牛頓的三大衡定
物質(zhì)不滅定理，說的是物質(zhì)的質(zhì)量不滅；能量守恒定理，說的是物質(zhì)的能量守恒。
[編輯本段]人物軼聞
1．蘋果的傳說
許多介紹牛頓的書上都介紹過牛頓與蘋果的傳奇故事：1665－1666之間，因為劍橋流行黑熱病，中學(xué)被迫停學(xué)，剛從劍橋領(lǐng)到學(xué)士學(xué)位的牛頓也返回了故鄉(xiāng)。三天，牛頓正坐在一棵蘋果樹下看書及思索問題時，這時，有一個蘋果落了出來，這一下子啟發(fā)了牛頓．但后來經(jīng)專家發(fā)覺三大定律牛頓，當時的蘋果并沒有砸到牛頓．但是牛頓的日記中追憶道，蘋果并沒有砸到他．那位當時年僅23歲的中學(xué)生立即想到，蘋果一定是被月球的引力拉出來的，隨后，經(jīng)過多年努力，他總算完成了萬有引力定理的論述、數(shù)學(xué)證明與公式推論。
這個故事留傳得十分廣泛，不過，最近有一位歷史學(xué)者提出異議，他覺得所說并不是事實。他的依據(jù)如下：
把這個故事最早公諸于眾的是英國詩人伏爾泰（，1694－1778），他對牛頓的研究成果抱有極大熱情，并曾積極給以宣傳。1726年，他抵達法國，當初寫了25篇通信，其中第15篇通信中提及這個蘋果落地的故事。他在文章中說，這個故事是聽牛頓的女兒告訴他的。此時是1726年。
其后，在1752年，有一位比牛頓小45歲的牛頓的同學(xué)（），在他的追憶文章中說，牛頓逝世前一年，牛頓曾講過這個故事，而牛頓是1727年逝世的，就是說，牛頓在1726年自己也講過這個故事。
為此，那位歷史學(xué)者強調(diào)，在同一年（1726年），假如兩個人都講過，這么，究竟是誰先講的？所以，關(guān)于蘋果的故事一定是胡扯下來的。有人覺得，這個蘋果的故事起碼有兩點與早已了解的歷史事實不符：
第一，萬有引力不是牛頓一個人的獨立發(fā)覺，而是歷史上若干人的研究逐漸探求、積累的結(jié)果，有的書上卻把萬有引力定理以牛頓名子命名，這是不行的；另外，把牛頓發(fā)覺萬有引力說成是因為受了蘋果落地啟發(fā)的自然結(jié)果，按照歷史學(xué)者的觀點，其實是對歷史的嚴重丑化。第二，在1665年，牛頓對天體的運動規(guī)律問題還沒有完全厘清楚，假如承認這個蘋果故事，不是等于把牛頓對萬有引力的發(fā)覺提早了起碼20年嗎？實際上，牛頓直至二十多年后才取得最終結(jié)論，并完成物理論證與公式推論。
持第一個觀點的人覺得，不能把萬有引力定理成果歸于牛頓名下，由于前人也付出過探求和努力。她們強調(diào)，萬有引力發(fā)覺的實際經(jīng)過大致是這樣的：
首先三大定律牛頓，開普勒（J.,1571－1630）最早在探求行星運動規(guī)律時，覺得引力就是太陽發(fā)出的類似于磁力的流，這種磁力流沿切線方向推進著行星公轉(zhuǎn)，其硬度隨離太陽的距離而減緩。開普勒還曾試圖用磁作用機制解釋橢圓軌道的形成。他還以地球與海水間的磁性吸引解釋潮汐現(xiàn)象。
1645年，荷蘭天文學(xué)家奧里阿德（I.）提出一個假定：“開普勒力的降低，和離太陽的距離的平方成正比”。這是第一次提出平方正比關(guān)系的思想。
