点击右上角微信好友

朋友圈

点击浏览器下方“”分享微信好友Safari浏览器请点击“”按钮

正在阅读:牛顿的苹果 | ③胡克与牛顿的争论
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

牛顿的苹果 | ③胡克与牛顿的争论

来源:光明网2019-11-13 18:35

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  大家好,我是国家天文台的陈学雷,今天继续和大家讲述牛顿苹果的故事。

  在上一期我们介绍到牛顿完成了他的《自然哲学的数学原理》一书,实际上在1686年牛顿完成书之前,写第一卷时,哈雷在又一次的皇家学会的会议上对牛顿的研究进展做了介绍。这时胡克站出来指责牛顿剽窃了他的思想。

  胡克当时在皇家协会是一位很有地位的科学家,胡克声称万有引力与距离平方成反比的想法是他首先提出的。哈雷将这一情况告知了牛顿,这激怒了牛顿,牛顿一度声称他打算中断写作并撤回正在撰写的第三卷,在哈雷的劝说下他才最终完成了著作。

  胡克为何声称牛顿剽窃了他的思想呢?这缘于1679-1680年间胡克与牛顿之间的一次通信。

  先回顾一下两人在此之前交往的历史。1671年,牛顿还是默默无名,但因发明反射式望远镜而被皇家学会接纳为会员。1672年,他给学会寄去了一篇他的光学论文,其中给出了用三棱镜将白光分解的著名实验,并提出了他的颜色理论和光的粒子假说。

  在当时,比牛顿名气大很多的胡克,他主张的是光是一种波,也没有仔细阅读和理解牛顿的论文,就很草率地写了一篇批评牛顿光学理论的文章,这件事儿令牛顿十分生气。因此牛顿花了很多时间写出了一篇反驳胡克的文章,由学会秘书奥登堡(Oldenburg)于1676年1月在皇家学会会议上公开宣读。牛顿的反驳是非常有道理的,把胡克的一些话驳倒了。

  由于奥登堡本来就与胡克关系不佳,胡克认为这是奥登堡故意挑拨二人的关系,因此他直接给牛顿写信,表达了和解的愿望。胡克的信写的很客气,牛顿在回信中也冠冕堂皇地说了一番学术至上、欢迎指正等等的客套话。

  牛顿经常被人引用的“假如我看得比别人远一些,是因为我站在巨人的肩上”其实就出现在这封回信中,这句话也不是牛顿的原创,是十二世纪哲学家查特斯(Bernard Chartres)的名言。这封信是不是像有的人猜想的那样,是牛顿对胡克的嘲讽?因为胡克是比较矮,比较驼背的。实际上这种猜测还是不太可能的。因为首先两人写信是在万有引力发现权进行争论之前、也是双方正想和好之时,不大可能如某些人猜测的那样是对胡克的嘲讽。

  而且实际上这段话的完整引用是这样的:“(在光学上)笛卡尔迈出了很好的一步,你(胡克)又在几个方面增补良多,特别是把薄膜颜色引入了哲学讨论。假如我看得比别人远一些,是因为我站在巨人的肩上。”这句话的意思是说在光学上,笛卡尔首先做出了一个很好的讨论,胡克又增加了很多新的内容,这明显是恭维胡克,希望抛开两人之前的学术观点之争而实现和解。

  这份信之后,两人的关系得到了一定的改善。后来又到了1679年,这时奥登堡已死,胡克当上了皇家学会秘书。他借着皇家学会秘书的工作职责包括了解会员的研究和意见,胡克主动给牛顿写了信,在信中列出了题材广泛的许多学术问题,来征求牛顿的意见。其中比较特别的是有一个对胡克自己的《证明地球运动的尝试》书中,关于行星运动是受一个随到太阳距离增大而减小的吸引力影响的学说的意见。这个学说就很类似后来万有引力的观点,所以我们说胡克确实也在这方面有所建树。

  牛顿在给胡克的回信中并没有一一答复胡克的问题,而是说自己很忙,没时间考虑哲学问题。牛顿性格不愿与人交往,在给人写信时经常说自己很忙,而且他是个很敏感的人,为了自己的面子也常故意表现得对很多问题没兴趣。按照牛顿后来的说法,他自己也觉得这样回复胡克未免有点简慢,因此他在信中又增加了一点内容。

  牛顿说既然胡克的著作《证明地球运动的尝试》,这本书的主题是证明地球绕太阳公转,并提出可以通过观测恒星一年中的视差变化来证明这个主题,后来的天文学家也确实是用这种方法进行证明的。于是牛顿就提出了一个证明地球自转的实验。

  在哥白尼地球运动学说刚提出的时候,人们的一个质疑是,如果地球是自西向东自转的,那么人跳起来后为什么还会落在原地,而不是落在起跳点的西面?当然,正如伽利略曾指出的,答案是人和地球是一起运动的。不过牛顿指出,如果从高处释放一个物体使其自由下落,由于高处转动的线速度实际上比低处要快,因此它其实会落在偏东一点的位置上,这可以作为地球自转的实验证明。

  虽然这个实验实际上不容易做,但理论上没有问题。不过,牛顿在讨论这个理论的时候,不知出于什么原因,随手画了一个假定地球不存在、物体穿过地面继续下落的图,好像地面不存在一样,其轨迹沿着一个螺旋线直到地球中心(图1),这是一个严重失误,立刻被胡克抓住了。

