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

  • 无人区里的“生灵守护”

  • 走进这座馆,读懂创新中国的脉动

独家策划

推荐阅读
石墨烯,单层碳原子排成的蜂窝薄膜,薄到极致。但把它一层层摞起来时,层与层之间如何错位——用专业术语叫作堆垛方式——会彻底改写材料的“脾气”。
2026-08-04 03:05
中国石化重庆川维化工公司5万吨/年特种聚乙烯醇(PVA)树脂装置日前顺利一次开车成功并产出合格产品,首批货品已发往欧洲。至此,川维化工PVA总产能达21万吨/年,跃居全球单一工厂中最大的高端PVA生产基地。
2026-08-04 03:05
菱方堆垛的石墨烯有一个天然“超能力”:电子彼此间的相互作用强,集体表现出超导、磁性等奇特行为。这在物理学上叫“强电子关联”——电子不再是各自乱跑的粒子,而是有着充分沟通的步调一致的集体,像一支训练有素的“乐队”。
2026-08-04 03:05
今年上半年,人工智能领域一系列标志性成果密集落地。在技术、应用、生态、治理的协力牵引下,人工智能产业迸发出前所未有的发展活力,赋能实体经济的成效持续凸显。
2026-08-04 09:31
近日,由人力资源社会保障部、安徽省人民政府共同主办的“创赢未来”创业大赛(以下简称“大赛”)全国赛在安徽合肥圆满收官。在大赛同步举办的创业安徽成果展区,一瓶瓶单原子农药整齐陈列,它们同样是“人工智能+创业”的杰作。
2026-08-04 09:31
日前,华中科技大学同济医学院基础医学院郭峥教授团队首次证明:干细胞能够通过表观遗传机制“记忆”自身的分裂次数,像精密仪器般严格遵循着“8+1”的分裂计数规律。
2026-08-03 03:15
伴随着一阵嗡鸣声,国姓岙码头,满载饵料的农业无人机腾空而起,飞向远处的大黄鱼养殖基地。“引入农业无人机后,作业效率提升3倍以上,每年每个网箱预计可节约管理成本约5000元。
2026-08-03 09:16
中国气象局总工程师潘进军表示,中国气象智能预警方案“妈祖”,正发展为面向发展中国家的共享型、可定制、可持续的国际公共产品。
2026-08-03 09:15
碳计量是实现“双碳”目标的基础性工作,是科学核算碳储量、规范碳汇交易、推动生态产品价值实现的关键支撑。
2026-08-03 09:15
提高科技创新投入效能的关键,在于改革科研经费管理和评价机制。科技创新投入效能的提高,是关乎国家创新体系整体效能的系统工程。
2026-08-03 09:14
量子科技是新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。近年来,一批量子科技成果走向实践,展现出巨大的应用潜力。
2026-08-03 09:12
7月30日,国家能源局发展规划司副司长邢翼腾在新闻发布会上表示,上半年,国内油气供应总体平稳有序,电力供应保障基础进一步夯实,全国发电装机容量突破40亿千瓦,规模远超世界其他主要经济体。
2026-07-31 03:20
夏日贵阳,清风送爽,“中国数谷”又要迎来一场数字经济领域的年度盛会。8月28日至30日,2026中国国际大数据产业博览会将在此举办,目前各项筹备工作已进入全面冲刺阶段。
2026-07-31 03:40
“十五五”规划纲要围绕“加快高水平科技自立自强,引领发展新质生产力”作出专篇部署,明确提出“推动科技创新和产业创新深度融合”。
2026-07-31 03:40
“十五五”开局,第一个经济半年报发布,以高端制造、数智经济、现代服务为代表的新动能对经济增长的贡献超过40%。其中释放出鲜明信号,科技创新正加速赋能经济高质量发展。
2026-07-31 03:40
前不久,2026世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议在上海召开,多款智能助残设备集中亮相,生动展现了科技普惠特殊群体的温暖力量。
2026-07-31 03:40
近日,2026年亚太经合组织(APEC)数字和人工智能部长会议在四川成都举行,各种前沿科技产品集中亮相,“智能范儿”十足,吸引了中外观众纷纷驻足体验、拍手称赞。
2026-07-30 03:00
珠江口东岸,潮生不息,长风浩荡。前海石静立海边,近处草木葱茏,远处楼宇拔节。十多年前,这里还是一片滩涂;今天,一座现代化国际化滨海新城拔地而起。
2026-07-30 02:10
近日,中国长征十号乙运载火箭成功首飞,并实现全球首次网系回收。这一突破,不仅验证了重复使用火箭的关键技术,也为未来大幅降低卫星等航天器的发射成本打下了基础。
2026-07-30 03:00
“古籍虫蛀霉变触目惊心,传统修复周期漫长——能不能用AI让古籍校勘更快一些?”这是河北东方学院2022级文物与博物馆学专业学生罗钰姿在一次专业课上萌生的念头。
2026-07-30 02:20
加载更多