书城传记科学巨人:牛顿(创造历史的风云人物)
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第23章 牛顿的个人生活(2)

非常遗憾的是,在这位伟大的母亲离去的那一刻,她还不知道自己为人类生下了一个多么伟大的儿子!

处理完后事,牛顿带着极度的悲伤回到了剑桥。由于精神恍惚,一天早晨他到剑桥大学礼堂去做礼拜时,不知怎么忘记了熄灭蜡烛,结果蜡烛被风吹倒,把摆在桌上的《光学》和《化学》手稿以及其他一些论文烧掉了。他完全被这场面惊呆了,他愣在那半天不知怎么办才好。幸好没有把房子烧掉,但是他半生的心血都被烧掉了。《光学》是牛顿一生中仅次于《原理》的最重要的一部著作,从1672年就开始撰写,手稿在此之前已经全部写好,只是由于种种原因,主要可能是由于胡克还在,未付诸出版。

牛顿一生近四分之一的时间都花在了化学和炼金术上,并经常同波义耳等化学家讨论有关化学问题,在这方面也肯定积聚了不少研究成果和见解,他的这方面心血便结集在《化学》一书的手稿中。根据专家考证,1692年因失火烧毁的《化学》手稿,也是一部科学巨著,如果不被烧毁的话,在牛顿的头衔上面,可能会加一个“化学家”的称号。

牛顿懊恼极了,几乎一个月昼夜不停,他开始重新撰写《光学》手稿,至于《化学》,他再也没有精力去管它了。

但是,由于长期的各种因素的积聚,这位巨人再也支持不住,终于精神崩溃了。长年累月的科研工作,尤其是18个月撰写《原理》的那紧张的日日夜夜,呕心沥血;在《原理》出版过程当中和胡克的争论以及《原理》出版之后由于不被理解而遭到各方面的批评、指责和攻击,使他为了辩论而大伤脑筋。他是一个极端爱护自己声誉的人。成为国会议员之后,前后生活的反差使他感到灰心丧气,各种谋职的努力又接连受到挫折,使他感到事事不如意,母亲之死和手稿被烧使他的精神犹如雪上加霜。他终于再也无法承受而垮了下去。从1692年9月开始,他连续五夜不眠,吃不好,睡不香,精神紊乱,情绪激动,总是为一些小事而大发脾气。他一时明白一时糊涂,行为怪异,并怀疑他的朋友们都抛弃了他,妄想迫害他、折磨他。

在众多朋友的关心和帮助下,经过几个月的治疗和调养,牛顿渐渐恢复了健康,头脑也清醒起来,他给朋友们写信对得病期间的失礼表示歉意。然后他集中精力,再次全身心地投入到他的研究工作之中。他着手改进他的月球运动的理论,并写信给弗拉姆斯蒂德,希望他把天文观测的最新数据寄给他;他还为《原理》的再版做了补充和修改;他一有时间就扑进实验室,像过去一样,再度忙于他所心爱的化学实验;他重新撰写《光学》一书并改进有关理论;而在这同一年,他还开始了古代史和年代学的研究和写作。

对于牛顿来说,1696年是一个具有真正意义的划时代的年份。这一年牛顿54岁,但是对于他的事业生命来讲,这一年恰巧把它划分为相等而又不相同的两个阶段。从1665年鼠疫期间开始科学生涯,到1696年基本结束,共31年时间;从1696年担任政府官员,开始从政之路,到1727年逝世,正好也是31年时间。前一段他是科学家,后一段他是政治家——但说实话,他实在称不上是位政治家,尽管他为英国的货币改革做出了出色的贡献。

牛顿天生是一个伟大的科学家,但天生就不是一个政治家!