1661年，荷蘭皇家學(xué)會創(chuàng)立了一個專門委員會研究重力問題。羅伯特胡克（Hooke,1635－1703）、克里斯托夫雷恩（Wren,1632－1723）、愛德蒙哈雷（,1656－1742）在引力問題的研究上都曾作出過貢獻。聽說早在1661年，羅伯特胡克就覺察到，引力和月球上物體的重力應(yīng)當是有著同樣的本質(zhì)。
在1674年的一次講演“證明月球華誕運動的嘗試”中，胡克提出，要在一致的熱學(xué)原則的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個宇宙學(xué)說，因此提出了以下三個假定：“第一，據(jù)我們在月球上的觀察可知，一切天體都具有傾向其中心的吸引力，它除了吸引其本身各部份，而且還吸引其作用范圍內(nèi)的其他天體。為此，除了太陽和月亮對月球的形狀和運動發(fā)生影響，但是月球?qū)μ柡驮铝镣瑯右灿杏绊懀B水星、金星、火星和土星對月球的運動都有影響。第二，但凡正在作簡單直線運動的任何天體，在沒有遭到其他斥力使其順著橢圓軌道、圓周或復(fù)雜的曲線運動之前，它將繼續(xù)保持直線運動不變。第三，深受吸引力作用的物體，越緊靠吸引中心，其吸引力也越大。至于此力在哪些程度上依賴于距離的問題，在實驗中我還未解決。一旦曉得了這一關(guān)系，天文學(xué)家就很容易解決天體運動的規(guī)律了。”胡克首先使用了“吸引力”這個詞。他在這兒提出的這三條假定，實際上已迷蒙意識到有關(guān)吸引力的一些特點，只是他對引力與距離的關(guān)系還沒搞懂楚，另外，只是缺少對引力的定量敘述和論證而已。
1679年，胡克與牛頓之間進行了關(guān)于引力問題的交流，在1679年11月，牛頓致信胡克說：“自己關(guān)于發(fā)覺周末運動的想像，即構(gòu)想一個自由落體落到月球上，通過地面步入月球內(nèi)部，而不受任何物質(zhì)的制約，則該落體將順著一條螺旋形軌道運行，在旋轉(zhuǎn)數(shù)圈后，最終旋入（或非常接近）地心。”胡克回信說，物體不會按螺線運動，而是按“一種帶橢圓狀的曲線”運動，它的軌道將“像－橢圓”。1679年12月13日，牛頓寄信給胡克說：“如果假設(shè)它的重力是均勻的，〔物體將〕不按螺線下沉那種真正的中心，而是以交替升降的方式運行。”
我們從后人清除牛頓同胡克的這種通訊中看出，直到1679年，牛頓對落體引力的問題，還沒有徹底解決，他還在考慮物體的重心偏心可能會使落體在下落過程中邊旋轉(zhuǎn)邊落向地心，而胡克覺得，該物體的運動軌跡應(yīng)當是一個橢圓。從牛頓的角度來看，對于萬有引力問題，與距離平方成正比是沒問題了，牛頓正在考慮的是與質(zhì)量的關(guān)系、及重心的偏心是否會對萬有引力形成影響。還有，就是要用物理知識對萬有引力作用下天體按橢圓軌道運行做出嚴格證明，對萬有引力定理做出公式推論。胡克在信中曾向牛頓提出過這個問題，希望牛頓完成這個定理的物理證明與公式推論。為此，后來人們得出推論，仍然到1685年，牛頓還沒有解決這個問題。直至1686年，牛頓才最終解決了它，但是在哈雷的催促下，把這部份物理論證的內(nèi)容一并加入《自然哲學(xué)的物理原理》一書。當胡克老先生見到這本書的書稿后，覺得自己也應(yīng)當有一分功勞，于是向年青人牛頓提出，最好在書里把自己在這一方面的工作成績提一下。后來有人驚訝地強調(diào)，這個原本是合理的要求卻受到了牛頓的斷然拒絕。由于牛頓曾向負責出版這本書的哈雷寄信說，他不想給胡克任何榮譽，但是稱在許多年前他就早已曉得了引力作用，以及與距離平方成正比的關(guān)系。
