Isaac Newton
(16431727)

Levél Robert Boyle-hoz
1679

(in: Isaac Newton: A világ rendszerérõl és egyéb írások.
Válogatta, fordította és az utószót írta Fehér Márta, Magyar Helikon, 1977)


Tisztelt Uram!

Oly hosszan halogattam a fizikai kvalitásokra vonatkozó gondolataim megírását és elküldését, holott pedig megállapodtunk ebben, hogy ha nem éreztem volna ígéretemet magamra nézve kötelezônek, most már talán restellnék is eleget tenni neki. Igazság szerint azonban gondolataim e tárgyban oly éretlenek még, hogy magam sem vagyok elégedett velük, s ami engem nem elégít ki, azt nem tartom méltónak rá, hogy másokkal közöljem, kivált ha ez a természettant érinti, ahol a képzelôdésnek amúgy sincs vége-hossza. Mivel azonban elköteleztem magamat Önnek, s tegnap összetalálkoztam egy barátommal, Maulyverer úrral, aki elmondta, hogy Londonba készül, s Önt is szándékában áll meglátogatni, nem szalaszthattam el az alkalmat, hogy vele elküldjem Önnek soraimat.

Mivel kívánsága csupán a kvalitások mibenlétének kifejtése volt, ezért nézeteimet feltevések formájában adom elô, amint következik. 1. Elôször is feltételezem, hogy valami éterszerû szubsztancia tölti be a teret, s ez az anyag rendkívül rugalmas, összehúzódni és tágulni képes, egyszóval minden tekintetben olyan, mint a levegô, csak sokkal finomabb.

2. Másodszor feltételezem, hogy ez az éter átjárja a szilárd testeket is, ezek pórusaiban elhelyezkedve azonban kisebb a sûrûsége, mint a szabad térben, méghozzá annál inkább, minél kisebbek a pórusok. Így (másokkal együtt) ebben látom az okát annak, hogy a testek felületére beesô fény a merôleges irányába törik meg, továbbá, hogy a csiszolt fémfelületek légmentes edényben egymáshoz tapadnak, valamint hogy a higany néha a 30 hüvelyknél hosszabb üvegcsöveket is végig kitölti; ebben látom azonfelül egyik fô okát a testek részei közötti kohéziónak, ez az oka feltevésem szerint a filtrációnak, továbbá annak, hogy a szûk üvegcsövekben a víz magasabbra emelkedik, mint az abban az edényben levô víznek a felszíne, melybe a csövek belemerülnek. Azt gyanítom ugyanis, hogy az éter nemcsak a testek láthatatlan pórusaiban ritkul fel, hanem e csövek jól látható szûkületeiben is. És ugyanez a princípium okozza feltehetôleg azt is, hogy az oldószerek oly hevesen hatolnak be az oldódó testek pórusaiba, mivel a körülöttük levô éter és az atmoszféra nyomása egymásba préseli ôket.

3. Harmadszor feltételezem, hogy a testeken belüli ritkább és a rajtuk kívüli sûrûbb étert nem matematikai felületek határolják, hanem fokozatosan mennek át egymásba, s a külsô éter befelé egyre ritkábbá, a belsô pedig kifelé sûrûbbé válván, a test felszínétôl kis távolságban levô helyeken valamennyi sûrûségi fokozat megtalálható. Feltehetôleg ez az oka annak, hogy Grimaldi kísérletében a fény egy kés (vagy más átlátszatlan test) élénél elhaladva elhajlott, s mintha csak törést szenvedett volna, számos színre bomlott. Legyen ugyanis az ABCD négyszög egy akár átlátszó, akár átlátszatlan szilárd test, EFGH a testben levô egyöntetû éter külsô felszíne, és IKLM a körülötte levô egyöntetû éter belsô felszíne; tegyük fel most, hogy az EFGH és IKLM felületek közötti éter sûrûsége átmegy a kívül és belül levô egyöntetû éter sûrûsége közötti különbség valamennyi fokozatán. Ekkor az SB és SK napsugaraknak, melyek a test élénél, B és K között haladnak el, az egyenlôtlen sûrûségû éteren való áthaladásuk közben, a K felé esô sûrûbb éterben eltérülést kell szenvedniük, méghozzá annál inkább, minél közelebb haladnak a test felszínéhez, szétszóródván ezáltal a PQRST térben, amint ezt a tapasztalat is mutatja. Az EFGH és IKLM felületek közötti teret mármost úgy nevezem, hogy ez az éter fokozatos ritkulásának tere.

