牛頓的一些丑事

武際可

中國人說“為尊者諱恥、為賢者諱過”，外國人也說“歷史是隱惡揚善的”，都是一個意思，即介紹大人物時，盡說好話，甚或錦上添花地增光加彩，而把他們見不得人的事情隱去。在一部力學史上最顯赫的人物莫過于牛頓了，后人贊揚他的豐功偉績時，總不免憑空添加了許多不符合事實的光彩，而將他性格的陰暗面和做過的許多丑事隱去。

牛頓在光學、天體力學、望遠鏡等方面都有重要貢獻，他不愧是一位科學上的巨人，但是他在與人相處中，特別集中反映在與胡克、弗拉姆斯蒂德、萊布尼茲三個人的交往中，卻表現(xiàn)得實在是一位小人。

蘋果的神話

幾乎所有的介紹牛頓的書上，還有許多教科書上都介紹一個關于牛頓的傳奇故事：1665－1666年之間，劍橋流行黑熱病，劍橋大學被迫停學，剛從劍橋拿到學士學位的牛頓回到家鄉(xiāng)。一天牛頓坐在蘋果樹下看書，這時一只蘋果落了下來，這啟發(fā)這位當時年僅23歲的學生想到蘋果是被地球的引力拉下來的，從而他就發(fā)現(xiàn)了萬有引力定理。

盡管這個故事流傳得非常廣泛，不過近來嚴肅的歷史學者都不認為是事實。

將這個故事最早公之于眾的是由法國作家伏爾泰，他是一位牛頓研究成果的熱情鼓吹者。他1726年去英國，當年寫了25篇通訊，其中第15篇通訊中有這個故事，后來他說是聽牛頓的侄女說的。其后在1752年一位比牛頓小45歲的朋友（William Stukeley）在回憶文章中說是牛頓去世前一年牛頓告訴他的，而牛頓是1727年去世的，他寫文章時已經(jīng)是牛頓去世后25年了。1英磅鈔票的背面，印有牛頓的像，在牛頓頭部的背后畫著一株開花的蘋果樹，就是為了渲染這個故事、擴大它的影響。

這個故事至少有兩點與已經(jīng)了解的歷史事實不符。第一，萬有引力不是牛頓一個人的獨立發(fā)現(xiàn)，而是歷史上若干人研究的積累的結果，有的書上把萬有引力以牛頓命名，說成是牛頓萬有引力就是這個故事的自然結果，是對歷史的嚴重歪曲。第二，在1665年，牛頓對天體的運動規(guī)律問題還是一個門外漢，它把牛頓對萬有引力的研究成果提前了至少20年。

萬有引力發(fā)現(xiàn)的實際經(jīng)過大致是：

開普勒最早在探索行星運動規(guī)律時，認為引力就是太陽發(fā)出的類似于磁力的流，這些磁力流沿切線方向推動著行星公轉，其強度隨離太陽的距離而減弱。開普勒還曾企圖用磁作用機制解釋橢圓軌道的產(chǎn)生。他還以月球與海水間的磁性吸引解釋潮汐現(xiàn)象。

1645年，法國天文學家布里阿德提出一個假設：“開普勒力的減少，和離太陽的距離的平方成反比。”這是第一次提出平方反比關系的思想。

1661年，英國皇家學會成立了一個專門委員會研究重力問題。羅伯特·胡克、克里斯托夫·雷恩、愛德蒙·哈雷在引力問題的研究上都做出了重要貢獻。

早在1661年，羅伯特·胡克就已覺察到引力和地球上物體的重力有同樣的本質。在1674年的一次演講《證明地球周年運動的嘗試》中，他提出要在一致的力學原則的基礎上建立一個宇宙學說。為此提出了以下三個假設：

“第一，據(jù)我們在地球上的觀察可知，一切天體都具有傾向其中心的吸引力，它不僅吸引其本身各部分，并且還吸引其作用范圍內的其他天體。因此，不僅太陽和月亮對地球的形狀和運動發(fā)生影響，而且地球對太陽和月亮同樣也有影響，連水星、金星、火星和木星對地球的運動都有影響。

“第二，凡是正在作簡單直線運動的任何天體，在沒有受到其他作用力使其沿著橢圓軌道、圓周或復雜的曲線運動之前，它將繼續(xù)保持直線運動不變。

“第三，受到吸引力作用的物體，越靠近吸引中心，其吸引力也越大。至于此力在什么程度上依賴于距離的問題，在實驗中我還未解決。一旦知道了這一關系，天文學家就很容易解決天體運動的規(guī)律了?！?/p>

