Home Newtons wonder van de zwaartekracht

Newtons wonder van de zwaartekracht

Door Jan Dirk Snel op 30 januari 2017

Newtons wonder van de zwaartekracht
Cover van 02-2017
02-2017 Filosofie magazine Lees het magazine

Het is ongelooflijk dat we gewoon in onze stoel gezeten met een snelheid van pakweg 1674 kilometer per uur rondwentelen. Isaac Newton kon uitleggen waarom we toch niet van de aarde af vallen. 

Op vrijdag 14 november 1690 bracht Isaac Newton, een 47-jarige hoogleraar wiskunde te Cambridge, een pakketje naar de post. Of hij zal wel zijn amanuensis of een ander hulpje gestuurd hebben. Het ging om een manuscript dat als titel droeg An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture, in a Letter to a Friend

Die vriend, dat was de tien jaar oudere arts John Locke. Heel lang kenden ze elkaar nog niet. Twee jaar eerder, tijdens de Glorious Revolution, was Locke in gezelschap van Maria Stuart, de echtgenote van stadhouder Willem III, teruggekeerd vanuit de Nederlandse Republiek, waar hij als politiek vluchteling een aantal jaren had gewoond. Een paar maanden later, in februari 1689, werden William en Mary koning en koningin van Engeland, Schotland en Ierland.

Ergens in de loop van dat jaar moeten Newton en Locke elkaar hebben leren kennen. De hoogleraar uit Cambridge was in januari als vertegenwoordiger van de universiteit benoemd in het parlement, dat de revolutie tot een goed einde bracht. De protestantse machtswisseling steunde hij van harte. Bijna het hele jaar bracht hij door in Londen. Daar verbleef Locke toen ook. Direct na zijn terugkeer had die zijn manuscripten naar de drukker gebracht, en nog voor het jaar voorbij was, verschenen in Londen de twee werken waarom hij nog altijd beroemd is. Newton had net naam gemaakt door de publicatie van het boek dat nog steeds wordt beschouwd als het culminatiepunt van de Wetenschappelijke Revolutie, de Principa Mathematica, in 1687.

Dit artikel is exclusief voor abonnees

Dit artikel op Filosofie.nl is alleen toegankelijk voor abonnees. Met liefde en zorg werken wij iedere dag weer aan de beste verhalen over filosofie. Steun ons door lid te worden voor maar €4,99 per maand. Log in om als abonnee direct verder te kunnen lezen of sluit een abonnement af.

Drie-eenheid

De twee mannen konden het direct goed met elkaar vinden. Twee belangstellingsgebieden deelden ze hartstochtelijk: theologie en alchemie. En nu ging het om de theologie. Het handschrift dat Newton opstuurde, bevatte niet één brief, zoals het opschrift suggereerde, maar twee, over twee bijbelteksten: 1 Johannes 5:17 en 1 Timotheüs 3:16. Daar was volgens Newton mee geknoeid. Als we de eerste tekst opslaan, zien we direct waar het om ging. Die luidt: ‘Want drie zijn er die getuigen in de hemel: de Vader, het Woord en de Heilige Geest; en deze drie zijn één.’ Dat was niet zomaar een tekst; dat was een kernbewijs voor het leerstuk van de Drie-eenheid. Newton kon dan wel doen alsof hij alleen maar als filoloog een fragment tekstkritiek leverde, iedere lezer zou op zijn klompen aanvoelen dat hij de kern van het apostolisch geloof op de korrel nam.

Locke stuurde de tekst met goedvinden van de auteur door naar zijn goede vriend Jean Le Clerc, hoogleraar wijsbegeerte aan het Remonstrants Seminarium aan de Amsterdamse Keizersgracht. Le Clerc vertaalde de tekst in het Latijn om die zo geschikt te maken voor een Europees publiek. De publicatie zou uiteraard anoniem geschieden. Maar begin 1692 kreeg Newton ineens koudwatervrees. Hij besefte ook wel dat als zijn auteurschap bekend werd – en dat soort zaken lekte bijna altijd uit – dat hem zijn carrière kon kosten. Hij bezwoer de tekst te laten liggen. Gemaakte kosten zou hij vergoeden. 

