科学史上的“神话”

科学史上的“神话”

从17世纪到18世纪末，是人类的启蒙时代，我们中学学的很多知识，都是人们在那个时代第一次认识到的。同时我们也听到了很多科学上的“神话”故事，例如：阿基米德的浴缸，哥白尼的日心说，牛顿的苹果，瓦特的茶壶，爱因斯坦的小板凳……科学史上流传着太多我们耳熟能详的故事。它们带着强烈的传奇色彩，在孩提时代曾那样打动我们的心灵，唤起我们对于天才们的深深崇敬和对于科学的无限向往。

然而时至今日，我们再度回头审视这些传说，却会发现许多时候，它们的象征意义过分浓厚，从而不可避免地掩盖住了历史的本来面目，掺入了太多情感的成分。令人吃惊的是，大家从小所熟悉的那些科学家的故事，若是仔细推敲起来，几乎没有多少是站得住脚的。传奇最终变成了神话，而我们也终究长大。

第一章：阿基米德的浴缸

让我们按照时间顺序，首先从阿基米德开始。很少人不知道阿基米德量金冠的故事，这个传说并非空穴来风，它首先被记载于公元前1世纪罗马的建筑师维特鲁乌斯的著作中。根据记载，叙拉古的国王耶罗二世做了一个金冠要献给神，但他怀疑金匠私吞了一部分金子，而以同等质量的银子代替，便命阿基米德想办法在不破坏王冠的情况下测出它是否为纯金。阿基米德冥思苦想，终于在一次洗澡的时候，他发现浴缸里的水随着身体的浸入而不断溢出，于是突然恍然大悟，光着身子跳出浴缸，嘴里还叫着：“我找到了,我找到了！”这个词从此被作为灵感来临的象征，成为多少人梦寐以求的时刻。

阿基米德的方法是，把金冠扔进一个盛满水的桶中，测得溢出水的体积。然后把同等重量的纯金也扔进满水的桶中，得到溢出水的体积。如果金冠掺银的话，它的体积就要比同等重量的纯金要大，因此排出的水相应地便多。

这个故事听上去当然无懈可击，不过稍作计算的话，很难想像阿基米德真的可以用这种方法来实际地解决问题。所以这个故事大概率是杜撰的，它是一个罗马建筑师在时隔两个世纪以后才讲述的，而且伽利略也早已指出了这个故事隐含的谬误：纯金、纯银和金银混合物的排水量差异太微小，很难测量出来，而且表

面张力和残留在花环上的水都会造成误差。

希腊时代的王冠其实就是“桂冠”，也就是像奥运会上那种用橄榄枝围一圈戴在头上的那种“花环”。从考古实物来说，目前出土的最大的王冠重714克，直径18.5厘米，为了简便，我们往宽里计算，假设阿基米德的王冠重1千克，直径20厘米祇好了。因为纯金的比重是19.3g/cm3，所以1千克重的金子实占体积51.8cm3。现在假设金匠往王冠里掺了30%的银子，那么银子的比重是10.6 g/cm3，该王冠实占体积差不多是64.6cm3。

把王冠和纯金放进尽可能窄的桶里（王冠直径20cm，则桶口的面积最小是314cm2），王冠能造成0.206cm的水位上涨，纯金则是0.165cm。相比之下，落差只有0.041cm，也就是0.4毫米！不要说阿基米德时代，就算在现代的中学里，要测出这样一个差值都是相当困难的！而且，任何其他因素，比如水的表面张力，水中的气泡等都能轻易地造成同等的误差，这造成了该方法实际上的不可行。我们的计算还是宽松的：假如王冠再轻一点，掺的银子再少一点，或桶再大一点的话，差值就更加微小了。

实践上的难度暂且不论，罗马建筑师的本意在于颂扬阿基米德的天才成就，然而这个检测方法却是异常拙劣的！更糟糕的是，这里面却没有用到阿基米德本人的伟大发现浮力定律！其实，如果想称颂阿基米德的话，我们有一种最简单的方法：直接用提秤，把王冠和在空气中同等重量的纯金同时放到水中去称量！因为王冠的体积大，受到的浮力相对也大，所以在水中王冠就会显得比金子要轻，提秤的这端会翘起！如果要使两者在水中保持平衡的话，我们需要在空气中重1012.8g的纯金才行，相对来说，12.8g的差距是容易测量的，我们甚至能从中轻易地得到掺银的比例。而最关键的是，这才是阿基米德伟大之处的真正体现：浮力定律！如果维特鲁乌斯物理好一点，编造得更聪明一点的话，这个神话也许就没那么容易破灭。

