牛顿传(3)

璃对光的散射率并不相同。
另外有一位法国教士叫伊格纳底斯·派迪斯也抨击了牛
顿。但是经过几次互相通信以后，派迪斯对牛顿道歉说，他
曲解了牛顿的理论。在这次遭受对他个人责难的时刻，牛顿
仍抽时间，有礼貌地、很得休地以科学家的风度复信给派迪
斯：“我认为探讨问题最可靠和最好的方法是：……首先对
事物的特性进行仔细研究……用实验来证实这些特性，然后
慢慢地来阐明它们。”
还有很多人抨击了牛顿。伟大的荷兰科学家克里斯·惠
更斯也对牛顿的工作提出了反对意见，笛卡儿和意大利人葛
立毛迪也都有抨击。特别恼人的是另外一位比利时人李纳斯
的批评。他是个不学无术的人，刊印了一些极为荒谬的言论，
攻击牛顿在光学上的成就。
牛顿憎恨这些无谓的争论。随着岁月流逝，这些东西对
他的压力也益发沉重。在1676年他写给奥尔登堡的信中，可
以清楚地看出他在思想上的烦恼：“我认为，我使自己变成
了科学的奴隶，但是我如摆脱了李纳斯的麻烦，我决心永远
和它告别（仅供自遣的除外），或者留待我身后发表；因为我
理解到一个人要下定决心不发表任*的东西，否则就要变
成为它答辩的奴隶。”
天性羞怯的圣三一学院教授第一次受到外界的打击。他
受到了伤害，受到了严重的伤害，尽管牛顿认为这些抨击对
他的工作只不过提出一点极不重要的反对意见。但他总是不
喜欢批评，而且也不喜欢扬名。前面所引他对奥尔登堡说的
那段著名的话，清楚地表白他再也不愿将他的名字和任何发
表他著作的出版物连在一起。使牛顿更痛心的是，居然有人
指责他剽窃别人的成果。
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在这困难时期，善于处世的巴罗多次与牛顿交谈，鼓励
并安慰他。他的同室老朋友、同房间的同学约翰·威金斯也
安慰他。牛顿不时回到荷尔泽普庄园宅第去，也多少解除一
些烦恼，使那篇第一次公开发表的论文引出来的争论不再萦
回于衷。
不过，外界给牛顿留下了深刻的伤痕。他决定不再为答
辩批评而浪费他宝贵的精力。他现在要独自工作，只要能
“自遣”便行了。在此后几年，牛顿也就不再与外界往来。
“我越少听到它越好。”他坚定地说，“何况我还有这
么多的事物要去认识……。”

58

第九章牛顿面对危机

从他好朋友的书信和转述中可以看到，此后几年里，牛
顿过的是典型的单身汉生活。他终生没有结婚；他生活中没
有慰藉，没有母亲的关怀；他对自己生活上要做的事，显得
笨手笨脚。他只是为他热衷的工作而生活。
从年轻时开始，他就从来不记得按时用餐，对自己的健
康也不注意。他喜欢服用他自己配制的家用药物，其中之一
是用橘皮煮汤，加糖代茶，在吃饭时服用。他晚间工作常常
熬过午夜，失去休息和睡眠的最好时间。在三十岁的时候，
他已有了白发。
牛顿在他朋友们中间有着良好的声誉，他是一个和蔼和
诚挚的人，在多方面能起到很好的影响。他愿意向学生提供
建议：在受到侮辱时该怎么办，他也愿意借给朋友——甚至
陌生人——一、二镑钱。大家知道牛顿一生对金钱是十分慷
慨的，他给亲戚朋友馈赠或借贷毫不吝惜。他自己花钱也很
随便，尤其舍得为科学设备而花钱。
诚然卢卡斯教授的席位和圣三一学院的主修课研究员这
两个职位的收入足够他用了，然而到1675年初，他在经济上
受到了威胁。
巴罗博士辞去了卢卡斯教授职位后，不久就被任命为圣
三一学院的院长。牛顿和其他关心圣三一学院的人都高兴极
了。在巴罗就任以前，学院的很多校规都没有严格执行。一
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些不良作风也就到处蔓延。巴罗要整治松弛怠忽现象，按
三一学院创建人原来的要求来管理学院。
问题是在他改革之初，巴罗就意识到迟早会影响到生
顿。在正常情况下，圣三一学院主修课研究员的任期通常为
七年。在这七年中，他要全面学习宗教课目，以便最后获得
神职而成为一个教士。事实上很多主修课研究员在大学的任
职远远超过这个期限；但他们宁愿领大学主修课研究员的薪
金过大学的生活，而不愿去当低收入的教士。
牛顿没有获得神职，而他的研究员七年任期快到了。这
样他只有依靠卢卡斯教授席位的薪金为生。按照恢复了的大
学校规，牛顿除非同意去取得神职，否则将失去主修课研究
员的职位。
巴罗知道自己的职责，但他还是有些犹豫。他并不想使
牛顿不快或中断他的实验。在想出办法从宫廷为牛顿架设今
日大家所知的“牛顿的阶梯”前，那位前任卢卡斯教授在学
校的广场里可是踯躅了不少夜晚。
巴罗知道，他在牛顿房间里所能看到的是：桌子上一份
几乎还没有动过的晚餐，一杯还满着的饮料。到处都是书和
成扎的笔记，牛顿本人则因为缺少睡眠惺松着眼睛，但仍然
坚持埋头研究某些问题。而且他的外衣上可能还有他在花园
实验室做试验时沾上的化学品污渍。
但是巴罗无可选择。终于到了那一天，他尽量婉转地告
诉牛顿，即使一个主修课研究员已就任著名的教授席位，在
七年任期满期，也得受有神职。
当牛顿听到这消息时，他感到非常烦恼。他没有立刻回
答，而是考虑了好几天以后才给巴罗答复。
巴罗也许心中早有准备。牛顿答复他说：“巴罗博士，
60