胡克首先使用了“萬有引力”這個詞。他在這里提出的這三條假設，實際上已包含了有關萬有引力的一切問題，所缺乏的只是定量的表述和論證。

在1679年，胡克與牛頓之間進行了關于引力問題的交流。在1679年11月，牛頓致信胡克說：“自己關于發(fā)現(xiàn)周日運動的想象，即設想一個自由落體落到地球上，通過地面進入地球內部，而不受任何物質的阻礙，則該落體將沿著一條螺旋形軌道運行，在旋轉數(shù)圈后，最終旋入（或十分接近）地心。”胡克回信說，物體不會按螺線運動，而是按“一種帶橢圓狀的曲線”運動，它的軌道將“像橢圓”。1679年12月13日，牛頓寫信給胡克說：“我同意你的意見，……如果假定它的重力是均勻的，（物體將）不按螺線下沉那個真正的中心，而是以交替升降的形式運行?！?/p>

我們從后人清理牛頓同胡克的這些通信中看出，直至1679年，牛頓在天體運動的問題上，還是不得要領的，而且在這以前，關于萬有引力問題已經(jīng)有了許多重要結果。對于萬有引力問題，剩下的唯一問題就是在與距離平方成反比的萬有引力作用下天體按橢圓軌道運行的嚴格證明，胡克寫信向牛頓提出了這個問題。后來人們弄清楚了，一直到1685年，牛頓還沒有解決這個問題。1686年牛頓解決了它，并且在哈雷的催促下寫出了《自然哲學的數(shù)學原理》一書。當胡克看到這本書稿后，向牛頓提出把自己在這一方面的研究成果提一下，這個本來是合理的要求卻遭到了牛頓的斷然拒絕。牛頓向負責出版這本書的哈雷寫信說他不想給胡克任何榮譽，而且稱在許多年前他就已經(jīng)揭示了平方反比定律。指的就是1665年開始的蘋果樹下的思索。

老年時的牛頓有一段回憶說：“同年（1666年）我開始把引力與月亮軌道聯(lián)系起來，并找出了如何估計一個天體在球體內旋轉時用來趨向球面的力的方法，……最后在1676和1677年之間的冬天我發(fā)現(xiàn)了一個命題：利用與距離平方成反比的離心力，行星必然環(huán)繞力的中心沿橢圓旋轉……”把牛頓的這段話與前面引的他與胡克的通信比較，可以看出在時間上是矛盾的。牛頓在這里把他發(fā)現(xiàn)萬有引力的時間故意改寫在1679年與胡克通信之前，而且造出蘋果神話，其目的顯然是為了要獨吞萬有引力這項成果。

牛頓和胡克之間的梁子，不僅表現(xiàn)在對萬有引力發(fā)明權的爭議上，最早表現(xiàn)在胡克對牛頓的光的微粒說有不同的看法，因為胡克對光的本質是站在波動說一邊的。1675年，牛頓向皇家學會遞交了他關于光的第二篇論文，這篇論文又受到胡克的批評，并且說論文的一些觀點是抄襲他的。這使牛頓無比憤怒，雖經(jīng)皇家學會調解，牛頓的怒氣未消，于1675年2月向胡克寫了一封回擊的信。信中說了與蘋果故事流傳得同樣廣的一句話：“如果我比笛卡爾看得更遠，那是因為我站在巨人的肩膀上?！?/p>

許多人把這句話理解為牛頓的謙虛精神，其實它是對胡克的一種諷刺和蔑視，完全不是人們望文生義的那回事。牛頓的原話是：“笛卡爾所做的是搭了一架好梯子，你在很多方面都把梯子升高了許多，特別是把薄膜的顏色引入哲學思考。如果我看得更遠些，那是因為我站在巨人的肩膀上。” 牛頓不把胡克和笛卡爾看作巨人，牛頓也沒有攀登他們所搭的梯子，他是站在比梯子更高的巨人肩膀上。由于牛頓與胡克的這種過節(jié)，所以牛頓的《光學》著作要等到1703年胡克去世以后才于1704年出版。

牛頓獨占了萬有引力的成果，還不足以解除對胡克的恨，當他于1703年被選為英國皇家學會的主席，就下令在皇家學會除去所有的胡克的肖像。所以當時英國許多著名的科學家中只有胡克的肖像沒有留傳下來。

