牛頓的蘋果，到底是真是假？

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確有其事？

我們從小就聽說過這個故事。有一天牛頓在一棵蘋果樹下休息，一個熟透的蘋果掉下來，砸到牛頓的頭。牛頓恍然大悟，蘋果落地是受到地球引力的吸引，月亮圍繞著地球轉也是受到地球引力的吸引，行星圍繞著太陽轉是受到太陽引力的吸引……任何物體之間都會有引力相互吸引，他把這叫做萬有引力。牛頓因此發現了萬有引力定律。

這稱得上是科學史上最重大的恍然大悟，如果這個故事是真的話。那麼這個故事是真的嗎？如果牛頓當時把它寫下來，那當然是可信的。但是牛頓留下的手稿里並沒有關於這個故事的任何記載。我們只能去找二手的材料。

最早把這個故事寫下來發表的，不是英國人，而是法國哲學家伏爾泰。他在牛頓逝世那年（1727年）寫的一篇文章中提到，牛頓在他的花園裡散步的時候，看到一個蘋果從樹上掉下來，第一次想到了引力理論。當時伏爾泰雖然人在倫敦，但是並沒有見過牛頓，所以他不是從牛頓那裡聽說的這個故事。1733年，伏爾泰再次提到這個故事，但是只是泛泛地說牛頓看到了一個果實從樹上掉下。不過這回他提到他的消息來源，是從牛頓的外甥女凱瑟琳·巴頓那裡聽來的，已經轉了至少一道手。

凱瑟琳·巴頓的丈夫約翰·康丟特是牛頓當王家造幣廠廠長時的助手，牛頓晚年時與他關係密切，住在一起。牛頓死後不久，在1728年間，康丟特寫了一份手稿，講述牛頓在劍橋時的事迹。手稿裡面提到，1666年，由於黑死病流行，劍橋大學關閉，23歲的牛頓回到他母親在林肯郡的家。牛頓在花園中沉思的時候想到，讓蘋果從樹上落地的重力不限於在地球上，一定能延伸得更遠，一直延伸到月球，如果這樣的話就會影響到月球的運動，讓月球保持在它的軌道上運轉。在康丟特的敘述中，牛頓並沒有看到蘋果落地，而只是聯想到蘋果落地。

康丟特沒有說他的信息來源。由於康丟特是牛頓晚年最親近的人之一，他可能是親耳從牛頓那裡聽來的。也可能是從牛頓晚年的好友、《自然哲學的數學原理》第三版編輯亨利·彭伯頓那裡聽來的，他在手稿中提到了彭伯頓在1728年出版的《牛頓爵士的哲學觀》一書的前言，但是彭伯頓在該書中只是說牛頓於1666年在花園中獨坐時想到引力問題，沒有說見到蘋果落地。

牛頓生前好友威廉·斯塔科利倒是說了他親耳聽到牛頓跟他講了蘋果的故事。1752年，斯塔科利出版了《牛頓生平回憶錄》，裡面談到，在1726年4月15日（牛頓死前一年)，他拜訪牛頓。吃完晚飯後，他們坐在花園的蘋果樹下喝茶。在交談中，牛頓說，就是在這樣的場合，他從蘋果落地開始想到引力的概念：為什麼蘋果總是垂直地落到地上，而不是向上、向側或傾斜地掉落？由此他發現了萬有引力定律，並運用它來解決天體運行的問題，破解了宇宙之謎。

所以至少有兩人從牛頓那裡聽說了蘋果的故事，只不過牛頓並沒有說他被蘋果砸到——這個戲劇化的版本是後來在流傳過程中被添油加醋改編出來的。牛頓並沒有提到是哪一棵蘋果樹，不過他母親家的花園裡只有一棵蘋果樹，它就被當成了那棵給牛頓帶來靈感的聖樹。這棵蘋果樹在1816年被大風吹倒，重新種植後一直活到現在，成為英國的國寶。

牛頓的蘋果樹

研究停滯

有牛頓的親口講述，有樹為證，至少這個故事的簡單版本——牛頓看到蘋果落地而不是被蘋果砸到——應該是真實的吧？未必。從牛頓據稱看到蘋果落地，到他開始向別人講述這個故事，已經過去了60年，而在這60年里，並沒有牛頓講這個故事的任何記錄。如果這個故事對牛頓研究萬有引力定律如此重要，為什麼他要沉默60年，到快死了才開始向別人講述？

據說是蘋果垂直落地讓牛頓聯想到了地球存在引力，但是從古希臘時起，哲學家、科學家們就都認為地球存在引力，才會吸引東西掉到地上，牛頓並不需要通過看到蘋果落地重新發現引力。發現萬有引力的關鍵，不在於知道地球存在引力，而在於由此聯想世界萬物都存在引力，而這是從蘋果落地聯想不出來的。從牛頓聲稱他見到蘋果落地發現了萬有引力，到他在1686年寫成《自然哲學的數學原理》首次發表萬有引力理論，已經過了20年。既然在看到蘋果落地的時候就已經恍然大悟了，為什麼還要研究這麼長的時間才發表呢？