我不能受神职。别人也许应该走这条路。但对我来说，我相
信，不受教堂正式约束，我能为上帝服务得更好些。”
为什么牛顿不肯受神职呢？当然他是相信宗教的基本教
义的，因为他写过很多有关圣经和宗教问题的著作。显然，
牛顿在宗教生活上需要和在科学实验上同样的自由。
巴罗是理解的。他知道牛顿是个虔诚的宗教信徒，因为
他曾和牛顿一起长时间研究过基督教的早期历史。
“那好吧，牛顿先生。”圣三一学院院长说，“让我们
暂时不提这件事吧，我相信我们总会有办法的。”
巴罗博士是言必守信的。他向国王写了一份申请书，把
副本送给所有的有关当局，请求对牛顿这样一个杰出的人作
例外处理。毕竟查理二世本人也是科学爱好者，也许对牛顿
的事他会开恩的。
牛顿挑了个适当的时候去了伦敦，为的是听取宫廷的决
定。
牛顿在伦敦焦急地呆了五个星期，疑虑重重，不知国王
是否会同意这个作例外处理的意见。好多时间，牛顿是在那
些大人物的办公室外间等待着，因为他的申请需要他们的帮
助。
那时上流社会的伦敦，和讲究的宫廷生活，对这个剑桥
教授并没有什么吸引力。在宫廷里，不论穿着镶有花边褶纹
服饰的公子哥儿也好，或与他们一起的，穿着有裙环裙子的
贵妇人们也好，都不是牛顿那类的人。至于在漂亮客所的外
面，肮脏街道上的流氓、暴徒使正常市民在晚间外出受到威
胁。到处都有热闹的咖啡馆，里面挤满了各行各业的人士，
在交谈最新的社会新闻。
对这些，牛顿只是一个旁观者。他心中忧虑不安的是他
61

的申请书和留在圣三一学院未完成的工作。但是过了些日
子，这位剑桥教授惊喜地发觉到他的名字对人们已具有某些
影响。他想也许这次来伦敦是对的。以前在圣三一学院，他
太孤独了。他决定尽量利用留在伦敦的时间，以后回去再从
事他新的工作。
在伦敦牛顿第一次正式出席皇家学会的会议
他开始参加皇家学会每星期三的例会。学会秘书亨利·
奥尔登堡看见他太高兴了。不久之前，牛顿越来越为他的经
济忧虑，他曾稚气地写信给奥尔登堡要退出皇家学会。牛顿
62

诿说剑桥和伦敦的距离太远，不便参加每星期的会议。其实
牛顿是想节约每星期的会费。
奥尔登堡的心里却很明白。他怕牛顿失去这个会员资
格，他向学会建议：“……免收牛顿先生每星期的会费。”
结果不仅牛顿，还有其他人也免收了会费，其中包括牛顿的
,老对手罗伯特·胡克。
牛顿虽然成为学会会员已有好几个月了。但还是在他逗
留伦敦的时候，才第一次正式参加会议。奥尔登堡注意使他
会见每一个值得认识的人。看来他的名字受到了其他会员的
重视。牛顿为什么到伦敦来的消息很快就被大家知道了。各
方面都向他保证，查理二世会恩准他的申请的。
最后，在1675年3月12日，牛顿怀着十分感激和如释重
负的心情获悉，国王查理果真签发了一道敕令，允许牛顿在
就任卢卡斯数学教授时，可以不受神职而保留圣三一学院主
修课研究员的职位。
牛顿兴高彩烈地回到剑桥，告诉巴罗这个好消息——并
重新开始他的重要工作。
63

