แอปเปิลกับดวงจันทร์

แอปเปิลตกลงพื้น ดวงจันทร์ไม่ตก คนสมัยนั้นถือว่าเป็นคนละเรื่อง การเคลื่อนที่ของโลกอยู่ข้างล่าง การเคลื่อนที่ของฟ้าอยู่ข้างบน

ชายหนุ่มที่ถูกส่งกลับบ้านจากเคมบริดจ์เพราะโรคระบาด ถามว่ามันเป็นเหตุการณ์เดียวกันหรือเปล่า ดวงจันทร์กำลังตกอยู่ด้วยไหม แล้วพลาดโลกเพราะมันเคลื่อนด้านข้างเร็วพอ

กว่าจะตอบได้ใช้เวลายี่สิบปี ใช้คณิตศาสตร์แบบใหม่ และใช้หนังสือที่คนอื่นออกเงินพิมพ์ให้ ทุกวันนี้เรายังใช้ฟิสิกส์ชุดนี้ส่งยานอวกาศ

กาลิเลโอแสดงให้เห็นว่าของตกบนโลกอย่างไร เคปเลอร์หากฎสามข้อที่ดาวเคราะห์ทำตาม จากการฟิตข้อมูลหลายสิบปี

แต่กฎไม่ใช่เหตุผล ไม่มีอะไรบอกว่าทำไมต้องเป็นวงรี หรืออะไรยึดมันไว้ คำตอบที่นิยมคือของเดการ์ต ว่ามีน้ำวนที่มองไม่เห็นพาดาวเคราะห์ไปเหมือนใบไม้ในธารน้ำ

บางคนสงสัยว่าเป็นแรงที่ลดตามกำลังสองของระยะ ฮุก ฮัลเลย์ และเรน ถกกันในร้านกาแฟที่ลอนดอน แต่ไม่มีใครพิสูจน์ได้ว่ามันให้วงโคจรรูปอะไร

เขาเกิดที่วูลส์ธอร์ปวันคริสต์มาสปี 1642 ตัวเล็กจนไม่มีใครคิดว่าจะรอด พ่อเสียไปก่อนแล้ว และแม่ก็ทิ้งเขาไว้กับยายตั้งแต่เล็ก

เขาเข้าทรินิตีคอลเลจ เคมบริดจ์ ปี 1661 ในฐานะไซซาร์ คือนักศึกษาที่จ่ายค่าเรียนด้วยการรับใช้นักศึกษาที่มีเงินกว่า

แล้วโรคระบาดก็ปิดมหาวิทยาลัย เขากลับบ้านไปอยู่คนเดียวสองปี คิดแคลคูลัสขึ้นมา หาองค์ประกอบของแสงได้ และเริ่มเรื่องแรงโน้มถ่วง เป็นศาสตราจารย์ตอนอายุยี่สิบหก แล้วแทบไม่ตีพิมพ์อะไรเลยอีกยี่สิบปี

ใคร ๆ ก็รู้ว่าปริซึมทำให้เกิดสี คำอธิบายที่ยอมรับกันคือแก้วย้อมแสง

นิวตันปิดบานเกล็ด ปล่อยลำแสงแคบเข้ามาลำเดียว แล้ววางปริซึมขวางไว้ แสงที่ตกผนังอีกด้านไม่ใช่จุดกลม แต่เป็นแถบยาว เรียงลำดับเดิมทุกครั้ง

แล้วเขาก็ชี้ขาด เขาปล่อยให้ผ่านไปแค่สีเดียว แล้วส่งสีนั้นผ่านปริซึมอันที่สอง มันออกมาเป็นสีเดิม

แก้วไม่ได้สร้างอะไร แสงขาวเป็นของผสมอยู่แล้ว ปริซึมแค่คัดแยก กดปุ่มแล้วลองทำทั้งสามขั้น

ถ้าเลนส์หักเหแต่ละสีไม่เท่ากัน กล้องที่ใช้เลนส์ก็ต้องเห็นภาพมีขอบสีเสมอ ต่อให้เจียนดีแค่ไหนก็แก้ไม่ได้

นิวตันเลยสร้างกล้องที่ไม่ใช้เลนส์รวมแสง เขาหล่อและขัดกระจกโลหะเอง กว้างแค่สองนิ้ว แล้วได้กล้องสั้น ๆ ที่ทำงานได้ดีเท่ากล้องที่ยาวกว่ามาก

