清华大学教授 瘟疫之年 重新认识牛顿

1665年,伦敦瘟疫大爆发,传说牛顿居家隔离时看见苹果落地,发现了万有引力。信仰上帝又沉迷炼金术的牛顿,如何成为最伟大的科学家?瘟疫之年究竟是不是牛顿的奇迹之年?

著名科学史家、清华大学科学史系主任吴国盛教授登坛讲授《瘟疫之年:重新认识牛顿》,指出牛顿并不是在瘟疫之年发现万有引力定律,牛顿也不是牛顿主义者,而是最后的魔法师。

吴国盛,清华大学科学史系主任,国务院学位委员会科技史学科评议组成员,中国自然辩证法研究会科学传播与科学教育专业委员会主任。曾任第七、八届中国科学技术史学会副理事长、北京大学科学史与科学哲学研究中心主任。1998年获第六届“中国青年科技奖”。代表作《什么是科学》《科学的历程》《时间的观念》《希腊空间概念》《技术哲学讲演录》等。各位观众朋友,大家晚上好!

最近新冠肺炎流行,大家进入特殊的生活模式。我们可以回顾一下,历史上那些伟大的人物在瘟疫之年做了什么?今天我们讲一讲瘟疫时期的牛顿。

01人类历史上最伟大的科学家

大家都知道牛顿。他是科学界最牛的科学家,在数学上发明了微积分、二项式定理,在力学上提出了牛顿三定律,在天文学上建立了万有引力定律,在光学上发现了白光是复合光,并且发明了反射式望远镜。这些成就,一个人一生只要做出其中一项就足以名垂千古,而牛顿做出了所有这些,所以牛顿是一个超级大牛,仿佛神一样的存在。

20世纪最著名的物理学家爱因斯坦曾经说过:“在他(牛顿)以前和以后,都还没有人能像他那样决定着西方的思想、研究和实践的方向。”牛顿安葬在西敏寺教堂,西敏寺早期是英国王室举行婚礼和葬礼的场所,后来成了英国大不列颠的名人堂、先贤寺,英国历史上伟大的科学家、思想家、文学家、艺术家会以入葬西敏寺为荣,牛顿墓地和纪念碑就占据了西敏寺最显著的位置。

02瘟疫之年真的是奇迹之年吗?

1665年—1666年伦敦发生了一场大鼠疫,情况非常严峻,瘟疫波及到剑桥,剑桥学生牛顿也受了影响。1665年8月学校关闭,在关校之前一个月,牛顿回到他的老家伍尔索普庄园,这是牛顿出生的地方。

瘟疫期间,牛顿在家里待了大概一年半的时间。人们都说牛顿在家躲避瘟疫时,坐在他们家一棵苹果树下沉思,由于苹果砸中了他的脑袋,引发了他的思考,导致他发现了万有引力定律。这被称之为著名的“苹果神话”,也是我们今天的主要话题。

“苹果神话”的来源是什么?目前来看有四个来源:

第一个来源是老年牛顿在1720年代自己说的。他在去世之前的七八年间写了一份东西,跟人说1665年、1666年这两年是他一辈子发明最旺盛的时期,其中有一项发明就是他思考了重力延伸到月球轨道这个问题。但我们看这份手稿里并没有提到苹果。

来源之二,是牛顿《自然哲学的数学原理》第三版主编彭伯顿在1728年的一本书里写到的,也提到万有引力定律是来自1666年牛顿逃避大瘟疫时的思考。

来源之三,是启蒙运动伟大的思想家伏尔泰那本著名的《牛顿哲学原理》。他在1736年出版的这本书里提到,牛顿的外甥女告诉他说,牛顿在乡下看到苹果落地陷入沉思,引发了对万有引力定律的思考。

