炼金术使用的仪器 图源:Ancient-code
比如,一段典型描述如下:“关于镁或者绿狮子,也被叫做普罗米修斯或者变色龙。也叫双性人,以及处女翡翠土。太阳之光从未能照耀到它,尽管太阳是父亲而月亮是母亲。普通水银,天之甘露可以使土肥沃,硝石更佳。它是土星属的。”(取自牛顿手稿引自【3】,p. 292)。
顺便说件有趣的事:微积分的另一位发明者莱布尼兹早年也曾对炼金术发生兴趣,他读了一通炼金术著作后却无法理解,于是他幽默了一把,模仿炼金术士们著作的风格和术语写了一封信给当地 (纽伦堡)的炼金术士协会,结果竟被当成了行家而被聘为协会秘书。
牛顿并非贪财之徒(虽然他也不是对钱无动于衷),他把炼金术视为对大自然的神秘规律的探索。凯恩斯有一段经常被引用的话,“牛顿不是理性时代的第一个人,他是最后一个巫师”【8】但其实牛顿对炼金术的研究风格并不像巫师,而是高度系统化和科学化。他买来各种炼金术文献大全和秘籍,自己制作了一套索引或者说炼金术辞典,把关于每个题目不同著作中的说法一一摘录下来,每条往往多达几十种。同时,牛顿也不完全相信这些著作,他自己动手做实验,购买和制作了很多实验设备,尝试了各种不同的配方比例,这些也都被他一一记录在案。
根据研究牛顿手稿的历史学家的分析,尽管在此时他撰写的自然哲学论文中并未直接提及炼金术,但是从其用语可以看出,炼金术中物质神秘的相互作用使牛顿接受了物质之间存在吸引力的观念, 并把“力”的概念放在自然哲学更为中心的位置【3,5】。
结论
胡克在他1674年的书以及1679-1680年与牛顿的通信中所阐明的一些观念,很类似最终的万有引力理论的一些基本观念,对牛顿也有很明显的影响,应该说胡克对于万有引力的发现确实是有所贡献的。
实际上,现代历史学家们认为,胡克对牛顿最重要的影响,可能是使他重新思考圆周运动,发现了原来概念的错误,并最终形成了圆周运动是由向心力导致的这一正确解释。而一旦突破了最初的错误观念后,牛顿的数学天才就发挥出来,使他很快建立了正确的天体力学理论。
另外,笔者认为,即使在《原理》撰写之前,牛顿以及莱恩、哈雷等英国学者都很自然地产生或接受了行星受到太阳的引力作用的想法,而后来欧洲大陆的很多学者如惠更斯、莱布尼兹等人都觉得这种不经过中间物质媒介的“超距作用”的观念颇难接受,这恐怕与胡克的著作也不无关系。牛顿自己在与哈雷的通信中也承认,他是在与胡克通信之后,才计算了行星的轨道并得出了这些轨道是椭圆的结论。
遗憾的是,胡克非常草率地公开指责牛顿剽窃,激怒了牛顿。并且,他似乎也并不清楚自己对牛顿的真正影响在何处,而是特别强调了引力的平方反比形式这一点来自他自己,这理所当然地遭到了牛顿的反驳。实际上之前很多人都猜想过平方反比定律,而且正如牛顿手稿表明的,牛顿自己也早就得到过平方反比的结果,在这方面他确实并不需要胡克。不过,在《原理》第3卷中,牛顿还是提到哈雷、莱恩和胡克都提出了与距离平方成反比的引力的想法。
《原理》并不仅仅是给出了运动定律和万有引力定律了事,而是发展了一整套理论。牛顿也发展了流体力学,论证了笛卡尔漩涡不可能满足行星的开普勒运动定律。他不仅从行星运动的开普勒定律导出了行星受到的力来自太阳并满足平方反比关系,解释了大行星、木星和土星的卫星、月球、彗星等的运动,并且还发展了初步的微扰理论,能够更精确地预测行星轨迹。他也给出了对于潮汐、地球的形状、地球极轴进动等的定量理论。1687年,《原理》最终在哈雷的努力下得以出版,成为近代科学革命中的里程碑。
剑桥大学三一学院前的苹果树,从牛顿家乡苹果树上嫁接移栽,牛顿住过的房间即在此树后面。
总之,从历史文献来看,牛顿确实很可能是在看到苹果下落后受到启发开始思考重力与月球及行星运动的关系,最终发现了万有引力。当然,这一过程并非一蹴而就,而是持续了二十年的时间,而且在此过程中牛顿也受到了胡克等人的影响。其实,完整的苹果故事很好地展示了科学创新的过程,也仍然值得向孩子们讲述。
参考文献
【1】伏尔泰著,《哲学书简》,闫素伟译,商务印书馆,2018.
【2】威廉·司徒克雷,伊萨克·牛顿爵士回想录(Memoirs of Sir Issac Newton's life), 转引自赵振江译《牛顿传记五种》,商务印书馆,2007.
【3】Richard S. Westfall, Never at Rest, A biography of Issac Newton, p.154, Cambridge University Press, 1980.
【4】钮卫星,《天文学史--一部人类认识宇宙和自身的历史》,上海交通大学出版社,2011.
【5】Issac Newton, The Principia--Mathematical Principles of Natural Philosophy, translated by I. Bernard Cohen & Anne Whitman, University of California Press, 1999。
【6】牛顿,《自然哲学的数学原理》,赵振江译,商务印书馆,2019.
【7】R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands, The Feynman Lectures on Physics, Vol.1. Addison-Wesley, 1977.
【8】约翰·梅纳德·凯恩斯,牛顿其人,转引自赵振江译《牛顿传记五种》,商务印书馆,2007.
制版编辑:下雪
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