Między fizyką a filozofią. Filozofia przyrody i filozofia fizyki w pismach Mariana Smoluchowskiego ebook

Eli iPoli

Rozdział 1

Miejsce Mariana Smoluchowskiego w nauce światowej oraz polskiej

1.1. Pozycja Smoluchowskiego jako fizyka w nauce

1.1.1. Smoluchowski na listach cytowań

W 2017 roku minęła setna rocznica śmierci znakomitego polskiego fizyka Mariana Smoluchowskiego. Przez ponad sto lat, które upłynęły od jego śmierci, postać tego wielkiego uczonego uległa w powszechnym odbiorze zapomnieniu. Niewielu badaczy, nawet wśród fizyków, jest w stanie przytoczyć ad hoc dowolne naukowe osiągnięcie Smoluchowskiego, a poza kręgami nauki jego nazwisko w ogóle nie jest kojarzone z fizyką. Odnoszące się do Smoluchowskiego publikacje naukowe, biograficzne czy wspomnieniowe pojawiały się przez ostatnie sto lat na tyle rzadko, że pamięć o nim uległa zatarciu. Setna rocznica jego śmierci minęła praktycznie niezauważona. Tymczasem gdyby nie przedwczesna śmierć, Smoluchowski prawdopodobnie zostałby polskim noblistą. Jego dorobek naukowy jest imponujący i niewątpliwie uprawniał go do otrzymania tej nagrody. Niniejsza monografia jest przede wszystkim próbą pokazania wkładu fizyka Smoluchowskiego w filozofię, a zwłaszcza w filozofię przyrody, ale także uświadomienia pozycji, jaką pomimo upływu ponad stu lat od swojej śmierci zajmuje w świecie współczesnej nauki.

Obecność Smoluchowskiego w dzisiejszej nauce jest imponująca. Jego równania należą do fundamentalnych równań teorii procesów stochastycznych. Nico van Kampen w książce Procesystochastyczne w fizyce i chemii pisze, że równanie Chapmana-Kołmogorowa, odnoszące się do jednorodnych procesów Markowa, nazywane jest często równaniem Smoluchowskiego, ale nie będzie stosował tej nazwy, ponieważ używana jest wymiennie do kilku innych, ściśle ze sobą związanych, ale nie identycznych, równań1. W innym miejscu stwierdza, że równanie Fokkera-Plancka, opisujące ewolucję czasową funkcji gęstości prawdopodobieństwa, bywa również nazywane „równaniem Smoluchoskiego”2. Równanie ciągłości Smoluchowskiego należy do najczęściej wykorzystywanych w opisach procesów sedymentacji i koagulacji. Jest to równanie, do którego wstawiono pierwsze prawo Ficka (prawo dyfuzji) i gdzie uwzględniono działanie pola zewnętrznego. Smoluchowski był pierwszym, który zauważył, że do prawdopodobieństwa można zastosować fenomenologiczne prawa dyfuzji makroskopowej. Proces dyfuzji jest wynikiem superpozycji ruchów Browna poszczególnych drobin substancji3. Równanie ciągłości Smoluchowskiego jest używane w najrozmaitszych kontekstach, począwszy od prac teoretycznych, po zastosowania przemysłowe, na przykład do przemysłowego oczyszczania wody, obliczeń określających tworzenie się osadów sadzy w silnikach lotniczych, koagulacji mleka, powstawania barier żelowych, wzrostu nanorurek, agregacji granulocytów czy adhezji leukocytów. Równanie to jest często określane jako Smoluchowski equation (na przykład przy pomiarze potencjału zeta i odchyleniach relacji bieżącego czasu w przepływie elektroosmotycznym). Występuje także jako Smoluchowski limit w zastosowaniach kinetyki reakcji chemicznych ograniczonych dyfuzyjnie i w badaniu klasy systemów stochastycznych równań różniczkowych opisujących zjawiska dyfuzyjne4.

Prace Smoluchowskiego przywoływane są w publikacjach dotyczących zagadnień symulacji kanałów potasowych w błonach komórkowych, mechaniki cieczy (zderzenia kropel), elektroforezy białek, dyfuzji rotacyjnej, wpływu lepkości na kinetykę transferu elektronowego, analizy oddziaływań toksyn cholery, termodynamiki informacyjnej (obliczeń numerycznych) czy dynamiki Brownowskiej.

Marian Smoluchowski jest jednym z najczęściej cytowanych w światowej literaturze naukowej polskich naukowców w okresie od 1996 do 2001 roku – w pracach naukowych na całym świecie przywoływano go 553 razy. Z kolei w artykule Współczesne zastosowania równań Smoluchowskiego Andrzej Fuliński zaznacza, że w latach 1996–2002 Smoluchowski był cytowany 836 razy5, przy czym statystyki te nie uwzględniają tych publikacji, w których jedynie przywoływano termin „równanie Smoluchowskiego”. Wynika z tego, że liczba cytowań Smoluchowskiego nie tylko nie maleje, ale wręcz wzrasta.

Publikacje cytujące prace Smoluchowskiego lub przywołujące jego równanie można było ostatnio znaleźć w najrozmaitszych czaso­pismach, od najpoważniejszych periodyków fizycznych – ogólnych (takich jak „Physical Review Letters” i „Physical Review”) oraz specjalistycznych („Applied Physics Letters”, „Astronomy and Astrophysics”, „Colloid Journal”, „Journal of Aerosol Science”, „Journal of Chemical Physics”, „Journal of Crystal Growth” czy „Journal of Fluid Mechanics”), poprzez wpływowe czasopisma chemiczne (jak na przykład „Dyes Pigments”, „Industrial & Engineering Chemistry Research”, „The Journal of Physical Chemistry”, „The Chemical Society of Japan” czy „Journal of Colloid and Interface Science”), biologiczne (przykładowo „Biochemistry”, „Biochemical Engineering Journal”, „The Journal of Biochemistry Molecular Biology and Biophysics” oraz „Journal of Biomedical Engineering”), aż po wydawnictwa rangi „Archive for Rational Mechanics and Analysis”, „Journal of Engineering for Gas Turbines and Power”, „Communications in Statistics – Theory and Methods”, „Computational Mechanics” czy „Journal of Computational Physics”6. Lista tych czasopism naukowych jest imponująca, zwłaszcza gdy weźmie się pod uwagę, że dotyczą one dorobku uczonego, który żył sto lat temu, a przecież fizyka w ostatnim stuleciu była jedną z najdynamiczniej rozwijających się dziedzin nauki.

Marek Kosmulski w artykule Potencjał ζ i równanie Smoluchowskiego pisze, że nazwisko polskiego uczonego jest kojarzone we współczesnej nauce głównie z potencjałem elektrokinetycznym ζ (dzeta) oraz równaniem Smoluchowskiego, które pozwala obliczyć ten potencjał na podstawie wielkości mierzalnych, na przykład ruchliwości elektroforetycznej. Nie jest to jedyne, a nawet nie najważniejsze dokonanie naukowe fizyka, lecz ze względu na renesans zainteresowania cząstkami koloidalnymi – obecnie nazywanymi nanocząstkami – właśnie w tym kontekście nazwisko Smoluchowskiego pojawia się niezwykle często. W ostatniej dekadzie prawidłowo napisane nazwisko „Smoluchowski” rocznie pojawiało się średnio w 1500 publikacjach wydanych przez Elseviera, Springera, Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne lub Wileya (pomijając wszystkich innych wydawców). Poszukiwania literatury naukowej odwołującej się do dokonań Smoluchowskiego są mocno utrudnione, gdyż jego nazwisko jest często zapisywane błędnie. Według Kosmulskiego w artykułach indeksowanych przez Web of Science można znaleźć między innymi następującą pisownię tego nazwiska: Schmoluchowski, Schmolukowski, Smolucbowski, Smoluchoski, Smoluchovski, Smoluchowiski, Smoluchowsi, Smoluchowsky, Smoluhovski, Smoluhowski, Smolukhovski, Smolukhovskii, Smolukhovskiy, Smolukhovsky, Smolukhowski, Smolukowski, Smolushovski – a lista ta, jak twierdzi Kosmulski, jest zapewne tylko wierzchołkiem góry lodowej7.

Według Web of Science liczba cytowań prac Smoluchowskiego w latach 1894–2014 wyniosła 7235. Dla porównania można podać, że w nieco dłuższym okresie, czyli w latach 1880–2015, liczba powołań na prace Marii Skłodowskiej-Curie (1867–1934) to 15828.

Liczby podane przez Web of Science nieustannie rosną i będą wzrastać. Sprzyja temu sytuacja w przemyśle, zwłaszcza w chemii i farmacji, gdzie duża część aktualnie prowadzonych badań dotyczy procesów koagulacyjnych. Podstawą tych badań są wzory i zasady opracowane przez Smoluchowskiego. Najczęściej cytowany jest artykuł z 1917 roku, w którym przedstawił nową teorię krzepnięcia koloidów, wydany już po śmierci autora w 1918 roku w „Zeitschrift für Physikalische Chemie” pod tytułem Próba matematycznej teorii kinetyki krzepnięcia roztworów koloidalnych. Artykuł ten cytowany był ponad 5500 razy. Nadal przywoływane są Trzy wykłady odyfuzji, ruchach Browna ikoagulacji cząstek koloidalnych, wygłoszone w 1916 roku na Kongresie Wolfskehla w Getyndze. Do dziś uważane są one za najlepsze wprowadzenie do zagadnień koagulacji.

W 2005 roku Jorge E. Hirsch, argentyński fizyk pracujący na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, zaproponował wskaźnik odzwierciedlający dystrybucję cytowań publikacji określonego naukowca i liczbę jego najlepszych publikacji. Współczynnik h jest sposobem mierzenia osiągnięć naukowych z uwzględnieniem liczby publikacji i liczby cytowań. Współczynnik h (ang. index h, h-index, Hirsch index, Hirsch number) dla danego autora to liczba publikacji cytowanych ≥ h razy9. Również ten wskaźnik wykazuje, że Marian Smoluchowski jest jednym z najczęściej cytowanych polskich naukowców. Index Hirscha dla jego publikacji wynosił na moment badania 29, natomiast dla Marii Skłodowskiej-Curie – 16.