ราชสมาคมเห็นมันปี 1671 แล้วรับเขาเป็นสมาชิก บทความชิ้นแรกเรื่องสีออกปีถัดมา แล้วถูกโรเบิร์ต ฮุกโจมตี นิวตันถอนตัว และไม่ยอมตีพิมพ์งานด้านแสงเป็นหนังสือจนกว่าฮุกจะตาย

ดวงจันทร์อยู่ห่างราวหกสิบเท่าของรัศมีโลก ถ้าแรงโน้มถ่วงเจือจางตามกำลังสองของระยะ แรงตรงนั้นต้องอ่อนลงหกสิบยกกำลังสอง คือสามพันหกร้อยเท่า

แอปเปิลที่ผิวโลกมีความเร่งเก้าจุดแปดเมตรต่อวินาทีกำลังสอง หารด้วยสามพันหกร้อยได้ประมาณสองจุดเจ็ดพันส่วน

ทีนี้คำนวณว่าดวงจันทร์ต้องมีความเร่งเท่าไรถึงจะโค้งรอบเราได้ จากระยะและคาบหนึ่งเดือนของมัน คำตอบเป็นเลขตัวเดียวกัน แรงเดียวทำทั้งสองงาน ลองเลื่อนมวลทดสอบแล้วดูแรงเปลี่ยน

นิวตันย่อความคิดทั้งหมดลงในภาพเดียว ตั้งปืนใหญ่บนภูเขาที่สูงจนไม่มีอากาศ แล้วยิงออกไปในแนวระนาบ

ยิงเบาลูกกระสุนตกใกล้ ยิงแรงขึ้นตกไกลขึ้น แรงขึ้นอีก ความโค้งของวิถีเริ่มเข้าใกล้ความโค้งของผิวโลก

ที่ราวเจ็ดจุดเก้ากิโลเมตรต่อวินาที มันไม่ตกลงพื้นอีกเลย มันตกอยู่ตลอด แต่พื้นโลกโค้งหนีเร็วเท่ากัน แล้ววนกลับมาชนคุณจากด้านหลัง เกินสิบเอ็ดจุดสองแล้วมันจากไปไม่กลับ กดเลือกความเร็วแล้วยิง

มกราคม 1684 ฮุก ฮัลเลย์ และเรน เห็นตรงกันว่าแรงน่าจะลดตามกำลังสองของระยะ แต่ไม่มีใครแสดงได้ว่ามันให้วงโคจรรูปอะไร เรนตั้งรางวัลไว้ ไม่มีใครได้ไป

สิงหาคมปีนั้นฮัลเลย์ขี่ม้าไปเคมบริดจ์แล้วถามตรง ๆ นิวตันตอบทันทีว่าวงรี เขาคำนวณไว้แล้ว แล้วก็หากระดาษไม่เจอ

พฤศจิกายน ต้นฉบับเก้าหน้ามาถึงลอนดอน ชื่อว่าด้วยการเคลื่อนที่ของวัตถุในวงโคจร ฮัลเลย์อ่านแล้วรู้ว่านี่ไม่ใช่บทความ แต่เป็นจุดเริ่มของหนังสือ เขาใช้เวลาสามปีเค้นมันออกมาจากนิวตัน

ปรินซิเปียออกเดือนกรกฎาคม 1687 ราชสมาคมใช้งบไปกับหนังสือเรื่องปลาหมดแล้ว ฮัลเลย์เลยควักเงินตัวเองจ่ายโรงพิมพ์

หนังสือเปิดด้วยกฎการเคลื่อนที่สามข้อ แล้วอ้างว่ามีแรงเดียวที่อ่อนลงตามกำลังสองของระยะ กระทำระหว่างมวลทุกคู่ในจักรวาล

จากข้อนั้น กฎของเคปเลอร์หล่นออกมาเป็นผลพวง รวมถึงน้ำขึ้นน้ำลงและส่วนป่องที่เส้นศูนย์สูตรโลก คำสำคัญคือสากล กฎเดียวกันสำหรับแอปเปิล ดวงจันทร์ และดาวหางที่ยังไม่มีใครเห็น

ทฤษฎีจะมีค่าก็ต่อเมื่อกล้ายื่นคอออกไป ทฤษฎีของนิวตันทำแบบนั้นสองครั้ง หลังจากเขาตายไปแล้ว

ฮัลเลย์เอาคณิตศาสตร์ใหม่ไปใช้กับบันทึกดาวหาง สรุปว่าการพบเห็นสามครั้งคือวัตถุเดียวบนวงรียาว แล้วทำนายว่ามันจะกลับมาปี 1758 เขาตายปี 1742 คืนคริสต์มาสปี 1758 มันกลับมาจริง

