伦敦的瘟疫与牛顿的苹果

作者：张轩中 摘自：《科学画报》2020年第5期
 
　　1665年，一场瘟疫席卷了英国伦敦。为了躲避瘟疫，牛顿离开剑桥大学，回到阔别已久的家乡进行自我隔离。有人说，正是在家乡的那段时间，牛顿发现了著名的万有引力定律。事实果然如此吗？

　　其中最著名的故事莫过于“牛顿的苹果”。法国文学家伏尔泰曾在文章中描述，牛顿在乡下躲避瘟疫的那年，有一天，他坐在苹果树下，被树上掉下来的一颗苹果砸中脑袋。牛顿突然有了灵感，意识到苹果下落与月球绕地球运动一样，都受到万有引力的控制。

　　这个故事流传甚广，以致很多人以为牛顿发现万有引力定律的时间是1665年至1666年。

　　然而，这不是事实。准确地说，牛顿在乡下躲避瘟疫期间的主要学术成就是发明了微积分，这是他对科学的伟大贡献之一。在时间上，牛顿发现万有引力定律要比发明微积分晚得多。

　　瘟疫结束后，牛顿回到剑桥大学读硕士，随后在老师巴罗的支持下留校任教。

　　之后，牛顿开始与英国物理学家胡克通信。他们的很多信件被保存了下来，信件内容显示，牛顿当时也无法解释行星的运动轨迹为什么是椭圆，甚至错误地认为地球上的抛物体轨迹是螺旋线。可见，牛顿当时对引力现象不是很了解。

　　后来，英国物理学家兼天文学家哈雷拜访了牛顿。哈雷告诉牛顿一个猜想（这个猜想基于哈雷与胡克等人的讨论）：开普勒第一定律中，行星运动轨迹是椭圆，这可能预示着万有引力与物体距离的平方成反比。

　　牛顿听了哈雷的介绍，开始用微积分去做相关的数学推导，最后发现：哈雷与胡克等人的猜想是正确的。那么，为什么哈雷与胡克发现不了万有引力定律，而牛顿可以呢？主要是因为牛顿的数学功底远胜过他们。牛顿用的数学工具是他自己发明的微积分，这在当时是一项“独门绝技”。

　　1687年，牛顿的《自然哲学的数学原理》出版，书中清晰地推导出了万有引力定律。此书的出版得到哈雷的资助，因为当时出书很贵，而牛顿的生活比较贫困。所以，牛顿对哈雷非常感激，并在书中提到哈雷和胡克等人对自己的影响，也就是说，牛顿承认正是他们的启迪才使自己发现了万有引力定律。

　　那么，为什么后世大量文字记载的是牛顿在乡下避瘟疫时，在苹果树下发现了万有引力定律呢？

　　这背后的故事与胡克有关。当时胡克是英国十分著名的物理学家，主张光的波动说，而牛顿坚持光的微粒说。他们的学术观点存在分歧，胡克因此批评了牛顿。牛顿生性敏感多疑，这种学术批评令他反感。

　　随着牛顿在学术界地位越来越高，他与胡克之间的矛盾也越来越深。牛顿第一次出版《自然哲學的数学原理》时，书里还出现了胡克的名字。而在胡克去世后，牛顿成为英国皇家学会的会长，当他再次出版《自然哲学的数学原理》时，就把胡克的名字从书里删除了。牛顿不再提及胡克对他的启迪，独占了发现万有引力定律的功劳。更进一步，牛顿宣称，自己在1666年就已经发现了万有引力定律，以完全摒弃胡克对他的影响。

　　这就是伦敦的瘟疫与牛顿的苹果背后的故事。

　　（七丝摘自《科学画报》2020年第5期，黎青图）

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