但是他偏要放弃自己心爱的科学事业而去从政,去从事自己并不喜爱的职业。这好像是难于理解的,实际上也并不难理解——或许这就是社会的悲剧:科学生涯带给他的是冷冷清清,一贫如洗;而上流社会带给他的却是荣华富贵,无尽享受。虽然后者贡献远远不如前者大,但是,社会就是这个样子,连牛顿这样的巨人也无法抵挡这种诱惑。

三、个人本色

不论身处何地,牛顿的本色仍是一位科学家。实际上,使牛顿获得盛名的并非是他的政绩,而是他震撼人心的科学成就。

《原理》一书在出版10多年之后,牛顿的理论才逐渐在国内外被人们认同和接受,科学界承认这是当时最先进的理论,牛顿的名声迅速提高了。1699年2月,他被法国科学院选为国外院士,这是法国科学院选举的第一批国外院士(有8人);同年11月30日,他当选为皇家学会理事会成员。1703年3月3日,胡克去世。这一年的11月30日,牛顿当选为皇家学会会长,从此一直连任直到他去世,达25年之久,成为英国皇家学会历史上任期最长的会长。而在这一段时间里,牛顿仍继续担任皇家造币厂厂长职务,虽然没有货币改制时那样紧张和繁忙,但是造币厂的重大事情必须由他亲自掌握和过问。这样,在他最后的25年时间里,肩挑两副重担,一是政府高级官员,一是科学界的最高领导。这两副担子他挑得都很好,在他任职期间,不但英国的货币比较稳定,而且他被认为是皇家学会历史上最负责和搞得最好的会长之一。在一般情况下,他总是出席理事会和皇家学会会议,并参与管理具体学术问题的讨论,对于促进英国的科学繁荣起到了重要作用。

虽然牛顿有着过人的精力,但他的科学研究还是受到了很大的影响。牛顿在后31年,在科学上已经没有什么重大的创造性的发现和发明了。但这并不表明牛顿那过人的智慧就从此消失了,他思考问题仍然是那样的敏锐,那样的深刻,仍然是无人可比。

1696年瑞士数学家约翰·伯努利向全世界的数学家提出了一个非常具有挑战性的数学问题,求解:“设在垂直平面内,有任意两点,一个质点受地心引力的作用,自较高点下滑至低点,不计摩擦,问沿什么曲线时间最短?”——这就是历史上有名的“最速降线问题”。问题的难点就在于和普通的极大值、极小值求法不同,它是要求一个未知函数(曲线)来满足所给条件。这个问题困扰了欧洲数学界6个月,也没有人解出来。牛顿第一次听说这个问题是一个朋友告诉他的。那天他在造币厂工作了整整一天,刚刚精疲力尽地回到家里。他被这个新颖的问题所吸引。晚饭以后,他开始思考。牛顿一进入状态,就好像进入了无人之境,和青少年时代一样如痴如醉。第二天凌晨4点钟,他就解出了这个问题,并且还写了一篇行文非常漂亮的文章以匿名信的方式寄给皇家学会。当伯努利看到皇家学会刊出的这篇匿名文章时,立刻喊道:“噢!我从他的爪子认出这头狮子了。”

1716年就在牛顿74岁时,莱布尼茨提出了一个在他看来是比较困难的问题:要求找出单参数曲线族的正交轨道。他以此作为对欧洲数学家,特别是针对牛顿的挑战。牛顿也是在一天下午5点钟接到这个挑战的,也是刚刚精疲力尽地从“该死的”造币厂回来。这一次莱布尼茨多少有些乐观,因为他作为当时世界上第一流的数学家,提出的难题并非很好解答,他以为这次一定使这头“狮子”落入陷阱了。然而,牛顿仍然是一个晚上就把问题解决了。

牛顿的天才,尤其是数学天才没有泯灭,他仍然能与阿基米德匹敌,只是牛顿在晚年却在意地位和荣誉。否则的话,他可能会非常容易地创造出作为物理和数学的探索工具、仅次于微积分的变分法,而不会把它留给伯努利、欧拉和拉格朗日去开创。因为他在《原理》中已经给了一点关于变分法的暗示,那时他确定了最小阻力穿过流体的旋转曲面的形状。

