השאילתות (פיזיקה)

השאילתות (באנגלית: The Queries) הוא הכרך השלישי של ספרו של אייזק ניוטון "אופטיקה", אשר מכיל אוסף של שאלות (שמספרן הגיע עד ל-31 במהדורה הרביעית של "אופטיקה") הנוגעות במישרין למחשבותיו האחרונות של ניוטון על הפאזלים העתידיים של המדע. שאילתה 31 זכתה לפרסום מיוחד, שכן במובנים רבים התניעה את העבודה המאומצת של הסיווג והקטלוג הכימי של חומרים שנעשתה במאה ה-18. באופן יותר ספציפי, היא תרמה לחקר האפיניות (זיקה כימית), כשעשרות טבלאות האפיניות שהוכנו במאה ה-18 התבססו רבות על התיאורים של ניוטון לגרדיאנטי אפיניות. אופטיקה מסיימת באוסף של "שאילתות". במהדורה הראשונה, היו 16 שאילתות כאלה; מספרן גדל במהדורה הלטינית, שפורסמה ב-1706, ולאחר מכן במהדורה האנגלית המחודשת, שפורסמה ב-1718. האוסף הראשון הורכב משאילתות קצרצרות, אולם במהדורות המאוחרות יותר הן הפכו לחיבורים קצרים, הממלאים עמודים רבים. במהדורה הרביעית של 1730, היו 31 שאילתות, והייתה זו "השאילתה ה-31" המפורסמת, אשר, במהלך שתי המאות הבאות עוררה עניין רב, והתניעה ספקולציות ופיתוחים של התאוריות של זיקה כימית. השאילתות, במיוחד המאוחרות יותר, דנות במגוון של תופעות פיזיקליות, ומרחיקות לכת הרבה מעבר לפירוש הצר של נושא האופטיקה. הן עוסקות בטבעו של החום ותהליכי ההעברה שלו; בסיבות אפשריות לכבידה; בתופעות חשמליות; בטבעה של הפעולה הכימית; בדרך שבה אלוהים ברא את החומר "בהתחלה"; בדרך הנאותה לחקור את המדע; ואפילו בניהול האתי של בני אדם. השאילתות הללו אינן באמת שאלות במובן המקובל; כמעט כולן נכתבות בצורתן השלילית, כשאלות רטוריות. כדוגמה, ניוטון לא שואל האם האור "הוא" או "עשוי להיות", בעל סממנים חומריים. במקום זאת, הוא מצהיר: "האין האור גוף חומרי?", באופן שמעיד על כך שלניוטון הייתה תשובה, אך זו עשויה להימשך דפים רבים. כפי שסטפן היילס (אחד מחסידי ניוטון בתחילת המאה ה-18) הצהיר בבירור, זה היה אופן ההסבר של ניוטון באמצעות "שאילתות". מדענים אחרים הלכו בעקבות דרכו של ניוטון. הם ראו שהוא הציב מעיין פילוסופיית טבע מחקרית שבה המקור הראשוני לידע הוא הניסוי. מורשת ניוטונית זו של פילוסופיית טבע ניסויית הייתה שונה מזו המבוססת על היקשים מתמטיים. במובנים מסוימים, אופטיקה ביססה סוג של מסורת ניוטונית אשר במהלך המאה ה-18 עלתה בחשיבותה על פילוסופיית הטבע המתמטית של הפרינקיפיה. כמה מממשיכי דרכו הבולטים של ניוטון בקידום פילוסופיה זו כוללים את בנג'מין פרנקלין, אנטואן לבואזיה וג'יימס בלאק. מתוך שאילתה 18: "אם בתוך שני מיכלים גדולים וגבוהים של זכוכית, שני תרמומטרים קטנים ירחפו כך שלא ייגעו בדפנות המיכלים, ואילו האוויר נשאב מאחד המיכלים האלו, והמיכלים הללו מועברים ממקום קר למקום חם; התרמומטר שנמצא בריק יתחמם כמעט באותו קצב כמו התרמומטר שאינו בריק. וכאשר המיכלים יוחזרו בחזרה למקום קר, התרמומטר בריק יתקרר כמעט באותו קצב כמו התרמומטר שאינו בריק. האין החום של חדר חמים מועבר דרך הריק באמצעות הוויברציות של תווך עדין בהרבה מהאוויר, אשר גם לאחר שהאוויר נשאב נותר בריק?" ניוטון למעשה מציע כאן את קיומה של קרינה תרמית. שאילתה 21: "האין התווך האתרי הזה, כאשר חולפים על פני מים, זכוכית, גבישים וגופים קומפקטיים ודחוסים אחרים במרחב הריק, הופך צפוף וצפוף יותר בהדרגה, ובאמצעים אלה שובר את קרני האור לא בנקודה, אלא באמצעות עיקומן בהדרגתיות לכדי קווים עקומים? ... האין התווך הזה דליל בהרבה בתוככי הגופים הדחוסים של השמש, כוכבי השבת, כוכבי הלכת והשביטים, מאשר במרחב השמיימי הריק שביניהם? ובהתרחקותנו מהם למרחקים כבירים, האין הוא הופך צפוף יותר ויותר באופן תמידי, וכבדרך אגב מחולל את הכבידה של הגופים העצומים האלו אחד אל עבר השני, ושל שאר חלקיהם אל עבר הגופים; כל גוף חומרי נוטה לנוע מחלקיו הדחוסים יותר של התווך לקראת הדלילים יותר?" במילים אחרות, שאילתה זאת היא גם טיעון המצודד בקיומו של האתר, וגם ניסיון לספק הסבר מכני לכבידה. קטע מתוך שאילתה 31: "ומסיבות הקשורות בצמיגותם של זורמים, בשחיקה של חלקיהם, ובחולשתה של האלסטיות במוצקים - תנועה נוטה הרבה יותר להיאבד מאשר להתפתח, כך שהיא תמיד נמצאת במגמת דעיכה". ניתן לפרש בזהירות שאילתה זו כמעין קביעה מוקדמת של עקרון גידול האנטרופיה (החוק השני של התרמודינמיקה). את הפרשנות מחזקת העובדה שניוטון כתב אותה בהקשר להרהוריו על התנגשויות לא-אלסטיות ועל "כמות התנועה" הכוללת של מערכות פיזיקליות. על כל פנים, בהמשך השאילתה ניוטון מסיק מנטייה זו של התנועה לדעוך, שבסופו של דבר היקום חייב יהיה "לשקוע", וש-"כל הדברים יתפתחו בהדרגה לקרים וקפואים, ויהפכו למסות חסרות כל יכולת אקטיבית" - תיאור שניתן לפרשו כניסוח מוקדם לרעיון מות החום של היקום. מתוך שאילתה 31: "האין החלקיקים הזעירים של גופים חומריים מחוננים ביכולות, מעלות או כוחות, אשר באמצעותם הם פועלים ממרחק, לא רק על קרני האור - בכך שהם מחזירים, שוברים או מטים אותן, אלא גם אחד על השני, ובכך מפיקים חלק ניכר מתופעות הטבע?" ניוטון ממשיך וכותב באופן ספקולטיבי על כך שהכוח החשמלי פועל בטווחים קצרים כדי להחזיק את החלקים של כימיקלים שונים ביחד, ושכוח זה הוא שמושל באינטראקציות הכימיות שלהם. חלק גדול מהשאילתה הזאת (20 עמודים!) מוקדש לרישום ותיעוד של תופעות כימיות שניוטון מביא כדי לתמוך בהשערה זו. Newton's Cosmological Queries [1]