對弗拉姆斯蒂德觀測數(shù)據(jù)的剽竊和盜版

最近英國人大維·克拉克等寫了一本書 ，通過一系列的來往書信和翔實的資料，專門揭露牛頓壓制、阻撓天文學家弗拉姆斯蒂德等人的研究并且剽竊他們的成果。

弗拉姆斯蒂德是英國首任皇家天文學家，是格林尼治天文臺的創(chuàng)始人，是現(xiàn)代精密天文觀測的開拓者。他在1676－1689年間共作了大約2萬次觀測，他對3000顆星的測量結果收入了著名的“不列顛星表”。

1675年，弗拉姆斯蒂德被英國國王任命為皇家天文臺長，不過條件仍是十分艱苦，不僅得不到足夠的辦臺經(jīng)費，連年薪100英鎊也經(jīng)常拖欠。為了維持天文臺的經(jīng)費，他不得不用額外招收學員的學費來補足，在繁忙的工作之外還要為140名數(shù)學學生教課。

1694年開始，牛頓訪問了弗拉姆斯蒂德并且向他索要關于月球運動的觀測資料，此后牛頓為了驗證萬有引力理論，還多次寫信給弗拉姆斯蒂德索取資料，弗拉姆斯蒂德都滿足了牛頓。弗拉姆斯蒂德1700年對他的朋友洛瑟普說：“（牛頓）曾一度想使月球運行表符合他設想的定律，但是，當他開始將自己的定律與天體（即月球的觀測位置）進行比較時，他發(fā)現(xiàn)自己錯了，并不得不全部拋棄自己的定律。我曾給他提供了２００個以上的月球的觀測位置，人們會認為這些材料足以限定任何理論；既然他已修改了自己的理論，并把自己的理論調整到完全符合這些觀察，所以他的理論描述了這些觀察也就不足為奇了，但是，他還是為此而感激這些觀察，甚于感激他關于引力的臆測，這些臆測曾使他犯過錯誤。”

其時牛頓已是皇家學會主席，在索取資料的時候經(jīng)常對弗拉姆斯蒂德的工作指指點點，有時還利用自己的高位來羞辱這位可敬的天文學家。這大大激怒了這位天文學家。到1700年之后，他們之間就再沒有通信了。牛頓獲得了弗拉姆斯蒂德的資料，并且在他的《自然哲學的數(shù)學原理》中引用了這些資料。由于他們之間的這種矛盾，在《原理》的第二版出版時（1713年）他將弗拉姆斯蒂德的名字刪去了。

然而牛頓和他的支持者哈雷還是急切地需要弗拉姆斯蒂德的進一步的觀測資料。他們希望弗拉姆斯蒂德出版他的觀測資料，不過弗拉姆斯蒂德卻總是認為要反復校核以后才能出版。牛頓和哈雷所做的一件不道德的事是，他們未經(jīng)弗拉姆斯蒂德的同意私自在1712年出版了弗拉姆斯蒂德以畢生精力得到的觀測星圖，共印刷了400冊，并且把其中的300冊回送給弗拉姆斯蒂德。弗拉姆斯蒂德看著這些未經(jīng)認真校核、充滿錯誤，并且根據(jù)牛頓和哈雷理論的需要刪改過的印刷品，很生氣地把它們全部焚毀了。后來他的星圖經(jīng)過仔細校核后，在他去世后由他的學生于1729年出版。

牛頓為了獲取弗拉姆斯蒂德的觀測資料，軟硬兼施。牛頓以天文臺是皇家學會的下屬單位，觀測結果應當屬他這位皇家學會主席來支配，這樣來以勢壓人?？墒腔始覍W會根本上沒有供給弗拉姆斯蒂德足夠的經(jīng)費，一切設備都是他自籌來的。弗拉姆斯蒂德的憤怒可以從他給一位朋友（Abraham Sharp）的信中看出：“我和主席（牛頓）的另一個爭執(zhí)是，他形成了一個陰謀，想攫取我的儀器，而送我一個委員會，其中僅有他自己和兩位物理學家。主席熱度很高并且過分下作。我預先告訴他，別動我的東西，并說明在觀象臺的所有的儀器都是我自己的，壁上的拱弧和珍貴的四分儀都是我自己出資做的，其余的是我花自己的錢買的，而摩爾先生送我的六分儀和兩只時鐘，還有圖奈里先生送我的測微尺，是我來皇家天文臺之前若干年的事情?！?/p>

