总之,牛顿的确早在1660年代就开始比较月球的圆周运动与地面重力加速度的数值关系了,因此,牛顿说苹果下落启发了他的思考应该并不是为了争夺万有引力优先权而编造的谎言。只不过,牛顿当时并没有能彻底完成他的发现,而是停留在一个错误的概念上了。
不过,笔者还是总觉得有些疑惑。牛顿显然意识到要维持月球绕地球旋转需要某种指向地球中心方向的东西,也就是使苹果下落的重力。以他仅自学两年就完全掌握数学并发明微积分的天才,为什么在这个问题上会长期停留于一种模糊而错误的概念呢?这殊不可解,但总之历史学者从研究牛顿手稿中得到的结论就是如此。
那么,牛顿后来是怎样最终形成了他在《原理》中给出的、也是我们在经典物理中学习的力的观念呢?按照历史学家们的考证,牛顿的思路受到两方面的影响:炼金术和胡克。
炼金术
我们常常读到一种说法,即牛顿晚年沉迷于神学和炼金术,因此未能在数学和科学上做出更多新的发现。实际上此说不太准确,他对这二者发生兴趣并不晚于数学和自然科学,而且到了晚年他实际上停止了炼金术的研究。
牛顿热衷于化学或炼金术实验是当时的人就知道的,不过并不清楚他研究的内容。直到20世纪20年代,著名经济学家凯恩斯(John Maynard Keynes)尽力购买了一部分牛顿手稿,发现其中包含了大量的炼金术内容,牛顿的这些研究才为人所知。
图4. 牛顿笔记中的哲人之石 (点金石)(图源:departments.bucknell.edu)
如今,在了解了物质的原子结构的情况下,炼金术被视为一种伪科学。不过,在牛顿的时代这并不是一目了然的。当时,炼金术(alchemy)与化学(chemistry)刚刚分离开来,二者的很多技术都还是类似的,但也有两方面不同。
一是当时的炼金术士们都很神秘,他们在彼此交往或者发表著作时经常使用假名。牛顿有一些神秘的会面,人们认为可能就是与某些炼金术士相见。
二是炼金术有一整套神秘而复杂的术语和理论体系。最简单的比如太阳☉代表金,月☽代表银,水星☿代表水银等等,炼金术的那些化学反应也被他们用一整套神秘的原理加以解释。
比如,一段典型描述如下:“关于镁或者绿狮子,也被叫做普罗米修斯或者变色龙。也叫双性人,以及处女翡翠土。太阳之光从未能照耀到它,尽管太阳是父亲而月亮是母亲。普通水银,天之甘露可以使土肥沃,硝石更佳。它是土