在伦敦,牛顿过着上流社会的生活,舒适、稳定,但他仍然保持着学者的风度。他终生未娶,便请他的外甥女,也就是他的同母异父的妹妹所生的女儿凯瑟琳·巴顿为他料理家务。

凯瑟琳家族是牛顿的遗产和手稿的最重要的继承者。

凯瑟琳的母亲是牛顿的母亲和史密斯牧师结婚后所生的最小的女儿。凯瑟琳在19岁时与一个叫做康杜伊特的人结婚,婚后他们仍然同牛顿住在一起。牛顿晚年的生活起居都由他们夫妇照料,牛顿非常喜爱这个外甥女。康杜伊特曾是皇家学会会员和上议院议员,牛顿去世后由他继任造币厂厂长。牛顿死后将手稿传给凯瑟琳夫妇,凯瑟琳又传给她的女儿凯·康杜伊特。凯·康杜伊特在1740年与瓦洛普结婚后,瓦洛普的父亲成为朴茨茅斯伯爵,牛顿手稿就成为他们家的私产。后来朴茨茅斯家族成为英国非常著名的家族。到1872年,朴茨茅斯家族才把这些手稿献给剑桥大学做学术研究之用。剑桥大学专门成立了一个委员会对这些手稿进行整理和编目,这就是后人所称的《朴茨茅斯收藏目录》。

为了对牛顿为国家做出的杰出贡献进行褒奖,1705年4月16日,安娜女王(詹姆士二世的小女儿、玛丽女王的妹妹,1702年继位)及其丈夫乔治亲王亲临剑桥大学,在三一学院院长本特利居住的三一学院会馆内举行了会议,授予牛顿、剑桥大学副校长艾里斯和财政大臣蒙塔古3人以爵士。仪式结束后举行了盛大宴会以示庆祝。这是英国历史上首次给科学家封爵。

牛顿这个出身贫寒、自幼孤独的农家孩子,通过自己的勤奋努力,为国家、为人类做出了巨大的贡献,最终得到了国家的最高奖赏和人民的尊敬。从此,人们尊称他为伊萨克·牛顿爵士。这年牛顿62岁。

四、晚年之争

晚年的时候,牛顿已有了他想得到的一切:名誉、地位和身份。本来,他可以拥有一个十分优裕又平静的晚年生活,可事情并非如此,在晚年又发生了两次不愉快的大争论,使他的生活又掀起波澜。可能这就是伟大人物的命运吧:伟大人物的生活注定是不平静的,它总是那样波澜起伏。

第一次争论是与英国的天文学家约翰·弗拉姆斯蒂德。

约翰·弗拉姆斯蒂德(1646~1719)是一位自学成才的英国天文学家,世界著名的格林威治天文台的创建人和第一任台长。格林威治天文台是在1675年12月22日经查理二世批准创建的。弗拉姆斯蒂德是一个非常节俭、勤奋而又富于献身精神的科学家。建台之初,一切都非常简陋,他的年薪只有100英镑,然而为了添置仪器设备以及编制星表,他白花费了将近2000英镑。弗拉姆斯蒂德是在17世纪70年代访问剑桥大学时,结识牛顿和巴罗的。后来两人开始通信,弗拉姆斯蒂德为牛顿提供了大量天文观测资料,这些成果被牛顿进行理论加工后写进《原理》,公正地说,弗拉姆斯蒂德为牛顿的天文学理论做出了很大贡献。弗拉姆斯蒂德把在格林威治天文台多年操劳的结果编制成一张空前精确的,所包括的恒星数目为有史以来最多的星表。这张星表标志着现代精密天文发展的一个重要阶段。就是围绕着这张星表,他和牛顿以及哈雷之间陷入一场漫长的争论之中。

