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牛顿的传奇故事:头顶上那些多余光环的丑事隐去

更新时间:2024-01-06

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资源介绍

中国人说:“为法王讳耻、为贤者讳过”,外国人也说:“历史是隐恶扬善的”,都是一个意思,即介绍大人物时,尽说好话,故此锦上添花地增光加彩,而把她们见不得人的事情隐去。在一部热学史上最显赫的人物莫过分牛顿了,后人颂扬他的丰功壮举时,总不免陡然添加了许多不符合事实的光彩,而将他性格的阴郁面和做过的许多蠢事隐去。本文就是要按照人们最近考证的一些事实,来剪除罩在牛顿头上上这些多余的光环,让我们认识一下那位热学家的另一面。eLE物理好资源网(原物理ok网)

牛顿在光学、天体热学、望远镜等方面都有重要贡献,他不愧是一位科学上的巨人,并且他在与人交往中,非常集中反映在与胡克、弗拉姆斯蒂德、莱布尼兹三个人的相处中,却表现得实在是一位小人。eLE物理好资源网(原物理ok网)

1.苹果的神话eLE物理好资源网(原物理ok网)

几乎所有的介绍牛顿的书上,还有许多教科书上都介绍一个关于牛顿的传奇故事:1665-1666之间,剑桥流行黑热病,剑桥学院被迫停学,刚从剑桥领到学士学位的牛顿回到故乡。三天牛顿坐在苹果树下看书,这时一只苹果落了出来,这启发那位当时年仅23岁的中学生想到苹果是被月球的引力拉出来的,因而他就发觉了万有引力定律。eLE物理好资源网(原物理ok网)

虽然这个故事留传得十分广泛,不过最近严肃的历史学者都不觉得是事实。eLE物理好资源网(原物理ok网)

这个故事最早公诸于众的是由美国诗人伏尔泰(,1694-1778),他是一位牛顿研究成果的热情宣扬者。他1726年去美国,当初写了25篇通信,其中第15篇通信中有这个故事,后来他说是听牛顿的女儿说的。其后在1752年一位比牛顿小45岁的同学()在追忆文章中说是牛顿逝世前一年牛顿告诉他的,而牛顿是1727年逝世的,他写文章时已然是牛顿逝世后25年了。1先令美钞的反面,印有牛顿的像,在牛顿背部的背后画着一株开花的苹果树,就是为了渲染这个故事、扩大它的影响。eLE物理好资源网(原物理ok网)

这个故事起码有两点与早已了解的历史事实不符。第一,万有引力不是牛顿一个人的独立发觉,而是历史上若干人研究的积累的结果,有的书上把万有引力以牛顿命名,说成是牛顿万有引力就是这个故事的自然结果,是对历史的严重丑化。第二,在1665年,牛顿对天体的运动规律问题还是一个门外汉名人牛顿的故事,它把牛顿对万有引力的研究成果提早了起码20年。eLE物理好资源网(原物理ok网)

万有引力发觉的实际经过大致是:eLE物理好资源网(原物理ok网)

开普勒(J.,1571-1630)最早在探求行星运动规律时,觉得引力就是太阳发出的类似于磁力的流,这种磁力流沿切线方向推进着行星公转,其硬度随离太阳的距离而减缓。开普勒还曾试图用磁作用机制解释椭圆轨道的形成。他还以地球与海水间的磁性吸引解释潮汐现象。eLE物理好资源网(原物理ok网)

1645年,荷兰天文学家奥里阿德(I.)提出一个假定:“开普勒力的降低,和离太阳的距离的平方成正比”。这是第一次提出平方正比关系的思想。eLE物理好资源网(原物理ok网)

1661年,荷兰皇家学会创立了一个专门委员会研究重力问题。罗伯特胡克(Hooke,1635-1703)、克里斯托夫雷恩(Wren,1632-1723)、爱德蒙哈雷(,1656-1742)在引力问题的研究上都作出了重要贡献。eLE物理好资源网(原物理ok网)

