倫敦的瘟疫與牛頓的蘋果

張軒中

1665年，一場瘟疫席卷了英國倫敦。為了躲避瘟疫，牛頓離開劍橋大學，回到闊別已久的家鄉(xiāng)進行自我隔離。有人說，正是在家鄉(xiāng)的那段時間，牛頓發(fā)現(xiàn)了著名的萬有引力定律。事實果然如此嗎？

其中最著名的故事莫過于“牛頓的蘋果”。法國文學家伏爾泰曾在文章中描述，牛頓在鄉(xiāng)下躲避瘟疫的那年，有一天，他坐在蘋果樹下，被樹上掉下來的一顆蘋果砸中腦袋。牛頓突然有了靈感，意識到蘋果下落與月球繞地球運動一樣，都受到萬有引力的控制。

這個故事流傳甚廣，以致很多人以為牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的時間是1665年至1666年。

然而，這不是事實。準確地說，牛頓在鄉(xiāng)下躲避瘟疫期間的主要學術(shù)成就是發(fā)明了微積分，這是他對科學的偉大貢獻之一。在時間上，牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律要比發(fā)明微積分晚得多。

瘟疫結(jié)束后，牛頓回到劍橋大學讀碩士，隨后在老師巴羅的支持下留校任教。

之后，牛頓開始與英國物理學家胡克通信。他們的很多信件被保存了下來，信件內(nèi)容顯示，牛頓當時也無法解釋行星的運動軌跡為什么是橢圓，甚至錯誤地認為地球上的拋物體軌跡是螺旋線?？梢?，牛頓當時對引力現(xiàn)象不是很了解。

后來，英國物理學家兼天文學家哈雷拜訪了牛頓。哈雷告訴牛頓一個猜想（這個猜想基于哈雷與胡克等人的討論）：開普勒第一定律中，行星運動軌跡是橢圓，這可能預示著萬有引力與物體距離的平方成反比。

牛頓聽了哈雷的介紹，開始用微積分去做相關(guān)的數(shù)學推導，最后發(fā)現(xiàn)：哈雷與胡克等人的猜想是正確的。那么，為什么哈雷與胡克發(fā)現(xiàn)不了萬有引力定律，而牛頓可以呢？主要是因為牛頓的數(shù)學功底遠勝過他們。牛頓用的數(shù)學工具是他自己發(fā)明的微積分，這在當時是一項“獨門絕技”。

1687年，牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》出版，書中清晰地推導出了萬有引力定律。此書的出版得到哈雷的資助，因為當時出書很貴，而牛頓的生活比較貧困。所以，牛頓對哈雷非常感激，并在書中提到哈雷和胡克等人對自己的影響，也就是說，牛頓承認正是他們的啟迪才使自己發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。

那么，為什么后世大量文字記載的是牛頓在鄉(xiāng)下避瘟疫時，在蘋果樹下發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律呢？

這背后的故事與胡克有關(guān)。當時胡克是英國十分著名的物理學家，主張光的波動說，而牛頓堅持光的微粒說。他們的學術(shù)觀點存在分歧，胡克因此批評了牛頓。牛頓生性敏感多疑，這種學術(shù)批評令他反感。

隨著牛頓在學術(shù)界地位越來越高，他與胡克之間的矛盾也越來越深。牛頓第一次出版《自然哲學的數(shù)學原理》時，書里還出現(xiàn)了胡克的名字。而在胡克去世后，牛頓成為英國皇家學會的會長，當他再次出版《自然哲學的數(shù)學原理》時，就把胡克的名字從書里刪除了。牛頓不再提及胡克對他的啟迪，獨占了發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的功勞。更進一步，牛頓宣稱，自己在1666年就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，以完全摒棄胡克對他的影響。

這就是倫敦的瘟疫與牛頓的蘋果背后的故事。

（七 絲摘自《科學畫報》2020年第5期，黎 青圖）