przekonani, ale większość była, nawet jeśli czasami proponowali własne wersje tego, jak i dlaczego do tego doszło. Wiele szczegółów wielkiego dzieła Darwina zostało poprawionych w późniejszych pracach naukowych. Nie było idealnie. Nie musiało tak być - nauka taka jest. Ale ze swojego gabinetu i ogrodu w Down House Darwin zapewnił, że już nigdy nie spojrzy na życie na ziemi w ten sam sposób. Historia ewolucji naszej planety to po prostu najwspanialszy spektakl na ziemi.

Historia naszej planety

Odkrywanie kości starożytnych bestii to tylko część historii. Spacerując po wsi, musiałeś zauważyć, że w dolinie często płynie rzeka lub strumień. Wzgórza i góry także otoczą doliny. W niektórych częściach świata, na przykład w szwajcarskich Alpach, uderzające jest to, że góry są bardzo wysokie, a doliny bardzo głębokie. Jak ukształtowały się rysy ziemi? Góry i doliny nie zawsze mogły być takie, jakimi są teraz, ponieważ krajobraz zmienia się co roku przez trzęsienia ziemi, erupcje wulkanów, rzeki i lodowce. Zmiana w każdym roku może być niewielka, ale nawet za życia widoczne są różnice. Linie brzegowe zacierają się, a domy czasami wpadają do morza. Pomnóż to przez kilka lub wiele pokoleń, a zmiany są jeszcze większe. Gwałtowne trzęsienia ziemi, wulkany i tsunami nie są niczym nowym. Wezuwiusz, niedaleko Neapolu we Włoszech, wybuchł w 79 r. n.e. Pogrzebał leżące poniżej miasto Pompeje, zabijając wielu ludzi, a popiół wulkaniczny i lawa dramatycznie zmieniły linię brzegową. Dziś można spacerować ulicami Pompejów, które zostały wydobyte z osiadłego tam popiołu i pumeksu. Wiele osób zastanawiało się, co te dramatyczne wydarzenia oznaczały. Niektórzy myśleli, że są to akty nadprzyrodzone. Ale od końca XVII wieku obserwatorzy zaczęli badać Ziemię jako obiekt historii naturalnej. Współczesna geologia narodziła się, gdy zmierzyła się z trzema problemami. Pierwszym był nowy sposób rozumienia "historii". W dawnych czasach "historia" naprawdę oznaczała "opis". Historia naturalna była po prostu opisem ziemi i rzeczy, które się na niej znajdują. Stopniowo "historia" nabierała współczesnego znaczenia zmiany w czasie. Jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że rzeczy szybko się zmieniają: ubrania, muzyka, fryzury, slang i wszystko, co ma związek z komputerami i telefonami komórkowymi. Oglądamy zdjęcia ludzi z lat 50. i myślimy, jak różnie wyglądali wtedy. Nie jest to nic nowego - Rzymianie ubierali się na przykład inaczej niż starożytni Grecy - ale tempo zmian jest teraz znacznie szybsze. Tak więc akceptujemy zmianę jako naturalną. Historia jest badaniem tej zmiany. Drugim problemem był czas. Arystoteles zakładał, że ziemia jest wieczna i zawsze była taka, jaka była za jego życia. Starożytni chińscy i indyjscy naukowcy również wierzyli, że Ziemia jest bardzo stara. Wraz z nadejściem chrześcijańskich i islamskich poglądów na ziemię czas się skurczył. "Czas, który możemy pojąć, jest tylko o pięć dni starszy od nas", powiedział pisarz sir Thomas Browne w 1642 roku. Miał na myśli to, że Księga Rodzaju opowiada historię stworzenia, w której Bóg stworzył Adama i Ewę szóstego dzień. W ciągu ostatnich pięciu dni powstała ziemia, niebo, gwiazdy, słońce, księżyc oraz wszystkie rośliny i zwierzęta. Dla chrześcijan takich jak Browne, nasza planeta, Ziemia, została stworzona na krótko przed tym, jak Adam i Ewa zobaczyli pierwszy świt w Ogrodzie Eden. Jeśli uważnie przeczytasz Biblię i zsumujesz wszystkie wieki potomków Adama i Ewy wspomnianych w Starym Testamencie, da to przybliżoną datę dla pierwszej pary. W połowie XVII wieku właśnie to zrobił arcybiskup irlandzki. Jego dodatek powiedział mu, że ziemia została stworzona 22 października 4004 p.n.e., a dokładniej wczesnym wieczorem! Obliczenia arcybiskupa Usshera nie zostały zaakceptowane przez wielu chrześcijan w latach pięćdziesiątych XVII wieku. Ale dla ludzi, którzy chcą wiedzieć, jak ukształtowały się geologiczne cechy ziemi, trudno było wyjaśnić, w jaki sposób, powiedzmy, mogły powstawać doliny rzeczne, gdyby Ziemia miała mniej niż 6000 lat. Ten ograniczony okres czasu spowodował również trudności w wyjaśnieniu, w jaki sposób muszle można znaleźć na szczytach gór, daleko powyżej obecnych oceanów i mórz. To, czego geolodzy potrzebowali przede wszystkim, to znaleźć więcej czasu na istnienie Ziemi. Wtedy to, co obserwowali, można było umieścić w jakiejś sensownej perspektywie. I to zrobili. Od końca XVII wieku przyrodnicy zaczęli argumentować, że świat musi być starszy niż kilka tysięcy lat, na które pozwolił Ussher. Kilkadziesiąt lat później hrabia de Buffon (pionierski historyk przyrody) opracował schemat łączący kosmologię i geologię. Jego kosmologia pierwotnie miała Ziemię jako bardzo gorącą kulę, wyrzuconą ze słońca. Stopniowo ostygła i życie stało się możliwe. Wstępnie umieścił datę oddzielenia ziemi od słońca około 80 000 lat temu, uważając na swój dokładny język, aby nie urazić Kościoła. Trzecim problemem było zrozumienie natury skał i minerałów. Nie wszystkie skały są takie same. Niektóre są twarde, inne miękkie i kruszące się i wykonane są z różnych materiałów. Wydawali się też być w różnym wieku. Nazywanie i analizowanie skał i minerałów pozwoliło geologom, którzy je badali, na stworzenie obrazu Ziemi . Abraham Werner (1749-1817) w Niemczech wykonał wiele z tych wczesnych prac. Pracował na uniwersytecie, ale aktywnie zajmował się górnictwem. Kopalnie głęboko pod ziemią pomogły naukowcom, dostarczając próbki materiałów, których niełatwo jest uzyskać na powierzchni Ziemi. Werner oparł swoją klasyfikację skał nie tylko na ich składzie, ale także na ich względnym wieku. Najstarsze były bardzo twarde i nigdy nie zawierały skamieniałości. W ten sposób rodzaje skał znalezionych w danym miejscu dały wskazówkę co do wieku tego miejsca w stosunku do innych miejsc. Kopanie w dół, gdzie warstwy skał i ziemi (warstwy, jak nazywają je geolodzy) zawierały skamieliny, one również dostarczały wskazówek co do względnego wieku zarówno skamielin, jak i warstw, w których zostały znalezione. Człowiek, który wykazał, że skamieliny były bardzo ważne w procesie datowania, był geodetą, William Smith (1769-1839). Smith pomagał budować kanały w Wielkiej Brytanii na początku XIX wieku. Przed kolejami woda była najlepszym sposobem transportu towarów, zwłaszcza ciężkich, takich jak węgiel. Smith zmierzył wiele mil lądu, pomagając wybrać najlepszą trasę dla nowego kanału. Podczas tworzenia mapy geologicznej Anglii i Walii stopniowo zdał sobie sprawę, że najważniejszą cechą warstwy skorupy ziemskiej był nie tylko rodzaj skał, które zawierała, ale także skamieniałości, które można było w niej znaleźć. Dzięki rozszerzonej skali czasowej historii Ziemi, zrozumieniu różnych rodzajów skał i wglądowi Smitha w znaczenie skamielin, geolodzy mogliby spróbować "odczytać" historię Ziemi. Na początku XIX wieku większość geologów była "katastrofistami". Łącząc ze sobą zapisy odkryte przez górnictwo, budowę kanałów, a następnie budowę kolei, znaleźli wiele przypadków, w których wulkany i trzęsienia ziemi wyrzuciły warstwy wcześniej zakopane głęboko w skorupie ziemskiej. Tak więc większości przyrodników wydawało się, że historia Ziemi była jednym z okresów stabilności przedzielona okresami gwałtownych wydarzeń - katastrof - na całym świecie. Powodzie zaliczano do katastrof, więc geolodzy, którzy próbowali dopasować swoje odkrycia do Biblii, cieszyli się, że istnieją dowody na masowe i rozległe powodzie w przeszłości, w tym niedawną (w kategoriach geologicznych), która może być powodzią powszechną w którym Noe zabrał zwierzęta dwójkami do swojej arki. Katastrofiści znaleźli wiele dowodów na poparcie ich poglądu na historię Ziemi. Skamieliny w każdej z różnych warstw wykazywały oczywiste różnice w stosunku do tych poniżej lub powyżej. Nowsze warstwy miały skamieniałości, które bardziej przypominały współczesne żywe rośliny i zwierzęta niż te ze starszych warstw. W Paryżu Georges Cuvier używał "anatomii porównawczej" i rekonstruował żywe obrazy zwierząt z minionych wieków. Jednym z jego zwolenników był William Buckland (1784-1856), liberalny duchowny angielski, który wykładał geologię na Uniwersytecie Oksfordzkim. Buckland był szczególnie energiczny w swoich poszukiwaniach geologicznych dowodów na biblijny potop. Znalazł wiele rzeczy, które, jak sądził, najwyraźniej zostały spowodowane przez wodę: gruz wrzucony do jaskiń, skały, a nawet ogromne głazy rozrzucone po polach. W latach dwudziestych XIX wieku był bardzo pewien, że były to skutki potopu Noego; w latach czterdziestych XIX wieku, gdy badania geologiczne ujawniły więcej szczegółów, stał się mniej pewny. Zdał sobie sprawę, że lodowce (ogromne rzeki lodu) mogły mieć wpływ nawet w Wielkiej Brytanii. Zapewnił bardziej przekonujące wyjaśnienie takich rzeczy, jak rozrzucone głazy, które mogły zostać pozostawione, gdy lód powoli przesuwał się naprzód. W latach 20. i 30. XIX wieku większość geologów uważała, że te starożytne katastrofy zbiegły się z nowymi warstwami geologicznymi. Ponieważ skamieliny w warstwach były ogólnie nieco inne, doszli do wniosku, że historia Ziemi składała się z serii kataklizmicznych wydarzeń - potężnych powodzi, gwałtownych trzęsień ziemi - po których nastąpiło stworzenie nowych roślin i zwierząt, które zostały przystosowane do nowych warunków, które nadeszły. do istnienia. Wydawało się, że ziemia przeszła postępową historię, przygotowując się na swoją ukoronowaną chwałę: stworzenie ludzkości. Ten schemat pasował do opisu stworzenia w Księdze Rodzaju, albo przez założenie, że sześć dni stworzenia to w rzeczywistości sześć długich okresów, albo że Biblia opisuje tylko ostatnie stworzenie, wiek istot ludzkich. W 1830 r. Charles Lyell (1797-1875), młody prawnik, który został geologiem, zakwestionował tę ogólną relację. Lyell oglądał skały i skamieliny we Francji i we Włoszech. Studiował geologię w Oksfordzie, a jego nauczycielem był William Buckland, katastrofista. Lyell był niezadowolony z geologicznej wizji Bucklanda. Co moglibyśmy pokazać, spytał Lyell, gdybyśmy założyli, że siły geologiczne, które działały na Ziemi, faktycznie zawsze były jednorodne (te same)? Stał się przywódcą "uniformitarystów", którzy stali się przeciwnikami "katastrofistów". Lyell chciał zobaczyć, jak dużą część całej historii geologicznej Ziemi potrafi wyjaśnić, posługując się swoją zasadą jednolitości. Widział, że w obecnym czasie Ziemia była bardzo aktywna geologicznie; wciąż były wulkany, powodzie, erozja i trzęsienia ziemi. Jeśli tempo tych zmian było takie samo jak dawno temu, czy to wystarczyło, aby wyjaśnić wszystkie dowody okresów starożytnych gwałtownych katastrof? Tak, powiedział i przedstawił swoje powody w trzytomowym dziele The Principles of Geology (1830-33). Będzie go rewidował przez następne czterdzieści lat, uważnie biorąc pod uwagę badania własne i innych geologów. Uniformitaryzm Lyella był odważną próbą pozbycia się katastrof i polegania na cudach, takich jak potop Noego. Chciał uwolnić geologów do interpretowania historii Ziemi bez ingerencji Kościoła. Lyell był głęboko religijnym człowiekiem, który uważał, że ludzkość jest wyjątkową, moralną istotą, zajmującą szczególną pozycję we wszechświecie. I widział wyraźniej niż większość, że idea katastrofistów o kolejnych kreacjach roślin i zwierząt, zbliżająca się coraz bardziej do żyjących w dzisiejszych czasach, bardzo przypominała ewolucję. Tam, gdzie katastrofiści porównywali głębokie skamieniałości z płytkimi i widzieli postęp, Lyell argumentował, że skamieniałości nie wykazują ogólnego rozwoju. Był bardzo podekscytowany, gdy w starej warstwie głęboko pod ziemią odkryto ssaka kopalnego. Ssaki znajdowano na ogół tylko w niedawnych warstwach, co sugerowało mu, że nie było prawdziwego postępu w historii roślin i zwierząt, z wyjątkiem ludzi. Jeśli to wyglądało na postęp, był to tylko przypadek. Nie więcej niż niewielka liczba gatunkw, które istniały w czasach prehistorycznych, zachowały się jako skamieliny. Charles Lyell pomógł stworzyć nowoczesną geologię. Sposób, w jaki myślał o geologii, i jego rozległe prace terenowe były wybitne. Pokazał, że jeśli nasza ziemia ma wystarczająco długą historię, wiele można wyjaśnić po prostu obserwując to, co dzieje się teraz i wykorzystując współczesne wydarzenia geologiczne lub siły do wyjaśnienia przeszłości. Młody przyrodnik, Karol Darwin, był pod wielkim wrażeniem Zasad geologii Lyella. Zabrał ze sobą pierwszy tom (a pozostałe dwa kazał sobie wysłać), gdy wyruszał w swoje podróże dookoła świata na Beagle. Darwin powiedział, że podczas swojej podróży patrzył oczami Lyella na świat geologiczny - świat trzęsień ziemi, skał i skamieniałości. Doszedł jednak do zupełnie innych wniosków co do tego, co właściwie oznaczał zapis kopalny

Wykopywanie dinozaurów

Kiedy byłem bardzo młody, miałem problemy z odróżnieniem dinozaurów od smoków. Na zdjęciach często wyglądają podobnie, z ogromnymi zębami, potężnymi szczękami, łuszczącą się skórą i złymi oczami, a czasami są pokazywane, jak atakują inne stworzenia wokół nich. Oba rodzaje stworzeń są wyraźnie tymi, których najlepiej unikać. Istnieje jednak znacząca różnica między dinozaurami a smokami. Smoki pojawiają się w greckich mitach, legendach o angielskim królu Arturze, paradach chińskiego Nowego Roku oraz w wielu dramatach w historii ludzkości. Ale nawet jeśli ich siła jest tak duża, że wciąż pojawiają się w tworzonych do dziś historiach, zawsze były wytworem ludzkiej wyobraźni. Smoki nigdy nie istniały. Dinozaury jednak kiedyś żyły. Były tu bardzo długo, nawet jeśli ludzie nigdy ich nie widzieli. Rozwijały się około 200 milionów lat temu i wiemy o nich, ponieważ ich kości zachowały się jako skamieliny. Odkrycie tych kości na początku XIX wieku było ważnym krokiem w nauce. Najpierw geolodzy, a potem zwykli ludzie, zaczęli zdawać sobie sprawę, że Ziemia jest znacznie starsza, niż ludzie przypuszczali. Słowo "paleontologia" zostało ukute we Francji w 1822 roku, aby nadać naukowcom nazwę badania skamieniałości. Skamieliny to zarysy części zwierząt i roślin, które kiedyś żyły, ale po śmierci powoli zamieniły się w kamień (skamieniały), gdy warunki były odpowiednie. Skamieliny można podziwiać w wielu muzeach, a ich kolekcjonowanie to frajda. Dziś jest trudniej, ponieważ zebrano już wiele łatwych skamieniałości do badań i ekspozycji. Ale w niektórych miejscach, takich jak Lyme Regis na południowym wybrzeżu Anglii, klify wciąż są erodowane przez fale morskie i tutaj skamieniałości często wychodzą na światło dzienne. Od tysięcy lat ludzie spotykają się ze skamieniałościami. Pierwotnie słowo "skamielina" oznaczało po prostu "wszystko wykopane", więc "skamieniałościami" mogą być stare monety, kawałki ceramiki lub ładny kwarc. Ale wiele z tych przedmiotów zakopanych w ziemi wyglądało jak muszle, zęby lub kości zwierząt, a stopniowo "skamieniałość" zaczęła oznaczać właśnie te rzeczy, które wyglądały jak kawałki stworzeń. Czasami na szczytach gór, z dala od morza, znajdowano muszle zwierząt morskich. Często kamienne kości, zęby i muszle nie wyglądały jak u żadnego znanego zwierzęcia. W XVII wieku, kiedy przyrodnicy zaczęli zastanawiać się, co zostało znalezione, opracowali trzy rodzaje wyjaśnień. Po pierwsze, niektórzy wierzyli, że te kształty zostały wytworzone przez specjalną siłę natury, dążącą do stworzenia nowych rodzajów organizmów, ale bezskutecznie. Były podobne do żywych roślin i zwierząt, ale nie całkiem to zrobiły. Po drugie, inni twierdzili, że skamieniałości to tak naprawdę szczątki gatunków zwierząt lub roślin, które po prostu nie zostały jeszcze odkryte. Tak duża część samej ziemi pozostała niezbadana, że stworzenia te w końcu można znaleźć w odległych częściach świata lub w oceanach. Trzecia grupa uczonych odważyła się sugerować, że te organizmy były stworzeniami, które kiedyś żyły, ale teraz wymarły. Jeśli to prawda, ziemia musi być znacznie starsza, niż większość ludzi sądziła. Dopiero w XVIII wieku słowo "skamielina" nabrało współczesnego znaczenia, oznaczającego skamieniałe szczątki niegdyś żywej rośliny lub zwierzęcia. Uświadomienie sobie, co to oznaczało, zaczęło dominować w myśleniu naukowym. Naukowcem, który przekonał świat, że niektóre zwierzęta wyginęły, był Francuz Georges Cuvier (1769-1832). Cuvier był bardzo dobry z anatomii, zwłaszcza porównując anatomię różnych gatunków zwierząt. Interesował się rybami, ale miał też ogromną wiedzę o całym królestwie zwierząt. Przeanalizował setki różnych zwierząt, a następnie porównał różne części ich ciał i zbadał, co robią wszystkie ich narządy. Twierdził, że zwierzęta to żywe maszyny, w których każda część ma swoje przeznaczenie. Zauważył również, że wszystko w ciele zwierzęcia działało razem. Na przykład zwierzęta, które jedzą mięso, mają kły (ostre zęby), które pozwalają im rozrywać mięso ofiary. Mają prawidłowy układ trawienny, mięśnie i wszystkie inne cechy, których potrzebują, aby łowić i żywić się mięsem. Te, które pasą się na roślinach, jak krowy i owce, mają zęby o spłaszczonych końcach, które pomagają w rozdrabnianiu trawy i siana. Ich struktura kości i mięśnie służą raczej do stania, niż do biegania i skakania. Przekonanie Cuviera, że zwierzęta są tak pięknie skonstruowane, że całość współgra ze sobą w harmonii, pozwoliło mu wiele powiedzieć o budowie i sposobie życia zwierzęcia, patrząc tylko na jedną jego część. "Znajdź psi ząb, a znajdziesz mięsożercę", powiedział, i zastosuje te same zasady do skamielin. Wraz z innym anatomem przeprowadził dokładne badanie skamieniałości znalezionych w okolicach Paryża. Odkryli, że skamieliny często przypominały części żywych zwierząt, które wciąż można było znaleźć w okolicy, ale w wielu przypadkach zęby i kości miały niewielkie, ale znaczące różnice. Przypadkowo na Syberii znaleziono zamrożone szczątki dużego słonia. Cuvier zbadał tego "mamuta włochatego", jak go nazwano, i argumentował, że nie tylko różni się on od żadnego znanego żywego słonia, ale że zwierzę tej wielkości może z pewnością zostałoby zauważone wcześniej, gdyby nadal gdzieś włóczyły się po okolicy. Więc musiało wyginąć. Kiedy zaakceptowali ideę, że niektóre gatunki zwierząt (i roślin) wyginęły, przyrodnikom znacznie łatwiej było zinterpretować dużą liczbę skamielin, które były wówczas odkrywane. Odkrycia dwóch raczej nieprawdopodobnych osób w Anglii pomogły stworzyć pojęcie świata prehistorycznego. Pierwszą z nich była Mary Anning (1799-1847). Była córką biednego stolarza, który mieszkał w Lyme Regis, w tym miejscu w południowej Anglii wciąż niszczonym przez morze. Dla Mary było to wspaniałe miejsce do polowania na skamieniałości. Już jako młoda dziewczyna polowała na skamieniałości, bo dobre okazy można było sprzedawać naukowcom i kolekcjonerom. Mary i jej brat Joseph wykorzystali swoją lokalną wiedzę, aby rozwinąć firmę zajmującą się zbieraniem i sprzedażą skamieniałości. W 1811 roku znaleźli czaszkę, a następnie wiele innych kości dziwnego stworzenia. Szacuje się, że miał pięć metrów długości, nie przypominał niczego, co kiedykolwiek znaleziono. Został wystawiony w Oksfordzie i wkrótce został nazwany Ichtiozaur, co dosłownie oznacza "rybojaszczurka", ponieważ miał płetwy i pływał w wodzie. Mary znalazła następnie wiele innych dramatycznych skamielin, w tym jedną, która przypominała gigantycznego żółwia, ale bez żadnych dowodów na to, że kiedykolwiek miał skorupę. Ten został nazwany Plesiosaurus, co oznacza "prawie gad". Te odkrycia przyniosły jej sławę i trochę pieniędzy. Ale gdy zaczęło się polowanie na skamieniałości, stwierdziła, że konkurencja jest zacięta i miała problemy z utrzymaniem siebie i swojej rodziny przez swój biznes. Mary Anning miała niewielkie wykształcenie i straciła kontrolę nad swoimi znaleziskami skamieniałości , więc je sprzedała. Gideon Mantell (1790-1852) zmagał się z problemami innego rodzaju. Był lekarzem rodzinnym w Lewes, Sussex - również w południowej Anglii - i miał dostęp do wielu skamieniałości w pobliskich kamieniołomach wapienia. Jako lekarz miał dobrą znajomość anatomii i potrafił interpretować skamieniałości. Musiał jednak dopasować swoją pracę w zakresie skamielin do pracowitej praktyki lekarskiej i powiększającej się rodziny. Zamienił swój dom w rodzaj muzeum skamieniałości, co nie podobało się jego żonie. Podróż do Londynu, aby zaprezentować swoje odkrycia naukowcom, była powolna i kosztowna. Pomimo tych problemów Mantell wytrwał i został nagrodzony odkryciem kilku egzotycznych bestii. W latach dwudziestych XIX wieku znalazł kilka zębów, których wcześniej nie widziano, a ich pierwotny właściciel nazywał się Iguanodon, co oznacza "mający ząb jak iguana" (rodzaj tropikalnej jaszczurki). Niektórzy wielbiciele dali mu pełniejszy szkielet iguanodona, który znaleźli. Mantell odkrył również opancerzonego dinozaura, Hylaeosaurus, który potwierdził, że niektóre z tych gigantycznych stworzeń chodziły po lądzie. Odkryto inne, które miały cechy ptaków, więc ten dziwny świat miał stworzenia żyjące w morzu, na lądzie iw powietrzu. Kiedy oglądamy te ogromne, cudowne stworzenia zrekonstruowane w muzeach, trudno zrozumieć, jak ciężko było mężczyznom i kobietom, którzy je odkryli. Skamieniałe kości były często rozrzucone, a w szkieletach brakowało fragmentów. Mieli tylko ograniczoną liczbę żywych lub skamieniałych zwierząt, z którymi mogli porównać odkrycia, i nie mieli żadnej z nowoczesnych technik datowania swoich odkryć. Mogli jedynie oszacować wielkość swoich znalezisk, porównując odkryte kości - na przykład kość udową - z dużymi żywymi zwierzętami, takimi jak słonie czy nosorożce. Szacowane rozmiary były oszałamiające. Wykorzystali zasadę Cuviera, aby zrekonstruować całe szkielety z części i spekulować, co zwierzę mogło zjeść, jak się poruszało i czy żyło na lądzie, w wodzie, w powietrzu lub w jakiejś kombinacji. Wiele ich pomysłów musiało zostać zrewidowanych, gdy odkryto więcej dinozaurów i dowiedziano się więcej o wczesnej historii życia na Ziemi. Ale ich odkrycia na zawsze zmieniły sposób, w jaki myślimy o świecie, który zamieszkujemy. "Łowcy dinozaurów" uświadomili ogółowi, jak stara jest Ziemia i jak złożone stworzenia żyły na długo przed pojawieniem się ludzi. Ten starożytny świat porwał ich wyobraźnię, a fantazyjne zdjęcia pojawiły się w wielu popularnych czasopismach. Pisarze tacy jak Charles Dickens mogli odnosić się do tych gigantycznych gadów, wiedząc, że ich czytelnicy zrozumieją, o czym mówi. Nazwa "dinozaur" została po raz pierwszy użyta w 1842 roku: z grubsza oznacza "strasznie wielka jaszczurka". Wciąż odkrywano nowe rodzaje dinozaurów, nie tylko w Anglii, ale i gdzie indziej. Zostały one szybko włączone do ogólnej historii życia na Ziemi, a ich okres na Ziemi został z grubsza obliczony na podstawie wieku skał, w których zostały znalezione. Richard Owen (1804-1892), człowiek, który nadał im nazwę "dinozaury", wykorzystał własne prace nad tymi stworzeniami, aby rozwinąć swoją karierę naukową. Stał za budynkiem dzisiejszego Muzeum Historii Naturalnej w Londynie. To wspaniałe muzeum, a dinozaury nadal zajmują w nim poczesne miejsce. Wiele z tych na wystawie to oryginalne okazy znalezione przez ludzi takich jak Mary Anning. W 1851 r. w Londynie odbyła się pierwsza z serii Wystaw Światowych. Nazywana Wielką Wystawą, zgromadziła pokazy nauki, technologii, sztuki, transportu i kultury z całego świata. Wystawa mieściła się w niezwykle odważnym budynku: "Crystal Palace", gigantycznym szklanym domu, położonym w centrum Hyde Parku, w samym sercu Londynu. Miała 33 metry wysokości, 124 metry szerokości i 563 metry długości. Ludzie myśleli, że nie da się zbudować niczego tak dużego ze szkła i stali, ale Joseph Paxton to zrobił. Był ogrodnikiem i budowniczym, który miał doświadczenie w budowie dużych szklarni dla wiktoriańskich dżentelmenów. Wystawa nie przypominała niczego, co kiedykolwiek się wydarzyło, a sześć milionów ludzi z całego świata zgromadziło się, aby ją zobaczyć w ciągu sześciu miesięcy, w których trwała. Po zamknięciu Crystal Palace został zburzony i przeniesiony do Sydenham Park na południowym krańcu Londynu. W ramach rozwoju tej witryny powstał pierwszy na świecie park rozrywki. Poświęcona była dinozaurom i innym stworzeniom prehistorycznego świata. Gigantyczne repliki Iguanodona, Ichtiozaura, Megalozaura i innych bestii zostały skonstruowane i umieszczone w i wokół stworzonego przez człowieka jeziora. Iguanodon był tak duży, że w sylwestra 1853 roku dwudziestu czterech gości jadło kolację w formie, z której wykonano jego ogromne ciało. Okolica ta do dziś nosi nazwę Crystal Palace, chociaż szklany budynek spłonął w straszliwym pożarze w 1936 roku. Niektóre z odtworzonych dinozaurów nie wyglądają teraz całkiem, ale przetrwały pożar i można je dziś oglądać, poobijane i zniszczone, ale wciąż wspaniałe pamiątki z przeszłości. Teraz wiemy znacznie więcej o Erze Dinozaurów. Odnaleziono wiele różnych rodzajów i możemy datować ich wiek bardziej precyzyjnie niż mogliby to zrobić Mantell czy Owen. Czasami mówimy, że zniknęły dość szybko. (Czas geologiczny jest bardzo powolny). Chodzi o to, że wielkie dinozaury wyginęły, prawdopodobnie w wyniku zmian klimatu, po tym, jak ogromna asteroida uderzyła w Ziemię około sześćdziesięciu pięć milionów lat temu. Ale nie wszystkie zniknęły. Niektóre z mniejszych dinozaurów przetrwały i ewoluowały, a ich potomków można codziennie zobaczyć w swoim ogrodzie. Nazywane są ptakami.

Siły, pola i magnetyzm

Atom Daltona pomógł stworzyć nowoczesną chemię, ale istniały inne sposoby patrzenia na atomy. Na początek mogą zrobić znacznie więcej niż tylko łączyć w celu tworzenia związków. Atomy nie wchodzą po prostu w reakcje chemiczne. Zarówno Davy, jak i Berzelius sprytnie wykorzystali fakt, że atomy w roztworze mogą być przyciągane do biegunów dodatnich lub ujemnych, jeśli przez roztwór przepływa prąd elektryczny: atomy też były częścią "elektryczności". Dlaczego w roztworze wody morskiej sód miałby migrować do bieguna ujemnego, a chlor do bieguna dodatniego? Takie pytania były przedmiotem gorących dyskusji na początku XIX wieku. Jednym z głównych śledczych był Michael Faraday (1791-1867). Faraday był dość niezwykłym człowiekiem. Urodził się w zwykłej rodzinie, otrzymał jedynie podstawowe wykształcenie. Spędził młodość ucząc się introligatorstwa, ale odkrył naukę i spędzał wolny czas czytając wszystko, co mógł na ten temat znaleźć. Popularna książka dla dzieci o chemii rozpaliła jego wyobraźnię, a klient w introligatorni, w której pracował, zaoferował mu bilet na wysłuchanie jednego z przemówień Humphry′ego Davy′ego w Royal Institution. Faraday słuchał z zachwytem i starannie robił notatki swoim schludnym charakterem pisma. Zawsze chętnie pokazywał swoje notatki Davy′emu, który był pod wrażeniem ich dokładności, ale doradził Faradayowi, że nie ma pracy w nauce, a introligatorstwo jest lepszym zajęciem dla człowieka, który musi zarabiać na życie. Jednak wkrótce potem asystent laboratorium w Royal Institution został zwolniony, a Davy zaproponował Faradayowi tę pracę. Przebywał tam przez resztę swojego życia, pomagając uczynić go dochodowym miejscem o świetnej reputacji. Pierwsze dni Faradaya w Instytucie spędził na rozwiązywaniu problemów chemicznych dla Davy′ego. Faraday celował w laboratorium, ale nadal czytał o bardziej ogólnych problemach naukowych. Był pobożnym członkiem określonej grupy protestantów; poświęcił wiele godzin swojemu Kościołowi, a jego przekonania religijne kierowały również jego badaniami naukowymi. Po prostu myślał, że Bóg stworzył wszechświat takim, jakim jest, ale ludzie byli w stanie zrozumieć, jak to wszystko do siebie pasuje. Krótko po tym, jak Faraday dołączył do Royal Institution, Davy i jego nowa żona wyjechali w trasę po Europie i zabrali ze sobą Faradaya. Arystokratyczna żona Davy′ego traktowała Faradaya jak służącego, ale osiemnastomiesięczna podróż pozwoliła Faradayowi poznać wiele czołowych postaci naukowych w Europie. Po powrocie do Londynu Faraday i Davy nadal pracowali nad wieloma praktycznymi problemami: co spowodowało wybuchy w kopalniach; jak można ulepszyć miedziane dna statków; jakie były właściwości optyczne szkła? Kiedy Davy coraz bardziej interesował się polityką naukową, Faraday stał się coraz bardziej własnym mistrzem, zwracając uwagę na związek między elektrycznością a magnetyzmem. W 1820 r. duński fizyk Hans Christian Oersted (1777-1851) odkrył elektromagnetyzm: manipulację prądem elektrycznym tak, aby wytworzył "pole" magnetyczne. Magnetyzm był znany od dawna, a kompas z żelazną igłą zawsze skierowaną na północ jest nadal użyteczny. Nawigatorzy używali kompasów na długo przed tym, jak Kolumb odkrył Amerykę, a filozofowie przyrody zastanawiali się, dlaczego tylko kilka substancji (takich jak żelazo) można namagnesować. Większość rzeczy nie mogła. Fakt, że kompasy zawsze wskazywały ten sam kierunek oznaczał, że sama ziemia działała jak ogromny magnes. Elektromagnetyzm Oersteda wywołał falę zainteresowania naukowego, a Faraday podjął wyzwanie. We wrześniu 1821 wymyślił jeden z najsłynniejszych eksperymentów w historii nauki. Pracując z małą igłą magnetyczną, zauważył, że igła będzie się nadal obracać, jeśli zostanie otoczona przewodami przewodzącymi prąd elektryczny. Podczas gdy elektryczność przepływała przez zwinięty drut, wytworzyła pole magnetyczne, do którego igła była nieustannie przyciągana - obracała się w kółko. Był to wynik tego, co Faraday nazwał "liniami siły" i zdał sobie sprawę z ich znaczenia. To, co zrobił po raz pierwszy, to przekształcenie energii elektrycznej (elektryczności) w energię mechaniczną (ruch lub moc obracającej się igły). On wynalazł zasadę działania wszystkich naszych silników elektrycznych. One również przetwarzają energię elektryczną w energię elektryczną w pralkach, odtwarzaczach CD lub odkurzaczach. Faraday kontynuował pracę z elektrycznością i magnetyzmem przez następne trzydzieści lat. Był jednym z najbardziej utalentowanych eksperymentatorów, jakie kiedykolwiek żyły: rozważny w planowaniu swojej pracy i ostrożny w jej wykonywaniu. Jego samokształcenie nie obejmowało matematyki, więc jego artykuły naukowe czytały się podobnie jak jego zeszyty laboratoryjne: szczegółowe opisy jego sprzętu, tego, co robił i co obserwował. Jego praca pomogła również naukowcom zrozumieć rolę ładunków elektrycznych w reakcjach chemicznych. Na początku lat 30. XIX wieku do swoich wynalazków dodał generator elektryczny i transformator elektryczny. Zbudował swój generator elektryczny, wsuwając i wysuwając magnes stały ze zwiniętego drutu, który wytwarza prąd elektryczny. Aby wykonać swój transformator, przepuścił prąd elektryczny przez drut owinięty wokół żelaznego pierścienia, co spowodowało krótki prąd elektryczny w innym przewodzie, owiniętym wokół przeciwległej powierzchni pierścienia. Faraday wiedział, że te eksperymenty były prymitywne, ale wiedział też, że jest na czymś bardzo ważnym. Związek między elektrycznością a magnetyzmem oraz zamianą energii elektrycznej na mechaniczną energię, dosłownie napędza nasz współczesny świat. Faraday podtrzymywał swoje szerokie zainteresowania naukowe i spędzał dużo czasu zasiadając w komitetach naukowych i kierując Królewskim Instytucją. Zainicjował Wykłady Bożonarodzeniowe Instytucji, które do dziś cieszą się ogromną popularnością - być może widzieliście je w telewizji. Ale elektryczność i magnetyzm pozostały jego główną miłością. Jego fascynacja pozostawiła nam nowe słownictwo i wiele przydatnych zastosowań. Nawet żartował ze swoich wynalazków. Zapytany przez polityka o praktyczną wartość elektryczności, miał odpowiedzieć: "Dlaczego, proszę pana, istnieje duże prawdopodobieństwo, że wkrótce będzie pan mógł ją opodatkować!" Po drugiej stronie Atlantyku, kolejny zmieniający świat rezultat pojawiło się wielkie zainteresowanie elektrycznością i magnetyzmem: telegraf elektryczny. Wysyłanie sygnałów za pomocą przewodów elektrycznych rozpoczęło się na początku XIX wieku, ale Amerykanin Samuel Morse (1792-1872) opracował pierwszy dalekosiężny telegraf. W 1844 wysłał wiadomość na odległość ponad trzydziestu ośmiu mil (używając alfabetu Morse′a, który nosi jego imię) z Waszyngtonu do Baltimore. Komunikacja telegraficzna szybko rozwinęła się na całym świecie, a Brytyjczycy wykorzystali ją do połączenia placówek w swoim rozległym imperium. Teraz ludzie mogli szybko komunikować się ze sobą, a wiadomości były przekazywane wkrótce po tym, jak to się stało. Faraday wpadł na pomysł "pola" działania, aby wyjaśnić, dlaczego elektryczność i magnetyzm mają swoje niesamowite właściwości. Pola (obszary wpływów) były już używane przez naukowców, którzy próbowali wyjaśnić tajemnice reakcji chemicznych, elektryczności, magnetyzmu, światła i grawitacji. Te rzeczy miały miejsce, jak sądzili, w określonej przestrzeni lub na boisku, tak jak na określonym korcie, boisku czy boisku rozgrywa się różne gry. Faraday uczynił ten pomysł centralnym w swoim wyjaśnieniu elektryczności i magnetyzmu, argumentując, że ważne jest zmierzenie obszaru aktywności, a nie zamartwianie się tym, czym właściwie jest elektryczność, światło lub magnetyzm. Ale siłę pola elektrycznego można było wykazać w eksperymentach. Faraday nie mógł uwierzyć, że coś takiego jak grawitacja może wywierać swój wpływ poprzez próżnię. Faraday rozwiązał to zakładając, że nie ma czegoś takiego jak absolutna pustka. Przekonywał raczej, że przestrzeń jest wypełniona bardzo wyrafinowaną substancją, którą nazwano "eterem". Ten eter (nie ma nic wspólnego z eterem, gazem znieczulającym) umożliwił fizykom i chemikom wyjaśnienie wielu rzeczy poprzez bezpośredni wpływ. Tak więc "pola" Faradaya wokół prądów elektrycznych lub magnesów mogą być wynikiem działania prądu lub magnesu stymulującego bardzo wyrafinowaną materię, z której składa się eter. Grawitacja też była łatwiejsza do wyjaśnienia w ten sposób, w przeciwnym razie wydawało się, że jest to jakaś dziwna okultystyczna siła, taka jak magiczne moce starszych alchemików, coś, w co współcześni tacy jak Faraday nie wierzyli. Eteru nie można było zobaczyć ani poczuć. , ale fizycy sądzili, że wyjaśnia wyniki ich eksperymentów. W Wielkiej Brytanii kontynuowano ideę eteru do początku XX wieku, kiedy eksperymenty wykazały, że tak naprawdę nie istnieje. Znaczna część prac Faradaya nad siłami okazała się bardziej przydatna. Późniejsi fizycy rozszerzyli go i dostarczyli lepszych matematycznych opisów elektryczności, magnetyzmu i wielu innych zjawisk, które świat fizyczny odrzuca podczas eksploracji. Faraday był ostatnim wielkim fizykiem, który nie używał matematyki. Człowiekiem, który naprawdę zabezpieczył spuściznę Faradaya, był James Clerk Maxwell (1831-79), jeden z nowej rasy fizyków matematycznych. O Maxwellu często mówi się jednym tchem, co Newton i Einstein. Był z pewnością jednym z najbardziej kreatywnych fizyków wszechczasów. Urodził się w Edynburgu i tam kształcił się, dopóki nie poszedł na Uniwersytet Cambridge. Wrócił na krótko do Szkocji, aby uczyć, ale w 1860 wyjechał do King′s College w Londynie. Tam spędził niektóre ze swoich najbardziej produktywnych lat. Opisał już pierścienie planety Saturn, ale w Londynie opracował teorię koloru i zrobił pierwsze kolorowe zdjęcie. Zawsze interesował się elektrycznością i magnetyzmem i mocno je łączył: po Maxwellu fizycy mogli używać matematyki do opisywania elektromagnetyzmu. Maxwell dostarczył narzędzia matematyczne i równania do opisania idei Faradaya w tej dziedzinie. Jego równania wykazały, że siła elektromagnetyczna jest falą, a to było jednym z najważniejszych odkryć w całej fizyce. Ta fala porusza się z prędkością światła i teraz wiemy, że światło i energia ze słońca docierają do nas jako fale elektromagnetyczne. Rzeczywiście, Maxwell przewidział cały zakres fal, jakie znamy: fale radiowe, które umożliwiają transmisje radiowe, mikrofale w naszych kuchniach, ultrafioletowe i podczerwone fale świetlne nad i pod kolorami tęczy, a także promienie rentgenowskie i fale gamma, lub promienie. Te fale są teraz częścią codziennego życia. Jednak większość z tych form energii nie została jeszcze odkryta, gdy Maxwell je przewidział, więc nie dziwiło, że docenienie jego geniuszu zajęło trochę czasu. Jego traktat o elektryczności i magnetyzmie (1873) jest prawdopodobnie najważniejszą książką o fizyce między Principia Newtona a książką XX wieku. Kiedy napisał tę książkę, Maxwell pojechał do Cambridge, aby zorganizować Laboratorium Cavendisha, w którym miało być przeprowadzone tak wiele ważnych badań fizycznych w nadchodzących dziesięcioleciach. Sam Maxwell zmarł młodo, w wieku czterdziestu ośmiu lat, ale dopiero wtedy, gdy przeprowadził podstawowe badania nad zachowaniem gazów przy użyciu specjalnych matematycznych technik statystyki. To pozwoliło mu opisać, w jaki sposób duża liczba atomów w gazie, z których każdy porusza się z nieco inną prędkością i w różnych kierunkach, wywoływałaby efekty, jakie wywołują w różnych temperaturach i ciśnieniach. Dostarczył narzędzi matematycznych, aby wyjaśnić, co Robert Boyle i Robert Hooke zaobserwowali przez te wszystkie lata wcześniej. Maxwell opracował również podstawową koncepcję "mechanizmów sprzężenia zwrotnego": procesów, które zachodzą w pętle, które nazwał "zarządcami". Mechanizmy te są bardzo ważne w technologii, w dwudziestowiecznych osiągnięciach sztucznej inteligencji oraz w komputerach. Zdarzają się również w naszych własnych ciałach. Na przykład, kiedy robimy się za gorąco, ciało to wyczuwa i pocimy się. Pot chłodzi nasze ciała, gdy paruje. Lub, gdy jest nam zimno, drżymy, a skurcze naszych mięśni podczas dreszczy wytwarzają ciepło, które nas ogrzewa. Te mechanizmy sprzężenia zwrotnego pomagają nam utrzymać stałą temperaturę ciała. Maxwell miał delikatne poczucie humoru, był głęboko religijny i blisko związany z żoną, która trzymała go w ryzach. Na przyjęciach miała skłonność do mówienia: "James, zaczynasz się dobrze bawić; czas wracać do domu". Na szczęście nie przerwała jego przyjemności w laboratorium.