ปี 1846 ดาวยูเรนัสเดินเบี่ยง เลอ แวรีเยถือว่านิวตันถูก คำนวณว่าดาวที่มองไม่เห็นต้องอยู่ตรงไหน แล้วส่งตำแหน่งไปเบอร์ลิน กัลเลอเจอเนปจูนภายในชั่วโมงเดียว ห่างไม่ถึงหนึ่งองศา

เราอยากยกให้เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่คนแรก แต่เอกสารของเขาเองไม่ยอมให้ทำแบบนั้น

เขาใช้เวลาหลายสิบปีกับการเล่นแร่แปรธาตุ มีเตาหลอมในสวนที่ทรินิตี และเขียนเรื่องคำพยากรณ์ในคัมภีร์มากกว่าเรื่องฟิสิกส์ ตอนเคนส์อ่านเอกสารพวกนั้นปี 1936 เขาบอกว่านิวตันไม่ใช่คนแรกของยุคแห่งเหตุผล แต่เป็นนักเวทคนสุดท้าย

เขายังเป็นศัตรูที่ดุร้าย สู้กับฮุกเรื่องแสงและเครดิตของแรงโน้มถ่วง และสู้กับไลบ์นิซเรื่องแคลคูลัส แม้ไลบ์นิซตายไปแล้วก็ยังไม่เลิก

ปี 1696 ตอนอายุห้าสิบสาม เขาออกจากเคมบริดจ์ไปคุมโรงกษาปณ์หลวง

เหรียญเงินของอังกฤษถูกตัดขอบและปลอมจนแทบไม่มีค่า นิวตันคุมการผลิตเหรียญใหม่ทั้งระบบ แล้วไล่ล่าคนปลอมเงินเอง เก็บหลักฐานในโรงเตี๊ยมและว่าความเอง

เขากลายเป็นคนรวย เป็นประธานราชสมาคมปี 1703 และได้เป็นอัศวินปี 1705 เป็นคนแรกที่ได้จากผลงานวิทยาศาสตร์ เขาเสียชีวิตที่ลอนดอนปี 1727 อายุแปดสิบสี่ และถูกฝังที่เวสต์มินสเตอร์แอบบีย์ เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ได้รับเกียรตินั้น

คนเดียวกับที่หาเนปจูนเจอ เป็นคนที่เจอรอยร้าว วงรีของดาวพุธค่อย ๆ หมุนไป และราวสี่สิบสามพิลิปดาต่อศตวรรษของการหมุนนั้นไม่มีสาเหตุแบบนิวตัน

เลอ แวรีเยหยิบไม้เดิมมาใช้ เสนอว่ามีดาวเคราะห์ซ่อนอยู่อีกดวง นักดาราศาสตร์ตามหาอยู่ห้าสิบปี มันไม่มีอยู่จริง

ปี 1915 สัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ให้ตัวเลขสี่สิบสามที่ขาดไปได้เกือบพอดี โดยมองแรงโน้มถ่วงไม่ใช่แรง แต่เป็นความโค้งของปริภูมิและเวลา นิวตันไม่ได้ผิด แต่เป็นค่าประมาณ

คำถามในสวนแอปเปิลคือฟ้ากับพื้นดินเดินตามกฎเดียวกันหรือเปล่า คำตอบคือใช่ และมันคือฐานรองของทุกอย่างที่ตามมา

กฎของเคปเลอร์เลิกเป็นข้อเท็จจริงดิบ ๆ น้ำขึ้นน้ำลงและรูปร่างของโลกออกมาจากสมการเดียว และมันยังเป็นเครื่องมือทำงานจริง แผนการบินไปดาวอังคารและวงโคจรของดาวเทียมทุกดวงเหนือหัวคุณ ใช้กลศาสตร์ของนิวตัน

เขาเขียนถึงฮุกระหว่างที่ขัดแย้งกันว่า ถ้าเขามองได้ไกลกว่า ก็เพราะยืนอยู่บนบ่าของยักษ์ อ่านตามบริบทแล้วประโยคนี้มีเงี่ยง และก็จริงด้วย

ภาพประจำบทในเรื่องนี้สร้างด้วย AI ส่วนภาพเหมือน หน้าหนังสือ แผนภาพที่นิวตันวาดเอง และภาพจากยานอวกาศ เป็นของจริง แหล่งข้อมูลอยู่ด้านล่าง