第二章：哥白尼、布鲁诺、伽利略，到底是谁确立了日心说

说到伽利略，大家首先能够想到他是伟大的物理学家和天文学家。但是如果再往下问，他在科学上到底有什么贡献，以至于常常和牛顿、阿基米德等人并列到一起？大家可能会想到他的一些具体的发明发现，比如在比萨斜塔上证实自由

落体的加速度恒定，发明望远镜，发现木星的卫星等等。

但是这些零散的发现,通常难以支撑起一个人在科学史上崇高的地位，能享有科学史上崇高地位的人，都需要在构建科学体系上有重大贡献。伽利略出生于1564年，正巧这一年他的佛罗伦萨同乡、文艺复兴的巨匠米开朗基罗去世了。伽利略一生大部分时间都是在美第奇家族的资助和保护下进行科学研究的，他有很多物理学的发现，可以说是翻开了科技史新的一页。不过我们今天只说他最大的贡献：确立日心说。

说到日心说，我们可能会问，不是哥白尼提出日心说的么？的确如此，但是哥白尼并没有能确立日心说的历史地位，这一方面是因为他到死才发表日心说，另一方面是因为他确实没有什么证据证明日心说是对的。因此日心说在哥白尼那里还是一个假说，并非像今天这么严密的科学理论。

在哥白尼之前，不少科学家都提出了类似的假说，比如古希腊的阿利斯塔克在公元前3世纪已提出这种看法，只是没有给出准确的数学模型。此外，当时另一位伟大的科学家阿基米德也建造了两个天体模型，虽然那两个模型被毁了，但是从记载的信息来看，他建立的应该是日心说的模型。到了阿拉伯文明的黄金时代，当地的天文学家比鲁尼也提出了地球自转以及地球绕太阳公转的理论，这比哥白尼早五个世纪。

说到确立日心说这件事，大家可能还有一个印象就是，布鲁诺的贡献也很大，而且还为此付出了生命。这个印象来自我们的宣传，特别是过去的一篇中学课文。在那篇课文中，布鲁诺是水平比哥白尼还高的科学家，坚持真理、反对教会，并且最终为真理献身，给人的感觉是因为有了他，所以大家相信了日心说。虽然布鲁诺宣传日心说，并且被教会处以了火刑，这两点都是事实，并且在布鲁诺之后的很长时间里教会是反对日心说的，但是这三件事加在一起并不能构成“因为教会反动，反对日心说，于是处死了坚持日心说的布鲁诺”这个事实。

对于布鲁诺的审判长达8年之久，他当真是因为坚持科学观点而受审的吗？真相是布鲁诺因为泛神论触犯了教会，根据学者们的研究，宗教裁判所先后对布鲁诺提出的指控足有40项之多，但其中的大部分还是关于神学和哲学方面的，例如布鲁诺怀疑三位一体学说，否认圣母玛利亚的童贞，认为万物有灵，怀疑耶稣的生平事迹，对于地狱和犯罪的错误看法，同时到处揭露教会的丑闻，最终被

作为异端处死。而布鲁诺宣扬泛神论用的工具是哥白尼的日心说，这样日心说便被株连了，这一点在《斯坦福哲学百科全书》有详细的记载。

真正第一个拿事实说话，最终确立日心说地位的科学家是伽利略。为什么伽利略能确立日心说？首先他在工具上就领先了，和之前的天文学家不同的是，伽利略能够看到别人看不到的东西，因为他发明了一种新的工具—伽利略天文望远镜。有了天文望远镜，伽利略观测到了一系列可以支持日心说的新的天文现象，包括木星的卫星体系，金星的满盈现象等等，这些现象只能用日心说才解释得通，地心说则根本说不通，这样日心说才开始被科学家们接受，而被科学家们接受是被世人接受的第一步。

与伽利略同时代的科学家第谷和他的学生开普勒也开始研究天体运行的模型。最终开普勒在他的老师第谷几十年观察数据的基础上，提出了著名的开普勒三定律，将日心说的模型从哥白尼的很多圆相互嵌套改成了椭圆轨道模型，这样他就用一根曲线将行星围绕恒星运动的轨迹描述清楚了。开普勒的模型是如此简单易懂，而且完美地吻合了第谷的观测数据，这才让大家普遍接受了日心说。