關于牛頓與弗拉姆斯蒂德之間的分歧，不僅反映在他們做人的態(tài)度上的差別，而且反映在科學態(tài)度上的根本不同，英國哲學家拉卡托斯說得好：“牛頓的‘月球理論是1702年在戴維·格利高利的《天文物理與基礎幾何》中首次發(fā)表的，這實際上是在《原理》一書第一版之后的許多年了。該理論鎮(zhèn)靜地聲稱牛頓的理論‘與他用著名的弗拉姆斯蒂德觀測月亮的許多位置所證明的現(xiàn)象非常接近，但我們必須記住，牛頓派從來不讓觀察的權威勝過他們的研究綱領，在他們的正面啟發(fā)法的幫助下，他們提出了一個又一個的理論以適應反例。但他們經(jīng)常根本無視觀察到的反證：他們知道，不僅理論必須不斷地受到觀察的檢驗，而且觀察也要受到他們的理論的檢驗?！詈玫挠^察（牛頓派文獻中常用的一個名詞）是那些證認了他們的研究綱領的觀察，這在牛頓和弗拉姆斯蒂德的通信當中透露得很清楚。弗拉姆斯蒂德這位首席皇家天文學家是一個真正的未患精神分裂癥的歸納主義者；他拒絕讓牛頓及其同事們獲得他對月亮所作的觀察結果，從而比任何其他人都更大地放慢了他們的工作速度。最初，牛頓和弗拉姆斯蒂德是經(jīng)常通信的，但是，弗拉姆斯蒂德很快開始討厭牛頓使用他的材料來檢驗自己的月球理論?！?/p>

所以可以說，如果弗拉姆斯蒂德是一位觀測和歸納的巨人的話，牛頓確實是一位踩著這位巨人肩膀爬上去的大人物。

在微積分發(fā)明權上導演對萊布尼茲的指控

關于牛頓與萊布尼茲關于微積分首創(chuàng)權的爭議，已經(jīng)有許多著作敘述過，著名的英國物理學家霍金在《時間簡史》中敘述得比較簡明，他說：“他（牛頓）和德國哲學家高特夫瑞德·萊布尼茲之間發(fā)生了更嚴重的爭吵。萊布尼茲和牛頓各自獨立地發(fā)展了叫做微積分的數(shù)學分支，它是大部分近代物理的基礎。雖然現(xiàn)在我們知道，牛頓發(fā)現(xiàn)微積分要比萊布尼茲早若干年，可是他很晚才出版他的著作。隨著關于誰是第一個發(fā)現(xiàn)者的嚴重爭吵的發(fā)生，科學家們激烈地為雙方作辯護。然而值得注意的是，大多數(shù)為牛頓辯護的文章均出自牛頓本人之手，只不過僅僅用朋友的名義出版而已！當爭論日趨激烈時，萊布尼茲犯了向皇家學會起訴來解決這一爭端的錯誤。牛頓作為其主席，指定了一個清一色的由牛頓的朋友組成的‘公正的委員會來審查此案。更有甚者后來牛頓自己寫了一個委員會報告，并讓皇家學會將其出版，正式地譴責萊布尼茲剽竊。牛頓還不滿意，他又在皇家學會自己的雜志上寫了一篇匿名的、關于該報告的回顧?！?/p>

1684年萊布尼茲發(fā)表了他的微積分的論文。三年后，牛頓在1687年出版的《原理》書的初版中對萊布尼茲的貢獻表示認同，但是卻說：“和我的幾乎沒什么不同，只不過表達的用字和符號不一樣。”這幾句話，由于后來與萊布尼茲的矛盾，在第二版（1713年）時也被刪掉了。牛頓的流數(shù)理論到萊布尼茲發(fā)表論文２０年后，即1704年作為他的著作《光學》的附錄中正式發(fā)表，附錄的序言中，牛頓提到他1676年給萊布尼茲的信并補充說：“若干年前我曾出借過一份包含這些定理（微積分）的原稿，之后就見到一些從那篇當中抄出來的東西，所以我現(xiàn)在公開發(fā)表這份原稿。”這話的意思就暗指他的手稿曾經(jīng)被萊布尼茲看到過，而萊布尼茲的論文就是從他的手稿中抄來的。

1711年3月4日，倫敦皇家學會的秘書斯洛收到萊布尼茲寄來的一封信，信中抱怨其成員開爾指責萊布尼茲把牛頓的微積分改變了少量的符號，偽裝為自己的原創(chuàng)發(fā)表，并且聲明這不是事實，要求學會給以公正的裁決。這正是霍金所說萊布尼茲的錯誤，這一狀告到了牛頓手上，恰好給了當時作為皇家學會主席的牛頓以售其奸的機會。

