Momentul cuantic

De Robert Crease

De la multiversuri și salturi cuantice la pisica lui Schrödinger și călătoriile în timp, mecanica cuantică a influențat ireversibil imaginația populară. Artiști și scriitori, John Updike, Lady Gaga sau David Foster Wallace, se folosesc de asocierile și de nuanțele ei. Este „saltul cuantic“ mare sau mic?Cât de incert este principiul incertitudinii? Este acest baraj de vocabularcuantic pretențios și trăsnit sau reprezintă o schimbare fundamentală înmodul în care gândim? În Momentul cuantic, filosoful Robert P. Crease și fizicianul Alfred Scharff Goldhaber reiau povestea fascinantă a modului în care cuantica a făcut saltul din fizică în cultura populară, cu explorări sumare ale concep­telor matematice și fizice și descrieri ale disputelor aprinse dintre perso­naje precum Einstein, Schrödinger și Niels Bohr. Înțelegerea și apreciereaimagisticii cuantice, folosirea ei justificată și abuzivă, fac parte din ceea ceînseamnă să fii un om educat în secolul XXI.Rezultatul colaborării dintre cei doi autori este o sărbătoare a limbajuluila granița dintre fizică și cultură, perfectă pentru oricine este atras devarietatea infinită a ideilor.

• Limbă: Română
• Editor: Grup Editorial Litera
• Data lansării: 7 apr. 2017
• ISBN: 9786063344251

Previzualizare carte

1.png

Introducere

1. Momentul newtonian

Interludiu. Marele plan

2. O lume în pixeli

Interludiu. Max Planck ne prezintă cuanta

3. Salturi cuantice

Interludiu. Niels Bohr se folosete de salturi cuantice pentru a justifica funcţionarea atomilor

4. Întâmplarea

Interludiu. Albert Einstein arată cum joacă Dumnezeu barbut

5. Problema identităţii: un pantof cuantic care nu a căzut

Interludiu. Wolfgang Pauli i principiul excluziunii, Satyendra Bose i bosonii

6. Rechini i tigri: schizofrenie

Interludiu. Harta lui Erwin Schrödinger / Harta lui Werner Heisenberg

7. Incertitudinea

Interludiu. Principiul incertitudinii

8. Realitatea fracturată: cubism i complementaritate

Interludiu. Complementaritate, obiectivitate i experimentul cu fantă dublă

9. Nu joacă barbut!

Interludiu. John Bell i teorema sa

10. Pisica lui Schrödinger

Interludiu. Războiul de graniţă

11. Vizuina iepurelui: Setea de lumi paralele

Interludiu. Multiversuri

12. Salvarea fizicii

Concluzie. Momentul acum

Mulţumiri

Credite

Note

Despre autori

The Quantum Moment

How Planck, Bohr, Einstein, and Heisenberg

Taught Us to Love Uncertainty

Robert P. Crease

Alfred Scharff Goldhaber

Copyright © 2014 Robert B. Crease și Alfred Scharff Goldhaber

Editura Litera

O.P. 53; C.P. 212, sector 4, București, România

tel: [phone];

e-mail: [e-mail]

Ne puteți vizita pe

www.litera.ro

Momentul cuantic

Cum ne-au învățat Planck, Bohr, Einstein și Heisenberg să iubim incertitudinea

Robert P. Crease

Alfred Scharff Goldhaber

Copyright © 2017 Grup Media Litera

pentru versiunea în limba română

Toate drepturile rezervate

Traducere din limba engleză:

Corina Hădăreanu

Editor: Vidrașcu și fiii

Redactori: Isabella Prodan, Georgiana Harghel

Corector: Cătălina Călinescu

Copertă: Flori Zahiu

Tehnoredactare și prepress: Ana Vârtosu

Descrierea CIP a Bibliotecii Naționale a României

Crease, Robert P.

