书城传记告诉你一个牛顿的故事
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第16章 里程碑式的科学巨着

一个人如果控制不了自巳的脾气,脾气将控制你。

——牛顿

(一)

1684年4月底,牛顿的巨着《自然哲学的数学原理》第一卷手稿完成了。当时,杰出的天文学家哈雷已经接替胡克,成为皇家学会的新任秘书。牛顿命他的抄写员将《自然哲学的数学原理》抄了一份副本,送到哈雷的手中。哈雷拿到书稿的副本,兴奋不已,通宵达旦地读了起来。

几天后,哈雷在皇家学会的会议上郑重宣布:

“这是对哥白尼猜想的数学论证,仅仅靠假设朝向太阳的重力随着天体间相互距离的平方而减小解释了宇宙间所有的运动现象。”

《自然哲学的数学原理》一书在科学界引起了轰动,哈雷甚至建议没能读到副本的会员自备纸张,用木刻版印刷此书。牛顿也因此获得了巨大的荣耀。然而,罗伯特·胡克却在这时站了出来,对牛顿的引力平方反比定律的发现颇有微词。他抱怨说:

“艾萨克至少应该在书中提到我,把我已发现的东西归之于我。”

此时,牛顿正在写作《自然哲学的数学原理》第二卷和第三卷,其中第二卷已经基本完工了。作为皇家学会的秘书,哈雷出资并主持学会的全部出版工作。为了平息胡克的怨气,他在5月22日给牛顿的信中写道:

“胡克先生似乎希望您应该在序言中把他提一下。这是可能的,您可以找个理由把它放在前面。”

哈雷的意思很明白,他想让牛顿在序言中顺便提一下胡克的贡献,这场小风波就可以过去了。然而,牛顿拒绝了哈雷的要求。

胡克想要争夺荣誉一事激怒了牛顿,也扰乱了他的思绪。牛顿不得不暂停写作,开始查阅过去的手稿。实际上,他在第二卷中非常客观地提到了胡克,并将其称为“最杰出的胡克”。然而,哈雷的信促使他删掉了所有提及胡克的文字。

牛顿在给哈雷的回信中痛骂胡克是一个不折不扣的伪君子和强盗,并愤愤不平地说:

这样的举动对我而言非常奇怪,而且是我不应该承受的,事实胜于雄辩……他只不过是因为自己的无能而为自己开脱罢了。他平庸的言辞已经证明他对这个问题无所适从。难道此时他不应当得到惩罚吗?数学家应该专心致志、孜孜不倦地进行着看似枯燥的演算和艰苦卓绝的工作,而不是虚伪地攫取并非自己创造出的劳动成果。

牛顿的措辞越来越强硬,对胡克的不满也越来越强烈。他接着写道:

他以为我应该感激他告诉了我他的理论,但我自认为没有遵从他的错误,而是对此做了修改,他也无非是教给我一个尽人皆知的道理,我比他更准确地提出了这些观点。

试想一下,一个人自以为了解并且很喜欢显示他的正确性,同时对别人指手画脚,当你繁忙时来打扰你而不求得你的原谅,他还会责骂你,通过他的错误来干扰你,并以此来吹嘘是他传授给你他所持有的言论,强迫你认同这些东西,还说自己是受伤的羔羊。如果你不按照他的意愿做,就是不公正的表现。我相信你一定会认为他是一个怪异的、不善交际的人吧!

在随后的争论中,牛顿甚至威胁说,他打算放弃《自然哲学的数学原理》第三卷的撰写工作,以此表示抗议。他说:

我曾计划整本书由三卷组成,我现在计划把第三卷删掉。哲学就像是一个举止粗俗、喋喋不休的妇人,而男人不得不借助法律来解决她所带来的麻烦。我很早就发现了这个问题,现在我迫不及待地接近这个女人,但她却毫不客气地给我警告。没有第三卷,头两卷用《自然哲学的数学原理》这个书名是不太适宜的,所以我把它改为《论自由体的运动》。但是,进一步考虑后,我保留了前一个书名,它将有助于销售,那是我不应该减少的。因为这是您的事!