4. Negyedszer: ha két test egymás felé mozogván közel kerül egymáshoz, feltevésem szerint a köztük levô éter ritkábbá válik, mint elôzôleg volt, s így az éter fokozatos ritkulásának terei az egymás felé esô részen a testek felületétôl kissé távolabbra is kiterjednek, mint eladdig, mégpedig annál az oknál fogva, hogy a testeket elválasztó szûk résben az éter már nem áramolhat olyan szabadon, mint annak elôtte. Így azután, ha nincs más test a közelében, az ABCDFE testet körülvevô éter fokozatos ritkulásának tere csak a GHLMRS távolságba nyúlik, ha ellenben egy másik, NOPQ test van a közelben, akkor az éter fokozatos ritkulásának tere egészen IK-ig nyúlik; feltételezem továbbá, hogy amint a másik test közeledik, úgy válik a közbül levô éter egyre ritkábbá.

Feltevéseimet mindeddig úgy írtam le, mintha azt gondolnám, hogy az éter fokozatos sûrûségváltozási tereit olyan éles felületek határolják, mint amilyen az elsô ábrán az IKLM, a második ábrán pedig a GMRS felület; ezt azonban csak mondandóm egyszerûbb kifejtése végett tettem. Valójában nem hiszem, hogy e tereknek éles határaik volnának, hanem inkább úgy vélem, hogy a ritkulás vagy sûrûsödés észlelhetetlenül finom fokozatokban történik, s ennélfogva ezek a terek sokkalta nagyobb távolságra terjednek, mint különben hinnénk vagy feltenni kényszerülnénk.

5. A negyedik feltevésbôl mármost az következik, hogy ha két egymás felé mozgó test olyan közel kerül egymáshoz, hogy a köztük levô éter ritkulni kezd, akkor a testek kezdenek ellenállást tanúsítani a további közelítéssel szemben, és arra törekszenek, hogy távolodjanak egymástól; ez az ellenállás és törekvés pedig csak növekszik, amint egyre közelebb kerülnek egymáshoz, mivel a közbülsô éter ezáltal egyre jobban felritkul. Egy bizonyos távolságban azután, amikor a testek már olyan közel jutottak egymáshoz,. hogy a körülöttük levô éter nyomása annyival meghaladja a közöttük levô ritkább éterét, hogy legyôzi a testeknek a közelítéssel szemben kifejtett ellenállását, akkor ez a nyomáskülönbség heves közeledésre készteti ôket és végül oly erôsen összetapadnak, amint azt már a második feltevés kifejtése során leírtam. Példának okáért, amikor a második ábra szerinti ED és NP testek már olyan közel vannak egymáshoz, hogy az éter fokozatos ritkulási terei kezdenek összeérni, majd egybeesnek az IK vonal mentén, akkorra a köztük levô éter már igen nagy mértékben felritkult, s ez a ritkítás sok erôt vesz igénybe, azaz a testek erôs egymáshoz nyomását teszi szükségessé; annak pedig, hogy a testek egymástól távolodni törekszenek, az a törekvés az oka, hogy a köztük levô éter igyekszik visszanyerni megelôzô természetes sûrûségét. S ekkor még e törekvést nem ellensúlyozza a testeket körülvevô éter és a köztük az IK vonal mentén levô éter nyomáskülönbsége. Amint azonban a testek még közelebb kerülnek egymáshoz, úgyhogy a köztük levô éter ritkábbá válik, mint a körülöttük levô, akkor ebbôl a sûrûségkülönbségbôl a testeket egymás irányába mozgató nyomás származik, amely további közeledésükkel oly naggyá válik, hogy legyôzi az említett eltávolodási törekvést, így azután egymás felé mozognak, s végül összetapadnak. Ha ellenben valamely erô visszakényszeríti ôket abba a távolságba, amelyben a távolodni törekvés kezdi felülmúlni a közeledési hajlamot, akkor újra különválnak egymástól. Nos, úgy vélem, fôként ez az oka annak, hogy a légy úgy tud a vízen sétálni, hogy nem nedvesíti be a lábát, következésképpen tehát nem érinti a vizet; továbbá annak, hogy két csiszolt üvegdarab nyomás nélkül nem hozható érintkezésbe, még akkor sem, ha az egyik sík, a másik pedig kissé konvex alakú; azonkívül úgy gondolom, ez az oka annak is, hogy a porszemek nyomás hatására sem tapadnak úgy egymáshoz, mint akkor tennék, ha közvetlenül érintkeznének; valamint annak is, hogy a vízben oldott sók és festékanyagok részecskéi nem süllyednek összetömörülve az edény aljára, hanem egyenletesen eloszlanak a folyadékban, és még jobban szétterjednek, ha több vizet töltünk az edénybe. Ez az oka annak is, hogy a párák és kigôzölgések, valamint a levegô részecskéi egymástól bizonyos távolságra helyezkednek el, és arra törekszenek, hogy egymástól olyan messzire kerüljenek, amennyire csak ezt a környezô atmoszféra nyomása engedi; úgy vélem ugyanis, hogy a levegô, meg a különbözo párák és kigôzölgések ama keveréke, amit közönségesen atmoszférának nevezünk, nem más, mint a földet alkotó különféle testek részecskéinek összessége, melyek a mondott elv értelmében elkülönültek, és egymástól bizonyos távolságban lebegnek.