W 1990 roku dwaj uczeni z instytutu Maxa Plancka w Stuttgarcie, filozof Werner Marx (1910–1994) i fizyk Manuel Cardona (1934–2014), przystąpili do procesu badawczego nazwanego roboczo „wybuch z przeszłości”. Badanie miało odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób można zmierzyć znaczenie lub przydatność artykułu naukowego.

Naukowcy postanowili sprawdzić, ile razy dana publikacja znalazła się na listach referencyjnych innych artykułów. Według eksperymentatorów liczba cytowań nie może być utożsamiana z ogólną istotnością lub użytecznością publikacji, co odnosi się zwłaszcza do ostatnich artykułów, których długoterminowe znaczenie może jeszcze nie być jasne. Dotyczy to także wielu starszych artykułów, które nie są cytowane, ponieważ ich wyniki są teraz tak dobrze znane, że pojawiają się w podręcznikach bez podawania źródeł. Łatwo byłoby teoretyzować i spekulować na ten temat, ale jak stwierdzili autorzy pomysłu, istnieje satysfakcjonujący sposób postępowania, szczególnie w przypadku fizyki – jest nim zbieranie i analizowanie danych. Przeanalizowali olbrzymią część publikacji, jakie ukazały się od czasów nowożytnych do 1930 roku. Wzięto pod uwagę blisko 10 000 nazwisk naukowców – głównie nauk szczegółowych – i badano cytowanie ich publikacji we współczesnych pozycjach naukowych w latach 1990–2003.

Wyniki przeprowadzonych badań wskazują na niezwykle wysoką pozycję Mariana Smoluchowskiego, którego prace przywoływane są współcześnie nader często. Na dziesięć tysięcy naukowców Smoluchowski znalazł się na szóstej pozycji, będąc pierwszą osobą na liście bez Nagrody Nobla:

1) Albert Einstein (Nobel 1921 w dziedzinie fizyki) – 3025 cytowań (zm. w 1955 roku; żył 76 lat);

2) Peter Debye (Nobel 1936 w dziedzinie chemii) – 1592 cytowania (zm. w 1966 roku; żył 82 lata);

3) Max Born (Nobel 1954 w dziedzinie fizyki) – 1575 cytowań (zm. w 1970 roku; żył 88 lat);

4) Irving Langmuir (Nobel 1932 w dziedzinie chemii) – 1564 cytowania (zm. w 1957 roku; żył 76 lat);

5) William John Strutt (Nobel 1904 w dziedzinie fizyki) – 1503 cytowania (zm. w 1919 roku; żył 77 lat);

6) Marian Smoluchowski – 1356 cytowań (zm. w 1917 roku; żył 45 lat)10.

Pomimo że Smoluchowski nie otrzymał Nobla i żył o trzydzieści, czterdzieści lat krócej niż pozostali wymienieni uczeni, to liczba publikacji pierwszych pięciu uczonych wymienionych na liście po Einsteinie jest podobna. W tym kontekście pojawia się oczywiste pytanie – jaki byłby dorobek naukowy naszego fizyka, gdyby dożył sędziwego wieku?

1.1.2. Nobel dla Smoluchowskiego?

Po analizie wyników Marxa i Cardony nasuwa się pytanie, czy Smoluchowski miał szansę otrzymania Nagrody Nobla. W udzieleniu odpowiedzi pomocna jest informacja, że co najmniej trzech noblistów: Richard Zsigmondy (1865–1929, Nagroda Nobla z chemii w 1925 roku), Jean Baptiste Perrin (1870–1942, Nagroda Nobla z fizyki w 1926 roku) oraz Theodor Svedberg (1884–1971; Nagroda Nobla z chemii w 1926 roku) otrzymało tę nagrodę za wyniki swoich prac, w których bezpośrednio lub pośrednio wykorzystano badania Smoluchowskiego. Pisze o tym Bogdan Cichocki, którego zdaniem Smoluchowski nie dostał Nagrody Nobla, ponieważ zmarł wcześnie, a nagrody tej nie przyznaje się pośmiertnie. W 1925 roku Nagrodę Nobla z chemii otrzymał za badania w dziedzinie koloidów Richard Zsigmondy, profesor uniwersytetu w Grazu. Jego prace miały charakter eksperymentalny i pozostawały w ścisłym związku z dokonaniami teoretycznymi Smoluchowskiego. W następnym roku aż dwie Nagrody Nobla były związane pośrednio z naszym wielkim rodakiem. Z fizyki nagrodę otrzymał Francuz Jean Baptiste Perrin za prace eksperymentalne nad ruchami Browna, potwierdzające słuszność molekularnej teorii Einsteina-Smoluchowskiego, w dziedzinie chemii zaś nagroda przypadła Teodorowi Svedbergowi z Uppsali, którego prace eksperymentalne dotyczące zawiesin przeplatały się w czasie z odnoszącymi się do nich teoretycznymi rozważaniami Smoluchowskiego11.

Richard Zsigmondy dostał Nobla „za wykazanie heterogenicznej natury roztworów koloidalnych oraz za zastosowanie metod, które od tego czasu stały się fundamentalne we współczesnej chemii koloidów”12. Udział Smoluchowskiego w tych badaniach jest spektakularny. Zsigmondy, będąc doświadczalnikiem, potrzebował podłoża teoretycznego do swoich badań i otrzymał je od Smoluchowskiego. Podczas wykładu noblowskiego, który wygłosił w Sztokholmie, powiedział:

To skłoniło mnie do zapytania fizyka teoretycznego Mariana von Smoluchowskiego o wyprowadzenie eksperymentalnie sprawdzalnej formuły, dzięki której można by wywnioskować obecność sfer przyciągania z szybkości koagulacji; von Smoluchowski chętnie zgodził się z moją sugestią i przedstawił dodatkowo kompletną teorię koagulacji opartą na matematycznych podstawach13.

Jest zatem prawdopodobne, że mogła to być nagroda wspólna – dla obu naukowców.

Theodor Svedberg otrzymał Nagrodę Nobla „za pracę nad systemami rozproszonymi”14. Systemy dyspersyjne to układy koloidalne rozproszone, złożone z co najmniej dwóch faz, z których przynajmniej jedną stanowi silnie rozdrobniony materiał, rozproszony w drugiej fazie o charakterze ciągłym, zwanej ośrodkiem dyspersyjnym. Svedberg opublikował wraz ze współpracownikami serię prac poświęconych zagadnieniu fluktuacji. We wstępie do pierwszego artykułu – Nowa metoda badania ważności prawa Boyle’a-Gay-Lussaca dla roztworów koloidalnych15 – pisze, że do interpretacji wyników uzyskanych pomiarów potrzebna była teoria, która potrafiłaby związać obserwowane wielkości z pojęciami kinetycznej teorii materii. Teorię tę Svedberg znalazł w dwóch pracach Smoluchowskiego. Były to dwa artykuły, z których pierwszy, Über Unregelmässigkeiten in der Verteilung von Gasmolekülen und deren Einfluss auf Entropie und Zustandsgleichung16 (O nieregularnościach w rozkładzie cząsteczek gazu i ich wpływie na entropię i na równanie stanu), zamieszczony został w pamiątkowej publikacji z 20 lutego 1904 roku poświęconej sześćdziesiątym urodzinom Ludwiga Boltzmanna (1844–1906). Smoluchowski sformułował w nim teorię fluktuacji gęstości cząstek w gazie i rozważał wpływ fluktuacji na równanie stanu. W drugim tekście, zatytułowanym Teoria kinetyczna opalescencji gazów w stanie krytycznym oraz innych zjawisk pokrewnych17 z 1907 roku, zajął się zastosowaniem swojej teorii do zjawiska opalescencji gazu w sąsiedztwie stanu krytycznego oraz do zjawiska błękitu nieba i innych pokrewnych efektów, w których wpływ fluktuacji molekularnych ujawnia się w skali makroskopowej18.

Bronisław Średniawa (1917–2014) w pracy poświęconej obu uczonym pisze:

Współpraca Smoluchowskiego i Svedberga trwała siedem lat, od 1907 do 1914 roku. W latach tych obaj prowadzili między sobą korespondencję naukową. Począwszy od 1908 roku Smoluchowski cytował i dyskutował, nieraz krytycznie, wyniki Svedberga we wszystkich swoich pracach o ruchach Browna i fluktuacjach. Svedberg również w swoich pracach poświęconych tym zagadnieniom wspominał publikacje i listy Smoluchowskiego19.

Podczas uroczystości wręczenia Nagrody Nobla 19 maja 1927  roku Svedberg, wygłaszając mowę, przedstawił wyniki swoich badań przeprowadzonych w latach 1923–1926 (a więc kilka lat po śmierci Smoluchowskiego). Omawiając je, nie miał sposobności wspomnieć o współpracy ze Smoluchowskim. Przypomniał o niej profesor Henrik Gustaf Söderbaum, sekretarz Królewskiej Akademii Nauk. Przedstawiając zasługi Svedberga, powiedział:

Jak niedawno słyszeliśmy, Einstein sformułował teorię tak zwanych ruchów Browna, która została potem w wysokim stopniu rozwinięta przez nieżyjącego już Smoluchowskiego… Jeżeli teraz rozważymy bardzo mały ułamek objętości, to wynika stąd, jak wyczerpująco obliczył Smoluchowski, że liczba cząstek znajdujących się równocześnie w tej objętości może się zmieniać od jednej chwili do innej. Svedberg i jego współpracownicy mogli potwierdzić ten nadzwyczaj interesujący rezultat, mówiący, że układ złożony z małej liczby cząstek, mający określone granice wewnątrz dużej objętości materiału w określonej średniej temperaturze, może zawierać zmieniającą się liczbę cząstek, albo przez zliczenie cząstek koloidalnych, albo – w przypadku roztworów substancji promieniotwórczych – przez zliczenie liczby tzw. scyntylacji20.