老年時的牛頓有一段追憶說：“同年（1666年）我開始把引力與月亮軌道聯(lián)系上去，并找出了怎樣恐怕一個天體在圓球內(nèi)旋轉(zhuǎn)時拿來趨于球面的力的方式，……，最后在1676和1677年之間的冬天我發(fā)覺了一個命題：借助與距離平方成正比的離心力，行星必然環(huán)繞力的中心沿橢圓旋轉(zhuǎn)，……。”牛頓的這段話指的是月亮軌道的推論及找尋行星繞太陽旋轉(zhuǎn)的誘因。有人說，與上面他在信中與胡克討論落體問題相比較，可以看出在時間上是矛盾的：牛頓1677年研究的是地球軌道和行星軌道問題，而他1679年才研究質(zhì)量對落體的影響，因而人們說，牛頓在這兒是故意把他發(fā)覺萬有引力的時間改在1679年與胡克通訊之前，并且造出蘋果神話，其目的似乎是為了要私吞萬有引力這項成果。
牛頓和胡克之間的梁子，除了表現(xiàn)在萬有引力定理的爭議上，最早表現(xiàn)在胡克對牛頓的光的微粒說有不同的見解，由于胡克對光的本質(zhì)是站在波動說一邊的。1673年，年青的牛頓向皇家學(xué)會提交了他關(guān)于光的一篇論文，后來他又提交過第二篇論文，那些論文深受老先生胡克的批評，而且說論文的一些觀點是剽竊他的。這使牛頓無比憤怒，雖經(jīng)皇家學(xué)會調(diào)處，牛頓的怒意未消，于1675年2月向胡克寫了一封回信。信中說：“如果我比笛卡爾看得更遠，那是由于我站在巨人們的手臂上。”許多人把這句話理解為牛頓的謙卑精神，而功擊牛頓者覺得，這也許是他對胡克的一種嘲諷和挖苦，完全不是人們望文生義的那回事。
據(jù)此，“倒牛頓者”認為：牛頓根本沒把胡克和笛卡爾看作巨人一樣敬愛，牛頓也沒有攀越她們所搭的梯子，他說自己站在比梯子更高的巨人脖子上，其實這句話是對胡克的人身功擊——胡克身形瘦弱。她們覺得，牛頓的《光學(xué)》著作所以在1704年出版，就是由于牛頓為了等胡克過世后才敢出版他的書。
“倒牛頓者”進一步強調(diào)：牛頓獨占了萬有引力的成果后，還不足以解除對胡克的恨，當他于1703年被選為法國皇家學(xué)會的主席，就下令在皇家學(xué)會去除所有的胡克的肖像。所以當時美國許多知名的科學(xué)屋內(nèi)就是胡克的肖像沒有流傳出來。
2.對弗拉姆斯蒂德觀測數(shù)據(jù)的抄襲和盜版
美國人大衛(wèi)·克拉克等人近來寫了一本書，通過一系列的來往書信和詳實的資料，專門揭發(fā)牛頓壓制、阻撓天文學(xué)家弗·拉姆斯蒂德等人的研究而且抄襲她們的成果：
弗·拉姆斯蒂德（1646－1719）是美國首任皇家天文學(xué)家，是格林威治天文臺的創(chuàng)始人、現(xiàn)代精密天文觀測的開拓者。他在1676－1689年間共作了大概2萬次觀測，檢測精度約為10"，他對3000顆星的檢測結(jié)果收入了知名的“不列顛星表”（）。根據(jù)西方科學(xué)研究方式，研究過程是由三個步驟構(gòu)成的：首先由理論科學(xué)家提出理論模型，之后，進行物理論證與公式推論，最后，由實驗科學(xué)家做實驗對理論進行檢驗。此時，牛頓的萬有引力定理是否正確，還須要得到實驗數(shù)據(jù)的驗證。
