Nuori mies istui selkä omenapuuta vasten. Hän oli syvissä mietteissä ja filosofoi vähän kaikenlaista, kun syksyn omenien painon taivuttamasta oksasta pudonnut omena osui hänen päähänsä. Hän sai silmänräpäyksessä idean: ohjaakohan sama näkymätön voima, jonka vuoksi omena putoaa puusta pystysuoraan alas, myös taivaankappaleiden kulkua?
Nuori mies puun alla oli Isaac Newton – ja kertomus omenasta on ehkä koko tieteen historian kuuluisin. Ongelma on vain se, että se ei ole totta. Newtonin mullistavat teoriat painovoimasta eivät tipahtaneet yhtäkkiä taivaalta. Ne perustuivat toisten ahkeraan työhön, muun muassa Newtonin arkkivihollisen.
Painovoiman ”varastaminen” huipensi sovittamattoman vihollisuuden, joka oli alkanut sinä päivänä, kun Newton piti ensimmäisen luentonsa Royal Society -tiedeseurassa Lontoossa.
Newton piinapenkissä
Royal Society oli perustettu 1660. Sen tarkoitus oli edistää tieteen tutkimusta, ja se toimi loisteliaassa ympäristössä entisessä palatsissa Keski-Lontoossa. Kun 29-vuotias Newton astui sinne vuonna 1672, valtakunnan terävimmät päät olivat valmiina punnitsemaan hänen jokaista sanaansa.
Newton asettui paikalleen saliin peruukkipäisten oppineiden eteen ja alkoi selvittää mullistavia ajatuksiaan valon todellisesta luonteesta.
Kun italialainen fyysikko ja tähtitieteilijä Galileo Galilei oli joitain vuosia aiemmin todistanut äänen koostuvan aalloista, Newton ja muutkin olivat alkaneet pohtia, voisiko sama päteä valoon.
Ruttoepidemian raivotessa Newton oli paennut maaseudulle. Siellä hänellä oli ollut aikaa tehdä valolla ja prismoilla kokeita, joiden perusteella hän päätteli valkoisen valon sisältävän kaikki sateenkaaren värit.
Selitys oli Newtonin mukaan se, että valo koostui pikkuruisista hiukkasista, joita hän nimitti korpuskeleiksi. Erivärinen valo syntyi aina erilaisista hiukkasista.
Lähettäessään valoa prisman läpi Newton havaitsi, että valo hajosi moniin eri väreihin.
Taistelu valosta
Kun yleisön joukossa istunut Robert Hooke kuuli Newtonin teorian korpuskeleista, hän tuhahti halveksivasti. Oli järjenvastaista kuvitella valon koostuvan hiukkasista. Ääni oli aaltoja – ja samoin valo. Valo koostui valkoisista aallonpituuksista, ja värillinen valo syntyi, kun valkoinen valo ”vääristyi”, Hooke päätteli yleisön edessä.
Robert Hooken raivotessa toiset kuuntelivat kyyryssä. Royal Societyn tieteellisten kokeiden johtajana Hooke oli vaikutusvaltainen mies. Hän yksin päätti, mitä kokeita seura rahoitti. Hänellä oli sitä paitsi takataskussaan monia keksintöjä, jotka olivat niin uraauurtavia, että eräs tiedehistorioitsija on kutsunut häntä Englannin Leonardo da Vinciksi.
Jos olen nähnyt kauemmas kuin muut, se johtuu vain siitä, että olen seissyt jättiläisten olkapäillä. Isaac Newton. Joidenkin lähteiden mukaan sanat oli kohdistettu Robert Hookelle, joka oli pieni ja kumarainen.
Hooken jälleen istuuduttua kuultiin muita kriittisiä puheenvuoroja ja Newtonin korpuskelit joutuivat murskaavan kritiikin kohteeksi. Nöyryytetty Newton luopui suunnitelmastaan julkaista väitöskirja valosta, ja seuraavien kymmenen vuoden ajan hän kieltäytyi osallistumasta julkisiin tiedekeskusteluihin.
