Ruch w najogólniejszym znaczeniu, to znaczy pojmowany jako forma istnienia materii, jako jej inherentny atrybut, obejmuje wszystkie zachodzące we wszechświecie zmiany i procesy, od zwykłych zmian miejsca do myślenia. Badanie natury ruchu musiało, rzecz jasna, roztrząsać i poznawać najniższe, najprostsze formy ruchu, zanim mogło zrobić coś dla wyjaśnienia jego form wyższych, bardziej złożonych. Widzimy tedy, jak w rozwoju historycznym nauk przyrodniczych najpierw została opracowana teoria najprostszych zmian miejsca, mechanika ciał niebieskich i mas ziemskich; dalej idzie teoria ruchu cząsteczkowego, fizyka, a tuż po niej, niemal równolegle z nią, a nieraz nawet ją wyprzedzając, nauka o ruchu atomów - chemia. Dopiero kiedy te różne gałęzie wiedzy o panujących w przyrodzie nieożywionej formach ruchu osiągnęły wysoki stopień rozwoju, można było zająć się skutecznie objaśnianiem zjawisk ruchu stanowiących proces życia. Wyjaśnianie tych zjawisk posuwało się naprzód w miarę postępów mechaniki, fizyki i chemii. Toteż gdy mechanika od dawna już może w sposób zadowalający tłumaczyć obserwowane w organizmie zwierzęcym działanie dźwigni kostnych, wprawianych w ruch przez skurcze mięśni - sprowadzając je do praw mechaniki rządzących również przyrodą nieożywioną - fizyko-chemiczne uzasadnienie innych zjawisk życia znajduje się zaledwie w początkowym stadium swego rozwoju. Przystępując więc do badania natury ruchu, musimy wyłączyć jego formy organiczne i ograniczyć się z konieczności - ze względu na stan wiedzy - do form ruchu przyrody nieożywionej.
Wszelki ruch związany jest z jakimś przesunięciem, ze zmianą położenia ciał niebieskich, mas ziemskich, cząsteczek, atomów czy też cząstek eteru. Im wyższa jest forma ruchu, tym mniejsza jest zmiana miejsca. Nie wyczerpuje ona żadną miarą istoty danego ruchu, lecz jest odeń nieodłączna. Dlatego też od niej przede wszystkim należy zacząć badanie.
Cała dostępna nam przyroda stanowi pewien system, pewien układ powiązanych ze sobą ciał, przy czym przez ciała rozumiemy tu wszelkie twory materialne, poczynając od gwiazdy, a kończąc na atomie, a nawet na cząstce eteru, jeżeli uznamy jego istnienie. Już w fakcie, że ciała te pozostają we wzajemnym związku ze sobą, zawiera się również i to, że oddziałują na siebie; to ich wzajemne na siebie oddziaływanie jest właśnie ruchem. Już z tego wynika, że materia bez ruchu jest nie do pomyślenia. A dalej, jeżeli materia jest czymś danym, niestwarzalnym i niezniszczalnym, to wynika stąd, że również i ruch jest niestwarzalny i niezniszczalny. Wniosek ten stał się nieodparty z chwilą, kiedy wszechświat został uznany za układ, zespół zależnych wzajemnie ciał. I to, że filozofia doszła do tej idei na długo, zanim jeszcze ugruntowała się ona w przyrodoznawstwie, wyjaśnia nam, dlaczego filozofia o całe dwieście lat wyprzedziła przyrodoznawstwo formułując wniosek o niestwarzalności i niezniszczalności ruchu. Nawet forma, w jaką filozofia ujęła ten wniosek, góruje nad sformułowaniem nadanym mu przez współczesne przyrodoznawstwo. Twierdzenie Kartezjusza, że ilość ruchu we wszechświecie pozostaje zawsze ta sama37, jest wadliwe tylko od strony formalnej, gdyż stosuje termin oznaczający coś skończonego do wielkości nieskończonej. Natomiast w przyrodoznawstwie istnieją obecnie dwa sformułowania tego prawa: sformułowanie Helmholtza o zachowaniu siły i nowsze, bardziej sprecyzowane, o zachowaniu energii, wszakże jedno z nich, jak dalej zobaczymy, orzeka coś wręcz przeciwnego niż drugie i ponadto każde wyraża jedną tylko stronę stosunku.
Jeżeli dwa ciała działają na siebie tak, że powoduje to zmianę położenia jednego z nich albo obydwu, to ta zmiana położenia może polegać jedynie na zbliżaniu się ich lub oddalaniu. Albo przyciągają się one wzajemnie, albo się odpychają. Czyli, jak się wyraża mechanika, działające między nimi siły są siłami centralnymi, działają one wzdłuż prostej łączącej ich środki. Dzisiaj jest dla nas rzeczą oczywistą, że tak właśnie dzieje się we wszechświecie, zawsze i wszędzie, bez wyjątku, niezależnie od tego, jak złożone wydają się niektóre ruchy. Uznalibyśmy za niedorzeczne przypuszczenie, że dwa działające na siebie ciała, których oddziaływanie wzajemne nie napotyka żadnej przeszkody ani nie ulega wpływowi działania ciał trzecich, działają na siebie inaczej niż po drodze najkrótszej i najprostszej, czyli wzdłuż prostej łączącej ich środki 208a. Ale jak wiadomo, Helmholtz („Zachowanie siły”, Berlin 1847, część I i II) dostarczył również matematycznego dowodu na to, że działanie centralne i niezmienność ilości ruchu209 warunkują się wzajemnie i że założenie działań innych niż centralne prowadzi do twierdzeń, zgodnie z którymi ruch mógłby być stworzony lub zniszczony. Podstawową formą wszelkiego ruchu jest więc zbliżanie się i oddalanie, kurczenie się i rozszerzanie, krótko mówiąc, stare biegunowe przeciwieństwo przyciągania i odpychania.
