胡克和牛頓在歷史上也算是一對(duì)歡喜冤家。
牛頓的偉大似乎已毋庸置疑,有人認(rèn)為,如果當(dāng)時(shí)有諾貝爾獎(jiǎng),那么牛頓至少能得三次:萬有引力定律、光學(xué)和化學(xué)的貢獻(xiàn),另外由于他在微積分上的造詣,還能得一次菲爾茲獎(jiǎng)(數(shù)學(xué)最高獎(jiǎng))。
英國(guó)著名物理學(xué)家牛頓
而提起羅伯特?胡克,人們會(huì)聯(lián)想到胡克定律(彈性定律)。其實(shí),胡克作為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、鐘表和機(jī)械、建筑和測(cè)繪等領(lǐng)域都做出過重要貢獻(xiàn),被譽(yù)為“英國(guó)的達(dá)?芬奇”和“現(xiàn)代儀器發(fā)明之父”。
其實(shí),兩個(gè)人都在力學(xué),光學(xué),儀器等方面有著偉大的貢獻(xiàn)。兩人互相啟發(fā),但是也無需諱言,他們之間存在著不少的激烈爭(zhēng)論,以致互相仇視。
胡克在吵架方面,已經(jīng)是整個(gè)學(xué)術(shù)界的佼佼者,牛頓成長(zhǎng)之后,在吵架方面也不遑多讓,幾乎吵遍了全歐洲的一流學(xué)者。胡克與牛頓首次結(jié)怨,是在牛頓將自己設(shè)計(jì)的第一版反射望遠(yuǎn)鏡擺在皇家學(xué)會(huì)的案頭之時(shí)。
牛頓的反射望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)代復(fù)刻版
反射望遠(yuǎn)鏡是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì),它直接侵入了胡克在學(xué)會(huì)的兩大擅長(zhǎng)領(lǐng)域:光學(xué)與儀器設(shè)計(jì)。當(dāng)這個(gè)小巧精致的,性能超過了歷代折射式望遠(yuǎn)鏡的模型出現(xiàn),胡克感到地位受到挑戰(zhàn),反駁宣稱先于牛頓七年便做出了一個(gè)僅有3厘米的反射望遠(yuǎn)鏡,性能比其他長(zhǎng)達(dá)15米的望遠(yuǎn)鏡還強(qiáng)。
胡克的顯微鏡,插圖取自胡克著作《顯微術(shù)》
牛頓其實(shí)是胡克的晚輩。早在1662年,胡克已成為英國(guó)新成立不久的王家學(xué)會(huì)的實(shí)驗(yàn)主管,負(fù)責(zé)演示王家學(xué)會(huì)的實(shí)驗(yàn),并在次年成為學(xué)會(huì)會(huì)員。而此時(shí)牛頓還是劍橋的本科生。1669年,牛頓當(dāng)上劍橋的教授,開始講授他的光學(xué)研究。1672年年初,牛頓被選為王家學(xué)會(huì)會(huì)員,做為見面禮,他給學(xué)會(huì)寄去一篇證明白光是不同顏色光的混合的論文,提出光是由粒子組成的,遭到了認(rèn)為光是一種波的胡克的猛烈抨擊。牛頓無法忍受,威脅要退出學(xué)會(huì)。在學(xué)會(huì)的書記勸說并提出免去牛頓應(yīng)繳納的會(huì)費(fèi)的條件下,牛頓留了下來。
1675年,牛頓發(fā)表的另一篇光學(xué)論文招來了胡克更猛烈的抨擊。胡克認(rèn)為牛頓論文中的大部分內(nèi)容是從他在1665年發(fā)表的《顯微圖譜》一書中的有關(guān)論述中搬來的,只是做了某些發(fā)揮。兩人進(jìn)行了一番貌似彬彬有禮其實(shí)暗藏譏諷的通信。爭(zhēng)論的結(jié)果是,牛頓疏遠(yuǎn)了王家學(xué)會(huì),而且決定等胡克死后再發(fā)表有關(guān)光學(xué)的論著,在胡克死后的第二年,牛頓出版的著作中,完全不提胡克對(duì)薄板顏色研究的貢獻(xiàn)。