Az oldószerek hatása pedig feltevéseim alapján a következôképpen magyarázható. Tegyük fel, hogy valamilyen festôanyagot, például kosenilt,1 vagy börzsönyt2 dobunk vízbe; amint a víz kezd behatolni az anyag pórusaiba, és részecskéit mindenfelôl megnedvesíti, e részecskék, melyek eddig a második feltevésben említett elv értelmében a testhez tapadtak, most leválnak róla, vagy legalábbis gyengébben vonzódnak hozzá, mivel a víz behatolásának eredményeképpen a részecskéket körülvevô éter kezd egyenletesen sûrûvé válni. Ezután a részecskék már a legkisebb mozgás hatására leválnak a testrôl, és úszni kezdenek a vízben. Asok vízben úszó részecske alkotja azután azt az elegyet, melynek színe élénk lesz, ha a részecskék mind azonos méretûek és sûrûségûek, de zavaros, piszkos színûvé válik egyébként. Mert a természetes testek színe, úgy látszik, kizárólag részecskéik méretétôl és sûrûségétôl függ mint ezt egy másik, s feltehetôen Ön által is ismert tanulmányomban3 részletesen is kifejtettem. Amennyiben ugyanis a részecskék igen kicsinyek (mint a sók, a szulfátok és a gyanták esetében), akkor az oldat átlátszó lesz; amint pedig egyre nagyobbá és nagyobbá válnak, úgy válik az elegy színe rendre feketévé, fehérré, sárgává és vörössé; vagy ibolyaszínûvé, kékké, halványzölddé, sárgává, narancsszínûvé, vörössé; bíborszínûbôl kékké, zölddé, sárgává, narancssárgává, vörössé és így tovább, amint az az átlátszó testek igen vékony lemezein megjelenô színeknél megfigyelhetô. Ha tehát azt akarjuk megtudni, miért okoz színváltozást különbözô fajtájú folyadékok összekeverése, azt kell fontolóra vennünk, hogyan változik meg egy keveréket alkotó részecskék mérete és sûrûsége valamely más folyadék hozzáadása révén.