第十章‘牛顿在光学上的重要贡献

现在牛顿受到了很大的鼓励，继续从事他的工作。到
1675年末他写信给奥尔登堡，提出要给皇家学会送去另一篇
关于光和颜色的论文。皇家学会在12月收到了这篇重要的论
文。该文内容包含了很多牛顿对光学研究的主要成果。
然而，牛顿还是那个老脾气。在他进一步完成实验之
前，他不让奥尔登堡在学会的《会报》上发表这篇论文。但
是在以后皇家学会举行的两次会议上，宣读了这篇论文，受
到会员们的热烈欢迎。
这篇论文和牛顿往后在光学方面的论著，是对现代世界
有重大影响的重要贡献。
仅就牛顿发现的光谱而言，它已是科学史上最了不起的
事情之一。它对各个知识领域都起着促进作用。太阳光里存
在着黑线的发现——以德国发现者名字命名的夫琅和费①线
——直接导致对光谱的分析，从而使物理学、化学和天文学起
了一场革命。用一种叫做分光镜的仪器来分析远处的星光，
科学家可以知道构成星体的物质是什么，星体是朝向我们运
动还是背向我们运动，以及测量出它们离我们大概有多远。
牛顿是研究光谱的先驱者，他的研究启发了尼尔斯·玻
尔和其他研究工作者，他们随后对宇宙的构成物质作了不少
①夫琅和费(1787-1826)，德国光学物理学家。
64

解说。此外，十九世纪后期，梅克斯·普朗克的量子论在很
大程度上也要归功于牛顿最初的光谱研究。
牛顿不仅把反射望远镜原理应用在望远镜上，而且应用
在显微镜上。他还建议在使用普通折射型显微镜时，只用一
个颜色的光——单色光。这是现代实验室至今仍采用的一项
技术。
当牛顿在自己的反射望远镜里采用45度的金属镜时，他
发现金属反射镜镜面的反射效能必然很不完善。他想出了一
个办法。要不是这样，现代高倍数的双目镜是决不可能制造
出来的。道理很简单，他考虑到玻璃的折射能力非常强，因
而采用直角玻璃棱镜来折射光线，效果比金属镜要好得多。
牛顿还发现了具有重要理论意义的关于透明薄膜的彩色
现象，如云母片和肥皂泡等产生的彩色。有些材料的薄膜产
生的是某一组彩色，而另外一种薄膜产生的则是一组彩色。
他还用透镜放在离平板玻璃或其他透明材料的不同距隔处，
作这种色彩现象的观察试验。首先是一圈圈的彩色，接着出
现一圈圈黑色。这些交替出现的光环就叫做“牛顿环”，它
们对现代实验室的研究工作有着重要的意义。牛顿用来计算
这些光环的方法，至今仍为科学家们所沿用。
这类实验使牛顿作出最早的结论，一条特定的光线——
任何光线——在它直线传播的线路上的各点，表现的特性并
不完全相同，将存在一定的变化，牛顿称之为“阵发作用”。
他并不自诩已经理解光线存在的这种现象，但是他就这种现
象阐述了一个有关光的理论，而他同时代的几乎所有的科学
家都反对这个理论。
一般来说，牛顿认为光是由很小的粒子组成的，这些粒
子是从空间，象太阳、星星等发光体发出来的。这种“粒子
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说”有时叫“微粒说”，因为微粒子是很小很小的粒子。
克里斯·惠更斯是提出反对意见者之一。罗伯特·胡克
和别的科学家都赞成惠更斯的理论。惠更斯认为，光和声是
极为相象的波的运动。他说光波的各个不同部分可以引发无
限数的子波。以后子波又相互加强产生新的子波。惠更斯认
为，光就是这样传播下去的。
但是惠更斯认为，光波一定要通过某种特殊的介质来运
动，因为光能通过真空，所以他认为空气不是这种介，因
此惠更斯假设了一种能渗透一切的神秘物质，叫做“以太”。
假设光线是通过这种“以太”而传送的。现在的科学家认为
并不存在惠更斯设想的“以太”这种物质。
牛顿并不坚持他的粒子说是正确的。这一点表明了他对
科学的诚实态度。他甚至相信有一种自己所假设的“以太”，
但和惠更斯的那种“以太”不同。
以后，当牛顿年老的时候，他有位朋友告诉他，有些观
察到的天文现象，与牛顿的理论有冲突。牛顿回答说：“这
很可能。事实和实验是不容争辩的。”
这就是牛顿对待他自己和惠更斯在光学上两种不同学说
的态度。谁也不能坚持自己的意见，他知道，这两种说法都
可用来很好地解释光的性质。然而在以下两点他对波动说抱
怀疑态度：第一，不能证明神秘物质“以太”的存在；第二，
波动说很难解释光以直线传播的这个事实。
在他牛顿出生的十七世纪和十八世纪，牛顿在科学界的
影响很大，所以粒子说占了上风。但到了十九世纪，托马
斯·杨①和奥古斯丁·菲涅耳两人发现了光的新现象，使光
①托马斯·杨(1773—1829),英国物理学家,光的波动说的奠基
人人
66