按照牛頓自己在1712年寫的一份手稿的回憶，他在1666年發現了萬有引力定律之後，就立即用它來計算月球的運行軌道，發現結果「非常好」，那麼為什麼當時不發表？按照彭伯頓、康丟特的說法，當時牛頓的計算結果其實並不好。這個計算需要用到地球的半徑，但是當時牛頓困在母親家中，身邊沒有關於地球半徑準確數據的資料，只是採用了以前地理學家和海員用來估計地球半徑的一個粗糙數據，即1緯度等於60英里（約97千米），算出的結果與預想的差別太大，牛頓認為除了地球引力還有別的因素在影響月球軌道，就沒有再繼續研究下去。

彭伯頓、康丟特的說法比牛頓自己的回憶可能更接近事實，但是同樣讓人疑惑。1667年牛頓回到劍橋之後，已有條件查到關於地球半徑更準確的數據（當時的數據是1緯度等於69.5英里），但是牛頓並沒有重新進行計算。牛頓很顯然知道這個更準確的數據，他在1672年編輯的一本地理學著作中就有這個數據。1672年，牛頓被選為王家學會會員，在牛頓參加的會議上，王家學會宣布測量地球半徑的一個重大進展：法國天文學家皮卡最近測得1緯度等於69.1英里。康丟特說牛頓獲悉皮卡的測量結果後，就重新用萬有引力公式計算月球軌道，得到了預想的結果。一般人也會預料牛頓這麼做。然而牛頓其實並沒有。彭伯頓說是胡克的一封信才讓牛頓重新想起研究萬有引力的問題，而這距離皮卡的發現又過了7年之久。

胡克的信

胡克對引力的研究軌跡倒是都有論文為證。他在1666年曾在王家學會宣讀過一篇研究引力的論文，1674年發表論文詳述他對引力的研究，提出了關於引力的3條假設，實際上就是定性描述了萬有引力定律。1679年，胡克寫信代表王家學會向牛頓約稿時，進一步提到引力的大小與距離的平方成反比。這就是彭伯頓說的那封信。也因為這封信，胡克在《自然哲學的數學原理》發表後，向王家學會指控牛頓的萬有引力定律是剽竊他的。牛頓則說，他本人早在大約20年前（1666年）就發現了這一定律，並寫信告訴了他人，並不需要從胡克那裡獲悉。後來牛頓勉強承認胡克的信刺激了他重新研究引力問題，並且承認胡克告訴了他一些他不知道的實驗結果。作為妥協，牛頓提出在《數學原理》的有關部分加一條註解，說明引力反比定律也被雷恩、胡克和哈雷獨立地發現。

1665～1666年牛頓被困在母親家中的那一年，被稱為牛頓的奇蹟年。他研究、解決了當年物理學的各個重大問題，包括發現運動定律和太陽光是混合光。天體運動問題是當時備受關注的物理學最重大問題之一，很難想像牛頓會不研究這個問題，而且對他來說，一旦研究這個問題，發現引力公式並不難，畢竟還有好幾個人也獨立發現了。他沒有必要從蘋果落地才受到啟發。所以牛頓說他在1666年就已經發現了萬有引力定律，很可能是事實。然而同樣是事實的是，他沒有發表其發現，此後他對引力問題的研究沉寂了十多年。也就是說，即便牛頓曾經因為看到蘋果落地而開始研究引力問題，那麼研究結果也被他自己否定掉了，與他在十幾年後重新發現、發表萬有引力定律沒有關係。蘋果落地對牛頓研究萬有引力所起的作用，還比不上十多年後胡克的一封信。

蘋果的意義

那麼為什麼牛頓要在晚年向人講述這個不知真假的蘋果故事？此時的牛頓雖然早已功成名就，被公認為最偉大的科學家，獲得了神一般的地位，但是早年被胡克指控剽竊的陰影並沒有就此消除。通過這個蘋果故事，他可以表明自己發現萬有引力定律與胡克無關。但是這個故事很可能還有更深層的涵義。牛頓是一個有很深的宗教情懷和神秘感的人。例如，儘管太陽光通過三稜鏡折射後，人眼一般只能分辨出6種顏色，但是牛頓堅持認為有7色，因為「7」是一個神秘數字，重要天體有7個，一星期有7天，音符有7個，那麼色彩也應該有7種。

同樣，在西方文化中，蘋果是一種神秘的果實，是伊甸園神話里上帝禁止人類品嘗的智慧樹的禁果。看到蘋果落地而發現萬有引力定律，就有了一種天降大命於斯人的神聖光環。人越老越需要這種光環。牛頓的這個故事無疑講得非常成功。今天大部分人都不會記得萬有引力公式，但是幾乎無人不知有一個蘋果砸到牛頓的頭，世界因此而不同。

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