书城传记牛顿——人类理性主义的旗帜
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第23章 《自然哲学的数学原理》横空出世(1)

衣着邋遢的男人一手放在背后,像笼中动物一般踏着房间里的铺石地板踱来踱去。

服装整齐的男人,手握鹅毛羽笔,端坐书桌前振笔疾书。

“以欧几里得几何学为模范……”

踱步的男人像在自言自语,拿笔的听不清楚。

“请再说一次,老师。”

“不,不,这个不必记。”

被称为老师的是牛顿,拿笔的是秘书汉佛利。牛顿正在着手写《自然哲学的数学原理》一书。

“既然要写成书,不让许多人看得懂就不好,尽量避免使用微积分吧。”

牛顿又讲了汉佛利几乎听不清的话,因为他的脚步声特别大。

“老师,再请大声一点。”

“不,刚才讲的不必记。”

牛顿一面低头沉思,一面踱着方步。

“好吧,从原则开始。汉佛利先生,拜托了!‘探究到足以说明现象的原因以后,不必再从自然界中探求其他原因。’”

牛顿停步,一句一句有力地说。秘书的笔滑溜溜地在纸上疾驰。

“老师,您可以边吃边做。”

“不是已经吃过了吗?”牛顿静静地说。

看到秘书推到桌子一端的空盘空杯,使他发生了错觉。

“汉佛利先生,你吃吧。让我来想下面的……”

牛顿又像槛中动物一样来回踱步了。

“自然是单纯的,一种现象绝不会有很多原因。仅需数种原因便可以说明的现象,如果导入多种原因,是无谓的浪费。”

脚步声音停止,笔尖声沙沙响。

“在本文的开始先写哲学推理的规则(1),接下去是规则(2)……总而言之,同种现象该是由于同样原因发生的。”

过了一会儿,牛顿继续说下去:“规则(3),物体的性质中,所有物体均具有、且不能加强和减弱的,应视为所有物体的共同性质。”

在《原理》一书中,牛顿想证明万有引力。这三条规则是证明所必要的,就如同欧几里得几何里面的公理。只要从公理出发,就不用提及万有引力的原因。这也是牛顿所期待的目的之一。

如此边想边踱着方步的牛顿,又开口了:“现在请写在别张纸上……本书中所谓引力,是指所有物体一般的有互相接近的倾向。此一倾向,是由于互相接近的物体本身的作用,或是由于物体发放的‘以太’的作用,或是由于充满其空间的物质的或非物质的介质的作用等问题,均不在讨论之内。本书不讨论力的种类和性质,而着眼于力的大小及其数学上的关系。”

牛顿想讨论运动。运动是与空间和时间有关系的,所以不得不就这一点加以叙述了。

“绝对性的数学时间是一样的……这是巴罗老师的思想。”

后一句只是讲在嘴里,并没有送到汉佛利耳中。

“绝对空间是恒常同一而不动。绝对运动是从绝对场所到绝对场所的移动;而相对运动是从相对场所到相对场所的移动。事实上,代替绝对场所和运动被讨论的是相对场所和运动,这对于日常生活并无影响。因为并没有可作为场所和运动的基准的静止物体存在……汉佛利先生!你认为你坐在椅子上是静止的吧。但是,你正面对着太阳做复杂的运动。我是想说明这一类事实。”

秘书的眉毛蹙成八字形,牛顿加以说明了。后来,爱因斯坦根据牛顿《原理》中主张的相对性,创立了相对论。

“汉佛利先生,接下去是有关运动的基本定律。”

牛顿从口袋里拿出写得满满的纸片,坐在椅上读起来。

“一、所有物体如果没有受力,则恒静止或恒做等速直线运动。二、运动量的变化与力成正比,起于力的方向。三、力作用时会产生力量相等、方向相反的反作用力。”

这是大家所熟悉的牛顿的运动定律。第一定律和第二定律在伽利略和笛卡尔时就有了雏形,第三定律则见于海痕斯。但如此明确叙述运动定律的,则以牛顿为第一人。

今日物理学中普遍使用的力、质量、运动量等的意义,是牛顿规定的。而这里却以质量与速度的积的运动量来叙述第二定律。由于这一慎重的叙述,第二定律面对相对论仍能屹立不动。

太阳与行星以万有引力互相吸引着。但隔着真空、没有任何联系的太阳如何能吸引行星的问题困扰了牛顿。

“真空的空间中充满了不妨碍物体运动的神,这个神显示了万有引力。”牛顿肘靠书桌,捧着头,以汉佛利听不见的声音喃喃自语。

在《原理》横空出世的前两年,牛顿如此忘我地工作,与他日常相处的大概只有汉佛利一个人。

起先,《原理》预定由皇家学会出版,但当牛顿写好以后变卦了。表面上的理由是,学会没有经费。负责出版的哈雷不得不倾囊相助,终于独立出版了。如果没有这位诚挚的友人,《原理》一书就不一定能与世人见面了。

不论如何,《原理》的出版是一大成功。在哈雷的成就中,此事该不亚于彗星周期性的发现。

在写作《原理》的那段时间,牛顿除了同哈雷保持通信,讨论和《原理》有关的问题以外,几乎中断了所有对外联系。1686年春天,牛顿的《原理》已经大致成形,于是哈雷通知皇家学会“牛顿的书已经准备就绪”。同年4月28日,皇家学会收到了牛顿的手稿,即今天我们看见的《原理》的第一篇,该书的第二篇和第三篇稍后在1687年3月1日和4月4日送交皇家学会。

《自然哲学的数学原理》第一卷原稿,在1686年4月送到皇家科学会。稿子送到科学会以后的一段时期,牛顿的冲劲与热情似乎开始有点松懈了。

牛顿之所以会松懈下来,一部分是因自1684年12月整理资料开始,到1686年4月完成为止,在这段近一年半的时间内,牛顿夜以继日地努力研究,确实感觉有些疲倦。

当牛顿将他的著作公开后,不料虎克竟然在学会上诬告牛顿窃用他的理论。牛顿刚开始时还能和他保持友谊,但是,虎克得寸进尺,要求牛顿在序文中提一提这件事,牛顿这时已忍无可忍,便声言他从没听过虎克的任何学说,两个人因此产生正面冲突。

牛顿因为这件事而对出书的事感到心灰意冷,便马上写信要哈雷停止第三卷的出版工作,他说:“科学家常使科学变成一个鲁莽而且喜好争论的妇人,真令我不敢再接近它了。”

牛顿由于这件事而放弃出版,感到最伤心的当然是哈雷了。因为这本书最初决定由皇家学会负责出版,后来由于皇家学会经济拮据,变成由哈雷自己拿钱出版。

哈雷本身的经济并不宽裕,他出资出版这本书,完全是希望大家都能分享到这份成果。于是,当牛顿表示要停止出版时,他马上就赶到剑桥去找牛顿。

哈雷看到这位科学巨人时,便毫不客气地提出他的看法:“先生,您现在已经是名满科学界的人物了,而虎克却只是个无名小卒,我觉得您不妨放宽度量,原谅他吧!

“如果一个科学家发现了宝贵的真理,却因为个人的情感因素而不想公开发表,那真是科学上一个不可原谅的懦者。哥白尼、伽利略不都是为了真理,而以生命做赌注,发表他们的研究吗?由此看来,指责、误解和争论又算什么?

“先生,求求您,再想一想吧!我不希望您成为一个懦夫。”

哈雷这种对科学的热忱,深深感动了牛顿。