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历史365系列 第85期：《牛顿与《自然哲学的数学原理》（1687年）》

历史的混响

听众朋友们好，欢迎收听《历史的混响》，我是夕洋洋。今天是我们历史365系列的第85期。上一期我们讲了英国革命，查理一世被推上了断头台，君主的神圣不可侵犯被彻底打破。而几乎就在同一时期，英国还有一个人，用另一种方式颠覆了人们对世界的认知——他证明了宇宙不是由神意随意支配的，而是受一套简洁、精确的数学法则支配的。这个人就是艾萨克·牛顿。1687年，他出版了《自然哲学的数学原理》，这本书被认为是人类科学史上最重要的著作之一。今天这一集，我们要讲的就是牛顿与这部改变世界的巨著。 牛顿出生于1642年，也就是伽利略去世的那一年。他出生在英格兰林肯郡的一个小村庄，父亲在他出生前三个月就去世了，母亲在他三岁时改嫁，把他留给了外祖母抚养。牛顿小时候并不是一个特别出众的孩子，但他喜欢动手制作各种小玩意。他做过日晷、水车、风筝，还在风车里放了一只老鼠当“磨坊主”。这些手工活，预示了他日后将理论与实践结合的天赋。 1661年，牛顿进入了剑桥大学三一学院。当时剑桥的教学内容还以亚里士多德的经院哲学为主，但牛顿已经接触到了笛卡尔、伽利略、开普勒等近代思想家的著作。1665年，剑桥因为伦敦瘟疫而关闭，牛顿回到家乡伍尔索普庄园。这一年他二十三岁。后世把1665年到1666年称为牛顿的“奇迹年”。正是在这两年，牛顿在家里完成了三项奠基性的发现：微积分、万有引力定律和光的色散实验。苹果的故事就发生在这段时间。 传说牛顿在自家花园里看到一颗苹果从树上掉下来，他由此想到，苹果落地和月球绕地球转，是不是同一种力在起作用？这个故事在全世界流传甚广，但它的真实性一直有争议。牛顿本人从未在他的正式著作中提到过苹果。最早记录这个故事的人，是牛顿晚年的好友、回忆录作者斯蒂克利。他在1726年写道，牛顿亲口告诉他，万有引力的思考来自一颗掉落的苹果。2010年，英国皇家学会公开了这份手稿，证实了苹果故事确实来自牛顿本人的叙述。不过，牛顿并没有被苹果砸中头——他只是看到了苹果从高处落下。苹果没有砸到他，但砸中了他的思想。这个故事之所以被广泛传播，是因为它用一个极其简单的日常场景，解释了一个极其深刻的科学原理，让普通人也能理解万有引力的核心思想。 瘟疫结束后，牛顿回到了剑桥，但他的研究成果并没有立即发表。他性格孤僻，不喜欢与人争论。直到1684年，一位叫埃德蒙·哈雷的天文学家登门拜访了他。 哈雷就是后来用他的名字命名了那颗彗星的人。1684年，哈雷与胡克和雷恩在伦敦聚会，讨论行星轨道的力学问题。胡克声称自己已经推导出了平方反比定律，但拿不出数学证明。哈雷带着这个问题去剑桥拜访牛顿，问牛顿：“如果行星受到的引力与距离的平方成反比，那行星的轨道应该是什么形状？”牛顿立刻回答：“是椭圆。”哈雷惊讶地问他是怎么知道的。牛顿说：“我几年前就算出来了。”他在抽屉里翻了一阵，找到了一份旧手稿。哈雷看到后大为震动，他催促牛顿把完整的推导写出来。 在哈雷的催促下，牛顿开始系统整理他的研究成果。他用了不到两年时间，完成了三卷本的《自然哲学的数学原理》。全书分为三卷：第一卷讨论物体在无阻力介质中的运动，第二卷讨论物体在阻力介质中的运动，第三卷讨论宇宙体系，把万有引力定律应用于行星、卫星和彗星的运动。 但《原理》的出版并不顺利。牛顿把书稿交给了英国皇家学会，但皇家学会因为财政困难，拿不出钱来印刷。更麻烦的是，皇家学会的干事胡克声称，平方反比定律是他先发现的，牛顿剽窃了他的成果。牛顿愤怒到了极点，他甚至准备撤稿不出版了。哈雷看在眼里，急在心里。他决定自己出钱替牛顿出版这本书。1687年7月5日，《自然哲学的数学原理》拉丁文第一版正式出版，共印刷了四百本。没有发行仪式，没有媒体炒作，只有四百本厚重得几乎拿不动的书，静静地躺在印刷厂的仓库里。但就是这四百本书，改变了一切。 《原理》的伟大之处在于，它第一次用数学语言精确地描述了整个宇宙的运行规律。牛顿在书中提出了三大运动定律，也就是后来每个中学生都学过的牛顿三定律。第一定律是惯性定律：除非受到外力作用，否则物体保持静止或匀速直线运动。第二定律是加速度定律：物体的加速度与所受外力成正比。第三定律是作用力与反作用力定律。这三条定律，加上万有引力定律，构成了经典力学的基础。 更重要的是，牛顿把天体的运动和地面上物体的运动统一了起来。在牛顿之前，人们认为天上和地上是两套不同的法则。亚里士多德认为天体是由“以太”构成的，它们的运动规律和地上的物体完全不同。但牛顿证明，月球绕地球转的力，和苹果掉到地上的力，是同一种力——万有引力。宇宙不再是神秘的、不可理解的存在，它是一台精密运转的机器，遵循着确定的数学法则。这种世界观，深刻影响了此后三百年的科学和哲学。 《原理》出版后，牛顿立即成了欧洲科学界的传奇人物。他后来担任了皇家学会会长、皇家铸币厂厂长，并被安妮女王封为爵士。1727年，牛顿去世，享年八十四岁。他被安葬在威斯敏斯特教堂，成为第一位享受国葬的自然科学家。他的墓碑上刻着一行拉丁文：“凡世人者，皆当欢庆，如此伟大的人类曾经存在。” 牛顿对人类的影响是深远的。他把科学从哲学中分离出来，确立了数学和实验作为科学的基础方法。他的工作不仅改变了物理学和天文学，也深刻影响了哲学、神学、经济学乃至文学。牛顿的自然哲学体系，是启蒙运动最重要的思想资源之一。正如一位历史学家所说：“上帝创造了世界，而牛顿发现了上帝创造世界的方式。”英国诗人亚历山大·蒲柏为牛顿写下了著名的墓志铭：“自然和自然的规律隐藏在黑夜之中。上帝说：让牛顿来吧！于是一切都亮了。” 回顾今天的内容，艾萨克·牛顿是英国物理学家、数学家和天文学家，被誉为“近代物理学之父”。他在1665至1666年“奇迹年”期间奠定了微积分、万有引力和光学的基础。1684年，天文学家哈雷劝说牛顿系统整理研究成果。1687年7月5日，牛顿的《自然哲学的数学原理》在哈雷自费资助下出版。该书提出了三大运动定律和万有引力定律，统一了天体和地面物体的运动规律，奠定了经典力学的基础。《原理》的出版被公认为近代科学革命的标志。牛顿后来担任皇家学会会长和皇家铸币厂厂长，1727年去世，安葬于威斯敏斯特教堂。他的工作深刻影响了此后三百年的科学、哲学和思想史。 感谢收听今天的《历史的混响》，我是夕洋洋。下一期，我们要把目光从欧洲转回东方，看看中国历史上在位时间最长的皇帝——康熙。他如何平定三藩、收复台湾、抵御沙俄，开创了清朝的盛世？我们下期见。

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