因此，伽利略的贡献不仅仅是对于日心说的确立，更重要的是确定了科学研究的重要方法：实验和观测。要知道在此之前，人们研究科学的方法并不是找出事实，而是依据常识和经典，从生活经验出发，或者干脆从亚里士多德和《圣经》里找依据。所以霍金曾经这样评价伽利略：“自然科学的诞生要归功于伽利略。”

另外我们再来关注一下大家所熟悉的那个有关伽利略的小故事：比萨斜塔上的扔球实验。这次名留青史的实验是伽利略的一个学生维瓦尼在为老师写的传记中描述的。根据维瓦尼记述，伽利略在比萨担任教授时，特地召集了比萨大学的所有教授和学生，请他们来观摩斜塔实验。他从塔上扔下了两个不同重量的球，结果发现它们同时落地，于是推翻了亚里士多德体系。这个故事后来在漫长的时光里发展出了多个不同的版本，但概括来说大致如此。

可是，伽利略真的在比萨斜塔上做过这次实验吗？翻阅所有的历史资料，我们发现这个故事的唯一来源就是维瓦尼的记述。当然伽利略的著作中曾经描述过类似的实验，不过他并未指明说是在比萨做的。如果真的有过这样一次轰动的实验的话，在当时人们的记述中应当留下一些蛛丝马迹，可惜历史学家们从来没有找到过其他可以佐证的材料，这使得维瓦尼成了一条尴尬的孤证。从时间上看，

维瓦尼自1638年起才成为伽利略的助手，而当时离开所谓的斜塔实验已经有差不多50年的光阴！这就更增加了人们的疑惑。

维瓦尼的伽利略传记在伽利略研究中当然是极为重要的资料，可惜历史学家们很快就发现，这本书里充斥了吹嘘，夸大和不真实的描述。他曾经描写说，伽利略于1583年坐在教堂里看着吊灯的摆动而发现了摆动定律，可人们后来发现这盏灯直到4年后才被挂到比萨教堂里去！类似的破绽在书中还有许多，这不免使得斜塔实验更加显得不大可信。

但是，就算伽利略真的在1589年爬上了比萨斜塔，面对他的学生们扔了两个球，他实际上能证明什么？他又会对学生们说什么呢？当然，他可以证明亚里士多德是明显错误的：两倍重的球决不会下落得快两倍，不过这也算不得什么重大突破。问题在于，伽利略能在斜塔上用实验来证明他自己的理论吗？显然不可能，因为伽利略当时对于落体的看法本身是错误的！他仍然认为，不同质地的物体都会有一个相应的最大速度，落体将在开始经历一个加速阶段，但到了最大速度以后就将一直保持匀速直线。看起来，斜塔实验并不会对他有太大的用处！后世对于伽利略的颂扬过分到如此的程度，以至于人们都相信在他之前竟没有人指出过这样明显的错误！

时至今日，虽然还有部分学者认为斜塔实验是有可能实际上发生的，大部分科学史家都倾向于把这个故事看成一个虚构的神话。20世纪中，鼎鼎大名的柯瓦雷甚至对伽利略在整个实验科学中的地位都发出了质疑，他认为伽利略的许多实验实际上都只是理论推导的点缀，在体系中并没有基本的地位。而有些在当时则干脆根本难以实现，很可能是凭空虚构出来的！

不过伽利略后来对于落体实验应该是反复研究过的，他的论著中好几处提到这样的现象：当我们同时放开一个轻物和一个重物的时候，似乎总是轻物一开始下落得快，而重物则慢慢地追上并反超！现代高速摄影机证实了这个奇怪的结论，不过原因大概是你所意想不到的：抓着重物的手因为肌肉疲劳的缘故，总是会不自觉地比另一只手迟松开片刻！换句话说，我们没法“同时”放开轻物和重物。

第三章：瓦特的茶壶

不管是阿基米德的浴缸，还是伽利略的斜塔，神话的一大特点就是在当时无人提起也无据可查，直到漫长的岁月过去，当主角已经名扬天下的时候，它们才纷纷出炉，而且描述得活灵活现。瓦特的茶壶又是一个例子。