Małe kawałki materii

Atomy miały kiedyś złą sławę. Pamiętacie starożytnych Greków z ich pojęciem atomów jako części wszechświata, który był przypadkowy i bezcelowy? Więc jak to się dzieje, że dla nas dzisiaj składanie się z atomów wydaje się tak naturalne? Współczesny "atom" był pomysłem całkowicie szanowanego kwakra, Johna Daltona (1766-1844). Syn tkacza, chodził do dobrej szkoły niedaleko miejsca urodzenia, w angielskiej Krainie Jezior. Był szczególnie biegły w matematyce i naukach ścisłych, a słynny niewidomy matematyk rozbudzał jego ambicje naukowe. Dalton osiedlił się w pobliskim Manchesterze, kwitnącym i szybko rozwijającym się mieście podczas wczesnej rewolucji przemysłowej, kiedy fabryki zaczęły dominować w wytwarzaniu wszelkiego rodzaju towarów. Tutaj pracował jako wykładowca i prywatny korepetytor. Był pierwszą osobą, która wygłaszała pogadanki na temat daltonizmu, opartego na własnej przypadłości. Przez wiele lat daltonizm nazywano daltonizmem. Jeśli znasz kogoś, kto jest daltonistą, prawdopodobnie jest to chłopiec, ponieważ dziewczynki rzadko na to cierpią. Dalton czuł się jak w domu w Manchester Literary and Philosophical Society. Jej aktywni członkowie stali się dla tego nieśmiałego mężczyzny, który nigdy się nie ożenił, czymś w rodzaju wielopokoleniowej rodziny. Manchester "Lit. & Phil." było jednym z wielu podobnych stowarzyszeń założonych od końca XVIII wieku w miastach całej Europy i Ameryki Północnej. Benjamin Franklin, elektryk, był jednym z założycieli Amerykańskiego Towarzystwa Filozoficznego w Filadelfii. "Filozofia naturalna" była oczywiście tym, co teraz nazywamy "nauką". "Literackie" w nazwie towarzystwa manchesterskiego przypomina nam, że nauka nie została jeszcze oddzielona od innych dziedzin aktywności intelektualnej; członkowie zbierali się, aby wysłuchać przemówień na różne tematy, od sztuk Szekspira przez archeologię po chemię. Epoka specjalizacji, kiedy chemicy najczęściej rozmawiali z innymi chemikami, a fizycy tylko z innymi fizykami, leżała w przyszłości. Jak ekscytująca jest tak szeroka oferta! Dalton był wiodącym światłem w życiu naukowym Manchesteru, a jego praca była stopniowo doceniana w całej Europie i Ameryce Północnej. Zrobił kilka ważnych prac eksperymentalnych w chemii, ale jego reputacja wtedy i teraz opierała się na jego idei atomu chemicznego. Wcześniej chemicy wykazali, że gdy chemikalia wchodzą ze sobą w reakcję, robią to w przewidywalne sposoby. Kiedy wodór "płonie" w zwykłym powietrzu (którego częścią jest tlen), produktem jest zawsze woda, a jeśli dokładnie zmierzy się rzeczy, można zobaczyć, że proporcje dwóch gazów, które łączą się, tworząc wodę, są zawsze takie same. (Nie próbuj tego w domu, ponieważ wodór bardzo łatwo się pali i może eksplodować.) Ten sam rodzaj prawidłowości wystąpił również w innych eksperymentach chemicznych z gazami, cieczami i ciałami stałymi. Czemu? Dla Lavoisiera w poprzednim stuleciu było tak, ponieważ pierwiastki były podstawowymi jednostkami materii i po prostu nie można było ich rozłożyć na mniejsze części. Dalton nazwał najmniejszą jednostkę materii "atomem". Twierdził, że atomy jednego pierwiastka są takie same, ale różnią się od atomów innych pierwiastków. Uważał atomy za niezwykle małe, stałe kawałki materii otoczone ciepłem. Ciepło wokół atomu pomogło mu wyjaśnić, w jaki sposób jego atomy i związki, które tworzą po połączeniu z innymi atomami, mogą istnieć w różnych stanach. Na przykład atomy wodoru i tlenu mogą istnieć jako stały lód (kiedy mają najmniej ciepła) lub jako ciekła woda lub jako para wodna (kiedy mają najwięcej ciepła). Dalton wykonał modele z małymi wycięciami, które miały symbolizować jego atomy. Oznaczał swoje kartonowe wycinanki symbolami, aby zaoszczędzić miejsce (i czas) podczas pisania nazw związków i ich reakcji (tak jakby wysyłali nowoczesny sms). Początkowo jego system był zbyt niewygodny, aby można go było łatwo zastosować, ale był to słuszny pomysł, więc stopniowo chemicy zdecydowali się używać inicjałów jako symboli pierwiastków (a zatem atomów Daltona). Tak więc wodór stał się "H", tlen "O", a węgiel "C". Czasami trzeba było dodać kolejną literę, aby uniknąć zamieszania: na przykład, gdy później odkryto hel, nie mogło to być H, więc stało się "On". Piękno teorii atomowej Daltona polegało na tym, że pozwalała chemikom: wiedzą o tych kawałkach materii rzeczy, których nigdy nie mogli zobaczyć. Jeśli wszystkie atomy w elemencie są takie same, to muszą ważyć tyle samo, aby chemicy mogli zmierzyć, ile ważył jeden w porównaniu do drugiego. W związku złożonym z różnych rodzajów atomów mogli zmierzyć, ile każdego atomu znajdowało się w związku według względnej masy. (Dalton nie był w stanie zmierzyć, ile ważył pojedynczy atom, więc masy atomowe były po prostu porównywane z masami innych atomów). Na przykład, gdy tlen i wodór łączą się, tworząc wodę, zakładał, że w grę wchodzi jeden atom wodoru i jeden atom tlenu. Opierając się na jego starannym ważeniu, podał masę atomową wodoru jako 1 (wodór był najlżejszym znanym pierwiastkiem), a masę atomową tlenu jako 7, więc powiedział, że mają stosunek wagowy 1 do 7, czyli 1:7. . Zawsze zaokrąglał swoje wagi atomowe do liczb całkowitych, a wagi porównawcze, z którymi pracował, sugerowały, że miał rację. W rzeczywistości proporcje wagowe w wodzie są bardziej jak 1:8. Wiemy również, że w każdej cząsteczce wody znajdują się dwa atomy wodoru, więc stosunek mas atomowych wynosi w rzeczywistości 1:16 - jeden atom wodoru do szesnastu tlenu. Obecna masa atomowa tlenu wynosi 16. Wodór zachował magiczną wagę 1, którą nadał mu Dalton. Wodór jest nie tylko najlżejszym atomem, ale także najpowszechniejszym we wszechświecie. Teoria atomowa Daltona nadała sens reakcjom chemicznym, pokazując, jak pierwiastki lub atomy łączą się w określonych proporcjach. Tak więc wodór i tlen robią to, gdy tworzą wodę, węgiel i tlen, gdy wytwarzają dwutlenek węgla, a azot i wodór, gdy wytwarzają amon. Taka regularność i konsekwencja, a także coraz dokładniejsze narzędzia pomiarowe, sprawiły, że na początku XIX wieku chemia stała się najnowocześniejszą nauką. Teoria atomowa Daltona stanowiła jego podstawę. Humphry Davy (1778-1829) był w centrum tej chemii. Podczas gdy Dalton był cichy, Davy był ekstrawagancki i społecznie ambitny. Podobnie jak Dalton, pochodził z klasy robotniczej i uczęszczał do dobrej lokalnej szkoły w Kornwalii. Miał też szczęście. Uczył się u pobliskiego lekarza, który miał wyszkolić Davy′ego na lekarza rodzinnego. Zamiast tego Davy wykorzystał książki, które posiadał jego mistrz, aby kształcić się w chemii (i językach obcych). Przeniósł się do Bristolu, gdzie został asystentem w specjalnej placówce medycznej, która używała różnych gazów do leczenia pacjentów. Tam Davy eksperymentował z podtlenkiem azotu - zwanym "gazem rozweselającym", ponieważ kiedy się nim oddychało, chciało się śmiać. Książka Davy′ego o gazie, opublikowana w 1800 roku, wywołała sensację, ponieważ podtlenek azotu stał się "narkotykiem rekreacyjnym", a imprezy podtlenku azotu były wściekłe. Davy zauważył również, że po oddychaniu gazem, nie czuł bólu i zasugerował, że może być przydatny w medycynie. Minęło czterdzieści lat, zanim lekarze zaakceptowali jego sugestię, a gaz jest nadal czasami używany jako środek znieczulający we współczesnej stomatologii i medycynie. Tylko wielkie miasto Londyn mogło zaspokoić ambicje Davy′ego. Miał szansę zostać wykładowcą chemii w Royal Institution, organizacji, która przybliżała naukę społeczeństwu klasy średniej. Tam kwitł showman Davy. Jego wykłady o chemii przyciągały tłumy - ludzie często chodzili na wykłady dla zabawy i nauki. Davy został profesorem w Instytucie, a jego badania kwitły. Wraz z innymi chemikami odkrył chemiczne zastosowanie "stosu" elektrycznego Volty, pierwszej baterii. Rozpuszczał związki w cieczach, aby tworzyć roztwory, a następnie używał stosu do przepuszczania przez nie prądu elektrycznego, analizując, co się stało. Zauważył, że w wielu rozwiązaniach pierwiastki i związki były przyciągane do ujemnych lub dodatnich końców (biegunów) stosu. Davy zidentyfikował w ten sposób kilka nowych pierwiastków: na przykład sód i potas, które gromadziły się wokół bieguna ujemnego. Sód jest częścią związku chlorku sodu, substancji, która sprawia, że ocean jest słony i którą nakładamy na nasze jedzenie. Po odkryciu nowych pierwiastków Davy mógł z nimi eksperymentować i obliczyć ich względne masy atomowe. Stos Volty, ze swoimi biegunami dodatnimi i ujemnymi, zmienił również sposób myślenia chemików o atomach i związkach chemicznych. Rzeczy naładowane dodatnio szły w kierunku bieguna ujemnego, a ujemnie naładowane do bieguna dodatniego. To pomogło wyjaśnić, dlaczego pierwiastki mają naturalne tendencje do łączenia się ze sobą. Szwedzki chemik Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) uczynił ten fakt centralnym w swojej słynnej teorii kombinacji chemicznej. Berzelius przeżył trudne dzieciństwo. Oboje jego rodzice zmarli, gdy był młody, a wychowywali go różni krewni. Ale wyrósł na jednego z najbardziej wpływowych chemików w Europie. Odkrył radość z badań chemicznych, gdy kształcił się na lekarza i mógł pracować jako chemik w stolicy Szwecji, Sztokholmie, gdzie mieszkał. Dużo podróżował, szczególnie do Paryża i Londynu - ekscytujących miejsc dla chemika. Podobnie jak Davy, Berzelius użył stosu Volty, aby spojrzeć na związki w roztworze. Odkrył w ten sposób kilka nowych pierwiastków i opublikował ich listy z coraz dokładniejszymi masami atomowymi. Opracował wagi, dokładnie analizując względne wagi substancji łączących się w celu wytworzenia nowych związków lub rozkładając związki, a następnie dokładnie mierząc produkty. Jego tabela chemiczna z 1818 r. zawierała masy atomowe czterdziestu pięciu pierwiastków, przy czym wodór nadal wynosił 1. Dała ona również znane składy ponad 2000 związków. To Berzelius spopularyzował konwencję Daltona oznaczania pierwiastków po pierwszej lub dwóch pierwszych literach ich nazwy: C jak węgiel, Ca dla wapnia i tak dalej. Dzięki temu język reakcji chemicznych był znacznie łatwiejszy do odczytania. Gdy związki mają w sobie więcej niż jeden atom pierwiastka, oznaczał to liczbą po literze. Berzelius umieścił liczbę nad literą, ale naukowcy umieszczają ją teraz poniżej: O₂ oznacza, że istnieją dwa atomy tlenu. Poza tym Berzelius pisał wzory chemiczne tak samo jak my dzisiaj. Berzelius był znacznie lepszy ze związkami nieorganicznymi niż organicznymi. Związki "organiczne" to związki zawierające węgiel i związane z żywymi organizmami: cukry i białka to dwa przykłady. Związki organiczne są często bardziej złożone chemicznie niż związki nieorganiczne i reagują raczej w inny sposób niż kwasy, sole i minerały, które głównie badał Berzelius. Berzelius uważał, że reakcji zachodzących w naszych ciałach (lub innych żywych istotach, takich jak drzewa i krowy) nie można wyjaśnić w taki sam sposób, jak te, które zachodzą w laboratorium. Chemia organiczna była rozwijana za jego życia we Francji i Niemczech i chociaż dystansował się od tych chemików, faktycznie przyczynił się do ich badań. Najpierw podał słowo "białko", aby opisać jeden z najważniejszych rodzajów związków organicznych. Po drugie, zdał sobie sprawę, że wiele reakcji chemicznych nie zajdzie bez obecności trzeciej substancji. Tę trzecią rzecz nazwał "katalizatorem". Pomogło to w reakcji - często przyspieszając ją - ale tak naprawdę nie zmieniło się podczas reakcji, w przeciwieństwie do innych substancji chemicznych, które łączyły się lub rozkładały. Katalizatory znajdują się w całej przyrodzie, a próba zrozumienia ich działania była celem wielu chemików od czasów Berzeliusa. Gdzie indziej w Europie "atomy" pomagały chemikom zrozumieć ich pracę. Jednak wciąż było wiele zagadek. W 1811 roku we Włoszech fizyk Amedeo Avogadro (1776-1856) wygłosił odważne oświadczenie. Był tak odważny, że przez prawie czterdzieści lat był zaniedbywany przez chemików. Oświadczył, że liczba cząstek dowolnego gazu w stałej objętości i w tej samej temperaturze jest zawsze identyczna. "Hipoteza Avogadro", jak zaczęto ją nazywać, miała ważne konsekwencje. Oznaczało to, że masy cząsteczkowe gazów można było obliczyć bezpośrednio, korzystając ze wzoru, który wymyślił. Jego pomysł lub hipoteza pomogła również zmodyfikować teorię atomową Daltona, ponieważ wyjaśniała ciekawą cechę jednego z najlepiej zbadanych gazów, pary wodnej. Chemicy od dawna zastanawiali się, dlaczego objętość wodoru i tlenu w określonej ilości pary wodnej jest nieprawidłowa, jeśli założy się, że jeden atom wodoru i jeden tlenu tworzą cząsteczkę wody. Okazało się, że na każdy atom tlenu w parze wodnej przypadały dwa atomy wodoru. Chemicy odkryli, że wiele gazów, w tym zarówno wodór, jak i tlen, istnieje w naturze nie jako pojedyncze atomy, ale jako cząsteczki: dwa lub więcej połączonych atomów: H₂ i ₂ jak powiedzielibyśmy. Idee Avogadro wydawały się nie mieć sensu, jeśli wierzyć teorii atomów Daltona i idei Berzeliusa o atomach pierwiastków mających określone negatywne lub pozytywne cechy. Jak dwa ujemne atomy tlenu mogą się ze sobą związać? Problemy te spowodowały, że praca Avogadro była przez długi czas zaniedbywana. Jednak znacznie później nabrało sensu wielu chemicznych zagadek i jest teraz fundamentalne dla naszego zrozumienia atomu chemika. Nauka często jest taka: wszystkie elementy pasują do siebie dopiero po długim czasie i wtedy wszystko zaczyna nabierać sensu.

Powietrze i gazy

"Powietrze" to bardzo stare słowo. Słowo "gaz" jest znacznie nowsze, ma zaledwie kilkaset lat, a przejście z powietrza na gaz było kluczowe. Dla starożytnych Greków powietrze było jednym z czterech podstawowych elementów, po prostu jedną "rzeczą". Ale eksperymenty Roberta Boyl′a z siedemnastego wieku podważyły ten pogląd i naukowcy zdali sobie sprawę, że otaczające nas powietrze i że wszyscy oddychamy składa się z więcej niż jednej substancji. Od tego czasu znacznie łatwiej było zrozumieć, co dzieje się w wielu eksperymentach chemicznych. Wiele eksperymentów dało coś, co bulgotało lub wznosiło się w górę, a następnie znikało w powietrzu. Czasami eksperyment wydawał się zmieniać powietrze: chemicy często wytwarzali amoniak, który powodował łzawienie oczu lub siarkowodór, który cuchnął zgniłymi jajkami. Ale bez możliwości zebrania gazów w jakiś sposób, trudno było wiedzieć, co się dzieje. Isaac Newton wykazał, że pomiary są ważne, ale trudno było zmierzyć gaz, który po prostu był luźny w atmosferze. Dlatego chemicy musieli znaleźć sposoby na zbieranie czystych gazów. Najczęstszym sposobem na zrobienie tego było przeprowadzenie eksperymentu chemicznego w małej zamkniętej przestrzeni, jak zapieczętowane pudełko. Ta zamknięta przestrzeń została następnie połączona rurką z odwróconym pojemnikiem całkowicie wypełnionym wodą. Jeśli gaz nie rozpuściłby się w wodzie - a niektóre gazy tak robią - może bulgotać do góry i spychać wodę w dół. Stephen Hales (1677-1761), genialny duchowny, wynalazł bardzo skuteczną "łaźnię wodną" do zbierania gazów. Hales spędził większość swojego długiego życia jako wikariusz w Teddington, wówczas w wiosce, teraz pochłoniętej przez Londyn. Człowiek skromny i emerytowany, był też niezwykle ciekawski i nieustanny eksperymentator. Niektóre z jego eksperymentów były dość okropne: mierzył ciśnienie krwi u koni, owiec i psów, bezpośrednio wbijając pustą rurkę w tętnicę. To było przymocowane do długiej szklanej rurki i po prostu zmierzył, jak wysoko podniosła się krew, co równało się ciśnieniu krwi. W przypadku konia szklana rurka musiała mieć 2,7 metra, aby zapobiec tryskaniu krwi z góry. Hales badał również ruch soków w roślinach i mierzył wzrost różnych części roślin. Malował maleńkie plamki atramentu w regularnych odstępach na ich łodygach i liściach, a następnie rejestrował odległości między plamkami przed i po wyrośnięciu rośliny. Pokazał, że nie wszystkie części rosły w tym samym tempie. Hales następnie użył swojego aparatu do zbierania gazów, aby zobaczyć, jak rośliny reagują w różnych warunkach. Zobaczył, że używają "powietrza", jak nadal nazywano atmosferę. (W 1727 roku jego książka Vegetable Staticks położyła podwaliny pod późniejsze odkrycie fotosyntezy, czyli sposobu, w jaki rośliny wykorzystują światło słoneczne jako źródło energii i są w stanie zamienić dwutlenek węgla i wodę w cukry i skrobię oraz "oddychać" tlenem. Jest to jeden z najbardziej fundamentalnych procesów na naszej planecie, ale wyprzedzamy samych siebie i na tym etapie nikt nie wiedział o tlenie.) Pamiętasz słowo pneuma? "Pneumatyka" oznacza po prostu "odnosi się do powietrza", a chemia pneumatyczna - chemia powietrza - była jedną z najważniejszych dziedzin nauki w XVIII wieku. (Czy zauważyłeś, że "powietrze" było tam w liczbie mnogiej?) Chemia pneumatyczna była tam, gdzie była od lat trzydziestych XVIII wieku. Nie chodziło tylko o to, że starsze pojęcie "powietrze" ustępowało miejsca znacznie bardziej dynamicznej idei, że faktycznie składa się z kilku rodzajów gazów. Naukowcy odkryli również, że większość substancji może istnieć jako gaz lub zostać przekształcona w gaz w odpowiednich warunkach. Stephen Hales poprowadził swoją kąpiel wodną i pokazał, że rośliny, podobnie jak zwierzęta, potrzebują powietrza. To "powietrze" było rozumiane jako gaz, który uwalniał się, gdy coś się paliło. Szkocki lekarz i chemik, Joseph Black (1728-1799), zebrał to "powietrze" (które nazwał "stałym powietrzem") i wykazał, że chociaż rośliny mogą w nim żyć i z niego korzystać, zwierzęta umrą, jeśli zostaną umieszczone w pojemnik z właśnie ustalonym powietrzem do oddychania. Potrzebowali czegoś innego. "Powietrze stałe" Blacka nazywa się teraz dwutlenkiem węgla (CO2) i wiemy, że jest to zasadnicza część cyklu życiowego roślin i zwierząt. (Jest to również "gaz cieplarniany", główna przyczyna "efektu cieplarnianego", który prowadzi do globalnego ocieplenia). Samotny arystokrata, Henry Cavendish (1731-1810), spędzał dni w swoim prywatnym laboratorium w swoim londyńskim domu, eksperymentując i mierząc. Odkrył więcej o stałym powietrzu i zebrał inne powietrze, które było bardzo lekkie i eksplodowało, gdy iskrzyło się w obecności zwykłego powietrza. Nazwał to "palnym powietrzem". Teraz nazywamy to wodorem i okazało się, że eksplozja wytworzyła przezroczystą ciecz, która była niczym innym jak wodą! Cavendish pracował również z innymi gazami, takimi jak azot. Nikt nie odniósł takich sukcesów w badaniach chemii pneumatycznej jak Joseph Priestley (1733-1804). Priestley był niezwykły. Duchowny, pisał książki o religii, edukacji, polityce i historii elektryczności. Został unitarianem, członkiem grupy protestanckiej, która wierzyła, że Jezus był tylko wielkim nauczycielem, a nie Synem Bożym. Priestley był także materialistą, nauczając, że wszystkie rzeczy natury można wyjaśnić reakcjami materii: nie ma potrzeby "ducha" ani "duszy". W pierwszych dniach Rewolucji Francuskiej, którą wspierał, jego dom w Birmingham został spalony przez ludzi, którzy obawiali się, że liberalne poglądy religijne i społeczne, takie jak jego, mogą wywołać rewolucję za kanałem La Manche. Uciekł do Stanów Zjednoczonych, gdzie spędził ostatnie dziesięć lat swojego życia. Priestley był również bardzo zajętym chemikiem. Użył stałego powietrza do przygotowania wody sodowej, więc pamiętaj o nim następnym razem, gdy wypijesz napój gazowany. Priestley zidentyfikował kilka nowych gazów i, jak wszyscy chemicy zajmujący się pneumatyką, zastanawiał się, co się dzieje, gdy coś się pali. Wiedział, że powietrze odgrywa rolę w spalaniu, a także wiedział, że istnieje rodzaj "powietrza" (gaz), który sprawia, że rzeczy płoną jeszcze intensywniej niż "zwykłe" powietrze, które nas otacza. Stworzył to "powietrze" ogrzewając substancję, którą znamy jako tlenek rtęci i zbierając gaz w łaźni wodnej. Pokazał, że mogą w nim żyć zwierzęta, podobnie jak rośliny w nieruchomym powietrzu. Nowe "powietrze" Priestleya było czymś wyjątkowym: rzeczywiście wydawało się, że jest to zasada zaangażowana w wiele reakcji chemicznych, a także w oddychanie i palenie. Uważał, że to wszystko może być wyjaśnione przez substancję zwaną "flogistonem" i że wszystkie rzeczy, które mogą się palić, zawierają flogiston, który jest uwalniany w procesie spalania. Kiedy powietrze wokół zostanie nasycone flogistonem, nie mogą się już palić. Wielu chemików używało tego pomysłu na flogiston, aby wyjaśnić, co się dzieje, gdy rzeczy płoną i dlaczego niektóre "powietrze" powodują, że rzeczy w zamkniętym pojemniku płoną przez jakiś czas, a następnie wydają się je gasnąć. Spal bryłę ołowiu, a produkt (to, co pozostanie) będzie cięższy niż oryginalna bryła. Sugerowało to, że flogiston, który według naukowców był zawarty w ołowiu i uwalniany podczas spalania, musi mieć ujemną wagę - to znaczy sprawia, że wszystko, co go zawiera, jest lżejsze niż rzeczy, które go nie zawierają. Kiedy większość rzeczy się pali, produktami są gazy, które są trudne do zebrania i zważenia. Spal na przykład drewnianą gałązkę, a produkt, który można łatwo zobaczyć - popiół - jest znacznie lżejszy niż oryginalna gałązka; aby uzyskać całkowitą wagę produktu, wydzielane gazy musiałyby zostać zebrane, zważone i dodane. W schemacie Priestleya flogiston zajął miejsce tego, co nazywamy tlenem, z tą różnicą, że miał prawie dokładnie odwrotne właściwości! Dla Priestleya, kiedy rzeczy płonęły, traciły flogiston i stawały się lżejsze; ale powiedzielibyśmy, że łączą się z tlenem, a teraz wiemy, że rzeczy stają się cięższe, gdy to się dzieje. Kiedy świeca zgasła w zamkniętym pojemniku lub gdy mysz lub ptak zdechł po pewnym czasie zamknięcia w zamkniętym pojemniku ze zwykłym powietrzem, Priestley powiedział, że to dlatego, że powietrze było nasycone flogistonem; teraz wiemy, że to dlatego, że tlen został zużyty. Przypomina nam, że można przeprowadzać bardzo staranne eksperymenty i dokonywać dokładnych pomiarów, ale wyjaśniać wyniki na bardzo różne sposoby. Człowiek, który nazwał tlen, wciąż jest znany jako "ojciec" współczesnej chemii. Antoine-Laurent Lavoisier (1743-94) spotkał gwałtowną śmierć podczas rewolucji francuskiej. Został aresztowany, osądzony i zgilotynowany nie dlatego, że był chemikiem, ale dlatego, że był "rolnikiem podatkowym". W przedrewolucyjnej Francji bogaci ludzie mogli płacić państwu opłatę, aby zostać poborcami podatkowymi, a następnie zatrzymać to, co mogli zebrać. System był zepsuty, ale nie ma dowodów na to, że Lavoisier go nadużywał. W rzeczywistości spędził wiele czasu przed rewolucją, robiąc ważne naukowe i techniczne badania dla państwa, badając szereg ważnych kwestii w produkcji i rolnictwie. Ale był arystokratą, a przywódcy rewolucji nienawidzili jego i jego klasy, i zapłacił za to cenę. Podobnie jak Priestley, Cavendish i inni chemicy zajmujący się pneumatyką, Lavoisier był entuzjastycznym eksperymentatorem, któremu pomagała jego żona. W rzeczywistości Madame Lavoisier była ważną postacią w nauce. Marie-Anne Pierrette Paultze (1758-1836) wyszła za mąż za Lavoisiera, gdy miała zaledwie czternaście lat (on miał dwadzieścia osiem) i pracowali razem w laboratorium, przeprowadzając eksperymenty, dokonując odczytów i rejestrując wyniki. Ponadto Madame Lavoisier była uroczą gospodynią. Ona i jej mąż zabawiali uczonych mężczyzn i kobiety, którzy omawiali najnowsze osiągnięcia w nauce i technologii. Ich małżeństwo było szczęśliwym małżeństwem prawdziwych partnerów. Jako uczeń Lavoisier kochał naukę. Jego bystry umysł i ambicja naukowa były widoczne od najmłodszych lat. Jak większość studentów, którzy wtedy studiowali chemię, dorastał z ideą flogistonu, ale ujawnił w niej szereg logicznych i eksperymentalnych wad. Lavoisier był zdeterminowany, aby mieć najlepszą dostępną aparaturę. On i jego żona opracowali nowy sprzęt laboratoryjny, zawsze mając na celu poprawę dokładności eksperymentów chemicznych. W swoich eksperymentach używał bardzo dokładnych wag do ważenia substancji. Kilka różnych rodzajów eksperymentów przekonało go, że gdy coś się pali, zwiększa się łączna waga wszystkich ich produktów. Wiązało się to z gromadzeniem i ważeniem gazów wytworzonych przez spalanie. Lavoisier kontynuował także badanie tego, co dzieje się, gdy my (i inne zwierzęta) oddychamy. Te eksperymenty upewniły go, że substancja zaangażowana zarówno w spalanie, jak i oddychanie jest pojedynczym, rzeczywistym pierwiastkiem, a nie jakimś rodzajem substancji, jak flogiston. Ten pierwiastek wydawał się również niezbędny do powstania kwasów. Reakcje chemiczne kwasów i zasad (te ostatnie są czasami nazywane "zasadami") od dawna fascynowały chemików. Pamiętasz wynalazek papierka lakmusowego Roberta Boyle′a? Lavoisier kontynuował tę pracę. Rzeczywiście uważał, że tlen (co oznacza "powstający kwas") jest tak ważny w kwasach, że zawsze zawierają ten pierwiastek. Teraz wiemy, że to nieprawda (kwas solny, jeden z najsilniejszych kwasów, zawiera wodór i chlor, ale nie zawiera tlenu). Jednak wiele z tego, co powiedział Lavoisier na temat tlenu, jest nadal częścią naszej dzisiejszej wiedzy. Teraz wiemy, że jest to pierwiastek potrzebny do tego, by rzeczy się paliły, abyśmy mogli oddychać, i że te dwa pozornie różne procesy mają ze sobą wiele wspólnego. Ludzie używają tlenu do "spalania" lub przetwarzania cukrów i innych rzeczy, które jemy, aby dać naszemu ciału energię do wykonywania codziennych funkcji. Lavoisier i jego żona kontynuowali swoje eksperymenty chemiczne w latach 80. XVIII wieku, a w 1789 r., tuż przed Rewolucją Francuską, Lavoisier opublikował swoją najsłynniejszą książkę. Jego angielski tytuł to Elements of Chemistry i tak właśnie jest. Jest to pierwszy nowoczesny podręcznik przedmiotu, pełen informacji o eksperymentach i sprzęcie, zawierający jego refleksje na temat natury pierwiastka chemicznego. Teraz pierwiastek nazywamy substancją, która nie może być dalej rozkładana przez eksperymenty chemiczne. Związek to połączenie elementów, które przy odpowiednim doświadczeniu można rozłożyć. Tak więc woda jest związkiem złożonym z dwóch pierwiastków, wodoru i tlenu. To wyróżnienie było sercem ważnej książki Lavoisiera. Jego lista pierwiastków, czyli "prostych substancji", nie zawierała wszystkich pierwiastków, które chemicy obecnie rozpoznają, ponieważ wiele z nich nie zostało jeszcze odkrytych. Zawierał zaskakujące rzeczy, takie jak światło i ciepło. Ale Lavoisier przedstawił podstawowe ramy dla zrozumienia różnicy między pierwiastkiem a związkiem. Równie ważne było jego przekonanie, że język chemii musi być precyzyjny. Wraz z kilkoma kolegami Lavoisier zreformował język swojego przedmiotu, demonstrując, że aby robić dobrą naukę, trzeba być precyzyjnym w słowach, których używasz. (Linneusz zgodziłby się.) Chemicy musieli być w stanie odnieść się do związków i pierwiastków, z którymi eksperymentowali, aby każdy inny chemik na świecie wiedział, że mają do czynienia z dokładnie tymi samymi rzeczami. Napisał: "Myślimy tylko słowami". Po Lavoisierze chemicy coraz częściej dzielili wspólny język.

