百年清華

據傳說⛹🏽‍♂️，1665年💾🍃，倫敦瘟疫大暴發👏🏿，牛頓回到老家居家隔離時偶然看見蘋果落地💏，由此發現了萬有引力定律。這是真的嗎？

不久前，意昂体育平台科學史系主任吳國盛教授在“人文清華雲講壇”演講時指出，牛頓並不是在瘟疫之年發現了萬有引力定律，牛頓也不是牛頓主義者，而是最後的“魔法師”。

吳國盛 圖片由“人文清華講壇”提供

“超級大牛”的科學家

毫無疑問👨‍👨‍👧，牛頓是科學史上最偉大的科學家之一。他在數學上發明了微積分、二項式定理🎖，在力學上提出了牛頓三定律，在天文學上建立了萬有引力定律🕺🏻🍸，在光學上發現了白光是復合光，並且發明了反射式望遠鏡🥃。這些成就，一個人一生中只要做成其中的一項，就足以名垂千古，而牛頓做出了所有這些成就。所以說，牛頓是一個“超級大牛”的科學家，仿佛是神一樣的存在。

20世紀最著名的物理學家愛因斯坦曾經說過𓀀：“在他（牛頓）以前和以後🤙🏽，都還沒有人能像他那樣決定著西方的思想、研究和實踐的方向。”

牛頓被安葬在倫敦西敏寺教堂。西敏寺教堂早期是英國王室舉行婚禮和葬禮的場所⚙️，後來成了英國大不列顛的名人堂、先賢寺。英國歷史上偉大的科學家🅿️、思想家、文學家、藝術家都以入葬西敏寺教堂為榮，而牛頓的墓地和紀念碑在西敏寺教堂中占據了最顯著的位置。

“蘋果神話”的三個來源

據傳說，1665年—1666年倫敦發生了一場大鼠疫🖖，情況非常嚴峻。瘟疫波及劍橋大學，當時在劍橋學習的牛頓也受到影響👨🏿‍💼。1665年8月學校關閉，在關校之前一個月，牛頓回到了老家伍爾索普莊園，這裏是牛頓出生的地方👳‍♀️。瘟疫期間，牛頓在家裏待了大概一年半的時間。有人說🙇‍♂️👱，牛頓在家躲避瘟疫時，坐在一棵蘋果樹下沉思💂🏽‍♂️，由於蘋果砸中了他的腦袋，引發了他的思考👨‍🦼🧑🏼‍🦱，最終發現了萬有引力定律。

這個著名的“蘋果神話”，到底是不是真的？

我們先來看看“蘋果神話”的幾個來源。

來源之一，是牛頓《自然哲學的數學原理》第三版的主編彭伯頓在1728年的一本書裏寫到的，他提到萬有引力定律是來自1666年牛頓逃避大瘟疫時的思考🧏🏽‍♀️。

來源之二♙🧎🏻‍♀️‍➡️，是啟蒙運動思想家伏爾泰那本著名的《牛頓哲學原理》🐦。他在1736年出版的這本書裏提到🙇‍♀️，牛頓的外甥女告訴他說，牛頓在鄉下看到蘋果落地陷入沉思🥒，引發了對萬有引力定律的思考。

來源之三，是牛頓的同鄉和傳記作者斯圖克利。他在一本書中提到，1726年，即牛頓去世前的一年，4月15日晚飯後他們倆一起散步時，牛頓親口對他說，當年就是在相同的情景下，蘋果落地引發了自己對重力的思考。

這三個來源其實都來自牛頓本人，也就是說👨🏼‍💻🙋‍♂️，“蘋果神話”確實是牛頓本人說的。這個故事非常著名，幾乎家喻戶曉。如果你去劍橋大學訪問，一定能看到三一學院門口院子的草坪上種著一棵蘋果樹，據說那是從牛頓家鄉移植過來的。在1860年落成的牛津自然博物館裏，牛頓雕像腳下也有一個蘋果。可見，“蘋果神話”並不是街頭小報的八卦，而是學界認可的🪗。