Jean Baptiste Perrin, wielki fizyk francuski, Nobla otrzymał w 1926 roku „za pracę nad nieciągłą strukturą materii, a zwłaszcza za odkrycie równowagi sedymentacyjnej”21. Praca dotyczyła badań, które potwierdzały eksperymentalnie teorię Einsteina-Smoluchowskiego. W eseju Ofluktuacjach termodynamicznych iruchach Browna Smoluchowski pisze: „W rzędzie eksperymentatorów, którzy podjęli owe badania, należy wymienić przede wszystkim Svedberga i Perrina wraz z ich współpracownikami. Zwłaszcza temu ostatniemu uczonemu udało się sprawdzić z wielką dokładnością wzory teoretyczne, odnoszące się do ruchów Browna”22. W 1913 roku Perrin opublikował Atomy23. Opisał tam zakres badań, a także wnioski i przemyślenia wypływające z przeprowadzonych doświadczeń, mających de facto sfalsyfikować teorię Einsteina-Smoluchowskiego. Perrin wielokrotnie przywołuje w niej prace badawcze Smoluchowskiego z zakresu teorii ruchów Browna, fluktuacji i opalescencji, które stanowiły teoretyczne dopełnienie opublikowanych wcześ­niej prac Einsteina. Osobno fluktuacjom Smoluchowskiego Perrin poświęcił cały piąty rozdział Fluctuations. Smoluchowski’s Theory24. Opisuje w nim rzeczowo teoretyczne wyniki uzyskane przez Smoluchowskiego, z których korzystał w swoich doświadczeniach:

Wskazaliśmy już jedno z tych zjawisk, mówiąc o wyraźnych, ale bardzo słabych nierównościach termicznych, które powstają spontanicznie i ciągle w przestrzeniach rzędu mikrona i które są w istocie innym aspektem ruchów Browna. Te fluktuacje termiczne, rzędu tysięcznej stopnia dla takich objętości, wydają się w praktyce niedostępne dla naszych pomiarów. Gęstość płynu w równowadze, podobnie jak jego temperatura lub pobudzenie molekularne, powinna zmieniać się w zależności od przyjętego punktu. Na przykład sześcienny mikron będzie zawierał czasami większą, a czasami mniejszą liczbę cząsteczek. Smoluchowski zwrócił uwagę na te spontaniczne nierówności i był w stanie obliczyć fluktuację gęstości25.

W innym miejscu w Les Atomes czytamy:

Nie ograniczając się już do przypadku rzadkich substancji, Smoluchowski odniósł sukces nieco później, (…) w wyliczeniu średniej fluktuacji gęstości dla dowolnego płynu, i udowodnił, że nawet przy skondensowanych płynach fluktuacje powinny być zauważalne, a przestrzenie widoczne pod mikroskopem, gdy płyn znajduje się w pobliżu stanu krytycznego. W ten sposób udało mu się wyjaśnić enigmatyczną opalescencję, którą zawsze pokazują płyny w sąsiedztwie stanu krytycznego. Ta opalescencja, która jest absolutnie stabilna, wskazuje na trwały stan drobnoziarnistej niejednorodności płynu26.

Perrin w Les Atomes wielokrotnie przywołuje badania Smoluchowskiego, dowodząc tym samym wagi jego teoretycznych rozważań i wkładu uczonego w dowodzenie atomistycznej budowy materii. Należy jednak zaznaczyć, że dla Perrina kluczowe były dzieła Einsteina: Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten27(Oruchu cząstek zawiesiny postulowanym przez molekularno-kinetyczną teorię ciepła) z 11 maja 1905 roku i Zur Theorie der Brownschen Bewegung28(Do teorii ruchów Browna) z 19 maja 1906 roku. To podejście Perrina do prac obu naukowców dowodzi, że już w krótkim czasie po publikacjach Smoluchowski nie był traktowany jako równorzędny z Einsteinem autor odkrycia, mimo że – jak mogłoby się wydawać – ujęcie dowodu ruchów Browna przez Smoluchowskiego powinno być dla Perrina bardziej przekonywające, gdyż prezentowało matematyczne dowody tych ruchów od strony mikroskopowej.

Wykorzystane badania Smoluchowskiego w pracach wymienionych noblistów to nie jedyne przykłady dokonań naukowych uczonego, które mogły mu przynieść Nagrodę Nobla. Odkryciem, które dokonało niemal paradygmatycznej zmiany w fizyce, było niewątpliwie opracowanie podstaw w zakresie procesów stochastycznych i wprowadzenia probabilistyki do nauk szczegółowych. Było to dokonanie na miarę nie tylko Nagrody Nobla, dzięki niemu nazwisko polskiego uczonego na stałe powinno zostać wpisane w historię nauki. Stał się pionierem fizyki statystycznej.

Mark Kac zauważa:

Smoluchowski zapewne nie zdawał sobie sprawy, iż zaczął pisać nowy rozdział fizyki statystycznej, dziś znany jako procesy stochastyczne. (…) Nowość i oryginalność podejścia Smoluchowskiego leży w jego odważnym zastąpieniu niemożliwie trudnego problemu dynamicznego (…) względnie prostym procesem stochastycznym29.

Smoluchowski podał także pierwsze prawidłowe równania wiążące potencjał ζ z wielkościami mierzalnymi, tzn. ruchliwością elektroforetyczną, potencjałem przepływu i różnicą ciśnień w elektro­osmozie. W literaturze światowej są one znane jako równania Smoluchowskiego30, które również kwalifikowały go do Nobla.

Wiele lat później wielki zwolennik Smoluchowskiego, indyjski astrofizyk i matematyk, noblista Subrahmanyan Chandrasekhar (1910–1995) przekonywał, że tylko przedwczesna śmierć polskiego fizyka sprawiła, iż nie otrzymał on Nagrody Nobla.

W 1973 roku Chandrasekhar otrzymał od Polskiego Towarzystwa Fizycznego Medal Mariana Smoluchowskiego w uznaniu za jego wkład w metody stochastyczne w fizyce i astrofizyce, a zwłaszcza za artykuł z „Przeglądu Fizyki Współczesnej” z 1943 roku, który ukazywał wkład Smoluchowskiego w to dzieło. W swoim przemówieniu podczas ceremonii wręczenia nagród Chandrasekhar zauważył, że nagrody Nobla w dziedzinie chemii przyznane Richardowi Zsigmondy’emu w 1925 roku i Thedorowi Svedbergowi w 1926 roku dotyczyły prac, które miały na celu eksperymentalne potwierdzenie teoretycznych prognoz Smoluchowskiego na temat układów koloidalnych i dyspersyjnych oraz że gdyby Smoluchowski żył, z pewnością sam byłby laureatem Nagrody Nobla31.

Smoluchowski nigdy nie był, w przeciwieństwie do innego polskiego fizyka Karola Olszewskiego (1846–1915), nominowany do Nagrody Nobla. Olszewski miał dwie nominacje z fizyki i jedną z chemii i często przytaczany jest w literaturze polskiej jako jedyny wybitny europejski fizyk pracujący na teranie Polski w przełomie XIX i XX wieku. Biorąc pod uwagę, jak bardzo w ciągu pierwszych dziesięciu lat po śmierci jego prace badawcze zyskały na znaczeniu, Smoluchowski miałby większe szanse zdobyć tę nagrodę.

Ciekawostką, o której należy wspomnieć, był pierwszy Kongres Solvaya, który odbył w październiku 1911 roku w Brukseli. Było to spotkanie najwybitniejszych umysłów fizyki i chemii poświęcone najważniejszym zagadnieniom nauki. Nazwa tego i następnych Kongresów wzięła się od nazwiska Ernesta Solvaya – belgijskiego przemysłowca, pasjonata nauki, który zorganizował i sfinansował to wydarzenie. Wśród dwudziestu jeden zaproszonych gości znaleźli się tacy naukowcy jak Albert Einstein (1879–1955), Maria Skłodowska-Curie, Max Planck (1858–1947) i Ernest Rutherford (1871–1937), a także Jules Henri Poincaré (1854–1912). Obradom kongresowym przewodniczył holenderski noblista Hendrik Anton Lorentz (1853–1928).

Smoluchowski nie brał udziału ani w tym, ani w następnym Kongresie w 1913 roku, co było nieco zaskakujące, gdyż ówcześnie w środkowo-wschodniej części Europy należał do grona najwybitniejszych fizyków. Nie do końca przekonuje podawany w tym kontekście argument, że na pierwszy Kongres nie zostali zaproszeni fizycy pochodzący z narodów zamieszkujących Europę Środkową ani z tych wchodzących w skład ówczesnych wielonarodowościowych mocarstw, tj. Prus i Austro-Węgier, gdyż uczestniczył w nim Emil Warburg (1846–1931) pochodzący z Berlina. Zdecydowanie bardziej przekonuje fakt, że tematem przewodnim konferencji była teoria promieniowania i kwantów, czyli problematyka, która nie wiązała się bezpośrednio z badaniami Smoluchowskiego, ale jest to kwestia, do której wrócimy w podrozdziale 7.5. „Eksperymentalne dowody Perrina”.

1.2. Smoluchowski w polskiej nauce

1.2.1. Pamięć o Smoluchowskim

Smoluchowski był nie tylko wybitnym fizykiem prowadzącym prace badawcze na uniwersytetach Wiednia, Paryża, Glasgow i Berlina, uczonym współpracującym z Gabrielem Lippmannem (1845–1921), Williamem Thomsonem, lordem Kelvin (1824–1907) i Warburgiem. Był osobą funkcjonującą w kręgach europejskich elit naukowych, pracował z najwybitniejszymi europejskimi fizykami i uczestniczył w badaniach naukowych, które miały wpływ na rozwój współczesnej nauki. Był prekursorem wielu rozwiązań metodologicznych w zakresie prowadzenia badań naukowych. Zawdzięczamy mu podstawowe sukcesy w propagowaniu i usprawnianiu nauczania przedmiotów ścisłych w szkolnictwie średnim oraz uniwersyteckim. Na szczególną uwagę zasługują jego zainteresowania filozoficzne, zwłaszcza rozważania w zakresie filozofii przyrody i filozofii nauki, często wyprzedzające dominujące ówcześnie prądy.

