無(wú)言的宇宙：隱藏在公式背后的故事

本文摘自《無(wú)言的宇宙》，[美]達(dá)納·麥肯齊 著，李永學(xué) 譯，北京聯(lián)合出版公司，2018年1月出版

牛頓定律

問(wèn)問(wèn)大多數(shù)人，看他們知道有關(guān)牛頓的什么事情，你很可能會(huì)聽(tīng)到他們告訴你一個(gè)蘋(píng)果從樹(shù)上掉下來(lái)的故事。根據(jù)傳說(shuō)，牛頓在看到一個(gè)蘋(píng)果掉下來(lái)時(shí)受到啟發(fā)，意識(shí)到或許也可以用同一種力來(lái)解釋行星的運(yùn)動(dòng)，從而構(gòu)思了他的萬(wàn)有引力定律。而且后來(lái)的人們添油加醋，說(shuō)牛頓或許是因?yàn)樘O(píng)果砸在他的腦袋上才受到啟發(fā)的。

還有一個(gè)同樣未經(jīng)證實(shí)的傳說(shuō)則與此相反；該傳說(shuō)于1858年第一次訴諸文字，是在英格蘭一個(gè)名叫《注釋與詢問(wèn)》的有趣雜志上首次披露的。根據(jù)一位名叫“W”的作者陳述，當(dāng)時(shí)最負(fù)盛名的數(shù)學(xué)大家卡爾·弗里德里希·高斯40以如下方式否定了前面一個(gè)傳說(shuō)：“有關(guān)蘋(píng)果的歷史實(shí)在太荒唐了。事情無(wú)疑是這樣發(fā)生的：有一次，一個(gè)喜歡糾纏不休的糊涂人找上了牛頓，一定要牛頓告訴他，引力定律這一偉大成果是如何被‘一舉命中’的。牛頓發(fā)現(xiàn)眼前這人其蠢無(wú)比，就想快點(diǎn)擺脫他。于是牛頓告訴他，這是因?yàn)橛幸恢惶O(píng)果‘一舉命中’了他的鼻子；這家伙一聽(tīng)就立刻全明白了，然后便滿意地走了?！?/P>

人們應(yīng)該怎樣理解這類(lèi)傳說(shuō)？實(shí)際上，蘋(píng)果這一故事的內(nèi)容比高斯意識(shí)到的更多（如果他的上述引言是真的話）。

這一故事可由兩個(gè)來(lái)源加以證實(shí)，其一是著名的法國(guó)作家伏爾泰，他親耳聽(tīng)牛頓的侄女說(shuō)起。很難說(shuō)他跟高斯想象中的“喜歡糾纏不休的糊涂人”有什么相近的地方！人們或許會(huì)把這個(gè)故事想象成實(shí)際發(fā)生的狀況經(jīng)過(guò)高密編碼之后生成的版本。如果你不知道密碼，你就會(huì)看到一個(gè)高斯如此強(qiáng)烈否定的卡通片式故事。

是有一棵蘋(píng)果樹(shù)嗎？不錯(cuò)。這棵樹(shù)就在英格蘭的烏爾索普，在艾薩克·牛頓家的老宅田產(chǎn)內(nèi)。他在那里一直住到1661年，然后去劍橋三一學(xué)院就讀。而最重要的是，1665年，英格蘭爆發(fā)了最后一次大瘟疫，是年牛頓回返故鄉(xiāng)，并在田園靜謐中度過(guò)了差不多兩年時(shí)光。就在這期間，他發(fā)展了微積分的基礎(chǔ)，并開(kāi)始思考行星運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。牛頓寫(xiě)道：“那時(shí)我正處于發(fā)明創(chuàng)造的高潮；我對(duì)數(shù)學(xué)與哲學(xué)的關(guān)注超過(guò)了那以后的任何時(shí)候。”

然而牛頓并不需要一個(gè)掉落下來(lái)的蘋(píng)果來(lái)啟發(fā)他，關(guān)于這一點(diǎn)高斯完全正確。這一問(wèn)題的歷史何止千百年，牛頓肯定是受到了這一問(wèn)題本身的啟發(fā)。月球、太陽(yáng)和行星是否需要某種外部力量讓它們運(yùn)動(dòng)？

如果需要，那又是什么呢？亞里士多德認(rèn)為，構(gòu)成天體的物質(zhì)與地球不同，而且它們的自然運(yùn)動(dòng)軌跡是圓形的。開(kāi)普勒認(rèn)為需要一種推動(dòng)力才能讓行星保持在軌道上。笛卡兒或多或少贊同這一點(diǎn)；在他精心發(fā)展的理論中，宇宙是由旋流組成的；是這些旋流掃過(guò)了在軌道上運(yùn)行的行星。作為一位青年學(xué)者，牛頓會(huì)對(duì)當(dāng)時(shí)主要的科學(xué)辯論之一給予熱情的關(guān)注，這是天經(jīng)地義的。他設(shè)計(jì)了一個(gè)體系，在這一體系中，蘋(píng)果與行星受到了同樣的力作用。（因此蘋(píng)果才會(huì)有如此重要的地位！在這一點(diǎn)上牛頓并沒(méi)有茍同亞里士多德。）讓人注目的是，行星也始終在自由下落；它們并不需要推動(dòng)力。（在這一點(diǎn)上牛頓沒(méi)有茍同笛卡兒和開(kāi)普勒。）

作品簡(jiǎn)介：

《無(wú)言的宇宙》，[美]達(dá)納·麥肯齊 著，李永學(xué) 譯，北京聯(lián)合出版公司，2018年1月出版

《無(wú)言的宇宙》向你講述的是人類(lèi)歷史上24個(gè)美麗而偉大的公式背后的故事，從基本的1 + 1 = 2到揭示電磁現(xiàn)象的“麥克斯韋方程”，從著名的E = mc²到神秘的“漢密爾頓的四元數(shù)方程”，清晰地解釋了每一個(gè)方程的含義、誰(shuí)（如何）發(fā)現(xiàn)了它，他們?cè)谌祟?lèi)發(fā)展史上和現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)揮的巨大作用。

這些故事既長(zhǎng)知識(shí)又有趣，比如：

發(fā)現(xiàn)世界上最簡(jiǎn)單的方程，這意味著什么；

如果世間未曾有過(guò)“0”這個(gè)概念，將會(huì)怎樣；

牛頓運(yùn)動(dòng)定律如是何使人類(lèi)做到這一切的——從建設(shè)橋梁到預(yù)測(cè)天氣；

一根劣質(zhì)雪茄如何改變了量子力學(xué)的進(jìn)程；

為什么鯨魚(yú)（如果它們能和我們交流的話）會(huì)教給我們完全不同的幾何概念？

同時(shí)，這本書(shū)也解釋了為什么這些方程在訴說(shuō)著關(guān)于宇宙的永恒的秘密，沒(méi)有任何一種人類(lèi)的表達(dá)方式可以與之匹敵。最重要的是它們?nèi)绾瘟钊梭@訝地影響了人類(lèi)歷史和我們的日常生活。