来源之四,是牛顿的同乡也是他的传记作者斯图克利。他在1752年曾经写了一本书回忆他跟牛顿的故事,提到1726年,即牛顿去世前的那一年,4月15号晚饭之后他们俩出去散步,牛顿亲口跟他说,当年就是在相同的情景下,苹果落地引发了他对重力的思考。

这四个来源,其实都是来自于牛顿本人,也就是说,“苹果神话”是牛顿本人说的,当然他的传记作者有些添油加醋。这个故事很著名,家喻户晓。现在去剑桥大学访问,一进去就能看到三一学院门口院子的草坪上种了一棵苹果树,那是从牛顿家苹果树嫁接过来的。这块种了苹果树的草坪大有讲究,当年牛顿就是在这个地方住了三十多年。

“苹果神话”实际上很长时间以来都被人们认可,1860年落成的牛津自然博物馆里面,牛顿雕像脚下就有一个苹果,可见“苹果神话”并不是街头小报的八卦,而是当时学界共同的看法。

03天球逐渐解体

是不是这么回事?今天我想花一点时间跟大家共同探讨这个脍炙人口的“苹果神话”。

追溯万有引力定律的起源就要说到西方天文学的演变。在古希腊,人们认为宇宙是一个球状的东西,所有的恒星都镶嵌在最外一层天球上转动,每天绕地球转一圈。所有行星也是绕地球转动,不过是镶嵌在一个天球上绕地球转动。

古代希腊人的天文学基本是天球天文学,或者天球几何学、球面几何学。地球处在宇宙的中心,外面是月亮天球、水星天球、金星天球、太阳天球、火星天球、木星天球、土星天球,最外面是恒星天球。所以,天球是希腊人理解宇宙的基本要素。

但是天球在近代出了问题。1543年,哥白尼出版了一本伟大的著作《天球运行论》,用日心说替代地心说,宇宙中心已经不是地球了,而是太阳,地球变成了一个行星,只有月球还在绕地球转动。

这件事情表面看起来并没有影响天球理论,哥白尼仍然是希腊思想的继承者,在他看来整个宇宙仍然是个球,恒星天球还是在最外面,行星天球在里面,只不过过去地球的位置被太阳占据了,所以只是用日心说取代了地心说,天球并没有变化。但是由于太阳、地球交换了位置,就不可避免地引发很多新问题。比如地球既然不处在宇宙的中心,那月球为什么要绕地球转动,而不是绕太阳转动呢?

1577年,丹麦天文学家第谷发现彗星不像希腊人所想象的那样属于大气现象,实际上是来自于天外,这就意味着彗星可能要穿越天球才能到达地球,如果彗星要穿越天球这就意味着天球有问题了。特别是第谷本人后来的宇宙模型,他是让行星绕太阳转,太阳绕地球转,这样以来就不免产生天球相互交叠的麻烦,所以天球从1577年开始走向解体。

1609年,德国天文学家开普勒发现,其实行星绕太阳的运动根本不是圆周运动,而是椭圆运动,太阳处于椭圆的一个焦点之上,从1609年开始天球彻底解体了。

04笛卡尔涡旋宇宙开创新物理学

天球解体以后麻烦来了,出现两个最基本的问题:

第一个问题,既然没有天球,行星为什么还绕太阳转动呢?

第二个问题,地球成为行星之后,天地之别还存在吗?过去大家都认可天地判然有别,咱们中国人也是讲天壤之别、判若云泥,这跟古希腊是一样的。但是哥白尼革命最伟大的成果是,让地球成为一个行星,让地球成为一个天体,天和地之间的区别就被打破了。

这两个问题引发了整个欧洲科学思想的重大革命,新的天文学要求新的物理学出现。托勒密地心天文学是以亚里士多德的物理学为基础,亚里士多德提供了一套以地心宇宙论为基础的物理学。打破了地心天文学之后就要求用一种新的物理学来解释日心天文学。