Wspomnienia wielu osób z jego kręgu, jak i tych, którzy pisali o nim, opierając się na wspomnieniach innych, zdumiewają jedno­myślnością. Wyłania się z nich postać niemal nierzeczywista, w której trudno doszukać się rysy czy skazy. Niewątpliwie przedwczesna i nieoczekiwana śmierć Smoluchowskiego stanowi, jak to zwykle w podobnych sytuacjach bywa, przyczynek do życzliwszych, idea­lizujących wspomnień, ale monografie czy artykuły, jak chociażby przywołany poniżej fragment eseju Stanisława Lorii (1883–1958), napisany w trzydziestą piątą rocznicę śmierci uczonego, kreują postać wyjątkową. Loria pisał:

rozwój naukowej twórczości Smoluchowskiego oraz treść i wartość najcelniejszych jego rozpraw rysują sylwetkę tego najwybitniejszego fizyka polskiego jako badacza o pionierskiej inicjatywie, wyposażonego nie tylko w nieprzeciętne zdolności, lecz także w hart woli i umiejętność pokonywania trudności. Oddany całą duszą nauce nie był jednak typem erudyty, zbierającego skrzętnie i magazynującego wiadomości na wypadek potrzeby. Stojąc przed jasno sformułowanym problemem, nie tracił czasu na szukanie, czy istnieją już gdzieś wzory rozwiązania, które może przypadkowo uszły jego uwadze lub pamięci, lecz dążył własną, krótką, nieraz wyboistą i trudną, drogą do celu. Cechowały go przy tym przede wszystkim odwaga i trafny instynkt poszukiwacza oraz wola dokonania czynu wysiłkiem własnej twórczości i wytrwałej pracy32.

Teza dobrze określająca istotę myśli Mariana Smoluchowskiego została ujęta w artykule Władysława Kapuścińskiego (1898–1979), który zauważył, że w dziejach racjonalnego poznania przyrody mamy do czynienia z dwoma nurtami, które ciągle się uzupełniają i splatają w nieustannym procesie poznawania przyrody. Pierwszy z nich to nurt rozwoju szczegółowych badań przedmiotowych, polegający na odkrywaniu praw przyrody w oparciu o doświadczenie. Nurt ten w XVII wieku doprowadził do powstania tzw. nauk szczegółowych. Drugi nurt to badania filozoficzne, które rozwinęły się jako filozofia przyrody. Nurt filozoficzny przez znaczny okres rozwoju myśli europejskiej odgrywał dominującą rolę, dopiero od czasów nowożytnych sytuacja uległa zmianie. Badania nauk szczegółowych, przeprowadzane z dużym sukcesem, spowodowały przyśpieszenie rozwoju nauki, jednocześnie osłabiając nurt filozoficzny. Nie oznacza to, że namysł filozoficzny znikł z pola widzenia zwolenników racjonalnego poznania przyrody33. Oba splatające się epistemologiczne nurty bez trudu odnajdziemy w pracach Smoluchowskiego. Dominują, co oczywiste, badania stricte naukowe, ale rozważania teoretyczne są wspierane elementami filozofii nauki, metodologii, epistemologii i filozofii przyrody. Przemyślenia filozoficzne Smoluchowskiego nie pojawiają się na obrzeżach prac z zakresu fizyki, ale tworzą ważną, integralną część jego działalności naukowej, bez której dokonania na polu fizyki nie byłyby do końca zrozumiałe albo wręcz mogłoby ich nie być. Dostrzec je można na przykład w opublikowanym w 1923 roku artykule Opojęciu przypadku ipochodzeniu praw fizyki opartych na prawdopodobieństwie34, w którym fizyka, matematyka i filozofia przenikają się wzajemnie.

Podejmując się scharakteryzowania poglądów filozoficznych Smoluchowskiego, napotykamy kilka problemów, a jednym z nich jest rozproszenie myśli filozoficznych. Smoluchowski umieszczał przemyślenia filozoficzne w licznych odczytach, rozprawach i esejach, a także w specjalistycznych pracach z zakresu fizyki. Odkryć je możemy w pracach naukowych i popularnonaukowych skierowanych do szerszego odbiorcy. Nie zawsze są wyrażane wprost, jednak wnikliwa lektura pozwala je odnaleźć między wierszami. Zazwyczaj znajdują się one w pracach odnoszących się ściśle do problemów fizyki. Najobszerniej i w sposób najbardziej bezpośredni Smoluchowski wypowiada się na tematy filozoficzne we Wstępie do działu Fizyka, zawartym w Poradniku dla samouków.

Mimo wielu osiągnięć Marian Smoluchowski, jak już wspomniano, nie jest postacią powszechnie znaną ani docenianą w nauce polskiej, nie wspominając o filozofii. W 1952 roku Stanisław Loria pisał o tym stanie rzeczy:

Stwierdzić niestety wypada, że sława Smoluchowskiego nie dorównywa bynajmniej jego zasługom oraz znaczeniu jego osiągnięć dla rozwoju metod i możliwości poznawczych fizyki współczesnej. Poza szczupłą stosunkowo garstką wyszkolonych fizyków, wśród szerokiej masy inteligencji polskiej niewielu jest dzisiaj ludzi wykształconych, którzy wiedzą o Smoluchowskim tyle, ile by o nim wiedzieć należało35.

Niestety, z biegiem lat niewiele w tej kwestii się zmieniło. Wśród filozofów znajomość dokonań Smoluchowskiego jest jeszcze mniejsza. Jednym z powodów takiego stanu rzeczy jest niewielka liczba publikacji, jakie ukazały się w ciągu blisko stu lat od jego niespodziewanej śmierci. Niezrozumiałe jest tak nikłe zainteresowanie ogólnym dorobkiem polskiego naukowca, w szczególności zastanawia brak na polskim rynku wydawniczym publikacji odnoszących się do wykorzystywanych we współczesnej nauce badań Smoluchowskiego z zakresu aplikacji probabilistyki w fizyce, procesów stochastycznych, procesów fluktuacji, opalescencji czy nieustannie wzrastającego znaczenia jego teorii dotyczących procesów koagulacji.

1.2.2. Smoluchowski w publikacjach

Należy na wstępie podkreślić, że bibliografia poświęcona osobie Smoluchowskiego lub odnosząca się do jego dorobku naukowego jest niezwykle skromna. Jest możliwe, że w poniższym omówieniu nie uwzględniono wszystkich opracowań, jednak cel tego zestawienia nie polega na stworzeniu wyczerpującego kompendium twórczości Smoluchowskiego, ale ma unaocznić skalę poświęconych mu publikacji. Należy ponadto dodać, że niektóre z wymienionych tu prac zawierają liczne uproszczenia interpretacyjne, a nawet świadome manipulacje.

Tadeusz Godlewski (1878–1921) – fizyk, profesor Politechniki Lwowskiej – wydał w wydawnictwie „Wiadomości Matematycznych” broszurę zatytułowaną Maryan Smoluchowski. Jego życie i działalność naukowa36, która wcześniej ukazała się w czasopiśmie „Muzeum” w maju 1918 roku. Zamiarem autora było przypomnienie Smoluchowskiego i jego dokonań na polu fizyki i matematyki.

W 1921 roku jeden z numerów czasopisma Sekcji Turystycznej Polskiego Towarzystwa Tatrzańskiego „Taternik”37 został poświęcony pamięci Mariana Smoluchowskiego – alpinisty. Prace te należą jednak do sui generis literatury epigraficznej.

Po śmierci Smoluchowskiego ukazał się w „Wiadomościach Matematycznych” jego artykuł Kilka uwag oanalogiach fizycznych, zwłaszcza wteoriach prądów elektrycznych, prądów cieplnych izjawiska dyfuzji38. W 1923 roku, za zgodą Zofii Smoluchowskiej, także w „Wiadomościach Matematycznych”, ukazało się tłumaczenie z języka niemieckiego niezwykle ważnej pracy Smoluchowskiego Opojęciu przypadku ipochodzeniu praw fizyki opartych na prawdopodobieństwie.

W latach dwudziestych XX wieku Polska Akademia Umiejętności w Krakowie postanowiła zebrać i wydać dzieła wszystkie Mariana Smoluchowskiego, które zostały opracowane przez profesorów Władysława Natansona (1864–1937) i Jana Jakuba Stocka (1881–1925). Poszczególne tomy ukazały się kolejno w latach 1924, 1927 i 1928 pod tytułem Pisma Mariana Smoluchowskiego39. Jest to, jak dotychczas, najpoważniejszy zbiór – ujęto w nim 90 prac.

Lata pięćdziesiąte XX wieku były szczególne dla publikacji poświęconych Smoluchowskiemu. W 1951 roku ukazał się w trzecim numerze dwumiesięcznika dla nauczycieli „Fizyka i Chemia” krótki artykuł Armina Teskego Marian Smoluchowski40. Równo rok potem Władysław Krajewski (1919–2006) opublikował artykuł zatytułowany Wielki fizyk ifilozof materialista (W80-lecie urodzin Mariana Smoluchowskiego). Artykuł ukazał się w „Trybunie Ludu”41, a następnie został przedrukowany w kilku innych gazetach. W drugiej połowie 1952 roku w kwartalniku „Myśl Filozoficzna” wydrukowano esej tego samego autora Marian Smoluchowski jako filozof-materialista42. O ile artykuł Armina Teskego przypominał postać Smoluchowskiego, to Krajewski skupił się na jego światopoglądzie, rozważając i analizując przekonania fizyka w aspekcie ideologii marksistowskiej. Koncepcję tę Krajewski rozwinął w wydanej cztery lata później książce pod tytułem Światopogląd Mariana Smoluchowskiego43.

Zwieńczeniem obchodów osiemdziesiątej rocznicy urodzin uczonego był ostatni (wydany w 1952 roku), dwunasty numer popularno­naukowego miesięcznika „Problemy”, w którym znalazły się trzy publikacje poświęcone Smoluchowskiemu autorstwa Lorii i Krajewskiego oraz fragmenty (w formie artykułu) z Poradnika dla samouków.

W 1953 roku ukazały się kolejne trzy artykuły poświęcone Smoluchowskiemu. Władysław Kapuściński w dwumiesięczniku „Fizyka i Chemia” umieścił tekstPoglądy filozoficzne Mariana Smoluchowskiego44. Przypomniał w nim osobę Smoluchowskiego i filozoficzne aspekty uprawianej przez niego nauki. Kapuściński potwierdza, że omówienie filozoficznych poglądów Smoluchowskiego nastręcza trudności, gdyż nie ma oddzielnej publikacji, w której przedstawiłby on swoje poglądy w formie usystematyzowanej.

W październiku 1952 roku, na uroczystym posiedzeniu naukowym Oddziału Poznańskiego Polskiego Towarzystwa Fizycznego z okazji przypadających rocznic osiemdziesiątej urodzin i trzydziestej piątej śmierci uczonego, Stanisław Loria wygłosił odczyt zatytułowany Marian Smoluchowski. Wygłoszony referat umieszczony został, w nieco zmienionej formie, w „Roczniku Polskiego Towarzystwa Fizycznego” pod tytułem Marian Smoluchowski ijego dzieło45, a także w czasopiśmie poświęconym upowszechnianiu wiedzy fizycznej „Postępy Fizyki”46. Artykuł Lorii poszerzono o zagadnienia fluktuacji gęstości, fluktuacji termodynamicznych i ruchów Browna. Loria zaznacza, że chciał oddać wierny obraz oryginalnej umysłowości Smoluchowskiego oraz podkreślić znaczenie i wagę jego dzieła na tle problematyki naukowej czasu, w którym fizyk żył.

