牛顿与海——解构牛顿“看苹果悟万有引力定律”的善意虚构

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　　牛顿看见苹果落地，悟出万有引力定律的故事广为流传。近年有文献表明，这一说法是来自他侄女的一个孤证。当然，也有说是他的一位朋友声称听牛顿讲过。中国新闻网2010年2月3日引述《中国青年报》的消息，标题为“科学佳话可能只是传说：那个苹果并未砸中牛顿”。该消息报道：

　　根据英国皇家学会最新在网络上公布的史料，这段科学史上的佳话可能只是传说。一份写于1752年的手稿表明，“的确有个苹果存在”，只是没有砸中牛顿而已。这份手稿名为《艾萨克·牛顿爵士生平怀思录》，作者是牛顿的忘年之交威廉·斯蒂克利。1726年，也就是牛顿逝世前一年，他在英格兰北部小镇格兰瑟姆向年轻的朋友讲述了苹果的故事。

　　我以前也不太相信这一神话，听闻仅出自某人的回忆或牛顿侄女的单口相声后，心底里立马就否决了这种传说。但是，牛顿到底是如何发现万有引力定律的呢?牛顿自己为什么从来不提这个故事呢?

　　现在摘录一段网上言论：

　　许多介绍牛顿的书上都提到牛顿与苹果的传奇故事：1665-1666之间，由于剑桥流行黑热病，学校被迫停学，刚从剑桥拿到学士学位的牛顿也返回了家乡。一天，牛顿正坐在一棵苹果树下看书及思考问题时，这时有一个苹果落了下来，一下子启发了牛顿，这位当时年仅23岁的学生立刻想到，苹果一定是被地球的引力拉下来的，此后经过多年努力他终于完成了万有引力定律的阐述、数学证明与公式推导。


　　这个故事流传得非常广泛，不过近来有一位历史学者提出异议，他认为所说并不是事实。第一，万有引力不是牛顿一个人的独立发现，而是历史上若干人的研究逐步探索、积累的结果，有的书上却把万有引力定律以牛顿名字命名，这是不行的;另外，把牛顿发现万有引力说成是由于受了苹果落地启发的自然结果，根据历史学者的观点，显然是对历史的严重歪曲。第二，在1665年，牛顿对天体的运动规律问题还没有完全搞清楚，如果承认这个苹果故事，不是等于把牛顿对万有引力的发现提前了至少20年吗?实际上，牛顿直到二十多年后才取得最终结论，并完成数学论证与公式推导。

　　我的假设是：牛顿实际上是通过观察海边的潮汐现象发现并进而论证万有引力定律的。有如下理由：

　　据说，有一天牛顿对他的小侄儿讲：“我不知道这个世界将来怎么看我，对我而言，我只像海滩边玩耍的男孩，偶然间发现了一粒比较圆的石头，或一粒比较漂亮的贝壳，就觉得很愉快，但是在我前面，尚未被发现的石头、贝壳仍然多如大海。”

　　牛顿在《自然哲学之数学原理》中花了一定篇幅讨论月球问题。我认为他很可能因为受到潮汐的震撼而想到万有引力定律。毕竟，苹果落地太平常了。从他晚年的“贝壳”比喻中，可以看出牛顿对于海洋具有相当的了解与感情。

　　下面引述《自然哲学之数学原理》王克迪翻译之中文版(第442页)的“第三编导读”的片断：

　　海洋潮汐运动理论是牛顿的引力理论与流体力学的综合运用。牛顿收集的海洋数据来自全球各地，牛顿极为雄辩地指出，月球运动是潮汐的根本原因，太阳也对潮汐有影响，但与月球相比只有约1/5左右。月球驱动海洋的力量只有地球上重力的二百万分之一，这样小的力在任何其它力学研究中都绝对是微不足道的，但对于浩瀚的海洋，它足以引起波涛汹涌的大潮。相信每一位读者读到这里，无不掩卷叹服，拍案叫绝。

　　依照牛顿的个性，如果他少年时有苹果奇思，他是不会秘而不宣的。关于牛顿的为人，马克思有一段精彩的点评(摘自于《数学手稿》，人民出版社，1975年，第141页)：

　　现在提出一个问题：二项式定理的发现者牛顿，为了他个人的需要，通过暗中应用二项式定理，难道已经发现了这个大大简化了微分学应用的泰勒定理?这是绝对要加以否定的。不然，对于这样的发现，他早会大肆炫耀一番了。要是他早已看到了这个简单联系的话，那他就不会留下什么东西让泰勒、马克劳林，甚至拉格朗日他们去发现了。

　　主要疑问是：牛顿是何时、通过什么途径观察潮汐现象的?尽管牛顿的家乡可能离海并不太近，但英国毕竟是沿海国家，潮汐是普遍现象，牛顿至少早就听说过怪异且危险的海水潮落现象。大的潮汐有如微型海啸，中国的钱塘江大潮对于人身的威胁有目共睹。牛顿的拾贝比喻到底是实感还是虚构，这对于本判断也是有益的。它依赖于对于牛顿的成长经历中对于海洋的经验。除了海洋之外，牛顿对于月球也予以大量的关注，这类似于李白的“把酒问青天，明月几时有”，应当与牛顿童年、少年的感受有关。

　　当然，苹果落地这类现象对于牛顿，可能还是有朦胧的启示作用的。至少构成了他少年时的疑问，至多类似于爱因斯坦对于罗盘的好奇而已，远没有明确的引力意识。

　　我们来欣赏一下科茨为《自然哲学的数学原理》第二版所作序言中的一段话：

　　研究自然哲学的第三种人崇尚实验哲学，他们决不把未得到现象证明的东西当做原理，他们不捏造假说。在牛顿之前曾有人猜测或想象，所有物体都受到重力的作用，但惟有他是第一位由现象证实重力存在的哲学家，并使之成为其最杰出的推理的坚实基础。

　　由科茨之语可以明显地看出，由所谓苹果落地现象想到或猜到地球引力(即重力)，牛顿并非第一人，没准伽利略就已有了猜测。牛顿的功绩在于证明，而不是猜测。牛顿在第一版、第二版、第三版序言中都以精确的证明为荣。此点有如数学猜想，猜想或系前人之功，但牛顿完成了证明。此外，即使前人有了猜想，但依牛顿骄傲的脾气，他也会秘而不宣的。

　　来源：陈昌春科学网博客，作者：陈昌春，南京信息工程大学