Ha viszont valamely fémet helyezünk közönséges vízbe, a víz nem képes behatolni a fémnek a pórusaiba és feloldani azt. Nem azért, mintha részecskéi túlságosan durvák lennének ehhez, hanem mert a víz nem vegyül fémmel. Rejtett természeti princípium4 mûködik ugyanis abban, hogy mely dolgokkal vegyülhetnek a folyadékok és melyekkel nem. Így például a víz nem keveredik az olajjal, de az alkohollal és a sókkal igen. Azonkívül a víz beszivárog a fába, a higany viszont nem; a fémekbe ellenben a higany képes behatolni, s a víz, mint mondottuk, nem. És hasonlóképpen: az aqua fortis5 oldja az ezüstöt, de nem oldja az aranyat, az aqua regis6pedig oldja az aranyat, de nem az ezüstöt, és ígytovább. Valamely folyadék azonban, amely magában véve nem vegyül egy bizonyos anyaggal, valamely alkalmas közvetítô anyag hozzáadásával mégis vegyülésre késztethetô. Így például az olvasztott ólom egymagában nem vegyül sem a rézzel, sem a Mars-regulus-szal,7 ón hozzáadásával azonban mindkettôvel vegyülésre késztethetô. A víz pedig, különbözô sópárák8 közbelépésével oldja a fémeket is. Ugyanis, ha valamely fémet olyan vízbe teszünk, amelybe elôzôleg ilyen sópárákat, mondjuk aqua fortis-t, aqua regis-t vagy vitriolsavat9 kevertünk, akkor a vízben lebegô sórészecskék megtámadják a fémet, és vegyülési hajlamuk folytán behatolnak annak pórusaiba, körülvéve a külsô fémrészecskéket, melyek folytonos rezgésben vannak, ezért azután a sórészecskéknek sikerül fokról fokra beljebb nyomulniuk a külsô fémrészecskék és a fémtömb közé, s így lassan leválasztaniuk ôket a tömbrôl. Asórészecskékkel együtt a pórusokba behatoló vízrészecskék még inkább fellazítják a fémrészecskéket, melyeket azután már, az oldási folyamatban szerzett mozgást felhasználva, könnyû leválasztani a fémtömbrôl. Ezeket a levált részecskéket még a vízben úszva is körülveszik akárcsak a magot a héj a sórészecskék, úgy, amint az a mellékelt ábrán látható. (Az ábrán a részecskéket gömb alakúnak ábrázoltam, jóllehet kocka vagy egészen más formájuk is lehet.)

Ha egy ily módon elôállított fémoldathoz egy olyan folyadékot öntünk, amelynek a részecskéihez a szóban forgó sórészecskék szívesebben társulnak, mint a fémrészecskékhez (ilyen például a borkô oldat), akkor amint ezek egymásra találnak a folyadékban, a sórészecskék egymás után leválnak a fémrészecskékrôl, melyeket eddig körülvettek, és az új anyag részecskéit fogják körül, amelyekhez erôsebben tapadnak. Tegyük fel példának okáért, hogy A egy ilyen, salétromsav sórészecskékkel körülvett fémrészecske; E pedig egy, a b és c salétromsav részecskékkel érintkezô borkôsav részecske; tegyük fel továbbá, hogy E c-n átgördülve d felé mozog, s a b részecske, amely erôsebben tapad E-hez, mint A-hoz, leszakad A-ról. Így azután, amint E végiggördül A-n, sorra leszakítja róla a fémsót alkotó sórészecskéket, míg csak valamennyit maga köré nem gyûjti. Anitrátrészecskéjüktôl ily módon megfosztott fémrészecskék elvesztvén a közvetítô anyagot, mely a vízben lebegésüket eddig elôsegítette, és mivel a helyükre benyomuló új részecskék úgyis egymás felé taszítják ôket, végül is a második feltevésben említett elv értelmében egymáshoz tapadnak, rögökké tömörülnek, és saját súlyuknál fogva lesüllyednek az edény aljára, ez az, amit kicsapódásnak neveznek.

Fémoldatokban, amikor egy részecske leválik a fémtömbrôl, mihelyt olyan távolságra jut tôle, ahol a negyedik és ötödik feltevésben említett távolító princípium hatása túlsúlyra jut a második feltevésben leírt közelítô princípium felett, a részecske távolodása meggyorsul, úgyhogy mintegy erôvel elrugaszkodik a tömbtôl, heves mozgásba hozva a környezô folyadékot is; elôidézi és fokozza tehát ily módon azt a hôt, melyet gyakran észlelünk fémoldódásnál. Ha pedig egy fémrészecske azelôtt rugaszkodik el a tömbtôl, mielôtt még a víz körülvehette volna, vagy oly élénken, hogy lerázza magáról a vizet, akkor a víz a negyedik és ötödik feltevésben említett princípium értelmében távol tartódik a részecskéktôl, gömbhéjként véve körül azt, mivel többé nem képes közvetlen érintkezésbe lépni vele. Számos ilyen részecske azután ugyanezen elv alapján összegyûlve buborékot alkot, melyben a részecskék egymástól is meghatározott távolságban helyezkednek el, és víz nem hatol be közéjük. Ez az oka feltevésem szerint annak, hogy heves oldódásnál gyakran tapasztalható pezsgés.