Kazimierz Gostkowski z Katedry Fizyki Politechniki Śląskiej jest autorem Kilku wspomnień oMarianie Smoluchowskim47. Artykuł jest krótkim kilkustronicowym wspominkowym esejem przypominającym osobę wielkiego fizyka.

Wymieniony cykl artykułów ukazał się w prasie codziennej i specjalistycznej, a pretekstem do ich napisania miała być osiemdziesiąta rocznica urodzin Mariana Smoluchowskiego, jednak publikacja ta miała przede wszystkim charakter polityczny. Natomiast bezpośrednim przyczynkiem do ich powstania było ukazanie się niewielkiej wzmianki w artykule rosyjskiego fizyka Ł. Storczaka w „Voprosach Filosofii”48.

W latach 1955 i 1956 wydano trzy książki poświęcone Marianowi Smoluchowskiemu. Armin Teske napisał wydaną w 1955 roku biografię uczonego – Marian Smoluchowski. Życie itwórczość49. Władysław Krajewski wydał w 1956 roku książkę Światopogląd Mariana Smoluchowskiego. W tym samym roku ukazał się Wybór pism filozoficznych50 z kilkunastoma pracami Mariana Smoluchowskiego, którego redaktorem był także Władysław Krajewski.

W 1958 roku w czasopiśmie „Kosmos” wydrukowano artykuł Zygmunta Klemensiewicza Marian Smoluchowski, wspomnienie sprzed lat czterdziestu51.

W 1965 roku Polskie Towarzystwo Fizyczne uczciło pamięć Mariana Smoluchowskiego wybiciem medalu jego imienia, który jest przyznawany – nie częściej niż raz do roku – za wybitne osiągnięcia naukowe i za przyczynienie się do rozwoju wybranej dziedziny fizyki.

Izydora Dąmbska w 1979 roku w kwartalniku „Zagadnienia Naukoznawstwa” opublikowała esej Opoglądach metanaukowych Władysława Natansona iMariana Smoluchowskiego52. Jest to próba analizy epistemologii uczonego.

W 1991 roku ukazała się ważna praca Bronisława Średniawy Rola współpracy Mariana Smoluchowskiego iTeodora Svedberga wprowadzonych wpierwszych latach XX wieku badaniach ruchów Browna ifluktuacji53, w której autor opisuje ważki okres współpracy w latach 1907–1914 dwóch uczonych – fizyka teoretycznego Smoluchowskiego z fizykiem eksperymentatorem Svedbergiem – nad doświadczeniami związanymi z badaniami ruchów Browna.

W sto trzydziestą rocznicę urodzin i osiemdziesiątą piątą rocznicę śmierci Mariana Smoluchowskiego Komisja Historii Nauki przy Polskiej Akademii Umiejętności 17 maja 2002 roku zorganizowała sesję naukową pod tytułem Marian Smoluchowski – od teorii atomistycznej do fizyki współczesnej. Pokłosiem tej sesji było wydanie w 2003 roku przez Polską Akademię Umiejętności i Komisję Historii Nauki publikacji Marian Smoluchowski – od teorii atomistycznej do fizyki współczesnej, opracowanej przez Adama Strzałkowskiego i zawierającej sześć esejów poświęconych Smoluchowskiemu oraz katalog wystawy z 2002 roku54.

Muzeum Uniwersytetu Jagiellońskiego zorganizowało wystawę przedstawiającą życie i działalność Mariana Smoluchowskiego w różnych obszarach jego zainteresowań. Wystawa Marian Smoluchowski (1872–1917). Fizyk, taternik, romantyk nauki odbyła się w Collegium Maius Uniwersytetu Jagiellońskiego55.

W 2000 roku ukazała się na polskim rynku wydawniczym pozycja w języku angielskim z przedmową Romana Ingardena (1893–1970), zatytułowana Marian Smoluchowski. His Life and Scientific Work56, której autorami są: Subrahmanyan Chandrasekhar, Mark Kac i Roman Smoluchowski.

Andrzej Fuliński, profesor fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego, napisał artykuł Współczesne zastosowania równań Smoluchowskiego, w którym ukazał wykorzystanie równań Smoluchowskiego we współczesnej nauce i technice, uświadamiając czytelnikom na konkretnych przykładach rozmiar dziedzictwa naukowego wielkiego fizyka57.

W 2003 roku w numerze 2 (35) czasopisma internetowego „Zwoje” zamieszczono kilka artykułów poświęconych Marianowi Smoluchowskiemu. Andrzej Budzanowski w esejuZnaczenie prac Mariana Smoluchowskiego dla fizyki subatomowej58 unaocznia zasługi Smoluchowskiego w zakresie stosowaniu rachunku prawdopodobieństwa do swobodnych cząstek Brownowskich, które dają się przenieść w świat procesów jądrowych i subjądrowych z uwagi na ich uniwersalność. Budzanowski zaznacza, że po odkryciu innych form materii, na przykład materii nukleinowej (jądrowej) i dalszych substruktur, to jest kwarków i gluonów, można się spodziewać, że rozważania Smoluchowskiego znajdą zastosowanie w zderzeniach jądrowych, podczas których wytwarza się wysoko wzbudzone stany materii jądrowej łącznie ze stanem krytycznym, a wreszcie w poszukiwaniach pierwotnego stanu materii Wszechświata, to jest stanu plazmy kwarkowo-gluonowej.

W 2007 roku wydawnictwo OBI opublikowało w serii wydawniczej Źródła. Filozofia przyrody – filozofia nauki książkę Smoluchowski – Natanson iinni, jako trzeci tom cyklu Krakowska filozofia przyrody wokresie międzywojennym59. Pozycja zawiera cztery eseje poświęcone Smoluchowskiemu. Autorzy prac – Krzysztof Starzec i Paweł Polak – omówili kilka niezwykle ważnych kwestii nauki Smoluchowskiego, jak koncepcja przypadku, rola rachunku prawdo­podobieństwa w fizyce, podejście do zasady przyczynowości, kwestia badania indukcyjnego i dedukcyjnego w fizyce, a nawet problem identyfikacji z poglądami materialistycznymi.

W 2008 roku Małgorzata Stawarz opublikowała artykuł Punkt wyjścia filozoficznych rozważań Mariana Smoluchowskiego na temat przypadku iprawdopodobieństwa60.

Od wielu lat popularyzatorem dorobku i osoby Mariana Smoluchowskiego jest Bogdan Cichocki, który publikuje artykuły w matematyczno-fizyczno-informatyczno-astronomicznym miesięczniku „Delta” wydawanym przez Uniwersytet Warszawski.

Liczba wymienionych publikacji, mimo że niepełna, jak na uczonego tej klasy i blisko sto lat, które minęły od jego śmierci, zdumiewa swoją skromnością, zwłaszcza zaś zaskakuje fakt, że ukazały się dotychczas tylko trzy pozycje książkowe poświęcone Smoluchowskiemu. Wyliczenie tych publikacji wyraźnie pokazuje, z jak niewielką liczbą opracowań opisujących dokonania tego uczonego mamy do czynienia.

Należy podkreślić, że najintensywniejszy okres zainteresowania polskich środowisk naukowych pracą Smoluchowskiego to lata pięćdziesiąte XX w., niezwykle trudne dla polskiej nauki. Niezależnie od politycznych przyczyn tego zainteresowania, wśród publikacji naukowych znalazło się szereg pozycji, dzięki którym osoba wybitnego uczonego nie uległa całkowitemu zapomnieniu. Po stosunkowo obfitym okresie lat pięćdziesiątych przez kolejne cztery dziesięciolecia (z kilkoma wyjątkami) o Smoluchowskim właściwie zapomniano. Dopiero w nowym tysiącleciu zauważalny jest ponowny wzrost zainteresowania dokonaniami polskiego fizyka.

Setna rocznica śmierci Smoluchowskiego zainspirowała środowisko naukowe do stworzenia licznych artykułów i esejów o tym znakomitym fizyku. Z pewnością nie będą one ostatnie.

Brak podstawowego, autorskiego studium filozoficznego stanowi przeszkodę, aczkolwiek nie jedyną, w określeniu poglądów Smoluchowskiego. Poglądy filozoficzne zawarte w jego pismach nie były też klarownie wyłożone. Smoluchowski w swoich pracach nie jest jednoznaczny, często stawia tezy, którym w innym miejscu przeciwstawia kolejne. Zdarza się, że można odnaleźć wypowiedzi lub sugestie wzajemnie sobie zaprzeczające. Nie da się go również przypisać do określonego systemu filozoficznego, gdyż jego poglądy nie mieściły się w żadnej obowiązującej ówcześnie szkole filozoficznej. Prowadziło to do powstania świadomych nadużyć w interpretowaniu jego filozofii, przypisujących mu przekonania materialistyczne, a nawet tezy materializmu dialektycznego. Była to opinia, która przylgnęła do Smoluchowskiego na długie lata, jednak – w świetle zawartych w jego pracach poglądów filozoficznych – jest ona nie do utrzymania. Nie można mu również przypisać, a w niektórych publikacjach to się zdarza, przekonań ateistycznych, mimo że miał obojętny stosunek do wierzeń religijnych. Brak deklaratywności w tej tak niezwykle osobistej kwestii powinien skłaniać badacza do ograniczenia sądów.

Należy jeszcze raz podkreślić, że Smoluchowski był fizykiem, którego prace wykorzystywane są nadal w badaniach naukowych i przemysłowych, zwłaszcza w chemii, farmacji i fizyce w badaniach dotyczących przypadku, rachunku prawdopodobieństwa i statystyki, w rozwiniętych badaniach procesów stochastycznych, w badaniach nad dynamiką chaotyczną czy w opisach procesów sedymentacji i koagulacji.