哈雷深知牛顿即将删掉的这一卷在自然科学中的价值和意义,他极力劝阻牛顿不要因为感情用事而使这部巨着遭到肢解。皇家学会也对此表示了深深的忧虑和担心。哈雷立即给牛顿写了一封信长信,恳求道:

我衷心感到遗憾!为了这件事,所有的人本应认识到他们受惠于您。嫉妒您的幸福,试图扰乱您的平静的享受的并不是她(指哲学),而是您的竞争者。当您考虑到这一点时,我希望它将会使您改变以前决定删掉您的第三卷的想法。我曾经把这件事向皇家学会的绅士们透露,他们对此很忧虑……

(二)

在哈雷的努力下,牛顿最终保留了《自然哲学的数学原理》第三卷。不过,他与胡克的争论却没有就此罢休。对牛顿不愿在序言中提及他的贡献,胡克十分恼火。他多次在皇家学会会议上直言不讳地指责牛顿剽窃了他的研究成果和设想,并声称自己并不是像别人所说的那样,是一个对自然知识什么也没有干的人。他说:

“尽管我没做别的事,我还是认为对天体运动原因的发现,既不是牛顿先生也不是别的某个人有权去窃取的……”

客观地说,胡克确实曾经指出牛顿的某些错误观点,如物体沿螺旋线落向地心。而且,牛顿对自然科学的研究也不可能不受同时代科学家的认识和研究成果的影响。但胡克公开指责牛顿剽窃,这是极其草率和不负责任的表现。牛顿的功绩恰恰在于他以特有的科学慧眼,运用他自己发明的数学工具和数学方法证明了引力反比平方定律。而胡克的数学能力着实令人不敢恭维,他不具备微积分的概念和知识,证明引力平方反比定律对他来说可能性太小了。更何况,胡克曾许诺把答案告诉哈雷和克里斯托夫·韦恩,但他们始终没有从胡克那里得到任何数学论证和其他证据。

胡克不公正的指责激怒了牛顿,甚至让他丧失理智。牛顿在回击中不但否认了本应属于胡克的成就,而且还以讽刺和谩骂来发泄心中的不满。他说:

“胡克一事无成,却指责别人的计算和观察是无耻的剽窃!他标榜自己无所不通,夸口说他连那些还要靠别人的‘无耻行径’才能确定的东西也了如指掌。我们与其原谅他庸庸碌碌,倒不如原谅他的无能,因为他的话清楚地表明,他不知道怎样才能取得成功!这不是太有趣了吗?能发现和解释一切并能胜任全部工作的数学家,难道只应该满足于当一个乏味的计算员和誊写员吗?而另一个只知吹牛撒谎和野心勃勃的人,难道就应该得到全部发明和受到众人的簇拥欢呼吗?”

由于得到了哈雷的支持以及在科学界日益升高的威望,牛顿很快就在这场争论中掌握了主动权。胡克恼羞成怒,拒不参加皇家学会的一切会议。

牛顿的这一做法是令人十分惋惜的,因为这不是一个伟大的科学家所应有的胸襟。20世纪最伟大的科学家之一爱因斯坦就曾感慨道:

“这不是一个伟大的科学家所应有的心胸,牛顿是不应该如此自私的!唉,那是虚荣!”

有意思的是,牛顿并不是在任何时候和任何地点都如此虚荣的,他曾谦虚地说:

“如果说我比别人看得更远些,那是因为我站在巨人的肩上!”

既然如此,牛顿为什么在这个问题上与胡克纠缠不清呢?这很有可能与70年代的光学问题大争论有关。当时,由于胡克和惠更斯等人在皇家学会的威望,牛顿最终呈现出向以太学说妥协的倾向,但他并没有原谅胡克。由于不幸的童年,牛顿在社交方面十分幼稚,不知道该如何与别人打交道,更害怕受到伤害。但这种纷乱的、无休止的争论恰恰使他感到自己受了伤害,他再也无法容忍别人对他的指手划脚了。正因为如此,牛顿似乎一直在寻找机会报复胡克。

现在,牛顿再也不是10年前的牛顿了,他终于有能力向胡克发起反击了。他的这种做法大有“君子报仇十年不晚”的意味,但他如此不公正地对待胡克,也确实有失一代宗师的风范。

(三)