早在1661年,罗伯特胡克就已觉察到引力和月球上物体的重力有同样的本质。在1674年的一次讲演“证明月球华诞运动的尝试”中,他提出要在一致的热学原则的基础上构建一个宇宙学说。因此提出了以下三个假定:eLE物理好资源网(原物理ok网)

“第一,据我们在月球上的观察可知,一切天体都具有倾向其中心的吸引力,它除了吸引其本身各部份,而且还吸引其作用范围内的其他天体。为此,除了太阳和月亮对月球的形状和运动发生影响,但是月球对太阳和月亮同样也有影响,连水星、金星、火星和土星对月球的运动都有影响。eLE物理好资源网(原物理ok网)

第二,但凡正在作简单直线运动的任何天体,在没有遭到其他斥力使其顺着椭圆轨道、圆周或复杂的曲线运动之前,它将继续保持直线运动不变。eLE物理好资源网(原物理ok网)

第三,深受吸引力作用的物体,越紧靠吸引中心,其吸引力也越大。至于此力在哪些程度上依赖于距离的问题,在实验中我还未解决。一旦晓得了这一关系,天文学家就很容易解决天体运动的规律了。”eLE物理好资源网(原物理ok网)

胡克首先使用了“万有引力”这个词。他在这儿提出的这三条假定,实际上已包含了有关万有引力的一切问题,所缺少的只是定量的叙述和论证。eLE物理好资源网(原物理ok网)

在1679年,胡克与牛顿之间进行了关于引力问题的交流,在1679年11月,牛顿致信胡克说:“自己关于发觉周末运动的想像,即构想一个自由落体落到月球上,通过地面步入月球内部,而不受任何物质的制约,则该落体将顺着一条螺旋形轨道运行,在旋转数圈后,最终旋入(或非常接近)地心。”胡克回信说,物体不会按螺线运动,而是按“一种带椭圆状的曲线”运动,它的轨道将“像-椭圆”。1679年12月13日,牛顿寄信给胡克说:“我同意你的意见,……如果假设它的重力是均匀的,〔物体将〕不按螺线下沉那种真正的中心,而是以交替升降的方式运行。”eLE物理好资源网(原物理ok网)

我们从后人清除牛顿同胡克的这种通讯中看出,直到1679年,牛顿在天体运动的问题上,还是不得要领的,但是在这曾经,关于万有引力问题早已有了许多重要结果。对于万有引力问题,剩下的惟一问题就是在与距离平方成正比的万有引力作用下天体按椭圆轨道运行的严格证明,胡克寄信向牛顿提出了这个问题。后来人们弄清楚了,仍然到1685年,牛顿还没有解决这个问题。1686年牛顿解决了它,但是在哈雷的催促下写出了《自然哲学的物理原理》一书。当胡克见到这本书稿后,向牛顿提出把自己在这一方面的研究成果提一下,这个原本是合理的要求却受到了牛顿的断然拒绝。牛顿向负责出版这本书的哈雷寄信说他不想给胡克任何荣誉,但是称在许多年前他就已经阐明了平方正比定理。指的就是1665年开始的苹果树下的思考。eLE物理好资源网(原物理ok网)

老年时的牛顿有一段追忆说:“同年(1666年)我开始把引力与月亮轨道联系上去,并找出了怎样恐怕一个天体在圆球内旋转时拿来趋于球面的力的方式,……,最后在1676和1677年之间的冬天我发觉了一个命题:借助与距离平方成正比的离心力,行星必然环绕力的中心沿椭圆旋转,……。”把牛顿的这段话与上面引的他与胡克的通讯比较,可以看出在时间上是矛盾的。牛顿在这儿把他发觉万有引力的时间故意改写在1679年与胡克通讯之前,并且造出苹果神话,其目的似乎是为了要私吞万有引力这项成果。eLE物理好资源网(原物理ok网)