Zaznaczmy wyraźnie, że przyciąganie i odpychanie rozpatrujemy tu nie jako tak zwane „siły”, lecz jako proste formy ruchu. Wszak już Kant ujmował materię jako jedność przyciągania i odpychania. A o tym, jak się ma w związku z tym sprawa „sił”, będzie mowa w innym miejscu.
Wszelki ruch polega na przemiennym przyciąganiu i odpychaniu. I jest on możliwy tylko wtedy, gdy każde poszczególne przyciąganie kompensuje się odpowiednim odpychaniem w innym miejscu. W przeciwnym bowiem razie jedna strona zyskałaby z czasem przewagę nad drugą i w konsekwencji ruch by ustał. Zatem wszystkie przyciągania i wszystkie odpychania we wszechświecie muszą się wzajemnie równoważyć. Prawo niezniszczalności i niestwarzalności ruchu otrzymuje tedy następującą formę: każdy ruch przyciągania we wszechświecie musi być uzupełniony równoważnym mu ruchem odpychania, i odwrotnie; albo też, jak to wyrażała dawna filozofia, na długo przed sformułowaniem przez przyrodoznawstwo prawa zachowania siły czy energii: suma wszystkich przyciągań we wszechświecie równa się sumie wszystkich odpychań.
Może się jednak wydawać, iż pozostają jeszcze dwie możliwości, że z czasem wszelki ruch ustanie, mianowicie na skutek tego, że odpychania i przyciągania w końcu kiedyś rzeczywiście się zrównoważą, albo wskutek tego, że w jednej części materii będzie ostatecznie panowało wyłącznie odpychanie, a w pozostałej - wyłącznie przyciąganie. Z dialektycznego punktu widzenia możliwości te są z góry wykluczone. Z chwilą gdy dialektyka, opierając się na wynikach całego naszego dotychczasowego doświadczenia przyrodniczego, wykazała, że wszelkie biegunowe przeciwieństwa są uwarunkowane wzajemnym oddziaływaniem obu przeciwstawnych biegunów, że rozłączność i przeciwstawność tych biegunów istnieje tylko w ramach ich wzajemnej przynależności i zespolenia, i odwrotnie, że ich zespolenie jest uwarunkowane ich rozłącznością, a ich przynależność wzajemna ich przeciwstawnością - nie może być mowy ani o ostatecznym zrównoważeniu odpychania i przyciągania, ani o ostatecznym umiejscowieniu przyciągania w jednej połowie materii, a odpychania w drugiej, czyli nie może być mowy ani o wzajemnym przenikaniu się209a, ani o absolutnym rozdzieleniu tych dwu biegunów. Twierdzenie takie oznaczałoby w pierwszym przypadku żądanie, żeby biegun północny i biegun południowy magnesu zobojętniły się wzajemnie, jeden za pośrednictwem drugiego, a w drugim -żeby przepiłowanie magnesu pośrodku między dwoma biegunami dało z jednej strony połowę północną bez bieguna południowego, a z drugiej - połowę południową bez bieguna północnego. Jakkolwiek bezzasadność takich przypuszczeń wynika już z dialektycznego charakteru przeciwieństwa biegunowego, przynajmniej drugie z nich - na skutek panującego wśród przyrodników metafizycznego sposobu myślenia - odgrywa jeszcze pewną rolę w teoriach fizykalnych. Będzie jeszcze o tym mowa we właściwym miejscu.
Jakże więc przedstawia się ruch we wzajemnym oddziaływaniu przyciągania i odpychania? Najlepiej zbadamy to na poszczególnych formach samego ruchu. Rezultat wyniknie w końcu sam przez się.
Rozpatrzmy ruch jakiejś planety wokół jej ciała centralnego. Zwykła astronomia szkolna wyjaśnia za Newtonem, że elipsa, jaką zakreśla ta planeta, jest rezultatem współdziałania dwóch sił - przyciągania ciała centralnego i siły stycznej unoszącej planetę prostopadle do kierunku tego przyciągania. Oprócz więc formy ruchu skierowanego centralnie astronomia szkolna zakłada inny jeszcze kierunek ruchu, prostopadły do linii łączącej środki rozpatrywanych ciał, czyli jeszcze jedną tak zwaną „siłę”. Przez to popada ona w sprzeczność ze wspomnianym wyżej podstawowym prawem, według którego wszelki ruch w naszym wszechświecie może się odbywać tylko w kierunku grodków ciał wzajemnie na siebie działających, czyli jak się to zwykło mówić, może być wywołany tylko przez „siły” działające centralnie. Astronomia ta wprowadza zatem do teorii element ruchu, którego przyjęcie, jak to już widzieliśmy, nieuchronnie prowadzi do idei stwarzalności i zniszczalności ruchu i dlatego też musi zakładać istnienie Stwórcy. Było więc rzeczą istotną, aby tę tajemniczą siłę styczną sprowadzić do formy ruchu odbywającego się centralnie, i problem ten rozwiązała teoria kosmogoniczna Kanta - Laplace'a. Jak wiadomo, według tej teorii układ słoneczny powstał z wirującej, bardzo rozrzedzonej masy gazowej, w rezultacie jej stopniowego kurczenia się; na równiku tej kuli gazowej ruch obrotowy był oczywiście najsilniejszy i odrywał od jej masy pojedyncze pierścienie gazowe, które następnie zgęszczały się w planety, planetoidy itd., i krążyły wokół ciała centralnego w kierunku pierwotnego ruchu obrotowego. Ów zaś ruch obrotowy tłumaczy się zazwyczaj ruchem własnym poszczególnych cząstek gazowych, które poruszają się w najrozmaitszych kierunkach; jednak w końcu wytwarza się przewaga w pewnym określonym kierunku i wywołuje ruch obrotowy, który w miarę postępującego kurczenia się kuli gazowej musi przybierać na sile. Jakąkolwiek zresztą przyjmie się hipotezę o pochodzeniu ruchu obrotowego, każda usuwa siłę styczną i sprowadza ją do szczególnej formy ruchu w kierunku centralnym. Jeżeli pierwszy, w bezpośrednim znaczeniu centralny element ruchu planety reprezentowany jest przez ciężkość, przyciąganie między planetą a ciałem centralnym, to element drugi, styczny, stanowi przeniesioną czy też przekształconą pozostałość pierwotnego odpychania poszczególnych cząstek kuli gazowej. A zatem proces istnienia danego systemu słonecznego przybiera postać wzajemnie oddziałujących na siebie objawów przyciągania i odpychania, przy czym przyciąganie zyskuje stopniowo coraz większą przewagę na skutek tego, że odpychanie zostaje wypromieniowane w postaci ciepła w przestrzeń kosmiczną, skutkiem czego dany układ słoneczny traci je w coraz większym stopniu.