Ám a szilárd és tömör anyagok légnemûvé változtatásának ez csak az egyik módja. Amásik a hevítés. Amint ugyanis a hômozgás leválasztja a vízrészecskéket a víz felszínérôl, azok a mondott princípium értelmében egymástól és a levegôrészecskéktôl is bizonyos távolságban fel s le kezdenek lebegni a levegôben, s ez az, amit gôznek nevezünk. Feltételezem ezért, hogy ha egy test részecskéi eléggé kicsinyek (és véleményem szerint a vízrészecskék ilyenek), akkor egyedül a hô hatása elégséges ahhoz, hogy elválassza ôket egymástól. Amennyiben azonban a részecskék ennél sokkal nagyobbak, akkor szétválasztásukhoz erôs oldószerekre van szükség, hacsak nem sikerül valamely más módon kisebb részecskékre törni ôket. Ugyanis, mint mondják, a legszilárdabb anyagokat, például az aranyat is párolgásra lehet késztetni, ha részecskéit kisebbre törjük. Ezért a testek különbözô párolgási készsége és rögzítettsége, úgy vélem, részecskéik különbözô nagyságától függ.

És ugyanettôl a nagyságkülönbségtôl függ a légnemû anyagok eltérô hajlama halmazállapotuk megtartására. A könnyebb érthetôség kedvéért tegyük fel, hogy ABCD valamely nagyobb fémdarab, EFGH a belsejében levô egyöntetû éter külsô határa, K pedig egy fémrészecske az AB felület közelében. Ha ez a K részecske olyan kicsiny, hogy nem ér el az EF felületig, akkor nyilvánvaló, hogy a középpontjában az éter sûrûbb, mintha a részecske nagyobb volna, mivel ha nagyobb, akkor a középpontja távolabb van az AB felülettôl, vagyis közelebb ahhoz a helyhez, ahol az éter a feltevés szerint ritkább. Ennélfogva tehát minél kisebb a K részecske, annál sûrûbb az éter a középpontjában, mert ez annál közelebb van az AB felülethez, ahol az éter sûrûbb, mint az EFGH felületén belül. És ha a részecskét leválasztjuk a testrôl, és eltávolítjuk tôle valami olyan helyre, ahol az éter még sûrûbb, akkor a benne levô éter sûrûsége is arányosan nôni fog. Ezt fontolóra véve meg fogja érteni, miért nô a részecske nagyságának csökkenésével a benne levô éter sûrûsége, míg csak a kívül és belül lévô éter sûrûsége már alig különbözik; azaz míg csak el nem tûnik az az ok, amely e részecskéket egymástól bizonyos távolságban tartotta. Ez az ok ugyanis, mint a negyedik és ötödik feltévésben mondottam, nem más, mint a külsô és belsô éter sûrûségkülönbsége. Ez lehet a magyarázata annak is, hogy a kicsiny párarészecskék könnyen összetömörülnek és visszakerülnek a vízbe, hacsak az ôket mozgásban tartó hô nem oly erôs, hogy nyomban szétszórja óket, amint összeállnak; a bomlásból10 származó kigôzölgések nagyobb és durvább részecskéi ellenben állhatatosabban ôrzik légnemû állapotukat, mivel a bennük levô éter ritkább.