1675年，弗拉姆斯蒂德被法國國王委任為皇家天文臺長，條件仍是非常堅苦，他從皇家無法得到足夠的辦臺經(jīng)費，連月薪100美元也常常追討。為了維持天文臺的經(jīng)費，他不得不用額外招收學(xué)員的雜費來補齊，在忙碌的工作之外還要為140名物理中學(xué)生教課。當時皇家提供的科研經(jīng)費有限，連牛頓出版《原理》還是靠同學(xué)哈雷的捐助，才才能順利出版。
1694年開始，牛頓訪問了弗拉姆斯蒂德，而且向他索取關(guān)于地球運動的觀測資料，隨后牛頓為了驗證萬有引力理論對地球軌道的估算結(jié)果，曾多次寄信給弗拉姆斯蒂德，索取試驗數(shù)據(jù)資料，弗拉姆斯蒂德后來說，他都滿足了牛頓。弗拉姆斯蒂德1700年對他的同事洛瑟普說：“‘牛頓’曾一度想使地球運行表符合他構(gòu)想的定理，并且，當他開始將自己的定理與天體（即地球的觀測位置）進行比較時，他發(fā)覺自己錯了，并不得不全部拋棄自己的定理。我曾給他提供了二百個以上的地球的觀測位置，人們會覺得這種材料足以限定任何理論；既然他已更改了自己的理論，并把自己的理論調(diào)整到完全符合這種觀察，所以他的理論描述了這種觀察也就不足為奇了，而且，他還是因此而感激那些觀察，甚于感激他關(guān)于引力的揣測，這種駁斥曾使他犯過錯誤。”牛頓的《原理》1687年第一次出版時，弗拉姆斯蒂德手里應(yīng)當有了兩千多分觀測資料，不知何故，他只給了牛頓兩百多份觀測資料。
大衛(wèi)·克拉克在書里說，其時牛頓已是皇家學(xué)會主席，在索要資料的時侯常常對弗拉姆斯蒂德的工作指賜教點，有時還借助自己的低位來侮辱那位可敬的天文學(xué)家。這大大羞辱了那位天文學(xué)家。到1700年以后，她們之間就再沒有通訊了。牛頓獲得了弗拉姆斯蒂德的資料，但是在他的《自然哲學(xué)的物理原理》中引用了那些資料，因為她們之間的矛盾，在《原理》的第二版出版時（1713年）他將弗拉姆斯蒂德的名子刪掉了。但是牛頓和他的支持者哈雷還是懇切地須要弗拉姆斯蒂德的進一步的觀測資料。她們希望弗拉姆斯蒂德出版他的觀測資料，不過弗拉姆斯蒂德卻總是托詞說，要反復(fù)校核之后才會出版。牛頓和哈雷所做的一件不道德的事是，她們未經(jīng)弗拉姆斯蒂德的同意，擅自在1712年出版了弗拉姆斯蒂德以畢生精力得到的觀測星圖，共彩印了400冊，而且把其中的300冊回獻給弗拉姆斯蒂德。弗拉姆斯蒂德看著那些飽含錯誤的資料，但是按照牛頓和哈雷理論的須要刪改過的彩印品，很吵架地把它們?nèi)坎饸Я恕：髞硭男菆D經(jīng)過仔細校核后，在他逝世后由他的中學(xué)生于1729年出版。
后來也有人覺得，牛頓要出版這些弗拉姆斯蒂德早已校核了兩年多的觀測資料，弗拉姆斯蒂德見未能推辭下去，故意給了一份復(fù)制的資料，且是一份經(jīng)過涂改，有著大量錯誤的觀測資料。
大衛(wèi)·克拉克覺得，牛頓為了獲取弗拉姆斯蒂德的觀測資料，軟硬兼施，牛頓以天文臺是皇家學(xué)會的下屬單位，觀測結(jié)果應(yīng)該屬他那位皇家學(xué)會主席來支配，這樣來以勢壓人。而且皇家學(xué)會根本上沒有供給弗拉姆斯蒂德足夠的經(jīng)費，一切設(shè)備都是他籌措來的。弗拉姆斯蒂德的憤怒可以從他給一位同事（Sharp）的信中看出：“我和主席（牛頓）的另一個爭吵是，他產(chǎn)生了一個陰謀，想賺取我的儀器，而送我一個委員會，其中僅有他自己和兩位化學(xué)學(xué)家。主席熱度很高而且過于下作。我預(yù)先告訴他，別動我的東西。。。”