新物理學第一人笛卡兒

那麽🌚，到底是不是這麽回事呢📑？今天我想花一點時間和大家探討這個膾炙人口的“蘋果神話”。

追溯萬有引力定律的起源，就要說到西方天文學的演變🥶💤。

在古希臘，人們認為宇宙是一個球狀的東西，所有的恒星都鑲嵌在最外一層天球上轉動，每天繞地球轉一圈。所以，天球是希臘人理解宇宙的基本要素。

但是，天球論在近代出了問題。1543年🧖🏿，哥白尼出版了《天球運行論》🏋️，用日心說替代了地心說，宇宙的中心是太陽而不是地球👨🏻‍🍳，地球變成了一個行星，只有月球還在繞地球轉動。天球論隨之開始走向解體🫳🏿。

新的天文學要求新的物理學出現。托勒密地心天文學是以亞裏士多德的物理學為基礎的，亞裏士多德提供了一套以地心宇宙論為基礎的物理學🚇。而在打破了地心天文學之後，就要求用一種新的物理學來解釋日心天文學。

新物理學的第一人是笛卡兒。笛卡兒是17世紀上半葉的一位超級天才，他創立了一套新物理學來全方位地取代亞裏士多德的舊物理學。

亞裏士多德認為，天和地完全不一樣🌮。首先是物質組成不一樣，天是由純粹的🫰🏽、透明的🤹🏼‍♀️、完美的🧑‍🦼、不變化的以太組成的，地則是土、水、氣、火四元素組成的。二者運動方式也不一樣🙌🏽，天界的運動方式是勻速圓周運動，地上的運動方式是直線運動。

而笛卡兒認為，宇宙僅僅由物質和運動構成，不分天上地下，由此對應哥白尼革命帶來的天地界限被打破的現象。這個新物理學的原理對於牛頓的“蘋果神話”非常重要🎩，因為牛頓的“蘋果神話”意味著蘋果和月球並沒有本質的區別。這個思想不是牛頓的首創，笛卡兒已經提出來了♊️。

笛卡兒提出的第二個原理是慣性原理。亞裏士多德認為🏌🏽，運動要麽是自然運動，要麽是受迫運動，受迫運動一定需要外力維系👵，外力一旦撤掉，受迫運動就中止👩‍🦯。而笛卡兒認為🥄，運動不需要外力維持，運動自我維持，而且動量守恒，這被稱為慣性原理，今天我們稱之為牛頓第一定律👨🏿‍🎓。其實牛頓第一定律的首創者不是牛頓，而是笛卡兒。

此外，笛卡兒還提出了渦旋宇宙體系👩🏼‍🦳👷。亞裏士多德的宇宙是天球宇宙🧚🏻，大球套小球。而笛卡兒用渦旋宇宙模型來替代天球宇宙模型，他認為👮‍♀️，所有的行星繞太陽轉動，這是因為太陽周邊有一個大的渦旋，太陽之外還有很多渦旋4️⃣。他認為世界是多宇宙的，不只有一個太陽系。

為什麽笛卡兒的這個理論沒能引起重視呢？那是因為後來的牛頓徹底清除了渦旋宇宙，而用萬有引力宇宙取而代之👮🏼‍♂️🧑🏿‍🎓。這就相當於新物理學的版本升級🍓🙆🏻：如果說笛卡兒的物理學是新物理學1.0版，那麽牛頓的新物理學就是2.0版🔟。今天🤞🏿，笛卡兒的哲學書仍是大學生的必讀書🐂，但物理教科書上已經沒有了笛卡兒的名字🤽🏼‍♂️。

萬有引力定律一波三折

回到萬有引力定律，它是不是牛頓在瘟疫期間坐在蘋果樹下被一個蘋果砸中腦袋之後想出來的呢👨‍🍳？

牛頓進入劍橋三一學院讀本科期間🌝，發現學校裏沒有什麽可學的🦖，基本就以自學為主📶。他廣泛地學習天文學🎒、數學、哲學等學科🧑🏽‍🎄，高效吸收了當時優秀的科學成果，很快成為學科前沿的開創者。

