文/龚在研

图/网络

   提起牛顿，除了万有引力和三大定律，人们首先想到的就是曾经落在他头上的那颗苹果。“牛顿被苹果砸中了脑袋，并因此发现了万有引力。”这个颇具传奇性色彩的故事是真的吗？                             

                                                  

故事是怎样发生的？

 

   1665年到1666年，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）为了躲避在剑桥流行的瘟疫，回到了自己的家乡威尔索普（Woolsthorpe），并经常在自家的花园里沉思。1666年，牛顿第一次提出了关于万有引力的初步思想：“我开始想象把重力推广到月球的轨道上……因而把维持月球在它的轨道上的力和地球表面的重力做了比较。【注1】”

   正是这段看似平常的经历，孕育了妇孺皆知的“被苹果砸中脑袋”的故事。

   事实上，牛顿本人从来没有写下任何关于苹果和苹果树的内容。他只是回忆过：“通过计算保证月球呆在它的轨道上的力的大小和地球表面的重力大小……结果发现这两个力的大小几乎相等。这些工作都是在1665年到1666年大瘟疫期间完成的。因为在那段日子里，我正处于创造发明的黄金时期。后来，我再也没有想当时那样专注于数学和哲学。【注2】”

   与牛顿同时代的传记作家威廉·斯蒂克利（William Stukeley）曾记载道：“午餐后，天气很暖和，我们走进花园，在苹果树的阴凉下品茶聊天。当时只有牛顿和我两个人。他告诉我，他以前也经历过这样的场景。那时候他也是坐在苹果树下，陷入了沉沉的思绪中。此前，他就对重力问题有了模糊的认识，这时候，一个苹果掉在地上，打断了他的思绪。【注3】”

   可见，牛顿对斯蒂克利说的话本身并没有指明这个苹果有什么神奇的功效。苹果的神奇作用是斯蒂克利自己总结的，而且他的总结未必真实客观：“牛顿开始探究，为何苹果总是垂直地落向地面？为什么苹果不会斜着落下或飞向天空……很显然，这是因为地球引力在牵引苹果。牛顿由此发现了万有引力定律。【注3】”

   斯蒂克利的说法被法国启蒙作家伏尔泰等人进一步演绎，而所谓牛顿被苹果砸住的说法只是“在最近100年内才出现【注2】”。

   可见，牛顿曾在苹果园里思考万有引力问题的事情是确信无疑的；有苹果落地并被牛顿注意到的事情很可能发生过；但牛顿曾被苹果砸住头的故事则完全是后人杜撰的。

 

苹果真的很重要吗？

 

   即便历史上真的存在一个曾被牛顿注意到的苹果，这个苹果就一定有着这样至关重要的作用吗？

   首先，牛顿自己不愿强调这个苹果是很正常的，这本身并不能说明这个苹果不重要或者根本不存在。因为在17世纪，科学界完全不像今天这样太平。以牛顿和胡克为代表的两大派别在英国皇家学会中曾经到了水火不容的地步，双方互相攻击，互相诋毁。在这样的环境下，牛顿显然不想提到幼稚的苹果，来成为胡克等人的笑柄。

   那么，斯蒂克利、伏尔泰等人的总结是否客观真实呢？答案是否定的。

   他们都犯了一个非常严重的错误。当代《牛顿传》作者詹姆斯·格雷克说过：“牛顿不需要一个苹果来提醒他，地球上的物体总是往地上掉的。【注2】”的确，斯蒂克利的话有点过于夸张：“牛顿开始探究，为何苹果总是垂直地落向地面？为什么苹果不会斜着落下或飞向天空……【注3】” 难道在看到苹果落地之前，牛顿认为苹果会自发地飞向天空吗？难道在看到苹果落地之后，牛顿才知道物体要向下落吗？牛顿没有这么愚蠢。

   事实上，在大瘟疫时期，牛顿始终都在有意识地深入思考重力与万有引力，这是一个相当复杂而系统的问题。牛顿为理论轮廓的形成付出了大约一年的时间，此后又用了20年将其验算（曾因一些关于地球的数据不准确而被搁置）。这样宏伟的工程当然不是灵光一现能解决的。

   在17世纪末、18世纪初，牛顿的确曾被人们像神一样赞美。但这些原本为了表明牛顿神秘而伟大的说法反而使牛顿显得格外愚蠢。

   由此可见，这颗苹果的作用说破天也只是它“落地时的动静”激发了牛顿在某一小环节中的突破，它的落地过程本身对牛顿的思路没有任何帮助。

 

这个故事有意义吗？

 

   单纯从科学与历史的角度来考虑，我们研究牛顿与苹果的故事似乎并没有太大的意义。

   我们是这样开始研究此问题的。首先我们知道牛顿解释了重力并推广为万有引力，其次我们想知道牛顿是怎样提出重力问题的，最后我们开始研究苹果在提出重力问题中的作用。

   然而我们犯了一个巨大的错误。我们因为牛顿解释了重力问题，就理所应当地认为是牛顿提出了重力问题，从而进一步研究是不是苹果帮助牛顿提出了重力问题。

   但事实上，重力问题根本就不是牛顿提出的。笔者认为，至少在绝大多数智力很低的哺乳动物的意识中，就已经对“重力”建立了模糊而不系统的概念。它们站在悬崖边不会向下跳，因为它们知道自己不会飞起来，而是会向下落，并且摔得很惨。

   对于人类而言，我们至少在2300年前就开始较为系统地研究重力了。亚里士多德（Aristotle，前384-前322）提出“物体下落的快慢精确地与它们的重量成正比【注1】”。如果亚里士多德探讨的是在有阻力环境中物体下落的收尾速度，那么他的结论千真万确，这一点已经“被牛顿在圣保罗大教堂的试验所证实【注1】”。伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）反对亚里士多德的观点，因为他将亚里士多德的观点看作是在无阻力环境中进行的。

   亚里士多德当年没有把话说清楚，他的想法是否正确我们无法判断。但我们可以肯定，人类探究重力问题的历史至少可以追溯到公元前。17世纪的牛顿根本不可能是提出重力问题的人。当然，牛顿为重力问题的发展和推广所做出的杰出贡献还是不可否认的。

   这样说来，我们是不是应当将那个苹果从所有的教科书中删去呢？答案依然是否定的。因为那只苹果对于科普的作用不可小视！

   科学需要严谨的计算和推理，也需要用通俗的方法向大众普及。只通俗不严谨的科学是会偏离真理的，只严谨不通俗的科学是缺乏生命力的。

   17、18世纪的作家和哲人大肆宣扬那只苹果，就是为了用通俗的科学唤醒愚昧的民众。今天，人类文明虽然已经大幅进步，但我们绝大多数人依然不是科学家，我们仍旧需要通俗易懂的科学故事，哪怕他们不是绝对地严谨。

 

   笔者始终认为，牛顿在人类物理学上的贡献首屈一指。希望本文不是对牛顿的亵渎。文章如有不妥之处，还请大家批评指正。

 

【注1】 参见《物理学史》，弗·卡约里著，戴念祖译。

【注2】 参见《牛顿传》，詹姆斯·格雷克著，吴铮译。

【注3】 参见《新京报》。