In 1754, ruim een kwarteeuw na zijn dood, verscheen het boekje alsnog, in de originele Engelse tekst, bij een uitgever in Londen, ‘published from authentic MSS in the Library of the Remonstrants in Holland’. Zijn auteurschap was inderdaad niet geheim gebleven, want zijn naam stond er gewoon op: Two Letters of Sir Isaac Newton to Mr. Le Clerc, Late Divinity Professor of the Remonstrants in Holland. De Latijnse vertaling ligt altijd nog in handschrift in de Leidse universiteitsbibliotheek. Tegenwoordige bijbeluitgaven geven Newton trouwens meestal gelijk. De briefwisseling met Locke ging algauw over op de alchemie en de papieren van de net overleden scheikundige Robert Boyle, die een deel van zijn geschriften aan Locke had nagelaten.

Illustratie: Maartje de Sonnaville
 

Ketters

Isaac Newton had het een en ander te verbergen. Vele jaren van zijn leven wijdde hij aan de godgeleerdheid en de alchemie, maar hij publiceerde er nooit over. Wel bewaarde hij al zijn aantekeningen en manuscripten zorgvuldig. Zijn vader, een welvarende landbouwer, had hij nooit gekend, want die was al overleden toen hij op eerste kerstdag 1727 geboren werd. Maar zijn moeder hertrouwde met een anglicaanse predikant en van hem erfde hij een behoorlijke theologische bibliotheek. Door toedoen van een andere geestelijke, William Ayscough, een broer van zijn moeder, was hij in 1661 in Cambridge gaan studeren aan diens oude college, Trinity. In 1667 was hij tot fellow verkozen, en dat betekende dat hij zich uiterlijk in 1675 tot geestelijke zou moeten laten wijden.

Drie jaar ervoor begon hij zich grondig in te lezen. Alle kerkvaders las hij. En toen kwam hij tot de conclusie dat het leerstuk van de triniteit, waar zijn eigen college nota bene naar was genoemd, op los zand was gebouwd. De grote voorvechter ervan, Athanasius, had de boel vervalst. Arius, die in 325 op het Concilie van Nicea veroordeeld werd, had gelijk gehad. Voortaan was Isaac Newton ariaan: Christus was niet gelijk aan God de Vader, hij was wel een middelaar tussen God en mens. Al in de vierde eeuw was het christendom ernstig in verval geraakt. Newtons bijzondere belangstelling ging uit naar profetie en de apocalyptische boeken Daniël en Openbaring. Op grond daarvan kwam hij tot de conclusie dat de wederkomst van Christus over ongeveer twee eeuwen zou zijn. Maar zijn ketterse inzichten kon hij met vrijwel niemand delen.

Het droeg bij aan zijn eenzaamheid, en die was toch al groot. In feite was Isaac Newton een autodidact. Het universitaire curriculum, nog gebaseerd op een verouderd scholastiek wereldbeeld, nam hij niet erg serieus. Zelfstandig ontdekte hij al kort na het begin van zijn studie de nieuwe mechanische filosofie, die de wereld eigenlijk alleen bezag in termen van lichamen die direct op elkaar inwerken. Anders dan de generatie voor hem hoefde hij zich nooit van oude opvattingen te bevrijden. Zo kon hij de voltooier worden van de Wetenschappelijke Revolutie die een eeuw voor zijn geboorte was begonnen met Copernicus’ voorstel om de zon en niet de aarde in het middelpunt te zien.

Hij las Descartes. Hij las Galilei. Hij las Kepler. Hij las Boyle. Hij las alles wat er maar te vinden viel op het gebied van de modernste natuurfilosofie. Hij las vooral ook Gassendi, wiens theorie van de atomen hem na enige tijd overtuigender voorkwam dan de wervels die Descartes overal in de wereld meende te zien. Toen de universiteit midden jaren zestig langdurig gesloten werd vanwege de pest, trok hij zich met zijn boeken terug in de woning van zijn moeder in Woolsthorpe. Het werden zijn anni mirabiles, zijn wondere jaren. Binnen een jaar of twee werkte hij zich op tot de top van de Europese wis- en natuurkunde. Alleen wist niemand dat op dat moment. 