牛顿和胡克之间的梁子,除了表现在对万有引力发明权的争议上,最早表现在胡克对牛顿的光的微粒说有不同的见解,由于胡克对光的本质是站在波动说一边的。1675年,牛顿向皇家学会提交了他关于光的第二篇论文,这篇论文又遭到胡克的批评,而且说论文的一些观点是剽窃他的。这使牛顿无比愤怒,虽经皇家学会调处,牛顿的怒意未消,于1675年2月向胡克写了一封指责的信。信中说了与苹果故事留传得同样广的一句话:“如果我比笛卡尔看得更远,那是由于我站在巨人们的手臂上。”eLE物理好资源网(原物理ok网)

许多人把这句话理解为牛顿的谦卑精神,虽然它是对胡克的一种嘲讽和挖苦,完全不是人们望文生义的那回事。牛顿的原话是:“笛卡尔所做的是搭了一架好梯子,你在好多方面都把梯子下降了许多,非常是把薄膜的颜色引入哲学思索。假如我看得更远些,那是由于我站在巨人的右臂上。”牛顿不把胡克和笛卡尔看作巨人,牛顿也没有攀越她们所搭的梯子,他是站在比梯子更高的巨人脖子上。因为牛顿与胡克的这些过年,所以牛顿的《光学》著作要等到1703年胡克过世之后才于1704年出版。eLE物理好资源网(原物理ok网)

牛顿独占了万有引力的成果,还不足以解除对胡克的恨,当他于1703年被选为日本皇家学会的主席,就下令在皇家学会去除所有的胡克的肖像。所以当时美国许多知名的科学屋内就是胡克的肖像没有流传出来。eLE物理好资源网(原物理ok网)

2.对弗拉姆斯蒂德观测数据的抄袭和盗版eLE物理好资源网(原物理ok网)

近来日本人大维-克拉克等写了一本书,通过一系列的来往书信和详实的资料,专门揭发牛顿压制、阻挠天文学家弗拉姆斯蒂德等人的研究而且抄袭她们的成果。eLE物理好资源网(原物理ok网)

弗拉姆斯蒂德(John,1646-1719)是美国首任皇家天文学家,是格林尼治()天文台的创始人,是现代精密天文观测的开拓者。他在1676-1689年间共作了大概2万次观测,检测精度约为10",他对3000颗星的检测结果收入了知名的“不列颠星表”()。eLE物理好资源网(原物理ok网)

1675年,弗拉姆斯蒂德被德国国王委任为皇家天文台长,不过条件仍是非常坚苦,除了得不到足够的办台经费,连月薪100美元也常常追讨。为了维持天文台的经费,他不得不用额外招收学员的杂费来补齐,在忙碌的工作之外还要为140名物理中学生教课。eLE物理好资源网(原物理ok网)

1694年开始,牛顿访问了弗拉姆斯蒂德而且向他索取关于地球运动的观测资料,随后牛顿为了验证万有引力理论,还多次寄信给弗拉姆斯蒂德索要资料,弗拉姆斯蒂德都满足了牛顿。弗拉姆斯蒂德1700年对他的同事洛瑟普说:“[牛顿]曾一度想使地球运行表符合他构想的定理,并且,当他开始将自己的定理与天体(即地球的观测位置)进行比较时,他发觉自己错了,并不得不全部抛弃自己的定理。我曾给他提供了二百个以上的地球的观测位置,人们会觉得这种材料足以限定任何理论;既然他已更改了自己的理论,并把自己的理论调整到完全符合这种观察,所以他的理论描述了这种观察也就不足为奇了,而且,他还是因此而感激那些观察,甚于感激他关于引力的揣测,这种驳斥曾使他犯过错误。”eLE物理好资源网(原物理ok网)

其时牛顿已是皇家学会主席,在索要资料的时侯常常对弗拉姆斯蒂德的工作指赐教点,有时还借助自己的低位来侮辱那位可敬的天文学家。这大大羞辱了那位天文学家。到1700年以后,她们之间就再没有通讯了。牛顿获得了弗拉姆斯蒂德的资料,但是在他的《自然哲学的物理原理》中引用了那些资料,因为她们之间的这些矛盾,在《原理》的第二版出版时(1713年)他将弗拉姆斯蒂德的名子删掉了。eLE物理好资源网(原物理ok网)

