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第5章 和諧的世界(4)

事情的發生是因為開普勒寫了一本科學小說來闡述和普及科學,這本書叫做《夢》。他想象了一次月球旅行——那些太空旅行者站立在月球上,觀察他們頭頂上美麗的地球緩慢地旋轉著。通過改變我們的觀察角度,我們就可以理解宇宙的機理。在開普勒時代,反對地心說的主要原因之一是人們沒有感覺到地球在運動。在《夢》這本書里,他盡力將地球自轉的原理闡述得深入淺出、通俗易懂。他寫道:“群眾是通情達理的,我要站在群眾一邊。因此,我十分耐心地向盡可能多的人解釋。”另一次,他在一封信中寫道:“請不要讓我單純搞數學計算這種單調的工作,給我時間從事哲理的研究吧,這是我唯一的樂趣。”

隨著望遠鏡的發明,開普勒的“月球地理學”的設想正在成為現實。他在《夢》中將月球描繪成布滿山巒峽谷和孔洞(即伽利略不久前用第一架天文望遠鏡發現的月球上的環形山)。他還想象月球上有人居住著,他們已經完全適應了當地的險惡環境。他描述了從月面上觀察到的地球緩慢旋轉的情形,并想象我們行星上的大陸和海洋會引起像“月球上的人”那樣的聯想——把在直布羅陀海峽的西班牙南端與北非的相互靠近想象成“一個穿著柔軟的衣服的少女正準備跟她的情人接吻”。但是,我覺得他們更像是在“碰鼻子”。

根據月亮上晝夜的長短,開普勒認為月球上氣候嚴酷,溫度變化懸殊。事實證明,他的看法是完全正確的。當然,他并不是事事正確。例如,他相信月球周圍有大氣,月球上有海洋,也有人居住。特別奇怪的是他關于月球上的環形山的起源的猜想。他說,這些環形山使月球看上去“像小孩子出天花的臉”。他認為,環形山是凹下去而不是突出來的。他這個觀點也是正確的。他從觀察中發現許多環形山四周突出,中心聳立著一座山峰,但是他認為這些規則的環形說明了一種級數,只有智能生物的存在才能解釋這種現象。他設想到從空中落下來的大巖石會引起月球的局部爆發,爆發物向四周勻稱地散開,結果形成了圓形的坑穴,這就是月球和其他類地行星上許多環形山和坑穴的起源。因此他推斷:月球上存在著某種能夠靈巧地建造那些凹洞的人類。這些人類為數一定很多,他們一個接一個地建造凹洞以滿足需要。針對“這樣的大建筑工程是不可能的”的觀點,開普勒列舉埃及的金字塔和中國的長城(這些東西現在我們可以從環繞地球的軌道上看到)加以反駁。開普勒的思想核心是,幾何級數反映了潛在的智能。他對月球環形山的論述預示了一場關于火星運河的論戰(第五章)。通過觀測的方法搜尋地球外的生命在發明望遠鏡的年代開始了,這是擁有最偉大的理論家的時代,這是舉世矚目的時代。

《夢》中有些部分顯然是作者的自述,例如,主人公拜訪了第谷,他的雙親是賣藥的,他的母親與妖魔鬼怪有交往,其中一個魔鬼最后還向她提供到月球旅行的工具。《夢》向我們清楚地表明(雖然它沒有向開普勒同時代的人表明):“應該容許人們在夢中偶然想象到知覺世界所不存在的東西。”科幻小說在“三十年戰爭”時代還是一種新生事物,因此開普勒的書被當做為指控他母親為女巫的證據。

正當開普勒面臨著嚴重的個人問題時,他趕到沃坦堡去看望母親。他那74歲的老母親被拘禁在新教區地牢里,還受到嚴刑的威脅(伽利略在天主教的地牢里也受到了同樣的威脅)。作為一個科學家,他很自然地立即就著手調查指控他母親行巫的原因,其中包括調查沃坦堡人將身體上的小毛病都歸咎于她的符咒的事件。他的調查是成功的,跟他的一生一樣,他的調查是理性對迷信的勝利。他的母親被放逐,永遠不得返回沃坦堡,否則處以死刑。正是由于開普勒勇于自衛,沃坦堡的君主才定下了不得在證據不足的情況下任意指控人們行巫的法令。

戰爭的動亂使開普勒基本上失去了經濟來源,他后來的生活很不安定,到處懇求幫助。他給沃倫斯坦君主算命,就像他曾經給魯道夫二世算過命那樣,最后在沃倫斯坦控制的一個西里西亞的市鎮——薩根——度過了晚年。他親自寫下的墓志銘是這樣的:“我過去測量天空,現在測量的則是陰影。我的精神跟天空密不可分,我的身體卻在地上安息”。但是,“30年戰爭”把它的墳墓湮沒了,如果今天要為他追求科學的勇氣樹碑立傳的話,碑文可以這樣寫:“他追求的是嚴酷的真理而不是美妙的幻想”。