Momentul cuantic. Cum ne-au învățat Planck, Bohr, Einstein și Heisenberg să iubim incertitudinea / Robert P. Crease, Alfred Scharff Goldhaber; trad.: Corina Hădăreanu – Bucureşti: Litera, 2017

ISBN 978-606-33-1491-9

ISBN EPUB 978-606-33-4425-1

I. Scharff Goldhaber, Alfred

I. Hădăreanu, Corina

53

Studenților noștri, care, prin spiritul și profunzimea lor, ne-au însuflețit cursul și cartea de față

Introducere

Nu demult, eram amândoi într-o sală de curs și îi ascultam pe studenții noștri susținând prezentările finale de an, care trebuiau să constea în lucrări originale. Doi ne-au citit niște scurte piese de teatru; unul a interpretat un cântec hip-hop; alții au creat opere de artă din diverse materiale. Un student care se trata de schizofrenie a explicat – curajos, dar gâtuit uneori de emoție – cum este să suferi de această boală, folosindu-se de teoria stărilor suprapuse din mecanica cuantică, și s-a lăsat o liniște de mormânt în mulțimea de altfel agitată și vorbăreață. Următoarea prezentare a fost a unor studenți la Științe exacte, care le-au înmânat celor din auditoriu niște ochelari de protecție, au turnat azot lichid pe un magnet special, un semiconductor de tip II, și au făcut o demonstrație de „levitație cuantică, explicând efectul Abrikosov-Meissner, care stă la baza acesteia. Între prezentări, studenții făceau glume despre referirile din fizica cuantică pe care le găsiseră, menționând inclusiv pagini web precum „bere cuantică sau „jazz cuantic". Ultimul proiect a fost al unui student la Inginerie mecanică. Acesta a adus în fața auditoriului o grămadă de lucruri despre care a spus că le-a adunase la întâmplare – sticle de Pepsi, ochelari, scotch, o minge de ping-pong. A uimit sala luminând mormanul cu o lanternă, dintr-un unghi anume, și făcând să apară proiectată pe perete imaginea clară a unei pisici.

Aceste proiecte au constituit temele finale pentru „Momentul cuantic, un curs pe care îl predăm împreună de șase ani. Le este dedicat studenților cu specializare în fizică și filosofie, dar atrage o gamă variată de persoane. Studenții la Științe umaniste care îl aleg sunt intrigați de semnificația cuvântului „cuantic. Studenții la Științe exacte care îl urmează vor să știe dacă și de ce un termen științific poate fi cu adevărat aplicat la comportamentul uman. Alți studenți sunt atrași de denumirea captivantă sau aleg cursul pentru că le satisface anumite cerințe și se potrivește cu orarele lor aglomerate.

Cursul are ca temă impactul cultural al cuanticii. Termenul „cuantă", potrivit căruia energia vine în pachete finite și nu este divizibilă la infinit, a fost introdus în 1900 pentru a explica rezultatele uimitoare obținute într-un domeniu de nișă al fizicii, în legătură cu modul în care este emisă și absorbită lumina. Au urmat două revoluții cuantice. Prima a avut loc între 1900 și 1925, când savanții au discutat și au elaborat teoria fără să atragă prea mult atenția publicului. Apoi, între 1925 și 1927, teoria a fost transformată printr-o a doua revoluție, denumită mecanică cuantică, ale cărei implicații bizare au devenit subiectul curio­zității și al discuțiilor publice. Omenirea nu știe nici măcar astăzi, cu peste 80 de ani mai târziu, ce e de făcut cu a doua revoluție cuantică, găsind-o dificilă, vizionară și chiar șocantă. Noi cărți despre cuante apar aproape în fiecare lună. Cuvântul „cuantic" este folosit în viața de zi cu zi în piese de teatru, poezii, filme, picturi, lucrări de ficțiune, muzică, filosofie, pentru numeroase denumiri de companii și în lucrări de popularizare a științei, cu teme de psihologie și neuroștiință. Principiul incertitudinii al lui Heisenberg, pisica lui Schrödinger, lumile paralele și alte concepte ale mecanicii cuantice apar pe tricouri și pe căni de cafea, în desene animate, în poeme și în filme. Pe internet, la adresa faiblog.org, poate fi găsită o colecție de simboluri culturale. În serialul american de televiziune Breaking Bad, „Heisenberg" este pseudonimul protagonistului, un profesor de chimie de liceu care fabrică și vinde cristale de metamfetamină. În martie 2012, un articol de opinie din New York Times a argumentat că terminologia cuantică era modalitatea corectă de a descrie campania electorală și personalitatea candidatului Mitt Romney: „Pentru că am intrat în epoca politicii cuantice, iar Mitt Romney este primul politician cuantic".¹ Președintele Barack Obama, care l-a învins pe Romney în alegerile din noiembrie 2012, a invocat în interviuri principiul lui Heisenberg ca să explice cum le cere sfaturi consilierilor. În secolul XXI, i-am întrebat pe studenții noștri de ce ideea de cuantă apare în continuare ca o metaforă în domeniul umanist – nestăpânită și misterioasă, plină de forță creatoare?