新物理学的第一人是笛卡尔。笛卡尔是17世纪上半叶的一个超级天才,17世纪是一个天才的世纪,群星闪烁,笛卡尔则是17世纪前半叶最闪亮的明星。笛卡尔有意识地要创立一套新物理学来全方位取代亚里士多德的旧物理学,所以他是新物理学的第一人。新物理学涉及的内容比较多,我们选取新旧物理学中与引力相关的内容按照三个原理做一个简单的对比。

亚里士多德认为天和地完全不一样,物质组成不一样,天上是以太,是纯粹的、透明的、完美的,是不变化的,地上是土、水、气、火四元素。运动方式也不一样,天界的运动方式是匀速圆周运动,地上的运动方式是直线运动。

笛卡尔则认为宇宙仅仅由物质和运动构成,不分天上地下,这个思想称之为统一原理,直接应对哥白尼革命带来的天和地界限打破这件事情。笛卡尔创立了崭新的世界体系,除了物质和运动不存在别的解释原则,亚里士多德那些非常复杂的实体、潜能、现实这些概念都不需要了,所以笛卡尔创立了新物理学的第一原理。

这个原理对于牛顿的“苹果神话”非常重要,因为牛顿的“苹果神话”包含一个意思,即苹果和月球之间没有本质的区别。但这个思想不是牛顿的首创,笛卡尔已经提出来了。

笛卡尔提出的第二个原理是惯性原理。亚里士多德认为运动要么是自然运动、要么是受迫运动,自然运动是出于本性的运动,重物下落轻物上升,天经地义。而受迫运动一定需要外力维系,外力一旦撤掉受迫运动就中止。而笛卡尔认为运动不需要外力维持,运动自我维持,而且数量守恒,这被称为惯性原理,今天我们称之为牛顿第一定律,但牛顿第一定律的首创者不是牛顿而是笛卡尔。

既然这样,是不是笛卡尔就把新物理学讲完了?不是。第三点,宇宙模型是最关键的区别。亚里士多德的宇宙是天球宇宙,大球套小球,天球套地球这个模式。而笛卡尔把天球打破以后,用涡旋宇宙模型来替代天球宇宙模型,用宇宙涡旋来解释当时所碰到的所有物理问题。

笛卡尔认为,所有的行星绕太阳转动,这是因为太阳周边有一个大的涡旋。太阳之外还有很多涡旋。他认为世界是多宇宙的,不只有一个太阳系。所有的涡旋都是由大量的涡旋微粒所构成。涡旋运动既解释了太阳系里行星的运动,也解释了月亮绕地球的转动、抛物体的运动、苹果落地的自由落体运动、彗星运动等等。

但是除了我们做科学史的人之外,今天很少有人听说过历史上还有一个伟大的涡旋宇宙体系,那是因为牛顿彻底清除了涡旋宇宙,用万有引力宇宙取而代之,这相当于新物理学的版本转换,如果说笛卡尔的物理学是新物理学1.0版,那牛顿的新物理学就是2.0版,正是这个版本转换导致笛卡尔在科学史上的地位远远不如牛顿。今天在哲学系笛卡尔的书仍是必读书,但物理教科书里基本上没有笛卡尔的名字。

05万有引力定律一波三折

“苹果神话”有没有道理?其实刚才我们已经解构了一半,万有引力定律绝对不是牛顿在瘟疫期间坐在苹果树下被一个苹果砸中脑袋之后想出来的,伟大的思想从来都有历史背景。

牛顿进入剑桥三一学院之后发现学校没有什么可学的,老的一套东西他都不爱学,在剑桥读本科四年期间他基本是自学,天文学、数学、哲学他都读,高效率地吸收了当时最优秀的科学成果。牛顿的天才在剑桥表现得极为突出,虽然是自学,但大学毕业的时候他已经成为当时学科前沿的开创者。