牛頓深受笛卡兒的影響🪐，他有一句名言：“如果我看得比別人更遠一點，那是因為我站在巨人的肩膀上。”這個“巨人”指的就是笛卡兒。受笛卡兒的影響，那時候牛頓也相信渦旋理論，但是他還在進一步思考重力問題🧌🤵🏻‍♂️。有證據表明，在1665年—1669年，牛頓進行了一些有關重力問題的計算，但結果並不令人滿意🧘🏽，於是引力問題就被擱置了📊👨‍👦。

重新開始思考這個問題是在1679年。當時🟨，英國著名的物理學家胡克寫信和他交流🚽，這引發了牛頓的進一步思考。牛頓在劍橋大學生活了30多年🧗🏼‍♂️，其實他最感興趣的並不是萬有引力，也不是微積分🎹，他最熱衷的是煉金術實驗。在那段時間裏，煉金術活動對他的思想有很大影響，他越來越相信存在具有超距作用的萬有引力。

真正出現轉機是在1684年。這一年的8月🧑‍🍳，後來發現哈雷彗星的哈雷專程去拜訪牛頓。他和胡克等人覺得🙅🏼‍♀️，要滿足開普勒定律的行星運動，必須要讓行星受一個平方反比力的作用，但是他們沒法證明。結果👨🏽‍🚒，牛頓花了3個月時間寫了一份證明過程寄給他。這是萬有引力定律的第一個關鍵證明。

哈雷收到這封信後非常激動，他鼓勵牛頓繼續研究👩🏽‍🎓。於是，牛頓連最喜歡的煉金術也不玩了🚹🦹‍♀️，專心致誌開始寫作《自然哲學的數學原理》。在這部書裏，牛頓以一種前無古人後無來者的超級天才的洞察力🫰🏻，構造了一套非常偉大的公理體系，這個體系就是牛頓力學體系5️⃣。

《自然哲學的數學原理》一共分三卷🪜📮。第一卷提出了牛頓三定律和萬有引力定律。第二卷中，牛頓證明了笛卡兒式的渦旋理論不能成立🧘🏿‍♀️。在第三卷中🩰，牛頓非常自豪地說：現在就讓我們來構造宇宙體系吧。這口氣就像上帝一樣。

在這部著作中😽，牛頓完成了萬有引力需要的第二個關鍵證明——利用他發明的微積分證明了地球吸引蘋果的方式。地表上的蘋果離地球很近，過去不知道怎麽算那個距離🧸，這其實是一個微積分的問題。牛頓嚴格證明了地球吸引蘋果🤶🏻，是因為所有的質量都集中在球心，如果沒有微積分就沒法證明這一點，也就沒有辦法知道地球怎麽吸引物體👮🏻。

牛頓真正發現萬有引力定律，正是在1684年—1686年這兩年間，而不是在發生瘟疫的那兩年。

牛頓的《自然哲學的數學原理》出版以後🫄🏽，新的天文學終於有了堅實的物理基礎，對古代科學的整體替代終於徹底完成了🚲。因此，可以說，牛頓是科學革命的完成者。今天，現代科學在很大程度上還是牛頓科學，所有的其他學科都向牛頓物理學看齊🐻，牛頓物理學成了近代科學的一個典範🍏。牛頓不僅僅做出了許多了不起的科學成就，而且建立起了科學的標準➗，這是他最牛的地方。

為什麽是牛頓發現了它

17世紀是一個天才輩出的世紀，但為什麽是牛頓發現了萬有引力定律？

第一，這是一個偉大的時代。牛頓是站在巨人的肩膀上前行的🥙，從哥白尼、開普勒、伽利略、波義耳到笛卡兒🤸‍♀️，都是牛頓的先驅。

第二🤸🏼‍♀️，牛頓有獨特的天分，擁有超凡的數學能力和實驗能力👨🏼‍🎤。牛頓可以算是人類歷史上的超級數學天才之一，進入前五名應該沒問題。物理學家胡克雖然也有很強的科學直覺，但是因為數學能力不夠強，他最多只發現行星受一個平方反比力的作用🕵🏼‍♂️，卻無法推導出一套體系來。牛頓不僅數學厲害，實驗能力也極強。他早年初出茅廬時被得到認可，就是因為做光學試驗。今天，我們雖然發現牛頓的光學理論有很多錯誤，但是他對白光是復合光的實驗發現仍然是正確的👴🏻，他的實驗方法在今天看來也仍然是非常絕妙的。