Lecturile recomandate pentru cursul nostru variază de la un semestru la altul, incluzând cărți și articole de istorie, filosofie și sociologie, câteva piese de teatru (inclusiv Copenhaga, a lui Michael Frayn), precum și lucrări de ficțiune (cum ar fi Anatema, a lui Neal Stephenson). Oferim un cadru de înțelegere al modului în care au izvorât diferite concepte – principiul incertitudinii, complementaritatea, pisica lui Schrödinger, universurile paralele – din ideea cuantelor. Le cerem studenților să analizeze cum sunt folosite, chiar în exces, limbajul și simbolistica cuantică. În articolul intitulat „How You Get That Story: Heisenberg’s Uncertainty Principle and the Literature of the Vietnam War („Cum să scrii un articol: principiul incertitudinii al lui Heisenberg și literatura Războiului din Vietnam), ce perspectivă adaugă această referință la înțelegerea jurnalismului? Invocarea lumilor paralele în filme ca Another Earth sau Rabbit Hole este o întorsătură semiștiințifică incisivă a intrigii sau o figură de stil care derutează?

Proiectele finale ale studenților presupun crearea, individual sau în grupuri, a unei lucrări proprii inspirate de teoria cuantică. Pe lângă lucrările deja menționate, studenții au scris cântece, au realizat prezentări multimedia, au decorat piese de îmbrăcăminte și au susținut reprezentații „artistice" turuind sau declamând nonsensuri cuantice. Într-un an, au făcut un film video despre un student în anul al doilea la Fizică (rol interpretat de un student în anul al doilea la Fizică) încercând să înțeleagă mecanica cuantică. El intră în sala Stony Brook, de meditații la fizică – un loc real! –, cu speranța că va găsi un meditator bun. O studentă la Engleză (jucată de o studentă la Engleză) vine imediat la el:

STUDENTA LA ENGLEZĂ: Bine că ai venit! Trebuie să îi spun cuiva! Tocmai am citit un articol despre mecanica cuantică – n-o să-ți vină să crezi – cu Newton, totul era cert, dar acum, cu mecanica cuantică, nimic nu mai este cert. Este un principiu al incertitudinii, al lui Heisenberg, și, cum să spun, pot să ies afară și să nu existe nici un afară… Am plecat din camera mea de la cămin și era soare, iar acum (își arată umbrela) probabil că plouă.

STUDENTUL LA FIZICĂ, exasperat: E o zi superbă afară, îți garantez.

STUDENTA LA ENGLEZĂ: Totul e incert acum. Cu Newton totul era bine, iar acum nu mai este bine… Sunt o particulă sau o undă? Tu ești real?

STUDENTUL LA FIZICĂ, enervat: Tu ești bine, eu sunt bine, hamsterul tău e bine, camera ta e bine.

STUDENTA LA ENGLEZĂ, făcând ochii mari: Hamsterul meu! Camera mea!… Nu știu ce face hamsterul meu acum… Ce nenorocire!

Studentul la fizică scrie în carnetul lui „DE CE MI SE ÎNTÂMPLĂ MIE UNA CA ASTA?", se ridică și iese din sală.

Unul dintre noi este fizician, celălalt este filosof. Fizicianul (Goldhaber) predă un curs introductiv despre bazele mecanicii cuantice: acum aproape completa și bine înțeleasa teorie a materiei și a energiei bazate pe descoperirea că, la scară subatomică, energia vine în cantități de mărime finită. Această teorie remarcabilă nu a dus încă la nici o predicție care să se dovedească greșită. Filosoful (Crease) predă cursuri care explorează implicațiile acestei teorii pentru concepte ca spațiu, timp, cauzalitate și obiectivitate. Cursul nostru s-a născut ca urmare a discuțiilor dese pe care le-am avut, privind iritarea pe care ne-o producea faptul că limbajul științific și cel popular sunt tot mai presărate cu referințe la „una sau alta cuantice", uneori ca obser­vații nevinovate, alteori ca expresii fără sens, menite să impresioneze sau să zăpăcească.