在自学期间,他深受笛卡尔的影响,可以说牛顿就是笛卡尔直接的继承者。牛顿有一句名言“如果我看得比别人更远一点,那是因为我站在巨人的肩膀上”,这个“巨人”指的就是笛卡尔。没有笛卡尔的铺垫,牛顿到达不了后来的高度。受笛卡尔影响,那时候牛顿也相信涡旋理论,但是他还在进一步思考重力问题。

现在有证据表明,在1665年—1669年,牛顿做了很多计算。其中有两个非常重要的计算:第一个,他算出了一个圆周运动的物体会有离心力,离心力与距离成反比,与它的速度的平方成正比,F=mv2/r,现在叫做惠更斯公式,牛顿大概在1665年—1669年期间就推导出来了。

他推导完之后根据地表苹果的重力加速度,再根据月球的运动周期,算出来地表重力应该是月球离心力的4325倍。这个计算结果当然是有问题的,因为牛顿当时的数据不是很准,这些数据包括地球的半径、月亮离地球的距离、月亮本身的运行周期等。

牛顿的第二个计算是根据开普勒第三定律以及他自己新得到的离心力公式推导出平方反比公式,离心力应该与距离的平方成反比,根据这个公式他计算出地表的重力应该是月球离心力的3600倍。两个计算的结果不一致,并不令人满意。于是牛顿似乎认为,笛卡尔式的涡旋还在起作用,引力问题就被搁置了。

牛顿一辈子兴趣比较广,他在剑桥待的那么多年里,其实用心比较多的并不是万有引力,甚至也不是我们想象的微积分的发明,他最热衷的是炼金术实验,其次是圣经年代学研究,此外光学实验是他在学生时代就比较喜欢的一个实验类型,他造了一个反射式望远镜,后来被命名为牛顿式望远镜,可以解决色差问题,是望远镜里非常重要的一类,牛顿凭着这个发明入选了皇家学会。瘟疫期间他虽然思考过重力问题,但后来搁置了十几年,一直没太关注。

重新捡起来是1679年,当时英国有名的物理学家胡克写信和他交流。胡克一辈子跟牛顿打,在光学问题、发现万有引力的优先权上两人一直争吵不休。1679年胡克给牛顿写信说,咱们能不能不打了,恢复通信,牛顿说我不愿意跟你们讲这些事。虽然嘴上这么说,但是他内心倒是开始重新思考这个问题。

牛顿一辈子就没停止过思考,追求知识、追求真理是他毕生的乐趣。牛顿在剑桥待了35年,没有什么朋友,整天除了看书、研究、烧炉子、做实验,就没有别的事情,他一直没有停止过思考。胡克的来信,促成他进一步思考。在这段时间内炼金术活动对他的思想有很大影响,他越来越相信存在具有超距作用的万有引力。

万有引力和宇宙涡旋最大的区别是什么?宇宙涡旋是微粒的碰撞,苹果落地、月亮绕球转动,在笛卡尔看来都是大量微粒碰撞的结果。而牛顿的万有引力是个超距作用,两个物体之间即使隔着遥远的距离,不接触也能发生作用,这其实是挺怪的思想,亚里士多德、笛卡尔都不能容忍有超距作用。牛顿之所以敢于把万有引力提出来,而且把它作为一个主要的决定性因素来思考,与其炼金术活动是有关系的。

但是此时,万有引力定律这个事情还没有一步到位。1681年出现了两次彗星,牛顿当时没有用万有引力理论解释彗星。1682年他改变看法,把彗星也纳入引力理论范围,这就说明到了1682年他越来越相信大概用引力理论可以解释所有的天体现象。

真正出现转机是1684年。这一年8月,发现哈雷彗星的那个哈雷专程去拜访牛顿。哈雷比牛顿年轻十来岁,当时他和胡克、雷恩几个人都觉得要满足开普勒定律的行星运动,必须要让行星受一个平方反比力的作用,但是他们没法证明,他们几个人数学不行,所以专程到剑桥请教牛顿,询问假定太阳对行星的引力是与距离平方反比的话,那么行星轨道应该是何种曲线?