的波动说又占了上风。
使人惊奇的是，近年来各国的科学家看来都同意光同时
具有粒子和波动的双重性质—一牛顿在十七世纪中叶曾作过
这个结论。
67

第十一章又是引力

从1676年到1679年，牛顿是静静地在圣三一学院从事他
自己的研究的。他仍旧回避社会。他给朋友们的印象好象是
他在做炼金术一类意义不大的事情，其实他过的是一种使他
内心非常兴奋的科学生活。
是的，牛顿在他草园里的化学实验室度过了不少光阴，
可是他讲的课却是他最感兴趣的课题。那时他正在和莱布尼
茨通信，讨论他的数学分析方法。他还参加大学里的各种活
动，而且开给深入研究圣经，这也许是受了巴罗的影响。
1677年给牛顿带来了双重悲伤。先是巴罗去世了，几个
月之后奥尔登堡相继去世。这两个人对牛顿各自有重要的影
响。寂寞的卢卡斯教授无疑地把他们看成为自己最真挚的朋
友的。
杰出而怪僻的罗伯特·胡克在1678年继奥尔登堡为皇家
学会的秘书。虽然他和牛顿过去有过分岐，但胡克于1679年
11月给牛顿写了一封很有礼貌的信，问他有什么科学发现，
可以送给皇家学会。尽管皇家学会的会员时常询问他工作中
的新发现，但牛顿有相当一个时期在科学上默不作声。
一个法国人莫桑第斯提出有关行星运动的新解释，胡克
以相当友好的态度写信征求牛顿的意见。
牛顿为表示在他一方也不存在什么戒心，便友好地回答
了胡克。他不但表示了自己对莫桑第斯行星理论的看法，并
68

且决定给胡克提供一个科学上的小难题，以此来与胡克“和
解”。按牛顿想法，胡克和他都爱思考问题，这也许会使学
会感到高兴的。
这是关于地球在自己的轴心上每24小时自转一圈的问
题。这个问题不平凡的地方是没有人提供过地球转动的直接
证据——人们只是用观察太阳和星星位置的变动来提出间接
的证据。
牛顿当然知道，当地球自转时，所有的东西都和它一起
转——人、房子、树木和海洋等等。但是这一假设又怎样和
地球表面上表现的静止状态区分开来呢？假使将一只球垂直
向上抛，它会落回到抛掷者的手里；假如谁向空中垂直跳
起，他将径直落回原来的起跳地点。所以会这样，是因为引
力的缘故。引力象是以直线将物体吸落的，这根垂直线如果
延长下去，将会到达地球的中心。
牛顿问：有什么直接证据可以说明，地球表面的东西确
实以每小时几百英里的速度在沿着一个大圆圈转动呢？看上
去，地球上一样东西也没有在转动，因为所有的东西都在同
一个体系里运动着。
但是一个距地面很高很高的物体，由此离地球中心也更
远，情况又怎样呢？假设在一根垂直向上延伸好多英里高的
旗杆顶上安放一块石头，又是怎样的呢？很明显，在同一时间
内，旗杆顶上的石头一定要比站在旗杆下面的人转得更快，
走过的圆弧长度更多。同样可举一个例来说明，一部开动的
汽车，它的轮胎的胎面要比靠近*中心的壳盖边转得快，
转得远。
按牛顿的推理来说明旗杆例子，假定那块石头突然从旗
杆顶端下落至相距很多英里的地面，这块石头不会笔直落在
69

它下面的地上。如牛顿信中所说，它“不会垂直地下落……
而要超出一部分地面，会朝东一点……下落线呈螺旋形
状……。”
牛顿在给胡克的信中继续解释说，石头在下落之前，它
的圆周速度比直接在它底下的物体要快；因为地球是自西向
东转动的，那块速度超过底下地面的石头的落地点将在它和
地球中心之间的直线以东。

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地球自转证明：在北纬某处的落体会掉
在所在纬度的东南
胡克收到牛顿的信，对这个建议作的实验着了迷，以致
他在学会的一次会议上宣读了牛顿这封信。会员们马上提请
70