Inițial, am presupus că impactul cultural al teoriei cuantice era superficial și inconsecvent și că vom găsi mai ales termeni și imagini folosite de șarlatani pentru a-i impresiona pe naivi, precum și de artiști cu o urmă de cunoștințe științifice, care și-au însușit autoritatea culturală a științei. Am descoperit că limbajul și imaginile teoriei cuantice sunt, într-adevăr, folosite deseori în moduri caraghioase, pretențioase, trăsnite și abuzive. Dar am constatat, de asemenea, că teoria cuantică pare să faciliteze noi termeni și noi modalități importante, devenite o a doua natură, în care să gândim despre ființele omenești și despre lume. Am fost uimiți să descoperim spectrul de modalități prin care limbajul și simbolistica cuantică au pătruns în lumea noastră. Quantum (plural: quanta) este un cuvânt din latina medievală care înseamnă „o cantitate stabilită sau „o unitate și își are rădăcina într-un adjectiv din latina antică însemnând „cât de mult. Acești termeni apar în sensuri convenționale, derivate din originea cuvântului, un exemplu fiind titlul unei enciclice papale din 1864 citate deseori, „Quanta Cura, scrisă de Pius al IX-lea cu mult înainte de mecanica cuantică. Titlul este preluat din cele câteva cuvinte în latină cu care începe documentul și înseamnă „Cu câtă grijă". Dar, după apariția mecanicii cuantice, mulți scriitori și poeți au folosit în mod inventiv limbajul și simbolurile cuantice. Fun Home, cartea de memorii a lui Alison Bechdel, în care aceasta descrie plastic relația cu tatăl ei, dezvăluind că este lesbiană – una dintre cele mai bune cărți ale anului 2006 –, include o scenă minunată în care tatăl o duce la New York, la câteva săptămâni după celebrele revolte provocate de raidurile poliției la Stonewall Inn, considerate a fi declanșat miș­carea de emancipare gay. „Deși recunosc absurditatea preten­ției de a fi avut vreo legătură cu acea revoltă mitică, scrie Bechdel într-o frază evocatoare, „nu era posibil ca vreo vibrație întârziată, o particulă cuantică de rebeliune, să mai fi plutit prin aerul umed?²

Ce cale istorico-lingvistică întortocheată ar putea să lege între ele sensurile date cuvântului de către Pius al IX-lea și Alison Bechdel? Cum este posibilă pătrunderea limbajului fizicii în artă, literatură și filosofie? A avut răsunet în domeniul social, schimbându-ne obiceiurile și perspectivele? În cealaltă direcție, au influențat aspectele culturii populare dezvoltarea mecanicii cuantice? Există vreo rezonanță între evoluțiile în artă și cultura populară, pe de o parte, și fizica cuantică, pe de altă parte? De ce este mecanica cuantică, descoperită cu peste un secol în urmă de savanți, pentru care a devenit ceva firesc, tratată ca o descoperire nouă de către fiecare generație de scriitori și de artiști? Interpretarea mecanicii cuantice, am descoperit noi, este un fel de test Rorschach hermeneutic, prin care aflăm multe cercetând de ce unii oameni leagă mecanica cuantică de misticismul oriental, iar alții îi atribuie conturarea anxietății sociale predominante în același timp.

Provocarea de a înțelege semnificația mecanicii cuantice – modul în care interferează cu lumea cunoscută și cu problemele ei – a fost una dintre marile probleme intelectuale ale începutului de secol XX. Chiar dacă nu pot fi instruiți non-savanții în fizica și matematica mecanicii cuantice, fără o pregătire extinsă, pot fi totuși ilustrate problemele sau enigmele sale și urmărite legăturile pe care le-au făcut artiștii și scriitorii cu acestea. În cele ce urmează, am realizat scurte recapitulări ale dezvoltării teoriei cuantice pentru a arăta cum s-au diseminat în artă, literatură și în limbajul de zi cu zi expresiile și simbolurile sale, unele după altele, fiecare în felul său. Cartea pare o povestire lungă constând, în fapt, din mai multe povestiri scurte legate între ele. După fiecare capitol și înainte de a-l începe pe următorul, am realizat un interludiu cu detalii tehnice sau teme înrudite, netratate în corpul principal al textului. Unii cititori poate preferă să sară peste aceste discuții și pot s-o facă fără să piardă firul povestirii.

