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導(dǎo)讀：那個(gè)在中學(xué)物理考試中折磨你的牛頓，到底是怎樣一個(gè)人？

作者：數(shù)據(jù)叔

來源：大數(shù)據(jù)DT（ID：hzdashuju）

▲牛頓畫像，作者：Godfrey Kneller

01 與科學(xué)貢獻(xiàn)無關(guān)的爵士身份

艾薩克·牛頓爵士（Sir Isaac Newton），可能是人類歷史上第二偉大的物理學(xué)家，也是一個(gè)有爵士頭銜的人。但“物理學(xué)家”和“爵士”其實(shí)并沒有什么關(guān)聯(lián)，牛頓并不是因?yàn)榭茖W(xué)貢獻(xiàn)而被封為爵士的。

據(jù)《宇宙觀》一書介紹，出于對(duì)煉金術(shù)的興趣，1696年起，牛頓開始在皇家鑄幣局任職，1699成為局長(zhǎng)。牛頓本以為這是一個(gè)閑職，他會(huì)有大把的摸魚時(shí)間研究煉金術(shù)，但這份工作與他的想象完全不同。

不過，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐ｎD還是很快進(jìn)入了他的新角色：他以便衣和臥底的身份出沒于倫敦的酒吧和小旅館，尋找制造假幣的嫌疑犯。任職期間，牛頓一共提起28件假幣訴訟案，其中10名罪犯被執(zhí)行死刑。^[1][2]

1705年，英國(guó)安妮女王授予牛頓爵士身份，以表彰他在皇家鑄幣局的出色工作。

▲面值50便士的牛頓紀(jì)念幣，來源：《宇宙觀》

02 最偉大的貢獻(xiàn)

1687年牛頓發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，闡述了萬有引力和三大運(yùn)動(dòng)定律，這是牛頓最著名的成就。牛頓構(gòu)建的物理王國(guó)統(tǒng)治世界200余年，直到愛因斯坦發(fā)表狹義相對(duì)論。對(duì)于一個(gè)普通理科生來說，牛頓力學(xué)是初一到高二這5年間的折磨，直到高三換成愛因斯坦來折磨。

在人類肉眼可及的太陽系范圍內(nèi)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律幾乎跟現(xiàn)實(shí)完全匹配，如果出現(xiàn)誤差，那一定是哪里不對(duì)。19世紀(jì)，人們?cè)谟^測(cè)中發(fā)現(xiàn)，天王星的實(shí)際位置跟牛頓運(yùn)動(dòng)定律預(yù)言它應(yīng)該的位置的偏差越來越大，于是有天文學(xué)家推測(cè)，在天王星之外應(yīng)該還有一顆尚未發(fā)現(xiàn)的大行星。

1846年，法國(guó)天文學(xué)家勒維耶根據(jù)牛頓定律完成了這顆新的大行星的位置推算。隨后，柏林天文臺(tái)根據(jù)勒維耶的計(jì)算觀測(cè)到了這顆新行星——后來被命名為海王星。海王星成為第一顆通過計(jì)算而不是通過觀測(cè)被發(fā)現(xiàn)的行星。當(dāng)時(shí)，牛頓已去世100多年，但他科學(xué)成就的影響力卻已擴(kuò)散到了太陽系的邊緣。

但在太陽系的另一端，牛頓力學(xué)卻遇到了嚴(yán)重阻礙。

牛頓的引力理論能夠準(zhǔn)確地解釋行星的運(yùn)動(dòng)，只是在水星那里遇到了一點(diǎn)小問題，這說明牛頓的理論還不是盡善盡美。早在19世紀(jì)中葉，人們就已注意到水星的軌道運(yùn)動(dòng)與理論預(yù)測(cè)有點(diǎn)出入，可卻一直不知道問題出在哪里，直到1915年愛因斯坦提出廣義相對(duì)論，才把這個(gè)小矛盾給解決了。廣義相對(duì)論預(yù)言，行星的軌道并不是真正閉合的橢圓，而是會(huì)發(fā)生進(jìn)動(dòng)，軌道的軸緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，使行星的運(yùn)動(dòng)軌跡形如一朵盛放的玫瑰（見圖17-1）。不過，除非行星是在非常強(qiáng)大的引力場(chǎng)里高速運(yùn)動(dòng)著，否則軌道進(jìn)動(dòng)的幅度微不可察。在太陽系行星中，就數(shù)水星離太陽最近，它身處在太陽的引力場(chǎng)的深處，自然轉(zhuǎn)得比其他行星快一些，軌道進(jìn)動(dòng)的幅度也更大一些，盡管如此，水星軌道的進(jìn)動(dòng)效果仍然微乎其微。^[1]

▲《宇宙觀》圖17-1?水星軌道的進(jìn)動(dòng)（效果被夸大了）

所以，如果我們說牛頓是第二偉大的物理學(xué)家，第一就只能是愛因斯坦了。

但英國(guó)人民不這樣認(rèn)為。2005年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)發(fā)起一個(gè)“誰是科學(xué)史上最有影響力的人”的民意調(diào)查，網(wǎng)民認(rèn)為牛頓比愛因斯坦更有影響力。^[2]