開普勒相信,總有一天會有“宇宙帆船乘著天風”在空中航行,船上滿載“對浩瀚的太空無所畏懼的探索者”。今天,那些探索者無論是人類還是機器人,在廣袤無垠的太空中用來準確無誤地導航的,正是開普勒經過終生奮斗所發現的行星運動三大定律。

開普勒為了解行星的運動,為探索宇宙和諧的原理而奮斗終生,他的研究工作在他死后36年由牛頓推向頂點。牛頓生于1642年圣誕節,他母親后來告訴他,他出生的時候只有一點點大,可以裝進一個容量為一夸脫的杯子。牛頓體弱多病,感到缺少家庭的溫暖,脾氣暴躁,不愛交際,當了一輩子童男,但他卻可能是最空前偉大的科學天才。

牛頓從小就急欲解答虛幻的問題,諸如:光是一種物質還是一種偶然的事情?引力如何越過真空而起作用?等等。他很早就確信,基督教對“三位一體”的傳統觀念是對《圣經》的一種誤解。他的傳記作者約翰·梅納德·凱恩勒寫道:

他其實是梅莫奈茲學派的猶太教一神論者,他之所以得出這個結論,不是根據推理或猜測。而是完全根據對古代權威的理解。他相信天書并沒有為偽造的“三位一體”論提供證據,天神只有上帝一個。但這是牛頓終身竭力隱瞞的可怕的秘密。

和開普勒一樣,他免不了要受到當時迷信思想的影響,他也與神秘主義交鋒過多次。事實上,牛頓思想的成熟主要歸因于理性主義與神秘主義的沖突。1663年,當20歲時,出于好奇,他在斯特布里奇市集買了一本星占學的書,他想“看看書里到底說些什么”。當讀到書中談到的幻像時,他就讀不下去了,因為他對三角學一無所知。因此,他又買了一本三角學的書。但是沒多久,他發現自己不懂幾何學,結果又找了一本歐幾里得著的《幾何原本》開始讀起來。兩年之后,他發明了微分學。

做學生的時候,牛頓就被光迷住了,被太陽吸引住了。他不顧危險,經常目不轉睛地看著鏡子里太陽的映像:

幾小時之后我的雙眼無需望著任何明亮的東西,但是我還是看到太陽在我的面前。我不敢寫字,也不敢看書,我把自己關在房間里讓眼睛恢復過來,我整整三天呆在黑屋里,想盡一切辦法轉移我對太陽的想象,因為一想到太陽,我立即就會看到它的圖像,雖然我是在黑暗里。

1666年,牛頓23歲,在劍橋大學讀書。這時突然爆發了一場瘟疫,他只好回到與世隔絕的老家伍爾斯索普村閑居,在那里住了一年。他專心于發明微分學和積分學,對光的性質有重大發現,并為萬有引力理論打下了基礎。在物理學的歷史上,像這樣意義重大的一年,只有1905年——愛因斯坦的“奇跡年”可以和它相比。當問他是怎樣獲得這些驚人的發現時,牛頓籠統地回答說:“通過思考。”他的成就就是如此之重大,以致他劍橋的老師文薩克·巴羅在這個年輕人回校五年之后辭去了數學教授的職位,讓他來接班。

牛頓45歲左右的時候,他的傭人是這樣描述他的:

我從來沒有看到他娛樂或消遣過,他既不乘車出去兜風,也不散步,不玩滾木球游戲或做其他運動,以為凡是不用在學習上的時間都是浪費。他學習抓得很緊,很少離開自己的房間,除非是去講課……很少有人聽他的課,更少有人聽得懂,由于聽課的人少,他實際上經常是對著墻壁朗讀。

開普勒和牛頓的學生絕沒有想到他們的損失會有多大。

牛頓發現了慣性定律——運動著的物體在沒有外力作用的情況下繼續做直線運動。牛頓認為,如果沒有一種力量不斷改變月球的運動方向,使它的軌道成為近圓形,并把它往地球的方向上拉,那么,月球就會沿著與軌道相切的方向直線飛離軌道。牛頓把這種力量叫做重力,并相信重力在遠距離起作用。雖然在地球和月球之間沒有什么東西把它們聯系起來,但是地球卻不斷地把月球往我們這邊拉。牛頓應用開普勒第三定律,從數學的角度推斷引力的性質。他證明,將蘋果往地球上拉的力就是使月球沿著軌道運轉的力,也就是使當時剛發現的木星的衛星繞著那個遙遠的行星運轉的力。

