Newton had een duister geheim

Newton staat voor schut

De Society werd in 1660 opgericht met het doel om de wetenschap te verspreiden en was gehuisvest in een indrukwekkend voormalig paleis in hartje Londen. En toen Newton, pas 29, in 1672 zijn intrede deed, zaten de knapste koppen van het koninkrijk klaar om elk woord van hem op een goudschaaltje te wegen.

Newton nam plaats in de zaal voor de bepruikte geleerden en begon zijn revolutionaire ideeën over de ware aard van het licht uiteen te zetten.

De Italiaanse natuurkundige en astronoom Galileo Galilei had een paar decennia eerder aangetoond dat geluid bestaat uit golven, en anderen – onder wie Newton – vroegen zich af of hetzelfde gold voor licht.

Tijdens een pestepidemie zocht Newton zijn toevlucht tot het platteland. Hier had hij de tijd om proeven te doen met prisma’s, waaruit hij opmaakte dat wit licht alle kleuren van de regenboog bevat.

De verklaring hiervoor was volgens Newton dat licht uit kleine deeltjes moest bestaan. Hij noemde ze corpuscles. En het verschil in deze deeltjes leidde tot verschillend gekleurd licht.

De strijd om het licht

Toen Robert Hooke, die die dag in het publiek zat, Newtons theorie van de corpuscles aanhoorde, snoof hij spottend. Dat licht uit deeltjes zou bestaan was een absurd idee. Geluid bestaat uit golven, dus licht ook. Licht bestond uit witte golflengten – en gekleurd licht ontstond wanneer het witte licht ‘gecorrumpeerd werd’, sprak een belerende Hooke.

Als Robert Hooke van leer trok, dook iedereen weg. Als voorzitter van wetenschappelijke experimenten bij de Royal Society was hij een machtig man. Hij besliste welke experimenten de vereniging zou financieren. En zijn eigen wetenschappelijke ontdekkingen waren zo baanbrekend, dat een wetenschapshistoricus hem de Engelse Leonardo da Vinci heeft genoemd.

Toen Hooke weer was gaan zitten, volgden andere kritische stemmen, en Newtons corpuscles werden met de grond gelijkgemaakt. Een vernederde Newton zag af van plannen om een verhandeling over licht te publiceren, en de volgende tien jaar weigerde hij deel te nemen aan openbare discussies.

De jongen van het eilandje

De Robert Hooke die in 1672 Newton aanviel was op dat moment op het hoogtepunt van zijn macht en populariteit – maar hij was van ver gekomen. Met zijn ijver en talent had hij de destijds ongebruikelijke overstap gemaakt van een arme jeugd op het eiland Wight naar de gotische, hoog oprijzende gebouwen van de elitaire universiteit van Oxford.

Daar demonstreerde Robert Hooke zijn talent voor het opzetten van experimenten en het bouwen van wetenschappelijke apparaten, en dat was precies wat de scheikundige Robert Boyle nodig had. Hij was een van de beroemdste wetenschappers van het rijk en was in 1660 een van de oprichters van de Royal Society. Zodra hij de ‘stal’ van Boyle binnenstapte, gingen alle deuren open voor de ambitieuze Hooke.

In 1665 publiceerde Hooke het boek Micrographia. Hij was de eerste die de pas uitgevonden microscoop gebruikte voor het bestuderen van insecten, planten en fossielen. Van de waarnemingen die hij door de lens deed, maakte hij schetsen, die in het boek werden afgedrukt. Micrographia werd een bestseller – en inspireerde anderen om de microscoop in te zetten voor serieuze wetenschap.

In het boek introduceerde Hooke ook het woord cel, dat we tegenwoordig gebruiken om de kleinste biologische bestanddelen te beschrijven. Het boek bezorgde Hooke de status van wetenschappelijke superster. Dat we hem nu niet meer zo goed kennen, komt door een lastercampagne die op touw gezet werd door een man met een ego dat nog groter was dan zijn genialiteit – Newton.

Newton zou boer worden

Isaac Newtons jeugd was misschien meer bevoorrecht dan die van Hooke, maar niet makkelijker. Zijn vader stierf voor Isaac geboren was, en de nieuwe man van zijn moeder wilde de jongen niet in het huishouden opnemen. Newton werd daarom bij zijn grootmoeder gestald. Negen jaar lang zag hij noch zijn moeder, noch de drie kleine halfzusjes die zij ter wereld bracht. Pas toen zijn stiefvader stierf, mocht Newton terug naar de boerderij.

Zijn moeder zag haar zoon al achter een ploeg lopen, maar de begaafde Newton droomde van een toekomst achter een telescoop. Gelukkig konden een oom en Newtons schoolhoofd zijn moeder ervan overtuigen dat haar jongen niet in de wieg gelegd was voor het boerenleven in het rustige Woolsthorpe in Zuidoost-Engeland.