03 沉迷煉金術(shù)？這其實(shí)算不上黑點(diǎn)

牛頓的成就無需多說，或許關(guān)于牛頓的黑點(diǎn)更有必要討論一下。

上文提到，牛頓是出于對(duì)煉金術(shù)的興趣才進(jìn)皇家鑄幣局的。還有人說，牛頓沉迷煉金術(shù)30年，明顯是被煉金術(shù)耽誤了，在發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》之后再無偉大成就。

煉金術(shù)在今天聽起來像是江湖騙術(shù)，你大概可以理解為，它是研究怎么把鉛變成金子的騙術(shù)。

但在當(dāng)時(shí)，現(xiàn)代化學(xué)尚未誕生，那些想揭開物質(zhì)世界變化秘密的科學(xué)家、哲學(xué)家，都繞不開煉金術(shù)。顯然，生活富足的牛頓，應(yīng)該沒有多大動(dòng)機(jī)去研究怎么把鉛變成金子，他的目的應(yīng)該是進(jìn)一步解開世界運(yùn)轉(zhuǎn)的密碼。

受到時(shí)代的局限，牛頓的煉金術(shù)并沒有取得什么成果。科學(xué)研究又不是神話故事，失敗實(shí)在是太正常的事情了。如果以成敗論英雄的話，牛頓不是這個(gè)領(lǐng)域的英雄。但牛頓絕不是有些人想象中的江湖騙子，也沒有被什么迷信思想蠱惑，他對(duì)煉金術(shù)的研究仍然是認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/span>^[3]

04 跟各位大佬的戰(zhàn)爭(zhēng)

牛頓有一句名言，可能小學(xué)生都知道：

如果我比別人看得更遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟稀?/span>

這句話出自他給同時(shí)代的英國(guó)物理學(xué)前輩羅伯特·胡克的信。考慮到牛頓與胡克的關(guān)系，這句話真正要表達(dá)的意思就非常可疑了。作家John Gribbin和Michael White認(rèn)為，這其實(shí)是牛頓對(duì)胡克身材矮小并駝背的諷刺，而不是字面上看起來的謙虛低調(diào)的意思。^[2]

對(duì)于普通理科生來說，有關(guān)胡克的印象可能僅僅是高一的時(shí)候被胡克定律摧殘。實(shí)際上，被科學(xué)家同僚稱為“倫敦的達(dá)芬奇”的胡克，在很多方面都有所成就，也是一個(gè)干出過很多硬核事情的人。胡克和牛頓都是吵架高手，作為牛頓的前輩，胡克起初占上風(fēng)，多少有些欺負(fù)新人的意味，而牛頓能做的就是把這些都記在小本本上。

▲現(xiàn)在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)所在地，作者：Kaihsu Tai

1684年，當(dāng)時(shí)的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)克里斯托弗·雷恩、后來預(yù)測(cè)了哈雷彗星的埃德蒙·哈雷和胡克聚在一起，搞了一個(gè)小賭局：看誰能先證明行星與太陽之間的作用力滿足平方反比。其實(shí)平方反比定律是胡克在與牛頓的通信中為了教訓(xùn)牛頓而提出的，他對(duì)此早有想法和見解。

而對(duì)此沒什么成熟想法的哈雷去求助牛頓。牛頓說：這題我會(huì)。然后……給出了證明！

等到1687年牛頓發(fā)表他那著名的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》時(shí)，這個(gè)爭(zhēng)議達(dá)到了頂峰。哈雷在給牛頓的信中提到，胡克承認(rèn)第一個(gè)證明的平方反比定律的是牛頓，但“至少應(yīng)當(dāng)在序言中把他提一下”。

但牛頓卻回復(fù)：“（胡克）至少必須節(jié)制一下他的虛偽。”^[4]

1703年胡克病逝，也是在這一年，牛頓成為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。大權(quán)在握、功成名就的牛頓，沒有忘記年輕時(shí)小本本上記下的怨念。牛頓解散了皇家學(xué)會(huì)的胡克實(shí)驗(yàn)室和胡克圖書館。他還試圖燒毀大量胡克的手稿和文章，雖然被阻止，但胡克的研究成果還是在一定程度上被抹殺。

牛頓要求皇家學(xué)會(huì)撤下了胡克的肖像，這幅畫像最終去了哪里也沒人知道。而這很可能是胡克唯一的畫像，因此如今我們幾乎無法知道胡克的長(zhǎng)相。

牛頓真的是夠絕的。

跟牛頓干仗的不只有胡克一個(gè)。牛頓和萊布尼茨很有可能是分別獨(dú)立發(fā)明了微積分。但1699年，皇家學(xué)會(huì)指控萊布尼茨剽竊了牛頓的微積分成果，宣稱牛頓是微積分真正的發(fā)明人。但后來人們發(fā)現(xiàn)，皇家學(xué)會(huì)調(diào)查評(píng)論的結(jié)語是牛頓自己寫的。^[5]