Porządkowanie świata

Nasza planeta jest domem dla oszałamiającej różnorodności roślin i zwierząt. Nadal nie wiemy dokładnie, ile jest owadów lub stworzeń morskich. Słusznie martwimy się, że ludzkość zmniejsza ich liczbę. "Gatunki zagrożone", takie jak pandy wielkie i tygrysy indyjskie, pojawiają się w wiadomościach niemal codziennie. Dla nas, jako zainteresowanych istot ludzkich, ważnym słowem w "zagrożonym gatunku" jest zagrożony, ale dla naukowców równie ważnym słowem jest gatunek. Skąd wiemy, że panda wielka nie jest tym samym rodzajem zwierzęcia co niedźwiedź grizzly lub żbik innym niż pogłaskany kot domowy? Adam w biblijnej Księdze Rodzaju otrzymał zadanie nazwania roślin i zwierząt w Ogrodzie Eden. Wszystkie grupy ludzkie mają jakiś sposób na zorganizowanie otaczającego ich świata żywych. Wszystkie języki mają nazwy roślin i zwierząt, których ludzie używają, niezależnie od tego, czy są uprawiane, zbierane, czy też zapewniają transport, mięso, skóry czy mleko. W XVII i XVIII wieku europejscy odkrywcy zaczęli przywozić wiele nowych gatunków roślin i zwierząt z egzotycznych części świata: z Ameryki Północnej i Południowej, Afryki, Azji, a następnie Australii i Nowej Zelandii oraz wysp na oceanach świata. Wiele z tych nowych stworzeń cudownie różniło się od znanych nam roślin i zwierząt ze Starego Świata, ale kiedy zostały dokładnie zbadane, wiele z nich nie różniło się aż tak bardzo. Na przykład słonie znalezione w Indiach i Afryce były tak podobne, że ta sama nazwa wydawała się odpowiednia. Były jednak niewielkie różnice. Jak wytłumaczyć te drobne różnice i bogatą różnorodność przyrody? Od starożytności istniały dwie podstawowe odpowiedzi na to pytanie. Jednym z nich było założenie, że natura była tak obfita, że nie było zaskoczeniem, iż w odległych częściach świata znaleziono wiele, wiele nowych rodzajów roślin i zwierząt. Uważano, że te nowe odkrycia po prostu wypełniają luki w tym, co przyrodnicy nazwali "Wielkim Łańcuchem Bytu". Ci, którzy wierzyli w Łańcuch Bytu, argumentowali, że Bóg był tak potężny, że stworzył każde stworzenie, które mogło istnieć. Nie byli zaskoczeni, gdy znaleźli zwierzęta, które łączyły cechy innych zwierząt, takie jak wieloryby i delfiny w oceanach, które wyglądały jak ryby, ale oddychały i rodziły jak zwierzęta lądowe; lub nietoperze, które wyglądały jak ptaki, ponieważ miały skrzydła i latały, ale nie składały jaj. Stało się tak, ponieważ ci przyrodnicy uważali, że wszystkie ciekawe aspekty życia roślinnego i zwierzęcego można wyjaśnić jako część Łańcucha Bytu. Pomysł "brakującego ogniwa" w tym łańcuchu, o którym być może słyszeliście, gdy znaleziono ważną nową skamielinę, istniał od dawna. Drugą odpowiedzią było założenie, że Bóg pierwotnie stworzył każdy rodzaj roślin i zwierząt, i że ogromna różnorodność przyrody, którą widzimy wokół nas, jest wynikiem pokolenia po pokoleniu, które rodzi ich młode. Dęby produkują sadzonki ze swoich żołędzi, tak jak koty rodzą kocięta, które dorastają, by mieć więcej kociąt i tak dalej. I z każdym pokoleniem, setkami pokoleń lub tysiącami drzewa i koty stawały się coraz bardziej zróżnicowane. Oznacza to, że ogromna różnorodność natury miała być rozumiana jako spowodowana zmianami, które zaszły w czasie, chociaż nadal można powiedzieć, że każda roślina lub zwierzę odnosi się do oryginalnego projektu. Nakreślenie na mapie wszystkich oryginalnych roślin i zwierząt ukazywałoby Boży plan jako "drzewo życia". W XVIII wieku w myśleniu o tych kwestiach dominowało dwóch przyrodników, którzy odzwierciedlali te dwa różne podejścia. Pierwszym był francuski szlachcic, hrabia de Buffon (1707-88). Georges-Louis Leclerc, bogaty człowiek, poświęcił swoje życie nauce. Część roku spędził w swojej posiadłości, a drugą w Paryżu, gdzie zarządzał królewskimi ogrodami - dziś przypominałyby zoo lub park dzikich zwierząt. Na początku był wielkim wielbicielem Newtona, jego fizyki i matematyki, ale większość swojego długiego życia spędził na badaniu świata przyrody. Jego celem było opisanie ziemi i wszystkich roślin i zwierząt na niej. Wszystkie jego staranne badania zostały zebrane w ogromnej pracy liczącej 127 tomów, zwanej po prostu Histoire naturelle ("Historia naturalna"). W tamtych czasach "historia" oznaczała również "opis", a w tych książkach Buffon postanowił opisać wszystkie zwierzęta (i kilka roślin), które mógł zdobyć. Buffon opisał prawie wszystko, co mógł o swoich zwierzętach: ich anatomię, sposób, w jaki się poruszały, co jadły, jak się rozmnażały, jakie były dla nas zastosowania i wiele więcej. Była to cudownie nowoczesna próba zobaczenia zwierząt w ich środowisku tak dalece, jak to możliwe. W jednym tomie po drugim badał wiele znanych ssaków, ptaków, ryb i gadów. Ta ogromna praca ukazywała się przez około czterdzieści lat, od 1749 roku, a czytelnicy z niecierpliwością oczekiwali na każdy nowy tom. Zostały przetłumaczone na większość języków europejskich. Buffon był zafascynowany wszystkimi cechami każdego badanego zwierzęcia. Jak powiedział słynny cytat "Natura zna tylko jednostkę", co oznacza, że w przyrodzie nie było porządku, tylko wiele pojedynczych roślin i zwierząt. Tylko ludzie próbowali podzielić je na grupy na własny użytek. O Wielkim Łańcuchu Bytów powiedział, że natura jest bardzo pełna, ale można ją badać tylko po jednym stworzeniu na raz. Wielkim rywalem Buffona był szwedzki lekarz i przyrodnik Carl Linneusz (1707-78). Linneusz uczył się medycyny, ale jego prawdziwą pasją były rośliny. Większość życia spędził jako profesor na Uniwersytecie w Uppsali w północnej Szwecji. Tutaj utrzymywał ogród botaniczny i wysłał wielu uczniów na cały świat, aby zbierali dla niego rośliny i zwierzęta. Niektórzy z jego uczniów zginęli podczas podróży, ale jego zwolennicy pozostali oddani wielkiemu celowi Linneusza: dokładnego nazwania wszystkich rzeczy, które istnieją na ziemi. Aby pomóc w nadawaniu nazw, Linneusz sklasyfikował je, to znaczy określił ich zasadnicze cechy. To pozwoliło mu umieścić je w "porządku natury". Gdy miał jeszcze dwadzieścia kilka lat, w 1735 r. wydał krótką książkę Systema Naturae ("System przyrody"). Książka była w zasadzie długą listą wszystkich znanych gatunków roślin i zwierząt, pogrupowane według rodzajów. W swoim życiu opublikował dwanaście wydań, za każdym razem poszerzając swoją listę, gdy dowiadywał się o kolejnych rodzajach roślin i zwierząt, zwłaszcza tych, które odkryli dla niego jego uczniowie w Ameryce, Azji, Afryce i innych częściach świata. Od starożytnych Greków przyrodnicy pytali, czy istnieje "naturalna" klasyfikacja rzeczy na świecie. Czy rzeczy mają ze sobą ponadczasowy lub dany przez Boga związek? A jeśli tak, to jak możemy się tego dowiedzieć? W erze chrześcijańskiej najczęstszym założeniem było to, że Bóg stworzył każdy gatunek roślin i zwierząt "na początku", aby Adam mógł je nazwać, i że to, co widzimy teraz, było wytworem czasu i przypadku. Linneusz sympatyzował z tym poglądem, ale zdawał sobie sprawę, jak bardzo zmieniły się rośliny i zwierzęta od czasu ich stworzenia. To sprawiło, że "naturalna" klasyfikacja była bardzo trudna do osiągnięcia. Pomyślał więc, że najpierw potrzebne są proste zasady porządkowania i klasyfikowania wszystkich rzeczy na świecie. Po drugie, chciał nadać rzeczom prostą etykietę, aby je zidentyfikować. To było jego życiowe zadanie: widział siebie dosłownie jako drugiego Adama, nadając rzeczom ich dokładne nazwy. W końcu, jak zoologowie lub botanicy mogli dyskutować o rodzaju "psa" lub rodzaju "lilii", jeśli nie wiedzieli dokładnie, o czym mówią? Przyroda, pomyślał Linneusz, musi mieć szufladki, a kiedy wszystko znajdzie się we właściwym pudełku, nauka może być zrobiona. Linneusz sklasyfikował prawie wszystko: minerały, choroby, rośliny i zwierzęta. Wśród zwierząt wykonał śmiały ruch: w swoim planie uwzględnił ludzi. W rzeczywistości nadał nam biologiczną nazwę, którą nadal mamy: Homo sapiens, co dosłownie oznacza "mądry lub wiedzący człowiek". Wielu przyrodników przed Linneuszem ograniczyło się do tego, co czasami nazywa się "światem przyrody", i dlatego wykluczyło ludzi ze swoich planów. Linneusz, syn pastora, był głęboko religijny. Jak jednak wskazał, nie było żadnych biologicznych powodów, dla których istoty ludzkie nie były po prostu zwierzętami, tak jak psy i małpy, i dlatego należało je włączyć do jego systemu natury. Dwie najważniejsze kategorie dla Linneusza w jego pracy nad taksonomią (naukowe słowo określające klasyfikację) to rodzaj i gatunek. Zawsze używał dużej litery do nazwania rodzaju (nadal to robimy), a małej litery do określenia gatunku: stąd Homo sapiens. Rodzaj był grupą roślin lub zwierząt, które miały więcej podstawowych cech niż wspólne gatunki. Na przykład w rodzaju Felis występuje kilka różnych gatunków kotów, w tym nasz kot domowy (Felis catus) i żbik (Felis silvestris). (W tamtych czasach wszyscy uczyli się łaciny w szkole, więc jego określenie byłoby łatwe do zrozumienia: felis oznaczało "kot", catus "przebiegły", a silvestris "z lasu"). Linneusz wiedział, że istnieją różne poziomy podobieństwa lub różnicy między żywymi stworzeniami. Na szczycie swojego wielkiego planu miał trzy królestwa: roślin, zwierząt i minerałów. Pod nimi znajdowały się klasy, takie jak kręgowce (zwierzęta z rdzeniami kręgowymi: osły, jaszczurki itd.); w obrębie klasy znajdowały się rzędy, takie jak ssaki (stworzenia karmiące młode); jeden karb niżej był rodzajem; po którym następuje gatunek. Poniżej gatunków występowały odmiany. W obrębie gatunku ludzkiego te odmiany nazywano "rasami". Oczywiście istnieją osobniki - osoba, roślina lub zwierzę posiadające swoje specyficzne cechy, takie jak wzrost, mężczyzna lub kobieta, kolor włosów lub oczu, ton głosu. Ale nie klasyfikujesz jednostek jako takich, raczej umieszczasz je w grupie, którą możesz następnie sklasyfikować. Później naukowcy odkryli, że musieli dodać dodatkowe stopnie do pierwotnego systemu Linneusza, takie jak rodziny, podrodziny i plemiona. Lwy, tygrysy i koty domowe są teraz zgrupowane w rodzinie kotów. Suma wszystkich pojedynczych roślin i zwierząt składa się na żywy świat i właśnie do tego odniósł się Buffon, gdy utrzymywał, że ta podstawowa kategoria - jednostka - jest jedyną pewną. Naprawdę kluczowym poziomem dla Linneusza był poziom gatunku. On opracował prosty system identyfikacji każdego gatunku roślin na podstawie męskich i żeńskich części ich kwiatów. Pozwoliło to botanikom-amatorom wędrować po lasach i polach i identyfikować to, co widzą. Mimo, że dotyczyło to tylko roślin, układ seksualny Linneusza niepokoił niektórych ludzi, a także stymulował kilka wierszy o łagodnym charakterze erotycznym. Co najważniejsze, jego klasyfikacja roślin działała dobrze. To dało botanice prawdziwy impuls. Po śmierci Linneusza jego ważne kolekcje roślin zostały zakupione przez bogatego Anglika, który założył Linnean Society of London. Działa do dziś, po ponad 200 latach. Nadal używamy wielu nazw wprowadzonych przez Linneusza do identyfikacji roślin i zwierząt. Jednym z nich był rząd zwierząt, który obejmuje istoty ludzkie, naczelne. Dzielimy ten porządek z małpami, małpami, lemurami i innymi zwierzętami, które dzielą z nami wiele cech. Linneusz nie wierzył, że jeden gatunek może ewoluować w inny: wierzył, że Bóg specjalnie stworzył każdy odrębny gatunek roślin i zwierząt. Zdał sobie jednak sprawę, że istoty ludzkie są częścią natury i że zasady, według których badamy świat przyrody, można również wykorzystać do zrozumienia ludzkości. To, co dokładnie mamy na myśli, kiedy mówimy, że ta lub inna grupa roślin lub zwierząt jest gatunkiem biologicznym, nadal intrygowała przyrodników. Nadal tak jest. Ale ramy Linneusza zostały zmienione sto lat później przez innego przyrodnika, który również kochał rośliny: Karola Darwina.

Mechaniczny Wszechświat

Rewolucja amerykańska (znana również jako amerykańska wojna o niepodległość) w 1776 r., rewolucja francuska w 1789 r. i rewolucja rosyjska w 1917 r. szybko przyniosły nowe formy rządów i nowy porządek społeczny. Była też rewolucja newtonowska. Mniej ludzi słyszało o rewolucji newtonowskiej, ale była ona równie ważna i chociaż wypracowanie jej efektu zajęło dekady, a nie lata, jej konsekwencje były głębokie. Rewolucja Newtonowska opisała świat, w którym żyjemy. Po jego śmierci w 1727 r. Sir Izaak nadal był wybitną postacią w XVIII wieku. W każdej dziedzinie działalności ludzie chcieli być "Newtonem" w swoim temacie. Adam Smith chciał być Newtonem ekonomii; niektórzy nazywali Williama Cullena Newtonem medycyny; Jeremy Bentham starał się być Newtonem reform społecznych i politycznych. To, czego wszyscy szukali, to ogólne prawo lub zasada, które skleją ich dyscyplinę, tak jak wydawało się, że grawitacja Newtona utrzymuje wszechświat w jego regularnym i dostojnym postępie przez pory roku i lata. Jak żartował poeta Alexander Pope: "Natura i jej prawa kryły się w nocy. Bóg powiedział: Niech Newton będzie! i wszystko stało się jasne". Jako Anglik Pope mógł być stronniczy na korzyść swojego rodaka. We Francji, Niemczech i Włoszech Newton osiągnął pokaźną liczbę nawet w swoim życiu, ale istniały inne tradycje naukowe, które wciąż się liczyły. We Francji mechaniczna wizja wszechświata Kartezjusza pozostała potężna. W Niemczech doszło do kłótni o to, kto wynalazł rachunek różniczkowy, z wielbicielami filozofa G.W. Leibniz (1646-1716) twierdził, że Newton był mniej ważny w rozwoju tego narzędzia matematycznego niż ich człowiek. Jednak w Wielkiej Brytanii Newton przyciągnął wielu zwolenników, którzy z przyjemnością nazywali siebie "Newtonianami" i wykorzystywali jego wspaniałe spostrzeżenia w dziedzinie matematyki, fizyki, astronomii i optyki. Stopniowo jednak siła eksperymentalnej optyki i praw ruchu Newtona przejęła także myśl europejską. Jego reputacji pomógł najbardziej nieprawdopodobny adwokat: poeta, powieściopisarz i literat Wolter (1694-1778). Najsłynniejszym dziełem Voltaire′a był sympatyczny Kandyd, który pojawił się w opowiadaniu przygodowym. Kandyd żyje w ciągłym nieszczęściu - wszystko, co może pójść źle, idzie źle - ale nigdy nie zapomina swojej filozofii: świat, który stworzył Bóg, musi być najlepszy z możliwych. Pozostaje więc pogodny, pewny, że to, co mu się przydarzy, nieważne jak straszne, jest najlepsze "na tym najlepszym z możliwych światów". (Po swoich strasznych przygodach decyduje, że powinien był zostać w domu i pielęgnować swój ogród: właściwie całkiem dobra rada.) Kandyd delikatnie podkopywał filozofię rywala Newtona w wynalezieniu rachunku różniczkowego, Leibniza. Voltaire był wielkim fanem Newtona i właściwie wszystkiego, co angielskie. Spędził kilka lat w Anglii i był pod wrażeniem wolności słowa i myśli. (Voltaire został uwięziony we Francji za krytykę Kościoła katolickiego i francuskiego króla, więc wiedział, jak ważna jest wolność słowa). Przyjechał również z Anglii, doceniając osiągnięcia Newtona i napisał popularną wersję idei Newtona dla zwykłych ludzi po francusku. Książka Voltaire′a znalazła wielu czytelników w Europie, gdzie wszyscy dyskutowali o tym, w jaki sposób matematyka i fizyka Newtona rozumieją ruchy planet i gwiazd, codzienne przypływy i odpływy pływów, trajektorię pocisków i oczywiście spadające jabłek. Newton stopniowo zdobywał swoją niesamowitą reputację, ponieważ narzędzia - zarówno matematyczne, jak i fizyczne - które przedstawił w swoich słynnych Principiach, rzeczywiście działały. Narzędzia te pomogły matematykom, fizykom i astronomom zbadać szereg problemów, o których Newton tylko dotknął. Żadna praca naukowa nigdy nie jest ostatnim słowem, tak też było z Newtonem. Wiele osób cieszyło się, że Newton był gigantem, na którego ramionach mogli stanąć. W wielu przypadkach pomagał im widzieć dalej. Spójrzmy na trzy przykłady: przyczyny pływów, kształt Ziemi oraz liczbę i orbity planet w Układzie Słonecznym. Są przypływy i przypływy: odpływ ma miejsce, gdy morze jest "na zewnątrz" i musisz iść dużo dalej, zanim będziesz mógł popływać, a przypływ jest wtedy, gdy morze jest "w" i zmywa twoje zamki z piasku. Przypływy mają regularny, codzienny rozkład, a wiedza o nich była ważna dla żeglarzy, którzy mogą potrzebować przypływu, aby statek dotarł do portu. Arystoteles narysował związek między przypływami a księżycem. Po tym, jak weszło w powszechne przekonanie, że ziemia rzeczywiście się porusza, niektórzy porównywali pływy z falami, które można wytworzyć w wiadrze z wodą, przechylając go tam i z powrotem. Dla Newtona kluczem była grawitacja. Twierdził, że "przyciąganie grawitacyjne" Księżyca jest największe, gdy Księżyc znajduje się najbliżej Ziemi. (Podobnie jak Ziemia krąży wokół Słońca, Księżyc krąży wokół Ziemi w formie elipsy, więc odległości między Ziemią a Księżycem zmieniają się regularnie.) Grawitacja Księżyca przyciąga do siebie wodę w oceanach. W miarę jak Ziemia się obraca, obszar morza będzie się zbliżał, a następnie oddalał od Księżyca, a więc rosnąca i malejąca siła grawitacji pomaga w podnoszeniu i obniżaniu oceanów na regularną modę, którą możemy zobaczyć. To wyjaśnia przypływy i odpływy. Newton miał rację, sądząc, że pływy ilustrują działanie grawitacji. Późniejsi Newtonowie udoskonalili obliczenia mistrza. Szwajcarski lekarz Daniel Bernoulli (1700-82) przedstawił dokładniejszą analizę pływów w 1740 roku. Był znacznie bardziej zainteresowany matematyką, fizyką i nawigacją niż medycyną, a także pomógł wyjaśnić, jak wibrują struny (jak brzdąka się na gitarze). i jak wahają się wahadła (jak w zegarach dziadków). Poprawił też konstrukcję statków. W szkole medycznej w Bazylei użył mechaniki Newtona, aby przyjrzeć się takim rzeczom, jak kurczenie się i skracanie naszych mięśni, aby poruszać kończynami. Jego praca na temat pływów była odpowiedzią na pytanie postawione przez Akademię Nauk w Paryżu, która oferowała nagrodę za najlepszą odpowiedź - często to robiły towarzystwa naukowe. Bernoulli podzielił się nagrodą z kilkoma innymi osobami, z których każdy pomagał wyjaśnić, dlaczego pływy zachowują się tak, jak zachowują się, a w swoich wyjaśnieniach uwzględnia również efekt grawitacyjnego przyciągania słońca. Kiedy dwie rzeczy, takie jak ziemia i księżyc, przyciągają się nawzajem, matematyka jest stosunkowo prosta. W świecie rzeczywistym słońce, planety i inne obiekty posiadające masę komplikują obraz, a matematyka staje się znacznie trudniejsza. Paryska Akademia Nauk była również zaangażowana w drugie ważne pytanie newtonizmu: czy Ziemia była okrągłą kulą? Widać było, że nie jest zupełnie gładka, jak piłeczka do tenisa stołowego - były góry i doliny. Ale czy była w zasadzie okrągła? Newton powiedział nie, ponieważ wykazał, że siła grawitacji na równiku nieco różni się od siły grawitacji w północnej Europie. Wiedział o tym dzięki eksperymentom z wahadłem. Na wahanie wahadła wpływa siła grawitacji ziemskiej; im silniejsza grawitacja, tym szybciej porusza się wahadło, a tym samym krótsze jest ukończenie cyklu tam i z powrotem. Żeglarze zmierzyli, jak daleko odchyliło się wahadło dokładnie w ciągu jednej sekundy, a odległość na równiku była nieco mniejsza. Ta różnica powiedziała Newtonowi, że odległość do środka Ziemi na równiku była nieco większa. Gdyby ziemia była idealną kulą, odległość od powierzchni do środka byłaby wszędzie taka sama. W związku z tym Newton powiedział, że Ziemia w rzeczywistości była spłaszczona na biegunach - jakby została zgnieciona od góry do dołu - i nieco wybrzuszyła się na równiku. Myślał, że ten kształt powstał w wyniku obrotu Ziemi wokół osi północ-południe, kiedy była jeszcze bardzo nowa i stygła ze swojego płynnego stanu. Newton zasugerował, że oznacza to, że Ziemia jest starsza niż 6000 lat, ale nigdy nie ujawnił, ile według niego naprawdę ma lat. Kiedy praca Newtona była dyskutowana we Francji w latach 30. XVIII wieku, wielu francuskich naukowców nie chciało uwierzyć, że Ziemia ma ten niedoskonały kształt. Tak więc Ludwik XV, król Francji, wysłał dwie ekspedycje, jedną do Laponii, w pobliżu koła podbiegunowego, a drugą do Peru, w pobliżu równika - kosztowny sposób sprawdzenia prostego faktu. To, co zrobiły dwie ekspedycje, to zmierzenie dokładnej długości jednego stopnia szerokości geograficznej w tych dwóch lokalizacjach. Szerokość geograficzna jest miarą osi północ-południe Ziemi, przy czym równik wynosi zero stopni, biegun północny +90 stopni, a biegun południowy -90 stopni. (Całkowite okrążenie kuli ziemskiej zajmuje 360 stopni.) Możesz zobaczyć linie szerokości geograficznej narysowane z boku na bok na mapie świata. Gdyby Ziemia była idealnie okrągła, każdy stopień szerokości geograficznej byłby taki sam. Ekspedycja do Laponii wróciła pierwsza (nie musieli podróżować tak daleko), ale kiedy grupa Peru wróciła, po dziewięciu latach, okazało się, że stopień szerokości geograficznej w Laponii jest dłuższy niż w Peru, dokładnie tak, jak przewidywał Model Newtona. Wyniki te pomogły podnieść reputację Newtona w Europie kontynentalnej. Astronomowie z całej Europy przyglądali się gwiazdom i planetom, próbując przewidzieć, jak się poruszają, a zatem gdzie będą obserwowane każdego wieczoru (lub każdego roku). Przewidywania te stawały się coraz bardziej precyzyjne, w miarę jak dokonywano coraz więcej obserwacji, a matematyczna analiza ich ruchów stawała się coraz dokładniejsza. Budowanie większych teleskopów umożliwiło astronomom widzenie dalej w kosmos, a następnie odkrywanie nowych gwiazd, a nawet nowych galaktyk. Jednym z najważniejszych tych obserwatorów był uchodźca do Anglii z Niemiec, William Herschel (1738-1822). Herschel był muzykiem, ale jego pasją było patrzenie w niebiosa. Pewnej nocy, w 1781 roku, zauważył nowy obiekt, który nie był gwiazdą. Początkowo myślał, że to prawdopodobnie kometa i opisał ją lokalnej grupie w Bath, gdzie mieszkał. Jego obserwacja przyciągnęła uwagę innych i szybko stało się jasne, że Herschel odkrył nową planetę. Została ostatecznie nazwana Uranem, po postaci z mitologii greckiej. To odkrycie zmieniło życie Herschela i umożliwiło mu całkowite poświęcenie się astronomii. Twórczością Herschela zainteresował się król Jerzy III, którego rodzina również pochodziła z Niemiec. Jerzy pomógł Herschelowi zbudować największy na świecie teleskop i ostatecznie zamieszkać w pobliżu Windsoru, gdzie znajdował się jeden z królewskich zamków. Herschel był tak oddany patrzeniu w niebiosa, że kiedy przeprowadził się do Windsoru, ułożył sobie życie tak, aby nie przegapić ani jednej nocy obserwacji. We wszystkich swoich pracach Herschelowi pomagała jego siostra Caroline (1750-1848), która była również ekspertem w dziedzinie astronomii. Syn Herschela, Jan (1792-1871) również kontynuował pracę ojca, czyniąc z niej firmę rodzinną. William Herschel nie tylko patrzył na gwiazdy, planety i inne ciała niebieskie, ale także głęboko zastanawiał się nad tym, co widział. Ponieważ miał najlepsze teleskopy swoich czasów, mógł widzieć dalej. Stworzył katalogi gwiazd, które były znacznie większe i dokładniejsze niż kiedykolwiek wcześniej. Zdał sobie sprawę, że nasza galaktyka, Droga Mleczna, nie była jedyną galaktyką we wszechświecie, i długo i intensywnie zastanawiał się nad tym, co nazywano "mgławicami", obszarami na niebie, które wyglądały jak rozmyte białe plamy. Kilka z nich można czasem zobaczyć gołym okiem w pogodną noc, ale teleskop Herschela ujawnił znacznie więcej takich plamistych obszarów. Droga Mleczna zaczyna wyglądać niewyraźnie, gdy przyglądamy się jej bardziej odległym punktom, a astronomowie założyli, że mgławice są po prostu gromadami gwiazd. Herschel wykazał, że niektóre z nich prawdopodobnie są, ale inne były ogromnymi obszarami gazowych chmur wirujących w przestrzeni kosmicznej. Ponadto patrząc na "gwiazdy podwójne", pary gwiazd znajdujących się blisko siebie (cóż, jest "blisko" biorąc pod uwagę odległości, o których mówimy), pokazał, że zachowanie tych gwiazd można wytłumaczyć przyciąganiem grawitacyjnym: Wykazano, że grawitacja rozciąga się nawet na najdalsze zakątki kosmosu. Prawa grawitacji i ruchu Newtona, wraz z jego matematyczną analizą siły (mocy), przyspieszenia (rosnąca prędkość) i bezwładności (skłonność do poruszania się po linii prostej), stały się w XVIII wieku zasadami przewodnimi dla filozofów przyrody . Nikt nie zrobił więcej, aby pokazać, jak wiele te zasady mogą wyjaśnić, niż Francuz Pierre Simon de Laplace (1749-1827). Laplace pracował z Lavoisierem, ale w przeciwieństwie do swojego pechowego przyjaciela, Laplace przeszedł przez rewolucję francuską bez szwanku. Podziwiany przez Napoleona, przez pół wieku był czołową postacią francuskiej nauki. Laplace wykorzystał prawa ruchu Newtona i jego narzędzia matematyczne, aby pokazać, że rzeczy, które można zobaczyć na niebie, można zrozumieć i że przyszłe ruchy planet, gwiazd, komet i asteroid można przewidzieć z dokładnością. Opracował teorię, w jaki sposób nasz Układ Słoneczny, ze Słońcem i jego planetami, mógł narodzić się miliony lat temu w wyniku ogromnej eksplozji, w której Słońce wyrzucało wielkie bryły gorących gazów, które stopniowo ochładzały się, tworząc planety (i ich księżyce). Nazwał to "hipotezą mgławicową" i przedstawił kilka bardzo skomplikowanych obliczeń matematycznych, aby pokazać, że mogło się to zdarzyć w ten sposób. Laplace opisywał wersję tego, co teraz nazywamy Wielkim Wybuchem, chociaż dzisiejsi fizycy wiedzą o tym znacznie więcej, niż mógł wiedzieć Laplace. Laplace był pod takim wrażeniem mocy praw dynamiki Newtona, że wierzył, że gdybyśmy tylko mogli wiedzieć, gdzie w danym momencie znajduje się każda cząstka we wszechświecie, moglibyśmy przewidzieć bieg całego wszechświata do końca czasu. Zdał sobie sprawę, że nie można tego zrobić. Miał na myśli to, że prawa materii i ruchu są takie, że cały wszechświat rzeczywiście działa jak bardzo dobrze wykonany zegar i utrzymuje idealny czas. Jego wizja mechanicznego wszechświata służyła naukowcom przez stulecie po nim.

Jasne iskry

Czy zastanawiałeś się kiedyś, czym jest błyskawica i dlaczego następuje grzmot? Gwałtowne pokazy grzmotów i błyskawic zdarzają się wysoko na niebie i są dość dramatyczne, nawet jeśli wiesz, co je powoduje. Tak jak pioruny zawsze szukają ziemi, na początku osiemnastego wieku naukowcy zaczęli zastanawiać się nad tym i elektrycznością znacznie bliżej domu. Kolejna zagadka dotyczyła tego, co stało się znane jako magnetyzm. Starożytni Grecy wiedzieli, że bursztyn (żółtawy kamień półszlachetny) bardzo mocno pociera się, przyciąga do niego drobne przedmioty znajdujące się w pobliżu. Trudno było zrozumieć przyczynę tej mocy. Wydawało się, że różni się to od stałej mocy innego rodzaju kamienia - kamienia lodowego - przyciągania przedmiotów zawierających żelazo. Tak jak gwiazda polarna jest gwiazdą wskazującą drogę (zwłaszcza Gwiazdą Północną), tak samo gwiazda polarna prowadziła również podróżnych: był to kawałek specjalnego minerału, który zawieszony w taki sposób, aby mógł swobodnie się kołysać, zawsze wskazywałby w kierunku pola magnetycznego. bieguny. Kamienie kodowe można było również wykorzystać do namagnesowania igieł, a do czasów Kopernika, w połowie XVI wieku, marynarze używali prymitywnych kompasów, aby znaleźć kierunek, ponieważ jeden koniec ruchomej igły kompasu zawsze wskazywał północ. Angielski lekarz William Gilbert napisał o tym w 1600 roku, kiedy pojawiło się słowo "magnetyzm". Zarówno elektryczność, jak i magnetyzm mogły wywoływać zabawne efekty i były popularnymi tematami wykładów naukowych, a także zabaw poobiednich. Wkrótce ludzie uzyskali jeszcze potężniejsze efekty, obracając szklaną kulę na punkcie i pocierając ją, gdy się obraca. Można było poczuć, a nawet usłyszeć iskry powstające na szkle. To urządzenie stało się podstawą tego, co nazwano Leyden Jar, od nazwy miasta w Holandii, gdzie zostało wynalezione około 1745 roku przez profesora z uniwersytetu. Słój był do połowy wypełniony wodą i podłączony przewodem do maszyny wytwarzającej prąd. Łącznik został nazwany "przewodnikiem", ponieważ pozwalał tajemniczej mocy przejść do wody w słoiku, gdzie był przechowywany. Kiedy asystent laboratoryjny dotknął boku słoja i elementu przewodzącego, doznał takiego wstrząsu, że myślał, że to już dla niego koniec. Raport o tym eksperymencie wywołał sensację i Leyden Jars stał się ciekawostką. Dziesięciu mnichów połączyło kiedyś ręce i kiedy pierwszy z nich dotknął dzbana i elementu dyrygenckiego, wszyscy jednocześnie podskoczyli. Wyglądało na to, że porażenie prądem można przenosić z osoby na osobę. Co się właściwie działo? Poza grami w grę wchodziły poważne kwestie naukowe. Wokół krążyło wiele teorii, ale jednym człowiekiem, który wprowadził porządek do tematu, był Benjamin Franklin (1706-1790). Może znasz go jako wczesnego amerykańskiego patriotę, który pomógł napisać Deklarację Niepodległości (1776) po tym, jak Stany Zjednoczone z powodzeniem uzyskały niepodległość od Imperium Brytyjskiego. Był dowcipnym, popularnym człowiekiem, pełnym samodzielnych mądrości, takich jak "Czas to pieniądz" i "Na tym świecie nic nie można powiedzieć, że jest pewne, z wyjątkiem śmierci i podatków". Następnym razem, gdy usiądziesz w bujanym fotelu lub zobaczysz kogoś w okularach dwuogniskowych, pomyśl o nim: wymyślił je oba. Głównie samouk, Franklin wiedział dużo o wielu rzeczach, w tym o nauce. Czuł się równie dobrze we Francji, Wielkiej Brytanii i Ameryce, a we Francji przeprowadził swój najsłynniejszy eksperyment naukowy z piorunem. Jak wielu ludzi w latach czterdziestych i pięćdziesiątych XVII wieku Franklin był ciekaw słojów Leyden i tego, co mogą pokazać. W jego rękach pokazywały znacznie więcej, niż sądzono. Po pierwsze, zdał sobie sprawę, że przedmioty mogą przenosić ładunki dodatnie lub ujemne - jak widać oznaczone "+" i "-" na przeciwległych końcach baterii. W słoiku lejdeńskim przewód łączący i woda wewnątrz słoika były "naelektryzowane dodatnio lub plus", powiedział, podczas gdy zewnętrzna powierzchnia była ujemna. Pozytywy i negatywy miały tę samą siłę, więc znosiły się nawzajem. Dalsze eksperymenty przekonały go, że rzeczywista moc słoja leży w szkle i stworzył rodzaj baterii (wymyślił to słowo), umieszczając kawałek szkła między dwoma paskami ołowiu. Kiedy podłączył swoje urządzenie do źródła prądu, ta "bateria" mogła zostać rozładowana. Niestety nie kontynuował tego odkrycia. W tym czasie Francja była zajęta podbijaniem północnych Włoch, a cesarz francuski, Napoleon Bonaparte, odznaczył włoskiego fizyka za jego wynalazek, ponieważ stanowił on niezawodne źródło prądu elektrycznego do badań eksperymentalnych. "Stos" Volty odegrał istotną rolę w chemii początku XIX wieku. Był to praktyczny rozwój "baterii" Franklina i stał się niezbędny w naszym dzisiejszym życiu. Pamiętamy Voltę, ponieważ jego imię dało nam słowo "volt", które jest jednym ze sposobów mierzenia mocy elektrycznej - sprawdź opakowanie przy następnej wymianie baterii. Nasz trzeci wielki elektryk (i potężny matematyk) również nadał swoje imię pomiarom elektryczności: André-Marie Ampère (1775-1836). Od jego imienia pochodzi słowo "amp". Ampère przeżył traumę Rewolucji Francuskiej i jej następstw, podczas których jego ojciec stracił głowę na gilotynie. Jego życie osobiste było równie smutne. Jego ukochana pierwsza żona zmarła po urodzeniu trzeciego dziecka, a jego drugie małżeństwo było bardzo nieszczęśliwe i zakończyło się rozwodem. Jego dzieci wypadły źle, a on był nieustannie nękany zmartwieniami finansowymi. W środku tego chaosu Ampère uświadomił sobie kilka podstawowych rzeczy dotyczących matematyki, chemii, a przede wszystkim tego, co nazwał "elektrodynamiką". Ten skomplikowany temat połączył elektryczność i magnetyzm. Pomimo swojej złożoności, proste, ale eleganckie eksperymenty Ampère′a wykazały, że magnetyzm był w rzeczywistości ruchem elektrycznym. Jego praca była podstawą pracy Faradaya i Maxwella, więc omówimy ją bardziej szczegółowo, kiedy przejdziemy do późniejszych gigantów elektromagnetyzmu. Chociaż późniejsi naukowcy wykazali, że wiele szczegółów teorii Ampè?re′a nie prowadzi donikąd, dostarczył on punktu wyjścia do wielu badań nad elektromagnetyzmem. Ważne jest, aby pamiętać, że nauka polega również na tym, że czasami robi się coś złego. Do czasu śmierci Ampère′a elektryczność przeszła długą drogę do oswojenia. Praca Franklina była samodzielna i, choć ważne, był genialnym amatorem w porównaniu z Galvani, Volta i Amp?re, którzy używali bardziej wyrafinowanego sprzętu i pracowali w laboratoriach. Galvani ostatnio śmiał się z Volty, ponieważ teraz wiemy, że elektryczność odgrywa ważną rolę w interakcji mięśni i nerwów.

