有人说牛顿被高估,三场争论背后,晚年留下多少秘密?
不少人说牛顿的水平是后来吹出来的,要么故弄玄虚,要么在争论中一错再错。但真正的历史比“天才一路碾压对手”复杂得多。17世纪70年代,牛顿刚刚公开自己的光学研究,就接连受到胡克、惠更斯和欧洲学者的质疑。这位后来改变科学史的人,也曾因为争论感到愤怒、疲惫,甚至一度减少公开发表成果。
当时牛顿已经担任剑桥大学卢卡斯数学教授,讲授的内容包括光学、数学和天文学。关于他经常面对空教室讲课,确实流传着早期回忆,但“从第二堂课开始就再也没有学生”“连续十多年对着墙讲”等细节缺少可靠依据。
更准确地说,当时剑桥的数学课程本就不是热门课,教授讲授的内容又远远超过普通学生的理解范围,听众很少并不奇怪。牛顿的教学能力也算不上出色,他真正擅长的,是独自在书房和实验室里把问题追到极致。
1671年底,牛顿制作的反射式望远镜被送到英国皇家学会。1672年1月,望远镜在学会展示,清晰小巧的成像效果获得认可,牛顿也很快被选为皇家学会会员。
真正让矛盾爆发的,不是望远镜,而是牛顿随后发表的光与色理论。
牛顿通过棱镜实验提出,白光本身由不同颜色的光组成,棱镜并不是把白光“染”成彩色,而是把原本混合在一起的不同色光分开。这一理论后来成为现代光学的重要基础,但在当时并没有立刻得到所有人接受。
胡克此时已凭《显微图谱》等成果成为皇家学会的重要人物。他认真审阅牛顿的论文后提出批评,认为牛顿的实验不足以彻底否定其他光学理论,也不赞成牛顿把结论说得过于确定。
牛顿第一次面对重量级同行的公开质疑,回应得相当尖锐。他逐条反驳胡克,并认为对方没有真正理解自己的实验。
几年后,来自列日耶稣会学院的安东尼·卢卡斯又提出,他按照牛顿的方法重复棱镜实验,却没有得到完全相同的结果。
牛顿与卢卡斯来往多封书信,反复讨论棱镜角度、光束宽度和测量方式。争论促使牛顿补做了更精确的实验,也暴露出早期实验描述不够完整的问题。
接连数年的光学争论确实让牛顿心生厌倦。他一度表示不想再卷入公开争论,后来把不少光学研究留到1704年的《光学》才系统出版。
真正让牛顿重新投入天体运动研究的,反而还是胡克。
1679年,牛顿的母亲去世不久,担任皇家学会秘书的胡克主动给他写信,希望恢复联系,并请他讨论地球自转情况下物体下落的轨迹。
牛顿在回信中画出了一条不够准确的轨迹,胡克指出,如果物体受到指向地球中心的引力,它的运动更接近椭圆轨道。牛顿后来也承认,这次通信让他重新思考天体在中心力作用下的运动。
几年后,哈雷与胡克、建筑师兼天文学家雷恩讨论一个难题:如果太阳对行星的吸引力按照距离平方反比减弱,行星会沿着什么轨道运行?
1684年8月,哈雷专程到剑桥拜访牛顿。牛顿几乎立刻回答:椭圆。
哈雷追问证明在哪里,牛顿表示自己曾经推导过,但一时找不到原稿。几个月后,他把一篇题为《论运动》的论文寄给哈雷。这篇短文后来不断扩充,逐渐成为《自然哲学的数学原理》。
1680年至1681年间,一颗明亮大彗星划过天空。牛顿最初也曾把彗星靠近太阳前后的两段观测当成两个不同天体,天文学家弗拉姆斯蒂德则较早提出,它们可能是同一颗绕过太阳运行的彗星。
牛顿后来接受了这一判断,并利用观测数据计算出这颗彗星接近抛物线的轨道。
哈雷看到牛顿的研究后,极力推动他写成专著。皇家学会当时无力承担出版费用,哈雷便亲自负责编辑、联系印刷并承担经费。
胡克得知后提出,自己很早就讲过引力随距离平方反比减弱,也曾启发牛顿思考椭圆轨道,因此应该获得相应承认。牛顿对此非常愤怒,认为胡克只是提出猜想,却没有完成数学证明。
这场优先权之争一度让牛顿产生删去部分内容的念头。真正推动牛顿坚持完成著作的,是哈雷长期的鼓励、协调和实际出版工作。
1687年,《自然哲学的数学原理》正式出版。牛顿在书中建立运动三定律和万有引力体系,用同一套数学规律解释苹果下落、月球运动、行星轨道、潮汐和彗星。
牛顿当然不是从未犯错的神。他性格敏感,争强好胜,与胡克、莱布尼茨等人的优先权争论也曾相当激烈。但这些缺点并不能抹去他的科学贡献,对手的启发同样不会让他的数学证明失去价值。
牛顿从1703年起担任皇家学会会长,直到去世前仍在主持会议。1727年3月,他出席了人生最后一次皇家学会会议,不久因膀胱结石等疾病卧床,并于当月去世,按现行公历计算享年84岁。
他留下的“秘密”也远不只有物理学。牛顿一生写下大量炼金术、神学、圣经预言和古代年代学手稿,其中许多在生前从未公开。后人整理这些材料后才发现,这位被写进教科书的理性科学家,也花费了大量时间寻找物质变化、宗教历史和宇宙秩序背后的终极规律。
他的肉身早已消失,但他建立的经典力学,至今仍在适用范围内描述着无数物体的运动。这不是因为牛顿从不出错,而是因为他的理论能够接受计算、实验和后人的反复检验。

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