牛顿的苹果 | ①故事是真是假？

　　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。

　　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。