Już na pierwszy rzut oka widać, że forma ruchu, którą rozpatrujemy tu jako odpychanie, jest tą samą formą, którą fizyka nowoczesna określa jako „energię”. Układ tracił na skutek kurczenia się i spowodowanego tym odrywania się poszczególnych ciał, które dziś doń należą, „energię”; strata tej „energii”, według znanych obliczeń Helmholtza, wynosi obecnie już 453/454 całej ilości ruchu, jaką układ zawierał pierwotnie w formie odpychania.
Weźmy z kolei jakąś masę na naszej Ziemi. Na skutek ciężkości związana jest ona z Ziemią, tak jak Ziemia ze swej strony ze Słońcem; ale w odróżnieniu od Ziemi nie jest ona zdolna do swobodnego ruchu planetarnego. Może ją wprawić w ruch tylko impuls z zewnątrz, a i wtedy ruch jej, skoro tylko impuls ustaje, ulega zahamowaniu bądź pod działaniem samej tylko ciężkości, bądź też pod działaniem ciężkości w połączeniu z oporem ośrodka, w którym się ta masa porusza. Zresztą i ten opór sprowadza się w ostatniej instancji do działania ciężkości, bez której Ziemia nie miałaby na swojej powierzchni żadnego stawiającego opór ośrodka, żadnej atmosfery. W przypadku więc ruchu czysto mechanicznego na powierzchni Ziemi mamy do czynienia ze stanem rzeczy, przy którym zdecydowanie przeważa ciężkość, przyciąganie, w którym przeto wytwarzanie ruchu wykazuje dwie fazy: najpierw przeciwdziałanie ciężkości, a potem umożliwienie jej działania, krótko mówiąc: podnoszenie i spadanie.
Mamy więc znów oddziaływanie wzajemne między przyciąganiem, z jednej strony, a formą ruchu odbywającego się w kierunku doń przeciwnym, czyli odpychaniem - z drugiej strony. Jednakże w obrębie czystej mechaniki ziemskiej (która operuje masami o danym, niezmiennym dla niej stanie skupienia i spójności) ta forma ruchu, polegająca na odpychaniu, w przyrodzie nie występuje. Warunki fizyczne i chemiczne, w których odłamek skały odrywa się od wierzchołka góry lub w których możliwy się staje wodospad, znajdują się poza jej obrębem. Toteż ruch odpychania, podnoszenia musi być w czystej mechanice ziemskiej stwarzany sztucznie: siłą człowieka, zwierzęcia, wody, pary itd. I ta okoliczność, ta konieczność walki z naturalnym przyciąganiem za pomocą środków sztucznych, budzi w umysłach mechaników przeświadczenie, że przyciąganie, ciężkość albo, jak się oni wyrażają, siła ciężkości stanowi najbardziej istotną, wręcz podstawową formę mchu w przyrodzie.
Jeżeli na przykład podnosimy jakiś ciężar, po czym ciężar ten przez bezpośrednie lub pośrednie spadanie przekazuje ruch innym ciałom, to według utartego poglądu mechanicznego przekazywanie ruchu następuje nie na skutek podniesienia ciężaru, lecz na skutek siły ciężkości. Tak więc na przykład Helmholtz pisze:
„Najlepiej znana nam i najprostsza siła, ciężkość, działa jako siła napędowa... na przykład w zegarach ściennych poruszanych przez ciężarki. Ciężarek... nie może ulec działaniu ciężkości nie wprawiając w ruch całego mechanizmu zegara”. Nie może zaś wprawiać w ruch mechanizmu zegarowego nie opadając, toteż opada dopóty, dopóki nie odwinie się do końca sznur, na którym jest zawieszony. „Wówczas zegar staje, zdolność jego ciężarka do wykonywania pracy jest na razie wyczerpana. Ciężkość jego nie została utracona ani się nie zmniejszyła; ciężarek jest w tym samym stopniu co przedtem przyciągany przez Ziemię, ale zdolność ciężkości do wytwarzania ruchu została utracona... Możemy jednak zegar nakręcić posługując się siłą naszej ręki, przy czym ciężarek znów zostanie podniesiony do góry. Z chwilą gdy się to stało, ciężarek odzyskał dawną zdolność do pracy i może znów utrzymywać zegar w ruchu” (Helmholtz, „Populare Vortrage”, II, str. 144-145).