通常在各种励志读物中，瓦特被描写成出身贫苦，没有上过大学的业余发明家，甚至宣扬他受到开水顶开壶盖的启发，发明了蒸汽机，那些不过是告诉大家努力必有回报的心灵鸡汤而已。

茶壶故事的最早源头来自瓦特的表姐，坎贝尔夫人。她在回忆录中描写了瓦特的阿姨穆尔海德夫人如何训斥了瓦特不干正事，盯着一个茶壶出神的情景。问题是回忆录写于1798年，离开当年又已经过去了差不多半个世纪！她字里行间那种栩栩如昨的叙述，其真实性怎么都令人捏一把汗。故事的真假我们先不论，关键在于，它到底带给了我们什么教育意义？瓦特难道真的是因为茶壶蒸汽的启发而发明了蒸汽机吗？

其实瓦特出生在一个中产家庭，小时候日子过得很好，因此他的教育基础很好，只是后来父亲破产家道中落，不得不中断学业当了工匠。瓦特从20出头，就在格拉斯哥大学工作，那所大学在苏格兰仅次于爱丁堡大学，在历史上还出过一位名人，就是经济学家亚当?斯密。在那所高水平的大学里，瓦特利用工作之便，听了很多力学、数学和物理学的课程，并与教授们讨论理论和技术问题。在当时，像瓦特那样系统地学习过大学物理的课程和高等数学的人并不多。

前面是我们还原了瓦特真实的出身和背景，接下来我们再看他与蒸汽机的关系到底是什么。如果问你瓦特最大的贡献是什么呢？你可能说是发明了蒸汽机，也可能会说是改进了蒸汽机，这两种说法其实都有道理，后一种更准确些，因为蒸汽机在瓦特之前就有了，而瓦特的贡献在于发明了一种和之前蒸汽机不同的新的蒸汽机，他的蒸汽机不仅效率高，而且能够通用，这才让蒸汽机成为了工业革命动力的来源。因此，比较准确的说法是瓦特发明了万用蒸汽机。

英国在工业革命之前，一些产业已经开始发展，其中就包括采矿。直到今天在矿井下采矿都需要解决一个问题，就是把矿井里的地下水抽掉，这种事在过去只能由人或者牲畜来完成，效率很低。到了18世纪，英国工匠纽卡门发明了一种蒸汽机可以将矿井里的水抽上来，但是这种蒸汽机效率低下，而且非常笨拙，

因此实用性很差。

纽卡门蒸汽机那么多的缺点虽然大家都知道，但是半个世纪都没有人能够改进它——这不是因为工匠们不想改进，而是不知道该怎样改进。在瓦特之前，一项技术的进步需要非常长时间的经验积累，或者说积累数据、总结经验、获得知识，这个过程极为漫长，常常要持续很多代人。

瓦特和他之前的工匠都不同，他是通过科学原理直接改进蒸汽机，而不是靠长期经验的积累。1763年，瓦特受命修理一台学校的纽卡门教学模型机，此前这台机器送去伦敦维修都没有修好。瓦特当时负责修理大学各种仪器，精通机械，虽然没有碰过蒸汽机，但是他在机械方面的造诣大家都认可。最后瓦特不仅修好了那台蒸汽机，而且在修理时，瓦特仔细分析了它效率低下的原因。

瓦特发现这种蒸汽机的活塞每推动一次，气缸里的蒸汽都要先冷凝，然后再加热的过程，使得80%的热量都耗费在维持气缸的温度上面。此外这种蒸汽机只能做直线运动，不能做圆周运动。瓦特于是决定改进蒸汽机。

在瓦特之前，工匠们往往是靠经验的积累来改进一种产品或者一个技术，而瓦特是直接通过科学原理找到了现有产品的技术缺陷，然后又通过科学分析找到了解决问题的答案。这就让科学和技术紧密地结合在一起了。

在此之前，也有一些天才将科学成就直接应用到发明上，但是非常少见。比如伽利略知道光折射的道理，他能够在没看到过实物的情况下，就造出望远镜；牛顿懂得不同的光折射率不同，因此白光很难聚焦，便利用凹面镜反射的原理发明了反射式天文望远镜，解决了大倍数折射望远镜（也称为伽利略望远镜）图像模糊的问题。