Co idzie w górę…

NEWTON

Wątpię, czy kiedykolwiek spotkałeś kogoś tak mądrego jak Isaac Newton - nie spotkałem. Mogłeś spotkać ludzi tak nieprzyjemnych jak on. Nie lubił większości ludzi, miewał napady złości i myślał, że prawie wszyscy chcą go dopaść. Był skryty, próżny i zapominał jeść swoje posiłki. Miał wiele innych nieprzyjemnych cech, ale był sprytny i to spryt, który dzisiaj pamiętamy, nawet jeśli dość trudno jest zrozumieć, co myślał i pisał. Isaac Newton (1642-1727) mógł być nieprzyjemny bez względu na to, co się z nim stało, ale jego dzieciństwo było dość okropne. Jego ojciec zmarł, zanim się urodził, a matka, która nie spodziewała się, że będzie żył, zostawiła go z rodzicami po tym, jak wyszła ponownie za mąż i miała inną rodzinę. Nienawidził ojczyma, nie lubił dziadka i nie przepadał za matką ani babcią. Właściwie od najmłodszych lat zaczął nie lubić ludzi. Wolał być sam, jako dziecko i jako bardzo stary człowiek. Było jednak oczywiste, że był bardzo bystry i został wysłany do gimnazjum w Grantham, niedaleko miejsca, w którym mieszkał, w Lincolnshire. Uczył się dobrej łaciny (z równą łatwością pisał po angielsku i po łacinie), ale większość czasu spędzał w szkole robiąc modele zegarów i innych mechanicznych gadżetów oraz konstruując zegary słoneczne. Robił też swoje, kiedy w 1661 roku poszedł do Trinity College w Cambridge. Miał czytać starożytnych mistrzów, takich jak Arystoteles i Platon. Czytał je trochę (był skrupulatnym , robił notatki, więc wiemy, co czytał), ale jego ulubionymi byli współcześni: Kartezjusz, Boyle i inni propagatorzy nowej nauki. Czytanie było w porządku, ale chciał sam wszystko rozgryźć. W tym celu opracował wiele nowych eksperymentów, ale jego największym geniuszem była matematyka i sposób, w jaki można ją wykorzystać do lepszego zrozumienia wszechświata. Newton opracował wiele swoich pomysłów w ciągu niezwykle produktywnych kilku lat. Żaden naukowiec poza Einsteinem nigdy nie zrobił tak wiele w tak krótkim czasie. Najbardziej zdumiewające lata Newtona to 1665 i 1666. Część tego czasu spędził w domu swojej matki w Woolsthorpe w Lincolnshire, ponieważ epidemia dżumy, która wtedy ogarnęła Anglię, skłoniła Uniwersytet Cambridge do zamknięcia swoich drzwi i odesłania studentów do domu. W tym czasie Newton zobaczył dojrzałe jabłka spadające z drzew w ogrodzie jego matki. Prawdopodobnie nie było to tak dramatyczne, jak opowiadają historie, ale przypomniało mu o problemie, który wciąż wymagał wyjaśnienia: dlaczego rzeczy spadają na ziemię. W tym okresie był zajęty wieloma sprawami naukowymi. Weźmy na przykład matematykę. Galileusz, Kartezjusz i wielu innych filozofów przyrody (czyli naukowców) poczyniło wielkie postępy w rozwijaniu matematyki jako przedmiotu i, co ważniejsze, w wykorzystaniu jej do zrozumienia wyników swoich obserwacji i eksperymentów. Newton był jeszcze lepszym matematykiem i genialnie wykorzystywał ją w swojej nauce. Aby matematycznie opisać rzeczy takie jak ruch i grawitacja, algebra i geometria nie wystarczą. Musisz być w stanie rozważyć bardzo małe jednostki czasu i ruchu: w rzeczywistości nieskończenie małą ilość. Badając kulę wystrzeloną z pistoletu, jabłko spadające z drzewa lub planetę krążącą wokół Słońca, musisz skupić się na odległości, jaką pokonuje w najmniejszym możliwym momencie czasu. Wielu filozofów przyrody przed Newtonem widziało ten problem i wymyślało różne rozwiązania. Ale Newton, wciąż mający dwadzieścia kilka lat, opracował własne narzędzia matematyczne do wykonania tego zadania. Nazwał to swoją metodą "fluksów", od słowa "fluks", co oznacza, że coś się zmienia. Fluksje Newtona wykonały tego rodzaju obliczenia, które wciąż wykonujemy w dziedzinie matematyki zwanej rachunkiem różniczkowym. W październiku 1666 roku, kiedy skończył pracę napisaną tylko dla własnej satysfakcji, był czołowym matematykiem w Europie, ale nikt poza Newtonem o tym nie wiedział. Nie opublikował od razu swoich matematycznych odkryć; zamiast tego używał ich i dopiero w końcu podzielił się swoimi metodami i wynikami ze swoimi znajomymi. Oprócz matematyki Newton zaczął badać światło. Od czasów starożytnych przyjmowano, że światło słoneczne jest białe, czyste i jednorodne (czyli złożone z tego samego). Uważano, że kolory są spowodowane modyfikacjami tego zasadniczo czystego promienia. Newton studiował prace Kartezjusza nad światłem i powtórzył niektóre z jego eksperymentów. Użył soczewek, a następnie szklanego obiektu, zwanego pryzmatem, który mógł załamywać światło. Słynie z tego, że wpuścił maleńki snop światła do swojego zaciemnionego pokoju, przez pryzmat, a następnie na ścianę oddaloną o prawie siedem metrów. Jeśli światło jest jednorodne, jak sądził Kartezjusz i wielu innych, projekcja na ścianie powinna być białym okręgiem o takim samym kształcie jak otwór, przez który przeszło. Zamiast tego światło pojawiło się jako szerokie, wielokolorowe pasmo. Newton nie stworzył dokładnie tęczy, ale był na dobrej drodze do wyjaśnienia, w jaki sposób powstają. Podczas tych plagowych lat Newton posuwał się również naprzód w swojej pracy nad mechaniką: prawami rządzącymi ciałami w ruchu. Widzieliśmy jak Galileusz, Kepler, Kartezjusz i inni opracowali pomysły na wyjaśnienie (i wypisz matematycznie), co się dzieje, gdy kula armatnia jest wystrzelona lub ziemia porusza się wokół słońca. Robert Hooke również był tym zainteresowany. Newton przeczytał pisma tych ludzi, ale poszedł też dalej. Kiedyś napisał do Hooke′a: "Jeżeli widziałem dalej, to przez stanie na ramionach olbrzymów". Czy pamiętasz jazdę na ramionach swojego rodzica? Nagle bycie dwa lub trzy razy wyższym odsłania różne rzeczy, których sam nie mógłbyś zobaczyć. I do tego właśnie zmierzał Newton. Jego wspaniały obraz opisuje, w jaki sposób każdy naukowiec i każde pokolenie naukowców może skorzystać z wglądu tych, którzy przybyli wcześniej. To jest istota nauki. Ale Newton sam był olbrzymem i wiedział o tym. Problemy pojawiły się, gdy Newton nie czuł, że inni to rozpoznają. Kłopoty Newtona z Robertem Hooke′em zaczęły się, gdy Newton zaoferował swój pierwszy artykuł Towarzystwu Królewskiemu. Towarzystwo zrobiło to, co dobre czasopisma naukowe robią do dziś: wysłało je innemu ekspertowi w celu skomentowania. Nazywamy to "recenzją", a proces ten jest częścią otwartości, z której szczycą się naukowcy. Towarzystwo Królewskie wybrało Hooke′a do przeczytania gazety, ponieważ on również badał światło. Newtonowi w ogóle nie podobały się komentarze Hooke′a, a nawet chciał zrezygnować z funkcji członka Royal Society. Towarzystwo po cichu zignorowało jego rezygnację. Po niesamowitym wybuchu twórczej energii w latach sześćdziesiątych XVII wieku Newton zwrócił uwagę na inne sprawy, w tym alchemię i teologię. Jak zawsze prowadził dokładne notatki ze swoich lektur i eksperymentów, które wciąż czytają ludzie, którzy chcą zrozumieć tę stronę myślenia Newtona. W tamtym czasie zachowywał dość cicho te myśli i badania, zwłaszcza poglądy religijne, które różniły się od doktryn Kościoła anglikańskiego. Uniwersytet Cambridge wymagał od swoich studentów zgody na przekonania Kościoła. Na szczęście dla Newtona i nauki miał potężnych zwolenników na uniwersytecie, dzięki czemu mógł zostać Fellow of Trinity College, a później został nawet wybrany Lucasian Professor of Mathematics, bez konieczności przysięgania, że wierzy we wszystkie doktryny Kościoła . Pełnił tę profesurę przez ponad dwadzieścia lat. Niestety był okropnym nauczycielem, a jego uczniowie nie mogli zrozumieć, o czym mówi. Czasami, kiedy przyjeżdżał, nie było kogo nauczać. Zawsze mówił o szanowanych tematach, takich jak światło i ruch, a nie o alchemii i teologii, które potajemnie uprawiał - być może byłyby to bardziej ekscytujące dla jego uczniów! W połowie lat osiemdziesiątych XVI wieku badania Newtona nad matematyką, fizyką i astronomią stały się znane. Napisał wiele artykułów i opublikował kilka, ale często zaznaczał, że jego praca naukowa była przeznaczona tylko dla niego samego lub dla tych, którzy przybyli po jego śmierci. W 1684 astronom Edmund Halley odwiedził Newtona w Cambridge. (Zwróć uwagę na Kometę Halleya, nazwaną na cześć Edmunda Halleya, w 2061 r., kiedy to ma być następna ma być widoczna z Ziemi). Zastanawiali się, czy grawitacja wpłynie na ścieżkę obiektu, działając zgodnie z tym, co teraz nazywamy "prawem odwrotnego kwadratu". Grawitacja jest tylko jednym z kilku przykładów tego prawa. Oznacza to, że siła grawitacji zmniejsza się o kwadrat odległości między dwoma obiektami i oczywiście rośnie w tym samym stosunku, gdy zbliżają się do siebie. Atrakcyjność będzie wzajemna, ale ważna jest również masa obu obiektów. Jeśli jeden obiekt - powiedzmy ziemia - jest bardzo duży, a drugi - powiedzmy jabłko - jest bardzo mały, ziemia wykona prawie całe przyciąganie. Wcześniej wyjaśnialiśmy, w jaki sposób Galileusz używał funkcji "kwadratu" w swojej pracy nad spadającymi ciałami. Zobaczymy to również później, ponieważ Natura wydaje się lubić, że rzeczy dzieją się jako funkcja czegoś do kwadratu, czy to czasu, przyspieszenia czy przyciągania. Kiedy pracujesz z kwadratami (na przykład 3 × 3 = 9 lub 32), pamiętaj, że Natura może się uśmiechać. Wizyta Halleya sprawiła, że Newton odłożył na bok swoją teologię i alchemię. Zabrał się do pracy i stworzył swoją największą książkę, jedną z najważniejszych w historii nauki, nawet jeśli nie jest łatwa do czytania. Dziś znana jest jako Principia, ale jej pełny łaciński tytuł (Newton napisał po łacinie) to Philosophiae naturalis principia mathematica ("Matematyczne zasady filozofii przyrody": pamiętaj, że "filozofia przyrody" była dawną nazwą nauki). Książka Newtona zawierała wszystkie szczegóły, w jaki sposób można zastosować jego nową matematykę, i wyjaśniała wiele aspektów natury fizycznej w liczbach, a nie w rozwlekłych opisach. Za życia Newtona tylko nieliczni mogli ją łatwo zrozumieć, ale jej przesłanie było doceniane znacznie szerzej. Był to nowy sposób na zobaczenie i opisanie wszechświata. Wiele aspektów poglądu Newtona na świat i niebiosa zostało zawartych w jego trzech słynnych prawach ruchu, które napisał w Principiach. Jego pierwsze prawo mówiło, że każde ciało albo pozostaje w spoczynku, albo porusza się w linii prostej, chyba że działa na nie coś innego - jakaś siła. Skała na zboczu góry pozostanie tam na zawsze, chyba że coś - wiatr, deszcz, człowiek - spowoduje jej ruch; i bez żadnych zakłóceń ("tarcia") poruszałby się w linii prostej na zawsze. Jego drugie prawo mówiło, że jeśli coś już się porusza, siła może zmienić kierunek. Jak wielka zmiana zależy od siły, a zmiana kierunku następuje po linii prostej, w kierunku nowej siły. Tak więc, jeśli uderzysz spadający balon z boku, przesunie się on na boki; jeśli uderzysz go z góry, spadnie szybciej. Jego trzecie prawo ruchu wykazało, że dla każdego działania zawsze istnieje równa i przeciwna reakcja. Oznacza to, że dwa ciała zawsze działają na siebie jednakowo, ale w przeciwnych kierunkach. Możesz uderzyć balonem, a on odsunie się od twojej ręki, ale również wykona akcję na twojej ręce (poczujesz to). Jeśli uderzysz w duży głaz, głaz się nie poruszy, ale twoja ręka może się odbić i będzie bolała. Dzieje się tak, ponieważ lżejsze przedmioty trudniej wpływają na ciężkie niż na odwrót. (Widzieliśmy, że tak samo było z grawitacją.) Te trzy prawa połączyły zagadki wcześniejszych filozofów przyrody. W rękach Newtona wyjaśnły wiele obserwacji, od ruchów planet po trajektorię strzały wystrzelonej z łuku. Prawa ruchu umożliwiły postrzeganie całego wszechświata jako gigantycznej, regularnej maszyny, jak zegarek, który dzięki sprężynom, dźwigniom i ruchom utrzymuje czas. Principia Newtona uznano za dzieło o wielkiej mocy i geniuszu. To zmieniło tego samotnika, zakłopotanego mężczyznę w coś w rodzaju celebryty. Jego nagrodą było dobrze płatne stanowisko Strażnika Mennicy, miejsca, w którym rząd wytwarzał monety i regulował podaż pieniądza w kraju. Newton z wielkim zapałem rzucił się w tę nową pracę, tropiąc fałszerzy i nadzorując podaż pieniądza w kraju. Musiał przeprowadzić się do Londynu, więc zrezygnował ze wszystkich kontaktów z Cambridge i spędził ostatnie trzydzieści lat swojego życia w stolicy, zostając prezesem Towarzystwa Królewskiego. Podczas swoich londyńskich lat Newton znacząco zrewidował Principia, w tym niektóre ze swoich dalszych prac, a także odpowiadając na różne krytyki, które ludzie zgłaszali od czasu ich publikacji. Naukowcy często to robią. Niedługo po śmierci Roberta Hooke′a Newton opublikował swoją drugą ważną pracę naukową, Opticks (1704), dotyczącą światła. Newton i Hooke często kłócili się o to, który z nich zrobił, co najpierw i jak zrozumieć wyniki swoich eksperymentów na temat tego, czym jest światło i jak się zachowuje. Newton wykonał większość pracy nad tą książką prawie czterdzieści lat wcześniej, ale nie chciał jej publikować za życia Hooke′a. Podobnie jak Principia, Opticks był bardzo ważny. Z niektórymi jego wnioskami spotkamy się w późniejszych rozdziałach, kiedy inni naukowcy stanęli na ramionach Newtona. Newton był pierwszym naukowcem, który został pasowany na rycerza, stając się Sir Isaac. Cieszył się mocą, ale niezbyt szczęśliwym. Nie był kimś, kogo można by nazwać miłym człowiekiem, ale był wspaniałym, jednym z najbardziej twórczych naukowców, jaki kiedykolwiek żył, słynął z niesamowitego wkładu, jaki wniósł do naszego zrozumienia wszechświata. Principia Newtona były szczytem astronomii i fizyki, które były tak aktywnie uprawiane przez Keplera, Galileusza, Kartezjusza i wielu innych. W swojej książce Newton połączył niebiosa i ziemię w jeden system, ponieważ jego prawa obowiązywały w całym wszechświecie. Oferował matematyczne i fizyczne wyjaśnienia sposobu poruszania się planet i sposobu, w jaki ciała spadają na Ziemię. Zapewnił podstawy fizyki, z których korzystali naukowcy do XX wieku, kiedy Einstein i inni wykazali, że we wszechświecie jest coś więcej, niż nawet Sir Isaac sobie wyobrażał.

"Nowa Chemia"

Jeśli masz zestaw do chemii, być może wiesz już o papierku lakmusowym. Te małe paski specjalnego papieru mogą powiedzieć, czy roztwór jest kwaśny, czy zasadowy. Jeśli zamieszasz trochę octu w wodzie (zakwaszając) i zanurzysz w niebieskim papierze, zrobi się czerwony. Jeśli spróbujesz go z wybielaczem (który jest alkaliczny), czerwony papier zmieni kolor na niebieski. Następnym razem, gdy użyjesz papierka lakmusowego, pomyśl o Robercie Boyle, ponieważ stworzył test ponad 300 lat temu. Boyle (1627/91) urodził się w dużej arystokratycznej rodzinie w Irlandii. Był najmłodszym synem i nigdy nie musiał martwić się o pieniądze. W przeciwieństwie do wielu zamożnych ludzi, Boyle zawsze hojnie wykorzystywał swoją fortunę i przekazał sporą jej część na cele charytatywne. Zapłacił za przetłumaczenie Biblii na język Indian amerykańskich. Religia i nauka odegrały w jego życiu równie dużą rolę. Spędził kilka lat w Eton, elitarnej angielskiej szkole, a następnie podróżował po Europie, gdzie miał szereg prywatnych korepetytorów. Boyle wrócił do Anglii, gdzie szalała wojna domowa; część jego rodziny opowiedziała się po stronie króla Karola I, a część po stronie parlamentarzystów, którzy dążyli do obalenia króla i ustanowienia republiki. Siostra przekonała go do wstąpienia do parlamentarzystów i za jej pośrednictwem poznał entuzjastycznego reformatora społecznego, politycznego i naukowego Samuela Hartliba. Podobnie jak Francis Bacon, Hartlib wierzył, że nauka ma moc poprawiania życia ludzi i przekonał młodego Boyle′a, że studiowanie rolnictwa i medycyny może doprowadzić do takich ulepszeń. Boyle zaczął od medycyny i przyglądał się lekarstwom na różne choroby, zdobywając po drodze fascynację chemią na całe życie. Niektórzy religijni ludzie boją się narażać siebie lub swoje dzieci na nowe idee, ponieważ myślą, że idee mogą podważyć ich wiarę. Robert Boyle nie należał do tych ludzi: jego przekonania religijne były tak pewne, że czytał wszystko, co było związane z jego szerokimi zainteresowaniami naukowymi. Kartezjusz i Galileusz byli postaciami kontrowersyjnymi we wczesnych latach Boyle′a, ale uważnie ich przestudiował - przeczytał Gwiezdnego Posłańca Galileusza w 1642 roku we Florencji, dokładnie w tym samym roku i miejscu, w którym umarł Galileusz - i wykorzystał ich spostrzeżenia we własnej pracy. Boyle interesował się także starożytnymi atomistami, choć nie do końca przekonywała go ich wiara, że wszechświat składa się wyłącznie z "atomów i pustki". Wiedział jednak, że we wszechświecie istnieją pewne podstawowe jednostki materii, które nazwał "korpuskułami", ale mógł wykonywać swoją pracę bez bezbożnych (ateistycznych) skojarzeń starożytnego greckiego atomizmu. Boyle był równie niezadowolony z teorii Arystotelesa o czterech żywiołach - powietrzu, ziemi, ogniu i wodzie - i eksperymentalnie wykazał, że nie jest poprawna. Spalił kij świeżego drewna i pokazał, że dym, który się z niego wydobywał, nie był powietrzem. Ani płyn, który sączył się z końca płonącego drewna, nie był zwykłą wodą. Płomień różnił się w zależności od tego, co zostało spalone, więc nie był to czysty ogień, a popiół, który pozostał, nie był ziemią. Uważnie analizując wyniki tych prostych eksperymentów, Boyle zrobił wystarczająco dużo, by wykazać, że coś tak powszechnego jak drewno nie powstało z powietrza, ziemi, ognia i wody. Zwrócił również uwagę, że niektórych substancji, takich jak złoto, nie można dalej rozkładać. Po podgrzaniu złoto topiło się i płynęło, ale nie zmieniało się jak drewno, gdy zostało spalone: kiedy złoto ostygło, wracało do swojej pierwotnej postaci. Boyle zdawał sobie sprawę, że rzeczy, które otaczają nas w naszym codziennym życiu, takie jak drewniane stoły i krzesła, wełniane sukienki i kapelusze, składają się z różnych elementów, ale nie można ich zredukować do czterech elementów greckich lub trzy elementy Paracelsusa. Niektórzy uważają, że Boyle wymyślił nowoczesną definicję pierwiastka chemicznego. Z pewnością był blisko, kiedy opisywał elementy jako rzeczy "nie złożone z innych ciał ani z siebie nawzajem". Ale nie posunął się dalej, ani nie używał go we własnych eksperymentach chemicznych. Zamiast tego koncepcja Boyle′a o "korpuskule" jako jednostce materii bardzo dobrze pasowała do jego celów eksperymentalnych. Boyle był niestrudzonym eksperymentatorem, spędzającym godziny w swoim prywatnym laboratorium samotnie lub z przyjaciółmi i szczegółowo opisującym swoje eksperymenty w książkach. To właśnie ta dbałość o szczegóły sprawia, że Boyle jest tak wyjątkowy w historii nauki. On i jego przyjaciele chcieli, aby nauka była otwarta i publiczna, a inni mogli wykorzystać zdobytą wiedzę. Nie wystarczyło już twierdzić, że odkrył jakąś głęboką tajemnicę natury, jak to zrobił Paracelsus. Naukowiec musiał być w stanie zademonstrować tę głęboką tajemnicę innym, osobiście lub za pomocą pisemnych opisów. Ten nacisk na otwartość był jedną z zasad przewodnich w kręgach naukowych, w których działał Boyle. Pierwszą z nich była nieformalna grupa w Oksfordzie, gdzie mieszkał w latach pięćdziesiątych XVII wieku; kiedy większość grupy przeniosła się do Londynu, połączyli się z innymi, aby stworzyć coś, co w 1662 r. stało się Królewskim Towarzystwem Londyńskim, wciąż jednym z wiodących towarzystw naukowych na świecie. Wiedzieli, że robią coś, do czego Francis Bacon wzywał pół wieku wcześniej. Boyle był wiodącym światłem w tym klubie poświęconym pogłębianiu wiedzy. Od samego początku stypendyści - jak nazywano członków Towarzystwa Królewskiego - byli zainteresowani nową wiedzą, którą odkryli i dyskutowali na spotkania. Jednym z ulubionych współpracowników Boyle′a był inny Robert, kilka lat młodszy od niego: Robert Hooke (1635-1702). Hooke był nawet mądrzejszy od Boyle′a, ale w przeciwieństwie do Boyle′a pochodził z biednej rodziny. Zawsze musiał zarabiać na życie swoim sprytem. Hooke był zatrudniony przez Royal Society do przeprowadzania eksperymentów na każdym z jego spotkań. Stał się bardzo uzdolniony w wymyślaniu i posługiwaniu się wszelkiego rodzaju sprzętem naukowym. Hooke opracował wiele eksperymentów; na przykład, aby zmierzyć prędkość dźwięku lub zbadać, co dzieje się, gdy krew jest przetaczana z jednego psa na drugiego. W niektórych przypadkach pies, któremu podano nową krew, wydawał się bardziej energiczny, a mężczyzn zachęcano do eksperymentowania z ludźmi. Przetoczyli krew z baranka człowiekowi, ale to nie zadziałało; również w Paryżu zmarła jedna osoba, której przetoczono transfuzję, więc z tych eksperymentów zrezygnowano. Zadaniem Hooke′a na cotygodniowych spotkaniach Towarzystwa Królewskiego było przygotowanie dwóch lub trzech mniej śmiercionośnych eksperymentów, aby bawić i stymulować członków. Hooke był jednym z pierwszych "uczonych", którzy dobrze wykorzystywali mikroskop. ("Uczony" dosłownie oznacza "ten, który wie", a termin ten był często używany do opisania tego, co teraz nazwalibyśmy naukowcami). Używał swojego mikroskopu, aby odkryć nowy świat rzeczy niewidocznych gołym okiem, odkrywając struktury roślin , zwierzęta i inne przedmioty, których nigdy nie można było zobaczyć bez jego użycia. Podczas spotkań stypendyści uwielbiali patrzeć przez mikroskop, a oprócz demonstracji Hooke′a otrzymali również wiele wiadomości od innego słynnego wczesnego mikroskopu, Holendra Antoniego van Leeuwenhoek (1632-1723). Leeuwenhoek pracował jako handlarz tkaninami, ale w wolnym czasie szlifował i polerował bardzo małe soczewki, które mogły powiększać rzeczy ponad 200 razy. Musiał stworzyć nowy obiektyw do każdej obserwacji i stworzył setki w ciągu swojego długiego życia. Każdy obiektyw umieszczał w metalowym uchwycie, a za nim mały przedmiot, który chciał zbadać. Znalazł maleńkie organizmy w wodzie ze stawu, bakterie w zeskrobanych zębach i wiele innych cudownych rzeczy. Hooke również wierzył, że jego mikroskop może przybliżyć obserwatora do natury, a ilustracje w jego książce Micrographia, opublikowanej w 1665 (w samym roku dżumy w Londynie), wywołały sensację. Wiele z tych ilustracji wygląda dla nas dziwnie, ponieważ przedstawiają bardzo duże, powiększone owady, takie jak muchy czy wszy, i te obrazy stały się dość popularne. Jednak wypełnił swoją książkę obserwacjami i spekulacjami na temat struktury i funkcji innych rzeczy, które mógł zobaczyć przez swój mikroskop. Pokazał jeden oraz cienkiego kawałka korka z drzewa korkowego - materiału używanego do zamykania butelek wina. Małe pudełkowe struktury, które tam widział, nazwał "komórkami". W rzeczywistości nie były to komórki, które teraz nazywamy komórkami, ale nazwa utknęła. Zarówno Boyle, jak i Hooke mieli ulubione urządzenie mechaniczne: swoją wersję pompy powietrza. Pompka powietrza Hooke′a i Boyle′a działała w taki sam sposób, jak pompki, których używamy do wtłaczania powietrza do opon rowerowych lub piłek nożnych. Miał dużą centralną komorę, z ciasnym łącznikiem, który można było otworzyć u góry, i innym otworem na dole, gdzie znajdował się zawór, przez który można było wciągać lub wypuszczać gazy. Może nie wydawać się to zbyt ekscytujące, ale pomogło rozwiązać jedną z głównych zagadek nauki w tamtym okresie: czy możliwe było istnienie próżni, czyli całkowicie pustej przestrzeni, w której nie było nawet powietrza. Kartezjusz upierał się, że próżnia jest niemożliwa ("Natura brzydzi się próżnią" to powszechne wyrażenie wyrażające tę ideę). Ale jeśli, jak twierdził Boyle, ostatecznie materia składa się z oddzielnych ciałek, w różnych formach, powinna być między nimi jakaś przestrzeń. Jeśli coś takiego jak woda zostanie podgrzane, tak że wyparuje i zamieni się w gaz, te same cząsteczki nadal by tam były, powiedział Boyle, ale gaz zajmuje więcej miejsca niż ciecz. Po wielu eksperymentach z podgrzewaniem cieczy do gazów zauważył, że wszystkie gazy zachowywały się prawie tak samo, gdy znajdowały się w pompie powietrznej. Boyle i Hooke doszli do wniosku, który nadal jest znany jako Prawo Boyle′a. W stałej temperaturze objętość, jaką zajmuje dowolny gaz, ma specjalny matematyczny związek z ciśnieniem, pod jakim jest. Mówimy, że na jego objętość ma bezpośredni wpływ ciśnienie wokół niego. Tak więc, jeśli zwiększysz ciśnienie, zmniejszając zajmowaną przez nie przestrzeń, gaz ściska się do dostępnej przestrzeni. (Jeśli zwiększysz temperaturę, gaz rozszerza się i zaczyna działać nowe ciśnienie, ale jest to ta sama podstawowa zasada). W przyszłości prawo Boyle′a pomogłoby w rozwoju silnika parowego, więc pamiętaj o nim, kiedy tam dotrzemy. Boyle i Hooke użyli pompy powietrza do zbadania właściwości wielu gazów, w tym "powietrza", którym oddychamy. Pamiętajmy, że powietrze było jednym z elementów Pradawnych, ale w XVII wieku dla wielu ludzi stawało się jasne, że powietrze, które nas otacza i utrzymuje przy życiu, nie jest prostą substancją. Było to oczywiście związane z oddychaniem, ponieważ wdychamy powietrze do naszych płuc, gdy bierzemy oddech. Ale co jeszcze zrobił? Boyle i Hooke, zarówno indywidualnie, jak i razem, byli bardzo zainteresowani tym, co się dzieje, gdy pali się kawałek drewna lub węgla drzewnego. Zastanawiali się również, dlaczego krew była ciemnoczerwona, zanim dostała się do płuc, a jaskrawoczerwona, gdy z nich wypłynęła. Hooke połączył te dwa pytania i zasugerował, że to, co dzieje się w płucach, jest specjalnym rodzajem spalania, w którym "powietrze" jest substancją, połączył oddychanie i palenie. Hooke′a prawie pozostawiono na tym, ale problemy związane zarówno ze składem, jak i naturą "powietrza", a także z tym, co dzieje się podczas oddychania (oddychania) i spalania, nadal intrygowały naukowców przez ponad sto lat po Boyle i Hooke, jak ludzie powtarzali i opracowali swoje eksperymenty. Nie było prawie żadnej dziedziny nauki, o której by nie myślał Robert Hooke. Wynalazł zegarek napędzany zestawem sprężyn (znaczne ulepszenie w pomiarze czasu), zastanawiał się nad pochodzeniem skamieniałości i badał naturę światła. Miał też genialne rzeczy do powiedzenia na temat problemu, z którym się spotkaliśmy wcześniej, i omówimy go bardziej szczegółowo w następnej części: fizyki ruchu i siły. Hooke badał te tematy w tym samym czasie co Isaac Newton. Jak zobaczymy, sam Newton jest jednym z powodów, dla których wszyscy słyszeli o Sir Isaacu, ale niewiele osób wie o panu Hooke′u.

Wiedza to potęga

BACON I KARTEZJUSZ

W stuleciu między Kopernikiem a Galileuszem nauka wywróciła świat do góry nogami. Ziemia nie była już w centrum Wszechświata a nowe odkrycia w dziedzinie anatomii, fizjologii, chemii i fizyki przypomniały ludziom, że Pradawni nie wiedzieli jednak wszystkiego. Wciąż było wiele do odkrycia. Ludzie zaczęli też myśleć o samej nauce. Co było najlepsze? Sposób to zrobić? Skąd mogliśmy być pewni, że nowe odkrycia były trafne? A jak możemy wykorzystać naukę do poprawy naszego komfortu, zdrowia i szczęścia? Szczególnie dwie osoby głęboko myślały o nauce: jeden angielski prawnik i polityk, drugi francuski filozof. Anglikiem był Francis Bacon (1561-1626). Jego ojciec, Nicholas Bacon, dorastał od skromnych początków, by zostać potężnym urzędnikiem królowej Elżbiety I. Nicholas wiedział, jak ważna jest edukacja, więc wysłał syna na Uniwersytet Cambridge. Franciszek również służył Elżbiecie, a także królowi Jakubowi I po śmierci Elżbiety. Był ekspertem w dziedzinie prawa angielskiego, brał udział w kilku ważnych procesach, a po tym, jak został lordem kanclerzem, był jedną z głównych postaci prawnych swoich czasów. Działał również jako członek Parlamentu. Bacon był bardzo entuzjastycznie nastawiony do nauki. Spędził dużo czasu na eksperymentach chemicznych i obserwowaniu wszelkiego rodzaju ciekawych rzeczy w przyrodzie, od roślin i zwierząt po pogodę i magnetyzm. Ważniejsze niż jakiekolwiek dokonane przez niego odkrycie były jego eleganckie i przekonujące argumenty na temat tego, dlaczego warto robić naukę i jak należy to robić. Bacon zachęcał ludzi do doceniania nauki. "Wiedza to potęga" - powiedział, a nauka jest najlepszym sposobem na osiągnięcie tej wiedzy. Zachęcał więc Elżbietę i Jakuba do wykorzystania publicznych pieniędzy na budowę laboratoriów i zapewnienie miejsc pracy dla naukowców. Uważał, że naukowcy powinni tworzyć stowarzyszenia lub akademie, aby mogli się spotykać i wymieniać swoimi pomysłami i spostrzeżeniami. Nauka, powiedział, oferuje ludziom środki do zrozumienia natury, a poprzez zrozumienie, do kontrolowania jej. Bacon wyraźnie napisał o najlepszym sposobie rozwoju nauki. Naukowcy musieli upewnić się, że używane przez nich słowa są precyzyjne i łatwo zrozumiałe dla innych. Musieli podejść do swoich dochodzeń z otwartymi umysłami, zamiast próbować udowodnić to, co myśleli, że już wiedzą. Przede wszystkim muszą powtarzać swoje doświadczenia i obserwacje, aby mieć pewność co do swoich wyników. To jest metoda indukcji. Na przykład, liczenie, ważenie lub mieszanie chemikaliów raz za razem, chemik może uzyskać odpowiednią pewność co do tego, co się dzieje. W miarę jak naukowcy zbierają coraz więcej obserwacji lub indukcji, nabierają pewności, co się stanie. Mogą wykorzystać te indukcje do tworzenia uogólnień, które z kolei pokażą im prawa rządzące działaniem przyrody. Pomysły Bacona nadal inspirowały naukowców przez wiele pokoleń. Robią to do dziś. Tak samo, na różne sposoby, robił Francuz René Descartes (1596-1650). Zastanawiał się głęboko nad pracą Harveya i Galileusza. Podobnie jak Galileusz, Kartezjusz był katolikiem, który jednak żarliwie wierzył, że religia nie powinna wchodzić w studia nad światem przyrody. Podobnie jak Harvey, Kartezjusz badał ludzkie i zwierzęce ciała i wyjaśniał, jak działają w sposób, który wykracza daleko poza to, czego nauczał Galen. W rzeczywistości, nawet bardziej niż Harvey czy Galileusz, Kartezjusz próbował oprzeć zarówno naukę, jak i filozofię na zupełnie nowych podstawach. Choć dziś pamiętamy go głównie jako filozofa, był on o wiele bardziej praktykującym naukowcem niż Bacon. Kartezjusz urodził się w La Haye w Touraine we Francji. Sprytny chłopak poszedł do słynnej szkoły La Flèche w regionie Loary, gdzie produkowane są doskonałe francuskie wina. W La Flèche dowiedział się o odkryciach Galileusza za pomocą swojego teleskopu, umieszczeniu przez Kopernika Słońca w centrum wszechświata i najnowszych obliczeniach matematycznych. Ukończył prawo na Uniwersytecie w Poitiers, a potem zrobił coś bardzo zaskakującego: zgłosił się na ochotnika do armii protestantów. Wojna szalała w Europie przez całe dorosłe życie Kartezjusza (wojna trzydziestoletnia), a on przez prawie dziewięć lat był jej częścią. Kartezjusz właściwie nigdy nie walczył, chociaż jego znajomość praktycznej matematyki i tego, gdzie mogą lądować kule armatnie, mogła pomóc żołnierzom. W tych latach był związany zarówno z protestanckimi, jak i katolickimi armiami i wydawał się zawsze być tam, gdzie miały miejsce ważne wydarzenia polityczne lub militarne. Nie wiemy, co robił ani skąd miał pieniądze na tyle podróżowania. Może był szpiegiem. Jeśli tak, to zapewne dla katolików, którym zawsze pozostawał wierny. Na początku swoich przygód, 10 listopada 1619 roku, w ciepłym, oświetlonym piecem pokoju, na wpół śpiący, na wpół rozbudzony, doszedł do dwóch wniosków. Po pierwsze, jeśli miał kiedykolwiek dojść do prawdziwej wiedzy, musiał to wszystko zrobić sam. Nie sprawdziłyby się nauki Arystotelesa i innych autorytetów. Musiał zacząć od nowa. Po drugie, doszedł do wniosku, że jedynym sposobem na rozpoczęcie od nowa jest po prostu zwątpienie we wszystko! Później tej nocy miał trzy sny, które uważał za zachęcające do tego pomysłu. Nic wtedy nie publikował, a w każdym razie jego militarna przygoda dopiero się zaczęła. Ale ten decydujący dzień (i noc) zapoczątkował jego drogę do wyjaśnienia wszechświata i wszystkiego w nim, a także reguł, które mogą pomóc innym zdobyć wiedzę naukową z ufnością. Zwątpienie we wszystko oznaczało branie niczego za pewnik, a następnie, krok po kroku, podążanie za nosem i akceptowanie tylko tego, czego możesz być pewien. Ale czego mógł być pewien? W pierwszej kolejności tylko jedno: że planował ten naukowo-filozoficzny projekt. Myślał o tym, jak dojść do pewnej wiedzy, ale prościej, myślał. "Cogito, ergo sum", pisał po łacinie: "Myślę, więc jestem". Istnieję, ponieważ myślę o tych myślach. To proste stwierdzenie było punktem wyjścia Kartezjusza. Można powiedzieć, że wszystko dobrze i dobrze, ale co dalej? Dla Kartezjusza miało to jeden bezpośredni i dalekosiężny skutek: istnieję, ponieważ myślę, ale mogę sobie wyobrazić, że mógłbym myśleć bez ciała. Gdybym jednak miał ciało i nie mógł myśleć, nie wiedziałbym o tym. Dlatego moje ciało i część myśląca (mój umysł lub dusza) muszą być oddzielne i odrębne. To była podstawa dualizmu, poglądu, że wszechświat składa się z dwóch zupełnie różnych rodzajów rzeczy: materii (na przykład ludzkich ciał, ale także krzeseł, kamieni, planet, kotów i psów) i ducha (ludzkiej duszy lub umysł). Kartezjusz w ten sposób upierał się, że nasze umysły - skąd wiemy, że istniejemy - zajmują bardzo szczególne miejsce we wszechświecie. Teraz ludzie przed Kartezjuszem i długo po nim uznali, że istoty ludzkie są szczególnym rodzajem zwierząt. Mamy umiejętność robienia rzeczy, których nie ma żadne inne zwierzę: czytania i pisania, rozumienia złożoności świata, budowania samolotów odrzutowych i bomb atomowych. Wyjątkowość nie była niezwykłą częścią oddzielenia naszych umysłów i ciał przez Kartezjusza. Zdumiewającym krokiem było to, co zrobił z resztą świata, częścią materialną. Umysł i materia są tym, z czego składa się świat, powiedział, a materia jest przedmiotem nauki. Oznacza to, że materialne, niemyślące części tego, jak funkcjonujemy, mogą być rozumiane w prostych terminach fizycznych. A to oznacza, że wszystkie rośliny i wszystkie inne zwierzęta, z których żadne nie ma duszy, można również całkowicie zredukować do materii wykonującej swoje zadania. Wraz z drzewami i kwiatami ryby i słonie to nic innego jak mniej lub bardziej skomplikowane maszyny. Według Kartezjusza są to rzeczy, które można całkowicie zrozumieć. Kartezjusz wiedział o automatach, mechanicznych, realistycznych figurach stworzonych specjalnie do poruszania się i robienia pewnych rzeczy. Nazwalibyśmy je robotami. Na przykład wiele siedemnastowiecznych zegarów miejskich miało niewielkie mechaniczne figurki, często przedstawiające człowieka wychodzącego o pełnej godzinie, by uderzyć w gong. Wszyscy byli ciekawostką w czasach Kartezjusza (a niektórzy nadal pracują). Ludzie już się zastanawiali, czy - skoro ludzie potrafią robić tak delikatne figurki, zdolne do poruszania się i naśladowania ludzi lub zwierząt - może lepszy mechanik mógłby pójść o krok dalej i zrobić psa, który potrafiłby jeść i szczekać, a także poruszać się. Kartezjusz nie miał ochoty robić tych zabawek, ale w jego myśleniu rośliny i zwierzęta były po prostu niezwykle skomplikowanymi automatami, bez prawdziwych uczuć, a jedynie z umiejętnością reagowania na to, co się wokół nich dzieje. Maszyny te były materią, którą naukowcy mogli zrozumieć pod względem zasad mechanicznych i chemicznych. Kartezjusz przeczytał pracę Williama Harveya o "mechanicznych" działaniach serca i krążeniu krwi i wierzył, że jest to dowód na jego system. (Jego własne wyjaśnienie tego, co dzieje się, gdy krew dociera do serca i dlaczego krąży, zostało zapomniane). Kartezjusz miał wielką nadzieję, że takie idee mogą wiele wyjaśnić na temat zdrowia i chorób, a ostatecznie zaoferować ludziom wiedzę, jak postępować. żyj, jeśli nie na zawsze, to przynajmniej przez bardzo długi czas. Wykazawszy ku swemu zadowoleniu, że wszechświat składa się z dwóch odrębnych rodzajów rzeczy, materii i umysłu, Kartezjusz zastanawiał się, w jaki sposób ludzki umysł i jego ciało są rzeczywiście połączone. Zadał sobie pytanie, jak mogą być połączone, jeśli materia ma substancję i zajmuje przestrzeń, a umysł jest jej przeciwieństwem, nigdzie nie ulokowanym i pozbawionym jakiejkolwiek materialnej podstawy. Od czasów Hipokratesa powszechne było łączenie naszych zdolności myślenia z mózgiem. Uderzenie w głowę mogło znokautować człowieka, a wielu lekarzy zaobserwowało, że urazy i choroby mózgu prowadzą do zmian w naszych funkcjach psychicznych. W pewnym momencie Kartezjusz wydawał się sądzić, że dusza ludzka znajduje się w gruczole, w środku naszych mózgów, ale wiedział o tym, zgodnie z logiką systemu, który stworzył, materia i umysł nigdy nie mogły fizycznie oddziaływać. Ludzie później nazwali ten model istot ludzkich "duchem w maszynie", co oznacza, że nasze podobne do maszyn ciała były w jakiś sposób kierowane przez podobny do ducha umysł lub duszę. Problem polegał wówczas na wyjaśnieniu, jak wiele psów, szympansów, koni i innych zwierząt dzieli tak wiele naszych zdolności umysłowych bez posiadania własnych "duchów". Psy i koty mogą okazywać strach lub gniew, a psy przynajmniej wydają się być w stanie wyrazić miłość do swoich właścicieli. (Koty są prawem samym w sobie). Przyjmował poglądy Kopernika na temat związku ziemi ze słońcem, ale był ostrożniejszy niż Galileusz w przedstawianiu swoich poglądów, aby nie urazić władz kościelnych. Pisał także o ruchu, spadających przedmiotach i innych problemach, które przyciągały Galileusza. Niestety, mimo że miał w swoim czasie kilku zwolenników, pomysły Kartezjusza na temat działania wszechświata nie mogły konkurować z pomysłami gigantów takich jak Galileusz i Izaak Newton, a niewielu pamięta fizyka Kartezjusza dzisiaj. Jeśli przegrał z mądrymi ludźmi na zajęciach z fizyki, czy wiesz o tym, czy nie, podążasz śladami Kartezjusza za każdym razem, gdy rozwiązujesz problemy z algebry i geometrii. Kartezjusz wpadł na świetny pomysł wykorzystania a, b, c w zadaniach algebry do oznaczania znanego, a x, y, z do oznaczania nieznanego. Więc kiedy zostaniesz poproszony o rozwiązanie równania, takiego jak x = a + b, kontynuujesz praktykę, którą rozpoczął Kartezjusz. A kiedy wykreślasz coś na wykresie, z osią poziomą i pionową, również korzystasz z jego wynalazku. Sam Kartezjusz rozwiązał różne problemy algebraiczne i geometryczne w swojej książce na te tematy, opublikowanej wraz z książką o świecie. Rozdzielając tak ostro ciało i umysł, świat materialny i mentalny, Kartezjusz podkreślił, jak ważny dla nauki jest świat materialny. Astronomia, fizyka i chemia zajmują się materią. Podobnie jest z biologią i jeśli jego pomysł na zwierzę-maszynę wydaje się nieco naciągany, biolodzy i lekarze wciąż próbują zrozumieć, jak rośliny i zwierzęta funkcjonują pod względem ich materialnych części. Po prostu niefortunne było dla Kartezjusza, że jego pomysł, że medycyna szybko pokaże ludziom, jak żyć znacznie dłużej, był trochę przed czasem. On sam był całkiem zdrowy, dopóki nie przyjął zaproszenia do wyjazdu do Szwecji, aby nauczyć królową szwedzką swoją filozofię i wiedzę o świecie. Wstała wcześnie i nalegała, aby udzielił jej lekcji bardzo wcześnie rano. Kartezjusz nienawidził zimna. Nie przeżył nawet pierwszej zimy w Szwecji. Złapawszy jakąś infekcję, zmarł w lutym 1650, siedem tygodni przed swoimi pięćdziesiątymi czwartymi urodzinami. To był smutny koniec dla kogoś, kto wierzył, że będzie żył co najmniej sto lat. Bacon i Kartezjusz mieli wzniosłe ideały dla nauki. Różnili się w swoich poglądach na temat tego, jak nauka może się rozwijać, ale pasjonowali się tym, że powinna. Wizją Bacona była nauka jako wspólne, finansowane przez państwo przedsięwzięcie. Kartezjusz był bardziej zadowolony z samodzielnego rozwiązywania problemów. Oboje chcieli, aby inni ludzie brali i rozwijali ich pomysły. Obaj panowie wierzyli również, że nauka jest zajęciem szczególnym, przewyższającym monotonię zwykłego życia. Zasługiwał na wyróżnienie w ten sposób, ponieważ nauka powiększa nasz zasób wiedzy i zdolność rozumienia natury. Takie zrozumienie może poprawić nasze życie i dobro publiczne.