Zatem według Helmholtza zegar wprawiany jest w ruch nie przez aktywne przekazywanie ruchu, podnoszenie ciężarka, lecz przez bierną ciężkość, jakkolwiek dopiero podniesienie wyrywa tę ciężkość z bierności, a po odwinięciu sznura, na którym ciężarek jest zawieszony, powraca ona znowu do swej bierności. Jeżeli więc według nowszego poglądu energia, jak przed chwilą widzieliśmy, jest tylko innym terminem na określenie odpychania, to tutaj w, poglądzie dawniejszym, helmholtzowskim, siłą jest innym terminem na określenie przeciwieństwa odpychania - przyciągania. Na razie konstatujemy tylko ten fakt.
Tak więc proces ziemskiej mechaniki dobiegł końca, kiedy ciężka masa została najpierw podniesiona, a następnie opadła z powrotem do tego samego poziomu; a co stało się z ruchem, który stanowił treść tego procesu? Dla czystej mechaniki ruch ten znikł. Obecnie jednak wiemy, że bynajmniej nie uległ on unicestwieniu. W mniejszej swej części zamienił się w falowe drgania dźwiękowe powietrza, a w znacznie większej - w ciepło, które częściowo udzieliło się stawiającej opór atmosferze, częściowo samemu spadającemu ciału i wreszcie gruntowi, na który to ciało spadło. Także ciężarek zegara stopniowo przekazywał swój ruch w formie ciepła powstałego wskutek tarcia poszczególnym trybom mechanizmu zegarowego. Ale to nie ruch spadania, jak zwykło się mówić, tj. przyciąganie zamieniło się w ciepło, czyli pewną formę odpychania. Przeciwnie, przyciąganie, ciężkość, jak słusznie zauważył Helmholtz, pozostaje tym, czym było przedtem, a ściślej mówiąc, nawet się zwiększa. To właśnie odpychanie, przekazane podniesionemu ciału za pomocą podnoszenia, zostaje mechanicznie unicestwione przez, spadanie i wskrzeszone w postaci ciepła. Odpychanie mas zamieniło się w odpychanie molekularne.
Ciepło, jak już powiedzieliśmy, stanowi pewną formę odpychania. Wprawia ono cząsteczki ciał stałych w drganie, powodujące zmniejszanie się spójności cząsteczek, a w końcu przejście do stanu ciekłego; w miarę dalszego dopływu ciepła wzmaga ono ruch cząsteczek również przy ciekłym stanie ciała aż do momentu, kiedy one całkowicie odrywają się od masy i zaczynają poruszać się swobodnie pojedynczo, z określoną, właściwą każdej cząsteczce szybkością, uwarunkowaną jej strukturą chemiczną. W miarę dalszego dopływu ciepła wzmaga ono jeszcze bardziej tę szybkość, coraz bardziej odpycha cząsteczki od siebie.
Ciepło wszakże jest jedną z form tak zwanej „energii”; ta więc i tu okazuje się znów identyczna z odpychaniem.
W zjawiskach elektryczności statycznej i magnetyzmu stwierdzamy biegunowy rozdział przyciągania i odpychania. Jakiejkolwiek trzymalibyśmy się hipotezy co do modus operandi [sposobu działania] tych dwóch form ruchu, nikt przecież w obliczu faktów nie ma wątpliwości, że przyciąganie i odpychanie,
o ile są one wywoływane przez elektryczność statyczną lub magnetyzm i o ile mogą działać bez przeszkód, całkowicie równoważą się wzajemnie, co zresztą wynika nieodzownie z samej już natury rozdziału biegunowego. Dwa bieguny, których działania nie równoważyłyby się całkowicie, nie byłyby wcale biegunami, toteż dotąd nie spotkano takich biegunów w przyrodzie. Pomijamy na razie zjawiska galwanizmu, ponieważ tu proces uwarunkowany jest zmianami chemicznymi, przez co staje się bardziej skomplikowany. Zbadajmy raczej same chemiczne procesy ruchu.
Gdy dwie części wagowe wodoru łączą się z 15,96 częściami wagowymi tlenu tworząc parę wodną, to podczas tego procesu wyzwala się ilość ciepła równa 68,924 jednostek ciepła.
I odwrotnie, rozkład 17,96 części wagowych pary wodnej na dwie części wagowe wodoru i 15,96 części wagowych tlenu możliwy będzie jedynie pod warunkiem, że para wodna otrzyma ilość ruchu równoważną 68,924 jednostkom cieplnym bądź to w postaci ciepła, bądź to w postaci ruchu elektrycznego. To samo dotyczy wszystkich innych procesów chemicznych. W ogromnej większości przypadków przy powstawaniu związków chemicznych wyzwala się ruch, przy rozkładzie zaś ruch musi być doprowadzony z zewnątrz. I tu również odpychanie stanowi z reguły stronę czynną procesu, bogatszą w ruch lub wymagającą doprowadzenia ruchu, przyciąganie natomiast - stronę bierną, oddającą nadmiar ruchu, wyzwalającą ruch. Toteż współczesna teoria głosi, że na ogół biorąc, przy łączeniu się pierwiastków energia wyzwala się, przy rozkładzie zaś energia zostaje związana. „Energia” oznacza więc znowu odpychanie. A Helmholtz znów powiada:
„Siłę tę” (siłę powinowactwa chemicznego) „możemy sobie wyobrazić... jako siłę przyciągania... Ta siła przyciągania między atomami węgla i tlenu wykonuje pracę analogiczną do tej, jaką wykonuje Ziemia oddziaływając w postaci ciężkości na podniesiony ciężar... Gdy atomy węgla i tlenu zdążają ku sobie i łączą się w dwutlenek węgla, to powstające cząsteczki dwutlenku węgla muszą się znajdować w nader gwałtownym ruchu cząsteczkowym, czyli w ruchu cieplnym... Później dwutlenek węgla oddaje swoje ciepło otoczeniu, ale wciąż jeszcze pozostaje w nim cały węgiel, cały tlen, jak również siła powinowactwa obydwu, równie czynna jak przedtem. Jednakże ta siła powinowactwa objawia się teraz tylko w tym, że wiąże ze sobą trwale atomy węgla i tlenu, nie pozwalając na ich oderwanie się od siebie” (tamże, str. 169).
