牛頓是人類歷史上第二偉大的科學家嗎？

導讀：那個在中學物理考試中折磨你的牛頓，到底是怎樣一個人？

作者：數據叔

來源：華章科技

▲牛頓畫像，作者：Godfrey Kneller

01 與科學貢獻無關的爵士身份

艾薩克·牛頓爵士（Sir Isaac Newton），可能是人類歷史上第二偉大的物理學家，也是一個有爵士頭銜的人。但「物理學家」和「爵士」其實並沒有什麼關聯，牛頓並不是因為科學貢獻而被封為爵士的。

據《宇宙觀》一書介紹，出於對鍊金術的興趣，1696年起，牛頓開始在皇家鑄幣局任職，1699成為局長。牛頓本以為這是一個閒職，他會有大把的摸魚時間研究鍊金術，但這份工作與他的想像完全不同。

不過，認真嚴謹的牛頓還是很快進入了他的新角色：他以便衣和臥底的身份出沒於倫敦的酒吧和小旅館，尋找製造假幣的嫌疑犯。任職期間，牛頓一共提起28件假幣訴訟案，其中10名罪犯被執行死刑。[1][2]

1705年，英國安妮女王授予牛頓爵士身份，以表彰他在皇家鑄幣局的出色工作。

▲面值50便士的牛頓紀念幣，來源：《宇宙觀》

02 最偉大的貢獻

1687年牛頓發表《自然哲學的數學原理》，闡述了萬有引力和三大運動定律，這是牛頓最著名的成就。牛頓構建的物理王國統治世界200餘年，直到愛因斯坦發表狹義相對論。對於一個普通理科生來說，牛頓力學是初一到高二這5年間的折磨，直到高三換成愛因斯坦來折磨。

在人類肉眼可及的太陽系範圍內，牛頓運動定律幾乎跟現實完全匹配，如果出現誤差，那一定是哪裡不對。19世紀，人們在觀測中發現，天王星的實際位置跟牛頓運動定律預言它應該的位置的偏差越來越大，於是有天文學家推測，在天王星之外應該還有一顆尚未發現的大行星。

1846年，法國天文學家勒維耶根據牛頓定律完成了這顆新的大行星的位置推算。隨後，柏林天文臺根據勒維耶的計算觀測到了這顆新行星——後來被命名為海王星。海王星成為第一顆通過計算而不是通過觀測被發現的行星。當時，牛頓已去世100多年，但他科學成就的影響力卻已擴散到了太陽系的邊緣。

但在太陽系的另一端，牛頓力學卻遇到了嚴重阻礙。

牛頓的引力理論能夠準確地解釋行星的運動，只是在水星那裡遇到了一點小問題，這說明牛頓的理論還不是盡善盡美。早在19世紀中葉，人們就已注意到水星的軌道運動與理論預測有點出入，可卻一直不知道問題出在哪裡，直到1915年愛因斯坦提出廣義相對論，才把這個小矛盾給解決了。廣義相對論預言，行星的軌道並不是真正閉合的橢圓，而是會發生進動，軌道的軸緩慢地轉動，使行星的運動軌跡形如一朵盛放的玫瑰（見圖17-1）。不過，除非行星是在非常強大的引力場裡高速運動著，否則軌道進動的幅度微不可察。在太陽系行星中，就數水星離太陽最近，它身處在太陽的引力場的深處，自然轉得比其他行星快一些，軌道進動的幅度也更大一些，儘管如此，水星軌道的進動效果仍然微乎其微。[1]

▲《宇宙觀》圖17-1 水星軌道的進動（效果被誇大了）

所以，如果我們說牛頓是第二偉大的物理學家，第一就只能是愛因斯坦了。

但英國人民不這樣認為。2005年，英國皇家學會發起一個「誰是科學史上最有影響力的人」的民意調查，網民認為牛頓比愛因斯坦更有影響力。[2]