Rozdział 2

Preliminaria do filozofii Mariana Smoluchowskiego

2.1. Początki filozofii Smoluchowskiego

Smoluchowski, jak już wskazano, nie pozostawił żadnej osobnej publikacji, w której podsumowałby swoje filozoficzne poglądy, ale w jego pracach naukowych znajdujemy myśli i koncepcje wnoszące szczególny wkład do filozofii nauki i filozofii przyrody. To, że nie podjął się przedstawienia w osobnym opracowaniu swoich przemyśleń, nie jest kwestią przypadku, a stanowi przemyślane postanowienie, wiążące się z tezą o tymczasowości koncepcji filozoficznych, nienadążających za dynamiką zmian zachodzących w nauce.

Smoluchowski jednak tworzył koncepcje filozoficzne, które powstawały, niejako mimo woli, podczas pracy badawczej fizyka. Krzysztof Starzec w eseju Marian Smoluchowski – teoria nauki a działalność naukowa dowodzi, że naukowcy tej miary co Smoluchowski nie ograniczają się wyłącznie do własnej dziedziny i nie poprzestają jedynie na zwięzłym wyjaśnianiu badanych zjawisk. Ich horyzonty myślowe sięgają znacznie dalej. Próbują znaleźć podstawy uprawianej przez siebie nauki, jej zasadnicze znaczenie, a często ukryte założenia; chcą niejako stanąć na zewnątrz i przyjrzeć się swojej pracy z pozycji niezaangażowanego obserwatora, aby tym lepiej naukę zrozumieć. Rozważania natury filozoficznej nie stały na marginesie jego działalności naukowej. Wprost przeciwnie, namysł nad nauką – mechanizmami jej rozwoju, metodologią czy teorią fizykalnego poznania – uważał Smoluchowski za niezwykle ważny61.

Ernest Rutherford, jeden z twórców współczesnej fizyki, stwierdził dość radykalnie, że „wszystkie nauki dzielą się na fizykę i zbieranie znaczków”62. Była to myśl, z którą w pierwszych latach XX wieku zgodziłoby się pewnie wielu fizyków, mimo że zaledwie dwadzieścia parę lat wcześniej zdecydowana ich większość sądziła, że fizyka jest nauką bez perspektyw i nie ma w niej już żadnych tajemnic. Smoluchowski miał odmienne zdanie, z jednej strony należał do prekursorów zmian, jakie nastąpiły w fizyce, z drugiej – będąc naukowcem zajmującym się fizyką, matematyką, ale również „zbieraniem znaczków” – wykazywał bowiem zainteresowania filozoficzne, które notabenenie pojawiły się przypadkowo. Naukę w szkole średniej pobierał w Collegium Theresianum, jednym z najlepszych gimnazjów środkowej Europy, założonym w 1746 roku przez Marię Teresę Habsburg, które skupiało grono wybitnych pedagogów o zacięciu filozoficznym. Kluczową postacią w kształtowaniu zainteresowań Smoluchowskiego był fizyk i filozof Alois Höfler (1853–1922), którego uczniem był także Kazimierz Twardowski, twórca lwowsko-warszawskiej szkoły filozofii.

Początkowo zainteresowania Smoluchowskiego w sposób naturalny ukierunkowane były na humanistykę, jednak w trakcie nauki, pod wpływem Höflera, zainteresował się fizyką i astronomią. Wiele lat później, w 1915 roku, w liście pisanym do Höflera żartobliwie wypomniał mu, że to z jego winy został fizykiem: „dzięki Tobie nauczyłem się w gimnazjum czcić fizykę, matematykę i filozofię jako najmilejsze przedmioty”63. Höfler w 1890 roku wydał podręcznik do filozofii dla szkół średnich Logika propedeutyczna dla szkół średnich64, który został również przetłumaczony na język polski. Z czasem został wykładowcą filozofii na uniwersytetach w Wiedniu i Pradze, gdzie współpracował między innymi z Franzem Brentano (1838–1917). To Höfler wykształcił w Smoluchowskim wrażliwość filozoficzną, która później przejawiała się w jego pracy naukowej.

Drugą osobą inicjującą zainteresowania filozoficzne przyszłego fizyka był Stanisław Szczepanowski, brat matki Smoluchowskiego. Była to wybitna galicyjska osobowość o szerokich zainteresowaniach ekonomicznych, inżynierskich i menadżerskich – przedsiębiorca naftowy i pionier powstającego przemysłu naftowego oraz działacz na rzecz uprzemysłowienia Galicji. Znany był również z działalności publicznej – jako poseł do parlamentu austriackiego i Sejmu Krajowego Galicyjskiego. Interesował się filozofią i ze względu na swoje szczególne i szerokie studia zwany był „romantykiem pozytywizmu”. Wyróżniał się niepospolitym intelektem i nietuzinkową działalnością do tego stopnia, że wzbudził zainteresowanie twórców polskiej literatury. Pisali o nim Bolesław Prus i Henryk Sienkiewicz, a Stanisław Brzozowski zadedykował mu swoją książkę Filozofia romantyzmu polskiego. Będąc posłem, napisał książkę z zakresu ekonomii Nędza Galicji w cyfrach. Był to program energicznego rozwoju gospodarstwa krajowego65, nie tylko stanowiący kompendium wiedzy na temat kondycji społeczeństwa i gospodarki Galicji, ale zawierający także propozycje programowe rozwoju tego regionu.

Höfler i Szczepanowski przyczynili się do wzbudzenia w Smoluchowskim filozoficznych upodobań. Tę skłonność potwierdza wypowiedź jego żony, Zofii:

Zaliczał siebie do „romantyków”, a więc typu badaczy żądnych rozwiązania wielu tajemnic równocześnie, nie znajdujących nigdy spokoju. Te cechy charakterystyczne jego ducha wyjaś­niają fakt, że dziewięćdziesiąt kilka jego prac ogłoszonych drukiem odnosi się do bardzo wielkiej liczby dziedzin. Była to naprawdę „romantyczna”, młodzieńcza metoda pracy, bardzo nieekonomiczna. Nie przestawał, jak to czynili „klasycy”, na pogłębianiu jednej gałęzi, na dodawaniu nowych przyczynków do poprzednich badań, na zastosowaniu tej samej metody, tego samego doświadczenia do większego szeregu przedmiotów badanych, lecz z rozrzutnością badacza, którego było na to stać, przerzucał się z jednej dziedziny w drugą. Wszystko go ciekawiło i interesowało. Zapewne właśnie to przedzieranie się przez nieznane dżungle, pociągało go i nęciło, jak swego czasu niedostępne stopie ludzkiej szczyty górskie. Romantyk! Rzecz zbyt łatwa, zbyt oczywista nie miała uroku, tak jak zielone łatwe pagórki… wobec skalnych szczytów i zawrotnych przepaści…”66.

Dystynktywną osobowość Smoluchowskiego ukształtowało uprawianie w okresie szkolnym i uniwersyteckim wspinaczki górskiej, budując w nim szczególne cechy, które wiele lat później – przy okazji otrzymania „srebrnej szarotki” – podsumował: „Z tego co mi dały góry, trzy rzeczy uważam za najcenniejsze: przyzwyczajenie do podejmowania trudnych zadań, radość z przezwyciężania trudności, zdolność do upiększania codziennego życia przez najwznioślejszą poezję: poezję świata gór”67. Smoluchowski należał do prekursorów europejskiego alpinizmu.

Na Uniwersytecie Wiedeńskim Smoluchowski studiował u Josefa Stefana (1835–1893), o którym napisał w liście do Boltzmanna: „W fizyce teoretycznej zawdzięczam mojemu czcigodnemu nauczycielowi Stefanowi pierwsze podstawy”68. Stefan był wybitnym fizykiem, zapisał się w historii nauki pracą nad wyjaśnieniem promieniowania ciała doskonale czarnego. W 1879 roku wykazał doświadczalnie, że energia promieniowania takiego obiektu jest proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury, co skutkowało tym, że powstałe prawo nazwano prawem Stefana-Boltzmanna (Boltzmann uzupełnił regułę o emisję ciał szarych). Było to jedno z pierwszych poważnych osiągnięć związanych z wyjaśnianiem promieniowania ciała idealnie czarnego. Co istotne z uwagi na przyszłe prace Smoluchowskiego – Stefan zajmował się również kinetyczną teorią gazów69.

Smoluchowski studiował też u Franza Serafina Exnera (1849–1926), pioniera wielu dziedzin współczesnej fizyki. W obszarze jego zainteresowań badawczych znajdowały się: spektroskopia, elektrochemia, zagadnienia elektryczności w atmosferze, badania związane z teorią koloru czy analizowaniem budowy meteorytów. W 1908 roku Exner został rektorem Uniwersytetu Wiedeńskiego. Do jego najwybitniejszych uczniów zaliczali się Erwin Schrödinger (1887–1961) i Smoluchowski. Nie należy go jednak mylić z Felixem Marią von Exner-Ewartem (1876–1930) – to po zapoznaniu się z jego pracą z 1900 roku polski badacz opracował teorię o molekularno-kinetycznej istocie ruchów Browna.

Smoluchowski nie był studentem Ludwiga Boltzmanna, ale pozostawał pod jego olbrzymim wpływem naukowym, pisał o tym explicite w liście: „Pan wywarł na mnie największy wpływ zarówno przez swoje wykłady, jak i zwłaszcza przez swoje podręczniki, które z wciąż nowym zadowoleniem i pożytkiem studiuję, i dumny jestem, że mogę się zaliczyć do Pańskich uczniów”70.

Był członkiem Towarzystwa Filozoficznego na Uniwersytecie w Wiedniu i brał udział w odczytach organizowanych przez Towarzystwo, o czym nadmieniają autorzy książki Ernst Mach’s Vienna 1895–1930: Or Phenomenalism as Philosophy of Science71.

