思维简史 从丛林到宇宙

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思维简史 从丛林到宇宙 电子书 第1张

本书作者:伦纳德·蒙洛迪诺

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那是一个炎热的夏末,牛顿与一位恰巧路过剑桥的同事见了一面,于是,那颗成长为世人前所未见的科学史上最伟大进步的种子开始萌发了。

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在充满宿命意味的那一年的1月,天文学家埃德蒙德·哈雷——以基星闻名——参加了伦敦皇家学会的一次会议,与他的两位同事讨论当时的一个热点问题。皇家学会是一个致力于科学研究的富有影响力的学术社团。几十年前,使用由丹麦贵族第谷·布拉赫(1546-1601)收集的具有前所未见精确度的行星数据,约翰尼斯·开普勒发现了三条似乎可以用来描述行星轨道的定律。他宣布说行星的轨道是以太阳为其中一个焦点的椭圆,并且说他识别出了那些轨道遵循的某些定律——例如,行星完成一次轨道运行所需时间的平方和它与太阳之间平均距离的立方成正比。从某种意义上说,他的定律很完美,而且对行星如何在太空中运行有着简明的描述。但从另一个层面说,它们只是空洞的观测,纯粹的陈述,并没有为行星为何要沿着这样的轨道运行提供深刻见解。

哈雷和他的两位同事怀疑开普勒的定律反映出一些更深层次的真相。特别是,他们推测,假设太阳用一种作用力将每一颗行星拉向自己,而这种作用力会随着行星距离平方的增加而逐渐减弱,在这种情况下开普勒的定律会不会依然适用?这种数学形式被称为“平方反比定律”。

一个像太阳的遥远天体,它从各个方向产生的作用力应该随着你与这个天体之间距离平方的增加而逐渐减弱,这可以通过几何学来证明。设想出一个巨大的球体,它大到在它的中心太阳看起来仅仅只是一个点。这个球体表面上所有的点与太阳的距离都相等,因此,只要人们还具备推理能力去相信这一点,他们就会猜到太阳的物理影响——实质上,它的“力场”——应该以相同的强度延伸到球体的表面。

现在再设想出一个球体,比如,两倍大的。几何定律告诉我们球体半径增加一倍它的表面积会增加到原来的4倍,所以现在太阳吸引力的延伸距离是原来的4倍。那么,在那个更大的球体上任意指定一点,太阳吸引力的强度将会是原来的1/4,这就可以说得通。这就是“平方反比定律”如何发挥作用的:当你走得更远,作用力会随着你的距离平方的增加而降低。

哈雷和他的同事怀疑平方反比定律是否支持开普勒的定律,但他们能证明它吗?他们其中一个——罗伯特·胡克——说他可以。另一位同事名叫克里斯托夫·雷恩,他在今天以建筑家的身份闻名,但他其实也是一位著名的天文学家。

他为胡克提供一笔奖金来交换他的证明。但胡克拒绝了。人们都知道他的性格很执拗,但他给出的理由却很值得怀疑:他说他会推迟披露证明的时间,这样其他人在无法解决这个问题时就会意识到它的难度。或许胡克确实解决了那个问题。或许他还设计出了一架可以飞往金星的飞船。但不管怎样,他从没有提

思维简史 从丛林到宇宙 电子书 第2张

那次会面7个月之后,哈雷来到了剑桥大学,决定去看望一下孤独的牛顿教授。和胡克一样,牛顿说他已经完成了可以证明哈雷推测的工作。也和胡克一样,他并没拿出他的证明。他翻找了一些论文,但没有发现他的证明,于是承诺说他会继续找,等找到之后会寄给哈雷。几个月过去了,哈雷什么也没收到。人们禁不住想知道哈雷脑子里在想什么。他问两个成熟的成年人是否可以解决一个问题,一个说:“我知道答案但我就是不告诉你!”而另一个却理直气壮地说:“我的家庭作业让狗吃了。”雷恩保留了他的奖金。

牛顿的确找到了他要找的证据,但当他再一次检查时,发现它有问题。但牛顿并没有放弃——他重新修改了他的观点,最终他成功了。那年11月,他给哈雷寄去了一份9页的论文,证明开普勒的三条定律的确是吸引力的平方反比定律的数学结果。他把这篇短文称为《论天体在轨道上的运动》(De Motu Corporum in Gyrum)。

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思维简史 从丛林到宇宙 电子书 第3张

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