后來由于牛頓的導演和親自出馬、匿名運作，形成勢不兩立的兩派。以英國為一派包括英國著名數(shù)學家泰勒和麥克勞林都認為萊布尼茲是抄襲者。另一派是歐洲大陸的數(shù)學家，包括著名數(shù)學家約翰·伯努利等為一派認為牛頓是抄襲者。爭論雙方停止了學術交流，不僅影響了數(shù)學的正常發(fā)展，也波及整個自然科學領域，以致發(fā)展到英德兩國之間的政治摩擦。自尊心很強的英國民族抱住牛頓的概念和記號不放，拒絕使用更為合理的萊布尼茲的微積分符號和技巧，致使整個18世紀英國在數(shù)學發(fā)展上大大落后于歐洲大陸，這場由牛頓導演捍衛(wèi)牛頓的戰(zhàn)斗，使英國人吃了大虧。萊布尼茲生命中的最后七年，是在別人帶給他和牛頓關于微積分發(fā)明權的爭論中痛苦地度過的。據(jù)報道，萊布尼茲死后牛頓為能使萊布尼茲心碎而幸災樂禍，這，也許更能夠看出牛頓的小人心理。

牛頓在以上所列舉的三樁公案中道德低下的表現(xiàn)并不是偶然的。牛頓是一個遺腹子，出生不久，母親改嫁，由外祖母撫養(yǎng)，從小沒爹也沒娘，使他心理受到嚴重扭曲，孤寂好斗。

從1669年27歲時出任劍橋大學盧卡斯講座教授起，牛頓就沉湎于煉金術和神學。在牛頓遺留下的手稿中，有關煉金術的內容約有65萬字之多，而神學內容約有150萬字之多。即使是在他寫作《原理》和《光學》的時候，他的主要精力仍然集中在煉金術和神學上。牛頓的晚年則迷戀于多賺錢上。有人推薦他去擔任倫敦的一所貴族的上流學校的校長，他回信說“每年不過是200英鎊，還得每天關在倫敦不出去”為理由回絕了。1696年他離開劍橋出任造幣廠督辦，1699年出任造幣廠廠長，他如愿以賞，從此他在科學上便無所作為了。

1692年，50歲的牛頓表現(xiàn)出心理疾病的嚴重的迫害狂癥狀，他那時寫的信件表現(xiàn)明顯的精神錯亂。例如，1693年9月16日，牛頓給著名的哲學家洛克寫信說：“先生：我認為你竭力用女人和別的手段來糾纏我，我的感情大受影響，以致當有人告訴我你有病，將不能活時，我回答說，最好你死掉……” 有人認為，他的精神分裂癥狀和他迷戀煉金術，每天和水銀打交道而中毒有關。

牛頓遺留下的許多手稿和文件在1888年輾轉到了劍橋大學圖書館，其中的很大一部分于1936年拍賣，著名的經(jīng)濟學家凱恩斯讀過其中的一部分，所以對牛頓的思想發(fā)展有較深入的了解，1942年，在人們紀念牛頓300周年誕辰的會上報告了他的結論：“在18世紀以后，牛頓開始被認為是現(xiàn)代第一個和最偉大的科學家，一個唯理主義者，他教導我們沿著冷靜的沒有色彩的理性思路去思考。我并不這樣看待他。我認為任何一個仔細閱讀過當他最后于1696年離開劍橋時收拾起來并且雖然部分散失而仍流傳給我們的那盒論文的內容的人，都會發(fā)現(xiàn)他不是那樣的。牛頓不是理性時代的第一人。他是魔術師中的最后一個，巴比倫和蘇美爾人中的最后一個，他是和那些不到一萬年前開始創(chuàng)造我們的智力遺產(chǎn)的人們用同樣的眼睛觀察這個可見智力世界的最后一個偉大人物。是被賢人們頂禮膜拜的最后一個神童……用通俗的現(xiàn)代語言來說，牛頓是常見的深度精神病患者……繼承他盧卡斯講座教授職位的惠斯頓說，‘我所知道的最害怕、最小心、最多疑的性情……”

造假、盜版、侵權、偽證、迷信、拜金、精神病患者、煉金術士，這些，就是作為一個大科學家牛頓的另一面。

（摘自高等教育出版社《力學史雜談》）