W kółko

HARVEY

Słowa "cykl" i "krążenie" są oparte na oryginalnym łacińskim słowie oznaczającym "koło". Przechodzenie przez cykl lub krążenie oznacza, że po prostu poruszasz się i ostatecznie wracasz do miejsca, z którego zacząłeś, niekoniecznie zauważając, że jesteś z powrotem na początku. W przyrodzie nie ma wielu idealnych kręgów, ale jest dużo cyrkulacji. Ziemia krąży wokół Słońca. Woda krąży, wyparowując z ziemi i ponownie opadając jako deszcz. Wiele ptaków migruje każdego roku na duże odległości, a następnie wraca do tego samego obszaru, aby się rozmnażać i od nowa rozpocząć swój roczny cykl. Rzeczywiście, cały naturalny proces narodzin, wzrostu i śmierci, po którym następuje powtórzenie cyklu w nowym pokoleniu, jest rodzajem krążenia. W naszych ciałach istnieje również wiele cykli lub obiegów. Jednym z najważniejszych z nich jest serce i krew. Każda kropla krwi krąży w naszym ciele około pięćdziesiąt razy na godzinę naszego życia. To oczywiście zależy od tego, co robimy: jeśli biegniemy, a nasze serca muszą bić szybciej, skraca się czas krążenia; kiedy śpimy, nasze serca biją wolniej i potrzeba więcej czasu, aby kropla krwi wróciła do serca. W dzisiejszych czasach uczymy się tego wszystkiego w szkole, ale nie zawsze było to tak jednoznaczne. Człowiekiem, który odkrył, że nasza krew krąży, był angielski lekarz William Harvey (1578-1657). Ojciec Harveya był rolnikiem, który stał się odnoszącym sukcesy kupcem, zajęciem, za którym podążało pięciu z sześciu braci Harveya. William Harvey wybrał medycynę jako karierę, a po ukończeniu studiów medycznych na uniwersytecie w Cambridge w 1600 roku wyjechał na uniwersytet w Padwie, gdzie Vesalius pracował kilka lat wcześniej i gdzie Galileusz badał obecnie astronomię i fizykę. Jednym z nauczycieli medycznych Harveya w Padwie był Fabrizi z Acquapendente (1537-1619). Fabrizi kontynuował tradycję badawczą zapoczątkowaną na długo przed Arystotelesem i zainspirowała Harveya. Nauczyciel i uczeń przyswoili sobie dwie ważne lekcje Arystotelesa. Po pierwsze, u żywych stworzeń, w tym ludzi, narządy w naszych ciałach mają formę lub strukturę, jaką mają ze względu na pracę, którą muszą wykonać. Na przykład nasze kości i mięśnie są połączone, abyśmy mogli biegać lub podnosić rzeczy, a jeśli coś z nami jest nie tak, nawet nie zauważamy, jak działają w sposób, do którego wydawały się przeznaczone. Arystoteles wierzył również, że wszystko w roślinach i zwierzętach ma określony cel lub funkcję, ponieważ Stwórca nie zaprojektował żadnych części, które byłyby bezużyteczne. Nasze oczy są skonstruowane tak, jak są, abyśmy mogli widzieć; podobnie jak inne części naszego ciała, nasz żołądek, wątroba, płuca i serce. Każdy organ ma specjalną strukturę, aby pełnić swoją szczególną funkcję. To podejście do zrozumienia sposobu, w jaki działają nasze ciała, nazwano "żywą anatomią" i było szczególnie pomocne w zrozumieniu "logiki" działania naszego ciała. Dla lekarzy było jasne, że kości są twarde i zachowują swój kształt, ponieważ muszą podpierać nasze ciała podczas chodzenia lub biegania. Nasze mięśnie są bardziej miękkie i sprężyste, ponieważ ich skurcz i rozluźnienie pomagają nam się poruszać. Nie było jednak tak oczywiste, że serce i jego związek z krwią i naczyniami krwionośnymi można zrozumieć przy użyciu tej samej logiki. Być może powinniśmy powiedzieć, że serce pasuje teraz do tego sposobu myślenia o naszych funkcjach ciała, ponieważ mamy Harveya, który nas prowadzi. Po drugie, Arystoteles nalegał na centralną rolę, jaką serce i krew odgrywają w naszym życiu, po zaobserwowaniu maleńkiego bijącego serca, które było pierwszym znakiem życia w drobince pisklęcia w jajku. Arystoteles przekonał Harveya, że serce jest w centrum życia. A serce i krążenie stały się centrum kariery medycznej Harveya. Własny nauczyciel Harveya, Fabrizi, również odkrył coś, co stało się kluczowe dla Harveya: że wiele większych żył ma zastawki. Te zastawki są zawsze usytuowane tak, że krew może płynąć tylko w jedną stronę: do serca. Fabrizi uważał, że ich funkcją jest zapobieganie gromadzeniu się krwi w nogach lub spływaniu z mózgu ze zbyt dużą siłą. Harvey wykorzystał wszystkie te lekcje, kiedy wrócił do Anglii po ukończeniu studiów w Padwie. Kariera Harveya rosła w siłę. Założył praktykę medyczną w Londynie, dostał pracę w szpitalu św. Bartłomieja, a także wkrótce został poproszony o prowadzenie wykładów z anatomii i fizjologii dla chirurgów. Został lekarzem dwóch królów Anglii, Jakuba I, a następnie jego syna Karola I. Związanie z Karolem I nie pomogło Harveyowi w tym okresie, zwłaszcza po usunięciu króla z tronu przez grupę protestantów zwanych purytanami. Pewnego razu dom Harveya został zaatakowany i spalony, a wraz z nim wiele rękopisów książek, które miał nadzieję opublikować. To była wielka strata dla nauki, ponieważ Harvey był badczem wielu rzeczy, w tym oddychania, mięśni i formowania się zwierząt z zapłodnionych jaj. Król Karol pozwolił nawet na użycie niektórych swoich królewskich zwierząt w eksperymentach Harveya. Harveya zawsze fascynowała krew. Myślał, że to naprawdę istotna część tego, co to znaczy być żywym. On również rozbił kilka jajek i zobaczył, że pierwszą oznaką życia jest drobinka krwi, pulsująca w rytmiczny sposób. To samo dotyczyło innych zwierząt, które badał, gdy były jeszcze embrionami (wciąż rozwijającymi się w jaju lub łonie matki). Serce, które od dawna kojarzy się z krwią, również fascynowało Harveya. Wszyscy wiedzieli, że gdy serce przestało bić, umierał człowiek lub zwierzę. Tak więc, chociaż krew była niezbędna do początku życia, życie kończyło się, gdy serce przestało bić. Przez większość czasu nasze serce bije bez namysłu. Ale czasami możesz naprawdę poczuć bicie serca, na przykład, gdy jesteś zdenerwowany lub przestraszony, lub gdy ćwiczysz, i czujesz, jak twoje serce bije o ścianę klatki piersiowej: duh-dum, duhdum, duh-dum. Harvey chciał zrozumieć "ruchy" serca, czyli to, co faktycznie dzieje się w każdym uderzeniu serca. W każdym uderzeniu serca serce kurczy się (proces znany jako "skurcz"), a następnie rozluźnia się ("rozkurcz"). Przeprowadził sekcję wielu żywych zwierząt, aby obserwować bicie ich serc, zwłaszcza węże i inne zwierzęta zimnokrwiste (te, które nie potrafią regulować temperatury własnego ciała). Ich serca biły znacznie wolniej niż nasze, więc łatwiej widział bicie. Widział, jak zastawki wewnątrz serca otwierają się i zamykają w każdym uderzeniu serca, w regularnej sekwencji zdarzeń. Podczas skurczu zastawki między komorami serca zamykały się, a te, które łączyły serce z naczyniami krwionośnymi, otwierały się. Kiedy serce się rozluźniało, działo się odwrotnie i otwierały się zastawki wewnętrzne, a te, które znajdowały się między sercem a naczyniami krwionośnymi (tętnica płucna i aorta) zamykały się. Harveyowi przyszło do głowy, że te zastawki działają jak zastawki żył, które odkrył jego nauczyciel Fabrizi, i że ich funkcja wydaje się utrzymywać krew w stałym kierunku. Harvey przeprowadził kilka eksperymentów, aby pomóc innym zrozumieć, o czym myśli. Jeden był bardzo prosty. Założył ciasny bandaż (zwany opaską uciskową) wokół ramienia: jeśli był bardzo ciasny, aby krew w ogóle nie mogła dostać się do ramienia, ręka stawała się bardzo blada; gdyby go trochę poluzował, krew mogła dostać się do środka, ale nie mogła wrócić do serca, a ręka stała się bardzo czerwona. To pokazało, że krew dostała się do ramienia pod pewnym ciśnieniem, które ciasna opaska uciskowa całkowicie zablokowała. Poluzowanie paska pozwoliło krwi przedostać się przez tętnice, ale nie wydostać się z ramienia przez żyły. Po przyjrzeniu się tak wielu sercom i głębokim zastanowieniu się nad nimi, Harvey dokonał ważnego skoku w naszym zrozumieniu tego, co robią. Zorientował się, że w bardzo krótkim czasie przez serce przechodzi więcej krwi niż było w całym ciele. I niemożliwe było wytworzenie wystarczającej ilości krwi, aby każde nowe uderzenie serca pompowało nową krew, nie mówiąc już o tym, by ludzkie ciało mogło to wszystko pomieścić. Dlatego krew musi z każdym uderzeniem wypłynąć z serca, przejść przez tętnice do żył i wrócić do serca, aby rozpocząć nowy cykl "krążenia". "Prywatnie zacząłem uważać, że krew miała ruch jakby po okręgu." Napisał te słowa (po łacinie) w 1628 roku w krótkiej książce zatytułowanej De motu cordis ("O ruchu serca". ). Wygląda na to, że zaczął pisać coś o skurczu i rozluźnieniu serca, a w końcu odkrył, jaką funkcję pełnią te procesy. Ustalił, że krew jest pompowana do płuc (z prawej komory serca), a także do największej tętnicy, aorty, z lewej. Z aorty krew trafia do mniejszych tętnic, które od niej rozgałęziają się, a następnie przenosi się do żył, gdzie zastawki zapewniają jej prawidłowy kierunek i zawracają do prawej strony serca przez największą żyłę, żyła główna. Podobnie jak Vesalius, Harvey zawsze upierał się, że pragnie poznać struktury i funkcje ciała z własnych badań, a nie tylko z książek napisanych przez innych. W przeciwieństwie do Vesaliusa pracował głównie z żywymi zwierzętami, a nie z ludzkimi zwłokami. Nie zamierzał kwestionować 2000 lat nauczania medycznego o sercu i krwi, ale wiedział, że jego odkrycia będą kontrowersyjne, ponieważ wykazały, że teoria Galena o sercu i krwi była błędna. Bronił swoich pomysłów przed krytyką ze strony niektórych ludzi, głównie zwolenników Galena, którzy uważali, że jego pomysły są zbyt ekstremalne. Ale w jego teorii była jedna ważna luka: nie potrafił odpowiedzieć na kluczowe pytanie, w jaki sposób krew przedostaje się z najmniejszych tętnic do najmniejszych żył, aby rozpocząć swoją podróż powrotną z powrotem do serca. Ta część zagadki została rozwiązana w momencie śmierci Harveya przez jednego z jego włoskich uczniów, Marcello Malpighi (1628-1694), który był ekspertem w używaniu nowego instrumentu zwanego mikroskopem, który istniał od lat 90. XVI wieku, ale był ulepszone przez czas Malpighiego. Był w stanie przyjrzeć się dokładniej niż ktokolwiek wcześniej delikatnym strukturom płuc, nerek i innych organów, i odkrył maleńkie kanały łączące najmniejsze tętnice i żyły: naczynia włosowate. "Krąg" Harveya był kompletny. Dzięki swojej przełomowej pracy Harvey pokazał, co można odkryć dzięki starannym eksperymentom, a gdy jego idee stały się szerzej akceptowane, ludzie rozpoznali w nim twórcę eksperymentów w biologii i medycynie. Zachęciło to innych do szukania siebie i badania innych funkcji organizmu, takich jak to, co dzieje się w płucach podczas oddychania lub w żołądku podczas trawienia pokarmu. I, podobnie jak wcześniej Vesalius i Galileusz, pomógł ludziom uświadomić sobie, że wiedza naukowa może się rozwijać i że możemy wiedzieć więcej o naturze niż równie mądrzy ludzie, którzy żyli tysiąc (a nawet pięćdziesiąt) lat przed nami.

Krzywa Wieża i Teleskopy

GALILEUSZ

Jednym z najdziwniejszych budynków na świecie musi być 850-letnia dzwonnica katedry w mieście Piza we Włoszech. Możesz ją znać jako Krzywą Wieżę w Pizie. Fajnie jest robić zdjęcia znajomemu stojącemu przed nim, który udaje, że utrzymuje przechylaną wieżę przed upadkiem. Istnieją również opowieści o tym, jak Galileusz używał wieży do przeprowadzania własnych eksperymentów - zrzucania z góry dwóch kul o różnej wadze, aby zobaczyć, która wyląduje pierwsza. W rzeczywistości Galileusz nie korzystał z wieży, ale przeprowadził inne eksperymenty, które pokazały mu, jaki będzie wynik, i odkrył, że dziesięciofuntowa i jednofuntowa piłka uderzy w ziemię w tym samym czasie. Podobnie jak słońce nie poruszające się codziennie wokół Ziemi, ten eksperyment wydawał się sprzeczny z naszym codziennym doświadczeniem. W końcu pióro i kula zrzucone z wieży nie spadają w tym samym tempie. Dlaczego kulki o różnej wadze spadają razem na ziemię? Galileo Galilei (1564-1642) urodził się w Pizie. (Galilei było nazwiskiem rodzinnym, ale nasz bohater jest zawsze znany po imieniu.) Jego ojciec był muzykiem, a Galileo dorastał w pobliskiej Florencji. Wrócił na Uniwersytet w Pizie jako młody człowiek, zaczynając studiować medycynę, ale zawsze bardziej interesowała go matematyka i opuścił uniwersytet z opinią sprytnego i bystrego dowcipu. W 1592 pojechał do Padwy, aby uczyć matematyki i tego, co nazwalibyśmy fizyką. Był tam, gdy William Harvey, którego wkrótce poznamy, był studentem i szkoda, że prawdopodobnie nigdy się nie spotkali. Galileusz przez całe życie wzbudzał kontrowersje. Jego idee zawsze wydawały się kwestionować przyjęte poglądy, zwłaszcza fizykę i astronomię Arystotelesa i innych Starożytnych. Był dobrym katolikiem, ale wierzył też, że religia dotyczy moralności i wiary, podczas gdy nauka zajmuje się obserwowalnym, fizycznym światem. Jak to ujął, Biblia uczy, jak iść do nieba, a nie jak niebiosa chodzą. To doprowadziło go do konfliktu z Kościołem katolickim, który energicznie bronił się przed tymi, którzy odważyli się kwestionować jego idee lub autorytet. Kościół zaczął też pilnować rosnącej liczby książek produkowanych przez prasy drukarskie, umieszczając te niedopuszczalne na liście, którą nazwali Index Librorum Prohibitorum - "Lista książek zakazanych". Galileusz, który miał wielu przyjaciół na wysokich stanowiskach (w tym książąt, biskupów, kardynałów, a nawet papieży), cieszył się poparciem wielu duchownych, ale inni byli zdecydowani nie dopuścić, aby jego idee podważyły ich wielowiekowe nauki. Wczesne prace Galileusza dotyczyły sił zaangażowanych w poruszanie się obiektów. Od samego początku był kimś, kto chciał sam obserwować i mierzyć rzeczy, a jeśli to możliwe, matematycznie wyrażać swoje wyniki. W jednym ze swoich najsłynniejszych eksperymentów ostrożnie toczył piłkę po nachylonej powierzchni i zmierzył, ile czasu zajęło osiągnięcie określonych odległości. Jak możesz sobie wyobrazić, piłka nabiera prędkości, gdy porusza się w dół zbocza (powiedzmy, że przyspiesza). Galileusz zauważył, że istnieje szczególna zależność między prędkością piłki a czasem, jaki upłynął od momentu, gdy zaczęła się poruszać. Szybkość była powiązana z kwadratem (wartość pomnożona przez siebie, np. 3 × 3) czasu. Tak więc po dwóch sekundach Galileo odkrył, że kula porusza się cztery razy szybciej. (Kwadrat zajętego czasu pojawia się również w późniejszych pracach naukowców, więc uważaj na niego. Natura wydaje się lubić rzeczy do kwadratu.) We wszystkich tych i wielu innych eksperymentach Galileusz wykazał się bardzo nowoczesnym podejściem, ponieważ wiedział, że jego rzeczywiste pomiary nie zawsze były takie same; czasami mrugamy w złym momencie, albo rejestrowanie tego, co widzimy, zajmuje nam trochę czasu, albo sprzęt nie jest doskonały. Są to jednak rodzaje obserwacji, jakie możemy poczynić na temat rzeczywistego świata, a Galileusza zawsze najbardziej interesował świat, jaki zastaliśmy, a nie jakiś abstrakcyjny świat, w którym wszystko było zawsze doskonałe i dokładne. Wczesne prace Galileusza nad ruchomymi przedmiotami pokazały, jak inaczej postrzegał świat w porównaniu z Arystotelesem i setkami myślicieli, którzy przybyli później, pomimo nieustannego znaczenia Arystotelesa na uniwersytetach zarządzanych przez grupy religijne. W 1609 Galileusz dowiedział się o nowym instrumencie, który jeszcze poważniej podważy starożytny sposób myślenia. Instrument ten miał wkrótce zostać nazwany "teleskopem", co oznacza "widzieć daleko", tak jak "telefon" oznacza "mówić daleko", a "mikroskop" oznacza "widzieć na małą skalę". Zarówno teleskopy, jak i mikroskopy były bardzo ważne w historii nauki. Pierwszy teleskop skonstruowany przez Galileo oferował tylko niewielkie powiększenie, ale był pod wrażeniem. Szybko g ulepszył, łącząc dwa obiektywy, dzięki czemu mógł uzyskać taką moc powiększenia, jakiej oczekujemy od zwykłej lornetki dzisiaj, około piętnaście razy. To nie brzmi dużo, ale wywołało sensację. Dzięki niemu można było dostrzec statki nadpływające z morza na długo przed tym, jak były widoczne gołym okiem. Co ważniejsze, Galileusz skierował swój teleskop w niebo i był zdumiony tym, co tam znalazł. Kiedy spojrzał na księżyc, zdał sobie sprawę, że nie jest to idealna, gładka, okrągła kula, jak przypuszczali ludzie. Miał góry i kratery. Zwracając swój teleskop w stronę planet, dokładniej obserwował ich ruchy i odkrył, że jedna planeta, Jowisz, ma "księżyce", tak jak Ziemia ma swój księżyc. Inna planeta, Saturn, miała dwie duże plamy, które nie wyglądały jak księżyce i które teraz nazywamy "pierścieniami". Widział znacznie wyraźniej ruchy Wenus i Marsa i zgodził się, że zmieniały one kierunek i prędkość w regularny i przewidywalny sposób. Słońce miało ciemne obszary lub plamy, które poruszały się nieco każdego dnia w regularnych wzorcach. (Nauczył się patrzeć na nią pośrednio, aby chronić oczy, jak trzeba.) Jego teleskop wykazał, że Droga Mleczna, która wygląda jak cudowna, rozmyta plama światła, gdy patrzy się gołym okiem w pogodną noc, jest w rzeczywistości składa się z tysięcy pojedynczych gwiazd, bardzo odległych od Ziemi. Za pomocą swojego teleskopu Galileusz dokonał tych i wielu innych ważnych obserwacji. Pisał o nich w książce Starry Messenger (1610), która wywołała poruszenie. Każde objawienie stawiało pod znakiem zapytania, co ludzie myślą o niebiosach. Niektórzy uważali, że pomysły Galileusza opierały się na sztuczkach wykonywanych przez jego nową "tubę", jak często nazywano teleskop, ponieważ tego, czego nie widać gołym okiem, może tam nie być. Galileusz musiał próbować przekonać ludzi, że to, co pokazał jego teleskop, jest prawdziwe. O wiele bardziej niezręczne i niebezpieczne było to, że obserwacje Galileusza były dobrym dowodem na to, że Kopernik miał rację co do Księżyca krążącego wokół Ziemi oraz Ziemi, Księżyca i innych planet krążących wokół Słońca. W tym czasie książka Kopernika była drukowana od prawie siedemdziesięciu lat i miała wielu zwolenników, zarówno protestantów, jak i katolików. Oficjalne stanowisko Kościoła katolickiego było takie, że idee Kopernika były przydatne do opracowania ruchów planet, ale nie były one dosłownie prawdziwe. Gdyby tak było, zbyt wiele fragmentów Biblii byłoby skomplikowanych i musiałoby być przemyślane ponownie. Ale Galileusz chciał opowiedzieć ludziom o swoich astronomicznych odkryciach. Udał się do Rzymu w 1615 roku z nadzieją uzyskania pozwolenia Kościoła na nauczanie tego, czego się nauczył. Wiele osób - nawet Papież - sympatyzowało z nim, ale nadal nie wolno mu było pisać ani uczyć o systemie Kopernika. Nie poddał się całkowicie, ponownie udał się do Rzymu w 1624 i 1630 r., aby przetestować wody, chociaż był już stary i chory. Przekonał się, że dopóki będzie starał się przedstawiać system kopernikański tylko jako możliwość, będzie bezpieczny. Jego praca o astronomii, Dialog o dwóch głównych układach świata, jest napisana jako rozmowa między trzema osobami: jedną reprezentującą Arystotelesa, drugą reprezentującą Kopernika, a trzecią pełniącą rolę gospodarza. W ten sposób Galileusz mógł dyskutować o zaletach i wadach starych i nowych pomysłów na temat wszechświata bez konieczności mówienia, co było dobre, a co złe. To wspaniała książka, pełna żartów i napisana, jak większość dzieł Galileusza, w jego ojczystym języku, włoskim. (Uczeni z całej Europy nadal zwykle pisali swoje książki po łacinie). Od początku było oczywiste, po której stronie jest Galileusz. Po pierwsze, postać Arystotelesa została nazwana Simplicio. W rzeczywistości był to starożytny komentator Arystotelesa, ale tak jak po angielsku, po włosku brzmi to jak "simpleton", a ta postać nie jest zbyt bystra. Kopernikanin (zwany Salviati, co sugeruje "mądry" i "bezpieczny") ma zdecydowanie najlepsze kwestie i argumenty. Galileusz bardzo się starał uzyskać oficjalną aprobatę Kościoła dla swojej książki. Cenzor w Rzymie, który kontrolował, które książki można opublikować, był przychylny Galileuszowi, ale wiedział, że pojawią się problemy i dlatego opóźnił swoją decyzję. Galileusz poszedł naprzód i kazał wydrukować książkę we Florencji. Kiedy wysocy duchowni w Rzymie to przeczytali, nie byli zadowoleni i wezwali starca do Rzymu. Ktoś odkopał kopię starego zakazu nauczania systemu kopernikańskiego, a po "procesie" w 1633 roku, który trwał trzy miesiące, Galileusz został zmuszony do stwierdzenia, że jego książka była błędem i wytworem jego próżności. Ziemia, powiedział w swoim podpisanym wyznaniu, nie porusza się i jest centrum wszechświata. Istnieje legenda, że zaraz po skazaniu Galileusz wymamrotał "Eppur si muove" ("A jednak się porusza"). Bez względu na to, czy powiedział to na głos, czy nie, z pewnością tak myślał, ponieważ Kościół nie mógł zmusić go do zmiany jego przekonań na temat natury świata. Kościół miał prawo wtrącić Galileusza do więzienia, a nawet torturować go, ale jego ława przysięgłych uznała go za bardzo niezwykłego człowieka i zamiast tego umieściła go w areszcie domowym. Jego pierwszy "areszt domowy" w mieście Siena nie był aż tak surowy - był duszą wielu przyjęć obiadowych - więc Kościół nalegał, aby wrócił do swojego domu poza Florencją, gdzie jego goście byli starannie kontrolowani. Jedna z córek Galileusza (zakonnica) zmarła wkrótce potem, a jego ostatnie lata były samotne. Ale kontynuował swoją pracę, wracając do problemów spadających przedmiotów i sił, które wytwarzają rodzaje ruchu, które widzimy wokół nas każdego dnia. Jego wielkie dzieło Dwie nowe nauki (1638) jest jednym z fundamentów współczesnej fizyki. Ponownie przyjrzał się przyspieszeniu spadających ciał i użył matematyki, aby pokazać, że przyspieszenie można mierzyć w sposób, który wyprzedził późniejszą słynną pracę Izaaka Newtona o grawitacji. Zaproponował także nowy sposób myślenia o drogach rzeczy wystrzeliwanych w powietrze, jak kule armatnie, pokazując, jak można przewidzieć, gdzie wylądują. Dzięki tej pracy pojęcie "siły" - tego, co wpływa na poruszanie się w określony sposób - zajęło miejsce w nauce fizyki. Jeśli kiedykolwiek słyszałeś wyrażenie "buntuj się bez powodu", to Galileusz był buntownikiem z powodu. To, o co walczył, to nauka jako wiedza, która może wyjaśnić sposób, w jaki działa świat w jego własnych warunkach. Niektóre z jego buntowniczych pomysłów zostały później porzucone, ponieważ były złe lub nie w pełni wyjaśniały rzeczy. Ale tak zawsze działa nauka i żadna dziedzina nauki nie jest zamkniętą księgą zawierającą wszystkie odpowiedzi. Tak jak powinni wszyscy współcześni naukowcy, Galileusz o tym wiedział.

Gdzie jest Centrum Wszechświata?

Każdego ranka słońce wschodzi na wschodzie, a każdego wieczoru zachodzi na zachodzie. Widzimy, jak powoli porusza się w ciągu dnia, z długimi lub krótkimi cieniami, z przodu lub z tyłu, w zależności od tego, gdzie jest słońce. Wypróbuj eksperyment w południe i zobacz, jak cień chowa się pod tobą. Nic nie może być tak oczywiste, a ponieważ dzieje się to każdego dnia, jeśli przegapisz to dzisiaj, możesz złapać program jutro. Oczywiście słońce nie okrąża Ziemi każdego dnia. Możesz zrozumieć, jak trudno byłoby przekonać ludzi, że to, co wydaje się tak oczywiste, nie jest tak naprawdę tym, co się dzieje. Ujmijmy to w ten sposób: ziemia jest centrum naszego wszechświata, ponieważ tam właśnie jesteśmy, gdy patrzymy na słońce, księżyc i gwiazdy. To nasze centrum, ale nie centrum. Wszyscy obserwatorzy gwiazd w starożytnym świecie umieścili Ziemię w centrum. Pamiętasz Arystotelesa? Po nim najbardziej wpływowy astronom grecki, Ptolemeusz, oparł się na starannym odnotowywaniu pozycji gwiazd noc po nocy, sezon po sezonie i rok po roku. Patrzenie na gwiazdy w pogodną noc to magiczne przeżycie, a umiejętność identyfikowania grup lub "konstelacji" gwiazd to świetna zabawa. Pas Wielkiego Wozu i Oriona można łatwo prześledzić po niebie, gdy nie ma chmur. W Wielkim Wozie można znaleźć Gwiazdę Polarną, co pomogło żeglarzom w nocy kontynuować żeglugę we właściwym kierunku. Pojawiły się problemy z modelem wszechświata, w którym Ziemia jest w centrum, a ciała niebieskie poruszają się wokół niej po idealnych kręgach. Weźmy na przykład gwiazdy. Zmieniają swoje pozycje tylko stopniowo, w miarę upływu nocy. Równonoc wiosenna - kiedy słońce znajduje się bezpośrednio nad równikiem, dzięki czemu dzień i noc mają jednakową długość - zawsze była ważna dla astronomów, a właściwie dla wszystkich. Występuje 20 lub 21 marca, a 21 jest oficjalnym pierwszym dniem wiosny. Problem polega na tym, że gwiazdy są w nieco innych pozycjach każdego pierwszego dnia wiosny, czego nie powinny być, gdyby poruszały się po idealnie okręgach wokół Ziemi. Astronomowie nazwali to "precesją równonocy" i musieli wykonać skomplikowane obliczenia, aby wyjaśnić, dlaczego tak się dzieje. Ruch planet również był zagadką. Kiedy po prostu patrzysz na nocne niebo gołymi oczami, planety wyglądają jak jasne gwiazdy. Starożytni astronomowie uważali, że istnieje siedem planet: Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn, a także Słońce i Księżyc, które również nazywali planetami. Były oczywiście bliżej Ziemi niż to, co nazywali "gwiazdami stałymi", które nazywamy Drogą Mleczną. Obserwacja planet stwarzała więcej problemów niż gwiazdy stałe, ponieważ nie poruszają się one tak, jakby krążyły wokół Ziemi. Po pierwsze, ich ruch nie wydaje się być stały, a planety czasami wydają się wracać do siebie. Aby rozwiązać ten problem, astronomowie powiedzieli, że punkt, w którym planety wirują, nie znajduje się w centrum Ziemi. Nazwali ten punkt "równowagą", a te i inne obliczenia pomogły obserwatorom gwiazd wyjaśnić, co widzą na niebie w nocy bez konieczności całkowitego wyrzucania modelu. Oznaczało to, że nadal mogli zakładać, że Ziemia jest w centrum rzeczy i że wokół niej krążą inne ciała niebieskie. Co by się stało, gdybyśmy zamiast umieszczać Ziemię w centrum rzeczy, umieścili tam słońce i założyli, że planety (teraz włączając Ziemię jako jedną z nich) krążą wokół niej? Jesteśmy tak przyzwyczajeni do tego poglądu, że trudno sobie wyobrazić, jak dramatyczny był to krok. Było to sprzeczne z tym, co widzimy na co dzień, sprzeczne z naukami Arystotelesa i (co ważniejsze) Kościoła, ponieważ w Biblii mówi się, że Jozue prosił Boga, aby rozkazał poruszającemu się słońcu zatrzymać się. Ale stawianie słońca w centrum wydarzeń było dokładnie tym, co odważnie zrobił polski ksiądz imieniem Kopernik. Mikołaj Kopernik (1473-1543) urodził się i zmarł w Polsce, ale studiował prawo i medycynę we Włoszech. Jego ojciec zmarł, gdy Mikołaj miał dziesięć lat, więc brat jego matki zajął się edukacją mądrego chłopca na Uniwersytecie Krakowskim w Polsce. Gdy jego stryj został biskupem Fromobrka, także w Polsce, Kopernik otrzymał posadę w katedrze. Dało mu to pewne dochody, umożliwiło mu studiowanie we Włoszech, a po powrocie kontynuowanie swojej pasji: studiowania nieba. Zbudował wieżę bez dachu, w której mógł korzystać ze swoich przyrządów astronomicznych. Ponieważ nie było jeszcze żadnych teleskopów, instrumenty te po prostu pozwoliły mu zmierzyć kąty między różnymi ciałami niebieskimi a horyzontem oraz fazy księżyca. Był również bardzo zainteresowany zaćmieniami, które pojawiają się, gdy słońce, księżyc lub jedna z planet przeszkadza innej planecie i zostaje częściowo lub całkowicie zasłonięta przed naszym wzrokiem. Nie wiemy dokładnie, kiedy Kopernik uznał, że jego model nieba i Układu Słonecznego (jak go teraz nazywamy) lepiej wyjaśnia obserwacje, które ludzie robili przez tysiące lat. Ale w 1514 napisał krótki rękopis i pokazał go kilku zaufanym przyjaciołom. Nie odważył się go opublikować. Stwierdził w nim dość wyraźnie, że "środek ziemi nie jest centrum wszechświata" i "krążymy wokół Słońca jak każda inna planeta". Były to całkiem konkretne wnioski i przez następne trzy dekady Kopernik po cichu pracował nad swoją teorią, że to Słońce, a nie Ziemia, znajduje się w centrum wszechświata. Chociaż sam spędził wiele godzin, obserwując niebo, najlepiej rozmyślał o tym, co widzieli inni astronomowie i jak można złagodzić ich trudności, umieszczając słońce w centrum i zakładając, że planety obracają się wokół niego. Wiele zagadek, takich jak zaćmienia lub dziwny ruch planet do przodu i do tyłu, znalazło się na swoim miejscu. Poza tym słońce odgrywa tak ważną rolę w życiu człowieka, dając nam ciepło i światło, że umieszczenie go w centrum było sposobem na rozpoznanie, że bez niego życie na ziemi byłoby niemożliwe. Model Kopernika miał jeszcze jedną bardzo istotną konsekwencję: oznaczał, że gwiazdy znajdowały się znacznie dalej od Ziemi niż zakładali Arystoteles i inni wcześniejsi myśliciele. Arystoteles uważał, że czas jest nieskończony, ale przestrzeń jest stała. Kościół nauczał, że czas jest ustalony (kilka tysięcy lat temu, kiedy Bóg stworzył wszystko), podobnie jak przestrzeń, z wyjątkiem być może samego Nieba. Kopernik zaakceptował idee Kościoła dotyczące czasu i stworzenia, ale jego pomiary powiedziały mu, że Ziemia była znacznie bliżej Słońca niż Słońce do innych gwiazd. Obliczył również przybliżone odległości od Słońca do planet oraz Księżyca od Ziemi. Wszechświat był znacznie większy, niż sądzili ludzie. Kopernik wiedział, że jego badania zaszokują ludzi, ale z wiekiem zdecydował, że powinien opublikować swoje pomysły. W 1542 ukończył swoją wielką książkę De revolutionibus orbium coelestium ("Obrót ciał niebieskich"). Ale wtedy Kopernik był już chorym starcem. Powierzył więc jej wydruk swojemu przyjacielowi, innemu księdzu imieniem Retyk, który znał jego idee. Retyk rozpoczął pracę, ale potem musiał wyjechać do pracy na uniwersytecie w Niemczech, a zadanie to powierzono jeszcze innemu księdzu, Andreasowi Osianderowi. Osiander uważał, że idee Kopernika są niebezpieczne, więc dodał własne wprowadzenie do tej wielkiej księgi, która została ostatecznie wydrukowana w 1543 roku. Tutaj napisał, że idee Kopernika nie były w rzeczywistości prawdziwe, ale były po prostu możliwym sposobem rozwiązania niektórych trudności astronomów od dawna rozpoznawali ze swoją ziemskocentryczną ideą wszechświata. Osiander miał prawo do własnego zdania, ale zrobił rzecz bardzo nieuczciwą: napisał tę przedmowę tak, jakby była dziełem samego Kopernika. Ponieważ nikt go nie podpisał, ludzie zakładali, że to właśnie miał na myśli Kopernik o swoich pomysłach, a Kopernik był już bliski śmierci i nie był w stanie nic zrobić, by naprawić fałszywe wrażenie, jakie wywoływała przedmowa. W związku z tym przez prawie sto lat czytelnicy tej wspaniałej książki zakładali, że Kopernik jedynie bawił się sposobami wyjaśniania tego, co widziałeś na niebie każdej nocy, ale tak naprawdę nie mówił, że Ziemia krąży wokół Słońca. Ta przedmowa ułatwiła ludziom zignorowanie rewolucyjnego przesłania w książce Kopernika. Wiele osób je jednak czytało, a zawarte w nim komentarze i obliczenia wpłynęły na astronomię w dziesięcioleciach po jego śmierci. Dwóch szczególnie ważnych astronomów posunęło jego pracę jeszcze dalej. Jeden z nich, Tycho Brahe (1546-1601), został zainspirowany uporem Kopernika, że wszechświat musi być bardzo duży, tak daleko były gwiazdy. Obserwacja zaćmienia słońca w 1560 roku rozpaliła jego wyobraźnię i chociaż jego szlachetna duńska rodzina chciała, aby studiował prawo, jedyną rzeczą, która naprawdę go satysfakcjonowała, było studiowanie nieba. W 1572 roku zauważył nową, bardzo jasną gwiazdę na nocnym niebie. Napisał o tej nowej stelli ("nowej gwieździe") i argumentował, że pokazuje ona, że niebo nie jest całkowicie doskonałe i niezmienne. Zbudował sobie rozbudowane obserwatorium na wyspie u wybrzeży Danii i wyposażył je w najbardziej zaawansowane narzędzia. (Niestety, teleskopy wciąż nie zostały wynalezione.) W 1577 podążył ścieżką komety; były one ogólnie postrzegane jako złe wróżby, ale dla Tycho ścieżka komety oznaczała jedynie, że ciała niebieskie nie są nieruchome we własnych sferach, ponieważ kometa je przecinała. Tycho dokonał wielu ważnych odkryć dotyczących pozycji i ruchów gwiazd i planet, choć ostatecznie musiał zamknąć swoje obserwatorium i przenieść się do Pragi, gdzie w 1597 roku założył nowe obserwatorium astronomiczne. Trzy lata później mianował asystentem Johannesa Keplera (1571-1630). Chociaż Tycho nigdy nie zaakceptował modelu Kopernika dotyczącego słońca w centrum rzeczy, Kepler miał inne spojrzenie na wszechświat i Tycho zostawił mu wszystkie swoje notatki i rękopisy, gdy zmarł w 1601 roku. pracował nad publikacją, ale skierował także astronomię w zupełnie nowym kierunku. Kepler miał burzliwe, chaotyczne życie. Jego żona i młoda córka zmarły, a matka została postawiona przed sądem za czary. On sam był głęboko religijnym protestantem we wczesnych dniach reformacji, kiedy większość władz była katolikami, więc musiał uważać na swój krok. Wierzył, że porządek niebios potwierdza jego mistyczną ocenę Bożego stworzenia. Mimo wszystko jego trwały wkład w astronomię był bardzo twardy i precyzyjny. Wśród swoich pism, które często są trudne do zrozumienia, opracował trzy koncepcje, które nadal znane są jako Prawa Keplera. Były niezwykle ważne. Jego pierwsze dwa prawa były ściśle powiązane, a w ich odkryciu pomogły mu dokładne obserwacje ruchów planety Mars, które zostawił mu Tycho. Kepler studiował je przez długi czas, zanim zdał sobie sprawę, że planety nie zawsze poruszają się z tą samą prędkością; raczej poruszają się szybciej, gdy są bliżej słońca i wolniej, gdy są dalej od niego. Odkrył, że jeśli narysujesz prostą linię od Słońca (w centrum wszechświata) do planety, to krzywa łuku tworzonego podczas ruchu planety jest stała, a nie prędkość planety. To było jego drugie prawo, a jego konsekwencją było pierwsze prawo: planety poruszają się nie po idealnych okręgach, ale po elipsach, rodzaju spłaszczonego okręgu. Chociaż nie myślano jeszcze o grawitacji, Kepler wiedział, że na ruchy planet oddziałuje jakaś siła. Zdał sobie sprawę, że elipsa jest naturalną ścieżką czegoś, co obraca się wokół centralnego punktu, tak jak planety wokół Słońca. Dwa prawa Keplera pokazały, że starożytna idea doskonałego ruchu kołowego na niebie była błędna. Jego trzecie prawo było bardziej praktyczne: pokazał, że istnieje szczególna zależność między czasem, w którym planeta całkowicie okrąży Słońce, a jej średnią odległością od Słońca. Pozwoliło to astronomom obliczyć odległości planet od Słońca i zorientować się, jak duży jest nasz Układ Słoneczny, ale także jak mały, kiedy porównaniu do ogromnych odległości między nami a gwiazdami. Na szczęście mniej więcej w tym samym czasie wynaleziono instrument naukowy, który miał nam pomóc przyjrzeć się dalej w te odległości. Człowiekiem, który zamienił teleskop w narzędzie o ogromnej mocy, był najsłynniejszy astronom: Galileo Galilei.

