《量子物理史话》关于胡克与牛顿的这一部分描述，在多大程度上属实？ 汪有，念念不忘 胡克和牛顿这段公案，几乎贯穿了这两位顶尖科学家的一生，双方都是那个时代的杰出学者（当然牛顿还要远远超出），也是最当时最好战善斗的人士（这一点双方不相上下），这可能是科学史上规模最为宏大的撕逼，它的波及领域最重：从光学的波动说和粒子说的启动，到万有引力定律的提出；它绵延的时间极长：达到了整整三十年。最终以牛顿的全面胜利告终。 我想，把胡克的故事讲出来，是最有助于评判孰是孰非的办法： 胡克生于 1635 年，出身低微，是牧师的儿子，十岁时父亲去世，他继承了遗产之后前往伦敦学画，却在后来开发出了科学天赋，接受了完整的基础教育。 18 岁那年，胡克进入牛津大学，他没能取得学位，但却取得了“比一千个学位都重要的东西”，他结识了当时一批活跃于牛津的学者。其中就包括近代化学之父：波义耳。 20 岁时胡克得以成为波义耳的助手，发挥他在仪器设计方面的天赋。当时物理学史上的马德堡半球实验刚刚成功，马德堡市市长盖里克将两个紧密咬合的黄铜半球用空气泵将中间抽成真空，大气压力将两个半球紧紧压在一起，用了十六匹马方才把半球拉开。消息传到英国，引起了波义耳的关注，波义耳迅速地投入到空气泵的研究之中去。然而波义耳长于实验却疏于仪器设计，便聘请胡克设计一款空气泵来协助实验。 胡克当时并没有任何图纸，只是对实验过程有所耳闻，就随便做出来一款更好的充气泵。也正是在胡克的协助下，波义耳在空气方面得出了一项项研究成果，包括火需要空气才能燃烧，声音需要空气方可传播，后来还提出了波义耳定律，描述了气体压强与气体体积的反比关系。 也正是靠着波义耳的指导，胡克迅速跻身一线学者行列。1660 年冬，十二个科学家在伦敦格雷沙姆学院（Gresham College）聚首，决意成立一所新学院，来推动自然科学与数学的实验与研究。波义耳便位列其中。后来，胡克被任命为第一任实验主任（Curator of Experiments）。 这就是后来的英国皇家科学院。 在皇家学会的实验主任职位上，胡克尤为出色。他涉猎广泛，长于机械设计，胡克轮式气压仪及实用的测速仪均出自他手。他首先对弹簧性质进行研究，提出了力学领域最基本的胡克定律。在光学领域，理论研究上胡克倾向波动说，实际应用中在伽利略此前粗糙的显微镜基础上进行修改，制出第一批实用的显微镜。他的《显微术》是第一部论述显微学的专着他在软木的切片上以显微镜发现了蜂巢般紧密排列的细小格子，他创立了细胞（cell）一词加以描述，全书以英文而非拉丁文写就，畅销一时，后来的牛顿私下还曾对此书加以称赞。 胡克的显微镜，插图取自胡克着作《显微术》 科学之外，胡克在建筑领域也颇有所长。1666 年，伦敦大火，一万三千间民房被焚，是伦敦有史可载上最大的一次火灾。胡克便以助手及测量员的身份，随行英国皇家科学院的建筑大师雷恩爵士（Dr. Wern）迅速投入到伦敦的重建当中去，设计了一批优美古雅的建筑，后来的格林尼治天文台，也是出于二人之手。 提到胡克，不得不提到胡克与牛顿之间漫长的争吵，他们首次结怨，是在年轻的牛顿将自己设计的第一版反射望远镜摆在皇家学会的案头之时。 牛顿的反射望眼镜现代复刻版，自行拍摄，此前收到的礼物 反射望远镜是当时最先进的望远镜设计，它直接侵入了胡克在学会的两大擅长领域：光学与仪器设计。当这个小巧精致的，性能超过了历代折射式望远镜的模型出现，胡克感到自己的地位遭到了挑战，他没有加入赞颂反射望远镜的阵营，而是大声宣称自己才是制作实用反射式望远镜的优先人。 胡克在会上强调，他先于牛顿七年便做出了一个仅有 3 厘米的反射望远镜，性能比其他长达 15 米的望远镜还强。甚至还有更小型的设计，可以装在怀表里，只是由于黑死病的蔓延和伦敦大火的重建工作才耽搁了进一步研究深入。 