Mamy więc tu zupełnie to samo, co przedtem: Helmholtz obstaje przy tym, że w chemii tak samo jak w mechanice siła polega tylko na przyciąganiu, a zatem stanowi zupełne przeciwieństwo tego, co inni fizycy nazywają energią i co jest identyczne z odpychaniem.
Mamy więc teraz przed sobą już nie dwie proste formy podstawowe, przyciąganie i odpychanie, lecz cały szereg form podrzędnych, w których dokonuje się proces uniwersalnego ruchu, rozwijający się i zanikający w ramach przeciwieństwa przyciągania i odpychania. Ale nie jest bynajmniej tak, że to tylko nasz umysł łączy te wielorakie zjawiska pod jedną ogólną nazwą ruchu. Przeciwnie, same formy te działaniem swoim dowodzą, że są formami jednego i tego samego ruchu, w określonych bowiem warunkach przechodzą w siebie wzajemnie. Mechaniczny ruch mas przechodzi w ciepło, w elektryczność, w magnetyzm; ciepło i elektryczność przechodzą w rozkład chemiczny; z kolei zaś proces wiązania się chemicznego wyzwała znów ciepło i elektryczność, a za pośrednictwem elektryczności - magnetyzm; wreszcie ciepło i elektryczność wytwarzają znów mechaniczny ruch mas. A odbywa się to w ten sposób, że określonej ilości ruchu jednej formy odpowiada zawsze ściśle określona ilość ruchu drugiej formy, przy czym znowu jest rzeczą obojętną, z której formy ruchu zapożyczono jednostkę miary służącą do mierzenia tej ilości ruchu: czy służy ona do mierzenia ruchu mas, ciepła, tak zwanej siły elektromotorycznej, czy też ruchu przekształconego w reakcjach chemicznych.
Stajemy zatem na gruncie teorii „zachowania energii”, której podstawy, w roku 1842, stworzył J. R. Mayer210a, a którą następnie z takim powodzeniem opracowali uczeni wielu krajów, i chcemy przeprowadzić analizę głównych pojęć, jakimi teoria ta dziś operuje. Są to pojęcia „siły”, czyli „energii”, oraz „pracy”.
Stwierdziliśmy już wyżej, że nowszy, dziś już niemal powszechnie przyjęty pogląd rozumie przez „energię” odpychanie, podczas gdy Helmholtz wyrazem „siła” określa przeważnie przyciąganie. Można by uważać to za nieistotną różnicę formalną; bo gdy odpychanie i przyciąganie we wszechświecie równoważy się, może się wydawać rzeczą obojętną, którą stronę stosunku oznaczymy jako dodatnią, którą jako ujemną, podobnie jak jest samo przez się obojętne, czy wychodząc z danego punktu jakiejś prostej będziemy odliczać odcięte dodatnie w lewo czy w prawo od tego punktu. W rzeczywistości jednak wcale tak nie jest.
Tu bowiem interesuje nas przede wszystkim nie tyle wszechświat, ile zjawiska zachodzące na Ziemi i uwarunkowane ściśle określonym położeniem Ziemi w układzie słonecznym i układu słonecznego we wszechświecie. Nasz układ słoneczny zaś w każdej chwili wysyła w przestrzeń kosmiczną olbrzymie ilości ruchu, i to ruchu o całkowicie określonej jakości, mianowicie ciepła słonecznego, czyli odpychania. Sama zaś Ziemia, którą ożywia jedynie ciepło słoneczne, zamienia owo otrzymywane ciepło słoneczne częściowo w inne formy ruchu i ostatecznie również wypromieniowuje je w przestrzeń kosmiczną. A zatem w układzie słonecznym, a zwłaszcza na Ziemi, przyciąganie zyskało już znaczną przewagę nad odpychaniem. Bez dostarczanego przez promienie słoneczne ruchu odpychania ustałby na Ziemi wszelki ruch. Gdyby Słońce jutro ostygło, to przy innych warunkach nie zmienionych przyciąganie pozostałoby na Ziemi takie, jakie jest dziś. Kamień ważący 100 kilogramów ważyłby nadal w tym samym miejscu 100 kilogramów. Natomiast ruch - zarówno mas, jak cząsteczek i atomów - byłby bezwzględnie, wedle naszych pojęć, zahamowany. Jest tedy rzeczą jasną, że jeśli chodzi o procesy zachodzące na naszej obecnej Ziemi, nie jest rzeczą bynajmniej obojętną, co się traktuje jako aktywną stronę ruchu, czyli jako „siłę” lub „energię” - przyciąganie czy odpychanie. Wręcz przeciwnie, na dzisiejszej Ziemi przyciąganie na skutek swej zdecydowanej przewagi nad odpychaniem stało się już całkowicie bierne; wszelki aktywny ruch zawdzięczamy dopływowi odpychania, którego źródłem jest Słońce. I dlatego też nowa szkoła - mimo to, że jej poglądy na naturę ruchu są niejasne - ma w istocie rzeczy słuszność z punktu widzenia procesów ziemskich, a nawet z punktu widzenia całego układu słonecznego, gdy ujmuje energię jako odpychanie.