2.2. Filozofia Smoluchowskiego na tle głównych nurtów filozofii XIX wieku

Poglądy Smoluchowskiego nie stanowią zbioru deklaracji filozoficznych, nie ma w nich wyraźnego opowiedzenia się za którym­kolwiek kierunkiem, a także zdefiniowanych założeń filozoficznych. Smoluchowski, będąc fizykiem, filozofię traktował instrumentalnie, prowadził rozważania filozoficzne, gdy było to niezbędne. Fizyka ze swojej natury jest nauką ocierającą się nieustannie o filozofię, dlatego w jego pracach filozofii jest niemało. Polski naukowiec wybiórczo korzystał z całego spektrum koncepcji filozoficznych, jakie wówczas funkcjonowały, najczęściej nie zaznaczając, o jaki kierunek filozoficzny mu chodzi, a jedynie go praktykując. Omawiał niektóre tezy filozoficzne – z jednymi się zgadzając, innych będąc przeciwnikiem. Czytając Smoluchowskiego pod kątem filozoficznym, należy odsłaniać zawarte w jego pracach elementy różnych filozofii, gdyż zazwyczaj są one ukryte w komentarzach odnoszących się do przedmiotu fizyki, matematyki czy metodologii. Zwykle nie chodziło mu o filozofię, która nie stanowiła głównego nurtu jego zainteresowań, ale co najwyżej o użyteczne narzędzie teoretyczne, pomocne w rozumieniu rzeczywistości, która jest poznawana głównie poprzez teorie i hipotezy nauk szczegółowych.

Powyższe refleksje inspirują do dokonania przeglądu tez głównych nurtów dziewiętnastowiecznej filozofii przyrody zarówno w aspekcie ich obecności w pracach naukowych Smoluchowskiego, jak i analizy jego odniesień do tych tez.

Pozytywizm Auguste’a Comte’a (1798–1857) jest kierunkiem filozoficznym trwale obecnym w pracach Smoluchowskiego. Choć namysł uczonego wykraczał niejednokrotnie poza założenia tego kierunku, to jednak Smoluchowski zgadzał się z podstawowymi zasadami filozofii pozytywnej, przychylając się na przykład do odrzucenia metafizyki.

W Metodzie pozytywnej w szesnastu wykładach Comte pisał:

Obecnie będę mógł z łatwością określić naturę filozofii pozytywnej. Filozofia ta uważa wszystkie zjawiska za podporządkowane niezmiennym prawom. Za daremne uznaje poszukiwanie przyczyn czy to pierwszych, czy celowych. W wyjaśnieniach pozytywnych nie wskazuje się na przyczyny tworzące zjawiska, analizuje się okoliczności, w jakich się wytwarzają, i łączy się je, jedne z drugimi, stosunkiem następstwa i podobieństwa. (…) Nowa filozofia różni się od dawnej swą dążnością do usuwania wszelkich poszukiwań przyczyn pierwszych i celowych, uważając je za bezpłodne72.

Analogiczny stosunek do przyczynowości i celowości miał Smoluchowski, twierdząc, że w starożytności oraz w wiekach średnich tłumaczono zjawiska przyrody na podstawie celowości, co obecnie kwestionuje każdy przyrodnik. Pisał: „Sposób objaśniania przy pomocy pojęcia celowości jest dzisiaj usunięty z nauk przyrodniczych jako naiwny antropomorfizm”73. Pozytywizm zainicjowany przez Comte’a głosił, że prawdziwą wiedzą jest wiedza naukowa, wolna od jakichkolwiek pierwiastków metafizycznych, którą można zdobyć tylko na drodze pozytywnej weryfikacji teorii i którą uzyskujemy za pomocą badań empirycznych. Pozytywne podejście w nauce i filozofii sprowadza się do badania obiektów dostępnych poznaniu zmysłowemu. Tylko nauki szczegółowe wypracowały metody poznania umożliwiające tworzenie wiedzy naukowej. Smoluchowski sprzeciwiał się spekulacji pseudonaukowej i idealizmowi na rzecz tego, co pewne, materialne i możliwe do zbadania, czyli empirycznie poznawalne poprzez doświadczenie. Zwracał uwagę na indukcyjny charakter nauki oraz naczelną rolę eksperymentu.

W procesie kształtowania się filozofii pozytywistycznej istotną rolę odegrały dokonania Karola Darwina (1809–1882). W dziele zatytułowanym O pochodzeniu gatunków Darwin pisał, że nie może dostrzec żadnych danych przemawiających za istnieniem planu, a co dopiero planu dobroczynnego74. Smoluchowski był gorącym zwolennikiem teorii Darwina, pisał o tym wielokrotnie w różnych tekstach. Utrzymywał, że to głównie dzięki niemu nauka odeszła od pojęcia celowości w przyrodzie, które było mylącym apriorycznym założeniem, i że to on na różnych przykładach pokazał, jak powstają pozornie celowe przystosowania, które de facto stanowią wynik naturalnych przyczyn75.

Nie z każdą tezą filozofii pozytywistycznej Smoluchowski się identyfikował. Rozumienie samej naukowości przez pozytywistów i przez Smoluchowskiego było odmienne. Polak rozumiał naukę jako zbiór hipotez stanowiących pewne przybliżenie praw przyrody. Odzywała się tu jego skłonność do pragmatyzmu. Nie przyznawał nauce niepodważalnej pozycji, jaką miała w pozytywiz­mie czy empiriokrytycyzmie. Dostrzegał elementy, które odróżniają teorie naukowe od rzeczywistych praw przyrody, oraz nieustanną asympto­tyczną drogę nauki zmierzającej ku poznaniu praw. Jego wywodzący się z inspiracji Kantowskiej krytycyzm epistemo­logiczny nie pozwalał uznać, że poznanie naukowe może odsłonić, w sposób dający się należycie uzasadnić, istotę rzeczywistości76.

Smoluchowskiemu nie można przypisać stanowiska proponowanego przez Jeana Le Rond d’Alemberta i Comte’a, gdyż miał inne rozumienie wiarygodności nauki. O teoriach naukowych pisał jako o mniej lub bardziej prawdopodobnych hipotezach, które nigdy do końca nie zostaną zweryfikowane. Uważał, że naczelna rola eksperymentu w nauce nie przekłada się na twierdzenie, że tylko na podstawie doświadczenia powinno się definiować zjawiska, a jedynie fakty empiryczne mogą stanowić prawdziwy przedmiot poznania. Podobnie nie godził się na ograniczenie filozofii wyłącznie do jej praktycznego charakteru, jak postulował Comte, by miała być wykorzystywana głównie w zakresie życia codziennego. Podzielał pogląd pozytywistów kwestionujących metafizyczną stronę filozofii, ale dostrzegał też potrzebę istnienia filozofii przyrody i filozofii nauki, które sam uprawiał.

Zenon Roskal w artykule Mariana Smoluchowskiego ujęcie zasady przyczynowości w badaniach ruchów Browna zauważa: „Dzięki pracy uczonych takich jak Smoluchowski był możliwy przełom w filozofii polegający na wyjściu poza pozytywistyczną wizję nauki, ale także poza bariery, jakie pozytywistyczna filozofia stawiała na drodze poznania i opanowania przyrody”77. Podstawą filozofii pozytywistycznej Comte’a był człowiek i otaczające go społeczeństwo oraz nauka. Podejściem tym francuski filozof zapisał się na kartach historii jako piewca utylitaryzmu. Było to zbieżne z późniejszymi poglądami pragmatystów i bliskie Smoluchowskiemu.

Scjentyzm rozwinął się w drugiej połowie XIX wieku na gruncie empiryzmu i pozytywizmu. Zakładał, że nauka pozwoli na przewidywanie i kierowanie w zamierzony sposób procesami przyrodniczymi i społecznymi zachodzącymi w świecie. Mimo że Smoluchowski był zwolennikiem wielu przekonań scjentystycznych, niewątpliwie scjentystą nie był. Dziewiętnastowieczny scjentyzm, podobnie jak pozytywizm, w swej apoteozie nauki był cokolwiek naiwny, dlatego w pracach naukowych nie odnajdziemy bezpośrednich odniesień do scjentyzmu. Smoluchowski nie wchodził w obszar dla niego niepewnych dywagacji filozoficznych, pozostając bardziej w kręgu metodologii i języka nauk szczegółowych. W budowanej przez siebie koncepcji filozoficznej dystansował się od akceptowanych w nauce teorii i prawomocności wiedzy naukowej. Nie zgadzał się z twierdzeniem scjentystów, że głoszona nauka jest zgodna z rzeczywistością „samą w sobie”78. W jego pracy naukowej znajdowało to wyraz w formułowaniu hipotez przełamujących akceptowane i obowiązujące standardy ówczesnej nauki.

Sympatyzowanie Smoluchowskiego z empiriokrytycyzmem – tak zwanym „drugim pozytywizmem”, ruchem filozoficznym przełomu XIX i XX wieku, którego najważniejszymi przedstawicielami byli Richard Avenarius (1843–1896) i Ernst Mach (1838–1916) – od początku nie było bezkrytyczne, a z czasem mocno się od ich tez dystansował. Celem empiriokrytycyzmu było wyrugowanie wszelkiej fikcji z nauki, co dla Smoluchowskiego było oczywiste. Podstawowe założenia empiriokrytycyzmu sięgały korzeniami filozofii Augusta Comte’a. Empirokrytycy twierdzili, że należy odrzucać nienaukowe rozważania, które nie są oparte na „czystym” doświadczeniu, ujmować jak najwięcej danych z doświadczenia, by zapewnić jego rozumienie. Postulowali wyeliminowanie tendencji do hipostazowania rzeczywistości na rzeczy i ich obrazy, twierdząc, że rzeczywistość jest tylko jedna, monistyczna. Dla Smoluchowskiego tak postawione tezy były zbyt restrykcyjne i takiej postawy nie akceptował, zdawał sobie bowiem sprawę z ograniczeń, jakie narzucają one rozważaniom teoretycznym. Na przykład badania nad ruchami Browna, zakończone naukowym dowodem potwierdzającym teorię atomistyczną, jak i badania w zakresie całej kinematyki dowodziły, że nie można dociekań naukowych sztucznie ograniczać tylko do zakresu badań eksperymentalnych.

To, że empiriokrytycyzm wykluczał hipotezę z procesu tworzenia teorii naukowych, było dla Smoluchowskiego nie do zaakceptowania. Twierdził, że obecność hipotezy jest niezbędna w rozwoju nauki, a dynamiczny postęp nauki wręcz nie byłby możliwy bez rozważań teoretycznych formułowanych w hipotezy i poddawanych weryfikacji eksperymentalnej79. Celem nauki, uważał, nie może być tylko opis faktów czy zjawisk, pozbawiony próby ich wyjaśnienia. Opis powinien być formułowany zgodnie z poznaniem, ale nie powinniśmy ograniczać się do czystego doświadczenia, gdyż wiedza nie może opierać się wyłącznie na empirii80.