Pikkusaaren köyhä poika
Kun Robert Hooke 1672 kävi Newtonin kimppuun, hän oli valtansa ja suosionsa huipulla. Tähän asemaan hän ei ollut päässyt helposti. Hän oli varttunut köyhissä oloissa Wightsaaressa. Matka sieltä Oxfordin eliittiyliopiston goottilaisiin taivaita tavoitteleviin rakennuksiin oli tuohon aikaan varsin epätavallinen, ja se oli vaatinut paljon taitoa ja ahkeruutta.
Oxfordissa Hooke esitteli lahjakkuuttaan toteuttamalla kokeita ja rakentamalla tieteellisiä laitteita, jollaisille kemisti Robert Boylella oli käyttöä. Boyle oli maan kuuluisimpia tiedemiehiä, ja vuonna 1660 hän oli myös yksi Royal Societyn perustajista. Pääsy Boylen lähipiiriin avasi kunnianhimoiselle Hookelle oikeat ovet.
Yksi Robert Hooken monista tieteellisistä saavutuksista oli hänen uraauurtava hyönteisten kartoituksensa teoksessa Micrographia.
Vuonna 1665 Hooke julkaisi kirjan Micrographia. Hän käytti ensimmäisenä vasta keksittyä mikroskooppia hyönteisten, kasvien ja fossiilien tutkimiseen. Linssin läpi tekemistään havainnoista hän laati luonnoksia, jotka painettiin kirjaan. Micrographiasta tuli jättimenestys, ja se inspiroi muita hyödyntämään mikroskooppia tieteen teossa.
Kirjassaan Hooke myös esitteli sanan solu, jota nykyään käytetään biologian perusyksiköistä. Kirja vahvisti Hooken asemaa yhtenä aikansa tiedemaailman kiistattomista tähdistä. Nykyään hän on silti suhteellisen tuntematon, mikä johtuu häväistyskampanjasta. Kampanjan häntä vastaan käynnisti mies, jonka egon suuruuden ylitti vain hänen neroutensa – nimittäin Newton.
Äiti toivoi pojasta viljelijää
Isaac Newton syntyi vauraampiin oloihin kuin Hooke, mutta lapsuus ei ollut sen helpompi. Newtonin isä kuoli jo ennen hänen syntymäänsä. Äiti avioitui uudelleen, ja kun isäpuoli ei halunnut Isaacia samaan talouteen, Isaac jäi kolmivuotiaana isoäidin luo. Yhdeksään vuoteen hän ei nähnyt äitiään eikä tämän synnyttämiä kolmea puolisisarustaan. Vasta isäpuolen kuoltua Isaac sai palata syntymäkotiinsa Woolsthorpen kartanoon.
Äiti olisi tahtonut poikansa asettuvan auran varteen, mutta matemaattisesti ja mekaanisesti lahjakas Newton haaveili tulevaisuudesta teleskoopin äärellä. Jälkimaailman onneksi Newtonin eno ja rehtori vakuuttivat äidin siitä, että poika oli tarkoitettu muuhun kuin viljelijän elämään hiljaisessa Woolsthorpessa Kaakkois-Englannissa.
Newton syntyi maaseudulla, ja jos äiti olisi saanut tahtonsa läpi, hänestä olisi tullut maanviljelijä.
Nerolla oli synkkä puolensa
Vuonna 1661 Newton lähti kotikartanosta Cambridgen yliopistoon. Trinity College, suurin ja useasti koko Cambridgen kauneimmaksi mainittu, oli nyt hänen uusi kotinsa.
Camjoen varrella sijaitsevien valkoisten kalkkikivirakennusten keskellä Newton saavutti useita tieteellisiä läpimurtoja. Hän keksi esimerkiksi uudenlaisen kaukoputken, peilikaukoputken, jolla voitiin fokusoida valo paljon tehokkaammin kuin aiemmilla linssikaukoputkilla.
Maalaispoika kukoisti tieteessä, mutta henkilökohtaiseen elämään heittyi usein varjoja.
19-vuotiaana Newton laati listan synneistään. Hän oli esimerkiksi nuorena vihannut palavasti äitiään ja isäpuoltaan ja uhannut polttaa heidän talonsa.
Nykytutkijat ovat pohtineet, miten paljon lapsuuden hylkäyskokemukset muovasivat Newtonin taipumatonta persoonallisuutta. Toiset arvelevat havaitsevansa merkkejä kaksisuuntaisesta mielialahäiriöstä tai tukahdutetusta homoseksuaalisuudesta syynä luonteeseen, jota aikalaiset yleisesti kuvasivat erittäin vaikeaksi.