自從開天辟地以來。物體都是往下掉的。人類有史以來都相信月亮繞著地球轉。牛頓首先發現上述這兩種現象都是由同一種力引起的,這就是“牛頓萬有引力”中“萬有”的含意所在。在宇宙中,這個引力定律到處都適用。

這是一個平方反比法則,即引力與距離的平方成反比。如果兩個運動物體之間的距離增加一倍,它們之間的引力則只有原來的四分之一,如果它們之間的距離是原來的10倍,它們之間的引力就比原來的引力小了100倍(102=100)。顯然,引力必須在某種程度上是逆向的,即隨著距離的增加而減少。假如引力是正向的,即隨著距離的增加而增加,最遙遠的物體就會受到最大的引力。那么我想,宇宙間的所有物質很快就會形成一個大宇宙團。不,引力一定要隨著距離的增加而減少。這就是為什么彗星或行星在遠離太陽時轉得慢,在靠近太陽時轉得快的原因——離太陽越遠,它們所感受的引力越小。

開普勒的行星運動三定律都可以從牛頓原理推導出來。開普勒定律是經驗的產物,是根據第谷的仔細觀測結果推斷的,牛頓定律則是理論性的,是很簡單的數學概念,根據這種概念,我們最終可以推導出第谷觀測的一切數據。牛頓對自己的定律引以為豪,他在《自然哲學的數學原理》一書中寫道:“我在此展示了宇宙的機理。”

后來,牛頓擔任了倫敦皇家學會會長(這是一個科學家的團體),還當了造幣廠廠長,他將全部精力投入到查禁偽幣的工作中。他那憂郁和孤獨的性格又開始作怪。他決心放棄驅使他與其他科學家爭論的科研工作(爭論的重點是優先權的問題)。為此,有人還說他得了相當于17世紀的“精神崩潰”癥。然而,牛頓繼續他在煉金術與化學之間的邊緣科學的畢生研究。最近有證據表明,他當時的疾病與其說是精神病,不如說是重金屬中毒——長期吸入微量的砷和汞所引起的金屬中毒。當時的化學家以嗅覺為分析手段是司空見慣的。

但是,他那驚人的智力經久不衰。1696年,瑞士數學家約翰·伯努利要求他的同事們解決一個懸而未決的“捷線問題”:在只受到重力作用的情況下,物體怎樣沿著不同高度的兩點之間的一條曲線下降最快。伯努利起先規定半年為最后期限,但是后來應萊布尼茨的要求(萊布尼茨是當時的主要學者之一,跟牛頓同時發明了微分學和積分學),將最后期限延長到一年半。1697年1月4日下午4點,牛頓收到這個要求。在他次日早晨上班之前,他又發明了一個嶄新的數學分支——變分學。他用變分學的原理解決捷線問題,并將答案寄了出去。他的答案出版了,但是根據牛頓的請求,沒有署名。然而,該答案所顯示出來的才華和創見卻暴露了它的作者。當伯努利見到該答案時,他說:“真是文如其人。”牛頓當年55歲。

在晚年時,他繼承了古代歷史學家梅內托、斯特拉波和埃拉托斯尼的傳統,主要從事校正古文明年代學的工作。在他身后發表的最后一本著作——《古代王國年代學修正本》里,我們發現他對許多歷史事件進行了校訂,復制了一幅所羅門圣殿建筑圖;大膽地提出北半球星座都是根據希臘故事《伊阿宋》和《亞爾古英雄傳》里的人物、人工制品和事件命名的觀點;堅持認為一切文明世界的神——只有牛頓自己心目中的神是一個例外——不過是后人加以神化的古代國王和英雄罷了。

開普勒和牛頓的發現代表了人類歷史上的轉折——發現十分簡單的數學定律滲透到大自然的各個角落;適用于地球上的規則,也同樣適用于宇宙;我們的思維方式與宇宙運行方式之間會產生共鳴。他們非常重視觀測資料的精確性,他們預測行星運動的準確性雄辯地證明:人類完全能夠深刻地了解宇宙。我們地球的現代文明、我們世界觀的形成,以及我們現在對宇宙的探索,與他們的洞察力是密不可分的。

牛頓對自己的發現持謹慎態度,他對科學界的同事們是毫不讓步的。在他發現負二次方定律之后,根本沒有想等一二十年之后把它發表出來。但是在遼闊無垠、錯綜復雜的大自然面前,他跟托勒密和開普勒一樣,既高興又謙虛。他在臨死之前寫道:“我不知道在別人看來我是什么樣的。但在我自己看來,我不過像是在海濱玩耍的小孩,為不時發現比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常更為美麗的一片貝殼而沾沾自喜,而對于展現在我面前的浩瀚的真理的海洋,卻全然沒有發現。”

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