Odkrywanie ludzkiego ciała

Jeśli chcesz naprawdę zrozumieć, jak coś jest zrobione, często dobrym pomysłem jest rozłożenie go na części, kawałek po kawałku. W przypadku niektórych rzeczy, takich jak zegarki i samochody, dobrze jest wiedzieć, jak je ponownie złożyć. Jeśli chcesz zrozumieć ciało ludzkie lub zwierzęce, musi ono być martwe, zanim zaczniesz, ale cel jest ten sam. Galen, jak wiemy, dokonał sekcji - rozebrał - wiele zwierząt, ponieważ nie mógł przeprowadzić sekcji żadnych ludzi. Założył, że anatomia świń lub małp jest bardzo podobna do anatomii ludzi i pod pewnymi względami miał rację, ale są też różnice. Sekcje ludzkich ciał zaczęto robić sporadycznie około 1300 roku, kiedy to na uczelniach medycznych zaczęto uczyć anatomii. Na początku, kiedy ludzie zauważyli jakiekolwiek różnice między tym, co widzieli w ludzkim ciele, a tym, co powiedział Galen, zakładali, że ludzie po prostu się zmienili, a nie, że Galen się mylił! Ale gdy zaczęli się bliżej przyglądać, anatomowie odkryli coraz więcej drobnych różnic. Stało się oczywiste, że o ludzkim ciele jest więcej do odkrycia. Człowiekiem, który dokonał odsłonięcia był anatom i chirurg znany nam jako Andreas Vesalius (1514-64). Jego pełne imię brzmiało Andreas Wytinck van Wesel. Urodził się w Brukseli, w dzisiejszej Belgii, gdzie jego ojciec był lekarzem zatrudnionym przez cesarza niemieckiego Karola V. Sprytne dziecko, został wysłany na Uniwersytet w Louvain, aby studiować przedmioty artystyczne, ale postanowił przejść na medycynę. Wyraźnie ambitny, udał się następnie do Paryża, gdzie byli najlepsi nauczyciele. Wszyscy podążyli za Galenem i podczas jego trzech lat zrobił na nim wrażenie. Wykazał się także umiejętnościami w zakresie greki i łaciny oraz fascynacją sekcją. Wojna między Cesarstwem Niemieckim a Francją zmusiła go do opuszczenia Paryża, ale ponownie wprowadził sekcję ludzką na wydziale medyczny w Louvain przed podróżą w 1537 r. Do ówczesnej najlepszej uczelni medycznej na uniwersytecie w Padwie we Włoszech. Zdał egzaminy, zdał z najwyższym wyróżnieniem, a następnego dnia został mianowany wykładowcą chirurgii i anatomii. W Padwie wiedzieli, kiedy doszli do czegoś dobrego: Vesalius uczył anatomii poprzez własne sekcje, studenci go kochali, a już w następnym roku opublikował serię pięknych anatomicznych ilustracji części ludzkiego ciała. Były tak dobre, że lekarze w całej Europie zaczęli kopiować te zdjęcia na własny użytek, ku irytacji Vesaliusa, ponieważ faktycznie kradli jego pracę. Rozcinanie martwego ciała nie jest szczególnie przyjemną rzeczą. Po śmierci ciało szybko zaczyna się rozkładać i śmierdzieć, a w czasach Vesaliusa nie było sposobu, aby powstrzymać je przed gniciem. Oznaczało to, że sekcję trzeba było przeprowadzić szybko i w kolejności, która umożliwiała jej wykonanie, zanim zapachy staną się przytłaczające. Brzuch został zrobiony jako pierwszy, ponieważ jelita gniją jako pierwsze. Potem była głowa i mózg, potem serce, płuca i inne narządy w klatce piersiowej. Ręce i nogi zostały zachowane do końca: wytrzymały najlepiej. Całość trzeba było zrobić w dwa lub trzy dni, a anatomii na ogół uczono zimą, kiedy chłodniejsza pogoda przynajmniej opóźniła rozkład i dała lekarzom trochę więcej czasu. Sposoby konserwacji ciał odkryto w XVIII wieku, dzięki czemu łatwiej było poświęcić więcej czasu na sekcję i zbadanie całego ciała. Pomimo potrzebnej prędkości i zapachów, z którymi się zetknął, sekcja była wielką życiową pasją Vesaliusa. Nie wiemy, ile ciał starannie pociął, ale musiało być ich wiele, bo dowiedział się więcej o częściach ludzkiego ciała niż ktokolwiek żyjący. Pięć i pół roku, które upłynęły od chwili, gdy Vesalius został nauczycielem w Padwie do publikacji jego wielkiej książki w 1543 roku, było bardzo pracowite. Książka Vesaliusa jest ogromna, ma czterdzieści centymetrów wysokości i waży prawie dwa kilogramy - niezupełnie książka w miękkiej oprawie, którą można włożyć do kieszeni podczas wakacyjnej lektury. Nazywało się De Humani coporis fabrica ("O strukturze ludzkiego ciała") i nadal jest znane jako De Fabrica. Był pięknie i misternie zilustrowany. Vesalius udał się do Bazylei w Szwajcarii, aby nadzorować druk tekstu i wykonanie ilustracji. Żyjemy w świecie, w którym ilustracje są wszędzie. Aparaty cyfrowe ułatwiają wysyłanie zdjęć naszym przyjaciołom, a magazyny i gazety mają zdjęcia na każdej stronie. Nie było tak w czasach Vesaliusa. Prasę drukarską wynaleziono niespełna sto lat temu, a obrazy musiały być wykonane ze starannie rzeźbionych bloków drewna, skopiowanych z rysunku. Podobnie jak pieczątka, bloki te były następnie tuszowane i prasowane na kartce papieru. Obrazy w książce Vesaliusa są oszałamiające: nigdy przedtem ludzkie ciało nie zostało przedstawione tak dokładnie i tak szczegółowo. Nawet strona tytułowa mówi nam, że dzieje się coś wyjątkowego. Pokazuje sekcję kobiety w miejscu publicznym, w otoczeniu setek ludzi. Vesalius stoi pośrodku, przy ciele kobiety i tylko on patrzy na czytelnika. Reszta publiczności jest albo zafascynowana sekcją, albo plotkuje ze sobą. Po lewej stronie obrazu jest małpa, po prawej pies, przypominający, że Galen musiał używać zwierząt do swoich prac anatomicznych. We własnej książce Vesalius opowiada o anatomii człowieka, z ludzkich ciał i sam przeprowadza sekcję. To była cudownie odważna rzecz dla młodego mężczyzny, który nie miał jeszcze trzydziestu lat. Ale wtedy Vesalius miał wszelkie powody, by być pewnym siebie. Wiedział, że zajrzał głębiej w ludzkie ciało niż ktokolwiek inny. Wśród wspaniałych zdjęć w jego książce są te, które pokazują mięśnie ciała, z przodu i z tyłu, z mięśniami bliżej powierzchni odciętymi, aby odsłonić głębsze. Ci "umięśnieni mężczyźni" są pozowani na tle krajobrazów, a budynki, drzewa, skały i wzgórza na zdjęciach łączą się. Jeden z osiłków Vesaliusa jest wieszany za szyję, co przypomina, że Vesalius często wykorzystywał przestępców do swoich sekcji. Rzeczywiście, kiedyś znalazł przestępcę, którego powieszono, a jego ciało zostało oczyszczone przez ptaki, pozostawiając tylko jego szkielet. Vesalius przemycał kości jeden po drugim z powrotem do swojego pokoju, aby uczyć się na osobności. Vesalius miał do współpracy bardzo wykwalifikowanego artystę, chociaż nie znamy jego nazwiska na pewno. Nauka była ściśle związana ze sztuką w tym okresie, który nazywamy renesansem, "odrodzeniem". Wielu renesansowych artystów - Leonardo da Vinci (1452-1519), Michał Anioł (1475-1564) i inni - rozcinali ciała, aby nauczyć się lepiej je malować. Lekarze nie byli jedynymi, którzy chcieli poznać budowę ludzkiego ciała. Vesalius był zafascynowany budową (anatomią) ciała, ale martwe ciała nie pełnią funkcji (fizjologii) takich jak oddychanie, trawią i poruszają się, tak jak żyją. Więc długa pisemna część książki Vesaliusa była mieszanką starych i nowych pomysłów. Często wskazywał, że Galen błędnie opisał jakiś organ lub mięsień i naprawiał to. Na przykład, kiedy Galen opisywał wątrobę, mówił o wątrobie wieprzowej, która ma pięć odrębnych "płatów" lub sekcji. Ludzka wątroba ma cztery, które nie są tak jasno określone. Kilka mięśni ludzkich rąk i stóp różni się od mięśni nawet u naszych bliskich krewnych, małp i małp. Teoria Galena o tym, jak krew porusza się, wymagała odrobiny, aby przemieściła się z prawej strony serca na lewą; przesiąkała przez maleńkie pory w ścianie między dwiema dużymi komorami (komorami) serca. Vesalius przeprowadził sekcję wielu ludzkich serc i nie mógł znaleźć tych porów. Jego wiedza będzie bardzo ważna kilkadziesiąt lat później, kiedy William Harvey zaczął bardziej szczegółowo zastanawiać się nad tym, co robią serce i krew. Jednak dyskusja Vesaliusa o tym, jak działa żywe ciało, nadal wykorzystywała wiele pomysłów Galena. Być może dlatego obrazy Vesaliusa były o wiele bardziej cenione niż jego pisarstwo: szybko kopiowano je i używano w całej Europie, i rozsławiły Vesaliusa (nawet jeśli nie przyniosły mu dużych pieniędzy). Chociaż żył przez kolejne dwadzieścia lat, publikacja jego wspaniałej książki była punktem kulminacyjnym w karierze Vesaliusa. Stworzył co prawda drugie wydanie książki, z kilkoma poprawkami, ale wkrótce po ukazaniu się pierwszego wydania udał się na lekarza sądowego. Spędzał czas opiekując się bogatymi i potężnymi. Może myślał, że powiedział wszystko, co miał do powiedzenia. Powiedział i zrobił wystarczająco dużo, by upewnić się, że zostanie zapamiętany. De Fabrica pozostaje jedną z największych książek wszechczasów: połączenie sztuki, anatomii i druku, które jest nadal podziwiane. A wraz z nim Vesalius zostawił nam dwa stałe prezenty. Najpierw zachęcał innych lekarzy do kontynuowania jego drobiazgowych opisów budowy ludzkiego ciała. Później anatomowie odkryli inne części ciała, które Vesalius przeoczył, lub naprawili błędy, które popełnił. Mieszanka artystyczne prezentacji i staranne rozeznanie, które rozpoczął, zachęciły innych do stworzenia książek ilustrujących ciało na stronie. Książka Vesaliusa była pierwszą, w której obrazy były ważniejsze niż pismo, ale nie była ostatnia. Lekarze musieli być nauczeni, jak widzieć, co było przed nimi, a zdjęcia były niezbędne, aby pomóc im w nauce. Po drugie, Vesalius przeciwstawił się Galenowi. Nie był wobec niego niegrzeczny, jak Paracelsus, ale po cichu pokazał, że można wiedzieć więcej niż Galen. Pokazał, że wiedza może rosnąć z pokolenia na pokolenie. Pomógł rozpocząć debatę, która trwała ponad sto lat. Pytanie było proste: czy możemy wiedzieć więcej niż starożytni? Tysiąc lat przed Vesaliusem odpowiedź brzmiała "Nie". Po Vesaliusie odpowiedź zaczęła się stopniowo zmieniać. Ludzie zaczęli myśleć: "Jeśli wszystko, co warto wiedzieć, zostało już odkryte, po co się męczyć? Ale jeśli poszukam siebie, może zobaczę coś, czego nikt inny nie widział". Vesalius zachęcał lekarzy i naukowców do zawracania sobie głowy.

W poszukiwaniu Kamienia Filozoficznego

Gdybyś mógł zamienić swoją aluminiową puszkę Coca-Coli w złoto, prawda? Pewnie byś to zrobił, ale gdyby każdy mógł to zrobić, nie byłoby to aż tak niesamowite, ponieważ złoto stałoby się powszechne i nie warte gry. Stary grecki mit o królu Midasie, któremu spełniono życzenie, aby wszystko, czego dotknął, zamieniło się w złoto, przypomina nam, że nie był zbyt sprytny. Nie mógł nawet zjeść śniadania, ponieważ jego chleb stał się złoty, gdy tylko go dotknął! Król Midas nie był osamotniony w przekonaniu, że złoto jest wyjątkowe. Ludzie zawsze go cenili, częściowo ze względu na jego cudowne odczucie i kolor, częściowo dlatego, że jest rzadkością, a posiadali go tylko królowie i inni bogaci ludzie. Gdybyś mógł dowiedzieć się, jak zrobić złoto z pospolitych substancji - na przykład z żelaza lub ołowiu, a nawet ze srebra - twoja sława i fortuna zostaną przypieczętowane. Wytwarzanie złota w ten sposób było jednym z celów wczesnej nauki zwanej alchemią. Odrzuć "al" od alchemii, a otrzymasz wersję "chemii", a w rzeczywistości te dwie rzeczy są ze sobą spokrewnione, chociaż w dzisiejszych czasach nie nazwalibyśmy alchemii - z jej mrocznymi powiązaniami z magią i wiarą religijną - nauką. Jednak w przeszłości była to działalność na wskroś szanowana. W wolnym czasie Isaac Newton parał się alchemią, kupując mnóstwo wag, szklane naczynia o dziwnych kształtach i inny sprzęt. Innymi słowy, założył laboratorium chemiczne. Mogłeś być w laboratorium, a przynajmniej widziałeś je na zdjęciach lub filmach; nazwa oznacza po prostu miejsca, w których "pracujesz" lub pracujesz. Dawno temu w laboratoriach pracowali alchemicy. Alchemia ma długą historię, sięgającą starożytnego Egiptu, Chin i Persji. Celem alchemików nie zawsze była po prostu zamiana mniej wartościowych ("bazowych") metali na złoto: było to również wywieranie władzy nad naturą, aby móc kontrolować rzeczy, które nas otaczają. Alchemia często wiązała się z użyciem magii: wypowiadaniem zaklęć lub upewnianiem się, że robisz wszystko we właściwej kolejności. Alchemik eksperymentował z substancjami, aby zobaczyć, co się stanie, gdy dwie zostaną zmieszane lub podgrzane. Alchemicy lubili pracować z rzeczami, które miały gwałtowne reakcje, jak fosfor czy rtęć. To może być niebezpieczne, ale wyobraź sobie nagrody, jeśli udało ci się znaleźć odpowiednią kombinację składników, aby stworzyć "kamień filozoficzny". Ten "kamień" (w rzeczywistości byłby to rodzaj specjalnej substancji chemicznej) zamieniłby następnie ołów lub cynę w złoto lub pomógłby ci żyć wiecznie. Tak jak u Harry′ego Pottera. Przygody Harry′ego Pottera są zabawne, ale rozgrywają się w świecie wyobraźni. Rodzaje mocy, o których marzyli prawdziwi magowie i alchemicy, nie są również dostępne w zwykłym życiu - nawet życiu alchemika, a wielu alchemików było oszustami, udającymi, że robią rzeczy, których nie mogli. Ale wielu innych było uczciwymi robotnikami, żyjącymi w świecie, w którym wszystko wydawało się możliwe. W trakcie studiów dowiedzieli się wiele o tym, co teraz nazywamy chemią. Nauczyli się m.in. destylacji, sztuki podgrzewania mieszaniny i zbierania substancji, które mieszanina pozostawia w różnym czasie. Mocne napoje alkoholowe, takie jak brandy i gin, są produkowane przez destylację, która koncentruje alkohol. Nazywamy je "duchami", słowem, którego używamy również na określenie duchów i nas samych, gdy jesteśmy żywi lub "duchowi". To słowo wywodzące się z łacińskiego spiritus, oznaczające "oddech", a także "duch". Pochodzi również częściowo z alchemii. Większość ludzi wierzyła w magię (a niektórzy nadal wierzą). Wielu znanych uczonych w przeszłości również wykorzystywało swoje badania tajemnic natury do odkrywania magicznych sił. Pewien niezwykły człowiek uważał, że ma moc, by zmienić całą praktykę naukową i medyczną. Jego pełne imię jest pełne: Theophrastus Philippus Aureolus Bombastus von Hohenheim. Spróbuj szybko wypowiedzieć to imię, a możesz zrozumieć, dlaczego chciałby zmienić je na to, które znamy: Paracelsus. Paracelsus (ok. 1493-1541) urodził się w Einsiedeln, małym miasteczku w szwajcarskich górach. Jego ojciec był lekarzem i uczył go o świecie przyrody, o górnictwie, minerałach, botanice i medycynie. Wychowywał się jako katolik, ale dorastał w czasach Marcina Lutra i reformacji protestanckiej i miał wielu przyjaciół i zwolenników protestanckich, a także rzymskokatolickich. Narobił też wielu wrogów. Studiował z kilkoma ważnymi duchownymi i chociaż Paracelsus był zawsze głęboko religijny, jego wiara, jak wszystko inne w nim, była wyjątkowa: opierała się na chemii. Paracelsus studiował medycynę we Włoszech i zawsze był niespokojny, przemieszczając się z miejsca na miejsce. Podróżował po całej Europie, być może do Anglii, a na pewno był w Afryce Północnej. Pracował jako chirurg i zwykły lekarz, leczył wielu bogatych i wpływowych pacjentów i wydaje się, że odniósł sukces. Jednak nigdy nie wyglądał, jakby miał pieniądze i zawsze był źle ubrany. Lubił pić w barach lub pubach ze zwykłymi, a nie eleganckimi ludźmi, a jego wrogowie mówili, że jest uzależniony od alkoholu. Paracelsus miał tylko jedną formalną pracę, na uniwersytecie w Bazylei, w rodzinnej Szwajcarii. Nalegał, aby wykładać po niemiecku zamiast po łacinie, jak wszyscy inni profesorowie, i jedną z pierwszych rzeczy, jakie zrobił, było spalenie dzieł Galena na rynku. Nie potrzebował Galena, Hipokratesa ani Arystotelesa. Chciał zacząć od nowa. Był pewien, że jego pogląd na wszechświat był właściwy i nie przypominał żadnego z dotychczasowych. Krótko po swoim ognisku zmuszony był opuścić miasto, aby kontynuować wędrówkę, przebywając tu kilka miesięcy, może rok tam, ale zawsze niespokojny i gotowy do spakowania swoich drobiazgów i spróbowania gdzie indziej. Zabrał swoje rękopisy i aparaturę chemiczną i prawdopodobnie niewiele więcej. Podróż była zawsze powolna, pieszo, konno lub wozem, po drogach często błotnistych i niebezpiecznych. Biorąc pod uwagę jego sposób życia, to zdumiewające, że w ogóle cokolwiek osiągnął. W rzeczywistości, lecząc wielu pacjentów, napisał także wiele książek, patrzył na otaczający go świat i zawsze przeprowadzał eksperymenty chemiczne. Jego pasją była chemia. Kiedy powiedział, że nie potrzebuje dzieł starożytnych do prowadzenia własnych badań, miał to na myśli. Nie miał czasu na cztery żywioły: powietrze, ziemię, ogień i wodę. Zamiast tego dla niego istniały trzy podstawowe "zasady" - sól, siarka i rtęć - na które ostatecznie wszystko można było rozdzielić. Sól nadaje rzeczom ich kształt lub solidność; siarka jest powodem, dla którego rzeczy mogą się palić; a rtęć jest odpowiedzialna za zadymienie lub płynny stan rzeczy. Paracelsus zinterpretował eksperymenty w swoim laboratorium według tych trzech zasad. Interesowało go, jak kwasy mogą rozpuszczać rzeczy i jak można zamrozić alkohol. Spalił substancje i dokładnie zbadał to, co zostało. Oddestylował wiele płynów i zebrał to, co się wydarzyło, a także odnotował to, co zostało. Krótko mówiąc, spędził dużo czasu w swoim laboratorium, próbując opanować naturę. Paracelsus wierzył, że jego eksperymenty chemiczne pomogą mu zrozumieć, jak działa świat, i że chemia będzie źródłem wielu nowych metod leczenia chorób. Przed nim większość leków stosowanych przez lekarzy pochodziła z roślin i chociaż Paracelsus czasami stosował w swojej praktyce lekarskiej środki ziołowe, wolał dawać swoim pacjentom leki, które studiował w swoim laboratorium. Jego szczególnym ulubieńcem był Merkury. Rtęć jest w rzeczywistości bardzo trująca, ale Paracelsus używał jej jako maści na choroby skóry i uważał, że jest najlepszym lekarstwem na chorobę, która stała się powszechna w całej Europie. To była kiła, choroba, która zwykle rozprzestrzenia się poprzez kontakty seksualne, która powoduje okropne wysypki na skórze, niszczy nosy i zwykle zabija rąbek. Epidemia kiły wybuchła we Włoszech w latach 90. XIV wieku, mniej więcej w czasie narodzin Paracelsusa, zabijając wiele osób. Kiedy był lekarzem, kiła była tak powszechna, że prawie wszyscy lekarze przyjmowali z nią pacjentów (a więcej niż kilku lekarzy cierpiało na nią). Paracelsus napisał o tej nowej chorobie, opisując wiele jej objawów i zalecając leczenie rtęcią. Chociaż rtęć mogła powodować wypadanie zębów i okropny zapach oddechu, pozbyła się wysypki, więc lekarze stosowali ją przez wiele lat w leczeniu kiły i innych chorób powodujących wysypkę. Paracelsus opisał wiele innych chorób. Pisał o urazach i chorobach, których doznali ci, którzy eksploatowali kopalnie, a zwłaszcza o chorobach płuc spowodowanych okropnymi warunkami pracy i długimi godzinami pracy. Troska Paracelsusa o skromnych górników odzwierciedlała jego życie spędzone wśród zwykłych ludzi. Hipokrates, Galen i inni lekarze przed Paracelsusem uważali, że choroba jest wynikiem braku równowagi w ciele. Jednak dla Paracelsusa choroba wynikała z siły znajdującej się poza ciałem. Ta "rzecz" (nazywał ją an ens, łacińskie słowo oznaczające "istotę" lub "substancję") atakuje ciało, powoduje, że chorujemy i tworzy rodzaj zmian, których lekarze szukają jako wskazówek, aby zrozumieć, co choroba jest. Enzydami może być pryszcz, ropień lub kamień w nerce. Ważnym przełomem, jakiego dokonał Paracelsus, było oddzielenie pacjenta od choroby. Ten sposób myślenia pojawił się dużo później, wraz z odkryciem zarazków. Paracelsus chciał rozpocząć naukę i medycynę na nowych fundamentach, które zapewnił. Wielokrotnie powtarzał, że ludzie nie powinni czytać książek, ale sami widzieć i eksperymentować. Oczywiście chciał, aby inni czytali książki, które sam napisał, a niektóre z nich zostały opublikowane dopiero po jego śmierci. Jego prawdziwe przesłanie brzmiało: "Nie zawracaj sobie głowy czytaniem Galena, czytaj Paracelsusa". Jego świat był pełen magicznych sił, które, jak sądził, mógł zrozumieć i oswoić w służbie swojej nauki i medycyny. Jego własnym alchemicznym marzeniem nie było tylko przekształcenie metali nieszlachetnych w złoto; raczej starał się opanować wszystkie magiczne i tajemnicze siły natury. Za życia miał kilku zwolenników, a po śmierci wielu innych. Nazywali siebie Paraceljanami i nadal próbowali zmienić medycynę i naukę, tak jak on to zrobił. Eksperymentowali w laboratorium i stosowali środki chemiczne w swoich praktykach medycznych. Próbowali, podobnie jak Paracelsus, kontrolować siły natury za pomocą naturalnej magii. Paracelsanie zawsze pozostawali poza głównym nurtem. Większość lekarzy i naukowców nie chciała całkowicie odrzucić spuścizny Pradawnych. Niemniej jednak przesłanie Paracelsusa było coraz częściej odbierane. Ludzie zaczęli sami patrzeć na świat. W 1543, dwa lata po jego śmierci, ukazały się dwie książki, jedna o anatomii, druga o astronomii, co również podważało autorytet Starożytnych. Na nowo oglądano wszechświat.

Z ciemności

Oczekujemy, że naukowcy będą próbować odkrywać nowe rzeczy, a nauka będzie się ciągle zmieniać. Ale jak wyglądałaby nauka, gdybyśmy myśleli, że wszystko zostało już odkryte? Bycie czołowym naukowcem może wtedy oznaczać po prostu czytanie o odkryciach innych ludzi. W Europie ten wsteczny pogląd stał się normą po upadku Cesarstwa Rzymskiego w 476 r. Do tego czasu chrześcijaństwo stało się oficjalną religią Cesarstwa (Konstantyn był pierwszym cesarzem, który nawrócił się na chrześcijaństwo) i tylko jednym. Liczyła się książka: Biblia. Św. Augustyn (354-430), jeden z najbardziej wpływowych myślicieli wczesnego chrześcijaństwa, ujął to w ten sposób: "Prawda jest raczej w tym, co objawia Bóg, niż w tym, co domyślają się ludzie po omacku". Nie było miejsca dla tych naukowców, którzy "po omacku" szukali wiedzy; starożytni już odkryli wszystko, co warto wiedzieć w nauce i medycynie. Poza tym o wiele ważniejsze było skupienie się na dotarciu do nieba i unikaniu piekła. Bycie "naukowcem" może oznaczać po prostu studiowanie Arystotelesa i Galena. A przez 500 lat, od około 500 do 1000 r. n.e., nawet to było trudne, ponieważ dostępnych było bardzo niewiele tekstów greckich i łacińskich ze świata klasycznego. Niewiele osób też umie czytać. Plemiona germańskie, które splądrowały Rzym w 455 roku, przyniosły jednak ze sobą kilka przydatnych rzeczy. Jednym z nich było noszenie spodni zamiast tog (choć kobiety musiały trochę poczekać). Podobnie jak nowe uprawy zbóż, takie jak jęczmień i żyto, oraz spożywanie masła zamiast oliwy z oliwek. W tym "mrocznym" pół tysiącleciu pojawiły się również innowacje technologiczne: ujrzały nowe sposoby uprawy roślin i orania ziemi. Budowanie kościołów i katedr zachęcało rzemieślników i architektów do eksperymentowania z nowymi stylami i znajdowania lepszych sposobów na rozłożenie ciężaru kamienia i drewna. Oznaczało to, że mogli budować coraz większe i wspanialsze katedry, a niektóre z tych wczesnych budynków wciąż zapierają dech w piersiach. Przypominają, że to, co czasami nazywa się "ciemnymi wiekami", nie było pozbawione światła. Jednak wraz z nadejściem drugiego tysiąclecia ery chrześcijańskiej tempo odkryć nabrało tempa. Św. Tomasz z Akwinu (ok. 1225-74) był największym teologiem średniowiecza. Podziwiał Arystotelesa niezmiernie i łączył myśl chrześcijańską z nauką i filozofią Arystotelesa. Arystoteles wraz z Galenem, Ptolemeuszem i Euklidesem ukształtowali średniowieczny umysł. Ich pisma musiały zostać przetłumaczone, zredagowane i skomentowane. Początkowo duża część tej działalności odbywała się w klasztorach, ale stopniowo przeniosła się na uniwersytety, które po raz pierwszy zostały wprowadzone w tym okresie. Grecy mieli szkoły: Arystoteles studiował w Akademii swojego nauczyciela Platona i z kolei założył własną szkołę. Dom Mądrości w Bagdadzie był również miejscem, w którym ludzie spotykali się, aby studiować i uczyć się. Ale nowe uniwersytety w Europie były inne, a większość przetrwało do dziś. Wiele z nich zostało założonych przez Kościół, ale duma społeczności i bogaci zwolennicy pomogli niektórym miastom założyć własne uniwersytety. Papież zezwolił na założenie kilku uniwersytetów w południowych Włoszech. Uniwersytet Boloński (założony około 1180 r.) był pierwszym, który otworzył swoje podwoje, ale w ciągu mniej więcej stulecia pojawiły się uniwersytety w Padwie, Montpellier, Paryżu, Kolonii, Oksfordzie i Cambridge. Nazwa "uniwersytet" pochodzi od łacińskiego słowa oznaczającego "całość", a instytucje te miały objąć całą ludzką wiedzę. Zazwyczaj mieli cztery szkoły, czyli "wydziały": oczywiście teologię (Tomasz z Akwinu nazywał teologię "królową nauk"), prawo, medycynę i sztukę. Wydziały medyczne początkowo opierały się głównie na Galenie i Awicennie. Studenci medycyny studiowali także astrologię ze względu na powszechną wiarę w to, że gwiazdy mają wpływ na ludzi, na dobre lub na złe. Matematyka i astronomia - które uważamy za bardzo naukowe - były na ogół nauczane na wydziale artystycznym. Na wszystkich wydziałach badano rozległe dzieła Arystotelesa. Wielu "naukowców" średniowiecza było lekarzami lub duchownymi, a większość z nich pracowała na nowych uniwersytetach. Wydziały medyczne nadawały swoim absolwentom stopnie doktora medycyny (MD) lub licencjata medycyny (MB) - a to z kolei oddzielało tych lekarzy od chirurgów, aptekarzy (farmaceutów) i innych lekarzy, którzy uczyli się zawodu w inny sposób. Ich wykształcenie uniwersyteckie niekoniecznie sprawiało, że lekarze byli bardziej zainteresowani odkrywaniem nowych rzeczy (woleli polegać na Galenie, Awicennie i Hipokratesie). Ale od około 1300 roku nauczyciele anatomii zaczęli przeprowadzać sekcję ciał, aby pokazać uczniom narządy wewnętrzne, a sekcje zwłok były czasami przeprowadzane na członkach rodziny królewskiej lub gdy śmierć była podejrzana (lub jedno i drugie). Nic z tego niekoniecznie sprawiało, że lekarze byli w stanie lepiej leczyć choroby, zwłaszcza te, które przetoczyły się przez społeczności. To, co teraz nazywamy czarną śmiercią, forma zarazy, po raz pierwszy wkroczyło do Europy w latach czterdziestych XIII wieku. Prawdopodobnie pochodził z Azji, wzdłuż szlaków handlowych i zabiła około jednej trzeciej mieszkańców Europy w ciągu trzech lat, jakie zajęło jej obchód. Jakby tego było mało, wróciła dziesięć lat później, a potem z przygnębiającą regularnością przez następne 400 lat. Niektóre społeczności zakładały specjalne szpitale dla osób cierpiących na dżumę (szpitale, podobnie jak uniwersytety, są dla nas średniowiecznym darem), a w niektórych miejscach utworzono Rady Zdrowia. Zaraza doprowadziła również do stosowania kwarantanny w przypadkach chorób uważanych za zaraźliwe. "Kwarantanna" pochodzi od liczby 40 (w weneckim quaranta), czyli liczby dni, przez które chory lub podejrzany przebywał w izolacji. Jeśli osoba wyzdrowiała w tym czasie lub nie wykazywała żadnych objawów choroby, mogła zostać wypuszczona. Dramaturg William Shakespeare urodził się w Stratford-upon-Avon w roku epidemii w Anglii (1564), a jego kariera została kilkakrotnie przerwana, gdy epidemie dżumy zmusiły teatry do zamknięcia. Szekspir kazał Mercutio, w Romeo i Julii, powiedzieć "Plaga na oba wasze domy!", aby potępić dwie walczące rodziny. Jego słuchacze zrozumieliby, co miał na myśli. Większość lekarzy uważała, że dżuma to nowa choroba, a przynajmniej taka, o której Galen nie pisał, więc musieli radzić sobie bez jego rady: środki zaradcze obejmowały upuszczanie krwi i leki, które powodowały wymioty lub pocenie się pacjenta, popularne leki na inne choroby w tym czasie. W końcu Galen nie wiedział wszystkiego. Wydawało się, że Arystoteles też nie. Jego poglądy na temat tego, dlaczego coś porusza się w powietrzu, były szeroko omawiane przez Rogera Bacona (ok. 1214-94) na Uniwersytecie Oksfordzkim, Jeana Buridana (ok. 1295-ok. 1358) na Uniwersytecie Paryskim i kilku innych. Nazywano to "problemem z impetem" i należało go rozwiązać. Weźmy za przykład łuk i strzałę. Strzała leci, ponieważ ściągamy cięciwę łuku i szybko ją zwalniamy, wypychając strzałę w powietrze. Przyłożyliśmy siłę i nadaliśmy jej pęd (koncepcja, o której powiemy więcej później). Bacon i Buridan nazwali to "impulsem" i zdali sobie sprawę, że Arystoteles nie miał właściwego wytłumaczenia faktu, że im dalej pociągniemy cięciwę łuku, tym dalej poleci strzała. Arystoteles powiedział, że jabłko spadnie na ziemię, ponieważ jest to jego "naturalne" miejsce spoczynku. Strzała w końcu trafi również na ziemię, a jednak Arystoteles powiedział, że porusza się tylko dlatego, że stoi za nią siła. Tak więc, jeśli istniała siła, gdy strzała opuściła strunę, dlaczego siła wydawała się zużywać? Te i podobne problemy sprawiły, że niektórzy ludzie sądzili, że Arystoteles nie wszystko zrozumiał. Nicolas Oresme (ok. 1320-182), duchowny pracujący w Paryżu, Rouen i gdzie indziej we Francji, ponownie zastanawiał się nad dniem i nocą. Pomyślał, że zamiast słońca krążącego wokół Ziemi co dwadzieścia cztery godziny, sama Ziemia obraca się wokół własnej osi w ciągu dnia. Oresme nie zakwestionował wiary Arystotelesa, że Ziemia jest w centrum wszechświata lub że Słońce i planety krążą wokół Ziemi. Ale być może była to bardzo powolna podróż (może Słońcu zajęło to rok!), podczas gdy Ziemia w centrum wszechświata wirowała jak wierzchołek. Te pomysły były nowe, ale 700 lat temu ludzie niekoniecznie uważali, że nowe pomysły są zawsze dobre. Zamiast tego lubili systemy, które były schludne, uporządkowane i kompletne. Jest to jeden z powodów, dla których tak wielu uczonych napisało to, co teraz nazywamy "encyklopediami": wielkie dzieła, które zebrały dzieła Arystotelesa i innych starożytnych mistrzów i połączyły je - syntetyzując - w gigantyczne całości. "Miejsce na wszystko i wszystko na swoim miejscu" - tak mogło brzmieć motto tego okresu. Ale próba znalezienia tego miejsca na wszystko sprawiła, że niektórzy zdali sobie sprawę, że wciąż są zagadki do rozwiązania.

Nauka w islamie

Galen nie dożył upadku Cesarstwa Rzymskiego, ale w 307 r. n.e. zostało podzielone na dwie części. Nowy cesarz Konstantyn (280--337) przeniósł swoją siedzibę władzy na wschód - do Konstantynopola, dzisiejszego Stambułu we współczesnej Turcji. Tam byłby bliżej wschodniej części Imperium, ziem, które teraz nazywamy Bliskim Wschodem. Nauka i mądrość zawarte w rękopisach greckich i łacińskich oraz uczeni, którzy byli w stanie je studiować, zaczęli przenosić się na wschód. Na Bliskim Wschodzie powstała nowa religia: islam, który podążał za naukami wielkiego proroka Mahometa (570-632). Islam zdominowałby większość Bliskiego Wschodu i Afryki Północnej, a nawet Hiszpanię i Azję Wschodnią, ale w ciągu dwóch stuleci po śmierci Mahometa nowa religia była w dużej mierze ograniczona do Bagdadu i innych osad na tym obszarze. Wszyscy uczeni muzułmańscy studiowali Koran, centralny tekst religijny islamu. Jednak wielu z nich było również zainteresowanych licznymi rękopisami, które przywieziono tam po ataku na Rzym w 455 roku. W Bagdadzie powstał "Dom Mądrości", który zachęcał ambitnych młodych mężczyzn do przyłączenia się do tłumaczenia i studiowania tych starych rękopisów. . Wiele starych rękopisów było nadal w oryginalnej grece lub łacinie, ale inne zostały już przetłumaczone na języki Bliskiego Wschodu. Wszystkie dzieła Arystotelesa, Euklidesa, Galena i innych myślicieli starożytnej Grecji zostały przetłumaczone - to także bardzo dobra rzecz, ponieważ niektóre z oryginalnych wersji zniknęły. Bez uczonych islamskich nie wiedzielibyśmy nawet połowy tego, co wiemy o naszych naukowych przodkach. A nawet więcej: to ich przekłady stały się podstawą europejskiej nauki i filozofii po około 1100 roku. Islamska nauka rozciągała się na wschód i zachód, podobnie jak kraje muzułmańskie. Arystoteles i Galen byli tak samo podziwiani w krajach islamskich, jak w Europie; Arystoteles wkroczył w filozofię islamu, a Galen został mistrzem teorii i praktyki medycznej. Tymczasem idee z Indii i Chin zostały wprowadzone na Zachód. Papier z Chin znacznie ułatwił produkcję rękopisów, choć nadal trzeba było je kopiować ręcznie, a błędy były powszechne. Z Indii przyszły cyfry od 1 do 9, idea 0 i trzymanie miejsca, wszystko wymyślone przez indyjskich matematyków. Europejczycy mogli wykonywać obliczenia za pomocą cyfr rzymskich, takich jak I, II i III, ale było to trudne, nawet jeśli do tego byli przyzwyczajeni. Łatwiej jest użyć 4 × 12 niż IV × XII, prawda? Kiedy Europejczycy tłumaczyli dzieła islamu na łacinę, nazywali te cyfry "arabskimi" - ściśle mówiąc, powinni byli powiedzieć "indyjsko-arabski", ale cóż za kęs! Słowo "algebra" w rzeczywistości pochodzi od terminu al-jabr, zawartego w tytule szeroko tłumaczonej książki arabskiego matematyka z IX wieku. Uczeni islamscy dokonali wielu znaczących odkryć i obserwacji. Jeśli kiedykolwiek wspinałeś się na górę lub pojechałeś do kraju położonego wysoko nad poziomem morza, być może wiesz, że oddychanie jest trudniejsze, ponieważ powietrze jest rzadsze. Ale jak wysoko musiałbyś się wspiąć, zanim nie będziesz mógł już oddychać? Innymi słowy, jak wysoka jest atmosfera, pasmo powietrza do oddychania, które otacza kulę ziemską? Ibn Mu′adh w XI wieku wpadł na sprytny sposób, by się tego dowiedzieć. Argumentował, że zmierzch - to znaczy, kiedy słońce zaszło, ale niebo jest nadal jasne - dzieje się, ponieważ promienie umierającego słońca odbijają się od pary wodnej znajdującej się wysoko w atmosferze. (Wielu islamskich uczonych interesowało się takimi sztuczkami ze światłem.) Obserwując, jak szybko słońce znikało z wieczornego nieba, doszedł do wniosku, że słońce o zmierzchu znajdowało się 19 stopni poniżej horyzontu. Stamtąd obliczył, że wysokość atmosfery wynosiła pięćdziesiąt dwie mile - nie tak daleko od wysokości sześćdziesięciu dwóch mil, które teraz uważamy za prawidłowe. Prosty, ale bardzo efektowny. Inni islamscy uczeni badali odbicie światła w lustrze lub dziwny efekt światła przechodzącego przez wodę. (Włóż ołówek do napełnionej do połowy szklanki z wodą: wygląda na wygiętą, prawda?) Większość greckich filozofów zakładała, że widzenie czegoś oznacza światło wychodzące z oka, uderzające w obserwowany obiekt i odbijające się z powrotem. . Naukowcy islamscy w większości faworyzowali bardziej nowoczesny pogląd, że oko otrzymuje światło z rzeczy, które widzimy, które mózg następnie interpretuje. W przeciwnym razie, jak wskazali, jak to jest, że nie możemy widzieć w ciemności? Wielu na Bliskim Wschodzie widziało w ciemności: ich astronomowie patrzyli na gwiazdy, a ich mapy i tabele nocnego nieba były lepsze niż te obserwowane przez zachodnich astronomów. Nadal uważano, że Ziemia jest centrum wszechświata, ale dwaj islamscy astronomowie, al-Tusi w Persji i Ibn al-Shatir w Syrii, stworzyli diagramy i pewne obliczenia, które były ważne dla polskiego astronoma Kopernika 300 lat później. Medycyna, bardziej niż jakakolwiek inna nauka islamska, miała największy wpływ na myślenie Europejczyków. Hipokrates, Galen i inni greccy lekarze byli czule tłumaczeni i komentowani, ale kilku islamskich lekarzy również wyrobiło sobie nazwiska. Rhazes (ok. 854-ok. 925), jak jest znany na Zachodzie, pisał ważne prace z kilku dziedzin poza medycyną; pozostawił również dokładny opis ospy, straszliwej choroby, która często zabijała swoje ofiary i raniła tych, którzy przeżyli. Rhazes odróżniał ospę prawdziwą od odry, która nadal jest chorobą, na którą zapadają dzieci i niektórzy dorośli. Podobnie jak ospa, odra wywołuje wysypkę i gorączkę. Ospa jest teraz szczęśliwie wymarła, w wyniku międzynarodowej kampania na rzecz ochrony ludzi przez szczepienia, prowadzona przez Światową Organizację Zdrowia (WHO). Ostatni przypadek miał miejsce w 1977 roku: Rhazes byłby zadowolony. Awicenna (980-1037) był najbardziej wpływowym lekarzem islamu. Podobnie jak wielu innych wybitnych uczonych islamskich, zajmował się wieloma dziedzinami: nie tylko medycyną, ale także filozofią, matematyką i fizyką. Jako naukowiec Awicenna rozwinął poglądy Arystotelesa na światło i poprawił Galena w kilku punktach. Jego Kanon medycyny był jedną z pierwszych książek w języku arabskim, które przetłumaczono na łacinę i przez prawie 400 lat był używany jako podręcznik w europejskich szkołach medycznych. Jest nadal używany w niektórych nowoczesnych krajach islamskich, co jest niefortunne, ponieważ obecnie jest niestety nieaktualny. Przez ponad 300 lat najważniejsza praca naukowa i filozoficzna została wykonana w krajach islamskich. Podczas gdy Europa spała, Bliski Wschód (i islamska Hiszpania) był zajęty. Najważniejszymi miejscami były Bagdad, Damaszek, Kair i Kordoba (w Hiszpanii). Wszystkie te miasta łączyła jedna cecha: oświeceni władcy, którzy cenili, a nawet finansowali badania i byli tolerancyjni wobec uczonych wszystkich wyznań. W ten sposób do tego ruchu przyczynili się chrześcijanie i żydzi, a także muzułmanie. Nie wszyscy islamscy władcy byli zadowoleni z tego, że wiedza mogła być pozyskiwana z jakiegokolwiek źródła; niektórzy utrzymywali, że Koran zawierał wszystko, co dana osoba powinna wiedzieć. Te napięcia trwają do dziś. Nauka zawsze była najsilniejsza w kulturach otwartych na nowości, ponieważ poznawanie świata może być źródłem niespodzianek.