1. Momentul newtonian

– Îmi cam plac Maybe Dead Cats (Pisici posibil moarte), am spus eu.

– Da, nu sunt rele. Puțin pseudointelectuale, dar nu suntem toți așa?

– Cred că denumirea formației este o referire la tipul ăla, fizician, am zis. De fapt, sunt sigur că este. Am căutat formația pe Wikipedia.

– Mda, a spus ea. Schrödinger. Doar că numele for­mației este complet greșit, fiindcă Schrödinger este celebru pentru a fi subliniat paradoxul din fizica cuantică, în care, în anumite împrejurări, o pisică pe care nu o vedem poate fi și vie, și moartă. Nu posibil moartă.

Will Grayson, Will Grayson

Fizicianul austriac Erwin Schrödinger a enunțat celebra metaforă a pisicii pe jumătate în glumă, în 1935, comentând asupra neputinței colegilor lui de a gândi în termenii mecanicii cuantice. Cu greu și-ar fi imaginat că pisica lui va ajunge puternic înrădăcinată în cultura populară, apărând în romane și desene animate și imprimată pe căni de cafea și pe tricouri. Un exemplu recent îl constituie Will Grayson, Will Grayson, un roman despre tineri, de John Green și David Levithan (2010). În roman, Will o întreabă pe Jane – o fată pentru care are sentimente amestecate și neexprimate – despre pisica lui Schrödinger. Jane descrie celebrul experiment de gândire al fizicianului austriac, iar apoi adaugă că Schrödinger „nu susținea omorârea pisicilor sau ceva… spunea doar că pare puțin probabil ca o pisică să fie simultan și vie și moartă".

Will se gândește o clipă la acest lucru. Gândindu-se la propriile emoții amestecate – este cu adevărat atras de Jane, dar a refuzat prima ei propunere de a se săruta –, lui nu i se pare deloc improbabilă ideea ca un lucru să fie real și ireal în același timp. „Toate lucrurile pe care le ținem în cutii închise sunt și vii, și moarte, până când deschidem cutia, își spune el. „Nevăzutul este și nu este acolo.¹

Imaginea pisicii lui Schrödinger este invocată diferit în Blueprints of the Afterlife (Proiecte ale vieții de apoi), un roman SF apocaliptic, de Ryan Boudinot (2012). În acest roman, protagonista Abby Fogg apare întruna, și moartă, și vie, după ce – fără știința ei – fusese programată să se infiltreze într-o altă realitate. Odată, într-o morgă, ea privește înfiorată două versiuni identice ale ei, goale și moarte. „Sinele tău, Abby, a intrat în superpoziție, îi spune legistul-șef. „Este ca și cum ai fi și vie, și moartă simultan, iar această simultaneitate este un sistem automultiplicativ în care există diferite «instantanee» ale sinelui tău mort. Ceea ce face ca autopsia să fie îngrozitor de grea, dacă pot să spun așa.²

Pisica lui Schrödinger constituie una dintre numeroasele imagini și concepte ale mecanicii cuantice din cultura populară. Uneori, acestea sunt folosite în glumă sau ironic, în timp ce alteori, au un sens serios și oferă noi perspective asupra modului în care se privesc ființele umane unele pe altele și lumea.

Pentru a înțelege cum de au ajuns imagini și termeni dintr-un domeniu de nișă al fizicii, care descriu modul în care este emisă și absorbită lumina, să aibă un impact cultural atât de mare, trebuie, mai întâi, să înțelegem cadrul științific în care a apărut teoria cuantică, creat de lucrările lui Isaac Newton, în urmă cu peste trei secole, și de impactul cultural al acestora.