这些人在发明时确实主动使用了科学，但是大部分时候科学和技术是分家的，工匠们并不懂得科学，而科学家又懒得去做工匠们的事情。“科技”作为一个词，是现在的事情，过去它们是完全分开的两个词。

瓦特的过人之处在于，他虽然是工匠，但是他解决问题的思维方式是牛顿和伽利略那种科学家式的。他从原理出发，重新设计蒸汽机，在他的设计中，将冷凝器与气缸分离开来，这样就避免了蒸汽机在重复使用时，要加热－冷凝－再加热－再冷凝，重复低效率地工作。瓦特从开始研究蒸汽机，到建造出一个可以运转的模型，只花了两年的时间。

瓦特的合伙人博尔顿对通用性的重要性有着先见之明，他明确地指出，他和瓦特所做的事情，是为工业提供动力，而不简简单单是一种机器。因此瓦特对工业革命的贡献，不仅仅是发明了一种机械，甚至不仅仅是发明了一种动力源，而在于彻底改变了那一代发明家们的思维方式，这才让人类从18世纪末到20世纪初的重大发明，像井喷一样不断涌现。在瓦特之后，机械思维在欧洲开始普及，工匠们发明了解决各种问题的机械。

西方人通常讲，牛顿找到了工业革命的钥匙，瓦特拿着那把钥匙开启了工业革命的大门。牛顿的钥匙，既包括他的物理学和数学理论，也包括机械思维。而瓦特，除了自己的贡献外，还教会了当时一代人如何有效地搞发明创造。这才使得在他之后，各种发明后浪推前浪不断涌现，最终形成了工业革命。

另外一个类似的例子是说爱因斯坦励志故事的。不管怎么说，“瓦特茶壶”的故事至少都还能查到准确的来源，而所谓爱因斯坦小时候是一个很笨学习很差的孩子，靠日后的不懈努力成才，这就完全没有根据。当然根据爱因斯坦本人的自述，他直到3岁才学会说话，普遍怀疑他患有诵读困难症，在语言和表达上存在着学习困难，但他在语文上的成绩却并不差。1929年，爱因斯坦母校的校长为了证明学校的教育水平良好，特地翻阅了爱因斯坦的学习记录，发现他在拉丁文上总是拿1分，在希腊文上也拿到2分（德国教育的打分方法是越低越好）。从爱因斯坦的成绩单中可以看出他的成绩极为优秀，而他在阿劳中学的成绩单可以在《爱因斯坦文集》中找到。

还有许许多多别的神话，由于篇幅原因，无法一一详述。我们这样走马观花地简单剖析一些科学史上的传奇，并非有意去贬低任何一位科学巨人在历史上的地位。如果说可以达到什么目的的话，那么除了起到娱乐八卦的效果之外，把历史从晕轮效应中还原出来，更准确地刻画出科学发展的详细历程，打破对于历史人物模式化的构建才是富有意义的行为。当然，从另一个角度来看，这些富有寓言色彩的故事在教育和宣传上仍然有着难以取代的效果，甚至我们的史话本身为了增强可读性，也偶尔会有意无意地向戏剧化方面稍稍靠拢。只不过，我们终究是长大了，总不能老用孩子的天真眼光反复地读着同样的童话吧？

第四章：牛顿苹果的故事

不知何时社会上出现了一个词－“牛人”，但遗憾的是，在很多人嘴上的牛人其实非常一般。比如每当中国有科学家在《自然》杂志上发表一篇论文，就被某些媒体吹为牛人，什么“诺贝尔奖级的发明”，“国宝级的人才”等等。客观地说那些“牛人”里有部分人对人类、对文明确实有贡献，但是贡献的量级和我们今天要讲的牛顿等人相比，就如同一滴水和整个大海。2000年，《时代》杂志评选人类历史最有影响力的人，牛顿排名第二，排名第一的是耶稣。

牛顿有多牛，我们从当时人们对他的态度就能看出来。牛顿是第一个以非王室身份享受国葬，安葬于西敏寺的人。当时为牛顿抬棺的六个人包括一位公爵，三位伯爵和当时的大法官，整个伦敦全城为他送葬。就在当时，人们已经开始神化他了，法国数学家洛必达侯爵就对牛顿产生了对神一般的崇拜，他问英国人，“牛顿他吃饭么，喝水么，睡觉吗？他和我们一样吗？”有类似崇拜情结的，还有著名科学家拉格朗日、启蒙思想家伏尔泰等人，要知道这些人可都是以理性著称的学者，结果也变成了牛顿的“脑残粉”。