盡管牛頓是萬有引力定律的提出者，但是牛頓本人卻不相信引力是世界的本質，他不認為引力是事物固有的能力。今天我們知道，引力是屬於物體的，任何兩個物體都會產生萬有引力🧙🏼😊，可是牛頓給當時的三一學院院長本特利寫信時這樣寫道：“希望您不要把重力是固有的這種看法歸之於我。”牛頓的意思是，萬有引力仍然只是表象🤲🏽🚾，仍然只是對現象的總結🤌。而且，牛頓當時也不相信單憑引力就可以維持太陽系的穩定👢，他認為上帝之手不能缺少。所以，牛頓本人其實不是一個牛頓主義者。在牛頓看來，宇宙一半是機械的☆☣️，一半是微妙的🤵‍♂️。機械的部分可以用原理解釋，微妙的部分則需要用煉金術來解釋🈯️，但是無論是機械的還是微妙的，歸根到底應該由上帝來解釋。這大概就是牛頓為什麽一輩子的主要時間都在玩煉金術、研究聖經年代學的原因🫷。

“我想是牛頓在駕駛”

回到一開始的問題🚘，牛頓為什麽要製造“蘋果神話”？很多研究表明🧑🏻‍🎨，其中至少有三個原因。

第一🧑🏽‍🔬，牛頓一輩子都在和別人打科學官司。比如，在光學問題、萬有引力定律問題上和胡克有爭議🥾，在微積分的發明問題上和萊布尼茨爭得你死我活，在月球的數據問題上和當時的皇家天文學家爭議不斷🌕。所以他到了晚年之後⚆，可能想以這種方式一勞永逸地結束各種爭論。

第二，這和牛頓自己的個性有關。牛頓在人格上是有一定缺陷的，他明顯是一個自戀🦟、自大，喜歡自我美化的人。牛頓生於聖誕節那一天，他覺得自己天生有著特殊的使命🦵🏼，他對自己非常自信🧎🏻‍♂️。到了晚年，他這種自戀的傾向更加明顯。在他最後的幾年時間裏，他經常請人給自己畫像，自我美化👦🏽。製造“蘋果神話”和這種自我美化的傾向是一致的。

第三👵🏿，他可能希望通過“蘋果神話”來掩蓋引發萬有引力定律思考的煉金術活動🈲。因為煉金術在當時屬於半地下的狀態👩🏻‍🔧，不能公開😗。

在1936年以前，牛頓的形象都是高大上的🌈。但是，1936年，著名的經濟學家凱恩斯從牛頓的後人手上買到了他的手稿🧏🏿，主要是他的煉金術的手稿。凱恩斯研究後大吃一驚💁🏽，他發現牛頓原來完全不是我們心目中那樣的偉人👷🏿‍♀️。凱恩斯在1942年左右寫了一篇文章，本來是想參加紀念牛頓300周年誕辰的活動🚵🏽‍♀️，但1942年正好是二戰時期，所以這個活動被推遲到了1946年舉行🖤🧑🏽‍🎨。1946年春天，凱恩斯去世了，他的弟弟替他發表了這篇文章🧘🏿。在這篇文章裏👨‍🦯‍➡️，凱恩斯揭露說，牛頓根本不是理性時代的大師，而完全是最後的“魔法師”，他小心翼翼地掩蓋著他的煉金術活動。

當然，盡管牛頓有這樣那樣的缺陷，這並不妨礙他成為人類歷史上最偉大的科學家之一。今天，我們每個人都生活在牛頓為我們開辟的現代物理世界之中。

最後♔，我想和大家分享一個小故事。1968年，美國阿波羅8號飛船從月球返航途中🥼，地面指揮系統問：現在是誰在駕駛飛船？飛船上的指令長博爾曼俏皮地回答說：“我想是牛頓在駕駛。”