無言的宇宙:隱藏在公式背後的故事

[摘要]問問大多數人，看他們知道有關牛頓的什麼事情，你很可能會聽到他們告訴你一個蘋果從樹上掉下來的故事。

本文摘自《無言的宇宙》，[美]達納·麥肯齊 著，李永學 譯，北京聯合出版公司，2018年1月出版

牛頓定律

問問大多數人，看他們知道有關牛頓的什麼事情，你很可能會聽到他們告訴你一個蘋果從樹上掉下來的故事。根據傳說，牛頓在看到一個蘋果掉下來時受到啟發，意識到或許也可以用同一種力來解釋行星的運動，從而構思了他的萬有引力定律。而且後來的人們添油加醋，說牛頓或許是因為蘋果砸在他的腦袋上才受到啟發的。

還有一個同樣未經證實的傳說則與此相反；該傳說於1858年第一次訴諸文字，是在英格蘭一個名叫《注釋與詢問》的有趣雜誌上首次披露的。根據一位名叫「W」的作者陳述，當時最負盛名的數學大家卡爾·弗裡德裡希·高斯40以如下方式否定了前面一個傳說：「有關蘋果的歷史實在太荒唐了。事情無疑是這樣發生的：有一次，一個喜歡糾纏不休的糊塗人找上了牛頓，一定要牛頓告訴他，引力定律這一偉大成果是如何被『一舉命中』的。牛頓發現眼前這人其蠢無比，就想快點擺脫他。於是牛頓告訴他，這是因為有一隻蘋果『一舉命中』了他的鼻子；這傢伙一聽就立刻全明白了，然後便滿意地走了。」

人們應該怎樣理解這類傳說？實際上，蘋果這一故事的內容比高斯意識到的更多（如果他的上述引言是真的話）。

這一故事可由兩個來源加以證實，其一是著名的法國作家伏爾泰，他親耳聽牛頓的侄女說起。很難說他跟高斯想像中的「喜歡糾纏不休的糊塗人」有什麼相近的地方！人們或許會把這個故事想像成實際發生的狀況經過高密編碼之後生成的版本。如果你不知道密碼，你就會看到一個高斯如此強烈否定的卡通片式故事。

是有一棵蘋果樹嗎？不錯。這棵樹就在英格蘭的烏爾索普，在艾薩克·牛頓家的老宅田產內。他在那裡一直住到1661年，然後去劍橋三一學院就讀。而最重要的是，1665年，英格蘭爆發了最後一次大瘟疫，是年牛頓回返故鄉，並在田園靜謐中度過了差不多兩年時光。就在這期間，他發展了微積分的基礎，並開始思考行星運動的問題。牛頓寫道：「那時我正處於發明創造的高潮；我對數學與哲學的關注超過了那以後的任何時候。」

然而牛頓並不需要一個掉落下來的蘋果來啟發他，關於這一點高斯完全正確。這一問題的歷史何止千百年，牛頓肯定是受到了這一問題本身的啟發。月球、太陽和行星是否需要某種外部力量讓它們運動？

如果需要，那又是什麼呢？亞里斯多德認為，構成天體的物質與地球不同，而且它們的自然運動軌跡是圓形的。克卜勒認為需要一種推動力才能讓行星保持在軌道上。笛卡兒或多或少贊同這一點；在他精心發展的理論中，宇宙是由旋流組成的；是這些旋流掃過了在軌道上運行的行星。作為一位青年學者，牛頓會對當時主要的科學辯論之一給予熱情的關注，這是天經地義的。他設計了一個體系，在這一體系中，蘋果與行星受到了同樣的力作用。（因此蘋果才會有如此重要的地位！在這一點上牛頓並沒有苟同亞里斯多德。）讓人注目的是，行星也始終在自由下落；它們並不需要推動力。（在這一點上牛頓沒有苟同笛卡兒和克卜勒。）

作品簡介：

《無言的宇宙》，[美]達納·麥肯齊 著，李永學 譯，北京聯合出版公司，2018年1月出版

《無言的宇宙》向你講述的是人類歷史上24個美麗而偉大的公式背後的故事，從基本的1 + 1 = 2到揭示電磁現象的「麥克斯韋方程」，從著名的E = mc²到神秘的「漢密爾頓的四元數方程」，清晰地解釋了每一個方程的含義、誰（如何）發現了它，他們在人類發展史上和現實生活中發揮的巨大作用。

這些故事既長知識又有趣，比如：

發現世界上最簡單的方程，這意味著什麼；

如果世間未曾有過「0」這個概念，將會怎樣；

牛頓運動定律如是何使人類做到這一切的——從建設橋梁到預測天氣；

一根劣質雪茄如何改變了量子力學的進程；

為什麼鯨魚（如果它們能和我們交流的話）會教給我們完全不同的幾何概念？

同時，這本書也解釋了為什麼這些方程在訴說著關於宇宙的永恆的秘密，沒有任何一種人類的表達方式可以與之匹敵。最重要的是它們如何令人驚訝地影響了人類歷史和我們的日常生活。

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