与当年牛顿的腼腆相比，胡克的性格完全是另一个极端，他华而不实，好故弄玄虚，常常把远未完善的设计拿来吹嘘，又以担心被剽窃技术为由拒绝给出设计细节。胡克对发明权的争夺以其拿不出设计实物而未被理会。然而他更进一步，对牛顿随后提交的论文提出多项质疑，二人之间剑拔弩张。 胡克在吵架方面，已经是整个学术界的佼佼者，后来莱布尼茨造访英伦，他发明的手摇计算器已经超过了当时英国皇家学会的设计，广受好评。胡克就出来跳反，尖酸刻薄地嘲笑了莱布尼茨的作品。后来胡克和惠更斯（法国科学院掌门人）同为光学波动论阵营，但彼此也非常不合，二人都称自己发明了游丝弹簧（这让后来的手表发条成为可能），到处说个不停，后来皇家学院只能和稀泥地官方规定：以后各项会议都不讨论游丝弹簧发明权的归属。 牛顿成长之后，在吵架方面也不遑多让，几乎吵遍了全欧洲的一流学者。光学领域牛顿力主粒子说，和主张波动说的胡克和惠更斯一向不容水火；同格林尼治天文台长弗兰斯蒂德关系也非常差；最有名的争端是微积分发明权问题，对手是莱布尼茨。 在每一次交锋中，牛顿几乎都展开了全方位的碾压，即使微积分一案中和莱布尼茨学术水平平分秋色，但牛顿依然懂得利用皇家学会的关系对莱布尼茨进行打击。 学术上一生中牛顿只被打过一次脸，唯一的这次就是被胡克重击。 二人曾经争论过，如果在高塔上平抛物体，假设地球可以穿透，没有阻力，那么最后物体的轨迹应该是什么。按照牛顿所说的，物体的轨迹应该是一条螺旋线，最终将停留在地心。而按照胡克的观点，平抛物体不损失任何能量，应该呈一条椭圆轨道绕地球一周，回到原处。 胡克是对的。而且胡克抓住这一点，在皇家学会到处宣扬，对牛顿多加讽刺。牛顿也只能忍气吞声，在此后的信函沟通中谨慎小心，一度到了不愿出席学会会议的地步。 此后的一封写给胡克的信函中，牛顿充满讽刺意味地写出了那句被引用了无数次的名言：“如果说我看的更远，那是因为我站在巨人的肩上。”——一直忌惮别人提到自己身躯矮小又是驼背的胡克收到此信，当然知道牛顿覆盖在表面谦虚措辞之下真正的含义。 胡克对平抛物体自由落体的椭圆轨道预测，事实上已经探及了万有引力定律、平方反比定律的边缘，1684 年，伦敦市内的一家咖啡馆里，哈雷、建筑大师雷恩爵士和胡克一边喝着清咖啡一边探讨着科学问题。当时三人的交锋点在于行星轨道计算，哈雷提出发问，请教另两位科学家，行星与太阳之间的作用力是否遵循平方反比定律，如若遵循，行星的轨道应该是什么形状。 胡克与雷恩均不能给出合理解答，不过胡克按照一贯性格也得吹上几句，他说自己早就已经证明这一问题，但拒绝公布证明过程，由此让别人认识到知识的宝贵。雷恩对胡克的吹嘘非常不满，当即与二人下了一个赌注，给胡克和哈雷两个月时间，先找到答案者可以获得一本价值 40 先令的书籍。 两个月的时间匆匆而逝，胡克和哈雷都没能给出合理的证明，雷恩失去了对胡克的耐心，还加以冷嘲热讽。哈雷自觉无法独立解决，他收拾行囊前往剑桥，在当年秋天敲开了牛顿的家门。 哈雷本以为牛顿要经过漫长的计算才能得出结果，可牛顿随口就报出了答案：椭圆形。 哈雷问为什么，牛顿说：“我算过。” 在哈雷的强烈要求下，牛顿答应给哈雷提供一篇论文，详细阐述。 三个月后牛顿的信函从剑桥翩然而至，里面是牛顿用 9 页纸的篇幅写就的《绕转物体的研究》，这薄薄的 9 页纸的价值远远超过等重的黄金，此后在这 9 页纲要的基础上，牛顿将其扩充为三巨册版本的《论自然哲学的数学原理》，正式发表万有引力定律，以一人之力，将伽利略用于地面的力学体系和开普勒用于天空的力学体系加以统一。他告诉人们，原来周遭世界竟然与星体之间遵循着同样的定律。他在开普勒的行星三大定律基础之上更进一步，告知学界开普勒的椭圆轨道并不是宇宙的终极真理，而只是深层万有引力定律的一个基本表征。伽利略和开普勒告诉大家宇宙是什么，而牛顿从纯数学的角度，来告诉世界究竟为什么。 