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瘟疫之年的牛頓：“蘋果神話”是真的嗎

 Zenliber 2020-04-30

作者 | 吳國盛

1665~1666年，英國倫敦暴發(fā)鼠疫，波及劍橋。劍橋?qū)W生牛頓因此回到老家伍爾索普莊園，“居家隔離”了一年半左右。

傳說正是在此期間，牛頓被自家院子里的一顆蘋果砸中了腦袋，引發(fā)了他的思考，由此發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。這就是著名的“蘋果神話”。

然而，事實真是如此嗎？近日，在“人文清華云講壇”直播中，清華大學科學史系教授吳國盛講述了故事的另一個版本。

劍橋大學三一學院門口移栽的“牛頓的蘋果樹”


“蘋果神話”是牛頓本人說的


在劍橋大學三一學院門口的草坪上，種著一棵蘋果樹，那是從牛頓家的蘋果樹嫁接過來的；在1860年落成的牛津自然博物館里，牛頓雕像腳下也有一個蘋果。

可見，“蘋果神話”并不是街頭小報的八卦，而是當時學界共同的看法。

那么，這個故事最初是出自誰人之口呢？

“蘋果神話”的來源，目前來看有四個：

第一個來源是老年牛頓在18世紀20年代自己說的。他在去世之前的七八年間寫了一份東西，跟人說1665年、1666年這兩年是他一輩子發(fā)明最旺盛的時期，其中有一項發(fā)明就是他思考了重力延伸到月球軌道這個問題。

但這份手稿里并沒有提到蘋果。

來源之二，是牛頓《自然哲學的數(shù)學原理》第三版主編彭伯頓在1728年的一本書里寫到的，他提到萬有引力定律是來自1666年牛頓逃避大瘟疫時的思考。

來源之三，是啟蒙運動偉大的思想家伏爾泰那本著名的《牛頓哲學原理》。

他在1736年出版的這本書里提到，牛頓的外甥女告訴他說，牛頓在鄉(xiāng)下看到蘋果落地陷入沉思，引發(fā)了對萬有引力定律的思考。

來源之四，是牛頓的同鄉(xiāng)也是他的傳記作者斯圖克利。

他在1752年曾經(jīng)寫了一本書回憶他跟牛頓的故事，提到1726年，即牛頓去世前的那一年，4月15日晚飯之后他倆出去散步，牛頓親口對他說，當年就是在相同的情景下，蘋果落地引發(fā)了他對重力的思考。

細究這四個來源，其實都來自于牛頓本人。也就是說，“蘋果神話”是牛頓本人說的，當然也有他的傳記作者的添油加醋。

萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)一波三折


出自牛頓本人之口的“蘋果神話”，家喻戶曉，然而，事實果真如此嗎？

實際上，萬有引力定律絕對不是牛頓在瘟疫期間坐在蘋果樹下被一個蘋果砸中腦袋之后就想出來的，它的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了漫長的時間，而且過程一波三折。

要追溯萬有引力定律的起源，還要從西方天文學的演變說起。

在古希臘，人們認為宇宙是一個球狀的東西，所有的恒星和行星都鑲嵌在一層層的天球上，每天圍繞地球轉(zhuǎn)動。

后來，哥白尼和開普勒發(fā)展出日心天文學，使天球理論走向解體，以亞里士多德物理學為基礎的托勒密地心天文學被打破。

新的天文學呼喚著新的物理學來作解釋。

此時站上舞臺中心的，是17世紀的超級天才、新物理學的鼻祖法國人笛卡爾。

他提出渦旋宇宙說，指出宇宙由物質(zhì)和運動構成，運動自我維持、數(shù)量守恒。

這個原理對于牛頓的“蘋果神話”非常重要，因為“蘋果神話”包含一個意思，即蘋果和月球之間沒有本質(zhì)的區(qū)別。

但這個思想不是牛頓的首創(chuàng)，笛卡爾已經(jīng)提出來了。

早期的牛頓深受笛卡爾影響，也相信渦旋理論，但他還在進一步思考重力問題。

從1665年的瘟疫之年至1669年，牛頓推導出了離心力公式和平方反比公式，但由于他所用的數(shù)據(jù)，包括地球的半徑、月亮離地球的距離、月亮本身的運行周期等有誤，導致他對地表重力的計算結果并不令人滿意。