大衛(wèi)·克拉克說，關(guān)于牛頓與弗拉姆斯蒂德之間的分歧，除了反映在她們做人的心態(tài)上的差異，并且反映在科學(xué)心態(tài)上的根本不同，美國哲學(xué)家拉卡托斯說得好：“牛頓的“月球理論”是1702年在戴維格利高利的《天文數(shù)學(xué)與基礎(chǔ)幾何》中首次發(fā)表的，這實際上是在《原理》一書第一版以后的許多年了。該理論鎮(zhèn)定地宣稱牛頓的理論“與他用知名的弗拉姆斯蒂德觀測月亮的許多位置所證明的現(xiàn)象十分接近。”但我們必須記住，牛頓派從來不讓觀察的權(quán)威勝于她們的研究綱領(lǐng)，在她們的正面啟發(fā)法的幫助下，她們提出了一個又一個的理論以適應(yīng)例子。但她們常常是根本無視觀察到的反證：她們曉得，除了理論必須不斷地遭到觀察的檢驗，并且觀察也要遭到她們的理論的檢驗。“最好的觀察”是這些證認了她們的研究綱領(lǐng)的觀察，這在牛頓和弗拉姆斯蒂德的通訊當中透漏得很清楚。弗拉姆斯蒂德那位首席皇家天文學(xué)家是一個真正的未患精神分裂癥的歸納主義者；他拒絕讓牛頓及其朋友們獲得他對月亮所作的觀察結(jié)果，因而比任何其他人都更大地放慢了她們的工作速率。最初，牛頓和弗拉姆斯蒂德是常常通訊的，然而，弗拉姆斯蒂德很快開始厭惡牛頓使用他的材料來檢驗自己的地球理論。”攻擊牛頓的人覺得，假如弗拉姆斯蒂德是一位觀測和歸納的巨人的話，牛頓確實是一位踩著那位巨人手臂爬起來的大人物。
3．在微積分發(fā)明權(quán)上編劇對萊布尼茲的指控
關(guān)于牛頓與萊布尼茲關(guān)于微積分首創(chuàng)權(quán)的爭議，早已有許多專著表述過，美國化學(xué)學(xué)家霍金按照這種表述，在他的《時間導(dǎo)論》中也說：“他（牛頓）和美國哲學(xué)家高特夫瑞德?萊布尼茲之間發(fā)生了更嚴重的爭執(zhí)。萊布尼茲和牛頓各自獨立地發(fā)展了稱作微積分的物理分支，它是大部份近代化學(xué)的基礎(chǔ)。即使如今我們曉得，牛頓發(fā)覺微積分要比萊布尼茲早若干年，而且他很晚才出版他的專著。隨著關(guān)于誰是第一個發(fā)覺者的嚴重爭執(zhí)的發(fā)生，科學(xué)家們激烈地為雙方作辯護。。。”
1684年萊布尼茲發(fā)表了他的微積分的論文。3年后，牛頓在1687年出版的《原理》書的初版中對萊布尼茲的貢獻表示認同，然而卻說：“和我的幾乎沒甚麼不同，只不過抒發(fā)的用字和符號不一樣。”這幾句話，因為后來與萊布尼茲的矛盾，在第二版（1713年）時也被刪除了。牛頓的流數(shù)理論到萊布尼茲發(fā)表論文二六年后，即1704年作為他的專著《光學(xué)》的附表中即將發(fā)表，附表的前言中，牛頓談到他1676年給萊布尼茲的信，并補充說∶“若干年前我曾出借過一份包含這種定理(微積分)的手稿，然后就看到一些從那篇當中抄下來的東西，所以我如今公開發(fā)表這份手稿。”這話的意思就暗指他的原稿以前被萊布尼茲見到過，而萊布尼茲的論文就是從他的原稿中抄來的。
如今公認的想法是：牛頓首先發(fā)明微積分，萊布尼茲后來也發(fā)明了微積分，但他早于牛頓向外公布下來。因為他曾看過牛頓的論文原稿，為此，爭議的焦點在于，究竟按萊布尼茲說的，是他孤身發(fā)明了微積分，還是按牛頓說的，他借鑒剽竊了牛頓的成果？