Avenarius wysuwał teorię o psychologicznej naturze wrażeń, tak zwanej introjekcji, czyli rzutowaniu postrzeganego świata do włas­nego wnętrza, co doprowadziło go do wniosku, że nie ma oddzielnie istniejących zjawisk fizycznych i psychicznych, gdyż są one tylko dwoma aspektami tego samego doświadczenia. Stąd brał się jego monizm epistemologiczny. Jednak takie założenie prowadziło w konsekwencji do rezygnacji z kategorii prawdy w czynnościach poznawczych, z czym Smoluchowski jako fizyk nie mógł się zgodzić.

Polski uczony był sympatykiem pragmatyzmu, systemu filozoficznego z drugiej połowy XIX wieku, którego podstawową tezą była pragmatyczna teoria prawdy. Twórcami tej koncepcji byli dwaj amerykańscy filozofowie: Charles Sanders Peirce (1839–1914) oraz William James (1842–1910), zakładający, że to użyteczność stanowi kryterium prawdziwości sądów i pojęć, ponieważ prawda ustalana jest w stosunku do celu osiąganego przez poznanie. Sąd jest prawdziwy, o ile przyczynia się do efektywnego działania. Smoluchowski podzielał założenia pragmatycznej teorii prawdy, zgodnie z którymi prawdziwość tez uzależniona jest od praktycznych ich skutków81. Teoria prawdy Jamesa zakłada, że „Prawdziwe są te idee, które potrafimy przyswoić, uzasadnić, potwierdzić i zweryfikować”82. Założenie, że prawda nie jest stałą własnością przyjętych teorii, może co najwyżej im się przydarzyć, zaś najistotniejszą własnością wiedzy jest jej zdolność wyjaśniania, powodująca, że nauka nie jest zbiorem prawd o świecie, a jedynie zbiorem wyjaśnień umożliwiającym nam jego rozumienie, było zgodne z przemyśleniami Smoluchowskiego. Opowiadał się za takim rozumieniem prawdy w nauce, by weryfikowała ją przydatność w postępowaniu i sprawdzalność myśli z konsekwencjami praktycznymi. Postęp w nauce nie ma polegać tylko na odkrywaniu nowych praw, lecz również na zastępowaniu istniejących już wyjaśnień lepszymi. Myśl tę uzasadniał, rozwijając koncepcję kryterium użyteczności83.

Smoluchowski podzielał Jamesowski pogląd, według którego nauka to ogólniki, dające nam abstrakcyjny obraz świata, a nie samą rzeczywistość, a przekonania są raczej dyspozycjami do ważnych życiowo działań niż myślową reprezentacją rzeczywistości. Mimo że w swoich publikacjach nie odwoływał się bezpośrednio do filozofii Jamesa, podzielał pogląd pragmatyzmu, że potrzeba i wątpliwość ukierunkowują nas oraz sprawiają, iż pragniemy dowiedzieć się czegoś nowego, co w konsekwencji powoduje tworzenie kolejnych przekonań i kształtowanie ich za pomocą reguł postępowania.

Niektóre tezy instrumentalizmu, jak ta, że wiedza naukowa nie ma odniesienia przedmiotowego w zakresie obiektywnej rzeczywistości, stanowiąc raczej rezultat związków człowieka z przyrodą i społeczeństwem, czy propozycja instrumentalistów rozwiązywania zagadnień poprzez formułowanie hipotezy, jej logiczne weryfikacje, a następnie empiryczne falsyfikacje, były stosowane w praktyce naukowej przez Smoluchowskiego. Ogólny stosunek instrumentalistów do wiedzy, zakładający, że funkcjonujące teorie i twierdzenia odgrywają jedynie role instrumentalne i stanowią tylko reakcję na czynniki środowiska, że są tylko narzędziami umożliwiającymi człowiekowi przystosowanie się do środowiska, jak również teza, że teorii naukowych nie oceniamy z uwagi na ich prawdziwość czy fałszywość, ponieważ są one jedynie regułami wnioskowania, stanowiącymi narzędzia pomagające w dostosowaniu się do środowiska i jego opanowania, to dla Smoluchowskiego nieakceptowane filozoficznie zawężenie postrzegania roli nauki.

Zakładał on, że kryterium prawdziwości hipotezy nie jest argumentem decydującym, by daną hipotezę zaakceptować, gdyż prawdziwość nie wyczerpuje wszystkich przesłanek zgodności teorii z naturą. Z racji wcześniejszego założenia niepewności wiedzy wprowadził kategorię, która daje większą pewność realności teorii naukowej. Tym kryterium jest użyteczność, jako bardziej treściwa od kategorii prawdziwości:

nie rozróżniamy zatem teorii prawdziwych, nieprawdziwych, bardziej lub mniej prawdopodobnych; rozróżniamy teorie bardziej lub mniej użyteczne. O ich użyteczności możemy mówić w znaczeniu trojakim. Tym użyteczniejsza jest teoria lub hipoteza: 1) im prostsza i bardziej poglądowa jest jej istota; 2) im większy obszar poznanych zjawisk objaśnia i naszemu umysłowi czyni przystępnym; wreszcie 3) im lepszym okazuje się przewodnikiem przy badaniach dalszych. Ta ostatnia rola hipotez, polegająca na przewidywaniu rzeczy jeszcze nieznanych, jest niezmiernie ważna dla sprawiedliwej oceny ich znaczenia w nauce84.

Zawężenie nauki do działania mającego za cel zarówno przystosowanie się do środowiska, jak i jego podporządkowanie człowiekowi, sugerowałoby ograniczenie nauki do zagadnień mieszczących się w sferze empirii, natomiast użytkowanie Smoluchowskiego obejmuje pełniejsze spektrum, z wszelkimi przejawami wiedzy teoretycznej, która może pełnić różne funkcje – nie tylko empiryczne, ale też na przykład wyjaśniające, interpretujące, poznawcze. Prawdziwość i fałszywość teorii, jak również wszelkie ich funkcje instrumentalne, weryfikują, według Smoluchowskiego, stopień ich użytkowania – im bardziej teoria jest użytkowana, tym bardziej uchodzi ona za zgodną z rzeczywistymi prawami natury, których najprawdopodobniej nie poznamy nigdy w pełnym wymiarze.

Entuzjazm dla prawdy, fanaticism for veracity, pisał Smoluchowski, fanatyczne dążenie do rzetelności i prawdy, to podkład etyczny, odpowiadający naukom ścisłym i przez nie wzmacniany. Te z kolei prowadzą walkę z blagą i frazesem – chorobami, które toczą społeczeństwo i zniekształcają język85. Wypowiedź ta dotyczyła kwestii ukierunkowania etycznego w prowadzonych badaniach, jednak stosunek Smoluchowskiego do prawdy w nauce pozostawał krytyczny, uważał on bowiem, że teorie fizyczne usiłujące objąć zjawiska materialne ogólnym mechanicznym poglądem na świat nie mogą mieć pretensji do prawdziwości bezwzględnej. Mogą być jedynie „obrazem” ujawniających się nam zjawisk86. Myśl ta jest bliska innemu poglądowi filozoficznemu, który zakładał, że pod powierzchnią obserwowalnych zjawisk kryje się właściwa, esencjalna rzeczywistość. Dla Smoluchowskiego esencjalizm oznaczał w gruncie rzeczy ukrycie istoty praw natury i faktyczne ich niedostrzeganie, zakładał więc, że funkcjonujące hipotezy oraz teorie naukowe mogą okazać się fałszywe i nigdy nie będzie można definitywnie orzec o ich prawdziwości części z nich.

Esencjalizm, nurt stworzony przez Karla Poppera (1902–1994) i mający na celu udzielenie odpowiedzi na pytanie, czym są prawa nauki, koresponduje z poglądami Smoluchowskiego. Idąc za sugestią Einsteina, Popper stwierdził, że prawa nauki opisują strukturalne własności świata będące istotnymi własnościami, których „gołym okiem nie widać”87. Twierdził, że jeśli chcemy mieć wiedzę, musimy szukać praw natury i obecnej w niej regularności. Nie wolno nam jednak zakładać, że istnieją pewne ścisłe regularności; wystarczy zdawać sobie sprawę, że nasza wiedza polega na poszukiwaniu uniwersalnych regularności, jak gdyby takie istniały88.

Jest to teza bliska przekonaniom Smoluchowskiego, który zakładał istnienie takich uniwersalnych regularności, jednakże z pewnym istotnym zastrzeżeniem, iż nigdy ich nie poznamy. Podobnie jak Smoluchowski, Popper nie wierzył w możliwość dotarcia do ostatecznego wyjaśnienia, które nie potrzebowałoby już żadnych dalszych modyfikacji, ale równocześnie był przekonany, że możemy sięgać coraz głębiej w struktury naszego świata, ku coraz to bardziej istotnym lub głębszym jego własnościom89. Mimo że Popper odrzucał esencjalizm z powodów metodologicznych, to jego poglądy esencjonalne, wyrażone kilkadziesiąt lat po Smoluchowskim, pozostają w swej istocie zbieżne z tezami polskiego fizyka.

Konwencjonalizm to nurt francuskiej filozofii nauki z początku XX wieku, którego głównymi przedstawicielami byli Henri Poincaré, Pierre Duhem (1861–1916) i Édouard Le Roy (1870–1954). Dotychczasowa koncepcja nauki, wyrażająca się w gromadzeniu sądów o faktach i formułowaniu na ich podstawie ogólnych twierdzeń uzasadnianych indukcyjnie, nie potrafiła jednoznacznie i przekonująco obronić się przed krytyką wyrażoną przez Davida Hume’a (1711–1776). Badania prowadzone przez szkockiego filozofa miały zanegować zarówno możliwość orzekania o świecie, jak i o poznającym go podmiocie. Z kolei powstanie geometrii nieeuklidesowych podważyło koncepcję sądów syntetycznych a priori, do których Immanuel Kant (1724–1804) zaliczał aksjomaty geometrii Euklidesa. Przywołane argumenty przyczyniły się do zweryfikowania dotychczasowego rozumienia nauki. Zgodnie ze stanowiskiem Poincarégo w formułowaniu praw naukowych i opisie faktów, obok uznawanych za prawdziwe jednostkowych zdań o faktach, zasadniczą rolę odgrywa decyzja uczonego lub umowa społeczności naukowej dotycząca tak zwanych konwencji, to znaczy zdań wprowadzanych do nauki na zasadzie umowy.