于是牛頓似乎認為，笛卡爾式的渦旋還在起作用，引力問題就此被擱置了。

這段時間，牛頓將自己最主要的精力投入到煉金術實驗，其次是圣經(jīng)年代學研究。

此外，他還做了光學實驗和微積分的發(fā)明與完善。而在瘟疫期間思考過的重力問題，則被他擱置了十幾年，一直沒太關注。

不過，受煉金術思想影響，牛頓越來越相信作為超距作用的萬有引力的存在。1682年，他把彗星納入引力理論范圍，這說明此時的他越來越相信用引力理論可以解釋所有的天體現(xiàn)象。

1684年，哈雷拜訪牛頓，詢問行星軌道是何種曲線，這點燃了牛頓的熱情。1684年8月~11月，牛頓嚴格證明了橢圓軌道需要平方反比引力。

1686年~1687年，牛頓嚴格證明了球體引力公式，并發(fā)表了《自然哲學的數(shù)學原理》。

在這本書中，他提出了牛頓三定律和萬有引力定律，嚴格證明了不存在笛卡爾式的渦旋宇宙，并構造了新的天體體系。

到此為止，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)才算大功告成，而不是瘟疫那兩年。

此時的牛頓可以說是神一般的存在了。英國著名詩人蒲柏寫道：“自然和自然律在黑暗中隱藏，上帝說，讓牛頓去吧，于是一切豁然開朗！”

牛頓為什么要制造“蘋果神話”


到今天為止，沒有任何證據(jù)能夠證明，牛頓在瘟疫之年發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。

那么，牛頓為什么要制造“蘋果神話”呢？現(xiàn)在有很多研究表明，至少有三個原因。

第一，牛頓一輩子跟別人打官司，優(yōu)先權之爭貫穿他的一生。除了就光學問題、萬有引力定律問題跟胡克爭論外，他還就微積分的發(fā)明問題與萊布尼茨爭論，就月球的數(shù)據(jù)問題跟當時的皇家天文學家爭論。

所以他到了晚年之后想以這種方式一勞永逸地結束各種爭論。

第二，這和牛頓自己的個性有關。

我們不能認為偉大的科學家在科學上偉大，人格就一定偉大?，F(xiàn)在大家都認識到，牛頓的人格還是有一些缺陷的，他明顯是一個自戀、自大，喜歡自我美化的人。

晚年牛頓的自戀傾向更明顯，最后十來年，他經(jīng)常請人給自己畫像，自我美化。

制造“蘋果神話”和他自我美化的傾向是統(tǒng)一的。

第三，牛頓大概希望通過“蘋果神話”掩蓋引力概念的煉金術起源。

因為煉金術在當時屬于半地下的工作，不能公開。

在1936年以前，牛頓的形象都是高大上的。

直到1936年，經(jīng)濟學家凱恩斯從牛頓的后人手上買到了他的手稿，主要是他的煉金術手稿，研究后大吃一驚，他發(fā)現(xiàn)牛頓原來完全不是我們心目中那樣的人。

凱恩斯后來在文章中寫到，牛頓根本就不是理性時代的先師，而完全是最后的魔法師，他小心翼翼地掩蓋他的煉金術活動和他反對三位一體的異端信仰。

有意思的是，反對三位一體的牛頓，居然在劍橋三一學院待了35年，隱藏得非常深。

當然，無論牛頓有多么大的缺陷，我們都仍生活在牛頓為我們開辟的現(xiàn)代物理世界之中。

誠如愛因斯坦所說，“在他（牛頓）以前和以后，都還沒有人能像他那樣決定著西方的思想、研究和實踐的方向”。

（本報記者張文靜根據(jù)“人文清華云講壇”直播內(nèi)容整理）

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