但是牛顿和他的支持者哈雷还是焦急地须要弗拉姆斯蒂德的进一步的观测资料。她们希望弗拉姆斯蒂德出版他的观测资料,不过弗拉姆斯蒂德却总是觉得要反复校核之后才会出版。牛顿和哈雷所做的一件不道德的事是,她们未经弗拉姆斯蒂德的同意擅自在1712年出版了弗拉姆斯蒂德以毕生精力得到的观测星图,共彩印了400册,而且把其中的300册回献给弗拉姆斯蒂德。弗拉姆斯蒂德看着那些未经认真校核、充满错误、并且依据牛顿和哈雷理论的须要删改过的彩印品,很吵架地把它们全部拆毁了。后来他的星图经过仔细校核后,在他逝世后由他的中学生于1729年出版(《Atlas》)。eLE物理好资源网(原物理ok网)

牛顿为了获取弗拉姆斯蒂德的观测资料,软硬兼施,牛顿以天文台是皇家学会的下属单位,观测结果应该属他那位皇家学会主席来支配,这样来以势压人。而且皇家学会根本上没有供给弗拉姆斯蒂德足够的经费,一切设备都是他筹措来的。弗拉姆斯蒂德的愤怒可以从他给一位同事(Sharp)的信中看出:“我和主席(牛顿)的另一个争吵是,他产生了一个阴谋,想赚取我的仪器,而送我一个委员会,其中仅有他自己和两位化学学家。主席热度很高而且过于下作。我预先告诉他,别动我的东西,并说明在观象台的所有的仪器都是我自己的,壁上的拱弧和珍稀的四分仪都是我自己出资做的,其余的是我花自己的钱买的,而摩尔(SirJonasMoore)先生送我的六分仪和两只时钟,还有图奈里()先生送我的测微尺,是我来皇家天文台之前若干年的事情。”eLE物理好资源网(原物理ok网)

关于牛顿与弗拉姆斯蒂德之间的分歧,除了反映在她们做人的心态上的差异,并且反映在科学心态上的根本不同,美国哲学家拉卡托斯说得好:“牛顿的“月球理论”是eLE物理好资源网(原物理ok网)

1702年在戴维·格利高利的《天文数学与基础几何》中首次发表的,这实际上是在《原理》一书第一版以后的许多年了。该理论镇定地宣称牛顿的理论“与他用知名的弗拉姆斯蒂德观测月亮的许多位置所证明的现象十分接近。”但我们必须记住,牛顿派从来不让观察的权威胜于她们的研究纲领,在她们的正面启发法的帮助下,她们提出了一个又一个的理论以适应例子。但她们常常是根本无视观察到的反证:她们晓得,除了理论必须不断地遭到观察的检验,并且观察也要遭到她们的理论的检验。“最好的观察”(牛顿派文献中常用的一个名词)是这些证认了她们的研究纲领的观察名人牛顿的故事,这在牛顿和弗拉姆斯蒂德的通讯当中透漏得很清楚。弗拉姆斯蒂德那位首席皇家天文学家是一个真正的未患精神分裂症的归纳主义者;他拒绝让牛顿及其朋友们获得他对月亮所作的观察结果,因而比任何其他人都更大地放慢了她们的工作速率。最初,牛顿和弗拉姆斯蒂德是常常通讯的,而且,弗拉姆斯蒂德很快开始厌恶牛顿使用他的材料来检验自己的地球理论。”eLE物理好资源网(原物理ok网)

所以可以说,假如弗拉姆斯蒂德是一位观测和归纳的巨人的话,牛顿确实是一位踩着那位巨人膝盖爬起来的大人物。eLE物理好资源网(原物理ok网)