Monista Newtonin elämäkerroista piirtyy kuva luovasti ajattelevasta mutta kostonjanoisesta individualistista, erikoislaatuisesta lahjakkuudesta ja samalla jäykästä ja turhamaisesta outolinnusta, joka tunsi vetoa mystiikkaan ja joka ei pystynyt solmimaan ystävyyssuhteita.
Newton ei siis ollut helppo ihminen. Hänen tieteelliset vaistonsa olivat kuitenkin ainutlaatuiset, ja vain harvoilla on ollut yhtä suuri ja yhtä pysyvä arvo tieteen kehitykselle.
Jo 26-vuotiaana Newton nimitettiin matematiikan professoriksi. Viran ansiosta hänelle jäi aikaa tutkia kyltymättömän uteliaisuutensa uutta kohdetta, yhtä tuon ajan suurimmista tieteen arvoituksista: painovoimaa.
Newtonin lakien avulla Halley pystyi laskemaan, milloin sittemmin hänen mukaansa nimetty komeetta ohittaa Maan läheltä.
Näkymättömän voiman mysteeri
Vuonna 1609 saksalainen tähtitieteilijä Johannes Kepler esitti, että planeetat eivät kierrä Aurinkoa ympyrän muotoisilla vaan elliptisillä eli soikeilla radoilla. Koska Kepler oli uhrannut vuosia planeettojen ratojen laskemiseen, vain harvat epäilivät hänen tuloksiaan.
Vastausta vailla oli kuitenkin se, miksi planeetat eivät liikkuneet säännöllisillä ympyräradoilla.
Tähtitieteilijä Edmond Halley ponnisteli vuosikausia löytääkseen vastauksen. Yksi teoria oli jo Keplerin ajoista asti esittänyt, että täytyi olla olemassa näkymätön voima, joka pitää planeetat niiden soikeilla radoilla.
Halley, joka myös oli Royal Societyn jäsen, etsi käsiinsä Robert Hooken toivoen saavansa tältä apua.
Hooke oli aiemmissa luennoissaan Royal Societyssa teoretisoinut siitä, miten taivaankappaleet vaikuttivat näkymättömän voiman välityksellä toisiinsa ja että voima vaikuttaa sitä vahvemmin, mitä lähempänä toisiaan kappaleet ovat. Hän oli jopa käsitellyt eri näkökulmia voimasta kirjeitse Newtonin kanssa.
Hookella – ja ilmeisesti myös muilla ennen häntä – oli tuolloin suhteellisen hyvä käsitys painovoimasta ja sen perusperiaatteista. He eivät kuitenkaan olleet järjestäneet periaatteita yhtälöiksi eivätkä löytäneet lainalaisuutta, jonka mukaan voima toimii.
Hooke lupasi Halleylle palata asiaan ja esittää uusia laskelmia, mutta ei kuitenkaan tehnyt sitä.
Kyllästyneenä odottamaan Halley hyppäsi hevosvaunuihin ja ajoi Cambridgeen Newtonin luo. Hooken tavoin myös Newton väitti voivansa todistaa teorian oikeaksi. Hänellä oli jopa todiste papereidensa joukossa. Hän ei vain juuri silloin löytänyt sitä.
Newton lupasi kirjoittaa löydettyään todisteen. Jälleen Halley odotti kuukausia, mutta lopulta hän sai kirjeen. Kirjeessä Newton kuvasi matemaattisesti, miten näkymätön voima pakotti planeetat soikeille radoilleen.
Todiste vaikutti vankalta. Newtonin yhtälön avulla Halley laski monien komeettojen radat. Hän tiesi, että vuosina 1531, 1607 ja 1682 taivaalla havaitut komeetat olivat yksi ja sama komeetta. Hän myös ennusti aivan oikein, että komeetta, jolla nykyään on hänen nimensä, ohittaisi Maan jälleen vuonna 1758 – ja joka 76. vuosi sen jälkeen.
Konflikti painovoimasta
Puolitoista vuotta kirjeen jälkeen Newtonilla oli valmiina luonnos kokonaiseen kirjaan. Siinä hän selitti, miten luonnonvoima, jolle hän antoi nimen gravity (latinan painoa tarkoittavan gravitas-sanan mukaan), saa jokaisen universumin kappaleen vaikuttamaan toisiin kappaleisiin voimalla, joka on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön.