Co prawda, termin „energia” nie wyraża bynajmniej należycie całego stosunku ruchu, obejmuje bowiem jedną tylko jego stronę - działanie, pomijając przeciwdziałanie. Umożliwia on też mylne wrażenia, że „energia” jest czymś w stosunku do materii zewnętrznym, czymś nadanym jej z zewnątrz. Niemniej jednak należy terminowi temu przyznać wyższość nad terminem „siła”.
Pojęcie siły, jak to ,przyzna ją wszyscy (od Hegla do Helmholtza), zapożyczone jest z dziedziny czynności ludzkiego organizmu w otaczającym go środowisku. Mówimy o sile mięśni, o sile rąk podnoszących ciężary, o sile nóg umożliwiającej bieganie, o sile trawiennej żołądka i jelit, o sile czuciowej nerwów, o sile wydzielania gruczołów itd. Innymi słowy, aby zaoszczędzić sobie szukania rzeczywistej przyczyny zmiany wywołanej jakąś czynnością naszego organizmu, wysuwamy pewną przyczynę fikcyjną, odpowiadającą tej zmianie tak zwaną „siłę”. Tę wygodną metodę przenosimy następnie również na świat zewnętrzny i tym sposobem wynajdujemy tyle sił, ile istnieje rozmaitych zjawisk.
W tym naiwnym stadium rozwoju znajdowały się nauki przyrodnicze (z wyjątkiem może mechaniki niebieskiej i ziemskiej) jeszcze za czasów Hegla, który ma zupełną słuszność, gdy się, obrusza ostro na ówczesną manierę wynajdywania wszędzie sił (zacytować odpowiednie miejsce)211. Podobnie pisze on w innym miejscu:
„Lepiej już mówić, że magnes ma duszę” (jak się wyraża Tales), „niż mówić, iż ma on silę przyciągania; sita jest własnością, którą przedstawiamy sobie jako odłączną od materii, jako predykat; dusza natomiast jest owym samoporuszaniem się, tożsamym z naturą materii”211a („Historia filozofii”, I, str. 208) 212.
Dziś nie upraszczamy sobie tak sprawy z siłami, jak to czyniono wówczas. Posłuchajmy Helmholtza:
„Gdy poznaliśmy jakieś prawo w zupełności, musimy też żądać, by obowiązywało bez wyjątków... Toteż przedstawia nam się ono w postaci pewnej obiektywnej mocy i dlatego nazywamy je siłą. Obiektywizujemy na przykład prawo załamywania się światła jako siłę właściwą substancjom przezroczystym, prawo powinowactwa chemicznego jako siłę powinowactwa różnych substancji względem siebie. Podobnie mówimy o elektrycznej sile kontaktowej metali, o sile przylegania, o sile włoskowatości i wielu innych. W nazwach tych obiektywizowane są prawa, obejmujące zrazu tylko nieliczne szeregi procesów przyrody, których warunki są jeszcze dość zawiłe* - siła to tylko zobiektywizowane prawo działania... Wprowadzane przez nas abstrakcyjne pojęcie siły dodaje do tego jeszcze tylko myśl, że prawa tego nie wynaleźliśmy dowolnie, że jest ono prawem rządzącym przebiegiem zjawisk. I tak nasz postulat rozumienia zjawisk przyrody, to znaczy odnajdywania ich praw, przybiera inną formę, mianowicie tę, że powinniśmy szukać sił stanowiących przyczynę zjawisk” (Helmholtz, str. 189-191; odczyt wygłoszony w roku 1869 w Innsbrucku).
Zauważmy przede wszystkim, że jest to bardzo osobliwy, bądź co bądź, sposób „obiektywizacji”, polegający na tym, że do prawa przyrody, którego niezależność od naszej subiektywności została już stwierdzona, a zatem do prawa przyrody już całkowicie obiektywnego, wnosi się czysto subiektywne pojęcie siły. Na tego rodzaju rzecz mógłby sobie jeszcze pozwolić jakiś wielce prawowierny staroheglista, ale nie taki neokantysta, jak Helmholtz. Ani prawo już ustalone, ani jego obiektywność lub obiektywność jego działania nie zyska w najmniejszym stopniu na obiektywności przez to, że podstawimy pod nie jakąś siłę; dołączymy do niego tylko nasze subiektywne stwierdzenie, że działa ono za pomocą jakiejś siły, która na razie jest nam jeszcze zupełnie nie znana. Ale tajemny sens tego podstawienia ujawnia się z chwilą, gdy Helmholtz podaje przykłady: załamywanie się światła, powinowactwo chemiczne, elektryczność kontaktowa, przyleganie, włoskowatość, i podnosi prawa rządzące tymi zjawiskami do godności „obiektywnych” sił.
„W nazwach tych obiektywizowane są prawa, obejmujące zrazu tylko nieliczne szeregi procesów przyrody, których warunki są jeszcze dość zawiłe”.