胡克亲自来做这个实验。做实验时，胡克非常仔细地研究了
这个问题，得到的结论证明牛顿并不完全对
胡克的结论是正确的。如果石头是在地球赤道上某个点
,牛顿的点是对的，确实无可。然而，假如是
落在北半球的一个点上，譬如说在伦敦，情况又怎样呢？在这
种情况下，胡克说，石头的落地点不但要朝东一点，而且还
要稍朝南一点——或说朝东南一点。胡克还进一步主张，这
一落体并不按牛顿所说是螺旋形下落，而是呈椭圆形状下落
的。
尽管牛顿和胡克事前说定，如果他们中间有不同意见，
也将保留在他们两人中间，不对外公开。可是胡克却克制不
住，不愿放过出牛顿洋相的好机会。在学会的下一次会议
上，胡克指出了他认为牛顿是错误的地方。
当具体做实验时，落体确如胡克所指出的，朝东南方向
下落。于是这位学会秘书充分利用这个机会来证明：牛顿不
懂引力的真正规律。
牛顿当然对胡克不满，同时也对自己计算的粗心大意生
气。他写信给胡克爽快地承认了自己的错误。是的，在伦敦
附近，这样一个落体会朝东南方向垂落，然而牛顿怀疑胡克
不能加以证明，尽管他的椭圆形路线的说法也是正确的。
关于这一点，牛顿是这样说的：“虽然他（胡克）纠正了我
的螺旋形路线，引起我发现了后来我用以研究椭圆路线的原
理。然而我并不感激他对这一问题有什么启发，倒是要感谢
他把我从别的研究上转过来思考这些事……。”
是的，胡克得到了暂时的胜利。但这件事却引使牛顿作
一系列独自新的思考。这些思考最后产生了他的伟大著作
《原理》第一编。
71

胡克自己不能证明他自己所述的观点，事实上牛顿是直
正的发明者，因为牛顿能提出数学上的论证，证明物体在地
球引力作用下，向一点运动时，引力与该点距离的平方成反
比，运动可描绘成具有一个焦点的椭圆轨迹，其焦点位于引
力的中心。在石头这个例子上，地球中心就是这个椭圆轨迹
的焦点。
这位天才的牛顿为宇宙间最重大的定律之一首先提出了
论证。现在需要他继续前进并完成有关太阳系的全部学说。
然而牛顿怎样做的呢？还是按老习惯，用他自己的话，
他“在进行其他研究，便把这些计算扔掉了。”“扔掉”——他
可能是指他把这些震动世界的笔记塞进抽屉，并把它们忘掉
了。在那时他正专心研究适用于金属镜子的一种合金。
难道这种合金比那些他未来盛名所倚的上述计算笔记还
重要吗？无疑是这样，因为这些笔记一直被搁置一边，直到
大约五年之后，一位年轻的天文学家埃德蒙·哈雷向他求
教，他才重新拾起来。
72

第十二章咖啡馆的打赌

即使罗伯特·胡克又引起了牛顿对引力问题的兴趣，但
还有一个没有解决的问题一直困惑着牛顿。他不能忘记在荷
尔泽普时，未能阐明在地球引力作用下的月亮运动，他的计算
有百分之十五的误差。
虽然当时最优秀的科学家都在关心着行星是怎样运动
的，但是牛顿困惑的却是月亮的运动。他不断地自问：“我
连月亮怎样绕地球转动也不能作出正确的解释，又怎能来解
释行星的运动呢？这两者的原理必然是一样的。可是我先前
的计算有错误，那我就没有权利把我的万有引力原理称之为
解释行星运动的原因。”
如我们所知，由于种种原因，牛顿没有算出地球半径的
正确数字。1666年他个人在荷尔泽普时把地球的纬度每度取
值为60英里，但照法国人皮卡德算出的正确数字却比此数多
得多，为69.1英里。
最后，在1682年——约十六年以后，牛顿了解到皮卡德
的测算结果。这年6月，皇家学会的一次会议，讨论到皮卡
德的成果。牛顿立刻理解到，他新的数据可能正好说明他的
错误所在。他兴奋极了，急忙赶回剑桥去重新计算他在荷尔
泽普计算的数字。当他进行重算时，他越来越感到这个新答
案是正确的。他实在太兴奋了，不得不请来他的一个朋友来
帮助完成这一详细运算。
73