Kort voor kerst 1664 – hij werd toen 22 – kocht hij de Géométrie van René Descartes, die in 1637 voor het eerst verschenen was als een van de drie verhandelingen waar het Discours de la Méthode de inleiding op vormde. Newton kocht de Latijnse vertaling van de Leidse geleerde Frans van Schooten, alsmede wat die er in een eigen recent werk met een aantal leerlingen – Johan de Witt, Johannes Hudde en Hendrik van Heuraet – aan had toegevoegd. Hij schafte ook een boek van John Wallis over de rekenkunde van oneindige grootheden aan. En binnen een goed jaar wist hij deze werken te overtreffen en had hij de grondslagen gelegd voor de fluxierekening, oftewel de differentiaal- en integraalrekening, zoals Gottfried Wilhelm Leibniz, die een aantal jaren later onafhankelijk op hetzelfde idee kwam, die zou noemen. Maar ook dat hield hij voor zich. 

Illustratie: Maartje de Sonnaville
 

Wit licht

In deze studentenjaren legde hij de basis voor al zijn belangrijke ontdekkingen. Al van kindsbeen af had hij apparaten gebouwd en ook nu experimenteerde hij volop. Zo vond hij met behulp van het prisma uit dat wit licht oorspronkelijk niet wit was, maar dat dat bestond uit oneindig veel kleuren die allemaal hun eigen breking kenden. Door met twee prisma’s te werken kon hij aantonen dat gekleurde stralen niet verder braken en dat door gekleurde stralen weer samen te brengen er weer wit licht ontstond. Daar publiceerde hij in 1672 over, maar pas vier decennia later zou hij de wereld volledig deelgenoot maken van al zijn bevindingen inzake licht in zijn tweede hoofdwerk, de Opticks (1704).

Het was ook in die tijd dat hij in de tuin de beroemde appel zag vallen. Het verhaal lijkt anekdotisch, maar het moet echt kloppen. Dat appels door zwaarte naar beneden vielen, dat hadden mensen altijd geweten. Maar Newton bedacht dat het gebeurde niet omdat die appel uit zichzelf zwaar was, maar doordat de aarde aan de appel trok – en die zoveel kleinere appel trouwens ook aan de aarde. Zijn inzicht was dat het hier precies om dezelfde kracht ging die ook de maan in haar baan om de aarde hield en de aarde in haar baan om de zon. In feite valt de maan steeds naar de aarde toe, maar ze heeft zoveel snelheid meegekregen dat ze in haar baan blijft en nooit werkelijk op de aarde terechtkomt.
 

Dode materie

Twee decennia later, in 1687, zou hij dat inzicht in de Philosophiae Naturalis Principia Mathematica tot in detail uitwerken. Maar ondertussen had hij zich met heel andere zaken beziggehouden. In 1669 was hij op 26-jarige leeftijd tot hoogleraar wiskunde benoemd. En prompt was hij naar Londen getogen om een hele reeks alchemistische werken te kopen. Jarenlang was hij in de weer met experimenten met allerlei stoffen. Newton geloofde niet alleen in de dode materie van Descartes, maar ook in zoiets als de vegetatie van metalen. Het was een bezoek van Edmund Halley in augustus 1684 dat hem ertoe aanzette al zijn oude inzichten in één geniale greep samen te brengen. Robert Hooke, vertelde die, had geopperd dat de beweging van planeten om de zon (omgekeerd) evenredig was aan het kwadraat van de afstand tussen beide. Dat klopte, antwoordde Newton. En dat betekende dus dat hun baan die van een ellips was, zoals Kepler al waargenomen had. Hij kon dat wel voorrekenen. Binnen drie jaar groeide er zo in samenwerking met Halley een boek van meer dan 500 bladzijden.