03 沉迷鍊金術？這其實算不上黑點

牛頓的成就無需多說，或許關於牛頓的黑點更有必要討論一下。

上文提到，牛頓是出於對鍊金術的興趣才進皇家鑄幣局的。還有人說，牛頓沉迷鍊金術30年，明顯是被鍊金術耽誤了，在發表《自然哲學的數學原理》之後再無偉大成就。

鍊金術在今天聽起來像是江湖騙術，你大概可以理解為，它是研究怎麼把鉛變成金子的騙術。

但在當時，現代化學尚未誕生，那些想揭開物質世界變化秘密的科學家、哲學家，都繞不開鍊金術。顯然，生活富足的牛頓，應該沒有多大動機去研究怎麼把鉛變成金子，他的目的應該是進一步解開世界運轉的密碼。

受到時代的局限，牛頓的鍊金術並沒有取得什麼成果。科學研究又不是神話故事，失敗實在是太正常的事情了。如果以成敗論英雄的話，牛頓不是這個領域的英雄。但牛頓絕不是有些人想像中的江湖騙子，也沒有被什麼迷信思想蠱惑，他對鍊金術的研究仍然是認真嚴謹的。[3]

04 跟各位大佬的戰爭

牛頓有一句名言，可能小學生都知道：

如果我比別人看得更遠，那是因為我站在巨人的肩上。

這句話出自他給同時代的英國物理學前輩羅伯特·胡克的信。考慮到牛頓與胡克的關係，這句話真正要表達的意思就非常可疑了。作家John Gribbin和Michael White認為，這其實是牛頓對胡克身材矮小並駝背的諷刺，而不是字面上看起來的謙虛低調的意思。[2]

對於普通理科生來說，有關胡克的印象可能僅僅是高一的時候被胡克定律摧殘。實際上，被科學家同僚稱為「倫敦的達文西」的胡克，在很多方面都有所成就，也是一個幹出過很多硬核事情的人。胡克和牛頓都是吵架高手，作為牛頓的前輩，胡克起初佔上風，多少有些欺負新人的意味，而牛頓能做的就是把這些都記在小本本上。

▲現在英國皇家學會所在地，作者：Kaihsu Tai

1684年，當時的英國皇家學會會長克里斯多福·雷恩、後來預測了哈雷彗星的埃德蒙·哈雷和胡克聚在一起，搞了一個小賭局：看誰能先證明行星與太陽之間的作用力滿足平方反比。其實平方反比定律是胡克在與牛頓的通信中為了教訓牛頓而提出的，他對此早有想法和見解。

而對此沒什麼成熟想法的哈雷去求助牛頓。牛頓說：這題我會。然後……給出了證明！

等到1687年牛頓發表他那著名的《自然哲學的數學原理》時，這個爭議達到了頂峰。哈雷在給牛頓的信中提到，胡克承認第一個證明的平方反比定律的是牛頓，但「至少應當在序言中把他提一下」。

但牛頓卻回覆：「（胡克）至少必須節制一下他的虛偽。」[4]

1703年胡克病逝，也是在這一年，牛頓成為皇家學會會長。大權在握、功成名就的牛頓，沒有忘記年輕時小本本上記下的怨念。牛頓解散了皇家學會的胡克實驗室和胡克圖書館。他還試圖燒毀大量胡克的手稿和文章，雖然被阻止，但胡克的研究成果還是在一定程度上被抹殺。

牛頓要求皇家學會撤下了胡克的肖像，這幅畫像最終去了哪裡也沒人知道。而這很可能是胡克唯一的畫像，因此如今我們幾乎無法知道胡克的長相。

牛頓真的是夠絕的。

跟牛頓幹仗的不只有胡克一個。牛頓和萊布尼茨很有可能是分別獨立發明了微積分。但1699年，皇家學會指控萊布尼茨剽竊了牛頓的微積分成果，宣稱牛頓是微積分真正的發明人。但後來人們發現，皇家學會調查評論的結語是牛頓自己寫的。[5]