自己寫的……

牛頓曾在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的初版中使用天文學(xué)家約翰·佛蘭斯蒂德的數(shù)據(jù)，后來他與佛蘭斯蒂德交惡，于是在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的后續(xù)版本中，把對(duì)佛蘭斯蒂德數(shù)據(jù)的引用全刪干凈了。

英國(guó)心理學(xué)家西蒙·拜昂-柯恩認(rèn)為，牛頓很可能是亞斯伯格綜合癥患者^[2]，也就是前一段時(shí)間的熱播劇《誰是被害者》男主角的那種病。

▲牛頓自己保存的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，作者：Andrew Dunn

05 真真假假的蘋果

提到牛頓，就不得不提蘋果。很多人小時(shí)候都聽說過，牛頓在蘋果樹下躺著思考人生的時(shí)候，看見成熟的蘋果從樹上掉下來，受到啟發(fā)，就揭開了引力之謎。

在那些更戲劇化的故事里，蘋果是直接砸了牛頓的腦袋上。

關(guān)于這個(gè)故事的真假，古今中外一直都爭(zhēng)論不休。按《宇宙觀》中給出的說法，這個(gè)故事是牛頓自己親口說的：

盡管這個(gè)故事聽起來不真實(shí)，卻是牛頓親口所說。在去世前的7年里，牛頓與侄女凱瑟琳·巴頓（Catherine Barton）、侄女婿約翰·康杜德（John Conduitt）住在一起，后者也是牛頓在鑄幣局的工作助手。康杜德記錄下了牛頓講的故事：

1666年，他再次離開劍橋，搬回林肯郡與母親同住。有一天，他在花園里一邊散步一邊思考，忽然想到讓蘋果從樹上掉下來的那種力不會(huì)只局限在離地面有一定高度的地方，而是會(huì)延伸到比人們通常認(rèn)為的要高得多的地方。為什么不可以到月亮那么高？他心想。如果是這樣，引力一定會(huì)影響月亮運(yùn)行，還有可能約束著它，讓它乖乖待在自己的運(yùn)動(dòng)軌道上。于是，他動(dòng)手計(jì)算了一下這個(gè)效果。^[1]

但仍然有人認(rèn)為，即使是牛頓親口說的，也不能代表這個(gè)故事是真實(shí)的，他可能只是想讓自己的研究經(jīng)歷更富有傳奇色彩而已。

不管真實(shí)性如何，牛頓的蘋果作為一個(gè)文化符號(hào)流傳開來。

牛頓老家的那棵蘋果樹后裔的枝條，被國(guó)內(nèi)外一些著名高校移植到校園中。在中國(guó)，你可以在天津大學(xué)、汕頭大學(xué)和南京大學(xué)找到牛頓家的那棵蘋果樹的后代。^[6]

牛頓的蘋果跟美國(guó)蘋果公司的蘋果也有一些微妙的關(guān)系。暫時(shí)沒有可靠資料能夠證實(shí)蘋果公司名稱和現(xiàn)在這款Logo的設(shè)計(jì)跟牛頓的蘋果是否有關(guān)。但蘋果公司的第一個(gè)Logo，就是坐在蘋果樹下的牛頓。這個(gè)Logo是聯(lián)合創(chuàng)始人羅納德·韋恩的鋼筆畫。^[7]

▲蘋果公司的第一個(gè)Logo

有人認(rèn)為糾結(jié)于這個(gè)故事是沒有意義的，因?yàn)楸粡臉渖系粝聛淼奶O果砸過的人有無數(shù)個(gè)，但除了牛頓，沒有人發(fā)現(xiàn)了什么。牛頓只有一個(gè)。

[1]《宇宙觀：一場(chǎng)跨越時(shí)空的宇宙探秘之旅》 - 機(jī)械工業(yè)出版社

[2]艾薩克·牛頓 - 維基百科

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%89%BE%E8%90%A8%E5%85%8B%C2%B7%E7%89%9B%E9%A1%BF

[3]牛頓為何沉迷于“煉金術(shù)”三十年？到底給他帶來了什么成果？- 中外歷史大談

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1620622311611919303&wfr=spider&for=pc

[4]300年后的復(fù)仇——胡克V.S.牛頓 - 三聯(lián)生活周刊

http://www.lifeweek.com.cn/2003/0730/6125.shtml

[5]"A Short Account of the History of Mathematics" - Walter William Rouse Ball

[6]蘋果并沒有砸到牛頓的頭可這并不影響 “牛頓蘋果樹”全球開枝散葉 - 杭州網(wǎng)

https://hzdaily.hangzhou.com.cn/dskb/html/2015-11/08/content_2114431.htm

[7]蘋果公司 - 維基百科

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%98%8B%E6%9E%9C%E5%85%AC%E5%8F%B8

延伸閱讀《宇宙觀：一場(chǎng)跨越時(shí)空的宇宙探秘之旅》

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