牛顿：不论科学还是神学，我都会出手

我不知道在世人看来我是什么样子，但在我自己看来，我只是像一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。

艾萨克・牛顿，《书与人的轶事、观察与性格》

苹果落地或许很寻常，但从中发现引力却只有天才才能做到。如果说今天的我们站在了巨人的肩膀上，那么，或许一切的开端就是牛顿的那句“为什么”。

艾萨克・牛顿（Isaac Newton）于 1642 年出生在英格兰伍尔索普的一个贫苦农家。他的父亲是一个富裕的农场主，但英年早逝后家道中落。作为一个遗腹子，牛顿继承了父亲的名字。艾萨克这个名字源于希伯来语 (Yitzhak)，意思是“笑的人”或“快乐的人”。在《圣经・旧约》中，艾萨克是亚伯拉罕的长子。

从 12 岁到 17 岁，他在药剂师威廉・克拉克 (William Clark) 手下工作。在这里，他对化学和它的伪科学炼金术都产生了兴趣。许多牛顿的传记作者都指出，正是从克拉克身上学到的东西激发了牛顿对化学的兴趣。

他还在格兰瑟姆（Grantham）的国王学校学习拉丁语。最初他表现很差，但他在短时间内提高了成绩。他设计了一个日晷，在学校里出了名。他所做的一切都是为了向那个欺负他的校霸证明自己的实力。这件事实际上是他整个人生的一个写照。不打败所有挑战他的人，他是不会罢休的。

1661 年，牛顿顺利从中学毕业，进入英国剑桥的三一学院学习。在这时，牛顿还籍籍无名，他还没有取得真正的成功。和他在大学里的同学们一样，他并不仅仅局限于亚里士多德的学说。他还研究了现代物理学家和数学家 —— 如哥白尼、伽利略和开普勒 —— 的理论。

在三一学院的四年里，牛顿对数学和物理的兴趣迅速增长。特别是当时天文学领域还处于起步阶段，但牛顿的几何知识不足，不足以理解恒星的运动。因此他去买了欧几里得的传奇著作《几何原本》。

如果说我看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。

艾萨克・牛顿，《牛顿 [对胡克] 的回复》

在这期间，他继续快速地充实自己。特别是，他对光学的兴趣与日俱增。在他每天都泡在实验室观察光线时，当时发生了一件相当糟糕的事情：1665 年黑死病席卷伦敦，这无意中为他最著名的一个见解奠定了基础。

由于瘟疫导致的大量死亡和社交隔离，三一学院暂时关闭，牛顿回到了家乡。

没有可靠的资料记载苹果确实掉在了牛顿的头上，但是牛顿的观察使他思考为什么苹果总是直直地落在地上 (而不是向侧面或向上)，并启发他最终提出了万有引力定律。尽管如此，他还是花了近 20 年的时间才把这个想法变成一个成熟的理论。

晚饭后，天气变暖，我们去了花园，在苹果树的树荫下喝茶…… 他告诉我，之前也是同样的情境，万有引力的概念进入他的脑海.... 一个苹果掉了下来，他坐在那里沉思。

威廉・斯图克雷，《艾萨克・牛顿爵士生平回忆录》

牛顿认为这种引力与地球和苹果无关。事实上，天空中所有的天体都应该表现出这种力。然而，有一个小问题：那时的数学还不能解释这些运动。因此，牛顿发展了他自己的数学，也就是我们所知的微积分，并因此成为最早的理论物理学家之一。

1666 年，23 岁的牛顿在微积分、运动学、光学和引力方面做出了革命性的发明和发现，但他并未发表过其中任何一项。这一年也被称为牛顿观察到苹果落下的一年。1664-1667 年被称为牛顿的“奇迹年”，这对他来说是一段美好的岁月。

与此同时，牛顿开始挑战经验主义的界限。他甚至走得更远，有一次他把一根长而钝的缝衣针插进眼睛和骨头之间的眼窝里，记录下在研究光线时看到的彩色圆圈和其他视觉现象。

此外，他还用镜子发明了历史上第一个反射望远镜 —— 牛顿望远镜。因此，牛顿能够更好地跟踪天空中的物体，从而揭示它们的运动规律。由于所有这些成就，他在 1669 年取代艾萨克・巴罗成为剑桥大学的卢卡斯数学讲席教授。

1671 年，他发表了一篇论文，指出白色是其他颜色的混合物，颜色是由白光折射形成的。当时，人们认为颜色是光明和黑暗的混合，棱镜使光线上色。罗伯特・胡克（Robert Hooke）是这种颜色理论的支持者。胡克在他的文章中严厉批评牛顿和他的方法未能很好地解释实验工作。同时，科学界的这些批评是牛顿多年来迟迟不发表他关于万有引力的观点的主要原因。

牛顿远离了科学研究，由于他保守的家庭背景，他开始痴迷于解开圣经的秘密。

牛顿拒绝接受基督教“圣父、圣子、圣灵三位一体”的理论。对他来说，这是魔鬼的谎言。然而，他所任职的三一学院就是以这一理论而得名。这迫使他多年来将自己的信仰和作品隐藏起来。虽然牛顿出生在一个圣公会家庭，也是一个虔诚但非正统的基督徒，但在他三十多岁的时候，如果他公开自己所持有的基督教信仰，就不会为主流基督徒接受。他寄给约翰・洛克的一份质疑三位一体的手稿从未出版。

万有引力解释了行星的运动，但它不能解释是谁使行星运动的。

艾萨克・牛顿

2002 年底，人们发现了牛顿的一张手稿，上面计算出了世界末日的年份。在他根据神学文献进行的复杂计算中，牛顿选择了公元 800 年作为一个重要的日子。这是“神圣罗马帝国”的成立日期。在这一天，他加上了经过复杂计算得到的数字 1260，得到了 2060 年。在耶路撒冷希伯来大学展出的 1704 年的一封信中，牛顿描述了他的“发现”:

所以可以估算时间。按 12 个月为一年、30 天为一个月的原始历法计算，半个周期是 42 个月，或者说 1260 天或三年半。天上一天，人间一年。如果从公元 800 年三个王国被完全征服算起，世界末日将会在公元 2060 年到来。世界可能会晚些毁灭，但我看不出有什么理由会早一点结束。

他非常重视神学，直到他去世，神学占他著作的 27%。这个比例远远高于他写的数学、天文和物理书籍。

在他的书中，几乎有 10% 的篇幅是关于炼金术的。事实上，如果牛顿没有因为胡克而变得内向，也许他就不会接触那么多炼金术、化学和神学。在这些领域所耗费的精力使得他完成引力理论的时间推迟了。

牛顿并不是理性时代的第一人。

他是最后一个魔法师，最后一个巴比伦人和苏美尔人，最后一个伟大的头脑，他用同样的眼睛看着可见的和知识的世界，就像那些一万年前的先哲一样。

约翰・凯恩斯

他那些不科学的工作几乎让他英年早逝。事实上，人们认为他在追求通过炼金术改变元素时遭受了汞中毒。他开始有了非常严重的精神问题。

事实上，如果不是天文学家埃德蒙・哈雷（Edmond Halley）在 1684 年拜访了牛顿，我们今天可能只知道牛顿是个普通的科学家。哈雷把大部分时间花在月球观测上，但他对引力问题也很感兴趣。引起他注意的一个问题是开普勒行星运动定律的证明。哈雷来问牛顿为什么行星的轨道是椭圆而不是圆的。1684 年 8 月，他去剑桥与牛顿讨论这个问题。这次访问将牛顿从他的狂热崇拜中解放出来，使他再次转向科学，回到他的生活中。

为了避免落后于科学界，牛顿出版了《原理》，在这本书中，他列出了著名的牛顿三大定律，这些定律将彻底改变物理学，他还解释了自己的微积分和万有引力。牛顿在 1687 年首次发表了万有引力原理，该原理指出，宇宙中的每一个物体都被另一个物体吸引，这种引力与它们的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。因此，我们所知的经典力学这一物理学分支正式诞生了，这是物理学的一场革命。

罗伯特・胡克在《原理》出版后开始给牛顿写信，他的批评使牛顿退缩到自我中。胡克声称，他比牛顿早几年发现了万有引力，因此应该在《原理》中引用。胡克正在犯他一生中最大的错误。

英国皇家学会本来悬挂有胡克的一幅肖像，但牛顿毁了它。因为牛顿的贪婪，我们今天不知道罗伯特・胡克究竟长什么样。直到他去世三个世纪后，人们才了解他的重要性，历史学家开始称这位多才多艺的天才为“英国的列奥纳多・达・芬奇”。

当时，英国硬币很容易被伪造，国家正处于金融危机之中。牛顿对炼金术的兴趣在这里派上了用场。事实上，1696 年春天，在财政大臣查尔斯・蒙塔古的推荐下，牛顿被任命为皇家造币厂的厂长。牛顿修正了货币的重量等特征，让英国松了一口气。

由于这些成就，他继续担任铸币厂管理者，直到去世。我们今天称牛顿为“爵士”不是因为他在科学上的成就，而是因为他在造币厂的职位。尽管这些成就为他打开了皇家学会的大门，但事实上，牛顿又一次远离了科学。他又对神学产生了浓厚的兴趣，认为自己是在把先知的年龄加起来计算世界的年龄。他甚至声称这个计算比他的许多发现都重要。此外，牛顿对权力和名声也十分痴迷。

与此同时，莱布尼茨被皇家学会指控抄袭。然而，当时牛顿即将成为皇家学会主席，对莱布尼茨的指控绝非公正。更奇怪的是，牛顿自己准备了剽窃指控的报告。1712 年，人们认定牛顿是微积分之父。今天，人们普遍认为这两人是各自独立地发现微积分的。

牛顿死前的最后一个错误就是得了 Fomo（错失恐惧症 ，Fear of missing out）。当时，英国与法国达成协议，英国免除对方债务，并在南海建立了南美的航运垄断公司。这个被称为南海公司的垄断公司将股份提供给英国国债的持有人，来抵扣政府债券。牛顿也是购买该公司股票的人之一，事实上，他的股票在很短的时间内增长了十倍。牛顿抓住这个机会卖掉了他的股份，赚了一百万美元。然而，由于股价在出售后继续上涨，牛顿担心错失赚钱机会，也就是所谓的 fomo，这促使他在股票处于创纪录高位时购买了更多。

这是金融史上最早的经济泡沫之一，被称为南海泡沫。泡沫破裂后，牛顿的损失远远超过他之前的收益。牛顿无法接受自己的失败，那天他说：

我能计算天体的运动，却无法计算人的疯狂。

当艾萨克・牛顿于 1727 年 3 月 20 日去世时，他留下了超过 800 万字的手稿。他是第一个葬在西敏寺的科学家。牛顿死后，人们检查了他的头发，发现他的头发中含有汞，这可能是他追求炼金术的结果。

在牛顿的一生中，成就与抱负之间的细微差别是显而易见的。如果没有哈雷，也许他会沉迷于炼金术和神学。但他现在确实就是物理学之父。

自然和自然法则隐在暗夜中。上帝说，让牛顿去吧！—— 于是一切就充满光明。

亚历山大・蒲柏

本文来自微信公众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Sarp，翻译：藏痴，审校：Nuor

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