我们先来说说牛顿苹果的故事，它是如此地家喻户晓，妇孺皆知，使其当之无愧地成为了科学史上最深入人心的神话之一。这个故事大致是说1666年，牛顿在家乡躲避瘟疫的时候，偶尔看到一个苹果落到地上，于是引发了他的思考，最终得出了万有引力理论。这是真的吗？它有多少可信度？它背后隐藏了一些什么样的内容呢？

苹果传奇的主要推动者当然要属伏尔泰和格林，两人在1727年的著作中不约而同记述了这一故事。不过追根溯源，伏尔泰是从对牛顿侄女康杜伊特的访问中了解这个情况的。格林的来源则是福尔克斯，他是当时皇家学会的副主席，牛顿的好友。牛顿的另一个朋友斯图克雷也记述了他和牛顿一起喝茶时的情景，当时牛顿告诉他，正是当年一个苹果的落地勾起了他对于引力的看法。而牛顿侄女的丈夫也多次提到这个故事。

然而不管怎么样，最终的源头都还是来自牛顿自己之口：看起来，牛顿在晚年曾向多个人讲起过这个事情。可值得玩味的是，为什么牛顿在50多年中从未提及此事，但到了1720年后，他却突然不厌其烦地到处宣扬起来了呢？

据调查，这棵苹果树在历史上倒真是存在的，牛顿的朋友们等都曾经提到过。

直到1814年，牛顿的传记作者布鲁斯特还亲眼见到了它，只不过已经严重腐朽了。这棵神奇的树终于在1820年的一次暴风雨中被摧倒，有一段树干至今保存在剑桥大学三一学院博物馆，但它的子嗣依然繁衍不息：人们从它身上剪下枝条，嫁接到另一些树上。在以后的岁月里，它被送到世界各地生根发芽，仍然结出被称为“肯特郡之花”的一种烹饪苹果。

作为后世人的我们，恐怕永远也无从知晓牛顿是否真的亲眼目睹了一个苹果的落地，而这本身也并不重要。我们所感兴趣的是，这个故事的背后究竟包含了一些什么东西。对于牛顿时代的人们来说，苹果作为《圣经》里的智慧之果，其象征意义是不言而喻的。由“苹果落地”而发现宇宙的奥妙，这里面就包含了强烈的冥冥中获得天启的意味，使得牛顿的形象进一步得到神化。看起来，只要人类的文明还存在一天，它就仍然会是历史上最富有传奇色彩的象征之一。

苹果的神话往往给我们这样的错觉：一时灵感是如何在瞬间成就了不世出的天才。可实际上，万有引力定律的思想根源有着明确而漫长的艰难轨迹：从离心力概念到平方反比思想，再发展出离心力定律然后往向心力定律转变，这才能得出平方反比定律，而最后归结为万有引力定律的最终形式。这个链条中缺失了任何一环都是无法想象的。牛顿在无数前人的基础和同时代人的帮助下，经过20多年的不懈探索才最终完成了这一伟大发现，如果用一个苹果来概括这一切，未免也是对科学的大不敬吧？

关于牛顿的生平我们就不多说了，这里我们主要说说他在科学上的主要贡献，我们可以将它总结为这样几方面：

在物理学上，奠定了经典力学的基础，定义了许多物理量，提出了力学三定律和万有引力定律。牛顿之前的人类虽然也掌握了很多力学和光学知识，但都是零星的知识点，经验的总结，不成体系，有些结论甚至和非科学的没有什么区别，是牛顿完成了它们科学化的过程。牛顿的工作重现了当年欧几里得构建公理化几何学的过程，再次向世人展示了构建一个学科体系的方法。在牛顿之后，各门自然科学都开始从知识点向体系化发展了。

类似地在光学方面，牛顿提出了完整的光的粒子说，发现了光谱，发明了牛顿望远镜。此前虽然人类对于光、颜色和视觉的研究历史悠久，但是缺乏定量、系统的分析。牛顿建立起完整的光学体系，用各种实验证实了他的理论，并且用

