伦敦的瘟疫与牛顿的苹果(转载)

楼主:怀旧的火柴 时间:2020-07-09 02:21:52 点击:18 回复:0
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  张轩中

  1665年,一场瘟疫席卷了英国伦敦。为了躲避瘟疫,牛顿离开剑桥大学,回到阔别已久的家乡进行自我隔离。有人说,正是在家乡的那段时间,牛顿发现了著名的万有引力定律。事实果然如此吗?

  其中最著名的故事莫过于“牛顿的苹果”。法国文学家伏尔泰曾在文章中描述,牛顿在乡下躲避瘟疫的那年,有一天,他坐在苹果树下,被树上掉下来的一颗苹果砸中脑袋。牛顿突然有了灵感,意识到苹果下落与月球绕地球运动一样,都受到万有引力的控制。

  这个故事流传甚广,以致很多人以为牛顿发现万有引力定律的时间是1665年至1666年。然而,这不是事实。准确地说,牛顿在乡下躲避瘟疫期间的主要学术成就是发明了微积分,这是他对科学的伟大贡献之一。在时间上,牛顿发现万有引力定律要比发明微积分晚得多。

  瘟疫结束后,牛顿回到剑桥大学读硕士,随后在老师巴罗的支持下留校任教。

  之后,牛顿开始与英国物理学家胡克通信。他们的很多信件被保存了下来,信件内容显示,牛顿当时也无法解释行星的运动轨迹为什么是椭圆,甚至错误地认为地球上的抛物体轨迹是螺旋线。可见,牛顿当时对引力现象不是很了解。

  后来,英国物理学家兼天文学家哈雷拜访了牛顿。哈雷告诉牛顿一个猜想(这个猜想基于哈雷与胡克等人的讨论):开普勒第一定律中,行星运动轨迹是椭圆,这可能预示着万有引力与物体距离的平方成反比。

  牛顿听了哈雷的介绍,开始用微积分去做相关的数学推导,最后发现:哈雷与胡克等人的猜想是正确的。那么,为什么哈雷与胡克发现不了万有引力定律,而牛顿可以呢?主要是因为牛顿的数学功底远胜过他们。牛顿用的数学工具是他自己发明的微积分,这在当时是一项“独门绝技”。

  1687年,牛顿的《自然哲学的数学原理》出版,书中清晰地推导出了万有引力定律。此书的出版得到哈雷的资助,因为当时出书很贵,而牛顿的生活比较贫困。所以,牛顿对哈雷非常感激,并在书中提到哈雷和胡克等人对自己的影响,也就是说,牛顿承认正是他们的启迪才使自己发现了万有引力定律。


  那么,为什么后世大量文字记载的是牛顿在乡下避瘟疫时,在苹果树下发现了万有引力定律呢?

  这背后的故事与胡克有关。当时胡克是英国十分著名的物理学家,主张光的波动说,而牛顿坚持光的微粒说。他们的学术观点存在分歧,胡克因此批评了牛顿。牛顿生性敏感多疑,这种学术批评令他反感。

  随着牛顿在学术界地位越来越高,他与胡克之间的矛盾也越来越深。牛顿第一次出版《自然哲学的数学原理》时,书里还出现了胡克的名字。而在胡克去世后,牛顿成为英国皇家学会的会长,当他再次出版《自然哲学的数学原理》时,就把胡克的名字从书里删除了。牛顿不再提及胡克对他的启迪,独占了发现万有引力定律的功劳。更进一步,牛顿宣称,自己在1666年就已经发现了万有引力定律,以完全摒弃胡克对他的影响。

  这就是伦敦的瘟疫与牛顿的苹果背后的故事。

  (摘自《读者》杂志2020年13期)

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