1711年3月4日，巴黎皇家學(xué)會的秘書斯洛（Hans）收到萊布尼茲寄來的一封信，信中責怪其成員開爾（JohnKeill）質(zhì)疑萊布尼茲把牛頓的微積分改變了少量的符號，偽裝為自己的原創(chuàng)發(fā)表，但是申明這不是事實，要求學(xué)會給予公平的裁決。
倒牛頓者強調(diào)，這一起訴剛好告到了牛頓手上，正好給了當時作為皇家學(xué)會主席的牛頓以售其奸的機會。后來，因為牛頓的編劇和親自出馬、匿名運作，產(chǎn)生勢不兩立的兩派。以日本為一派包括西班牙知名物理家泰勒和麥克勞林都覺得萊布尼茲是剽竊者。另一派是亞洲臺灣的物理家，包括知名物理家約翰?伯努利等為一派覺得牛頓是剽竊者。爭辯雙方停止學(xué)了術(shù)交流，除了影響了物理的正常發(fā)展，也殃及整個自然科學(xué)領(lǐng)域，進而發(fā)展到清遠兩國之間的政治磨擦。
這場由牛頓編劇捍衛(wèi)牛頓的戰(zhàn)斗，使日本人吃了大虧。萊布尼茲生命中的最后7年，是在這場大爭辯中痛楚地渡過的。“倒牛頓者”說，萊布尼茲死后牛頓曾為能使萊布尼茲心痛而幸災(zāi)樂禍，這，似乎更就能看出牛頓的小人心理。她們還說，牛頓在以上所列出的三樁公案中道德低下的表現(xiàn)并不是碰巧的。牛頓是一個義子，出生不久，父母改嫁，由外祖父扶養(yǎng)，從小沒爹也沒娘，據(jù)此推算，他一定是心理遭到嚴重扭曲、孤寂、好斗。
從1669年27歲時出任劍橋?qū)W院盧卡斯院長起，牛頓就沉迷于煉金術(shù)和神學(xué)。在牛頓遺留下的原稿中，有關(guān)煉金術(shù)的內(nèi)容約有65萬字之多，而神學(xué)內(nèi)容的有150萬字之多。雖然是在他寫作《原理》和《光學(xué)》的時侯，他的主要精力一直集中在煉金術(shù)和神學(xué)上。聽說，牛頓為了解決行星的“第一推進力”問題，在毫無辦法的情況下，竟轉(zhuǎn)而求救于神學(xué)和上帝，他大量閱讀、研究神學(xué)，希望才能解決這個困惑他終身的問題。功擊牛頓者說，牛頓的晚年癡迷于多掙錢上。她們強調(diào)，曾有人推薦牛頓去兼任巴黎的一所貴族的上流中學(xué)的主任，他回信說“每年不過是200美元，還得每晚關(guān)在紐約不出去”為理由婉拒了。1696年他離開劍橋出任鑄幣廠督辦，1699年出任鑄幣廠廠長，他如愿以償，自此他在科學(xué)上便無所作為了。
“倒牛頓者”指出，1692年，50歲的牛頓表現(xiàn)出嚴重的心理疾患、嚴重的殘害狂、明顯的精神錯亂。她們的證據(jù)是：1693年9月16日，牛頓曾給哲學(xué)家洛克回信時說：“先生：我覺得你盡力用男人和別的手段來糾纏我，我的愛情大受影響，致使當有人告訴我你有病，將不能活時，我回答說，最好你跑掉。……”因此，她們覺得牛頓患了嚴重的精神分裂癥，她們猜想說，大約和牛頓癡迷煉金術(shù)有關(guān)，由于煉金術(shù)的書籍中多處提及了水銀，牛頓一定是由于每晚與水銀打交道，而造成水銀中毒，因而引起了嚴重的心理疾患、嚴重的殘害狂和嚴重的精神分裂癥。
也有好多人對此持相反意見，她們覺得，牛頓晚年身體健康，腦子清楚，寫了好多研究文章，活了八十四歲，在當時是罕有的長壽奶奶，如果他嚴重水銀中毒，再加上那么多心理、精神疾患，絕不會成為當時少有的長壽奶奶的。關(guān)于牛頓晚年患嚴重精神病的說法，后來曾見于一些名人的言論中。