Ám a légnemû anyagok halmazállapotának maradandóságához nemcsak részecskéik nagysága, hanem sûrûsége is hozzájárul. Minthogy a sûrû anyagoknál a részecskéken kívüli és belüli éter sûrûségkülönbsége még nagyobb, mint a ritka anyagoknál. Ennélfogva már nemegyszer gondoltam, hogy igazán maradandó levegôt fémgôzbôl lehetne elôállítani, minthogy egyetlen más anyag részecskéi sem sûrûbbek a fémekénél. S úgy vélem, ezt a tapasztalat is alátámasztja, mivel emlékszem, hogy a Philosophical Transactions-ban olvastam egyszer arról, hogy Huygens úr Párizsban úgy találta: a borkôsó feloldásából eredô levegô két vagy három napon belül ismét összetömörül és lecsapódik, fém oldódásából származó levegô azonban hosszú ideig bármiféle lecsapódás nélkül változatlan állapotban marad. S ha ráadásul fontolóra veszi azt is, hogy a földmélyi üregek katlanaiban állandóan folyó erjedés hatására sokféle anyag válik légnemûvé, hogy mindezek együtt alkotják azután az atmoszférát,11 s hogy közülük a legmaradandóbbak a fémekbôl eredôk, akkor talán már azt sem tartja képtelenségnek, hogy a légkör legmaradandóbb része, a valódi levegô ezekbôl álljon; kivált mivel ezek a fémgôzök a legnehezebbek valamennyi légnemû szubsztancia közül és így az atmoszféra legalján kell elhelyezkedniük, közvetlenül a Föld felszínén, feljebb szorítva a könnyebb párákat és kigôzölgéseket, ezek pedig nagy bôségben helyezkednek el fölöttük. Mondom, így kell lennie ennek a föld gyomrában a savas oldószerek hatására elôálló fémkigôzölgések esetében, és így is van a valódi, permanens levegô esetében, mert ezt ésszerû az atmoszféra legnehezebb részének tekinteni, lévén legalul, s ráadásul az is a súlyossága mellett szól, hogy a vízpárák könnyedén felszállnak benne, megtartja a ködöt és a hófelhôket, s még a durva és súlyos füst is felfelé törekszik benne. A levegô egyúttal az atmoszféra legdurvább és legközömbösebb része, mely a benne lebegô finomabb párák és kigôzölgések nélkül nem alkalmas az élôlények táplálására; s ugyan mi lehetne távolabb az élettôl és közömbösebb a fennmaradás szempontjából, mint a fémes anyagok.

Még egy további sejtésemet is elmondom, amely csak most ötlött fel bennem, hogy ezt a levelet írom. S ez a gravitáció okával kapcsolatos. Feltételezem, hogy az éter egymástól rendkívül kicsiny fokozatokban különbözô finomságú részecskékbôl áll; továbbá azt, hogy a testek pórusaiban inkább a finomabb részecskék, a szabad térben pedig inkább a durvábbak találhatók meg; és hogy következésképpen a Föld hatalmas testében is jóval több a finom részecske, mint a durvább, nem úgy, mint a levegôben, ahol az arány fordított. A levegôben levô durvább éter mindazonáltal behatol a Föld felszíni régióiba, csakúgy mint a finomabb éter a légkör alsó régióiba oly módon, hogy az atmoszféra tetejétôl lefelé a Föld felszínéig és a Föld felszínétôl annak középpontjáig az éter mind egyre finomabbá és finomabbá válik. Képzeljünk el mármost egy, a levegôben felfüggesztett vagy a földön fekvô testet; a feltevés szerint a test felsô részeinek pórusaiban levô éter durvább, mint az alsó részekben levô; a durvább éter pedig nem oly alkalmas arra, hogy a pórusokban maradjon, mint az alatta levô finomabb, s így arra törekszik, hogy kijusson onnan, és helyet adjon a finomabb éternek; mindez azután nem mehet végbe anélkül, hogy a test ne kezdene el lefelé mozogni, helyet adva maga fölött a távozó éternek.

Az éterrészecskék e feltételezett fokozatos finomodásával számos további jelenség is megvilágíthatóvá és beláthatóvá válik. Ám már abból is, amit eddig elmondtam, könnyen megítélheti, van-e sejtéseimnek szemernyi valószínûsége is, mert ez minden, amire törekszem. Ami engem illet, én oly kevéssé foglalkozom effajta dolgokkal, hogy, ha Ön fel nem bátorít rá, úgy vélem, magamtól soha nem fogtam volna tollat papírra vetni ôket. A kifejtés hézagosságát ezért, remélem, könnyû szívvel megbocsátja majd.

Cambridge, 1679. február 28.

Az Ön legalázatosabb szolgája és tisztelôje

Isaac Newton


Jegyzetek

Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/