牛顿脱口而出,当然是椭圆。哈雷就问你怎么知道的,牛顿说我早就算过了,哈雷说能不能让我看一看,牛顿假装找了找说找不到,跟哈雷表态说没关系我马上写了寄给你。牛顿果然花了三个月时间写了一份证明过程寄给他。这个问题过去牛顿虽然算过,但是有错误,现在牛顿被哈雷影响第一次做了严格的证明,这个证明就是任何做椭圆轨道运动的物体必然受一个朝向焦点的平方反比力,反之,任何在平方反比力作用下的物体必然做一个椭圆或者圆锥曲线运动,这是万有引力定律的第一个关键证明,这个证明严格说是1684年年底才做出来的。

哈雷收到这封信之后非常激动,他仿佛看到一个伟大的真理体系正在冉冉升起,他立即又重新访问牛顿,鼓励他多写一点。所以哈雷点燃了牛顿未来一年半的热情,在这段时间,牛顿其他事都不干了,连最喜欢的炼金术也不玩了,专心致志写作我们今天所知道的那部伟大的著作《自然哲学的数学原理》。

在这部伟大的著作里牛顿以一种前无古人后无来者的超级天才的洞察力,对此前种种思想要素做了一个综合,构造了一套非常伟大的公理体系,这个体系就是牛顿力学体系。

《自然哲学的数学原理》,一共三卷。第一卷提出牛顿三定律和万有引力定律。第二卷,他花了一卷的篇幅严格证明笛卡尔式的涡旋不能成立,如果有涡旋的话开普勒定律就不能成立,这是非常难得的。后面有的人像惠更斯、莱布尼茨对牛顿的引力都有看法,因为引力给大家的感觉是一个超距作用,是一个神奇的东西,不能符合笛卡尔那套新时代的机械论体系,但是牛顿证明的方法非常让他们佩服。第三卷,牛顿非常自豪地说,现在就让我们来构造宇宙体系吧,这个口气是像上帝一样的口气。

这部著作里牛顿完成了万有引力需要的第二个关键证明——利用他发明的微积分证明了地球吸引苹果的方式。地表上的苹果离地球的地表很近,过去不知道怎么算那个距离。如果离得很远的话,大概可以以物体和地心的距离作为距离来计算,可是苹果在地球表面,那么地球吸引苹果应该以什么距离吸引呢?这其实是一个微积分的问题。牛顿严格证明了地球吸引苹果就如同所有的质量都集中在球心一样,这只有牛顿能证明出来,没有微积分这点没法证明,而这点证明不了,万有引力定律就没法用,就没有办法知道地球怎么吸引物体。

两个重要的原理都在1684年—1686年这两年内完成。所以,真正发现万有引力定律是在这两年,而不是在瘟疫那两年。

牛顿在这本书里长篇大论,不厌其烦,严格按照他高超的数学推理和证明能力,逐一对当时物理学家们面临的基础问题进行解答。

比如地球吸引苹果和地球吸引一个铁团产生的加速度是一样的,解释了当年伽利略的思想,所有的自由落体如果不受空气阻力的话同时下落。他用这个引力分析了月球运动的周期和月球运动的反常。他还解释了潮汐现象,潮汐是一个古老的现象,尤其海洋民族都知道潮汐,但是此前人们不知道潮汐是由什么造成的,牛顿认为潮汐是由月球对海水的吸引力造成的。在此之前的伽利略认为潮汐是地球转动造成的,这是错误的。

牛顿还把引力用到行星和彗星之上,彻底解释了开普勒定律。而且他还有一个关于岁差现象的非常天才的解释。古代就有人发现太阳周年运动有一个独特的现象,那就是太阳在黄道上的周期运动的某些关键点,比如春分点的位置会发生漂移,春分点并不是永远固定在一个星座上,这种春分点的漂移,中国古代也知道,称之为岁差现象,牛顿居然用牛顿力学、他的万有引力定律解释了岁差。

