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牛顿的苹果 | ①故事是真是假?

来源:光明网2019-11-11 18:30

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  大家好,我是国家天文台的陈学雷。这一期观天者说,我和大家聊一聊牛顿。

  大家都听说过牛顿苹果的故事,牛顿看到苹果落下而发现万有引力的故事是大家都耳熟能详的。英国在纪念牛顿《自然哲学的数学原理》一书出版三百周年的文集时,书的封面也用的是一个苹果。牛顿家乡的苹果树也被移栽到世界各地的许多著名学术机构。

牛顿的苹果 | ①故事是真是假?

  图注:牛顿家乡故居(背景中的房子)旁的苹果树,取自https://www.atlasobscura.com/articles/newton-apple-tree

  但是,近年来却有很多文章把这个故事归入了虚假故事里。随便在网上搜索可以找到很多这样的文章。例如,在一篇题为《那些误导我们的教科书故事--牛顿根本没被苹果砸》的文章中,在提到这个故事时是这样说的:“关于牛顿和他的苹果是伏尔泰编的,据说他是听牛顿的侄女说的,当然牛顿的所有手稿中没提到那只苹果。”

  再比如,另一篇题为《小学教材里的中国式虚假故事:华盛顿砍树,牛顿被苹果砸都是假的》这样一篇文章里,把牛顿的苹果故事与《爱迪生救妈妈》、《地震中的父与子》等虚假故事放在一起,“可惜的是,这些故事全是假的,不是历史的真相。”并进而写到,“再比如,牛顿的‘假如我看得比别人远一些,是因为我站在巨人的肩膀上’名言,是在他与胡克争夺万有引力定律的优先发现权时,为了讥讽胡克而说的(胡克是个驼背和身体扭曲的矮子),显示了牛顿卑劣的人格。”

  还有一篇,在《浅谈当前小学科学课程标准的缺陷 》的文章里,作者写到“牛顿的万有引力定律是以开普勒的行星运动三定律为基础的,而我们却不重视这一重要过程, 还常常毫无意义地谈论落地苹果激发了牛顿灵感的神话。”

  牛顿苹果的故事真的如这些文章所说的那样完全是虚假的吗?其实,在小学教科书和少儿读物中流行的牛顿苹果故事,虽然有演绎的成分(比如说牛顿被苹果砸到),但实际上基本内容却是来自历史文献的。当然,牛顿确实并未在他的论著中提到苹果的故事,不过人们在正式的科学著作中一般也不会讲述自己的科研灵感来源,因此这本身不足以否定牛顿苹果故事的真实性。牛顿苹果的故事是一些熟悉牛顿的人听晚年的牛顿自己讲述的。

  这个故事最著名的讲述者是法国启蒙哲学家伏尔泰(Voltaire)。伏尔泰1726年到英国,根据他在英国的见闻,1733年伏尔泰出版了他的《哲学书简》(又称《英国书简》),在其中他描述了宗教上宽容多元、政治上民主自由的英国,这给当时的法国思想界带来了相当大的冲击而一度被列为禁书。

  伏尔泰1727年参加了牛顿的国葬仪式,他在书中也介绍了牛顿万有引力理论,这与当时法国占主导地位的笛卡尔漩涡学说有很大不同。

  关于牛顿发现万有引力的经过,伏尔泰写到:“1666年,他退隐到剑桥附近的乡下,有一天在自己的花园里散步,看到有水果从树上掉下来,便陷入了对重力的沉思。......使重物坠落的力量是一样的,不管是在地下多深处,也不管是在多高的山上,都不会有明显的减小。为什么这一力量不会一直延伸到月球上呢?如果这一力量真的一直深入月球,从表面上看,难道不正是这一力量使月球保持在其轨道上吗?......"(文献【1】,p.66-67)

  伏尔泰的故事来自牛顿的外甥女凯瑟琳·康迪特(Catherine Conduit),她在娘家的名字叫凯瑟琳·巴顿(Barton),是牛顿的同母异父妹妹汉娜·斯密思(Hanna Smith)的女儿。她的丈夫约翰·康迪特(John Conduit, 1688-1737)在英国驻直布罗陀的军队中任职后回国,娶了凯瑟琳后成为牛顿在皇家造币厂的助手,并在牛顿死后继任了造币厂厂长。

  他们夫妇死后安葬在西敏寺牛顿墓的旁边。约翰·康迪特对牛顿相当崇拜,曾有意撰写一部牛顿的传记(未完成),因此很早就开始注意记录牛顿的谈话,并在牛顿逝世后收集了其他人对牛顿的回忆。我们现在所读到的牛顿轶事大多来自他们当时收集的记录。

  还有另一个独立的记录来自威廉·司徒克雷(William Stukeley, 1687-1765)。他和牛顿都来自林肯郡,是牛顿的老乡。司徒克雷也毕业于剑桥大学,是一名医生,在乡间巡诊时他对乡间遗存的古迹产生了浓厚兴趣。他多次访问巨石阵(Stonehenge),并首次进行了详细的测量和记录,成为考古学的先驱者之一。他也成了皇家古物协会的秘书,也加入了皇家学会并结识了当时担任学会主席的牛顿,与牛顿有很多交往。

  1726年4月15日,他去牛顿家,告知牛顿他准备离开伦敦回乡养病,回的地方就是牛顿的老家林肯郡,并将定居在格兰瑟姆镇,这是牛顿小时候上学的地方。后来他在格兰瑟姆采访了很多认识牛顿的老人,包括传说中牛顿少年时代的女友文森特夫人,收集了许多牛顿童年时代的轶事,并调查了牛顿的家谱。

  在这次见面中(4月15日),晚餐后他们来到花园,在苹果树下喝茶。司徒克雷后来写到,“他告诉我,在过去,正是在相同的情景下,重力的概念进入他的头脑。它是由一个苹果落地引起的,而当时他正坐着沉思默想。他自己思量,为什么苹果总是垂直地摔在地上,为什么它不斜着跑或者向上跑,而总是跑向地球的中心呢?的确,原因是地球吸引苹果。在物质中必定有吸引力存在,地球的吸引力总和一定指向地球的中心,而不指向地球的任何一侧。所以这个苹果垂直地向地球中心下落。如果物质之间如此吸引,吸引力一定与物质的量成比例。所以,苹果吸引地球,和地球吸引苹果一样。存在一种力量,像我们这里所说的重力,它通过宇宙延伸自己。”(文献【2】)

  此外,还有数学家Robert Greene在他的著作中称皇家学会副主席Martin Folkes 也曾听牛顿讲述过这个故事。牛顿的另一位朋友、数学家棣莫弗(Abrahamde Moivre,1667-1754)虽然没有提到苹果,但是他也说到1666年牛顿在花园中思考的时候产生了关于引力的想法(文献【3】,p.154)。

  这些人的说法大体上是一致的,虽然也有一些细节上的差异,比如牛顿到底是坐着沉思时,还是散步时看到苹果下落。而且他们都是非常熟悉而崇敬牛顿的人。苹果的故事确实来自牛顿本人,这一点并没有太多可怀疑的。

  诚然,牛顿讲述这一故事的时候,已经离故事发生的时间过去差不多60年了,但如果牛顿是从一个苹果落地得到灵感的话,这无疑会在他心中留下深刻的印象,因此他晚年能够回忆并讲述这一故事并不奇怪。

  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.

  主讲人简介

  陈学雷, 中国科学院国家天文台研究员,主要从事暗物质、暗能量、星系大尺度结构等宇宙学研究。

 

[ 责编:蔡琳 ]
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