I otóż tu właśnie ta „obiektywizacja”, będąca raczej subiektywizacją, zyskuje pewien sens: uciekamy się nieraz do słowa „siła” nie dlatego, że poznaliśmy prawo całkowicie, lecz właśnie dlatego, żeśmy go nie poznali, że nie wyjaśniliśmy sobie jeszcze „dość zawiłych warunków” tych zjawisk. Uciekając się do pojęcia siły wyrażamy tym nie naszą wiedzę, lecz niedostateczność naszej wiedzy o istocie prawa i jego sposobie działania. W tym znaczeniu, jako skrót pojęciowy nie rozpoznanego jeszcze związku przyczynowego, jako pewien wybieg językowy, słowo „siła” uszłoby jeszcze w potocznym użyciu. Ale co ponadto, ode złego jest. Z taką samą słusznością, z jaką Helmholtz tłumaczy zjawiska fizyczne tak zwaną siłą załamywania światła, elektryczną siłą kontaktową itp., z taką samą słusznością scholastycy średniowieczni tłumaczyli zmiany temperatury jakąś vis calorifica [siłą ciepłotwórczą] i vis frigifaciens [siłą ochładzającą], oszczędzając sobie w ten sposób dalszego badania zjawisk cieplnych.
Ale i w tym sensie termin „siła” jest niefortunny. Wyraża bowiem wszystko w sposób jednostronny. Wszystkie procesy przyrody są dwustronne, polegają na stosunku co najmniej dwóch działających stron, na działaniu i przeciwdziałaniu. Tymczasem pojęcie siły, urobione na wzór działania organizmu ludzkiego na świat zewnętrzny oraz według mechaniki ziemskiej, zakłada, że tylko jedna strona jest czynna, działająca, druga zaś jest bierna, odbierająca; rozciąga ono różnicę płci na przyrodę nieożywioną, co jak dotąd, nie daje się udowodnić. Przeciwdziałanie drugiej strony, na którą działa siła, występuje tu co najwyżej jako przeciwdziałanie bierne, jako opór. Koncepcja ta jest do przyjęcia także w wielu dziedzinach poza czystą mechaniką, tam mianowicie, gdzie chodzi o proste przenoszenie ruchu i jego ilościowe określenie. Ale już w bardziej złożonych procesach fizyki koncepcja ta okazuje się niewystarczająca, jak tego dowodzą własne przykłady Helmholtza. Siła załamywania światła zawarta jest zarówno w samym świetle, jak i w ciałach przezroczystych. W przypadkach przylegania i włoskowatości „siła” tkwi niewątpliwie zarówno w powierzchni ciała stałego, jak i w cieczy. Co się tyczy elektryczności kontaktowej, to jedno w każdym razie jest pewne: że mają w tym udział oba metale; a „siła powinowactwa chemicznego”, jeśli się już gdzie mieści, to w każdym razie w obu łączących się substancjach. Siła zaś składająca się z dwóch odrębnych sił, działanie, które nie wywołuje przeciwdziałania, lecz zawiera je i nosi w sobie, nie jest siłą w znaczeniu mechaniki ziemskiej, jedynej nauki, w której naprawdę wiadomo, co oznacza termin „siła”. Wszak do podstawowych warunków mechaniki ziemskiej należy po pierwsze to, że uchyla się ona od badania przyczyn impulsu, to znaczy natury danej siły, po drugie zaś założenie jednostronności siły, której przeciwstawia się w każdym miejscu zawsze sobie równa ciężkość, tak że w porównaniu z dowolną odległością przebywaną przez spadające ciało promień kuli ziemskiej = nieskończoności.
Ale idźmy dalej i zobaczmy, jak Helmholtz „obiektywizuje” swoje „siły” w prawach przyrody.
W jednym z wykładów z roku 1854 („Wykłady”, str. 119) 213 bada on „zasób siły roboczej”, jaki zawierała pierwotnie kulista mgławica, z której powstał nasz układ słoneczny.
„W rzeczy samej mgławica ta wyposażona została pod tym względem w ogromne zasoby już w postaci powszechnej siły przyciągania wzajemnego wszystkich jej części”.
To jest bezsporne. Ale rzeczą równie bezsporną jest i to, że cały ten zasób ciężkości czy ciążenia istnieje w stanie nie uszczuplonym również w obecnym układzie słonecznym; z wyjątkiem chyba tylko nieznacznej części utraconej wraz z materią, która prawdopodobnie została bezpowrotnie wyrzucona w przestrzeń kosmiczną. Dalej:
„Także siły chemiczne musiały już istnieć, gotowe do działania; ale że siły te mogą działać dopiero przy ścisłym zetknięciu się różnorodnych mas, to zanim doszło do ich działania, musiało nastąpić zgęszczenie” [str. 120].
Jeżeli będziemy, jak Helmholtz wyżej, ujmować te siły chemiczne jako siły powinowactwa, a więc jako przyciąganie, to i tu będziemy musieli powiedzieć, że suma łączna sił przyciągania chemicznego zachowuje się w stanie nie uszczuplonym w obrębie układu słonecznego.