Isaac Newton

În 2004, Biblioteca Publică din New York a organizat o expoziție remarcabilă prin scopul și conținutul ei – dar și prin locul ales. „Momentul newtonian: Isaac Newton și crearea culturii moderne" a fost găzduită în aripa principală a bibliotecii, în epicentrul Manhattanului, pe Fifth Avenue și Strada 42. Vizitatorii intrau în clădirea artelor frumoase trecând printre două statui celebre ale unor lei – Patience (Răbdare) în stânga și Fortitude (Dârzenie) în dreapta –, urcând o scară de marmură, iar apoi traversând o colonadă impresionantă, până în hol. Indicatoarele îi conduceau, ulterior, spre magnifica sală principală de expoziții, unde, în locul desenelor și al documentelor anoste care alcătuiesc deseori expozițiile din biblioteci, se găsea o diversitate uimitoare de materiale ce demonstrau vastul impact cultural al operei lui sir Isaac Newton (1642–1726).

Exponatele includeau globuri, planetarii (modele ale sistemului solar) și telescoape; sculpturi și busturi ale lui Newton și ale discipolilor lui; picturi reprezentând episoade și experimente din viața lui Newton și portrete realizate de Hogarth, William Blake și de alții, evocându-l pe Newton și opera sa. O explicație cita celebrul distih al poetului Alexander Pope:

„Natura și legile naturii zăceau ascunse în noapte;

Dumnezeu a spus: «Să fie Newton!» și totul s-a luminat!"

Alte exponate reflectau o judecată mai puțin elogioasă, mai ambivalentă, a lui Newton și a operei sale. Schița și portretul lui Newton, realizate de William Blake, îl arată pe savant într-o poziție deloc măgulitoare, chiar contorsionat, absorbit de instrumentele și figurile pe care le desenează pe un sul de hârtie, întorcând spatele frumoasei mări a Naturii în care este ­scufundat. Blake a respectat realizările lui Newton, dar a condamnat atât viziunea sa mecanicistă asupra lumii, cât și dominația mașinilor care a izvorât din aceasta. Profunzimea repulsiei lui Blake este evidentă în mottoul său: „Arta este Pomul Vieții, Știința este Pomul Morții".

Expoziția a inclus un exemplar din prima ediție a capodoperei lui Newton, Principia, expus în Statele Unite în premieră absolută, cu corecturi de mână făcute de către Newton pentru următoarea ediție. Au fost expuse, de asemenea, traduceri în limbi străine ale Principia, o versiune rezumată și explicată, destinată publicului feminin, și „Tom Telescope", o serie de cărți pentru copii de fizică newtoniană. Alături, picturi inspirate de lumină, gravitație, orbite, spectrul luminos, regula măsurii și a ordinii și alte teme newtoniene.

Expoziția a ilustrat revoluția în viziunea globală provocată de activitatea lui Newton. „Epoca Luminilor și a Revoluției, scria istoricul Mordechai Feingold, de la Institutul pentru Tehnologie din California, în catalogul expoziției, „poate fi considerată momentul newtonian, înțeles ca denotând epoca și modul în care gândirea lui Newton au ajuns să impregneze cultura europeană în toate formele sale.³ În limbaj obișnuit, „moment înseamnă o perioadă de timp. Fizicienii i-au dat un înțeles tehnic, asociat cu rotația; o forță de răsucire sau de torsiune ori rezistența unui corp la o astfel de torsiune. Istoricii ca Feingold folosesc cuvântul „moment cu sens dublu: pentru a desemna perioada de timp în care s-a conturat o nouă descoperire radicală, cât și perioada mai îndelungată în care s-au exercitat efectele acestei descoperiri.

Realizările științifice ale lui Newton au influențat arta, literatura, filosofia, politica și religia la fel de profund ca operele oricărui artist, scriitor, filosof, politician sau teolog al timpului său. Motivul a fost acela că descoperirile lui Newton au adus claritate și inteligibilitate într-o epocă a confuziei și a anxietății.