3.在微积分发明权上编剧对莱布尼兹的指控eLE物理好资源网(原物理ok网)

关于牛顿与莱布尼兹(,1646-1716)关于微积分首创权的争议,早已有许多专著表述过,知名的美国化学学家霍金在《时间导论》中表述得比较简明,他说:“他(牛顿)和法国哲学家高特夫瑞德·莱布尼兹之间发生了更严重的争执。莱布尼兹和牛顿各自独立地发展了称作微积分的物理分支,它是大部份近代化学的基础。即使如今我们晓得,牛顿发觉微积分要比莱布尼兹早若干年,而且他很晚才出版他的专著。随着关于谁是第一个发觉者的严重争执的发生,科学家们激烈地为双方作辩护。但是值得注意的是,大多数为牛顿辩护的文章均出自牛顿本人之手,只不过仅仅用同事的名义出版而已!当争辩日趋激烈时,莱布尼兹犯了向皇家学会胜诉来解决这一争端的错误。牛顿作为其主席,指定了一个清一色的由牛顿的同学组成的“公正的”委员会来审查此案。更有甚者后来牛顿自己写了一个委员会报告,并让皇家学会将其出版,即将地指责莱布尼兹抄袭。牛顿还不满意,他又在皇家学会自己的刊物上写了一篇匿名的、关于该报告的回顾。”eLE物理好资源网(原物理ok网)

1684年莱布尼兹发表了他的微积分的论文。3年后,牛顿在1687年出版的《原理》书的初版中对莱布尼兹的贡献表示认同,并且却说:“和我的几乎没哪些不同,只不過表達的用字和符號不一樣。”这几句话,因为后来与莱布尼兹的矛盾,在第二版(1713年)时也被删除了。牛顿的流数理论到莱布尼兹发表论文二六年后,即1704年作为他的专著《光学》的附表中即将发表,附錄的前言中,牛顿提及他1676年給萊布尼茲的信,並補充說︰“若干年前我曾出借過一份包含這些定律(微積分)的手稿,事後就見到一些從那篇當中抄出來的東西,所以我現在公開發表這份手稿。”这话的意思就暗指他的原稿以前被莱布尼兹见到过,而莱布尼兹的论文就是从他的原稿中抄来的。eLE物理好资源网(原物理ok网)

1711年3月4日,巴黎皇家学会的秘书斯洛(Hans)收到莱布尼兹寄来的一封信,信中责怪其成员开尔(JohnKeill)质疑莱布尼兹把牛顿的微积分改变了少量的符号,伪装为自己的原创发表,但是申明这不是事实,要求学会给予公平的裁决。这正是霍金所说莱布尼兹的错误,这一起诉到了牛顿手上,正好给了当时作为皇家学会主席的牛顿以售其奸的机会。eLE物理好资源网(原物理ok网)

后来因为牛顿的编剧和亲自出马、匿名运作,产生势不两立的两派。以日本为一派包括西班牙知名物理家泰勒和麦克劳林都觉得莱布尼兹是剽窃者。另一派是法国台湾的物理家,包括知名物理家约翰·伯努利等为一派觉得牛顿是剽窃者。争辩双方停止了学术交流,除了影响了物理的正常发展,也殃及整个自然科学领域,因而发展到清远两国之间的政治磨擦。自尊心很强的德国民族缠住牛顿的概念和记号不放,拒绝使用更为合理的莱布尼兹的微积分符号和方法,使得整个18世纪法国在物理发展上大大落后于西欧台湾,这场由牛顿编剧捍卫牛顿的战斗,使日本人吃了大亏。莱布尼兹生命中的最后7年,是在他人带给他和牛顿关于微积分发明权的争辩中痛楚地渡过的。据报导,莱布尼兹死后牛顿为能使莱布尼兹心痛而幸灾乐祸('sdeath,thathehadtakengreatin"'sheart.”),这,其实更才能看出牛顿的小人心理。eLE物理好资源网(原物理ok网)