牛顿现在对真谛完全清楚了，把苹果吸引到地面的力和
吸引月亮绕地球运行的力是同一个力。而且他发明了用来解
答行星绕太阳运行这个更重大问题的数学计算方法。
到1682年中叶，牛顿根据他的距离平方反比定律作了这
些极其重要的计算——一个行星距离象太阳那样的一个中心
两倍远，感受的引力影响是四分之一，等等。那么这一个环绕
吸引力中心——太阳运转的行星，它的行程线路，即轨道，
又是什么形状呢？
牛顿最后求出了答案。他的方程式表明行星的运转轨道
一定是椭圆形的。
牛顿解决了天文学中一直无法回避的一个最重大问题。
但是他又是怎样处置这个解答方案的呢？他有没有急匆匆地
去告诉皇家学会呢？他有没有打算去发表他的新发现？两者
牛顿都没有做。他没有告诉任何人，把计算和其他的一些笔
记一起塞进了抽屉。问题已经解答，不再使他有兴趣了。
但幸亏另有三个人也在设法解答这个问题：克利斯托芬
·雷安爵士，埃德蒙·哈雷①和牛顿的老对手、皇家学会的
秘书罗伯特·胡克——这对科学可是件幸事。
1684年1月的一个下午，上面所说的三个人在伦敦的一
个热闹的咖啡馆里会面讨论这个问题。三个人中年纪最大的
是克利斯托芬·雷安爵士。他可能是那时最知名的建筑师，
也是一个很好的数学家。他在1666年鼠疫流行时的一场大火
之后，就计划着伦敦的重建工作。1670年以来，他一直从事
于他最得意的杰作，建造伦敦著名的圣保罗教堂。
①哈雷(1656~1742)，英国天文学家，曾任格林尼治天文台台长，
他首次利用万有引力定律推算出第一颗彗星的轨道，并预测它以约76
年为周期绕太阳运转，这颗彗星后称为哈雷彗星。
74

哈雷比牛顿小十二岁，他很快赢得了杰出天文学家和数
学家的声誉。除了对彗星运动有重要的贡献外，他对引力问
题也深感兴趣。就在该月初，他从开普勒第三定律计算出了
太阳的引力影响是按照与距离平方成反比的定律变化的。差
不多同时，胡克也得到了同样的结论。这两个人最后也完成
了牛顿在1666年早就完成的东西。
哈雷对自己的发现很兴奋，他邀约会见那两位年长者。
因他不能解决一个更大的问题——一个运动着的物体，譬如
说行星在引力作用下运动时，将循着什么样的路线运动。哈
雷急切地把这个问题向这两个人提出来。
克利斯托芬·雷安爵士虽然有极敏捷的数字头脑，但他
只是耸耸肩，承认自己没有办法解答哈雷提出的问题。事实
上，他也时常在思考这种物体的运行轨道，但是没有得到答
案，更谈不上什么论证了。
常常故弄玄虚的胡克避而不答。他说支配天体运动的定
律是可以完美地论证的，而且他已经做了。可是胡克是否已
经进行这项论证，是很值得怀疑的。他虽然很杰出，但很爱
虚荣。他也许在推话，以便争取时间来作出解答。
那时克利斯托芬·雷安爵士举起手来要求停止谈话，并
建议打一个友好的赌。他规定以两个月为限，不论胡克或哈
雷如能就这个问题作出解答，而且能提出数学论证，他将给
获胜者以奖赏。
“谁先提出论证，”雷安爵士说，“他不仅可以赢得很
高的荣誉，而且我将送他一本价值四十先令的书。”
今天一本价值四十先令的书作为解答一个天文学上的难
题的奖励实在是太少了。但在牛顿那个时代，四十先令是一笔
很可观的钱，而且书是非常被珍视的。
75

雷安爵士提出著名的“咖啡馆的打赌”
容易激动的胡克接着又大声说：
“我已告诉你们，我早已有了答案。”皇家学会的秘
书坚持说，“但答案一定要保密一个时期——让别人去试试，
碰碰壁，到那时我再公诸于众时，他们就会知道它具有多么
重要的价值的。”
冬去春来，春去夏来，但胡克并没有兑现他夸下的海口。
到了8月份，哈雷等得不耐烦了，决定去找英国另一位可能

解答这个问题的人——伊萨克·牛软。
于是他前往剑桥，向牛顿直接了当提出这个问题。“先
生，当一个行星受到与距离平方成反比递减的引力吸引，它
的运行路线是怎样的呢？”
牛顿立刻毫不迟疑地回答：“椭圆形。”
“但是，”哈雷又反问，“你是怎么知道的呢？”
“因为我曾经计算过。”牛顿简单地回答。
哈雷怔住了，他立刻要求看看牛顿的计算。当然这些就
是在五年前被牛顿“扔掉”的计算。这些计算被“扔掉”后
便不知去向，他无法在他的乱纸堆中找到这份原始数据。
牛顿向这位年轻人哈雷道歉，并且答应把论证重新计算
一遍，随后给在伦敦的哈雷送去。
牛顿信守诺言，在哈雷访问剑桥三个月之后，就把他重
新计算的数据送给了哈雷。这位年轻的天文学家高兴极了。
他认为这是天才的杰作。牛顿的天才被埋没得太久啦。为了
全人类的利益，这个成就如同牛顿的其他成就一样，应当发
表出来。
当哈雷不久再访问牛顿的时候，还有更使他惊奇的。牛
顿偶然提到他准备写的《论运动》的概要。这论文的题目叫
做《论物体的运动》。
哈雷浏览了文稿，惊奇极了。这里不但对行星的椭圆形
轨道有详细的解说和论证，而且把这些论据扩大运用到宇宙
空间的物体上去。于是哈雷开始他个人的奔走，让科学界都
了解牛顿的名字和著作。他敦促、恳请、说服牛顿马上把
《论运动》一文送给皇家学会。这位年轻人的热忱引起了牛顿
的兴趣，甚至使他感到高兴，便一口答应了。1684年12月10
日，论文在皇家学会宜读时，倍受赞赏。
77