Het nieuwe wetenschappelijke wereldbeeld dat tijdens de Wetenschappelijke Revolutie ontworpen werd, ging tegen elke alledaagse waarneming in. Het oude aristotelische wereldbeeld met een vaststaande aarde in het midden was op zich veel aannemelijker. Het is ongelooflijk dat we gewoon in onze stoel gezeten met een snelheid van pakweg 1674 kilometer per uur rondwentelen. Newton kon uitleggen waarom we toch niet van de aarde af vallen. Hij was ook in staat om het mechanische wereldbeeld dat Descartes en anderen net gevestigd hadden en dat tenminste nog op één nuchter waarnemingsfeit leek te stoelen, namelijk dat dingen alleen door directe aanraking op elkaar kunnen inwerken, weer achter zich te laten. Sceptici vonden het idee van een kracht die op grote afstand werkt maar een dubieuze terugkeer naar occulte ideeën. En als ze meer geweten hadden van Newtons alchemistische bezigheden, zouden ze waarschijnlijk nog veel wantrouwiger geweest zijn.

Newton antwoordde dat hij ook niet wist wat die zwaartekracht precies was. Hij wist alleen dat je die kon berekenen. Dat was het verschil met de oude wetenschap sinds de Klassieke Oudheid. Die had altijd gevraagd naar het wezen van de dingen, naar de essentie van lichtheid of dichtheid of wat dan ook. Newton beperkte zich tot wat je wiskundig kon bewijzen en daadwerkelijk kon vaststellen. Hij verzon geen hypotheses, verklaarde hij. In feite was hij zijn hele leven bezig met de meest wilde fantasieën – anders was hij ook niet zo creatief geweest –, maar als het om kennis ging, beperkte hij zich tot wat je echt kon meten. Voor minder dan de waarheid deed hij het niet.
 

Natuurfilosofie

De titel van zijn grote werk kan men zien als een variant op Descartes’ Principia philosophiae uit 1644. Ze was langer, maar daarmee ook veel bescheidener. Descartes bouwde nog een omvattend systeem op, met de metafysica als wortel, de fysica als stam en andere wetenschappen als geneeskunde, mechanica en ethiek als de takken. Newton beperkte zich tot de wiskundige beginselen en tot de natuurfilosofie, die zo in zijn handen een precieze, maar beperkte natuurwetenschap werd, die niet over alles iets zei. Zo maakte hij de natuurkunde in feite los van de wijsbegeerte. Zijn waarheid was wel algemeen, maar niet omvattend.

Voor Newton verwees de natuurlijke werkelijkheid wel voortdurend naar God als de grote wetgever en mathematicus. Hij bracht geen scheiding aan tussen geloof en wetenschap, wel tussen geloof en bijgeloof. Sommige beweringen klopten nu eenmaal aantoonbaar niet, zoals hij dat voor zichzelf ook in de geschiedenis van de dogmatiek had vastgesteld. Het ging om nauwkeurige, maar beperkte waarheden.
Wie de dikke boeken van Jonathan Israel over de Radicale Verlichting doorneemt, ziet dat Newton en Locke daarin steeds als zijn bêtes noires fungeren. Zij waren volgens hem de vaders van de gematigde Verlichting, die zowel voor rationalistisch ingestelde christenen als voor deïsten als Voltaire, die Newton in Frankrijk populair maakte, alle mogelijke ruimte schiepen, heel anders dan een systeembouwer als Spinoza, die meende de hele werkelijkheid nog steeds te kunnen doorgronden.

Toen Newton door zijn Principia eenmaal een beroemd man was geworden en hij het aangename van het leven in Londen had ontdekt, werd hij een ander, socialer, zij het nog steeds niet altijd aangenaam mens. In 1696 verliet hij Cambridge en in 1701 legde hij zijn hoogleraarschap neer. Hij werd opzichter en vervolgens hoofd van de Munt, en daarnaast president van de Royal Society. Vol energie wijdde hij zich aan zijn nieuwe bestuurlijke taken. Grote nieuwe ontdekkingen deed hij niet meer, maar zijn twee boeken bleef hij tot zijn dood in 1727 herschrijven en perfectioneren. 

En o ja, geestelijke had deze stiekeme theoloog nooit hoeven te worden. Niet voor zichzelf, maar voor zijn wiskundige leerstoel had hij van de koning een vrijstelling weten los te peuteren.