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《科学24小时》

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“苹果”和“肩膀”的真相

2017-12-18 18:14:00

  牛顿因看到苹果坠落而受到启发,发现了万有引力定律。长久以来,这一经典故事流传甚广,为人们所津津乐道。牛顿的同胞拜伦甚至还将它写进了《唐璜》:

  据说牛顿看见一只苹果坠落,灵机一动,找到了一个论据……证明地球是本着自然的旋转而旋转的,叫做什么“万有引力”;这倒是自亚当以来的第一个人将“坠落”或“苹果”作了一番理论。

  的确,牛顿对重力和引力问题所做的一系列深入思考及相关研究,对物理学、天文学乃至整个现代科学都产生了难以估量的巨大影响,并且极大地改变了人类认知的历史。苹果与万有引力的故事,则完美地象征着通过观察普通事物突现灵感的概念革命。可是,这个出自好几个源头的逸闻几乎可以确定是捏造的,要不然就是对事实的添油加醋和过度渲染。

  科学史家注意到,苹果的故事直至牛顿辞世前一年(1726年)才由他本人说出口,并由崇拜他的一位朋友兼传记作者记录下来,而这与他有了伟大发现的那个“奇迹之年”(1665年)相距已长达 60年。这种传奇故事固然生动、有趣,但它凸显的只是灵感、偶然和机遇,而且往往“简化”了科学发现与科学活动的曲折历程,忽略乃至掩盖了这些发现的真实史条件,以及其他探究者所付出的艰辛努力。

  德国杰出的数学家高斯对牛顿十分钦佩,也很清楚牛顿是经过长期艰苦的工作和不间断的思考,才取得他这一最伟大成就的。也正因为如此,有关牛顿和苹果的传奇故事让高斯非常愤慨,他调侃道:“如果你愿意,就相信这个故事好了。”但苹果事的真相是这样的:有一个爱打听的人问牛顿,他是怎样发现万有引力定律的。牛顿一眼就看出他是在跟一个心智不成熟的人打交道,便想避开这个讨厌的家伙。于是说,有一个苹果掉下来,正好打在了他的鼻子上。那个人听后,非常满意地走开了。

  有一种推断认为,牛顿只是想借用这个故事让别人知道,他比那确实很有才干,但喜欢夸夸其谈且好大喜功的竞争对手罗伯特·胡克,提前 20多年发现了万有引力定律。胡克以阐述关于弹簧的胡克定律和在显微镜下发现细胞而闻名于世,他坚称,牛顿窃取了他关于万有引力的想法。对此,牛顿自然不屑。为了达到“领先”发现的目的,他不惜编造了故事。在牛顿的一封书信原稿中我们发现,他在信中写出这个故事,后又删去了,可见他当时的心情也很复杂。不过,由于各种原因,这个故事仍旧传开了。对此后人评论道:不管故事的真假如何,很显然,唯有牛顿的眼光,才能看出苹果的掉落和月球的运转是由同一力量主宰的;也唯有牛顿的心智,才能将这点洞察放大成为万有引力定律。

  其实,起决定作用的应该是牛顿的数学能力和思考问题的专精程度好生了得;而胡克缺乏严格的数学训练,其灵光一现的跳跃式思维往往使他的研究停留在概念上,泛泛而不精。但平心而论,牛顿确实在与胡克进行的论辩式通信中得到一些启发,他尤其应该感谢比他年长 7岁的胡克,是胡可激发了他证明椭圆轨道上遵守引力平方反比关系的灵感。尽管胡克是以一种揭丑式的攻击姿态,正确地指出了那个很重要且极具启发性的科学论点——受到重力作用的物体是沿椭圆路径下落到地面的,算是无意中帮了牛顿的大忙。

  牛顿与胡克,这一对身世相近且都极度自恋,但却性格迥异的科学天才“杠”在一起,堪称科学史上一段耐人寻味、令人感慨的另类“佳话”。他们俩彼此诋毁、互相仇视,常常闹到水火不容的地步。胡克刻薄、生性好斗,而气量狭小、狂傲自大的牛顿也绝不是省油的灯。除非有绝对的必要,他才不会轻易把功劳归于他人,而且一旦冒犯了他,他将永不原谅对方。由于与胡克交恶,牛顿后来将其名著《自然哲学的数学原理》中关于胡克的引用都尽力删除;有些实在无法删掉的,也把原先“非常尊敬的胡克先生”变成“胡克”两字,连最基本的礼仪也不顾了。

  1676年2月5日,牛顿给个子矮小且有点儿驼背的胡克回复了一封信,行文表面看来彬彬有礼,颇具绅士风度。其中有一段几个世纪以来常被后人引用,但却一直被误解的话:笛卡尔(的光学研究)踏出了很好的一步,而你则推进了许多方面的发展,特别是将薄片间的色彩也引入哲学的考虑范围。假如我看得比较远,那是因为我站在了你们这些巨人的肩膀上。

  这段糖衣包裹下的优雅文辞,特别是隐含双重含义的最后那句话,才“真正显露出牛顿的骂人本领,犹如刀锋般的尖利”(牛顿最新传记作者迈克尔·怀特语)。1989年,华裔物理学家徐一鸿在由牛津大学出版社出版的一本著作中也写道:“现在有一些物理学家就用这句话的变体来奚落他们的同事:‘如果我看得远些,那是因为我从矮子肩膀上看过去的缘故。’”

  哎,科学家也是人呐!

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