牛顿的苹果 | ③胡克与牛顿的争论

  图1:牛顿信中给出的螺旋线

  胡克回信提出落体应该类似行星,轨迹应该是一个椭圆(图2)。这也说明胡克当时对行星的运动有一个很好的理解。牛顿在第二封回信中承认轨迹确实不应该是螺旋,不过他指出在力是一个常数的情况下,形成的图形应该有很多瓣,不断旋转的线,类似图3。

牛顿的苹果 | ③胡克与牛顿的争论

  图2:胡克提出的椭圆线

牛顿的苹果 | ③胡克与牛顿的争论

  图3:牛顿讨论的常力作用下的运动轨迹

  胡克又回信说还是不对,他假定力应该反比于到中心距离的平方。这次牛顿没有再给胡克回信。所以后来胡克看到牛顿写了《原理》后,就指责牛顿剽窃,说牛顿引力的平方反比关系来自他自己,其依据就是这次通信。

  胡克与牛顿的这次通信发生在1679-1680年。显然,如果按苹果故事的说法,牛顿早在1666年就开始考虑引力并发现其与距离平方成反比,那么这就与胡克无关了。当然,也正是因为如此,有些人怀疑这个故事是牛顿为了证明自己的优先权而编造的。那到底是怎么样的呢?我们下一期继续聊。

  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 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 多聚焦第四届链博会主宾国和主宾省展台

  • 第十七届夏季达沃斯论坛“文化之夜”精彩绽放

独家策划

推荐阅读
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
事实上,天气预报从来不是一成不变的“标准答案”,而是一门在复杂大气运动中不断逼近天气真相的科学。但我们必须正视:天气预报是一门预测科学,天气系统的复杂性,是全球气象领域共同面临的世界级难题。
2026-06-25 09:28
AI的介入,正在将控制“人造太阳”从一门依赖经验和试错的手艺,提升为一门可计算、可预测、可自主优化的科学。
2026-06-25 09:31
瑞士巴塞尔大学科学家研制出一款多功能纳米递药机器人,由推进模块和有效载荷模块构成,两种模块可重复使用,并能够自行组装。
2026-06-24 09:58
从“双链贯通”升级为“四链融合”,折射出中国推动科技创新与产业创新深度融合的有力步伐。
2026-06-24 09:48
该成果通过改善帕金森患者最难治疗的行走障碍,开启了个性化神经调控新篇章。
2026-06-24 09:47
国家卫生健康委23日印发《营养指导员服务技术指南(试行)》,针对营养指导员提出营养监测与调查、膳食营养状况评价、营养咨询与指导、营养配餐、营养科普教育等五方面工作的技术能力要求。
2026-06-24 09:46
国家粮食和物资储备局23日发布的最新数据显示,随着夏粮陆续收获上市,旺季收购正逐步展开。
2026-06-24 09:44
瑞典哥德堡大学和查尔姆斯理工大学研究团队在人工智能(AI)应用方面取得新成果,教会一款名为SmartTrap的AI系统使用光学镊子,从而让光镊实现了全自动运行。光镊是一种利用高度聚焦的激光束来操控微小物体的技术,其操作对象包括单个DNA分子、活细胞以及其他直径远小于发丝的微观粒子。
2026-06-23 09:40
“十五五”规划纲要提出,建立健全数据产权、流通利用、收益分配、安全治理等数据要素基础制度。
2026-06-23 09:38
上午9时,随着小浪底水利枢纽3个闸门徐徐升起,巨大水流喷涌而出,在空中形成层叠奔涌的排浪,轰鸣着冲向水面——2026年度黄河调水调沙正式启动。
2026-06-23 09:35
2026年,发布《高端科学仪器创新发展行动计划》,推进“AI+”赋能仪器创新,鼓励建设全自动“黑灯”实验室等前沿科研新范式……灵心巧手(北京)科技有限公司联合创始人左家平举起一款灵巧手向记者介绍:“我们最轻的灵巧手只有370克,但它能提起50公斤重物。
2026-06-23 09:34
中国散裂中子源科学中心与港澳8所高校合作共建大湾区首台同步辐射光源,所有谱仪面向港澳全面开放,港澳用户完成实验课题超过100项,产出系列重要成果。据了解,2025年,“深圳-香港-广州”创新集群首次跃居全球创新指数第一,“澳门-珠海”集群连续两年入围全球百强,国际科技创新中心地位进一步凸显。
2026-06-23 09:30
准确来说,“原位纳米晶限域”是一种让晶体在生长过程中“长得好又长不大”的精细调控技术。科学家在材料结晶前,预先混入一种可聚合配体,它在晶体刚冒头时原位形成一张分子级的“网”,网眼便是晶体生长的唯一空间。
2026-06-23 09:29
这就是“管中窥豹”的困境,也是当前AI辅助荧光成像面临的核心难题。团队的解决思路颇具巧思:提出了一种全新的通用型荧光成像复原网络LargePNet。
2026-06-22 09:45
6月20日,中技船舶首批9艘新能源船舶集中试航仪式在广西南宁港举行。9艘船舶包含无人驾驶智慧船、商用作业船、民用休闲船,适配执法巡逻、景区观光等各类场景,助力内河航运绿色转型。新华社发
2026-06-22 09:44
加载更多