理论解释了光学的各种现象。有了完整而可以重复验证的学说体系，人类对规律的认识才可能从自发状态进入到自觉状态。

在天文学方面，牛顿利用经典力学和微积分，构建了当时最准确的天体运动模型，并通过万有引力定律阐释了宇宙中日月星辰运行的规律，也从理论上解释了他的前辈开普勒的行星运动三定律。这件事情对人类的认知意义很大，因为从此之后，宇宙中星体的运行和各种天文现象都可以变得可预测了，人类从此有了非凡的自信心。我们今天遇到问题时，不是求助神，而是通过自己的努力解决问题，并且相信问题一定有答案，这种自信来自于牛顿的年代。

但是牛顿的贡献还不止于此，他在思想领域最大的成就是将数学、物理学和天文学三个原本孤立的知识体系，通过物质的机械运动统一起来。牛顿和当时其他科学家们一起，确立了一种新的世界观，就是机械论。简单地讲，机械论认为我们的世界是客观物质的，是确定的，是可以认识的。物质世界的变化，我们看到的各种现象都可以用各种机械运动来描述，而人类则可以通过对世界的研究，发现那些运动背后确定的规律。在牛顿之前，几乎所有的科学发现都需要先观察到现象，才能发现规律，在牛顿之后，很多发现则是先通过理论的推导，预测可能观察到的结果，然后再通过实验证实。

从历史的必然性来看，牛顿的出现不是偶然的，与他同时代的英国出现了一大批顶级科学家，包括胡克、哈雷、波义耳和惠更斯（生活在英国的荷兰人，牛顿选定的继承人）等人。哈雷和胡克等人其实也注意到了行星围绕太阳运动需要一种向心力，即来自太阳的引力，只是这些人没有能力完成理论的建立罢了。事实上，哈雷参与了牛顿《原理》一书的出版，并且是该书第一版的出资人，这些事实说明了科技发展的必然性。

从历史的偶然性来看，牛顿非常幸运，用法国大数学家拉格朗日的话讲，“牛顿是那么地幸运，因为发现并建立一个宇宙系统的机会只能有一次”。因此牛顿可以讲是生逢其时。在牛顿之后，世界上还有很多伟大的科学家出现，但是以一己之力构建多门学科大厦的机会不会再有了。

第五章：胡克与牛顿的“爱恨纠缠”

胡克和牛顿在历史上也算是一对欢喜冤家。两个人都在力学、光学、仪器等方面有着伟大的贡献。两人互相启发，但是也无须讳言，他们之间存在着不少的激烈争论，以致互相仇视。除了关于光本性的争论之外，他们之间还有一个争执，那就是万有引力的平方反比定律（ISL）究竟是谁发明的问题，在科学史上也是一个著名的公案。

胡克在力学与行星运动方面花过多年心血，提出过许多深刻的洞见。1679-1680年，胡克与牛顿进行了一系列的通信，讨论了引力问题。牛顿虽然早年就已经在此领域取得过一些进展，但不知是荒废多年还是怎么地，这次却是大失水准，他竟然把引力看成不随距离而变化的常量，并认为物体下落是一个圆螺线。胡克纠正了他的错误，并在年份1月6日的信中假设引力大小是与距离的平方成反比的，虽然说得比较模糊。胡克把牛顿的错误捅到了皇家学会那里，这使得牛顿极为光火，他认定胡克是存心炫耀，并有意让他出洋相。于是乎两人间波粒的旧怨未愈，引力的新仇又起，成为终生的对手。

胡克与牛顿的这次通信是科学史上极为重要的话题。牛顿后来虽然打死也不肯承认胡克对其有所帮助，但多数科学史家都认为胡克在这里提供给了牛顿关键性的启发：没有胡克的纠正，牛顿一直错误地以为行星运动是在两个平衡力—向心力和离心力同时作用下进行的。到了1684年，胡克和牛顿分别试图证明平方反比的引力导致椭圆轨道（也就是ISL定律）。胡克吹嘘说他证明了，但从未拿出结果；牛顿也说他早就证明过，同样没有任何证据。

不过几个月后，牛顿重写了一份手稿，也就是著名的《论运动》，这成为后来《原理》的前身。《原理》发表后，胡克要求牛顿承认他对于平方反比定律发现的优先权，在前言里提及一下。牛顿再次狂怒：他暴跳如雷，从《原理》里面删掉了绝大多数有关胡克的引用，剩下不多的，用词也从“非常尊敬的胡克先生”变成了简单的“胡克”两个字。他是如此怒气冲天，甚至拒绝出版《原理》第三卷。在牛顿眼中，胡克完全是个江湖骗子，靠猜想和碰运气来沽名钓誉。