自己寫的……

牛頓曾在《自然哲學的數學原理》的初版中使用天文學家約翰·佛蘭斯蒂德的數據，後來他與佛蘭斯蒂德交惡，於是在《自然哲學的數學原理》的後續版本中，把對佛蘭斯蒂德數據的引用全刪乾淨了。

英國心理學家西蒙·拜昂-柯恩認為，牛頓很可能是亞斯伯格綜合症患者[2]，也就是前一段時間的熱播劇《誰是被害者》男主角的那種病。

▲牛頓自己保存的《自然哲學的數學原理》，作者：Andrew Dunn

05 真真假假的蘋果

提到牛頓，就不得不提蘋果。很多人小時候都聽說過，牛頓在蘋果樹下躺著思考人生的時候，看見成熟的蘋果從樹上掉下來，受到啟發，就揭開了引力之謎。

在那些更戲劇化的故事裡，蘋果是直接砸了牛頓的腦袋上。

關於這個故事的真假，古今中外一直都爭論不休。按《宇宙觀》中給出的說法，這個故事是牛頓自己親口說的：

儘管這個故事聽起來不真實，卻是牛頓親口所說。在去世前的7年裡，牛頓與侄女凱薩琳·巴頓（Catherine Barton）、侄女婿約翰·康杜德（John Conduitt）住在一起，後者也是牛頓在鑄幣局的工作助手。康杜德記錄下了牛頓講的故事：

1666年，他再次離開劍橋，搬回林肯郡與母親同住。有一天，他在花園裡一邊散步一邊思考，忽然想到讓蘋果從樹上掉下來的那種力不會只局限在離地面有一定高度的地方，而是會延伸到比人們通常認為的要高得多的地方。為什麼不可以到月亮那麼高？他心想。如果是這樣，引力一定會影響月亮運行，還有可能約束著它，讓它乖乖待在自己的運動軌道上。於是，他動手計算了一下這個效果。[1]

《宇宙觀：一場跨越時空的宇宙探秘之旅》

但仍然有人認為，即使是牛頓親口說的，也不能代表這個故事是真實的，他可能只是想讓自己的研究經歷更富有傳奇色彩而已。

不管真實性如何，牛頓的蘋果作為一個文化符號流傳開來。

牛頓老家的那棵蘋果樹後裔的枝條，被國內外一些著名高校移植到校園中。在中國，你可以在天津大學、汕頭大學和南京大學找到牛頓家的那棵蘋果樹的後代。[6]

牛頓的蘋果跟美國蘋果公司的蘋果也有一些微妙的關係。暫時沒有可靠資料能夠證實蘋果公司名稱和現在這款Logo的設計跟牛頓的蘋果是否有關。但蘋果公司的第一個Logo，就是坐在蘋果樹下的牛頓。這個Logo是聯合創始人羅納德·韋恩的鋼筆畫。[7]

▲蘋果公司的第一個Logo

有人認為糾結於這個故事是沒有意義的，因為被從樹上掉下來的蘋果砸過的人有無數個，但除了牛頓，沒有人發現了什麼。牛頓只有一個。

[1]《宇宙觀：一場跨越時空的宇宙探秘之旅》 - 機械工業出版社

[2]艾薩克·牛頓 - 維基百科

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%89%BE%E8%90%A8%E5%85%8B%C2%B7%E7%89%9B%E9%A1%BF

[3]牛頓為何沉迷於「鍊金術」三十年？到底給他帶來了什麼成果？- 中外歷史大談

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1620622311611919303&wfr=spider&for=pc

[4]300年後的復仇——胡克V.S.牛頓 - 三聯生活周刊

http://www.lifeweek.com.cn/2003/0730/6125.shtml

[5]&34; - Walter William Rouse Ball

[6]蘋果並沒有砸到牛頓的頭 可這並不影響 「牛頓蘋果樹」全球開枝散葉 - 杭州網

https://hzdaily.hangzhou.com.cn/dskb/html/2015-11/08/content_2114431.htm

[7]蘋果公司 - 維基百科

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%98%8B%E6%9E%9C%E5%85%AC%E5%8F%B8