岁差是地球本身在做一个轴向运动,就像一个陀螺,陀螺快要倒了时,抽它一鞭子陀螺的轴就开始转动。如果地球是个陀螺的话,地球本身就有一个轴向运动,反映到天上,就是春分点在黄道上会有漂移。无论是宏观的还是微观的物理现象,牛顿都可以用他的万有引力定律进行解释,而且解释得如此漂亮,当时那个时代所有的大科学家没有一个人不服的。

所以牛顿《原理》出版以后,新的天文学终于有了坚实的物理基础,一种对古代科学的整体替代就完成了,因此牛顿是科学革命的完成者。今天我们所做的科学大范围内还是牛顿科学,所有的其他学科都向着牛顿物理学看齐,牛顿物理学成了近代科学的一个典范。所以说,牛顿不仅仅是做出来许多了不起的科学成就,而且建立了科学的标准,这是他最牛的地方。

简单回顾一下,牛顿是怎么发现万有引力的:1665年—1669年,也就是瘟疫之年和瘟疫之后,牛顿初步推导出了平方反比力公式,1684年底严格证明了平方反比力公式。1686年—1687年严格证明了球体引力公式,1687年出版的这本《原理》里面万有引力定律才大功告成。这个时候的牛顿可以说是神一般的存在了。

英国著名诗人浦珀应邀为他写了一个墓志铭,很可惜这个墓志铭并没有真的刻在西敏寺的牛顿墓碑上,这个墓志铭写道:“自然和自然律在黑暗中隐藏,上帝说,让牛顿去吧,于是一切豁然开朗!”有些中国人喜欢译成更简洁的句子,即“天不生牛顿,万古如长夜”,意思差不多。

06为什么是牛顿

为什么是牛顿发现了万有引力?17世纪固然是天才辈出的世纪,但是为什么惟有牛顿能作出这样的成就?

第一,这是一个伟大的时代。牛顿是站在巨人的肩膀上前行的,从哥白尼、开普勒、伽利略、波义耳到笛卡尔,都是牛顿的先驱。

第二,牛顿有独特的天分,拥有超凡的数学能力和实验能力。他的天分正好揭示了近代科学的两个秘密,就是数学加实验。牛顿也是人类历史上的超级数学天才之一,进入前五名应该没问题,没有数学就不能严格证明,胡克虽然直觉很强,但是他最多发现到平方反比力这个公式为止,他无法推导出一套体系来。

而且牛顿不仅是数学厉害,实验能力也极强。他早年初出茅庐时被认可,就是因为做光学试验。今天虽然发现牛顿的光学理论有很多错误,但是他的关键实验仍然正确,他对白光复合光的发现今天仍然正确,其实验方法仍然是最绝妙的。

还有一个我们中国人通常容易忽略的问题,就是牛顿从事研究的动机是什么。我们通常喜欢把科学看成是一个促进生产力发展的技术,用于造就财富。但牛顿的科学没有这些功能。牛顿为什么一辈子能够致力于这样的研究,这和当时他那个社会里独特的文化有关系,那就是牛顿的宗教信仰,这是一个非常重要的问题,谈到牛顿就不能不谈他的上帝思想。

牛顿信仰的上帝跟其他人还不完全一样,笛卡尔的上帝是一个唯理论的上帝,上帝以他高超的能力创造了一个理性的宇宙。而牛顿认为,上帝的全知全善全能不在于他是不是理性,而在于他能不能自由挥洒他的意志,在于他能不能说了算。在一个说了算的上帝那里他可以随时改变这个世界,一个随时改变世界的上帝和一个做好了世界的上帝不一样。

