人之上升 精彩片段:
第七章 神奇的时钟结构
1630年前后,伽利略在撰写《关于两大世界体系的对话》开头几页时,曾两次谈到,意大利的科学(以及贸易)正面临着被北方的竞争者所取代的危险。这个预言真是太准确了。当时伽利略最留意的一个人就是天文学家约翰尼斯?开普勒(Johannes Kepler),开普勒于1600年来到布拉格,年仅28岁,并在布拉格度过了他一生中成果最为丰富的岁月。
他提出了行星运动三大定律,把哥白尼体系关于太阳和行星运动的一般性描述转变成为一种精确的数学公式。
第一,开普勒指出,一个行星运行的轨迹略呈圆形:它实际上是一个椭圆形,太阳位于稍稍偏离中心的某一个焦点上。第二,行星运行的速度并非恒定不变;行星和太阳的联线在扫过该行星轨迹和太阳之间的面积时,其速度恒定不变,第三,一个行星公转一周——即一年——所需的时间随该行星至太阳的(平均)距离的增加而增加。
这就是伊萨克?牛顿(Issac Newton)在1642年圣诞节出生时的实际形势。这时,开普勒早在12年前就与世长辞,伽利略也正好于这一年去世。当时,不仅天文学,整个自然科学都处在一道分水线上:一个新的伟大头脑诞生了,他亲身经历了由那已完成历史使命的陈旧的描述法向未来的动力因果关系的阐释法的重大转变。
到1650年时,文明世界的重心已从意大利移到了北欧。明显的原因是,由于美洲的发现和开发,世界的通商贸易路线与从前不同了。地中海再也不像它的名字所暗示的那样,是什么世界的中心了。正如伽利略早已警告过的,世界的中心已经向北转移到大西洋边沿地区。伴随着与从前不同的通商贸易关系,产生了迥然不同的政治观念,不过意大利和地中海地区却仍然处于一些独裁政府的统治之下。
这时,在北方的信奉新教的航海民族,英格兰和尼德兰,各种新思想和新理论在向前发展。英格兰正在成为一个共和制的、清教徒的国家。荷兰人横渡北海,来到英格兰,他们排干沼泽地的积水,使低洼的泥沼从此变为坚实的土地。在这广阔的平川上,在这林肯郡(Lincolnshire)的朦朦雾霭中,培养出一种独立精神,奥立维尔?克伦威尔(OliverCromwell)正是在这里组建了他的“铁军”(Ironsides)。到1650年,英格兰成为一个共和国,它断然处决了在位的君主,使他人头落地。
1642年,牛顿在乌尔索普(woolsthorpe)他母亲家里出生时,他的父亲已在几个月前去世了。不久,母亲也改了嫁,小牛顿由外祖母抚养。他虽然还算不上是一个完全无家可归的孩子,但从那时起,他从未表现出他是一个曾经享受过父母之爱的人。在整个一生中,他总是给人一种孤僻的、不为人所爱的印象。牛顿终生未娶。他似乎一直未能充分享受这种人间的温暖,正是这种温暖的情感使我们在同别人的交往相处中不断磨砺思想,而成就也因此成为思想的自然结果。不过,与此恰恰相反,牛顿的成就都是单独完成的,而且他一直担心别人会窃取他的成果,正像(或许他这样认为)他们曾夺走他的母亲一样。至于他在中学和大学求学的情况,我们几乎一无所知。
牛顿从剑桥大学毕业后的两年,即1665年至1666年,正值瘟疫流行,学校关门停课,他只好回家居住。孀居的母亲也已回到乌尔索普的外祖母家中。在这里,牛顿终于找到了自己的“金矿矿脉”:数学。今天,他的各种笔记本都已被人们查阅过,显然,牛顿并没有受过良好的训练,但他自己求证了大部分他所知道的数学问题。后来,他继续作出富有独创性的发现。他发明了流数,即我们今天所说的微积分。当时,牛顿把流数看作是自己的秘密工具;他用流数得出了计算结果,却又仍然用常规的数学形式把这些结果写出来。
在乌尔索普,牛顿形成了万有引力的构想,并且通过对月亮围绕地球运动的计算加以检验。月亮,对于牛顿来说,是一个有力的象征。他推想,假如月亮因地球的吸引而沿自己的轨迹运行,那么,月亮就好像一个被用力抛掷着的球(或者苹果)一样:她落向地球,但她下落的速度是如此之诀,以致于她总是错过地球——由于地球是圆形的,所以月亮总是不停地围绕地球转动。那么,地球对月亮的引力究竟育多大呢?
我推断,使行星不脱离自己的运动轨迹的各种力必定与从这些行星到它们绕行的中心之间的距离的平方成反比关系,于是,我又将月球沿自己的轨迹运行所需要的力与地球表面的引力进行比较;我发现比较的结果与我的推断十分接近。
这种言辞含蓄的陈述鲜明地体现了牛顿的性格。事实上,他在第一次粗略的计算中,已经得出了接近于真值的月球转动周期,大约为271/4天。
当你一举求得这个正确的数字财,你也会像当年的毕达哥拉斯那样,觉得大自然的一个奥秘已在自己掌握之中。一条普遍的法则驾驭着那神奇的天体运行的时种,而月球的运行只不过是其中一段和谐的插曲而已。这犹如一把已经插入锁孔的钥匙,你只要扭动一下,大自然就会把有关她的构造的大量证据奉献在你面前。不过,如果你是牛顿,你是不会把这个秘密公诸于世的。
1667年,牛顿回到剑桥,成为该校三一学院的一名研究员。两年后,他的老师辞去数学教授职位。正像一般人历来所认为的,这也许对牛顿不会有什么明显的好处,但结果却不出所料一——牛顿被任命为数学教授。当时他年仅26岁。
牛领发表了他关于光学的第一部著作。就像他的全部伟大思想一样,这也是“在1665年和1666年瘟疫逞凶的那两年中”酝酿成熟的,“因为那正是我一生中创造力最旺盛的时期”。牛顿并没有因瘟疫而闲坐家中,在瘟疫缓解后不久就回到了剑桥大学三一学院。