如今这部作品已经成为科学史上最重要的科学着作，没有之一，它甚至知名到已经无需提及书的全名，仅说出《原理》二字，便众皆知晓。 《论自然哲学的数学原理》封面，图片引自百度百科“自然哲学的数学原理”词条。 不过，即使是如此条分缕析的煌煌巨着，也不乏反对。其中首推夙敌胡克，万有引力的基础平方反比定律早在与哈雷打赌时他便有所涉猎，如今见到牛顿着书立说，他心中自然不平。书籍尚未出版时，他便坚称牛顿的重力研究自己早就做过，并怒不可遏地表示是自己启迪了牛顿的书作，要求牛顿在《原理》的序言中予以声明。牛顿迅速做出了反应，他重新仔细的校对了书稿，干净利落地将书稿中出现的胡克的名字尽数删除。 胡克与牛顿之间裂痕愈深，在皇家学院此后的一次例会上，他看到牛顿及一批科学家渐次步入，便愤愤起身，离开了会场。 1703 年，牛顿的夙敌胡克在落寞中走完了自己六十八年的人生旅途。他在牛顿发表万有引力定律之前已经了解到平方反比定律，他的证明手法也与牛顿在《原理》一书中所使用的相似。胡克万有引力的发展历程中做出的贡献以及对牛顿的一点启发，在日后牛顿强大话语权的压制下，很少为人所知。 胡克去世后牛顿更进一步，当选为新任英国皇家学会主席。这是牛顿一生影响力的顶峰，他迅速而高效地，开始了对昔日老对手的清算。 首当其冲的是已经逝世的胡克，英国皇家学会中的胡克实验室和图书馆被就地解散，胡克留下的实验器材或被分散或遭销毁。甚至，在 1710 年皇家学会会址搬迁时，唯一的一副画像在搬迁中遗失，至今无人知晓胡克的真实面貌。 在胡克逝世的第二年，牛顿重启光学的波动说与微粒说之争，于当年出版巨着《光学》，这本着作汇聚了牛顿在剑桥三十年研究的心力，从粒子的角度，阐明了反射、折射、透镜成像、眼睛作用模式、光谱等方方面面的内容，他更从波动说中汲取养分，将波动说中的震动、周期等理论引入粒子论，全面完善补足了粒子学说。紧接着他将波动说无法解释的问题一一提出，并对惠更斯当年的《光论》加以驳斥。当时惠更斯已在九年前病逝于荷兰海牙。波动说连失胡克与惠更斯两大支柱，牛顿以一己之力，扭转了光学两大理论交锋局势，此后的一个世纪，微粒说一直牢牢占据着光学研究的主流，波动说则要等到英国物理学家托马斯·杨的带领方才卷土重来，而那时时光已经流逝到 1807 年，正是拿破仑和嘉庆皇帝分掌东西方政权的时代。 结语 谈到对历史人物的评价，往往夹叙夹议，叙述的部分固然可以做到公正，而议论的部分却不免要见仁见智。以下仅代表我的观点：胡克是当时才华横溢的大师，也确实作出了种种贡献，然而他在科学史上的地位并没有被低估。 胡克发现的东西多么？多。但独创性和影响力均有欠缺。 胡克为波义耳定律贡献了很多心力，但他是作为波义耳的助手；胡克也是光学波动说的主力，但波动说的第一人当属惠更斯，是惠更斯的《光论》成为了光学波动论领域的奠基之作；他在显微镜方面的应用也很赞，但同时代还有荷兰的列文虎克，他磨制的镜片更在胡克之上，且显微镜固然为我们开启了微生物大门，但当时人们只是从门口走过，并未有任何深刻的延展；他也确实先摸到了万有引力定律的边缘，可他没有耐下心去，最后是牛顿花费了巨大的心力不断研究，出版了《原理》，为什么名誉不能归功于胡克？——因为当时有那么多人靠直觉猜测过平方反比定律之下的椭圆轨道，而只有牛顿面对哈雷的提问，有底气说一句：“我算过。” 胡克涉猎渊博，在力学、天文、数学、建筑诸多领域均有建树，他有那么多的机会可以成为一个领域里最杰出的的人才，可是都一一错过。如果他能在他广博的知识体系中随便择其一深入探索，无疑将取得更大的成就。 可惜他没有。 所以他只能靠着课本上的胡克定律让我们记住他。 ———————————————— 本篇为本人原创，转载请取得同意。 最后，我的新浪微博，欢迎关注：→Sina Visitor System @汪有 查看知乎原文