Genie had een schaduwzijde

In 1661 verliet Newton de boerderij om te gaan studeren aan de universiteit van Cambridge. Trinity College, het grootste en volgens velen ook het mooiste van heel Cambridge, werd zijn nieuwe thuis.

Hier, tussen de witte kalkstenen gebouwen langs de oevers van de Cam, bereikte hij een aantal wetenschappelijke doorbraken. Zo vond hij een nieuw type telescoop uit, de spiegeltelescoop, die het licht veel beter richtte dan de bestaande lenzentelescopen.

De plattelandsjongen floreerde in zijn werk, maar op persoonlijk gebied namen zijn schaduwkanten vaak de overhand.

Op zijn 19e schreef Newton een lijst van zonden die hij had begaan. Zo koesterde hij als jongen een vurige haat jegens zijn moeder en stiefvader, en hij had gedreigd de boerderij in brand te steken.

Latere geleerden vroegen zich af of de afwijzing in zijn jeugd vormend is geweest voor Newton. Anderen herkennen trekken van een bipolaire stoornis of wijten zijn karakter, dat door tijdgenoten als ronduit moeilijk wordt beschreven, aan onderdrukte homoseksualiteit.

De vele biografieën over Newton schetsen een beeld van een vindingrijke maar rancuneuze eenling, een uitzonderlijk genie, maar ook een stugge en ijdele zonderling met een voorliefde voor mystiek en niet in staat tot het sluiten van vriendschappen.

Met andere woorden, Newton was niet makkelijk. Maar zijn wetenschappelijke inzicht was uniek, en weinig mensen hebben zo’n enorme en blijvende waarde voor de wetenschap gehad als Newton.

Al op zijn 26e werd hij benoemd tot hoogleraar wiskunde. Die betrekking gaf hem de mogelijkheid om het laatste doelwit van zijn ongebreidelde nieuwsgierigheid na te jagen, en een van de grootste puzzels van de wetenschap van toen: de zwaartekracht.

Het mysterie van de onzichtbare kracht

In 1609 toonde de Duitse astronoom Johannes Kepler aan dat de planeten niet in cirkels om de zon bewegen, maar in ellipsen. Omdat Kepler jarenlang had zitten cijferen om tot dit resultaat te komen, twijfelden weinig mensen eraan dat hij gelijk had.

Maar hoe zat dat? Waardoor bewogen de planeten in fijne, concentrische cirkels?

Astronoom Edmond Halley was jarenlang bezig om de vraag te beantwoorden. Een theorie in Keplers tijd was dat er een onzichtbare kracht was – een kracht die de planeten in elliptische banen rond de zon houdt.

Halley, ook lid van de Royal Society, benaderde Robert Hooke, in de hoop dat die hem kon helpen.

Hooke had tijdens eerdere lezingen voor de Royal Society geopperd hoe hemellichamen elkaar via deze kracht beïnvloedden, en dat die sterker is naarmate de hemellichamen dichter bij elkaar staan. Hij had er zelfs van gedachten over gewisseld met Newton.

Met andere woorden, Hooke – en waarschijnlijk anderen voor hem – hadden in die tijd al een vrij goed beeld van de zwaartekracht en haar grondbeginselen. Maar ze hadden niet de principes geformuleerd of de wetten gevonden waardoor de zwaartekracht werkt.

Hooke beloofde verdere berekeningen te doen, maar die kwamen nooit.

Het wachten beu sprong Halley in de postkoets en reed naar Newton in Cambridge. Net als Hooke beweerde Newton dat hij de theorie kon bewijzen. Hij had het bewijs zelfs tussen zijn papieren liggen, hij kon het alleen even niet vinden.

Newton beloofde te schrijven als hij het bewijs had gevonden. Weer wachtte Halley maandenlang, maar op een dag kreeg hij eindelijk een brief. Daarin beschreef Newton wiskundig hoe de onzichtbare kracht de planeten in hun elliptische banen houdt.

Het bewijs leek solide. Met behulp van Newtons formule berekende Halley de banen van een aantal kometen. Hij toonde aan dat de kometen die in 1531, 1607 en 1682 aan de hemel werden waargenomen, één en dezelfde waren. En hij voorspelde correct dat de komeet die nu zijn naam draagt in 1758 – en daarna elke 76 jaar – opnieuw de aarde zou passeren.

Het conflict over de zwaartekracht

Anderhalf jaar na de brief voltooide Newton de opzet van een heel boek. Daarin legde hij uit hoe een natuurkracht die hij gravity noemde (gravitas is het Latijnse woord voor zwaartekracht), ervoor zorgt dat elk voorwerp in het heelal andere voorwerpen beïnvloedt met een kracht die omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand.

Verdubbel je de afstand tussen objecten, dan neemt de zwaartekracht ertussen dus vier keer af. En halveer je de afstand, dan neemt hij vier keer toe.