Lekarz cesarza: GALEN

Galen (129 - ok. 210) był bardzo sprytny i nie bał się tego powiedzieć. Nieustannie pisał, a jego pisma są pełne jego własnych opinii i dokonań. Zachowało się więcej jego słów niż jakiegokolwiek innego autora z czasów starożytnych, co dowodzi, że ludzie bardzo wysoko cenili prace Galena. Można przeczytać dwadzieścia grubych tomów, a on napisał znacznie więcej. Tak więc wiemy o Galenie więcej niż o większości innych starożytnych myślicieli. Nie boli, że Galen uwielbiał też pisać o sobie. Galen urodził się w Pergamonie, obecnie części Turcji, ale potem na obrzeżach Cesarstwa Rzymskiego. Jego ojciec był zamożnym architektem, który był oddany swojemu utalentowanemu synowi, zapewniając mu solidne wykształcenie (w języku greckim), które obejmowało filozofię i matematykę. Kto wie, co by się stało, gdyby jego ojciec nie miał potężnego snu, w którym powiedział mu, że jego syn powinien zostać lekarzem? Galen zmienił studia na medycynę. Po śmierci ojca był zamożny, spędził kilka lat podróżując i ucząc się, spędzając czas w słynnej bibliotece i muzeum w Aleksandrii w Egipcie. Po powrocie do Pergamonu Galen został lekarzem gladiatorów - ludzi wybranych do zabawiania zamożnych obywateli, walcząc ze sobą lub walcząc z lwami i innymi bestiami na arenie. Opieka nad nimi była ważną pracą, ponieważ biedni ludzie musieli być łatani między pokazami, aby mogli dalej walczyć. Na własne konto Galen odniósł ogromny sukces. Miałby dramatyczne doświadczenie w chirurgicznym leczeniu ran. Zyskał też znaczną reputację wśród bogatych i około 160 r. n.e. wyjechał do Rzymu, stolicy Cesarstwa Rzymskiego. Zaczął pisać o anatomii (badanie struktur ciała ludzi i zwierząt) i fizjologii (badanie, co te struktury robią). Udał się także na kampanię wojskową z cesarzem Markiem Aureliuszem. Cesarz był autorem słynnej serii Medytacji i obaj mężczyźni dyskutowali o filozofii podczas długiej kampanii. Marek Aureliusz cenił Galena, a Galen korzystał ze wsparcia cesarza. W jego stronę wysyłano stały strumień ważnych pacjentów, których, jeśli wierzyć raportom Galena, zawsze leczył, jeśli tylko mógł. Medycznym bohaterem Galena był Hipokrates, mimo że nie żył od ponad 500 lat. Galen uważał się za uzupełnienie i rozszerzenie spuścizny mistrza i pod wieloma względami dokładnie to zrobił. Stworzył komentarze do wielu dzieł Hipokratesa i założył, że prace, które najbardziej zgadzają się z jego własnymi poglądami, są autorstwa samego Hipokratesa. Jego komentarze na temat Hipokratesa są nadal cenne, nie tylko dlatego, że Galen był ekspertem językoznawczym, który miał oko na zmieniające się znaczenia słów. Co najważniejsze, przedstawił on doktrynę Hipokratesa o humorach w formie, która była używana przez ponad tysiąc lat. Wyobraź sobie, że jesteś tak wpływowy! Idea równowagi i nierównowagi humorów była centralnym elementem praktyki medycznej Galena. Podobnie jak Hipokrates, wierzył, że cztery humory - krew, żółta żółć, czarna żółć i flegma - są w szczególny sposób gorące lub zimne, wilgotne lub suche. Aby wyleczyć chorobę, wybrałeś "przeciwne" lekarstwo, ale także o tej samej intensywności. Na przykład choroby, które były gorące i wilgotne w trzecim stopniu, byłyby leczone lekarstwem, które było zimne i suche w trzecim stopniu. Na przykład, jeśli pacjent miał katar i czuł się schłodzony, należałoby użyć suszących, rozgrzewających leków i jedzenia. Przywracając równowagę humoru, możesz przywrócić zdrowy, "neutralny" stan. To wszystko było bardzo logiczne i proste, ale w rzeczywistości sprawy były bardziej skomplikowane. Lekarze nadal musieli dużo wiedzieć o swoich pacjentach i ostrożnie podawać leki. Galen zawsze szybko wskazywał, kiedy inni lekarze się mylili (co często się zdarzało), aby wszyscy wiedzieli, że jego diagnozy i terapie są lepsze. Był sprytnym lekarzem, bardzo poszukiwanym, który przywiązywał wielką wagę do psychicznych i fizycznych aspektów zdrowia i choroby. Kiedyś zdiagnozował przypadek "choroby miłosnej", gdzie młoda dama stawała się słaba i zdenerwowana, gdy przystojny tancerz występował w mieście. Galen wymyślił praktykę wyczuwania pulsu pacjenta - coś, co lekarze wciąż robią. Napisał traktat o tym, jak puls - wolny lub szybki, silny lub słaby, regularny lub nieregularny - może być przydatny w diagnozowaniu choroby, mimo że nie miał pojęcia o krążeniu krwi. Galen był bardziej zainteresowany anatomią niż Hipokratesami. Otwierał ciała martwych zwierząt i badał ludzkie szkielety, gdzie tylko mógł. Separowanie ludzkich ciał było mile widziane w starożytnych społeczeństwach, więc Galen nie mógł tego zrobić, chociaż uważamy, że kilku wcześniejszym lekarzom pozwolono zbadać ciała skazanych przestępców, gdy jeszcze żyli. Galen dowiedział się o anatomii człowieka z sekcji zwierząt, takich jak świnie i małpy, a szczęśliwym trafem - odkrycia rozkładającego się martwego ciała lub poważnych obrażeń, które ukazywały strukturę skóry, mięśni i kości. Naukowcy nadal wykorzystują zwierzęta w swoich badaniach, ale muszą być ostrożni, aby jasno określić, skąd uzyskali informacje. Galen często zapominał wspomnieć, skąd ma swoje fakty, więc mogło to być mylące. Anatomia była dla Galena ważnym tematem samym w sobie, ale była również fundamentalna dla zrozumienia, co właściwie robią narządy ciała. Jeden z jego najbardziej wpływowych traktatów zatytułowany "O użyciu części" dotyczył budowy "części" lub organów oraz roli, jaką odgrywają one w funkcjonowaniu całego ludzkiego ciała. Galen założył, jak byś zrobił, że każda część coś robi, inaczej by jej tam nie było. (Wątpię, czy kiedykolwiek widział ludzki wyrostek robaczkowy. Ta maleńka część naszych narządów trawiennych prawdopodobnie dawno, dawno temu pomogła nam trawić rośliny, ale nie pełni już żadnej funkcji). substancja, którą Grecy nazywali pneuma. "Pneuma" nie jest łatwa do przetłumaczenia na angielski: użyjemy "spirit", ale ma też pojęcie "powietrze"; w naszych czasach dało początek różnym terminom medycznym, takim jak "zapalenie płuc". Dla Galena ciało zawierało trzy rodzaje pneumy, a zrozumienie, co każdy z nich robi, było kluczowe dla zrozumienia, jak funkcjonuje ciało. Najbardziej podstawowy rodzaj pneumy był związany z wątrobą i dotyczył odżywiania. Galen wierzył, że wątroba była w stanie pobrać materiał z żołądka po zjedzeniu i strawieniu, zamienić go w krew, a następnie nasycić go "naturalnym" duchem. Ta krew z wątroby płynęła następnie przez żyły w całym ciele, aby odżywić mięśnie i inne narządy. Część tej krwi przechodziła z wątroby przez dużą żyłę, żyłę główną, do serca, gdzie była dalej uszlachetniana innym duchem, "życiowym". W tym procesie serce i płuca współpracowały ze sobą, część krwi przechodzi przez tętnicę płucną (z prawej strony serca) do płuc. Tam odżywiał płuca, a także mieszał się z powietrzem, które wdychamy przez płuca. W międzyczasie część krwi w sercu przeszła z prawej strony na lewą przez środkową część serca (przegrodę). Ta krew była jaskrawoczerwona, ponieważ, pomyślał Galen, zawierała w sobie witalnego ducha. (Galen rozpoznał, że krew w tętnicach ma inny kolor niż krew w żyłach.) Z lewej strony serca krew wychodziła przez aortę, dużą tętnicę pobierającą krew z lewej komory lub komory serca , w celu ogrzania ciała. Pomimo doceniania znaczenia krwi w życiu jednostki, Galen nie miał poczucia, że krew krąży, co William Harvey odkrył prawie 1500 lat później. W schemacie Galena część krwi z serca trafiała również do mózgu, gdzie mieszała się z trzecim rodzajem pneumy, duchem "zwierzęcym". To był najbardziej wyrafinowany rodzaj ducha. Nadawał mózgowi własne specjalne funkcje, a także przepływał przez nerwy, umożliwiając nam poruszanie się za pomocą mięśni i doświadczanie świata zewnętrznego za pomocą zmysłów. Trzyczęściowy system duchów Galena, z których każdy związany był z ważnymi narządami (wątrobą, sercem, mózgiem), był akceptowany przez ponad tysiąc lat. Warto pamiętać, że Galen wykorzystał ten system przede wszystkim do wyjaśnienia, jak działają nasze ciała, gdy jesteśmy zdrowi. Kiedy opiekował się chorymi pacjentami, nadal polegał na systemie humorów opracowanym przez Hipokratesa. Galen pisał także o większości innych aspektów medycyny, takich jak leki i ich właściwości, choroby narządów specjalnych, takich jak płuca, higiena lub jak zachować zdrowie oraz związek między naszym umysłem a ciałem. Jego myślenie było bardzo wyrafinowane. W rzeczywistości uważał, że lekarz powinien być jednocześnie filozofem i badaczem: myślicielem i eksperymentatorem. Przekonywał, że medycyna powinna być przede wszystkim nauką racjonalną i wiele uwagi poświęcił najlepszym sposobom zdobywania dobrej, rzetelnej wiedzy. Późniejsi lekarze, którzy również uważali się za uczonych ludzi nauki, polubili mieszankę praktycznych porad Galena (opartych na jego rozległym doświadczeniu) i szerokiego myślenia. Żaden zachodni lekarz w całej historii nie wywierał tak długo takiego wpływu. Istnieje kilka powodów długiego cienia Galena. Po pierwsze, miał bardzo wysoką opinię o Arystotelesie, tak że często rozmawiano o nich razem. Podobnie jak Arystoteles, Galen był głębokim myślicielem i energicznym badaczem świata. Obaj wierzyli, że ten świat został zaprojektowany i chwalili Projektanta. Galen nie był chrześcijaninem, ale wierzył w jednego Boga, a wczesnochrześcijańscy komentatorzy z łatwością włączyli go do chrześcijańskiej owczarni. Jego pewność siebie oznaczała, że miał odpowiedź na wszystko. Jak większość ludzi, którzy przez długi czas piszą wiele książek, nie zawsze był konsekwentny, ale zawsze był zdecydowany w swoich opiniach. Powszechnie nazywano go później "boskim Galenem", z czego byłby dumny.

"Pan znających się na rzeczy" : ARYSTOTELES

"Wszyscy ludzie z natury pragną wiedzieć", powiedział Arystoteles. Pewnie spotkałeś kogoś takiego, zawsze chętnego do nauki. Być może spotkałeś też wszystkowiedzących, którzy stracili ciekawość, która zawsze była ważna dla Arystotelesa. Jego pełen nadziei pogląd był taki, że ludzie będą dążyć do wiedzy o sobie i świecie. Wiemy niestety, że nie zawsze tak jest. Arystoteles spędził całe swoje życie na uczeniu się i nauczaniu. Urodził się w 384 r. p.n.e., w Stagirze, Tracja (obecnie Chalkidiki w Grecji). Był synem lekarza, ale od około dziesięciu lat opiekował się nim i nauczał go jego opiekun Proxenus. Kiedy miał około siedemnastu lat, Arystoteles wyjechał do Aten, aby studiować w słynnej Akademii Platona. Przebywał tam przez dwadzieścia lat. Chociaż podejście Arystotelesa do świata przyrody było zupełnie inne niż Platona, Arystoteles bardzo lubił swojego nauczyciela i z miłością pisał o swojej pracy po śmierci Platona w 347 r. p.n.e. Niektórzy twierdzą, że historia filozofii zachodniej to seria przypisów do Platona; oznacza to, że Platon podniósł wiele pytań, nad którymi wciąż zastanawiają się filozofowie. Jaka jest natura piękna? Czym jest prawda lub wiedza? Jak możemy być dobrzy? Jak najlepiej zorganizować nasze społeczeństwa? Kto ustala zasady, według których żyjemy? Co nasze doświadczenie rzeczy tego świata mówi nam o tym, czym one są "naprawdę"? Arystoteles również był zaintrygowany wieloma z tych filozoficznych pytań, ale miał tendencję do odpowiadania na nie w sposób, który moglibyśmy nazwać "naukowym". Był, podobnie jak Platon, filozofem, ale był filozofem natury, co my nazywamy "naukowcem". Dziedziną filozofii, która najbardziej go ekscytowała, była logika - jak możemy myśleć jaśniej. Zawsze był zajęty otaczającym go światem, na ziemi i w przestworzach oraz sposobem, w jaki zmieniają się naturalne rzeczy. Wiele z tego, co napisał Arystoteles, zaginęło, ale mamy szczęście, że mamy część jego notatek z wykładów. Opuścił Ateny po śmierci Platona, prawdopodobnie dlatego, że jako obcokrajowiec czuł się tam niebezpiecznie. Spędził kilka lat w mieście Assos (obecnie w Turcji), gdzie założył szkołę, poślubił córkę miejscowego władcy, a po jej śmierci mieszkał z niewolnicą, z którą miał syna Nicomachosa. To tutaj Arystoteles rozpoczął swoje badania biologiczne, które kontynuował na wyspie Lesbos. W 343 r. p.n.e. Arystoteles podjął bardzo ważną pracę: guwerner Aleksandra Wielkiego w Macedonii (obecnie osobny kraj na północ od Grecji). Miał nadzieję, że zmieni swego ucznia we władcę wrażliwego filozoficznie; ale mu się nie udało, ale Aleksander objął władzę nad większością znanego świata, w tym Atenami, więc Arystoteles mógł bezpiecznie wrócić do tego miasta. Zamiast wracać do Akademii Platona, Arystoteles założył nową szkołę na obrzeżach Aten. Miał publiczny chodnik (po grecku peripatos), więc wyznawcy Arystotelesa stali się znani jako Perypateci, czyli ci, którzy ciągle się przemieszczają: nazwa odpowiednia, biorąc pod uwagę, jak bardzo Arystoteles przemieszczał się z miejsca na miejsce. Po śmierci Aleksandra Arystoteles stracił poparcie w Atenach, więc po raz ostatni przeniósł się do Chalcis w Grecji, gdzie wkrótce zmarł. Arystoteles byłby zdziwiony, gdyby został nazwany naukowcem; był po prostu filozofem w dosłownym tego słowa znaczeniu: miłośnikiem mądrości. Ale spędził swoje życie próbując zrozumieć otaczający go świat w sposób, który teraz określilibyśmy jako naukowy. Jego wizja ziemi, jej stworzeń i otaczających ją niebios wpływała na nasze zrozumienie przez ponad 1500 lat. Wraz z Galenem górował nad wszystkimi innymi starożytnymi myślicielami. Oczywiście opierał się na tym, co było wcześniej, ale nie był fotelowym filozofem. W rzeczywistości zaangażował się w materialny świat, próbując go zrozumieć. Jego naukę możemy podzielić na trzy części: świat żywy (rośliny) i zwierzęta, w tym ludzie); natura zmiany lub ruchu, z których wiele jest zawartych w pracy zatytułowanej Fizyka; oraz strukturę niebios, czyli stosunek ziemi do słońca, księżyca, gwiazd i innych ciał niebieskich. Arystoteles spędził dużo czasu na studiowaniu, jak rośliny i zwierzęta są połączone i jak działają. Chciał wiedzieć, jak rozwijają się przed urodzeniem, wykluciem lub kiełkowaniem, a następnie jak rosną. Nie miał mikroskopu, ale jego wzrok był oczywiście dobry. Znakomicie opisał sposób, w jaki rozwijają się pisklęta w jajku. Po złożeniu partii jaj, każdego dnia pękał jeden. Pierwszą oznaką życia, jaką zobaczył, była maleńka plamka krwi pulsująca w tym, co miało stać się sercem pisklęcia. To przekonało go, że serce jest kluczowym organem u zwierząt. Wierzył, że serce jest centrum emocji i tego, co nazwalibyśmy życiem psychicznym. Platon (i Hipokrates) zlokalizowali te psychologiczne funkcje w mózgu i były one poprawne. Niemniej jednak, gdy jesteśmy przestraszeni, zdenerwowani lub zakochani, nasze serca biją szybciej, więc teoria Arystotelesa nie była głupia. Funkcje wyższych zwierząt, takich jak istoty ludzkie, przypisywał czynnościom "duszy", która ma różne zdolności, czyli funkcje. U ludzi istniało sześć głównych właściwości duszy: odżywianie i rozmnażanie, odczuwanie, pożądanie, ruch, wyobraźnia i rozum. Wszystkie żywe istoty posiadają niektóre z tych zdolności. Na przykład rośliny mogą rosnąć i rozmnażać się; owady, takie jak mrówki, również mogą się poruszać i czuć. Inne większe i bardziej inteligentne zwierzęta nabierają więcej funkcji, ale Arystoteles wierzył, że tylko ludzie mogą rozumować - to znaczy myśleć, analizować i decydować o kierunku działania. Istoty ludzkie zasiadały zatem na szczycie Arystotelesowskiej scala naturae ("skala natury" lub "łańcuch bytu"). Był to rodzaj drabiny, na której można było ustawić wszystkie żywe istoty, zaczynając od prostych roślin i idąc w górę. Pomysł ten był wielokrotnie podejmowany przez różnych przyrodników, ludzi zajmujących się przyrodą, zwłaszcza roślinami i zwierzętami. Zwróć na to uwagę w dalszych rozdziałach. Arystoteles miał dobry sposób na ustalenie, co robią różni ludzie z części roślin lub zwierząt, takie jak liście, skrzydła, żołądek lub nerki. Założył, że konstrukcja każdej części została zaprojektowana z myślą o określonej funkcji. W ten sposób skrzydła zaprojektowano do lotu, żołądki do trawienia pokarmu, a nerki do przetwarzania moczu. Ten rodzaj rozumowania nazywa się teleologicznym: telos jest ostateczną przyczyną, a ten sposób myślenia koncentruje się na tym, jak rzeczy są lub co robią. Pomyśl o filiżance lub parze butów. Oba mają kształt, jaki mają, ponieważ osoba, która je wykonała, miała konkretny cel: trzymać płyny do picia i chronić stopy podczas chodzenia. Rozumowanie teleologiczne pojawi się w dalszej części książki, nie tylko wyjaśniając, dlaczego rośliny i zwierzęta mają różne części, ale także w szerszym świecie fizycznym. Rośliny kiełkują i rodzą się zwierzęta, rosną, a potem umierają. Pory roku regularnie przychodzą i odchodzą. Jeśli coś upuścisz, upadnie na ziemię. Arystoteles chciał wyjaśnić takie zmiany. Bardzo ważne były dla niego dwie idee: "potencjalność" i "aktualność". Nauczyciele lub rodzice mogą ci powiedzieć, abyś wykorzystał swój potencjał: zwykle oznacza to uzyskanie jak najlepszych ocen w teście lub jak najszybsze przebiegnięcie wyścigu. To część idei Arystotelesa, ale on widział w rzeczach inny rodzaj potencjału. Jego zdaniem stos cegieł ma potencjał, by stać się domem, a bryła kamienia ma potencjał, by stać się posągiem. Budowanie i rzeźbienie przekształcają te nieożywione przedmioty z pewnego rodzaju potencjału w rodzaj skończonej rzeczy lub "aktualności". Rzeczywistość jest punktem końcowym potencjalności, kiedy rzeczy z potencjalnością znajdują swój "stan naturalny". Na przykład, gdy rzeczy spadają, jak jabłka z jabłoni, Arystoteles myślał, że szukają swojego "naturalnego" stanu, który jest na ziemi. Jabłko nie wykiełkuje nagle skrzydeł i nie lata, bo ono i wszystkie inne rzeczy w naszym świecie szukają ziemi, a latające jabłko byłoby bardzo nienaturalne. To upadłe jabłko może nadal się zmieniać - zgnije, jeśli nikt go nie podniesie i nie zje, ponieważ jest to również część cyklu wzrostu i rozkładu jabłka. Ale przez sam upadek osiągnął pewien rodzaj aktualności. Nawet ptaki wracają na ziemię po wzbiciu się do nieba. Jeśli "naturalne" miejsce spoczynku rzeczy znajduje się na twardej ziemi, to co z księżycem, słońcem, planetami i gwiazdami? Mogą tam być, jak jabłko wiszące na drzewie lub głaz na górskiej półce, ale nigdy nie spadają na ziemię. To też dobrze. Odpowiedź Arystotelesa była prosta. Od księżyca w dół zmiany zachodzą zawsze; dzieje się tak, ponieważ świat składa się z czterech żywiołów: ognia, powietrza, ziemi i wody (oraz ich właściwości: gorącego i suchego ognia, gorącego i wilgotnego powietrza, zimnej i suchej ziemi oraz zimnej i wilgotnej wody). Ale nad księżycem powstają rzeczy zamiast piątego, niezmiennego elementu, kwintesencji ("piątej esencji"). Ciała niebieskie poruszają się zawsze w idealnym ruchu kołowym. Arystotelesa Wszechświat wypełniał ustaloną przestrzeń, ale nie ustalony czas. Słońce, księżyc i gwiazdy poruszają się przez całą wieczność wokół Ziemi, która unosi się w centrum tego wszystkiego. Mamy tu do czynienia z pięknym paradoksem, gdyż Ziemia, centrum, jest także jedyną częścią wszechświata, w której mogą zachodzić zmiany i rozkład. Co spowodowało cały ten ruch wokół Ziemi? Arystoteles był bardzo zainteresowany przyczynami. Opracował schemat, aby spróbować wyjaśnić przyczyny, dzieląc je na cztery rodzaje. Nazywano je przyczynami materialnymi, formalnymi, sprawczymi i celowymi, i uważał, że w ten sposób można podzielić i zrozumieć działania ludzkie, a także to, co dzieje się na świecie. Pomyśl o zrobieniu posągu z bryły kamienia. Sam kamień jest przyczyną materialną, materią, z której jest zrobiony. Wykonawca rzeźby porządkuje rzeczy w określony, formalny sposób, tak aby rzeźba nabrała kształtu. Przyczyną sprawczą jest akt dłutowania w kamieniu w celu nadania kształtu. Ostateczną przyczyną jest pomysł, który rzeźbiarz miał na myśli - np. kształt psa lub konia - który był planem całej działalności od początku. Nauka zawsze zajmowała się przyczynami. Naukowcy chcą wiedzieć, co się dzieje i dlaczego. Co powoduje, że komórka zaczyna się dzielić w nieskończoność, w wyniku czego u człowieka rozwija się nowotwór? Co zmienia liście jesienią na brązowe, żółte i czerwone, kiedy przez całe lato były zielone? Dlaczego chleb rośnie, gdy doda się do niego drożdże? Na te i wiele podobnych pytań można odpowiedzieć w kategoriach różnych "przyczyn". Czasami odpowiedzi są dość proste; czasami są bardzo skomplikowane. W większości naukowcy zajmują się tym, co Arystoteles nazywał przyczynami sprawczymi, ale ważne są również przyczyny materialne i formalne. Ostateczne przyczyny podnoszą inny zestaw zagadnień. W dzisiejszych eksperymentach naukowych naukowcy zadowalają się wyjaśnianiem procesów, a nie szukaniem jakiegoś większego wyjaśnienia lub ostatecznej przyczyny, która ma więcej wspólnego z religią lub filozofią. Jednak już w IV wieku p.n.e. Arystoteles wierzył, że te ostateczne przyczyny są częścią obrazu. Patrząc na wszechświat jako całość, argumentował, że musi istnieć jakaś ostateczna przyczyna, która zapoczątkowała cały proces ruchu. Nazwał to "nieporuszonym poruszeniem", a później wiele religii (na przykład chrześcijaństwo, judaizm i islam) utożsamiało tę siłę ze swoim Bogiem. To był jeden z powodów, dla których Arystoteles nadal był uważany za tak potężnego myśliciela. Stworzył światopogląd, który zdominował naukę przez prawie 2000 lat.

Ojciec medycyny : HIPOKRATES

Następnym razem, gdy będziesz musiał zobaczyć się z lekarzem, zapytaj, czy złożył przysięgę Hipokratesa podczas ceremonii ukończenia szkoły. Nie wszystkie nowoczesne uczelnie medyczne wymagają od swoich studentów jej recytacji, ale niektóre tak, a ta przysięga, napisana ponad 2000 lat temu, ma nam jeszcze coś do powiedzenia. Zobaczymy, co to jest wkrótce. Chociaż nazwisko Hipokratesa jest związane z tą słynną przysięgą, prawdopodobnie jej nie napisał. W rzeczywistości napisał tylko kilka z około sześćdziesięciu traktatów (krótkie książki na konkretne tematy), które noszą jego imię. O człowieku Hipokratesie wiemy niewiele. Urodził się około 460 r. p.n.e. na wyspie Kos, niedaleko dzisiejszej Turcji. Praktykował jako lekarz, uczył medycyny (za pieniądze) i prawdopodobnie miał dwóch synów i zięcia, z których wszyscy byli lekarzami. Medycyna ma długą historię, będącą tradycją rodzinną. Korpus Hipokratesa (korpus to grupa pism) został napisany przez wiele osób przez długi czas, być może nawet 250 lat. Różne traktaty w Korpusie przedstawiają różne punkty widzenia i dotyczą wielu różnych spraw. Należą do nich diagnozowanie i leczenie chorób, jak radzić sobie z złamaniami kości i zwichniętymi stawami, epidemiami, jak zachować zdrowie, co jeść i jak środowisko może wpływać na nasze zdrowie. Traktaty pomagają również lekarzom wiedzieć, jak się zachowywać, zarówno wobec pacjentów, jak i innych lekarzy. Krótko mówiąc, pisma Hipokratesa obejmują prawie całą medycynę, jaka była wtedy praktykowana. Równie niezwykły, jak zakres poruszanych tematów, jest to, jak dawno temu powstały traktaty. Hipokrates żył przed Sokratesem, Platonem i Arystotelesem oraz na małej, odległej wyspie Kos. To zdumiewające, że wszystko, co zostało napisane tak dawno, w ogóle przetrwało. Nie było maszyn drukarskich, a słowa trzeba było mozolnie ręcznie kopiować na pergaminie, zwojach, glinie i innych powierzchniach, a następnie przekazywać od osoby do osoby. Atrament blednie, wojny prowadzą do zniszczenia, a owady i pogoda zbierają swoje żniwo. Na ogół mamy tylko kopie tych pism, wykonane znacznie później przez pokolenia zainteresowanych. Im więcej zrobiono kopii, tym większa szansa, że niektóre z nich przeżyją. Traktaty Hipokratesa położyły podwaliny pod medycynę zachodnią, dlatego Hipokrates nadal zajmuje szczególną pozycję. Trzy ogólne zasady kierują praktyką medyczną od wieków.

Pierwsza nadal stanowi podstawę naszej medycyny i nauk medycznych: silne przekonanie, że ludzie chorują z przyczyn "naturalnych", które mają racjonalne wyjaśnienia. Przed Hipokratesami w Grecji i krajach sąsiednich uważano, że choroba ma wymiar nadprzyrodzony. Chorujemy, bo obraziliśmy bogów, albo dlatego, że ktoś z nieziemskimi mocami rzucił na nas urok lub jest z nas niezadowolony. A jeśli czarownice, magowie i bogowie powodowali chorobę, najlepiej było zostawić kapłanów lub magów, aby zastanowili się, dlaczego doszło do choroby i jak najlepiej ją wyleczyć. Wielu ludzi nawet dzisiaj używa magicznych środków, a uzdrowiciele wiary są nadal z nami. Hipokratejczycy nie byli księżmi-uzdrowicielami, byli lekarzami, którzy wierzyli, że choroba jest naturalnym, normalnym wydarzeniem. Jeden traktat, O świętej chorobie, pokazuje to bardzo wyraźnie. Ta krótka praca dotyczy epilepsji, powszechnej choroby wtedy, jak i teraz: uważamy, że cierpieli na nią zarówno Aleksander Wielki, jak i Juliusz Cezar. Osoby z epilepsją mają napady, podczas których mogą stracić przytomność i odczuwać skurcze mięśni, a ich ciała skręcają się. Czasami się moczą. Stopniowo dopasowanie ustępuje i odzyskują kontrolę nad swoim ciałem i funkcjami psychicznymi. Ci, którzy cierpią na padaczkę, postrzegają ją obecnie jako "normalny", choć niewygodny epizod. Ale zobaczenie kogoś podczas ataku epilepsji może być dość niepokojące, a napady padaczkowe były tak dramatyczne i tajemnicze, że starożytni Grecy zakładali, że stan ten ma boską przyczynę. Dlatego nazwali to "świętą chorobą". Hipokratesowy autor traktatu nie miał nic z tego. Jego słynne zdanie otwierające stwierdza wprost: "Nie wierzę, że "święta choroba" jest bardziej boska lub święta niż jakakolwiek inna choroba, ale wręcz przeciwnie, ma specyficzne cechy i określoną przyczynę. Niemniej jednak, ponieważ jest ona zupełnie inna od innych chorób, została uznana za boskie nawiedzenie przez tych, którzy jako tylko ludzie patrzą na nią z ignorancją i zdumieniem." Teoria autora była taka, że epilepsja jest spowodowana zablokowaniem flegmy w mózg. Jak większość teorii w nauce i medycynie zastąpiły ją lepsze. Ale stanowcze stwierdzenie - że nie można powiedzieć, że choroba ma nadprzyrodzoną przyczynę tylko dlatego, że jest niezwykła, tajemnicza lub trudna do wyjaśnienia - można by uznać za naczelną zasadę nauki na przestrzeni wieków. Możemy tego teraz nie rozumieć, ale dzięki cierpliwości i ciężkiej pracy możemy. Ten argument jest jedną z najtrwalszych rzeczy przekazanych nam przez Hipokratesa.

Drugą zasadą Hipokratesa było to, że zarówno zdrowie, jak i choroby są spowodowane przez "humory" w naszych ciałach. (Stare wyrażenie mówi, że ktoś jest w dobrym lub złym humorze, to znaczy w dobrym lub złym humorze.) Ta idea najdobitniej wyraża się w traktacie O naturze człowieka, który mógł być napisany przez syna Hipokratesa: teściowie. Kilka innych prac Hipokratesa wymienia dwa humory - flegmę i żółtą żółć - jako przyczyny choroby. O Naturze Człowieka dodał jeszcze dwa: krew i czarną żółć. Autor przekonywał, że te cztery humory odgrywają zasadniczą rolę w naszym zdrowiu, a gdy wytrącają się z równowagi (gdy jednego lub drugiego jest za dużo lub za mało), pojawia się choroba. Prawdopodobnie widziałeś własne płyny ustrojowe, gdy byłeś chory. Kiedy mamy gorączkę, oblewamy się potem; kiedy mamy przeziębienie lub infekcję klatki piersiowej, cieknie nam z nosa i kaszlemy flegmę. Kiedy mamy rozstrój żołądka, wymiotujemy, a biegunka wyrzuca płyny z drugiego końca. Zadrapanie lub skaleczenie może spowodować krwawienie skóry. Mniej powszechna dzisiaj jest żółtaczka, kiedy skóra żółknie. Żółtaczka może być spowodowana wieloma chorobami narządów, które wytwarzają płyny ustrojowe, w tym malarią, która była powszechna w starożytnej Grecji. Hipokrates kojarzył każdy z tych humorów z organem w ciele: krew z sercem, żółtą żółć z wątrobą, czarną żółć ze śledzioną, a flegmę z mózgiem. Autor O świętej chorobie uważał, że padaczka jest spowodowana zablokowaniem flegmy w mózgu. Inne choroby, nie tylko takie jak przeziębienie czy biegunka z widocznymi zmianami w płynach, wiązały się ze zmianami nastrojów. Każdy z humorów miał swoje właściwości: krew jest gorąca i wilgotna; flegma, zimna i wilgotna; żółta żółć, gorąca i sucha; czarna żółć, zimna i sucha. Tego rodzaju objawy można zaobserwować u osób chorych: kiedy rana jest zalana krwią, jest gorąca, a gdy mamy katar, czujemy zimno i dreszcze. (Galen, który opracował pomysły Hipokratesa na temat 600 lat później nadał te same cechy gorące, zimne, wilgotne i suche jedzeniu, które spożywamy, lub lekom, które możemy zażywać.) Lekarstwem na wszystkie choroby było przywrócenie takiej równowagi humorów, jaka była najlepsza dla każdego pacjenta. Oznaczało to, że w praktyce medycyna Hipokratesa była bardziej skomplikowana niż zwykłe przestrzeganie instrukcji, aby przywrócić każdy humor z powrotem do jego "naturalnego" stanu. Każdy indywidualny pacjent miał własną zdrową równowagę humorów, więc lekarz musiał wiedzieć wszystko o swoim pacjencie: gdzie mieszkał, co jadł, jak zarabiał na życie. Tylko dobrze znając swojego pacjenta, mógł mu powiedzieć, co może się wydarzyć, czyli dać mu prognozę. Kiedy jesteśmy chorzy, chcemy przede wszystkim wiedzieć, czego się spodziewać i jak możemy się poprawić. Lekarze hipokraci przywiązywali wielką wagę do przewidywania, co się stanie. Prawidłowe wykonanie tej czynności poprawiło ich reputację i przyniosło im więcej pacjentów. Medycyna, której nauczyli się Hipokratesy, a następnie uczyli swoich uczniów (często swoich synów lub zięciów), opierała się na uważnej obserwacji chorób i przebiegu, jaki obierali. Spisywali swoje doświadczenia, często w formie krótkich podsumowań, zwanych "aforyzmami". Aforyzmy były jednym z dzieł Hipokratesa najszerzej używanym przez późniejszych lekarzy.

Trzecie ważne podejście Hipokratesa do zdrowia i choroby zostało podsumowane łacińską frazą vis medicatrix naturae, co oznacza "uzdrawiającą moc natury". Hipokrates i jego zwolennicy interpretowali ruchy humoru podczas choroby jako oznaki próby samoleczenia się organizmu. Tak więc pocenie się, wydzieranie flegmy, wymioty i ropa ropni były postrzegane jako wydalanie - lub "gotowanie" (często używano metafor kuchennych) - humorów. Organizm robił to, aby pozbyć się ekscesów lub zmodyfikować lub oczyścić złe humory, które zostały zmienione przez chorobę. Zadaniem lekarza było więc wspomaganie natury w naturalnym procesie uzdrawiania. Doktor był sługą natury, a nie jej panem, a przebieg choroby miał być poznany przez uważną obserwację tego, co dzieje się podczas choroby. Znacznie później jeden z lekarzy ukuł wyrażenie "samoograniczająca się choroba", aby opisać tę tendencję, a wszyscy wiemy, że wiele chorób samoistnie się poprawia. Lekarze czasami żartują między sobą, że jeśli wyleczą jakąś chorobę, to zniknie w ciągu tygodnia, ale jeśli tego nie zrobią, zajmie to siedem dni. Hipokrates by się zgodził. Oprócz wielu prac dotyczących medycyny i chirurgii, higieny i epidemii, Hipokratejczycy pozostawili nam Przysięgę, która do dziś jest źródłem inspiracji dla lekarzy. Część tego krótkiego dokumentu dotyczy relacji między młodym studentem a jego mistrzem oraz między lekarzami. Wiele z nich dotyczy jednak właściwych zachowań, które lekarze powinni przyjąć wobec swoich pacjentów. Nigdy nie powinni wykorzystywać swoich pacjentów, plotkować o sekretach, które mogą usłyszeć od chorych, ani podawać trucizny. Wszystkie te kwestie są nadal kluczowe w dzisiejszej etyce lekarskiej, ale jedno oświadczenie Hipokratesa w Przysiędze wydaje się szczególnie ponadczasowe: użyję swojej mocy, aby pomóc chorym najlepiej, jak potrafię i osądzam; Powstrzymam się od krzywdzenia lub krzywdzenia przez to żadnego człowieka. "Aby chorym nie krzywdzić" nadal powinno być celem każdego lekarza.