胡克對(duì)平拋物體自由落體的橢圓軌道預(yù)測(cè),事實(shí)上已經(jīng)探及了萬有引力定律、平方反比定律的邊緣,1684年,倫敦市內(nèi)的一家咖啡館里,哈雷、建筑大師雷恩爵士和胡克的賭約(即關(guān)于兩個(gè)月之內(nèi)求證出行星與太陽之間的作用力是否遵循平方反比定律,如若遵循,行星的軌道應(yīng)該是什么形狀),又引發(fā)二人激烈的爭(zhēng)吵。
兩個(gè)月后,胡克和哈雷都沒能給出合理的證明。哈雷自覺無法獨(dú)立解決,他前往劍橋敲開了牛頓的家門。哈雷本以為牛頓要經(jīng)過漫長(zhǎng)的計(jì)算才能得出結(jié)果,可牛頓隨口就報(bào)出了答案:橢圓形。哈雷問為什么,牛頓說:“我算過。”
在哈雷的強(qiáng)烈要求下,牛頓答應(yīng)給哈雷提供一篇論文,詳細(xì)闡述。
三個(gè)月后牛頓的信函從劍橋翩然而至,里面是牛頓用9頁紙的篇幅寫就的《繞轉(zhuǎn)物體的研究》,這薄薄的9頁紙的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過等重的黃金,此后在這9頁綱要的基礎(chǔ)上,牛頓將其擴(kuò)充為三巨冊(cè)版本的《論自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》,正式發(fā)表萬有引力定律,以一人之力,將伽利略用于地面的力學(xué)體系和開普勒用于天空的力學(xué)體系加以統(tǒng)一,從純數(shù)學(xué)的角度,來告訴世界究竟為什么。他告訴人們,原來周遭世界竟然與星體之間遵循著同樣的定律。
《論自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》封面
如今這部作品已經(jīng)成為科學(xué)史上最重要的科學(xué)著作,沒有之一,它甚至知名到已經(jīng)無需提及書的全名,僅說出《原理》二字,便眾皆知曉。
《數(shù)學(xué)原理》的出版給牛頓帶來了巨大的聲譽(yù),也越發(fā)讓胡克覺得自己的貢獻(xiàn)沒有得到應(yīng)有的承認(rèn)。他在1689年2月15日的日記評(píng)論此事時(shí),抱怨“利益沒有良心”。1690年2月在王家學(xué)會(huì)的一次演講中,他諷刺道:“牛頓幫了我大忙,我本人多年前首先發(fā)現(xiàn)并向?qū)W會(huì)展示的引力性質(zhì)被他當(dāng)成自己的發(fā)明印刷出版。”他后來又寫下一篇未出版的備忘錄敘述他與牛頓的爭(zhēng)執(zhí)“真相”。但胡克的抱怨無人理睬。這個(gè)事件讓他的余生充滿了陰影,讓他變得越來越抑郁、多疑和忌妒。
1703年,胡克在備受疾病折磨后逝世。幾個(gè)月后,牛頓當(dāng)選王家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng),并計(jì)劃給學(xué)會(huì)找一個(gè)新地址。1710年,學(xué)會(huì)完成搬遷,在這一過程中,胡克的許多收藏和儀器都丟失了。同時(shí)丟失的還有胡克的畫像,至今無人知曉胡克的真實(shí)面貌。。
在胡克逝世的第二年,牛頓重啟光學(xué)的波動(dòng)說與微粒說之爭(zhēng),于當(dāng)年出版巨著《光學(xué)》,這本著作匯聚了牛頓在劍橋三十年研究的心力,他更從波動(dòng)說中汲取養(yǎng)分,全面完善補(bǔ)足了粒子學(xué)說。緊接著他將波動(dòng)說無法解釋的問題一一提出,并對(duì)惠更斯當(dāng)年的《光論》加以駁斥。當(dāng)時(shí)惠更斯已在九年前病逝于荷蘭海牙。波動(dòng)說連失胡克與惠更斯兩大支柱,牛頓以一己之力,扭轉(zhuǎn)了光學(xué)兩大理論交鋒局勢(shì),此后的一個(gè)世紀(jì),微粒說一直牢牢占據(jù)著光學(xué)研究的主流。
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