1687年7月,在哈雷的努力下,《自然哲学的数学原理》一书终于在《鱼类的历史》一书名下出版了。按照规定,皇家学会要公开出版学术着作必须获得咨询委员们的批准。哈雷十分推崇牛顿的才华,想早点将此书付梓印刷。经过一番激烈的讨论之后,咨询委员们同意出版该书,但出版的费用必须由哈雷自己支付。他们为哈雷提供了《鱼类的历史》这本书剩余的副本,并以此支付哈雷的薪水。

虽然困难重重,但作为牛顿的一名忠实信徒,哈雷承受了所有的负担。他不但整理了那些损毁或丢失的稿件,处理那些复杂而深奥的木刻技术,清查勘误表,还不忘去取悦迎合作者,以丰富这部科学史上里程碑式的巨着。

在炎热的夏季,哈雷用一辆四轮马车把60册《自然哲学的数学原理》从伦敦运到了剑桥。他请求牛顿将其中的20本发给大学的同行,剩下的40册拿给当地的图书经销商,每册定价5-6先令。书的开篇是一段由哈雷写的颂歌。此后,哈雷又在自然科学会报上发表了一篇匿名评论,颂扬牛顿的功绩。

经过一系列的宣传之后,牛顿定义了他在书中阐述的概念,并发表了他对运动定律的理解,其中最着名的便是牛顿运动三大定律。

牛顿运动三定律是牛顿理论体系的支柱,也是经典力学体系的核心。今天,它们已经成为人们普遍讨论的基本物理原理。

牛顿在定义运动第一定律时指出:

“每个物体可以继续保持其静止或匀速直线运动的状态,除非有外力加于其上,迫使它改变这种状态。”

第一定律与惯性定律没有什么根本不同,它用简洁明了的语言阐述了惯性原理。在今天,它几乎理所当然地成为力学的基础。意大利着名的科学家伽利略在发现惯性定律方面做出了突出的贡献,这无疑为牛顿的工作开辟了一条方便之路,但牛顿在研究这一问题时也花费了将近20年的时间。

要在现实生活中感受牛顿第一运动定律并不是什么困难的事情。人们都有这样的感受:当汽车在平稳地行驶过程中突然刹车时,坐在车上的乘客会自然而然地向前倾倒。这就是因为惯性的存在。

在定义运动第二定律时,牛顿写道:

“一个物体运动的改变和作用在物体上的外力成正比例,并且发生在所加力的那个直线方向上。”

运动第二定律实际上是应发现万有引力定律的需要才发现的。在牛顿之前,几乎没有哪一位科学家坐下来认真研究和提出过与第二定律相类似的理论,就连伽利略这位伟大的力学先驱,也没有给后世留下什么可资借鉴的方法。

在这方面,牛顿的贡献是空前绝后的。他在第二运动定律中所提供的数学关系使得计算地球表面任何一点上的引力成为可能。今天的科学家们在计算和规定人造卫星轨道时还能用上它。

牛顿运动第三定律则指出:

“每一个作用力总有一个相等的反作用力。或者说,两物体彼此的相互作用永远相等,并且各自指向对方。”

有了运动第三定律,牛顿就完成了对力的概念的完整阐述,由此也保证了牛顿力学的普遍适用性。

应当指出的是,牛顿运动三定律并不完全是牛顿一个人独立发现的。伽利略、惠更斯等着名的科学家都为牛顿发现运动三定律奠定了基础。不过,只有牛顿能够站在巨人的肩上,高瞻远瞩地看待这些独立的理论,并用数学论证将之结合在单一而庞大的系统里。

系统地阐述了牛顿三大定律的《自然哲学的数学原理》一书也成为科学史上的一座里程碑。后来,一位专门研究牛顿的历史学家曾评价该书说:

“没有一部着作在创新或思维力量方面可以和《自然哲学的数学原理》相媲美,在取得的伟大成就方面也是如此;没有一部着作使自然科学的结构发生如此重大变化,这种情况只有在这样的场合下才能发生——实验和观察……”

这本用拉丁文写成的书出版之后,陆续被译成了英、法、德、意、俄、日、瑞典、罗马尼亚、荷兰和汉语等多种文字,在各国广泛流传,成为近现代自然科学史上最伟大的着作之一。