万有引力之“万有”的思想渊源：站在牛顿前面的巨人们

清华大学科学史系吴国盛教授所著的《科学的历程》是一部广受欢迎的科学史读物。在读到此书之前 (约二十年前)，我曾读过一些科学家的传记，但对科学史仅有些片段性的了解。此书让我对科学史有了些比较系统性的知识，在此我对他表示由衷的谢意！

在叙述万有引力的那段章节中，此书这样写道：“万有引力的关键在 ‘万有’，它是一种普遍存在的力。首先人们必须证明支配行星运行的那个力和地面物体的重力是同一种类型的力。牛顿最先意识到这一点，著名的苹果落地的故事说的就是这段历史。”

真实的历史并不是如此简单。事实上，牛顿之前的好几位科学巨人都对万有引力之“万有”这一概念作出过贡献。下表列出了这些科学巨人们以及他们的相关思想之间的承上启下的关系。

从上表我们可以看出，开普勒迈出过关键性的一步。今天，我们的物理学、天文学、科学史教科书在提及开普勒的科学贡献时，往往只注重于他的三大行星运动的定律，很少会提及他的引力理论。当然，他的引力理论包含许多错误的或不明确的成份，但他确实向“万有”这一观念迈出过极大的一步。

有好些开普勒的传记著作或科学史论文汇集过开普勒关于引力的一些论述，这里我将不直接引用它们；如果你有兴趣的话，可参阅：Hecht, E. (2019). Kepler and the origins of the theory of gravity. American Journal of Physics, 87, 176–185.

这里，让我们来看看牛顿在大学本科生期间学到了哪些天文学知识，尤其是那些源自于开普勒的知识。在以前的一篇博文中，我曾提到过：牛顿在剑桥大学读本科时的一本笔记本被保存了下来。这本笔记现被称为：牛顿的《三一学院笔记》。在这本笔记中，牛顿记录了他曾阅读过一本天文学方面的科普读物：《卡罗来纳天文学》(Astronomia Carolina: A new theorie of the celestial motions)，作者是一位英国人 Thomas Streete，于1661年出版。（注：此书标题中的卡罗来纳指的是当时的英国国王查理二世 / Charles II：Charles 和 Carolina 在拉丁文中同源。此书卷首有一篇献给查理二世的献词。顺便提一下，美国的北卡罗来纳州和南卡罗来纳州的名字是以英国国王查理一世命名的。）

在当时的欧洲，学术著作通用的语言是拉丁语。但这本书是英语的，旨在向英国民众介绍哥白尼和开普勒以来的天文学知识。

此书的第9页上有关于主行星和次级行星的如下定义：“土星、木星、火星、地球、金星和水星（它们仅以太阳为中心公转）被称为主行星，而其余那些（绕土星、木星及地球运行的）则被称为次级行星。”（Saturn, Jupiter, Mars, the Earth, Venus and Mercury (whose revolutions respect the Sun only) are called Primary Planets , the rest (that move again about Saturn, Jupiter, and the Earth) Secondary. ）当然，如今的天文学中，次级行星已不再被称为“次级行星”，而被称为“天然卫星”。

此书的第11页上有介绍开普勒的引力思想的如下的一段注解：“我们这个地球的所有有形物质，都会（按其质量比例）向地心下落；这种现象源于地球吸引其自身各部分的天然磁力——这也是所有行星共有的特性，正是由于这一特性（依循造物主的旨意），它们得以聚合成致密的球体并保持其恒定的形态；太阳与恒星（尽管其本质原理不同）也同样具备这种维系自身形态的力。” （All Corporeal Substances appertaining to this our Earthly Globe do (proportionably to their quantities) tend downward towards the Earth's center; Let us observe that this comes to pass by the Natural Magnetick power of the Earth, attracting its parts, a property common to every one of the Planets, whereby (according to the Creator's will) they became compact bodies, and do retain their constant Form; The Sun also and Fixed Stars (though of a different Principle) having the like retentive Faculty. ）

当然，这段注解使用了“磁力”一词；但在开普勒后期的著作中，他确实区分了磁力与重力。

读到这里，你是否觉得万有引力的“万有”这一观念——至少是这一观念的一个基本轮廓——已经是呼之欲出了？！

支持单位：