Jednakże na tej samej stronicy Helmholtz podaje jako rezultat swoich obliczeń, że w układzie słonecznym „jest obecnie tylko mniej więcej 1/454 część pierwotnej siły mechanicznej jako takiej”. Jakże tu pogodzić jedno z drugim? Przecież siła przyciągania, zarówno powszechna, jak i chemiczna, zachowała się w układzie słonecznym nienaruszona. Żadnego innego określonego źródła siły Helmholtz nie podaje. Co prawda, według Helmholtza, siły te wykonały ogromną pracę. Ale nie zwiększyły się one przez to ani nie zmniejszyły. O każdej cząsteczce w układzie słonecznym i o całym układzie słonecznym można powiedzieć to samo, co o ciężarku zegarowym w opisanym wyżej przykładzie: „Ciężkość jego nie została utracona ani się nie zmniejszyła”. Ze wszystkimi pierwiastkami chemicznymi dzieje się to samo, co ze wspomnianym węglem i tlenem: posiadamy nadal całą pierwotną masę każdego z nich i „siłę powinowactwa chemicznego, równie czynną jak przedtem”. Cóż więc utraciliśmy? i jakaż to „siła” dokonała owej ogromnej pracy, 453 razy większej niż ta, którą według obliczeń Helmholtza wykonać jeszcze może układ słoneczny? Na to Helmholtz me daję odpowiedzi. Ale dalej mówi:
„Czy był tu ponadto zasób siły w postaci ciepła213a, tego nie wiemy” [str. 120].
Za pozwoleniem. Ciepło jest „siłą” odpychającą, działa więc w kierunku przeciwnym do kierunku ciężkości i przyciągania chemicznego, jest minusem, jeżeli ciężkość i przyciąganie oznaczymy jako plus. Jeżeli więc Helmholtz zestawia swój pierwotny zasób siły z przyciągania powszechnego i chemicznego, to istniejący ponadto zasób ciepła należałoby nie dodać, lecz odjąć od tego zasobu sił. W przeciwnym bowiem razie ciepło słoneczne wzmagałoby siłę przyciągania Ziemi, gdy tymczasem - właśnie wbrew tej sile - zamienia ono wodę w parę i unosi ją do góry; ciepło rozżarzonej rury żelaznej, przez którą przepuszcza się parę wodną, musiałoby wzmagać przyciąganie chemiczne tlenu i wodoru, gdy tymczasem właśnie paraliżuje ono jego działanie. Albo, żeby wytłumaczyć rzecz w inny sposób: przypuśćmy, że kulista mgławica o promieniu r, czyli o objętości 4/3 pi r3, ma temperaturę t. Załóżmy dalej, że druga mgławica kulista o takiej samej masie ma przy wyższej temperaturze T większy promień R i objętość 4/3 pi R2. Rzecz jasna, że w drugiej mgławicy przyciąganie - zarówno mechaniczne, jak fizyczne i chemiczne - wtedy dopiero będzie mogło działać z taką samą siłą jak w pierwszej, kiedy ta druga mgławica skurczy się tak, że jej promień R zmniejszy się do wielkości r, czyli gdy wypromieniuje ona w przestrzeń kosmiczną ciepło odpowiadające różnicy temperatur T - t. Zatem mgławica cieplejsza zgęstnieje później niż chłodniejsza, wobec czego ciepło, jako przeszkadzające gęstnieniu, należy z punktu widzenia Helmholtza traktować nie jako plus, lecz jako minus w rachunku „zasobu siły”. Kiedy więc Helmholtz zakłada możliwość, że istniała - w formie ciepła - pewna ilość ruchu odpychającego, dołączająca się do ruchu przyciągającego i powiększająca jego sumę, popełnia zdecydowany błąd rachunkowy.
Sprowadźmy cały ten „zasób siły”, możliwej i wykrywalnej, do tego samego znaku, aby umożliwić dodawanie. Ponieważ na razie nie potrafimy odwrócić ciepła, nie potrafimy zastąpić jego odpychania równoważnym mu przyciąganiem, musimy dokonać tego odwrócenia na obu formach przyciągania. Wtedy zamiast siły przyciągania powszechnego, zamiast siły powinowactwa chemicznego i zamiast ciepła, które, być może, od samego początku już istniało obok tych sił jako takie, weźmiemy po prostu sumę zawartego w kuli gazowej w momencie jej wyodrębniania się ruchu odpychania, czyli tak zwanej energii. Z tym zgadzają się również rachunki Helmholtza, który usiłował obliczyć
„ocieplenie, jakie musiało nastąpić skutkiem przypuszczalnego początkowego zgęszczenia się rozproszonej mgławicowej substancji aż do powstania ciał niebieskich naszego układu” [str. 134],
Sprowadzając w ten sposób cały „zasób sił” do ciepła, do odpychania, umożliwia on również dodanie do tego „zasobu sił” domniemanego „zasobu siły ciepła”. A wówczas wynik obliczenia jest taki, że 453/454 całej zawartej pierwotnie w kuli gazowej energii, czyli odpychania, zostały wypromieniowane w postaci ciepła w przestrzeń kosmiczną, albo, ściślej, że suma całego przyciągania w obecnym systemie słonecznym tak się ma do sumy całego zawartego w nim odpychania jak 454:1. Tylko że wówczas obliczenia te pozostają w całkowitej sprzeczności z tekstem wykładu, do którego załączono je jako dowody.
Fakt, że pojęcie siły powoduje taką gmatwaninę pojęć nawet u fizyków tej miary co Helmholtz, jest najlepszym dowodem, że nie nadaje się ono do naukowego zastosowania w żadnej dziedzinie badań wychodzącej poza ramy mechaniki matematycznej. Mechanika traktuje przyczyny ruchu jako dane, nie interesuje się ich pochodzeniem, lecz tylko ich skutkami. Toteż to, że określa się jakąś przyczynę ruchu jako siłę, nie przynosi mechanice jako takiej żadnego uszczerbku; tylko że wskutek tego wchodzi w zwyczaj przenoszenie tego określenia również do fizyki, chemii i biologii, a tu już nieuchronnie powstaje zamęt. Przekonaliśmy się już o tym i nieraz się jeszcze przekonamy. O pojęciu pracy w rozdziale następnym.