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本文是应约为牛顿生日写的,但生日过了好些天才发表(见今年某日的《科技日报》)。老牛的生日有“两个”,按“新历”(格里历,即公历)说,是1月4日;但人们更喜欢说他“出生在伽利略去世那年(1642)的圣诞节”,这是按“旧历”(儒略历)算的。旧历的说法有趣,仿佛说牛顿是伽利略“转世”——300年后的1942年1月8日,牛顿又“转世”成霍金,老霍30年前还为他的“前身”编过一本《引力300年》,引力一脉就这样传承下来。顺便说一句,牛顿在旧历1726年3月20日去世,但新历却是1727年3月31日,因为旧历新年从春分开始,而新历在1月1日就翻篇了。那么,今天重发短文,还是赶上了老牛的纪念日。
普林斯顿大学最近重版了40多年前的大课本《引力论》,漆黑的封面是一只白苹果,令人遥想传说中砸了牛顿脑壳的苹果。苹果是引力的代言,那么苹果在老牛的引力思想形成中到底起过什么作用呢?老牛去世不久,伏尔泰在谈弥尔顿在佛罗伦看荒诞戏时,也想起苹果树下的牛顿。在伏老看来。弥找到史诗灵感,牛想象引力图景,与老毕(达哥拉斯)从打铁噪声听出音符一样,都是思想的创造。考古学家William Stukeley(牛顿的第一个传记作者)也听牛顿(1726年4月15日,当然是新历)在肯辛顿(Kensington)讲过苹果故事:在一个炎热的黄昏,他走进花园,在苹果树的荫凉下喝茶,看见苹果落下,便又想起引力的概念……那么苹果的作用近乎“关关雎鸠”的“兴”了。
据老牛侄儿说,苹果树下喝茶的故事发生在1666(一个“魔幻”之年),而就在那年,胡克(Robert Hooke)在皇家学会做了《论引力》的报告,指出所有天体都相互吸引,引力随距离增大而减小;1679年,胡克还写信问过老牛平方反比与行星轨道的事儿……不禁想起爱因斯坦的感叹:“幸运啊,牛顿!”伽利略从自由落体看见了均匀的加速运动,开普勒从行星看见了椭圆的轨道,胡克意识到了平方反比的引力,但“站在巨人肩上”的老牛才把这一切统一起来,在《原理》中用新创的数学确立了平方反比律的引力与圆锥曲线(不仅椭圆)运动的关系。巨人的作用就是把大家模糊感觉的东西明明白白地确立起来,并成为新的理论体系。一个有趣的对比是,20世纪初已经敲响了相对论的大门,但众人(如洛伦兹、庞加勒等)终究没能跨过门槛,眼看着爱因斯坦展开一幅新的时空图景。
至于那只苹果,站在老牛肩上的爱因斯坦换了一种眼光。MTW用一个假想的场景区分了小爱与老牛的引力观:一个同学坐在草地上,见苹果落下,爬着几只小蚂蚁。他盯着看蚂蚁怎么爬,把它们的爬行路径的果皮割下来,发现它们竟是“激光似的直线”!这就是广义相对论的意思:蚂蚁不觉得有什么力在吸引和拉拽它,它只是自然地沿着苹果的弯曲表面爬最短的路线而已。
从苹果引出的两种引力图景,在宇宙学问题上奇妙地相遇了,我们能“幸灾乐祸”地看到巨人的盲点。牛顿说“万有引力”,却相信恒星静止(是真正的fixae stellae)。他知道天狼星比太阳遥远,本该想到它即使运动也难以察觉,但他却将静止归因于恒星系统的无限。神学家本特利(Richard Bentley)问他:星体怎么会在万有引力下永远静止呢?牛顿在计划的《原理》第二版(最终没完成)的零星草稿里,留下一个回答:恒星所受来自相反方向的引力都相互抵消了。可是当他构造一幅多圈层的恒星系统时,遭遇了奥尔伯斯的疑难:那样的夜空应该是星光灿烂的。
小爱虽然认识到了牛顿宇宙的问题,而他的引力场方程也正好描述了一个膨胀的宇宙,但他还是相信宇宙是稳恒的,于是为场方程添加了一个“宇宙学常数”。这是一个有趣的错误(百年以来一直传说为爱因斯坦一生“最大的错误”),虽未解决宇宙膨胀的问题,却在今天赢得了一个新的宇宙角色(“暗能量”)。我们真该感谢巨人们的错误,才让科学的历程变得那么悲喜交加生动活泼;正是他们的错误,才为后来的矮人们留下了成长的空间。
牛顿老家林肯郡Woolsthorp庄园的老苹果树,有人做了它的基因序列,在引力论与进化论之间寻找有趣的联系
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