牛顿最为人熟知的一句名言是这样说的：“如果我看得更远的话，那是因为我站在巨人的肩膀上”。这句话通常被用来赞叹牛顿的谦逊，但是从历史上来看，这句话本身似乎没有任何可以理解为谦逊的理由。

首先这句话不是原创。早在12世纪，伯纳德就说过：“我们都像坐在巨人肩膀上的矮子”。这句话如今还能在沙特尔市那著名的哥特式大教堂的窗户上找到。从伯纳德以来，至少有二三十个名人在牛顿之前说过类似的话，明显是当时流行的一种套词。牛顿说这话是在1676年给胡克的一封信中。当时他已经和胡克在光的问题上吵得昏天黑地，争论已经持续多年。在这封信里，牛顿认为胡克把他（牛顿自己）的能力看得太高了，然后就是这句著名的话：“如果我看得更远的话，那是因为我站在巨人的肩膀上。”

结合前后文来看，这是一次很明显的妥协：我没有抄袭你的观念，我只不过在你工作的基础上继续发展，这才比你看得高那么一点点。牛顿想通过这种方式委婉地平息胡克的怒火，大家就此罢手。但如果要说大度或者谦逊，似乎很难谈得上。牛顿为此一生记恨胡克，哪怕几十年后，胡克早就墓木已拱，他还是不能平心静气地提到这个名字，这句话最多是试图息事宁人的外交辞令而已。

我们这里完全没有诋毁谁的意思，只是想说，历史有时候被赋予了太多的光圈和晕轮，但还历史的真相，是每一个人的责任，不论那真相究竟是什么。同时，这也丝毫不影响牛顿科学上的成就——他是整个近代科学最重要的奠基人，有史以来第一个集大成的科学体系的创立者。从这个意义上来说，牛顿毫无疑问是有史以来最伟大的科学家，无论是伽利略、麦克斯韦、达尔文，还是爱因斯坦，均不能望其项背。

许多科学史家也曾以为胡克猜想的成分居多，不过加州大学桑塔克鲁兹分校的Michael Nauenberg教授从胡克的一幅最近披露的图稿中得出结论：胡克在这个问题上的认识要比人们传统认为的深刻得多，他所采用的几何证明手法和牛顿后来在《原理》中所使用的是类似的，所差的只是胡克不懂微积分而已。ISL定律的发明权仍应归于牛顿，可是胡克显然在其中占有重要，甚至关键的地位。

应该说胡克也是一位伟大的科学家。他曾帮助波义耳发现波义耳定律，用自己的显微镜发现了植物的细胞，《显微术》更是17世纪最伟大的著作之一。他是最杰出的建筑设计师和规划师，亲自主持了1666年伦敦大火后的城市重建工作，如今伦敦城中的许多著名古迹，都是从他手中留下的。

在地质学方面，胡克的工作影响了这个学科整整30年。他发明和制造的仪器（如显微镜、空气唧筒、发条摆钟、轮形气压表等）在当时无与伦比。他所发

现的弹性定律是力学最重要的定律之一。在那个时代，胡克在力学和光学方面是仅次于牛顿的伟大科学家，可是似乎他却永远生活在牛顿的阴影里。今天的牛顿名满天下，但今天的中学生只有从课本里的胡克定律（弹性定律）才知道胡克的名字。胡克的晚年相当悲惨：他双目失明，被几乎所有人抛弃，1688年之后，胡克就再没从皇家学会领过工资。他变得愤世嫉俗，字里行间充满了挖苦。胡克死后连一张画像也没有留下来，据说是因为他“太丑了”，但也有学者言之凿凿地声称，正是牛顿利用职权有意毁弃了胡克的遗物，作为对他最后的报复。

从20世纪90年代中期开始，胡克逐渐迎来了翻身的日子，他的名字突然成为科学史界最热的话题之一。2003年是胡克逝世300周年，科技史学者们云集于胡克毕业的牛津和他生前任教的格雷夏姆纪念这位科学家。许多人都呼吁，胡克的科学贡献应当为更多的世人所知。