牛頓到底有多牛?我們現在很難想像
牛頓有多牛,我們從當時人們對他的態度就能看出來。牛頓是第一個以非王室身份享受國葬,安葬於西敏寺的人,再往後享受這個殊榮的人要在一個世紀後才出現,那是拯救了英國的海軍軍神納爾遜。當時為牛頓抬棺的六個人包括一位公爵,三位伯爵和當時的大法官,整個倫敦全城為他送葬。
打開今日頭條,查看更多圖片就在當時,人們已經開始神化他了,法國數學家洛必達侯爵就對牛頓產生了對神一般的崇拜,他問英國人,「(牛頓)他吃飯么,喝水么,睡覺嗎?他和我們一樣嗎?」有類似崇拜情結的,還有著名科學家拉格朗日、啟蒙思想家伏爾泰等人,要知道這些人可都是以理性著稱的學者,結果也變成了牛頓的「腦殘粉」。
經過三百年,牛頓似乎逐漸走下了神壇,很多人甚至可能會覺得:我不認為他那麼牛,他有歷史的局限性。我們不應該以今天的科技水平衡量過去的成就。對於歷史事件或歷史人物,需要在一個放大的時空里看,對牛頓也是如此。
在中國,人們通常只是將牛頓看成是一個傑出的科學家,而在西方,大家認為他是開啟了近代社會的思想家,這兩點就有很大的區別。牛頓在西方社會裡的地位依然非常崇高。2000年,《時代》雜誌評選人類歷史最有影響力的人,牛頓排名第二,排名第一的是耶穌。
關於牛頓的生平我們就不多說了,這裡我們先說說他在科學上的主要貢獻,我將它們總結為這樣幾方面:
在數學上發現二項式定理,與萊布尼茨分別獨立發明微積分;
在物理學上,奠定了經典力學的基礎,定義了許多物理量,提出了力學三定律和萬有引力定律;
在光學上,提出了光的粒子說,發現了光譜,發明了牛頓望遠鏡;
在天文學上,利用經典力學和微積分,構建了當時最準確的天體運動模型;
在化學上,通過對鍊金術的研究,提出了原子論的原型,以及樸素的物質不滅定律的構想。
當然,牛頓最了不起的不在於發現了那麼多的知識點,而在於構建起很多龐大的學科體系,能夠建立起系統性學科的人當然非常牛。
在牛頓之前的數學是初等數學,在他之後才有了高等數學。初等數學和高等數學有什麼區別呢?這不僅僅在於前者容易,後者難,而在於它們看待世界的方式不同。
在物理學上,牛頓之前的人類雖然也掌握了很多力學和光學知識,但都是零星的知識點,經驗的總結,不成體系,有些結論甚至和非科學的沒有什麼區別,是牛頓完成了它們科學化的過程。建立一個學科體系,首要的任務則是定義清楚各種基本的概念。
在牛頓之前,那些最基本的物理學概念,包括質量和力,都沒有清晰的定義,甚至是相混淆的,比如人們搞不清楚力、慣性和動能的區別,質量和重量的區別,速度和加速度的區別。這些概念可能你在中學時也區分了很久才搞清楚,更不要說幾百年前的人了。
牛頓定義了經典物理學中的這些最基本的概念,然後在此基礎上,才提出了力學三定律,進而搭建起整個物理學的大廈。牛頓的工作重現了當年歐幾里得構建公理化幾何學的過程,再次向世人展示了構建一個學科體系的方法。在牛頓之後,各門自然科學都開始從知識點向體系化發展了。
類似地,在光學方面,牛頓提出了完整的粒子說。此前雖然人類對於光、顏色和視覺的研究歷史悠久,但是缺乏定量、系統的分析。牛頓建立起完整的光學體系,用各種實驗證實了他的理論,並且用理論解釋了光學的各種現象。有了完整而可以重複驗證的學說體系,人類對規律的認識才可能從自髮狀態進入到自覺狀態。
在天文學方面,牛頓通過萬有引力定律闡釋了宇宙中日月星辰運行的規律,也從理論上解釋了他的前輩開普勒的行星運動三定律。
這件事情對人類的認知意義很大,因為從此之後,宇宙中星體的運行和各種天文現象都可以變得可預測了,人類從此有了非凡的自信心。
與牛頓同時代的科學家哈雷,利用牛頓的理論,準確地預測出一顆彗星回歸的時間。雖然他本人沒有能夠等到它的歸來,但是73年後,彗星真的回來了。這顆彗星也因此以哈雷的名字命名。
在牛頓之前,幾乎所有的科學發現都需要先觀察到現象,才能發現規律,在牛頓之後,很多發現則是先通過理論的推導,預測可能觀察到的結果,然後再通過實驗證實。
你可能注意到了,我在前面的敘述中,用了很多「從牛頓以後」這樣的表述,以上所說的科學領域都以牛頓為分界點開啟了新的紀元。但是,牛頓的貢獻還不止於此,他在思想領域最大的成就是將數學、物理學和天文學三個原本孤立的知識體系,通過物質的機械運動統一起來。因此,牛頓和當時其他科學家們一起,確立了一種新的世界觀,就是機械論。
簡單地講,機械論認為我們的世界是客觀物質的,是確定的,是可以認識的。物質世界的變化,我們看到的各種現象都可以用各種機械運動來描述,而人類則可以通過對世界的研究,發現那些運動背後確定的規律。
這些描述雖然你今天聽起來覺得有些絕對化,但是在人類的進步過程中,這是一次巨大的飛躍。因為在牛頓之前,人類搞不清楚世界上各種事情是怎麼回事,於是就把自己能力所不及的原因都想像為神的作用。
這就如同今天還有些人相信金字塔是外星人造的一樣。但是牛頓等人,給了人類這個自信,從此人不再是匍匐在神的面前,而開始相信自己。這也是為什麼西方對牛頓的評價如此之高的原因。
詩人亞歷山大·波普在拜謁牛頓墓時寫下了這樣一句著名的詩句,「自然和自然律隱沒在黑暗中;神說,讓牛頓去吧!萬物遂成光明」。這其實就反映出人類在牛頓之前和之後對世界態度的變化,在那之後,人類不再覺得自己身處不可知的黑暗了。
從歷史的必然性來看,牛頓的出現不是偶然的,與他同時代的英國出現了一大批頂級科學家,包括胡克(彈性定律的提出者)、哈雷、波義耳和惠更斯(生活在英國的荷蘭人,牛頓選定的繼承人)等人。
哈雷和胡克等人其實也注意到了行星圍繞太陽運動需要一種向心力,即來自太陽的引力,只是這些人沒有能力完成理論的建立罷了。不過,如果沒有牛頓,可能用不了多久,也會有科學家發現萬有引力定律。事實上,哈雷參與了牛頓《原理》一書的出版,並且是該書第一版的出資人。這些事實說明了科技發展的必然性。
從歷史的偶然性來看,牛頓非常幸運,用法國大數學家拉格朗日的話講,「牛頓是那麼地幸運,因為發現並建立一個宇宙系統的機會只能有一次」。因此牛頓可以講是生逢其時。在牛頓之後,世界上還有很多偉大的科學家出現,但是以一己之力構建多門學科大廈的機會不會再有了。
牛頓最偉大的地方在於他通過確立機械論,讓人類有了空前的自信。我們今天遇到問題時,不是求助神,而是通過自己的努力解決問題,並且相信問題一定有答案,這種自信來自於牛頓的年代。