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第一章 黄金时代(6)

http://book.sina.com.cn 2006年01月09日 12:32 新浪读书

连载:上帝投掷骰子吗   作者:曹天元   出版社:辽宁教育出版社
 

  胡克死后第二年,也就是1704年,牛顿终于出版了他的煌煌巨著《光学》(Opticks)。在时间上这是一次精心的战术安排,因为其实这本书早就完成了。牛顿在介绍中写道:“为了避免在这些事情上引起争论,我推迟了这本书的付梓时间。而且要不是朋友们一再要求,还将继续推迟下去。”任谁都看得出胡克在其中扮演的角色。

  《光学》是一本划时代的作品,几乎可以与《原理》并列的伟大杰作,在之后整整100年
内,它都被奉为不可动摇的金科玉律。牛顿在其中详尽地阐述了光的色彩叠合与分散,从粒子的角度解释了薄膜透光、牛顿环以及衍射实验中发现的种种现象。他驳斥了波动理论,质疑说如果光和声音同样是波,为什么光无法像声音那样绕开障碍物前进。他也对双折射现象进行了研究,提出了许多用波动理论无法解释的问题。而粒子方面的基本困难,牛顿则以他的天才加以解决。他从波动对手那里吸收了许多东西,比如将波的一些有用的概念如振动,周期等引入微粒论,从而很好地解答了牛顿环的难题。在另一方面,牛顿把微粒说和他的力学体系结合在了一起,于是使得这个理论顿时呈现出无与伦比的力量。

  这完全是一次摧枯拉朽般的打击。那时的牛顿,已经再不是那个可以被人随便质疑的青年。那时的牛顿,已经是出版了《数学原理》的牛顿,已经是发明了微积分的牛顿。那个时候,他已经是国会议员,造币局局长,皇家学会主席,已经成为科学史上神话般的人物。在世界各地,人们对他的力学体系顶礼膜拜,仿佛见到了上帝的启示。而波动说则群龙无首(惠更斯也早于1695年去世),这支失去了领袖的军队还没有来得及在领土上建造几座坚固一点的堡垒,就遭到了毁灭性的打击。他们惊恐万状,溃不成军,几乎在一夜之间丧失了所有的阵地。这一方面是因为波动自己的防御工事有不足之处,它的理论仍然不够完善,另一方面也实在是因为对手的实力过于强大:牛顿作为光学界的泰斗,他的才华和权威是不容置疑的4。第一次波粒战争就这样以波动的惨败而告终,战争的结果是微粒说牢牢占据了物理界的主流。波动被迫转入地下,在长达整整一个世纪的时间里都抬不起头来。然而,它却仍然没有被消灭,惠更斯等人所做的开创性工作使得它仍然具有顽强的生命力,默默潜伏着以待东山再起的那天。

  *********

  饭后闲话:胡克与牛顿

  胡克和牛顿在历史上也算是一对欢喜冤家。两个人都在力学,光学,仪器等方面有着伟大的贡献。两人互相启发,但是也无需讳言,他们之间存在着不少的激烈争论,以致互相仇视。除了关于光本性的争论之外,他们之间还有一个争执,那就是万有引力的平方反比定律(ISL)究竟是谁发明的问题,在科学史上也是一个著名的公案。

  胡克在力学与行星运动方面花过多年心血,提出过许多深刻的洞见。1679-1680年,胡克与牛顿进行了一系列的通信,讨论了引力问题。牛顿虽然早年就已经在此领域取得过一些进展,但不知是荒废多年还是怎么地,这次却是大失水准,他竟然把引力看成不随距离而变化的常量,并认为物体下落是一个圆螺线。胡克纠正了他的错误,并在1月6日的信中假设引力大小是与距离的平方成反比的,虽然说得比较模糊5。胡克把牛顿的错误捅到了皇家学会那里,这使得牛顿极为光火,他认定胡克是存心炫耀,并有意让他出洋相。于是乎两人间波粒的旧怨未愈,引力的新仇又起,成为终生的对手6。

  胡克与牛顿的这次通信是科学史上极为重要的话题。牛顿后来虽然打死也不肯承认胡克对其有所帮助,但多数科学史家都认为胡克在这里提供给了牛顿关键性的启发:没有胡克的纠正,牛顿一直错误地以为行星运动是在两个平衡力——向心力和离心力同时作用下进行的。到了1684年,胡克和牛顿分别试图证明平方反比的引力导致椭圆轨道(也就是ISL定律)。胡克吹嘘说他证明了,但从未拿出结果;牛顿也说他早就证明过——同样没有任何证据。不过几个月后,牛顿重写了一份手稿,也就是著名的《论运动》(De Motu),这成为后来《原理》的前身。

  《原理》发表后,胡克要求牛顿承认他对于平方反比定律发现的优先权,在前言里提及一下。牛顿再次狂怒:他暴跳如雷,从《原理》里面删掉了绝大多数有关胡克的引用,剩下不多的,用词也从“非常尊敬的胡克先生”变成了简单的“胡克”两个字。他是如此怒气冲天,甚至拒绝出版《原理》第三卷。在牛顿眼中,胡克完全是个江湖骗子,靠猜想和碰运气来沽名钓誉。许多科学史家也曾以为胡克猜想的成分居多,不过,加州大学桑塔克鲁兹分校的Michael Nauenberg教授从胡克的一幅最近披露的图稿中得出结论:胡克在这个问题上的认识要比人们传统认为的深刻得多,他所采用的几何证明手法和牛顿后来在《原理》中所使用的是类似的,所差的只是胡克不懂微积分而已7。ISL定律的发明权仍应归于牛顿,可是胡克显然在其中占有重要,甚至关键的地位。

  应该说胡克也是一位伟大的科学家。他曾帮助波义耳发现波义耳定律,用自己的显微镜发现了植物的细胞,《显微术》更是17世纪最伟大的著作之一。他是最杰出的建筑设计师和规划师,亲自主持了1666年伦敦大火后的城市重建工作,如今伦敦城中的许多著名古迹,都是从他手中留下的。在地质学方面,胡克的工作(尤其是对化石的观测)影响了这个学科整整30年。他发明和制造的仪器(如显微镜、空气唧筒、发条摆钟、轮形气压表等)在当时无与伦比。他所发现的弹性定律是力学最重要的定律之一。在那个时代,胡克在力学和光学方面是仅次于牛顿的伟大科学家,可是似乎他却永远生活在牛顿的阴影里。今天的牛顿名满天下,但今天的中学生只有从课本里的胡克定律(弹性定律)才知道胡克的名字。胡克的晚年相当悲惨:他双目失明,被几乎所有人抛弃(其侄女兼情人死了多年),1688年之后,胡克就再没从皇家学会领过工资。他变得愤世嫉俗,字里行间充满了挖苦。胡克死后连一张画像也没有留下来,据说是因为他“太丑了”,但也有学者言之凿凿地声称,正是牛顿利用职权有意毁弃了胡克的遗物,作为对他最后的报复。


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