Europa anilor 1600 era o lume a terorii și a tulburărilor. Au izbucnit tot soiul de războaie aproape în fiecare an al acelui secol; Anglia a avut trei războaie civile, între 1642 și 1651. Oamenii credeau că lumea funcționa în moduri misterioase, condusă de puteri oculte și de evenimente enigmatice. Textele Scripturii spuneau că timpul a avut un început și va avea un sfârșit, dar nu ajutau prea mult la explicarea prezentului. Cei mai mulți oameni înțelegeau doar puțin din lume, care părea un organism supranatural alcătuit din mai multe părți. Distincția cea mai clară era cea dintre Cer și Pământ. Fiecare se comporta diferit; în timp ce lucrurile cerești erau eterne și neschimbătoare, obiectele pămân­tești se schimbau, prin aceea că se nășteau sau mureau, creșteau sau se micșorau, se transformau în altceva sau se mișcau dintr-un loc în altul. De ce se schimbă? Din cauza unor forțe oculte, a unui potențial interior care este activat sau din cauza planului cuiva. Regii și clericii pretindeau că știu care e voința lui Dumnezeu, dar pentru toți ceilalți lumea era de neîmblânzit, impredictibilă și uimitoare. Regalitatea exercita puterea absolută asupra chestiunilor politice, seniorii feudali și clericii – asupra majori­tății aspectelor vieții de zi cu zi.

Născut în 1642, anul primului Război Civil Englez, Newton a fost persoana care a făcut cel mai mult pentru a transforma lumea. A fost un dar pentru omenire: mama lui l-a născut în ziua de Crăciun; tatăl lui, un fermier, murise cu câteva luni în urmă. În tinerețe, Newton disprețuia sporturile și distracțiile practicate de cei de vârsta lui și își petrecea timpul construind instalații mecanice, precum mori de vânt, ceasuri de apă și zmeie, și citind în biblioteca spițeriei locale. În perioada în care s-a aflat la Trinity College de la Universitatea Cambridge (1661–1665), a învățat singur noua filosofie, fizica și matematica pe care le cercetau învățați din întreaga Europă.

În 1665, Londra a fost lovită de Marea Ciumă, care a devastat orașul, omorând unul din cinci locuitori, iar Newton s-a retras la ferma mamei lui, din Lincolnshire. Vacanța forțată i-a permis să studieze fără întrerupere și astfel au apărut germenii multor descoperiri fundamentale în fizică, astronomie, optică și matematică; a explorat și multe subiecte pe care savanții de astăzi le privesc cu dispreț, cum ar fi alchimia, piatra filosofală, „Apoca­lipsa" și alte cărți biblice. Una dintre cele mai mari descoperiri ale sale a fost calculul infinitezimal – descrierea precisă a situa­țiilor în care adăugarea sau scăderea a ceva dintr-o cantitate x, indiferent cât de mare sau de mic, are ca rezultat adăugarea sau scăderea a ceva dintr-o altă cantitate. Newton a folosit calculul infinitezimal pentru a elabora cele trei legi ale mișcării, piatra unghiulară a imaginii sale despre lume ca lume unificată, ­deschisă și inteligibilă, guvernată de forțe total previzibile. El a con­tribuit la nașterea viziunii asupra lumii ca o mașinărie uriașă, care nu avea nevoie de Dumnezeu ca să meargă înainte și a cărei funcționare putea fi înțeleasă nu doar de către regi sau de către clerici, ci de către oricine.

Newton a făcut o dată remarca neobișnuit de modestă că stă pe umerii unor giganți. Acești umeri imenși, însă, erau parțial umani, parțial industriali. Calea lui a fost pavată de progresele tehnologice ale timpului său: de o cunoaștere crescândă a mecanicii, de o creștere a aprecierii pentru aplicațiile matematicii, de amplificarea producerii și folosirii mașinilor în minerit și în industrie și – datorită lui Galilei și altora – de indicii unei ordini mai degrabă mecanice, decât supranaturale, în cer, cum ar fi în cazul comportamentului cometelor.