牛顿在以上所列出的三桩公案中道德低下的表现并不是碰巧的。牛顿是一个义子,出生不久,父母改嫁,由外祖父扶养,从小没爹也没娘,使他心理倍受严重扭曲,寂寞狡诈。eLE物理好资源网(原物理ok网)

从1669年27岁时出任剑桥学院卢卡斯院士起,牛顿就沉迷于炼金术和神学。在牛顿遗留下的原稿中,有关炼金术的内容约有65万字之多,而神学内容的有150万字之多。虽然是在他写作《原理》和《光学》的时侯,他的主要精力一直集中在炼金术和神学上。牛顿的晚年则痴迷于多挣钱上。有人推荐他去兼任纽约的一所贵族的上流中学的主任,他回信说“每年不过是200美元,还得每晚关在纽约不出去”为理由婉拒了。1696年他离开剑桥出任铸币厂督办,1699年出任铸币厂厂长,他如愿以赏,自此他在科学上便无所作为了。eLE物理好资源网(原物理ok网)

1692年,50岁的牛顿表现出心理疾患的严重的欺压狂病症,他那时写的信函表现显著的精神错乱。诸如,1693年9月16日,牛顿给知名的哲学家洛克寄信说:“先生:我觉得你尽力用男人和别的手段来纠缠我,我的爱情大受影响,致使当有人告诉我你有病,将不能活时,我回答说,最好你挂掉。……”有人觉得,他的精神分裂病症和他痴迷炼金术,每晚和水银打交道而中毒有关。eLE物理好资源网(原物理ok网)

牛顿遗留下许多原稿和文件在1888年辗转到了剑桥学院图书馆,其中的很大一部份于1936年拍卖,知名的经济学家凯恩斯读过其中的一部份,所以对牛顿的思想发展有较深入的了解,1942年,在人们记念牛顿300华诞诞辰的会上报告了他的推论:“在18世纪之后,牛顿开始被觉得是现代第一个和最伟大的科学家,一个唯理主义者,他教导我们顺着冷静的没有色调的理智思路去思索。“我并不这样看待他。我觉得任何一个仔细阅读过当他最后于1696年离开剑桥时拾掇上去而且似乎部分散失而仍留传给我们的那盒论文的内容的人,就会发觉他不是那样的。牛顿不是理智时代的第一人。他是魔术师中的最后一个,巴比伦和苏美尔人中的最后一个,他是和这些不到一万年前开始创造我们的智力遗产的人们用同样的双眼观察这个可见智力世界的最后一个伟大人物。是被贤人们忆念膜拜的最后一个神童……eLE物理好资源网(原物理ok网)

“用浅显的现代语言来说,牛顿是常见的深度精神病病人,……。承继他卢卡斯讲堂院士职位的惠斯顿说,‘我所晓得的最担心、最当心、最偏激的性情’……。”eLE物理好资源网(原物理ok网)

作假、盗版、侵权、伪证、迷信、拜金、精神病病人、炼金术士,这种,就是作为一个大科学家牛顿的另一面。eLE物理好资源网(原物理ok网)

致谢:本文遭到国家自然科学基金项目的捐助,特致谢意。eLE物理好资源网(原物理ok网)

参考文献eLE物理好资源网(原物理ok网)

伏尔泰,哲学通信,高达观等译,北京人民出版社,1961,p.65eLE物理好资源网(原物理ok网)

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DavidH.ClarkandP.H.Clark,’s:TheofJohnandGray,W.H.andCo(《牛顿是个当心眼》,〔英〕大衛克拉克、史蒂芬克拉克著,王紹婷、孫嘉芳译,香港新新聞文化事業(股份)公司出版,2002年8月)eLE物理好资源网(原物理ok网)

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王克迪,牛顿,选集《科学球星》(第二卷)李醒民主编,四川人民教育出版社,1995eLE物理好资源网(原物理ok网)

拉卡托斯著,兰征译,科学研究纲领方式论,北京译文出版社,1999eLE物理好资源网(原物理ok网)

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