Met deze wet stelde Newton voor het eerst een formule op voor een van de vier natuurkrachten, de zwaartekracht. (De andere zijn de elektromagnetische kracht en de zwakke en de sterke kernkracht.)
Halley, die uit een familie kwam die fortuin had gemaakt met de verkoop van zeep, nam de taak op zich om het boek uit te geven – uit eigen zak betaald.

Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, zoals het boek heet, wordt nu beschouwd als het belangrijkste in de geschiedenis van de wetenschap.

Naast de beschrijving van de zwaartekracht bevat het baanbrekende werk ook Newtons drie wetten van traagheid, van de inwerking van kracht en van actie-reactie, die nog steeds deel uitmaken van het natuurkundecurriculum.

Hooke was woedend toen Principia verscheen. Halley, die ooit zijn leerling was geweest, was achter zijn rug om naar zijn aartsrivaal gegaan.

Hooke vond dat de twee zijn ideeën over de zwaartekracht hadden gestolen, en ze hadden hem niet eens in het boek genoemd. Geen bedankje kon eraf. Geen verwijzing naar al het voorwerk dat hij had gedaan.

Hookes protesten waren aan dovemansoren gericht. Zelf was hij met geen enkel bewijs gekomen. En Newton had een wiskundige taal uitgevonden om de zwaartekracht te beschrijven.

In de jaren na het conflict ging de gezondheid van Robert Hooke geleidelijk achteruit. Hij zette zijn werk voor de Royal Society voort, maar in 1697 was hij bijna blind, takelde hij af en kon hij nauwelijks nog op zijn benen staan.

In 1703 overleed hij – alleen in bed, ongewassen en met smerige kleren aan. Zijn dode lichaam zou zozeer hebben gekrioeld van het ongedierte dat niemand hem wilde aanraken.

Rivaal wordt uit de geschiedenis gewist

Een trotse instelling als de Royal Society pronkte met haar rijke geschiedenis en haar prominente leden via portretten aan de muren. Maar een van de beroemdste zonen van het genootschap, Robert Hooke, kreeg nooit een plaats in de galerij.

Uit Hookes dagboek blijkt dat hij ooit een portret heeft laten schilderen. Maar waar dat is gebleven, weet niemand. Het gerucht gaat dat Newton het heeft laten verdwijnen. Toen Hooke stierf, werd Newton gekozen tot voorzitter van de Royal Society. Na Hookes dood zou hij het portret hebben laten ophalen en in de haard hebben verbrand. Volgens een ander verhaal liet hij het schilderij achter toen het genootschap naar een nieuw pand verhuisde.

Newton deinsde er niet voor terug om Hooke in een slecht daglicht te plaatsen. Na de dood van zijn aartsrivaal beschreef hij Hooke publiekelijk als een naar mannetje dat met de eer van andermans ontdekkingen probeerde te strijken. In die tijd schitterde Newton zelf op het wetenschappelijke toneel.

In 1704 publiceerde hij zijn tweede grote werk, Opticks, waarin hij zijn baanbrekende theorieën over de breking van licht herhaalde. En deze keer luisterde de wetenschap. Newtons theorie van ‘corpuscles’, of lichtdeeltjes, hield stand tot de jaren 1920, toen de kwantumtheorie uitwees dat licht de vorm van zowel deeltjes (fotonen) als golven aanneemt.

Weinigen namen het op voor Robert Hooke. De pionier van de microscopie en een van de vaders van de zwaartekracht raakte stilaan in de vergetelheid.

Vermiste dagboeken van Hooke duiken op

In de jaren 1930 vonden wetenschapshistorici dagboekaantekeningen van Robert Hooke in drie Britse archieven, waar ze vergeten of verkeerd gecatalogiseerd waren. In die tijd was Hooke alleen bekend in academische kringen en niet bij het grote publiek.

Zo kwam Hooke weer onder de aandacht van wetenschapshistorici, en zijn bijdragen aan onder andere astronomie, wiskunde en het raadsel van de zwaartekracht werden opnieuw erkend.

Maar Newtons verhaal van de appel was te mooi om er hier zomaar aan voorbij te gaan. In 1726 vertelde een al oudere Newton tijdens een diner hoe hij zijn thee dronk in de schaduw van een appelboom en hoe hij begon na te denken over de zwaartekracht door een vallende appel. De anekdote belandde in een biografie, en in latere versies van het verhaal viel de appel op zijn hoofd.

Geschiedkundigen weten niet of Newton zijn leven heeft willen opleuken met het verhaal. Maar een aha-moment was het niet: de zwaartekracht was buiten de wiskunde al op allerlei manieren beschreven. Hij was waarschijnlijk geïnspireerd door onder anderen Robert Hooke, zoals een van zijn beroemdste citaten aangeeft: ‘Als ik verder heb kunnen kijken dan anderen, is dat alleen omdat ik op de schouders van reuzen stond.’

Een fervente verspreider van het appelverhaal was zijn nichtje Catherine, een van de weinigen met wie Newton een band had. Zij was bij hem toen hij op 31 maart 1727 op zijn 84e overleed.