如果上帝按照理性的方式创造宇宙,这样的世界人们只需要通过理性的方式认识就可以了,笛卡尔的体系都是通过概念进行理性推理,比如笛卡尔哲学就是从“我思故我在”这样一个第一命题、完全不能怀疑的命题往下推,他构造了一套推理体系系统。可是牛顿的上帝不允许单凭理性认识这个世界,因为任何理性的构造都可以被上帝随时打破,面对这样一个唯意志论的上帝,人们认识世界的唯一方法是经验,就是得小心翼翼地获取经验,通过对经验进行归纳总结,来揣摩这个世界的规律。牛顿的信仰里面特别强调经验的扎实性。

因此万有引力的发现过程中,牛顿实际是总结了大量物体运动的现象后对它们进行数学归纳。所以,牛顿能够提出和笛卡尔不一样的一套宇宙体系。

07牛顿不是牛顿主义者

尽管牛顿是万有引力定律的提出者,但是牛顿本人却不相信引力是世界的本质,他不认为引力是事物固有的能力。今天我们知道引力是属于物体的,任何两个物体都会产生万有引力,可是牛顿给当时的三一学院院长本特利写信时说:“希望您不要把重力是固有的这种看法归之于我。”

牛顿的意思是,万有引力仍然只是表象,仍然只是对现象的总结,这跟他的经验主义科学方法论有关系。而且牛顿当时也不相信单凭引力就可以维持太阳系的稳定,他认为上帝之手不能缺少。

一直到18世纪,法国科学家拉普拉斯建立了以万有引力定律为基础的天体力学之后,上帝才被驱逐出这个宇宙。当时拉普拉斯受拿破仑接见,送上了他的新著《天体力学》,拿破仑翻了半天,问他这书里怎么没有上帝?拉普拉斯说了一句双关语:“陛下,我不需要这个东西了。”

18世纪,牛顿力学才真正以我们今天所见到的形象向人们呈现,而牛顿本人并不相信这一点。所以牛顿本人其实不是一个牛顿主义者,在牛顿看来,宇宙一半是机械的,一半是微妙的。机械的部分是可以用《原理》解释,微妙的部分用炼金术来解释,但是无论是机械的还是微妙的,归根到底是由上帝解释。我希望这样一个知识架构可以帮助大家理解牛顿,理解牛顿为什么一辈子主要的时间在玩炼金术、研究圣经年代学。

08牛顿为什么制造“苹果神话”

最后我们回到一开始的问题,“苹果神话”是牛顿制造的,三个其他来源最后都追到牛顿本人,都是他自己先说的,而且到今天也没有任何证据证明他在瘟疫之年发现了万有引力定律。牛顿为什么要制造“苹果神话”?现在有很多研究表明,至少有三个原因。

第一,牛顿一辈子跟人家老打官司,优先权之争贯穿他的一生。除了就光学问题、万有引力定律问题跟胡克争论外,他还就微积分的发明问题与莱布尼茨争论,就月球的数据问题跟当时的皇家天文学家争论。所以他到了晚年之后想以这种方式一劳永逸地结束各种争论。

第二,和牛顿自己的个性有关系。我们不能认为伟大的科学家在科学上伟大,人格就一定伟大。现在大家都认识到,牛顿的人格还是有一些缺陷,他明显是一个自恋、自大,喜欢自我美化的人。

牛顿对自己经常有一些很奇特的使命感,他觉得自己生于圣诞那天,跟耶稣同一天生的;耶稣没有地上的生父,他也生下来没有父亲。他觉得自己有点那种天将降大任于斯人的感觉,对自己是非常自信的,的确他的数学能力和实验能力在当时也是无人能及,他也有骄傲的本钱。他到了晚年自恋倾向更明显,最后十来年,他经常请人给他画像,自我美化,所以制造“苹果神话”和这个自我美化的倾向是统一的。

第三,他大概希望通过“苹果神话”掩盖引力概念的炼金术起源。炼金术当时属于半地下的工作,不能公开。

在1936年以前,牛顿的形象都是高大上的,没有乱七八糟的事。但1936年著名的经济学家凯恩斯从牛顿的后人手上买到了他的手稿,主要是他的炼金术手稿,凯恩斯研究后大吃一惊,他发现牛顿原来完全不是我们心目中那样的人。