牛顿晚年一直在修订《原理》,改进令他头痛的月球理论。他急切地需要利用这份最精确的星表和最新的天文观测资料,以便在他去世之前表明他的万有引力理论同最精确的观测结果是一致的。但是,弗拉姆斯蒂德对牛顿只把他作为一个“观测者”心怀不满,因而迟迟不肯发表星表。声称在他的星表没达到最可能的完善程度之前,决不会发表。这使牛顿更加着急。牛顿认为,弗拉姆斯蒂德是一名政府官员,他的观察结果是属于国家所有的,应当为了公共利益而迅速发表。而弗拉姆斯蒂德认为,政府除了给他薪俸之外并没有给他一分津贴,他耗费的是自己的家财,因而有权决定发表自己成果的时间。1712年,哈雷没有经过弗拉姆斯蒂德的同意,编辑出版了被大大缩减而又残缺不全的格林威治天文台观测结果,这使他们的争吵进一步加剧。弗拉姆斯蒂德决定根据自己的主张自费重新印刷他的观测结果和星表,但还没来得及把他后期的观测结果和恒星位置资料付印便去世了,这场争吵也就随着他的去世而宣告结束。他去世后的第六年,也就是1725年,在他的朋友克罗斯韦特和夏普的努力下,弗拉姆斯蒂德的巨著《英国天文学史》三卷本出版。而在他去世的第二年,哈雷被任命为第二任皇家天文学家,担任格林威治天文台台长。在这场争吵中,牛顿显得有些霸道,不懂得尊重他人的劳动,只一味要求别人不断地给他提供他所需要的东西。弗拉姆斯蒂德对牛顿瞧不起他的劳动感到非常生气,在别人谈论重力时嚷嚷说:“哎!是的,重力,牛顿先生的又一奇谈怪论!”

如果说牛顿和弗拉姆斯蒂德持续10年的争论还只是个人的成见之争,那么,牛顿和莱布尼茨之争则发展为国际之争,持续时间将近两个世纪。这场为争夺微积分的优先发明权之争是科学史上最厉害,也是最著名的争论,给数学的发展造成很大的影响。

莱布尼茨(1646~1716)是和牛顿同时代的人,可能在当时是仅次于牛顿的最优秀的人物。他是德国人,第一流的数学家和著名哲学家,他才华横溢,思如泉涌。他除了研究数学和哲学外,还广泛地涉及法学、力学、光学、语言学、逻辑学等41个范畴,被誉为“17世纪的亚里士多德”。

1673年他被选为英国皇家学会会员,1700年当选为法国科学院院士,同年他创建了柏林科学院,并担任第一任院长。莱布尼茨对数学有极深的研究,不但独立地创立了微积分,对数学的其他分支也做出过重大贡献,对于笛卡尔的解析几何提出了很多改进意见,对行列式和包络理论做了很多基础工作。

牛顿的数学研究约始于1664年,那已经是他进入剑桥大学三年以后的事了。主讲数学的巴罗教授可以称得上是为牛顿打开数学兴趣之门的人。巴罗教授在当年被任命为第一任卢卡斯数学教授,牛顿正是通过他主讲的数学课,对数学产生了浓厚的兴趣。为了深入了解天体的位置和观察知识,牛顿有选择地购买了《三角学》,为了了解其中对他来说还显晦涩的证明,他又系统地学习了欧几里德的《几何原本》和巴罗教授所著的《欧几里德原本简证》,其时受益匪浅。在此之后,在巴罗教授的鼓励和推动下,他开始学习笛卡尔的《几何》,这本书用了他相当长的时间去领会,牛顿自己在晚年时曾经这样说过:“我读了10页左右,停下来再从头读,这一次比第一次多读一点,然后再停下重读,如此反复,直至完全领会为止。”

就这样,在短短的几年中,牛顿阅读了大量的数学、哲学名著,大大地开阔了自己的视野,增长了知识。他对当时数学的两大分支,几何和代数领域的最新理论成就进行了充分的综合与发展,进而得出了自己的发现。牛顿自己曾经谦逊地说过:“如果说我比其他人看得远些,那是因为我站在巨人的肩上。”