牛顿的苹果

天上享用美酒佳酿的众神们，

与我一起向缪斯女神歌唱牛顿吧，

他找到了藏在真理中的宝藏。

福玻斯把神的光辉授赋予牛顿，令他拥有无尽智慧。

茫茫人世间，他是与众神最亲近的人。

——埃德蒙·哈雷（EdmondHalley），《牛顿颂》（OdetoNewton）

一个苹果能引申出什么呢？

牛顿看到苹果落地而发现万有引力定律的故事是最古老和人们最熟悉的科学传奇之一。^［24］据说这件事发生于1665年或者1666年末，位于林肯郡索普村牛顿母亲的果园。此时牛顿为躲避剑桥大学的瘟疫而休学在家。长久以来，因为几个原因，人们一直把这个故事看成是虚构的。第一，这个故事像是做戏，不可能是真的。第二，牛顿的一位性格古怪却颇具影响力的早期传记作家大卫·布同达（David Brewster）对故事提出了质疑。第三，也是最重要的，故事所描写的不只是伟大的变革是如何发生的。故事中所隐含的因果关系一定是假的，因为牛顿看到苹果落地后，就在头脑中形成了万有引力定律，而没有什么进一步的分析和考虑。牛顿的自传作家理查德·韦斯特福尔（Richard Westfall）认为：“这个把万有引力定律看作是灵机一动的故事把定律变得庸俗了。”^［25］

不过，自传作家们已经发现了充足的证据。这些证据表明这个故事的最终源头是艾萨克爵士自己。他把这个故事告诉了几个不同的人，包括他的侄子（他又告诉了伏尔泰）和他的朋友威廉·斯蒂克利（William Stukeley，1687—1765年）。以下是选自斯蒂克利回忆录的版本。

天气很暖（肯辛顿，英格兰，1726年4月15日），我们来到花园的苹果树树荫下喝茶，只有我和他（牛顿）。我们聊着聊着，牛顿告诉我之前自己想到万有引力时的状况与现在完全一样——他正在沉思之际，一颗苹果从树上落了下来。他问自己，为什么苹果总是笔直地落到地上？为什么苹果不斜着下落或者向上运动，而总是向着地球的中心下落呢？^［26］

但我们仍需保持怀疑的态度。为什么这个出了名地害羞、守口如瓶的人会突然变得健谈、滔滔不绝，把自己作出伟大发现的历程细细数来呢？这不像是牛顿的作风。其实，许多作家和历史学家都怀疑并非是牛顿狡猾阴险，要攻击胡克。胡克先是声称自己第一个发现了万有引力的平方反比定律，甚至还写了一封信给牛顿，要牛顿认可他是第一位发现者。牛顿通过这样一个故事，说明自己发现万有引力是17世纪60年代以前的事，于是胡克的说法自然就站不住脚了。这样的一个“骗局”更像是牛顿的风格，哪怕事实并非如此。

关于真正的情况，我们只能从牛顿某次被问及如何作出万有引力定律等发现时的回答中略知一二——“我总是想着它们，”牛顿说道，“我不断地去思考问题，直到黎明一点点展开，最后整个天空一片光明。”^［27］这个说法听起来更合情合理，与除苹果故事之外的其他重大发现的产生过程也更加相似。“黎明”所包含的不光是能清楚看到的事物，还有人们从前人那里继承来的概念的变化和出现的新事物和新概念。伯纳德·科恩写道，“作为成功科学范例的万有引力定律的发现并非只是天才之笔”，而是包含了“现有思想的转变”的一个漫长过程。科恩还补充说：“万有引力定律的发现道出了我所认为的科学上的重大突破的一个基本特征，从最简单的创新到最重大的革命，那就是，通过变换已有思想，创造新的事物。”^［28］

苹果在牛顿思考万有引力的过程中可能确实发挥了作用。如果事实的确如此，它所起到的作用就与苏格拉底向美诺的奴隶指出对角线一样是相同的。苏格拉底使奴隶小孩对这个他已有一定了解的问题有了新的理解，并在该过程中帮助他进行了思维的转化。

注释

［1］另一个有趣的思想来自数学家帕普斯（公元前3世纪）。他提出了一种把引力像亚里士多德的“拉力”一样加以处理的方式。他说，先弄清要使平面上的重物发生运动需要多大的拉力，然后倾斜平面，再弄清要使重物向上运动需要多大的拉力。Jammer，Concepts of Force，第41页。上的重物发生运动需要多大的拉力，然后倾斜平面，再弄清要使重物向上运动需要多大的拉力。Jammer，Concepts of Force，第41页。

［2］林德伯格，《西方科学的起源》（The Beginnings of Western Science），第275页。

［3］参见Lynn Thorndike，《占星学在科学史上的真正地位》（The True Place of Astrology in the History of Science），ISIS 46（1955），第273页。

［4］Nicoletto Vernias，De gravibus et levibus，威尼斯 1504，引自詹摩尔，Concepts of Force，第67页。

［5］哥白尼写道：“我认为重力只不过是自然的某种嗜好。它是宇宙之神施于地球上的物体的神圣旨意，使他们能重新变成球形，回归统一和完整。可以想见，这种引力在太阳、月球和其他运行的天体上也是存在的。通过引力作用，天体就能保持人们所看到的球形。”《天体运行论》，第1卷，第9章。

［6］行星沿着椭圆形轨道运行的思想是用已有基本原理获得的重大突破。开普勒对第谷的数据和哥白尼的日心说深信不疑。他认为第谷的数据大于理论值这一现象具有非常重要的意义，并对从古至今一直沿用的假设提出了质疑。这种信任使得实验数据与理论之间的偏差有了意义，同时让开普勒怀疑得恰到好处。在这里，信任在重大科学的发现中发挥了核心作用。不过这并不是第一次，也不会是最后一次。