Jos siis kahden kappaleen välinen etäisyys kaksinkertaistuu, painovoima vähenee neljäsosaan. Jos taas etäisyys puoliintuu, painovoima nelinkertaistuu.
Tällä lainalaisuudella Newton laati ensi kertaa historiassa yhtälön painovoimasta, joka on yksi neljästä luonnon perusvuorovaikutuksesta. Kolme muuta ovat sähkömagneettinen voima sekä heikko ja vahva ydinvoima.
Halley, joka oli lähtöisin saippuan myynnillä rikastuneesta perheestä, päätti julkaista kirjan maksamalla sen omasta taskustaan.
Kirjaa Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica pidetään nykyään tieteen historian tärkeimpänä teoksena.
Painovoiman kuvauksen lisäksi teos sisältää Newtonin kolme lakia eli jatkuvuuden lain, dynamiikan peruslain sekä voiman ja vastavoiman lain, jotka yhä ovat fysiikantuntien peruskauraa.
Suurteoksessaan Principia Newton kuvasi muun muassa kiihtymisen ja painovoiman lait – ja muutti fysiikan lopullisesti.
Hooke raivostui, kun Principia julkaistiin. Halley, joka oli ollut hänen oppilaansa, oli toiminut hänen selkänsä takana. Ja vielä pahempaa. Hän oli mennyt Hooken arkkivihollisen puolelle.
Hooken näkökulmasta petollinen kaksikko oli varastanut hänen ajatuksensa painovoimasta eikä kirjassa mainittu Hookea kertaakaan. Ei yhtään ainoaa kiitosta. Ei yhtään viittausta siihen, miten hän oli johdattanut heidät oikeille jäljille.
Hooken protestit kaikuivat kuuroille korville. Hän ei itse ollut esittänyt yhtään konkreettista todistetta. Newton sen sijaan oli keksinyt kokonaisen matemaattisen kielen painovoiman kuvaamiseen.
Konfliktin jälkeisinä vuosina Hooken terveys heikkeni vähitellen. Hän jatkoi työtään Royal Societyssa, mutta 1697 hän menetti näkönsä lähes täysin, taipui kumaraan ja pysyi tuskin jaloillaan.
Johannes Kepler selvitti planeettojen radat ja johdatti Newtonin ja muut näkymättömän voiman, painovoiman, jäljille.
Näkymättömän voiman mysteeri
1609
Johannes Kepler julkaisi teoksen Astronomia Nova (Uusi tähtitiede), jossa hän todisti planeettojen Aurinkoa kiertävien ratojen olevan soikeita. Syytä ei kukaan tiennyt.
1684
Tähtitieteilijä Edmond Halley oli vuosia yrittänyt selvittää syytä planeettojen soikeille radoille. Mukana täytyi olla näkymätön voima. Hän ajoi vaunuilla Cambridgeen pyytämään apua Isaac Newtonilta.
1687
Edmond Halleyn kannustamana ja rahoittamana Isaac Newton julkaisi teoksensa Principia. Kirjassaan hän osoitti, miten voidaan matemaattisesti laskea näkymätön voima, painovoima. Kirja sisälsi myös Newtonin kolme lakia.
1703
Isaac Newtonista tuli Royal Societyn puheenjohtaja. Uuden valtansa turvin hän heikensi Robert Hooken roolia painovoiman keksimisessä. Hooke nimittäin väitti vuosikausia, että Newton oli varastanut ideansa häneltä.
1935
Historioitsijat löysivät katkelmia Robert Hooken päiväkirjoista eri arkistoista Lontoosta. Hooken maine palautettiin, ja hänen panoksensa painovoiman keksimisessä tunnustettiin.
Vuonna 1703 Hooke kuoli. Yksin vuoteessaan. Pesemättömänä, saastaisissa vaatteissa. Hänen ruumiissaan vilisi kertoman mukaan niin paljon syöpäläisiä, ettei kukaan halunnut koskea häneen.