Atomy i pustka

Około 454 r. p.n.e. grecki historyk Herodot (ok. 485-425 r. p.n.e.) odwiedził Egipt. Podobnie jak my, był zdumiony piramidami i gigantycznymi posągami - sześćdziesięciostopowymi - w Tebach w górze Nilu. Nie mógł do końca uwierzyć, ile lat to wszystko było. Minęła chwała Egiptu, który już dawno został opanowany przez Persów. Herodot żył w znacznie młodszym, bardziej energicznym społeczeństwie, które wciąż było na fali i które podbiło Egipt sto lat później pod rządami Aleksandra Wielkiego (356-323 r. p.n.e.). W czasach Herodota ludzie, którzy myśleli i pisali po grecku, zdominowali coraz większą część wschodniej części Morza Śródziemnego. Spisali dzieła Homera, ślepego poety, takie jak opowieść o tym, jak Grecy pokonali Trojan, budując i ukrywając się w gigantycznym koniu, a także fantastyczną podróż do domu greckiego żołnierza Odyseusza, który zaplanował wojnę trojańską. Grecy byli wielkimi budowniczymi statków, kupcami i myślicielami. Jednym z pierwszych myślicieli był Tales (ok. 625-545 r. p.n.e.), kupiec, astronom i matematyk z Miletu, na wybrzeżu dzisiejszej Turcji. Nic, co napisał, nie przetrwało bezpośrednio, ale późniejsi autorzy cytują go, a także opowiadają anegdoty, które ilustrują, jaki był. Jeden z nich mówi, że kiedyś był tak zajęty patrzeniem w gwiazdy, że zapomniał spojrzeć na swoje miejsce i spadł do studni. W innej historii Tales wychodzi na wierzch: ponieważ był sprytny, mógł zobaczyć, że będą bardzo duże zbiory oliwek. Wynajął wszystkie prasy oliwne na długo przed żniwami, kiedy nikt ich nie potrzebował, a gdy nadeszło żniwo, mógł je wynająć z dużym zyskiem. Tales nie był pierwszym roztargnionym profesorem - i spotkamy się później - ani jedynym, który zarabiał pieniądze na stosowaniu swojej nauki. Mówiono, że Tales odwiedził Egipt i przywiózł Grekom egipską matematykę. To może być tylko inna historia, jak ta o tym, że poprawnie przewidział całkowite zaćmienie Słońca (nie znał wystarczająco astronomii, aby to zrobić). Bardziej prawdopodobny był jednak sposób, w jaki próbował wyjaśnić wiele naturalnych zjawisk, takich jak nawożenie ziemi przez powódź Nilu oraz sposób, w jaki trzęsienia ziemi są wywoływane przez przegrzanie wody w skorupie ziemskiej. Dla Talesa głównym elementem była woda, a Ziemię wyobrażał sobie jako dysk unoszący się na ogromnym oceanie. Brzmi to dla nas bardzo zabawnie, ale chodzi o to, że Tales naprawdę chciał wyjaśnić rzeczy w kategoriach naturalnych, a nie nadprzyrodzonych. Egipcjanie uważali, że Nil wylał z powodu bogów. W przeciwieństwie do Talesa Anaksymander (ok. 611-547 r. p.n.e.), również z Miletu, uważał, że ogień jest najważniejszą substancją we wszechświecie. Empedokles (ok. 500-430 r. p.n.e.) z Sycylii wpadł na pomysł, że istnieją cztery elementy: powietrze, ziemia, ogień i woda. Ta idea jest nam znana, ponieważ stała się domyślnym sposobem myślenia myślicieli przez prawie 2000 lat, aż do końca średniowiecza. Bycie trybem domyślnym nie oznacza, że absolutnie wszyscy zaakceptowali czteroelementowy schemat jako ostatnie słowo. Również w Grecji, a później w Rzymie, grupa filozofów znana jako atomiści wierzyła, że świat składa się w rzeczywistości z maleńkich cząstek zwanych atomami. Najbardziej znanym z tych wczesnych atomistów był Demokryt, który żył około 420 r. p.n.e. To, co wiemy o jego pomysłach, pochodzi z kilku fragmentów jego myśli, które cytowali inni autorzy. Demokryt uważał, że we wszechświecie jest wiele atomów i że zawsze istniały. Atomy nie mogły być dalej rozbijane, ani też nie mogły zostać zniszczone. Chociaż były zbyt małe, by je zobaczyć, uważał, że muszą mieć różne kształty i rozmiary, ponieważ to wyjaśniałoby, dlaczego rzeczy zbudowane z atomów mają różne smaki, faktury i kolory. Ale te większe rzeczy istnieją tylko dlatego, że my, ludzie, smakujemy, czujemy i widzimy. W rzeczywistości, upierał się Demokryt, nie ma nic poza "atomami i pustką", tym, co nazywamy materią i przestrzenią. Atomizm nie był aż tak popularny, zwłaszcza pogląd Demokryta i jego zwolenników na temat tego, jak żywe istoty "ewoluowały" metodą prób i błędów. Jedna z zabawnych wersji sugerowała, że kiedyś istniała duża liczba różnych części roślin i zwierząt, które potencjalnie mogły łączyć się w dowolną kombinację - trąba słonia mogła przyczepić się do ryby, płatek róży do ziemniaka i tak dalej - zanim w końcu wszystkie do siebie pasowały w sposób, który widzimy teraz. Pomysł polegał na tym, że gdyby noga psa przypadkowo połączyła się z kotem, zwierzę nie przeżyłoby, a więc nie byłoby kotów z psimi nogami. Dlatego po pewnym czasie wszystkie nogi psów trafiły na psy i - na szczęście - wszystkie ludzkie nogi trafiły na ludzi. (Kolejna starożytna grecka wersja ewolucji wydaje się bardziej realistyczna, choć wciąż trochę obrzydliwa: wszystkie żywe istoty miały stopniowo powstać z bardzo starożytnego szlamu.) Ponieważ atomizm nie widzi żadnego ostatecznego celu ani wielkiego projektu we wszechświecie , a rzeczy dzieją się po prostu przez szczęście i konieczność, większości ludzi się to nie podobało. Jest to dość ponury pogląd, a większość greckich filozofów szukała celu, prawdy i piękna. Grecy, którzy żyli w tym samym czasie co Demokryt i jego koledzy atomiści, usłyszeliby ich pełne argumenty; to, co o nich wiemy, to tylko cytaty i dyskusje filozofów, którzy przybyli później. Jeden z atomistów żyjący w czasach rzymskich, Lukrecjusz (ok. 100-ok. 55 r. p.n.e.), napisał piękny poemat naukowy De rerum natura ("O naturze rzeczy"). W tym wierszu opisał niebo, ziemię i wszystko na ziemi, w tym ewolucję społeczeństw ludzkich, w terminach atomizmu. Znamy nazwiska i niektóre wkłady dziesiątek starożytnych greckich naukowców i matematyków na przestrzeni prawie tysiąca lat. Arystoteles był jednym z największych. Jego pogląd na naturę był tak silny, że dominował długo po jego śmierci. Ale trzy osoby, które żyły po Arystotelesie, wniosły szczególnie znaczący wkład w ciągły rozwój nauki. Euklides (ok. 330-ok. 260 r. p.n.e.) nie był pierwszą osobą, która pomyślała o geometrii (Babilończycy byli w tym całkiem dobrzy). Ale to on zebrał w rodzaju podręcznika podstawowe założenia, zasady i procedury przedmiotu. Geometria to bardzo praktyczny rodzaj matematyki zajmujący się przestrzenią: punktami, liniami, powierzchniami, objętościami. Euklides opisał idee geometryczne, takie jak sposób, w jaki równoległe linie nigdy się nie spotykają i jak kąty trójkąta sumują się do 180 stopni. Jego wspaniała książka Elements of Geometry była podziwiana i studiowana w całej Europie. Pewnego dnia możesz też przestudiować jego "prostą geometrię". Mam nadzieję, że będziesz podziwiać jej czyste i uporządkowane piękno. Drugi z Wielkiej Trójki, Eratostenes (ok. 284-ok. 192 r. p.n.e.), zmierzył obwód Ziemi w bardzo prosty, ale sprytny sposób - używając geometrii. Wiedział, że w letnie przesilenie, najdłuższy dzień w roku, słońce świeci dokładnie nad miejscem zwanym Syene. Zmierzył więc kąt słońca tego dnia w Aleksandrii (gdzie był bibliotekarzem w słynnym muzeum i bibliotece), czyli około 5000 stadiów na północ od Syene. ("Stade" był greckim pomiarem odległości, około jednej dziesiątej współczesnej mili). Na podstawie tych pomiarów użył geometrii, aby obliczyć, że Ziemia ma około 250 000 stadiów dookoła. Więc był blisko? Przewidywana przez Eratostenesa 25 000 mil nie odbiega zbytnio od rzeczywistych 24 901,55 mil (wokół równika), które znamy dzisiaj. Zauważ, że Eratostenes myślał, że ziemia jest okrągła. Nie zawsze wierzono w to, że Ziemia jest dużą, płaską powierzchnią i że ludzie mogą wypłynąć z krawędzi, pomimo opowieści o Krzysztofie Kolumbie i jego podróży do Ameryki. Ostatni z Wielkiej Trójki pracował także w Aleksandrii, mieście w północnym Egipcie założonym przez Aleksandra Wielkiego. Klaudiusz Ptolemeusz (ok. 100-ok. 178), podobnie jak wielu naukowców starożytnego świata, miał bardzo szerokie zainteresowania. Pisał o muzyce, geografii, naturze i zachowaniu światła. Ale dziełem, które przyniosło mu trwałą sławę, jest Almagest, tytuł nadany mu przez Arabów. W tej książce Ptolemeusz zebrał i rozszerzył obserwacje wielu greckich astronomów, w tym mapy gwiazd, obliczenia ruchów planet, księżyca, słońca i gwiazd oraz struktury wszechświata. Założył, jak wszyscy w tamtym czasie, że Ziemia jest w centrum wszystkiego i że Słońce, Księżyc, planety i gwiazdy krążą wokół niej w sposób kołowy. Ptolemeusz był bardzo dobrym matematykiem i odkrył, że wprowadzając kilka poprawek, był w stanie wyjaśnić ruchy planet, które on i wielu ludzi wcześniej zauważyło. Trudno wytłumaczyć, jak słońce krąży wokół Ziemi, kiedy w rzeczywistości dzieje się odwrotnie. Książka Ptolemeusza była niezbędną lekturą dla astronomów na ziemiach islamskich i w europejskim średniowieczu. Było to jedno z pierwszych przełożonych na arabski, a następnie ponownie przetłumaczonych na łacinę, tak bardzo było podziwiane. W rzeczywistości Ptolemeusz był przez wielu uważany za równego Hipokratesowi, Arystotelesowi i Galenowi, chociaż dla nas.

Igły do akupunktury i cyferki

Kontynuuj podróż na wschód od Babilonu i Egiptu, a znajdziesz ziemie, na których kwitły starożytne cywilizacje po obu stronach skalistych Himalajów, w Indiach i Chinach. Około 5000 lat temu ludzie mieszkali tam w miasteczkach i miasteczkach położonych wzdłuż dolin Indusu i Żółtej Rzeki. W tamtych czasach Indie i Chiny były ogromnymi terytoriami, nawet większymi niż dzisiaj. Oba kraje były częścią rozległych lądowych i zamorskich sieci handlowych - ukierunkowanych wzdłuż szlaków przypraw - a ich ludzie rozwinęli pismo i naukę na wysokim poziomie. Jedno pomogło drugiemu: nauka przynosiła korzyści handlowi, a bogactwo z handlu pozwalało na luksus studiowania. W rzeczywistości do około 1500 roku nauka w każdej z tych cywilizacji była co najmniej tak zaawansowana jak w Europie. Indie dały nam nasze liczby i miłość do matematyki. Z Chin sprowadzono papier i proch strzelniczy oraz ten niezbędny gadżet do nawigacji: kompas. Dziś Chiny są główną siłą na świecie. Wytwarzane tam ubrania, zabawki i artykuły elektroniczne są sprzedawane na całym świecie: sprawdź etykietę w swoich tenisówkach. Jednak przez wieki ludzie na Zachodzie patrzyli na ten ogromny kraj z rozbawieniem lub podejrzliwością. Chińczycy robili wszystko po swojemu; ich kraj wydawał się zarówno tajemniczy, jak i niezmienny. Teraz wiemy, że Chiny zawsze były dynamicznym krajem i że ich nauka również stale się zmieniała. Ale jedna rzecz pozostała tam niezmienna przez wieki: pisanie. Chińskie pismo składa się z ideogramów, małych obrazków przedstawiających przedmioty, które dla użytkowników alfabetu, takich jak my, wyglądają dziwnie. Ale jeśli wiesz, jak interpretować małe obrazki, oznacza to, że możesz czytać stare - bardzo stare - chińskie teksty tak łatwo, jak czytasz nowsze pisma. Tak naprawdę to Chinom jesteśmy wdzięczni za wynalezienie papieru, który znacznie ułatwił pisanie. Najstarszy znany nam przykład pochodzi z około 150 r. n.e. Rządzenie Chinami nigdy nie było łatwe, ale nauka może pomóc. Być może największy w historii projekt inżynieryjny, Wielki Mur Chiński, został rozpoczęty w V wieku p.n.e., podczas Wschodniej Dynastii Zhou. (Historia Chin jest podzielona na dynastie, związane z potężnymi władcami i ich dworami). Mur miał na celu powstrzymanie barbarzyńców z północy, a także powstrzymanie Chińczyków! Ukończenie trwało wieki, było stale rozbudowywane i naprawiane, a teraz przebiega przez 5500 mil. (Przez kilka lat ludzie myśleli, że Mur można zobaczyć z kosmosu, ale to nieprawda: chiński astronauta nie zauważył konstrukcji). Kolejne niezwykłe osiągnięcie inżynieryjne, Grand Canal, rozpoczęto za czasów dynastii Sui w V wieku. Korzystając z naturalnych dróg wodnych, tysiącmilowy kanał połączył na północy duże śródlądowe miasto Pekin z Hangzhou na południowym wybrzeżu, a stamtąd ze światem zewnętrznym. Te pomniki są potężnym przypomnieniem umiejętności chińskich geodetów i inżynierów, ale także ogromnej ilości ciężkiej pracy ludzkiej, jakiej wymagała ich budowa. Chińczycy wynaleźli taczkę, ale robotnicy nadal musieli kopać, pchać i budować. Chińczycy postrzegali wszechświat jako rodzaj żywego organizmu, w którym siły łączą wszystko. Podstawowa siła lub energia została nazwana Qi (wymawiane chee). Dwie inne podstawowe siły to yin i yang: yin, zasada żeńska, była związana z ciemnością, chmurami i wilgocią; yang, męska zasada, z ideami słońca, ciepła i ciepła. Rzeczy nigdy nie są ani same yin, ani same yang - te dwie siły są zawsze połączone w różnym stopniu. Zgodnie z chińską filozofią każdy z nas ma trochę yin i trochę yang, a dokładna kombinacja wpływa na to, kim jesteśmy i jak się zachowujemy. Chińczycy wierzyli, że wszechświat składa się z pięciu elementów: wody, metalu, drewna, ognia i ziemi. Te elementy nie były po prostu zwykłą wodą lub ogniem, które widzimy wokół nas, ale zasadami, które połączyły się, tworząc świat i niebiosa. Każda z nich miała oczywiście inne cechy, ale także moce zazębiające się, podobnie jak zabawki Transformer. Na przykład drewno może pokonać ziemię (drewniana łopata może ją wykopać); metal może dłutować drewno; ogień może stopić metal; woda może ugasić ogień; a ziemia mogłaby tamować wodę. (Pomyśl o grze Papier, nożyce, kamień, faktycznie wynalezione w Chinach.) Te elementy, w połączeniu z siłami yin i yang, wytwarzają cykliczne rytmy czasu i natury, pory roku, cykle narodzin i śmierci oraz ruchy Słońca, gwiazd i planet. Ponieważ wszystko składa się z tych elementów i sił, wszystko jest w pewnym sensie żywe i połączone. Tak więc pojęcie "atomu" jako podstawowej jednostki materii nigdy nie powstało w Chinach. Filozofowie przyrody też nie myśleli, że muszą wszystko wyrażać liczbami, aby było "naukowe". Arytmetyka była bardzo praktyczna: robienie sum podczas kupowania i sprzedawania, ważenia towarów i tak dalej. O liczydle, urządzeniu z przesuwanymi koralikami na drutach, na które można było liczyć, pisano pod koniec XVI wieku. Prawdopodobnie został wynaleziony wcześniej. Liczydło przyspiesza liczenie, a także dodawanie, odejmowanie, mnożenie i dzielenie. Liczby były również używane do obliczania długości dni i lat. Już w 1400 r. p.n.e. Chińczycy wiedzieli, że rok ma długość 3651/4 dni i, jak większość wczesnych cywilizacji, używali księżyca do obliczania miesięcy. Podobnie jak w przypadku wszystkich starożytnych ludów, Chińczycy mierzyli rok jako czas potrzebny na powrót słońca do punktu wyjścia na niebie. Cykle ruchów planet takich jak Jowisz i gwiazd dobrze pasują do idei, że wszystko w naturze jest cykliczne. "Supreme Ultimate Grand Origin" było ogromną kalkulacją, aby dowiedzieć się, ile czasu zajmie całemu wszechświatowi wykonanie pełnego cyklu: 23 639 040 lat. Oznaczało to, że wszechświat był bardzo stary (choć teraz wiemy, że jest znacznie starszy). Chińczycy też myśleli o tym jak zbudowany był wszechświat. Niektóre z wczesnych chińskich map gwiezdnych pokazują, że rozumieli, jak przedstawiać na dwuwymiarowej mapie rzeczy, które istnieją w zakrzywionej przestrzeni. Xuan Le, który żył w późniejszej dynastii Han (25 - 220 r. n.e.), wierzył, że słońce, księżyc i gwiazdy unoszą się w pustej przestrzeni, napędzane wiatrem. Było to bardzo odmienne od starożytnego greckiego przekonania, że te ciała niebieskie były unieruchomione w stałych sferach i jest bardziej podobne do tego, jak dzisiaj pojmujemy przestrzeń. Obserwatorzy gwiazd w Chinach bardzo dokładnie rejestrowali niezwykłe wydarzenia, więc ich zapisy, ponieważ sięgają tak daleko, nadal są przydatne dla współczesnych astronomów. Ponieważ Chińczycy wierzyli, że ziemia jest bardzo stara, nie mieli trudności z rozpoznaniem skamielin jako stwardniałych szczątków roślin i zwierząt, które kiedyś żyły. Kamienie zostały pogrupowane według takich rzeczy jak twardość i kolor. Jadeit był szczególnie ceniony, a rzemieślnicy rzeźbili z kawałków jadeitu piękne posągi. Trzęsienia ziemi są powszechne w Chinach i chociaż nikt nie potrafił wyjaśnić, dlaczego tak się dzieje, w II wieku naszej ery pewien bardzo uczony człowiek o imieniu Zhang Heng użył wiszącego ciężarka, który kołysał się, gdy ziemia się trzęsła, do rejestrowania wstrząsów. Była to bardzo wczesna wersja tego, co nazywamy sejsmografem, maszyną, która kreśli linię prostą, aż ziemia się poruszy, kiedy się porusza. Magnetyzm rozumiano dla celów praktycznych. Chińczycy nauczyli się magnetyzować żelazo, podgrzewając je do wysokiej temperatury i pozwalając mu ostygnąć, gdy było skierowane w kierunku północ - południe. Chiny miały kompasy na długo przed tym, zanim były znane na Zachodzie i były używane zarówno do nawigacji, jak i do przepowiadania przyszłości. Najczęściej były "mokre": po prostu namagnesowana igła unosząca się w misce z wodą. Przyzwyczailiśmy się mówić, że igły kompasu wskazują północ, ale Chińczycy wskazywali na południe. (Oczywiście nasze kompasy również wskazują na południe - tylko przeciwległym końcem igły. Nie ma znaczenia, który kierunek wybierzesz, o ile wszyscy się z tym zgadzają.) Chińczycy byli wykwalifikowanymi chemikami. Wielu z najlepszych to taoiści, członkowie grupy religijnej, która podążała za Lau Tsu, żyjącym między VI a IV wiekiem p.n.e. (Tao oznacza "Drogę" lub "Ścieżkę".) Inni podążali za Konfucjuszem lub Buddą. Filozofie tych przywódców religijnych wpłynęły na postawy ich wyznawców wobec badania wszechświata. Religia zawsze wpływała na to, jak ludzie postrzegają swoje otoczenie. Chemia, którą Chińczycy potrafili wykonać, była jak na tamte czasy dość wyrafinowana. Na przykład mogą destylować alkohol i inne substancje oraz wydobywać miedź z roztworów. Mieszając węgiel drzewny, siarkę i azotan potasu, stworzyli proch strzelniczy. Był to pierwszy chemiczny materiał wybuchowy i trampolina do wynalezienia zarówno fajerwerków, jak i broni. Można powiedzieć, że proch strzelniczy ukazywał yin i yang świata chemicznego: pięknie eksplodował podczas ogromnych pokazów sztucznych ogni na dworze, a już w X wieku był używany do strzelania z pistoletów i armat na wschodnich polach bitew. Nie jest pewne, w jaki sposób receptura i instrukcje wytwarzania tej potężnej substancji dotarły do Europy, ale jest tam jej opis w latach 80. XIX wieku. Stopniowo wojna wszędzie stawała się coraz bardziej śmiertelna. Chińczycy mieli też alchemików, którzy szukali "eliksiru życia": jakiejś substancji, która zwiększyłaby długość naszego życia, a może nawet uczyniła nas nieśmiertelnymi. Nie udało im się jej znaleźć i faktycznie kilku cesarzy żyłoby dłużej, gdyby nie zażyli tych eksperymentalnych, trujących "leków". Jednak poszukiwania tej magicznej substancji ujawniły wiele leków, które można by wykorzystać w leczeniu zwykłych chorób. Podobnie jak w Europie, chińscy lekarze stosowali ekstrakty roślinne do leczenia chorób, ale tworzyli również związki z siarki, rtęci i innych substancji. Roślina Artemisia była używana do leczenia gorączki. Zrobiono z niej ekstrakt i wypalono na skórze w określonych miejscach, aby wspomóc przepływ "życiowych soków". Receptura i metoda zostały niedawno odkryte w książce o narkotykach napisanej około 1800 lat temu. Testowany w nowoczesnym laboratorium, okazał się skuteczny przeciwko malarii, głównej przyczynie śmierci w krajach tropikalnych. Jednym z objawów malarii jest wysoka gorączka. Książki medyczne zaczęto pisać w Chinach już w II wieku p.n.e., a starożytna medycyna chińska żyje do dziś na całym świecie. Akupunktura, która polega na wbijaniu igieł w określone obszary skóry, jest szeroko praktykowana w celu leczenia chorób, radzenia sobie ze stresem i łagodzenia bólu. Opiera się na założeniu, że ciało ma szereg kanałów przez który przepływa energia Qi, a więc akupunkturzysta używa igieł do stymulacji lub odblokowania tych kanałów. Czasami operacje są przeprowadzane z niewiele więcej niż igłami wprowadzonymi do ciała pacjenta, aby zablokować ból. Współcześni chińscy naukowcy pracują tak jak ich koledzy na Zachodzie, ale tradycyjna medycyna chińska (TCM) wciąż ma wielu zwolenników na całym świecie. Podobnie jak tradycyjna medycyna indyjska. Nazywa się Ajurweda i opiera się na dziełach znanych pod tą nazwą spisanych w starożytnym języku sanskrycie, między około 200 r. p.n.e. a 600 n.e.. Ajurweda nauczała, że w ciele znajdują się płyny zwane doszami. Były trzy z nich: vata jest sucha, zimna i lekka; pitta jest gorąca, kwaśna i cierpka; a kapha jest zimna, ciężka i słodka. Te dosze są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania naszego organizmu, a gdy jest ich za dużo lub za mało lub gdy znajdują się w niewłaściwym miejscu, pojawia się choroba. Badanie skóry pacjenta i wyczucie pulsu były również bardzo ważne, ponieważ indyjski lekarz próbował ustalić, co to za choroba. Narkotyki, masaże i specjalne diety mogą skorygować nierównowagę. Indyjscy lekarze używali soku z maku, z którego wytwarzany jest lek opium, do uspokajania pacjentów i łagodzenia bólu. Inna starożytna indyjska praca medyczna, Susruta, koncentrowała się na chirurgii. Niektóre operacje, które opisuje, są niezwykle delikatne jak na ten wczesny okres. Na przykład, gdy pacjent cierpiał na zaćmę (zmętnienie w soczewce oka, które utrudnia widzenie), chirurg delikatnie wbijał igłę w gałkę oczną i odpychał zaćmę w jedną stronę. Chirurdzy indyjscy używali również płatów własnej skóry pacjenta do naprawy uszkodzonych nosa, prawdopodobnie najwcześniejszego przypadku tego, co nazywamy chirurgią plastyczną. Ta medycyna ajurwedyjska była kojarzona z praktykującymi hinduistami. Kiedy muzułmanie osiedlili się w Indiach około 1590 roku, przynieśli własne idee medyczne, oparte na starożytnej medycynie greckiej, interpretowanej przez wczesnych islamskich lekarzy. Ten lek, zwany Yunani (co oznacza "grecki"), rozwijał się równolegle z systemem ajurwedyjskim. Oba są nadal używane w Indiach wraz z medycyną, którą wszyscy znamy - medycyną zachodnią. Indie miały swoje własne tradycje naukowe. Obserwatorzy gwiazd w Indiach zrozumieli niebo, gwiazdy, słońce i księżyc, opierając się na pracach greckiego astronoma Ptolemeusza i niektórych pracach naukowych z Chin, które zostały przywiezione przez indyjskich misjonarzy buddyjskich. W Ujjain znajdowało się obserwatorium i pracował tam jeden z najwcześniejszych indyjskich naukowców, którego nazwisko znamy, Varahamihira (ok. 505). Zbierał stare prace astronomiczne i dodawał własne obserwacje. Znacznie później, w XVI wieku, zbudowano obserwatoria w Delhi i Jaipur. Kalendarz indyjski był dość dokładny i podobnie jak Chińczycy, Hindusi wierzyli, że ziemia jest bardzo stara. Jeden z ich cykli astronomicznych trwał 4 320 000 lat. Indianie brali udział w poszukiwaniach eliksiru, który przekaże długie życie. Poszukiwali także sposobu na wytworzenie złota ze zwykłych metali. Ale najważniejszy wkład wniesiony przez naukę indyjską był w matematyce. To z Indii, przez Bliski Wschód, mamy liczby, które nazywamy "arabskimi": znajome 1, 2, 3 i tak dalej. Pomysł "zera" po raz pierwszy przyszedł również z Indii. Oprócz liczb, których nadal używamy, indyjscy matematycy mieli również podstawową ideę "trzymania miejsca". Weź liczbę taką jak 170. "1" = 100, zajmuje miejsce "setek"; "7" = 70, zajmuje miejsce "dziesiątki"; a zero zajmuje miejsce "jednostek". Przychodzi nam to tak naturalnie, że nawet o tym nie myślimy, ale gdybyśmy nie mieli trzymania się miejsca, pisanie dużych liczb byłoby znacznie bardziej skomplikowane. Najsłynniejszy starożytny matematyk indyjski Brahmagutpa, który żył w VII wieku, opracował sposób obliczania objętości pryzmatów i innych figur. Był pierwszą osobą, która wymieniła liczbę "0" i wiedział, że wszystko pomnożone przez 0 to 0. Minęło prawie 500 lat, zanim inny indyjski matematyk, Bhaskara (ur. 1115) wskazał, że wszystko dzielone przez 0 to nieskończoność. Współczesne matematyczne wyjaśnienia świata byłyby niemożliwe bez tych pojęć. Podczas gdy tradycyjne systemy medyczne w Indiach i Chinach nadal konkurują z medycyną zachodnią, w nauce jest inaczej. Indyjscy i chińscy naukowcy pracują z tymi samymi pomysłami, narzędziami i celami, co ich koledzy na całym świecie. Czy to w Azji, czy gdziekolwiek indziej, nauka jest obecnie nauką uniwersalną, która rozwinęła się na Zachodzie. Ale pamiętaj, że dostaliśmy numery z Indii, a papier z Chin. Wypisz tabelę "9 razy", a używasz prezentów, które są bardzo stare i pochodzą ze Wschodu.

Na początku

Nauka jest wyjątkowa. To najlepszy sposób na poznanie świata i wszystkiego, co się w nim znajduje - także nas. Ludzie od tysięcy lat zadają pytania o to, co widzieli wokół siebie. Odpowiedzi, które wymyślili, bardzo się zmieniły. Tak samo nauka. Nauka jest dynamiczna, opiera się na pomysłach i odkryciach, które jedno pokolenie przekazuje następnemu, a także robi ogromne postępy, gdy dokonuje się zupełnie nowych odkryć. To, co się nie zmieniło, to ciekawość, wyobraźnia i inteligencja osób zajmujących się nauką. Możemy dziś wiedzieć więcej, ale ludzie, którzy głęboko zastanawiali się nad swoim światem 3000 lat temu, byli tak samo mądrzy jak my. Ten tekst dotyczy nie tylko mikroskopów i probówek w laboratoriach, chociaż większość ludzi myśli o nauce. Przez większość historii ludzkości nauka była używana obok magii, religii i technologii, aby próbować zrozumieć i kontrolować świat. Nauka może być czymś tak prostym, jak obserwowanie wschodu słońca każdego ranka, lub tak skomplikowanym, jak identyfikacja nowego pierwiastka chemicznego. Magią może być patrzenie w gwiazdy, aby przepowiedzieć przyszłość, a może coś, co nazwalibyśmy przesądem, jak trzymanie się z dala od drogi czarnego kota. Religia może skłonić cię do złożenia w ofierze zwierzęcia, aby przebłagać bogów, lub do modlitwy o pokój na świecie. Technologia może wiązać się z wiedzą, jak rozpalić ogień lub zbudować nowy komputer. Nauka, magia, religia i technologia były wykorzystywane przez najwcześniejsze społeczności ludzkie, które osiedlały się w dolinach rzek w Indiach, Chinach i na Bliskim Wschodzie. Doliny rzeczne były żyzne, co pozwalało co roku sadzić zboża, które wystarczały na wyżywienie dużej społeczności. Dało to niektórym osobom w tych społecznościach wystarczająco dużo czasu, aby skupić się na jednej rzeczy, ćwiczyć i ćwiczyć oraz stać się w tym ekspertem. Pierwszymi "naukowcami" (choć wtedy nie byliby tak nazywani) byli prawdopodobnie kapłani. Na początku technologia (która polega na "robieniu") była ważniejsza niż nauka (która polega na "poznawaniu"). Musisz wiedzieć, co robić i jak to robić, zanim będziesz mógł z powodzeniem uprawiać rośliny, robić ubrania lub gotować jedzenie. Nie musisz wiedzieć, dlaczego niektóre jagody są trujące, a niektóre rośliny jadalne, aby nauczyć się, jak unikać jednej i uprawiać drugą. Nie musisz mieć powodu, dla którego słońce wschodzi każdego ranka i zachodzi każdego wieczoru, aby takie rzeczy miały miejsce każdego dnia. Ale ludzie nie tylko są w stanie dowiedzieć się czegoś o otaczającym ich świecie, ale także są ciekawi, a ta ciekawość leży u podstaw nauki. Wiemy więcej o mieszkańcach Babilonu (w dzisiejszym Iraku) niż o innych starożytnych cywilizacjach, z prostego powodu: pisali oni na glinianych tabliczkach. Zachowały się tysiące tych tabliczek, napisanych prawie 6000 lat temu. Opowiadają nam, jak Babilończycy postrzegali swój świat. Byli niezwykle zorganizowani, prowadzili drobiazgową ewidencję zbiorów, zapasów i finansów państwa. Dużo czasu kapłani poświęcali opiece nad faktami i postaciami starożytnego życia. Byli także głównymi "naukowcami" badającymi ziemię, mierzącymi odległości, oglądającymi niebo i rozwijającymi techniki liczenia. Do dziś wykorzystujemy niektóre z ich odkryć. Podobnie jak my, używali znaków do liczenia; wtedy robisz cztery pionowe znaki i przecinasz je po przekątnej piątą, co mogłeś zobaczyć na rysunkach celi więziennych, zrobionych przez więźniów, którzy liczą, ile lat byli zamknięci. Co ważniejsze, to Babilończycy powiedzieli, że powinno być sześćdziesiąt sekund w minucie i sześćdziesiąt minut w godzinie, a także 360 stopni w kole i siedem dni w tygodniu. Zabawne jest myślenie, że nie ma prawdziwego powodu, dla którego sześćdziesiąt sekund tworzy minutę, a siedem dni tworzy tydzień. Inne liczby zadziałałyby równie dobrze. Ale system babiloński został podjęty gdzie indziej i utknął. Babilończycy byli dobrzy w astronomii - to znaczy w badaniu nieba. Przez wiele lat zaczęli rozpoznawać wzorce w pozycjach gwiazd i planet na niebie w nocy. Wierzyli, że Ziemia jest w centrum rzeczy i że istnieją potężne - magiczne - połączenia między nami a gwiazdami. Dopóki ludzie wierzyli, że Ziemia jest centrum wszechświata, nie liczyli jej jako planety. Podzielili nocne niebo na dwanaście części i nadali każdej części nazwę związaną z pewnymi grupami (lub "konstelacjami") gwiazd. Dzięki niebiańskiej grze w łączenie kropek Babilończycy zobaczyli obrazy przedmiotów i zwierząt w niektórych konstelacjach, takich jak zestaw łusek i skorpiona. To był pierwszy zodiak, podstawa astrologii, która zajmuje się badaniem wpływu gwiazd na nas. Astrologia i astronomia były ściśle powiązane w starożytnym Babilonie i przez wiele wieków później. Wielu ludzi dzisiaj wie, pod jakim znakiem zodiaku się urodzili (jestem Lwem) i czyta swoje horoskopy w gazetach i czasopismach, aby uzyskać porady dotyczące ich życia. Ale astrologia nie jest częścią współczesnej nauki. Babilończycy byli tylko jedną z kilku potężnych grup na starożytnym Bliskim Wschodzie. Najwięcej wiemy o Egipcjanach, którzy osiedlili się nad Nilem już 3500 r. p.n.e. Żadna cywilizacja przedtem ani później nie była tak zależna od jednej cechy naturalnej. Egipcjanie polegali na Nilu ze względu na swoje istnienie, ponieważ każdego roku, gdy potężna rzeka zalewała go, przynosiła bogaty muł, aby uzupełnić ziemię wokół jego brzegów i przygotować ją na przyszłoroczne plony. Egipt jest bardzo gorący i suchy, więc przetrwało wiele rzeczy, które możemy podziwiać i uczyć się od dzisiaj, w tym wiele obrazów i rodzaj pisma obrazkowego, zwanego hieroglifami. Później Egipt został podbity najpierw przez Greków, a potem przez Rzymian, zanikła umiejętność czytania i pisania hieroglifów, a więc na prawie 2000 lat zatracono sens ich pisma. Następnie, w 1798 roku, francuski żołnierz znalazł okrągłą tabliczkę w stosie starego gruzu w małym miasteczku niedaleko Rosetty, na północy Egiptu. Miała proklamację napisaną w trzech językach: hieroglificznym, greckim i jeszcze starszej formie pisma egipskiego zwanej demotyką. Kamień z Rosetty trafił do Londynu, gdzie można go dziś oglądać w British Museum. Co za przełom! Uczeni mogli czytać grekę, a zatem tłumaczyć hieroglify, dekodując tajemnicze pismo egipskie. Teraz naprawdę moglibyśmy zacząć poznawać wierzenia i praktyki starożytnych Egipcjan. Astronomia egipska była podobna do astronomii Babilończyków, ale troska Egipcjan o życie pozagrobowe oznaczała, że byli oni bardziej praktyczni w obserwowaniu gwiazd. Kalendarz był bardzo ważny, nie tylko po to, aby powiedzieć im, kiedy jest najlepszy czas na sadzenie roślin lub kiedy spodziewać się wylewu Nilu, ale także po to, aby zaplanować święta religijne. Ich "naturalny" rok wynosił 360 dni - czyli dwanaście miesięcy składających się z trzech tygodni po dziesięć dni każdy - i dodali dodatkowe pięć dni pod koniec roku, aby zapobiec osuwaniu się pór roku. Egipcjanie uważali, że wszechświat ma kształt prostokątnego pudełka, z ich światem u podstawy pudełka, a Nil przepływający dokładnie przez środek tego świata. Początek ich roku zbiegł się z zalaniem Nilu, a ostatecznie powiązali je z nocnym wschodem najjaśniejszej gwiazdy na nocnym niebie, którą nazywamy Syriuszem. Podobnie jak w Babilonie, kapłani odgrywali ważną rolę na dworach faraonów, władców Egiptu. Faraonowie byli uważani za boskich i potrafiących cieszyć się życiem po śmierci. To jeden z powodów, dla których zbudowali piramidy, które są naprawdę gigantycznymi pomnikami pogrzebowymi. Faraonowie, ich krewni i inni ważni ludzie, wraz ze służącymi, psami, kotami, meblami i zapasami żywności, zostali umieszczeni w tych masywnych konstrukcjach, aby czekać na nowe życie w tamtym świecie. Aby zachować ciała ważnych ludzi (w końcu nie wypadałoby znaleźć się w zaświatach zgniłych i śmierdzących) Egipcjanie opracowali sposoby balsamowania zmarłych. Oznaczało to przede wszystkim usunięcie narządów wewnętrznych (mieli długi haczyk do wydłubywania mózgu przez nozdrza) i umieszczenie ich w specjalnych słojach. Do konserwacji reszty ciała użyto chemikaliów, które następnie owinięto w płótno i umieszczono w jego grobowcu. Balsamiści mieliby całkiem dobre pojęcie o tym, jak wygląda serce, płuca, wątroba i nerki. Niestety nie opisali organów, które usunęli, więc nie wiemy, co według nich zrobiły te narządy. Jednak przetrwały inne papirusy medyczne, które mówią nam o egipskiej medycynie i chirurgii. Jak zwykle w tamtych czasach, Egipcjanie wierzyli, że mieszanka religijnych, magicznych i naturalnych rzeczy powoduje choroby. Uzdrowiciele recytowaliby zaklęcia podczas podawania leków pacjentom. Wydaje się jednak, że wiele z wynalezionych przez Egipcjan leków wywodzi się z uważnej obserwacji chorób. Niektóre leki, które zakładają na opatrunki na rany po urazach lub zabiegach chirurgicznych, mogły równie dobrze chronić ranę przed zarazkami i w ten sposób wspomagać gojenie. To było tysiące lat, zanim w ogóle wiedzieliśmy, czym są zarazki. Na tym etapie historii liczenie, astronomia i medycyna były trzema najbardziej oczywistymi "naukowymi" dziedzinami działalności. Liczenie, ponieważ musisz wiedzieć "ile", zanim będziesz mógł zasadzić wystarczającą ilość plonów i handlować z innymi ludźmi, lub sprawdzić, czy masz do dyspozycji wystarczającą liczbę żołnierzy lub budowniczych piramid. Astronomia, ponieważ słońce, księżyc i gwiazdy są tak blisko związane z dniami, miesiącami i porami roku, że uważne odnotowywanie ich pozycji ma fundamentalne znaczenie dla kalendarzy. Medycyna, ponieważ kiedy ludzie zachorują lub doznają obrażeń, w naturalny sposób szukają pomocy. Ale w każdym z tych przypadków magia, religia, technologia i nauka były mieszane, a w przypadku tych starożytnych cywilizacji Bliskiego Wschodu musimy wiele zgadywać, dlaczego ludzie robili to, co robili lub jak zwykli ludzie radzili sobie w codziennym życiu. O zwykłych ludziach zawsze trudno się dowiedzieć, ponieważ to głównie ludzie wpływowi, potrafiący czytać i pisać, pozostawili ślady historii. Tak było również w dwóch innych starożytnych cywilizacjach, które powstały mniej więcej w tym samym czasie, ale w dalekiej Azji: Chinach i Indiach.

Wstęp i przegląd historyczny, czyli o co w tym wszystkim chodzi?

Algorytmy i dane

Języki programowania i paradygmaty

Metody algorytmiczne

Poprawność algorytmów

Wydajność algorytmów

Ograniczenia i wytrzymałość

Nieobliczalność i nierozstrzygalność

Uniwersalność algorytmów i ich wytrzymałość

Modele równoległości, współbieżności i alternatywne

Algorytmy probabilistyczne

Kryptografia i niezawodna interakcja

Inżynieria oprogramowania

Systemy reaktywne

Algorytmika i inteligencja

• Kluczowe Idee
• Przed startem …
• Podstawowe Zachowania
• Badania Użytkowników
• Granice naszych umysłów
• Architektura informacji
• Projektowanie zachowań
• Zasady projektowania wizualnego
• Szkielety i prototypy
• Psychologia użyteczności
• Treść
• Moment Prawdy
• Dane dla projektantów
• Znajdź pracę, ty brudny hipisie