În 1931, un fizician sovietic, pe nume Boris Hessen, a folosit o abordare marxistă pentru a ajunge la concluzia extremă că atât poziția lui Newton, cât și ambițiile lui științifice au fost motivate istoric. Hessen a fost un exemplu de abordare „externalistă" a istoriei științei. Externaliștii consideră știința, ca orice alte subiecte pe care le studiază istoricii, drept un produs social, rezultatul unui anumit context istoric și cultural. Ei se opun internaliștilor, pentru care forțele importante care acționează în istoria științei sunt reprezentate de ce anume fac oamenii de știință în laboratoare. Pentru internaliști, proiectul fundamental al naturii este deja prefigurat, ca în picturile în care se colorează după numere: ce fac savanții este să coloreze, ca să spunem așa. Chiar dacă factorii sociali, politici și economici pot influența alegerea culorilor care să fie aplicate mai întâi și rapiditatea cu care este terminată pictura, ei nu afectează structura picturii în sine. Hessen nu era de acord cu nimic din toate acestea. El și-a început celebrul articol, „Rădăcinile sociale și economice ale Principia lui Newton, citând distihul lui Pope ca pe un exemplu tipic al tendinței de a trata progresele istorice – chiar și știin­țifice – ca pe produse ale providenței divine sau ale geniului personal. Este greșit, a afirmat Hessen; Marx și Engels au demonstrat că istoria înaintează prin dezvoltarea relațiilor și a forțelor de producție în slujba claselor dominante. Agenda lui Newton a fost stabilită nu de Dumnezeu, ci de forțele sociale care urmăreau să obțină transporturi, minerit și armate mai bune. Ceea ce se numește acum „Teza lui Hessen afirmă că Newton a fost agentul societății burgheze industrializate, care își extindea și perfecționa eforturile de a controla natura și de a exploata clasa muncitoare.⁴

Hessen însuși a fost prins în forțele sociale ale timpului și locului său, cu un rezultat mai sumbru. La cinci ani după apari­ția articolului său, a fost arestat de poliția secretă sovietică, acuzat de terorism, judecat, condamnat și împușcat cu cinci zile înainte de Crăciun, în 1936.

Oricare i-ar fi fost originile și obiectivele, opera magna a lui Newton, Principiile matematice ale filosofiei naturale (1687), cunoscută ca Principia, a schimbat lumea. Lucrarea cu cea mai mare influență scrisă vreodată, aceasta enunță pentru prima dată legile mișcării și legea atracției gravitaționale universale. Lumea pe care a descris-o Newton a devenit a doua natură pentru noi, dar nu a fost așa și pentru mulți dintre contemporanii lui. Unii au găsit-o greu de înțeles, chiar un nonsens. Pământul și Cerul sunt, evident, locuri diferite! Cum putea Soarele să miște planete aflate la milioane de kilometri depărtare – ce le împingea și le trăgea? De ce nu cerceta Newton cauzele interne și resorturile mecanice care guvernează Universul? Newton a spus că nu va inventa ipoteze despre astfel de lucruri, că va cerceta doar matematic – dar asta este neștiințific! După cum nota Feingold în catalogul expoziției, a fost nevoie de „un foarte lung proces de asimilare înainte „de a fi posibilă convertirea la newtonianism⁵. Dar odată ce oamenii au pătruns în tărâmul lui Newton, lucrarea lui a influențat fiecare colț al vieții și al culturii umane, cu efecte de durată mult peste perioada vieții lui Newton.⁶

Lucrarea lui a dat naștere unui „moment" istoric, reformulând conflicte vechi, pentru a deschide perspective noi pentru viitor.⁷ Aceste puncte de cotitură sunt transformări de paradigmă culturală care schimbă ceea ce oamenii știu și fac, precum și modul în care își interpretează experiențele.

Simplitatea, eleganța și inteligibilitatea lumii newtoniene o făceau liniștitoare și frumoasă. Pământul și Cerul nu erau locuri separate alcătuite din lucruri diferite, ci părți ale unui univers, al cărui spațiu, timp și ale cărui legi sunt unice și uniforme, aceleași la orice scară. Universul este, de asemenea, omogen; nu este guvernat de spirite și de fantome care apar și dispar imprevizibil; orice lucru are o identitate distinctă și se află într-un anumit loc, într-un anumit moment. Lucrurile nu se schimbă atingându-și, actualizându-și sau intensificându-și esența. Lumea este ca o scenă cosmică sau ca o masă de biliard, pe care lucrurile sunt împinse și trase de forțe. Întreg spațiul este la fel și continuu, toate direcțiile sunt comparabile, toate evenimentele au o cauză. A înțelege cum și de ce se schimbă lucrurile înseamnă a înțelege cum se mișcă ele sau părțile lor. Pentru prima dată în istorie, oamenii priveau lumea ca având o reală unitate și consistență – chiar o logică!

Lumea newtoniană era, de asemenea, sigură și predictibilă, caracteristici redate într-un citat celebru de matematicianul și astronomul francez Pierre-Simon Laplace (1749–1827):

Trebuie, prin urmare, să considerăm starea actuală a Universului drept