［7］E.A.Burtt，《现代科学的形而上学基础》（The Metaphysical Foundations of Modern Science，纽约加登城：双日出版社，1954年），第64页。

［8］开普勒，《宇宙的奥秘》（Mysterium Cosmographicum），E.J.Aiton译（诺沃克，康涅狄格：Abaris Books，1999年），第203页。

［9］1666年，意大利生理学家Alfonso Borelli（1608—1679年）提出了一个木星卫星运动的解释。解释涉及了各种力之间的以及应用于行星运动的相互作用，指出这一定律对行星、行星的卫星、太阳和太阳系都是适用的。

［10］Carl B.Boyer，《科学家传记词典》（Dictionary of Scientific Biography）中的“伯努利，伊斯迈尔”词条，第2卷（纽约：Scribner’s，1970年），第348～349页。

［11］Robert Hooke，“Lectiones Cutlerianae”，见于R.T.Gunther，《牛津早期的科学》（Early Science in Oxford），第8卷，1908年，第27～28页。

［12］胡克致牛顿，1679年11月24日。牛顿，《牛顿信件》（Correspondence of Isaac Newton）第2卷，1676—1687年，H.W.Turnbull编（剑桥：剑桥大学出版社，1960年），第297页。

［13］牛顿的传记作家 Westfall 写道：“科学史上没有几个阶段能取得像1684～1685年秋冬的这三到六个月之间那样的重大成就。”R.S.Westfall，《永不停息：牛顿自传》（Never at Rest：ABiography of Isaac Newton，纽约：剑桥大学出版社，1988年），第420页。

［14］费曼，《物理学讲义》，录音带13，No.1，第1面。

［15］伯纳德·科恩，《科学美国人》（Scientific American），1981年3月。

［16］“是牛顿把开普勒的面积定律提升到了今天的地位。”伯纳德·科恩，《科学美国人》，1981年3月，第169页。

［17］摘自伯纳德·科恩，《新物理学的诞生》（Birth of a New Physics，纽约：诺顿出版公司，1985年），第151页。

［18］同上，第236页。

［19］这是一个值得注意的发展，不过此种发展的模式常常在历史中上演：牛顿早期的工作受到了开普勒定律的启发；他认为开普勒定律准确描述了自然，可以令自己获得更深刻的洞察力。然而，牛顿获得的洞察力却表明开普勒定律是错误的。一来二去，牛顿预测出了开普勒定律的偏差。这一发展表明了人类智慧在科学上是如何依靠自己的力量，反复在“两个世界”中来回作用获得成功的；也表明了自然的外表如何，人们与自然打交道所用的概念是什么；以及这一过程是如何改变自然的外表和人们所用的概念的。“两个世界”指的是人们对世界的经验和世界模型。哲学家把这一过程叫作解释学。解释学是个专有名词，不过它表达的仅仅是基本的科学程序。这一过程常常会被隐藏起来，因为人们常常更容易注意到本质，而不是过程。可是如果没有这一过程，科学就会无足轻重或者成为不可能。

［20］正如他在给 Bentley 的信中写道的：“引力一定是由一种依照某种定律持续作用的媒介产生的。不过该媒介到底是物质的还是非物质的，还是留给读者去考虑吧。”牛顿，《牛顿信件》（Correspondence of Isaac Newton）第3卷，1688—1684年，H.W.Turnbull编（剑桥：剑桥大学出版社，1961年），第254页。

［21］历史学家Marjorie Nicolson对此感到困惑，是不是“牛顿觉得他提出的引力定律并不像古物那样，而是全新的呢”？她接着说：“这里有一个最终证明，即微观世界能够反映宏观世界——控制宏观世界的行星和恒星、使其各行其道的定律与控制微观世界中比萨塔上落下的重物或者飞鸟翅膀上落下的羽毛的定律是完全相同的。在微观世界中，人处于核心位置。长久以来，古典的、中世纪的和文艺复兴时期的科学家、诗人和神秘主义者一直都在猜测整体和部分之间的这种重复、相互联系和互锁的关系。”Marjorie Hope Nicolson，The Breaking of the Circle: Studies in the Effect of the“New Science”Upon Seventeenth Century Poetry（纽约：哥伦比亚大学出版社，1960年），第155页。

［22］Westminster，1728年。伯纳德·科恩在《科学和科学之父：杰弗逊、富兰克林、亚当斯和麦迪逊的政治思想中的科学》（Science and the Founding Fathers.Science in the Political Thought of Jefferson，Franklin，Adams，and Madison，1955）一书中讨论了这首诗，第285～287页。

［23］H.Saint-Simon，《圣西门选集》（Henri Saint-Simon:Selected Writings），K.Taylor编（伦敦：Croom Helm，1975年），第78～79页。

［24］参见D.McKie和G.R.de Beer，“Newton’s Apple，”《伦敦皇家学会札记与纪事》（Notes and Records of the Royal Society of London）9（1951年），第46～54页。

［25］Westfall，《永不停息：牛顿自传》（Never at Rest：A Biography of Isaac Newton，纽约：剑桥大学出版社，1988年），第155页。

［26］William Stuckley，《艾萨克·牛顿爵士生平回忆录》（Memoirs of Sir Isaac Newton’s Life，伦敦：Taylor and Francis，1936年），第19～20页。

［27］E.N.da C.Andrade，《艾萨克·牛顿爵士的生活与工作》（Sir Isaac Newton，His Life and Work，纽约：Doubleday Anchor，1950年），第35页。

［28］伯纳德·科恩，“Newton’s Discovery of Gravity”，《科学美国人》（Scientific American），1981年3月，第167页。