凯恩斯在1942年左右写了一篇文章,本来是想参加纪念牛顿诞辰300周年的活动,但1942年正好是二战时期,所以这个活动没有举行,推迟到1946年举行,但1946年春天凯恩斯去世了,后来他的弟弟帮他念了他写的这篇文章。

在这篇文章里,凯恩斯揭露说牛顿根本就不是理性时代的先师,而完全是最后的魔法师,他小心翼翼地掩盖他的炼金术活动和他反对三位一体的异端信仰。牛顿一辈子是个虔诚的教徒,但是他不是正宗的天主教徒,因为他反对三位一体。

非常有意思的是反对三位一体的牛顿,居然在剑桥三一学院待了35年,隐藏得非常深,一直到他去世,人们都不知道他是反对三位一体的人。当然,无论牛顿有多么大的缺陷,我们都生活在牛顿为我们开辟的现代物理世界之中。

最后分享一个故事,1968年阿波罗8号从月球返航途中,地面指挥系统问现在是谁在驾驶飞船?飞船上的指令长博尔曼俏皮地回答说:“我想是牛顿在驾驶。”

09网友互动

1. 如果牛顿物理学是2.0版,那么爱因斯坦物理学是2.8版

网友:牛顿和爱因斯坦的宇宙观有什么不同?他们对物理学的影响又有什么不同?

吴国盛:爱因斯坦评价牛顿时说:“在他以前和以后,都还没有人能像他那样决定着西方的思想、研究和实践的方向。”爱因斯坦仍然生活在牛顿所开辟的世界之中,但是爱因斯坦做了非常伟大的变革。爱因斯坦是一个变革者,如果牛顿的物理学是2.0版,那么爱因斯坦的物理学可能算2.8版,还不到3.0版,因为并没有彻底的告别牛顿物理学,牛顿物理学所提供的方法论、世界观迄今基本没有大的变化。

2. 牛顿终身未婚,可能是同性恋

网友:牛顿终生未婚,是不是为科学牺牲了家庭?

吴国盛:这是很有意思的问题。我们很多人会这么想,觉得一个人不结婚,是牺牲了家庭为了科学而奋斗。其实结婚不结婚本来是属于个人的私事。现代有科学史家认为,牛顿未婚固然和他一辈子忙于研究有关系,但可能和他的性取向也有关系。牛顿可能有同性恋倾向。在《原理》出版之后,有一个瑞士数学家杜里叶,比他年轻20多岁,和他有过三四年的密切接触,但他们后来突然不来往了,关系戛然而止,所以有的人怀疑他有性取向方面的特殊性。

3. 达芬奇不仅是艺术家,也是科学家

网友:达芬奇不仅是一个著名的画家,也做过很多科学实验,那么科学史是不是把他作为科学家?

吴国盛:严格的“科学”名词的出现,职业化科学家的出现是在19世纪。经济学家凯恩斯不就认为牛顿并不是一个科学家,而应该算是最后一个魔法师,最后一个相信迷信的人吗?关于达芬奇是不是,我们需要对“科学”有一些界定。

达芬奇比牛顿又早200年,达芬奇本人没受过什么教育,也是自学成才,他更多的是一个工程师、一个画家。他是匠人出身,数学上不是很强,但是他的发明能力很强,有很多技术发明,包括军事方面的发明,如坦克、攻城武器等,还有民用机械的发明。

而且,达芬奇代表了一种现代的科学精神,那就是亲自动手、亲自做实验,不迷信盲从经典,对于权威的东西敢于重新来认识。因此从广义上说,达芬奇可以算是一个科学家,一个技术发明家。就他的精神气质,他是一个现代意义上的思想家,因为他的精神气质和古代是不一样的。所以科学史的图书经常把达芬奇列为一个章节。



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