这只是个开端。对自己的成就并不为意的牛顿现在遇到
了知音——他本身是一位杰出的数学家和天文学家——他完
全理解到牛顿著作的极端重要性。埃德蒙·哈雷是属于历史
上这种罕见的人——就个人的成就已是一个伟大的人了，然
而还乐于承认别人比自己更伟大。

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第十三章牛顿开始了《原理》的工作

牛顿四十二岁，正处于他科学创造才华的顶峰。主要在
给雷和皇家学会别的会员的敦促下，于1685年，他开始撰写
一部一直被誉为个人智慧无比伟大结品的书
牛顿这部杰作的全名是《自然哲学的数学原理》。科学
家们及行外人都把它简称为《原理》。
在中世纪甚至以后一个时期，科学家们由于各种迷信的
说法，认为“7”这个数字有特别的意义。牛顿的“幻数”
似乎不是7，而是18。他在荷尔泽普的惊人创造性期前后共
约18个月。他写《原理》这部伟大作品也只花了同样短的时
间——18个月。
牛顿脑海里充满着二十余年来对他原来的科学设想探索
的成果。他现在要把它们全写出来。他把全副精力投入了这
种艰巨的工作。
牛顿对工作的紧张程度使哈雷、雷安和别人都为他的健
康而担忧。牛顿是这样的一个人，一件工作一上马，便不顾
一切，一定要一口气把它完成。1685年的下半年和1686年那
一年，牛顿的生活内容就是论证、定理、命题、方程式、原
理、精确的图表。
我们有幸能知道牛顿写作《原理》时的一些个人生活的
细节。在1683年，牛顿聘用了一位名叫汉弗莱·牛顿的人做
他的秘书。虽然汉弗莱·牛顿凑巧也是从伊萨克·牛顿早年
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读过书的格兰瑟姆村来的，但他们没有亲关系。《
原稿是汉弗莱·牛顿从牛顿乱七八精的笔记中写来
印刷者的。这位青年秘书后来追述了天才牛顿写这部
品时的一些情况。
牛顿在写《原理》，他的秘书回忆说，他从未看到这位
伟大的思想家笑过
汉弗菜·牛顿回忆说,他从来没有看到牛顿笑过。他还
写道：“他非常和蔼可亲，稳重而谦逊，从来不发脾气，总
是在沉思，神色温润……。”牛顿很少运动和娱乐，把所有
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的时间都花在工作上。
“他吃饭很不经心。”汉弗莱回忆说，“不，他常常忘记了
吃饭，以致我走进他的房间，发现饭菜还未动过……。他经
常要到翌晨二、三点钟才睡觉，有时要到五点或六点……”。
汉弗莱·牛顿还回忆说，当他提醒这位卢卡斯讲座教授
忘记吃饭了，牛顿会吃惊地反问：“我没有吃过吗？”然后
拖着脚步走到桌子跟前，站着心不在焉地随便吃一点食物。
汉弗莱的笔记上还写着：“我说不上到底有没有看到过他一
个人在桌前坐下来吃饭。”
牛顿的秘书也从来没有看到牛顿毫无节制地喝葡萄酒或
啤酒之类的饮料。除了假日，他很少到饭厅里去用餐，而且
即使去，如果他心不在焉，他也会不修边幅，穿着磨掉后跟
的皮鞋，袜子也不系好……头发也很少梳。”
从这些回忆中，我们可以得出这样一个形象：他专心致
志于工作，沉浸在研究中，不理睬、也不关心周围的事物。
牛顿常常在花园里散步，但会忽然停下来，奔回楼上——甚
至不待坐下，就匆匆记下想到的东西。
在写《原理》期间，他也有调剂精神的重要活动，那就
是他的炼金术活动。他主要关心的是把别的金属变成金子。
他的实验室建在靠近圣三一学院大门的花园的一角。
为了做他热爱的实验，他需要炉子。他自己动手用自制
的砖砌炉子。牛顿的秘书回忆说：“那时期他曾在实验室里
大约有六个星期，炉火日夜不熄，他守一夜，我守一夜，直
到他做完化学试验为止。”
牛顿对炼金术的极大兴趣，以及他留下来的长期辛勤记
下的笔记，引使许多学者猜测：牛顿是否隐约地在怀疑宇宙的
本质包藏在他正做着实验的化学物品里。