Kilpailija pyyhkäistiin historiasta
Kun ylpeä instituutio, kuten Royal Society, halusi esitellä historiaansa ja jäseniään, se ripusti seinille merkittävien henkilöiden muotokuvia. Yksi seuran kuuluisimmista kasvateista, Robert Hooke, ei kuitenkaan koskaan saanut paikkaa galleriasta.
Mikään ei ole niin pientä, että se välttyisi tutkimuksiltamme. Uusi maailma on tullut näkyviin. Robert Hooke kirjassaan Micrographia, joka oli ensimmäinen laaja teos vasta keksityllä mikroskoopilla tehdyistä havainnoista.
Hooken päiväkirjojen mukaan hänestä kuitenkin oli maalattu muotokuva. Ei tiedetä, minne se katosi, mutta epäillään Newtonilla olleen sormensa pelissä. Hooken kuolinvuotena Newton valittiin Royal Societyn puheenjohtajaksi. Yhden tarinaversion mukaan Newton haetutti muotokuvan Hooken kuoleman jälkeen itselleen ja poltti sen kamiinassaan. Toisen version mukaan hän huolehti siitä, että maalaus unohtui, kun seura muutti uusiin tiloihin.
Varmaa on ainakin se, että Newton teki kaikkensa mitätöidäkseen Hooken työn. Kilpailijan kuoleman jälkeen Newton kuvasi Hookea julkisesti säälittäväksi pikku mieheksi, joka yritti anastaa kunnian toisten keksinnöistä. Tuona ajankohtana Newton oli tiedenäyttämön kirkkain tähti.
Vuonna 1704 ilmestyi Newtonin toinen suurteos, Opticks, jossa hän esitteli uudelleen uraauurtavat teoriansa valon taittumisesta. Ja tällä kertaa tiedeyhteisö kuunteli. Newtonin teoria "korpuskeleista" eli valohiukkasista piti pintansa 1920-luvulle asti, jolloin kvanttiteoreetikot saattoivat todistaa valon olevan sekä hiukkasia (fotoneja) että aaltoja.
Vain harvat puolustivat Robert Hookea. Mikroskopian uranuurtaja ja yksi painovoiman isistä vajosi seuraavina vuosisatoina unohdukseen.
Kun Newtonista tuli Royal Societyn puheenjohtaja, huhuttiin, että hän poltatti Robert Hooken aineistoja.
Hooken kadonneet päiväkirjat löytyivät
1930-luvulla Robert Hooken päiväkirjakatkelmia löytyi Englannista kolmesta eri arkistosta, missä ne oli unohdettu tai luetteloitu väärin. Tuolloin Hooke tunnettiin vain akateemisissa piireissä. Suurelle yleisölle hän oli tuntematon.
Hooken muistiinpanojen löytyminen palautti hänet tiedemaailman tietoisuuteen, ja hänen panoksensa muun muassa tähtitieteeseen, matematiikkaan ja painovoiman selvittämiseen tunnustettiin uudelleen.
Tarina Newtonin ahaa-elämyksestä, kun hän sai omenan päähänsä, on kuitenkin liian sitkeähenkinen sivuutettavaksi. Vuonna 1726 ikääntynyt Newton kertoi päivällisseurueelle, miten hän oli juonut teetä omenapuun varjossa ja putoava omena pani liikkeelle pohdiskelut painovoimasta. Anekdootti julkaistiin sittemmin elämäkerrassa, ja myöhemmissä versioissa siihen lisättiin, että omena osui suoraan Newtonin päähän.
Historioitsijat eivät tiedä, keksikö Newton tarinan tarkoituksellisesti. Puhtaasta ahaa-elämyksestä tuskin oli kyse, koska painovoima jo oli kuvattu kaikilla muilla tavoilla paitsi puhtaan matemaattisesti. Newtonia olivat varmasti innoittaneet jo toiset, muun muassa Robert Hooke, kuten yksi hänen tunnetuimmista sitaateistaan myös vihjaa: ”Jos olen nähnyt kauemmas kuin muut, se johtuu vain siitä, että olen seissyt jättiläisten olkapäillä.”
Innokkaimpia omenatarinan levittäjiä oli Newtonin sisarpuolen tytär Catherine, yksi harvoista, joiden kanssa Newton oli ystävällisissä väleissä. Catherine oli Newtonin vierellä, kun tämä 31. maaliskuuta 1727 henkäisi viimeisen kerran 84-vuotiaana.