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喜欢“炼金术”的牛顿在他花园实验室里工作
当然牛顿力求从平常的金属里得出来的不单是金子。事
实上，牛顿是否在怀疑，这些变化会释放出一种巨大的，象
现在我们称之为核能之类的能量来呢？
他很有可能有象上面所说的那种怀疑。在他秘书的回忆
中有这么一段：“我看不透，他的目的研竟是什么。但他在
那些时候付出的辛勤劳动使我相信，他在探索当时人类的技
术和工业尚未达到的方面。”
同时，牛顿正着手完成他艰巨的任务。他必须清楚地说
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明和正确地回答很多科学问题。他连着几夜在房间里踱来踱
去，他明白他必须圆满地解决五个问题。
下面就是这五个问题：
1.他必须说明，在运动着的物体假如没有受到外力作用，
它将保持匀速，直线方向运动；如果速度或方向发生变化，
其变化与外力或合外力成正比；
2.他必须讲清楚是什么力促使行星的运转，而且必须证
明作为依据的数学定律；
3.他必须证明确实存在的引力，尤其要闸明地心引力对
月亮绕地球运转的影响作用；
4.在把引力定律运用到行星的运动上时，他必须将其与
早前开普勒的某些数学表述令人信服地结合一起，而且必须
拿出强有力的数学论证；
5.他必须设法把整个太阳系放到万有引力定律更大的范
畴中去解释。他还必须闸明彗星、卫星以及潮汐的巨大运
动。
在进行这项伟大的工作时，牛顿不须依赖从前天文学家
的观察资料。在好几年前，他就和杰出的天文学家约翰·弗
拉姆斯蒂德就彗星运动问题互通信息。
约翰·弗拉姆斯蒂德早在二十九岁时，就被查理二世任
命为宫廷天文学家。以后当著名的格林威治天文台建立时，
弗拉姆斯蒂德又被任命为皇家天文学家。弗拉姆斯蒂德给牛
顿提供了关于土星的轨道、土星和木星的卫星以及潮汐方面
的最新信息资料，但是后来他们两人发生了争吵。
在写《原理》的时候，牛顿认为在逻辑上不是一部书，
而是三部书。《原理》的第一卷很快地完成了，因为这一卷
就是他以前《论运动》一文的扩充。到1685年中期，第三卷
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写好了。然而第三卷却困难得多，因为在这一卷里，牛顿要
有行星运动和其它各种天文观察数据（就象弗拉姆斯蒂德
的种资料而且要使这些数和他的理配称
在第二年的四月，埃德蒙·哈雷在皇家学会上宣布说
“牛顿先生有一篇无与伦比的关于运动的论文即将写好以备
出版。”事实上，第一次送给学会的只是第一卷的手稿，学
会立即承认了论文的重要性，并请哈雷去接治有关印刷出版
的具体事宜——这次不是刊印在学会的会报上，而是作为单
行本出版。
在五月里，学会的下一次会议作了决定：“牛顿先生的
论文立刻付印。”可惜当学会清查所存的经费时，发现已不
足支付牛顿著作的出版费用。因为上一年学会出版了一本有
关鱼类的书，把钱都花光了。
又过了一个月，什么动静也没有。在牛顿一生中，这时
又发生了一件历史性的古怪事。一本很快就会过时的关于海
洋生活的书却正被通过，用很多经费予以出版——在牛顿时
代认为这本书是没有多大价值的；而伟大的《原理》虽然包
括了宇宙的基本规律——它不论在当时和现在都是同样正确
的，其手稿却躺在那里盖满着灰尘。
无私的哈雷不忍让他朋友的这部杰作不得问世。他和学
会的会员商讨，结果学会对牛顿的手稿作了一个异常的决议：
“哈雷先生将负责掌管这部著作，由其筹划自费出版。”
不管要付出多大的代价，哈雷决心使他朋友的心血公诸
于世。哈雷，这位年轻的天文学家并没有多少钱，他这样自
愿付印刷出版费，更显得不平凡了。虽然后来他自己也赢得
了荣誉，并且获得了皇家天文学家的高职位，但在1685年，
他一点也不富有，他还有妻子和家庭的负担。即使哈雷一生
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