上帝說：有牛頓，全都亮了

數百年前的智慧，改變今日的科技……這本影響力貫穿數世紀的書——《數學原理》(PrincipiaMathematica)【艾薩克．牛頓(IsaacNewton)】，把人類帶上月球，真實的改變著我們現今所居住的世界…自然，以及自然的法則隱藏在夜間：「『上帝說有牛頓！』一切就都亮了。」這是傑出詩人亞歷山大．波普（AlexanderPope）的一句詩句。這位生前顯赫一世的詩人就用這句詩，將大伙兒對於牛頓一生功績的看法做了一個總結。直至今日，牛頓的名望和重要性未曾稍減，而且即使他說過以下的名言：「我之所以能看得更遠，那是因為我站在巨人的肩上。」卻還是有許多人，包括愛因斯坦在內，視他為絕無僅有的巨人。牛頓不但是第一位發現並驗證了運動三大定律的人，也是首位針對光的各種準確屬性做出揭示的人。他運用數學方法，發現並且證實了萬有引力定律（thelawsofgravity），這個定律不但架構出，也支配了我們在地球上的生活。他定義了空間和時間，並且解開天上星體及其運行的奧秘。他提供給我們知識，教我們如何脫離人類目前所居住的這個地球，向外太空發展。他讓新科技得以建立。時至今日，這些科技仍然不斷塑造出人類生活模式。他所編纂，並且親自示範說明的科學方法，我們一直到今天都還沿用不輟；他把思想結晶化成幾本著作，而其中最重要的，就是在一六八七年所出版，常被簡稱為《數學原理》的《自然哲學之數學原理》（PhilosophiaeNaturalisPrincipiaMathematica，簡稱《原理》，Principia）。在劍橋大學三一學院（牛頓就讀的學院）雷恩圖書館（WrenLibraryinTrinityCollege）收藏著《數學原理》的第一個版本。這是一本不甚起眼的書，厚約六至八吋，皮裝，重約三磅，約五百一十二頁，書中用拉丁文寫滿了各種數學問題、計算和圖解。內容分成三部分，書封和第一卷之間有這位來自林肯郡（Lincolnshire）的學者畫像。這位文盲農夫唯一的兒子測度出我們這個世界應有的樣貌。聰明又怪異的個性……　自製玩具，還拿牙籤戳眼睛做實驗據說牛頓生時，家住靠近格藍安（Grantham）的烏爾索浦（Woolsthrorpe）。一六四二年的聖誕節他出生時，父親才剛過世三個月，家境非常艱難。三歲時，母親和離家不遠的牧區里一位有錢的聖公會牧師同居。以後的八年，他由外祖母阿斯考（GrannyAscough）扶養長大。牛頓小時，形單影隻，身體瘦弱，但只要一有了靈感，或碰到有人指導，牛頓就會自己製造玩具。那時農莊里老鼠隨處可見，而風車又是那時他所處的世界裡的一項標幟，於是他便製造了一具工具風車，由老鼠踏著踏車來驅動。他還製造過風箏。他在風箏上加上燈，乘著夜晚放出去，目的可能是要嚇一嚇人。後來，他也造過時鐘。他剛剛成年，跑到史托爾橋市集（StourbridgeFair）去，同一位販賣珍奇物品的小販買了一隻粗玻璃所製造的三稜柱。牛頓回到農莊之後，做了一個實驗，用白色的光照過這隻三稜柱。經過三稜柱分出來的光譜照映在牆上，也開啟了他針對光的各種性質所做的深奧思索。幾個世紀以來，這個主題曾經吸引過許多研究自然的哲學家，而他針對這個主題所做的研究也在往後的一生中獲得了豐碩的成果。他無懼於用自己當作實驗的對象，他要知道眼睛如何能製造圖像，因此就做了一個實驗，拿了一根錐形的象牙牙籤，從眼球下方往裡戳，幾乎戳到眼窩底了。他後來寫道：「我拿了一根尖尖的象牙牙籤，從眼睛和骨頭之間，用力往裡推，推到快到眼窩底部，再用那根錐子的底部去推動眼球，結果看到了白色、暗色、和五花十色的圓圈。我繼續用這根錐子的錐尖揉我的眼睛，結果這些圓圈又變成最簡單不過的圓圈了。」這個年輕人真是怪到了絕頂。這個實驗做了幾次之後，他說他不得不躺在床上，拉上了窗帘，度過兩個禮拜不見日光的日子。他有一位父執輩是劍橋大學的高材生。這位叔叔見他這位離群索居的少年晚輩頭腦靈光、又肯上進，於是便助他進入格藍安大學預科學校（GranthamGrammarSchool）求學。牛頓於一六六一年赴劍橋大學的三一學院就讀，主修古典文學和數學。牛頓的大學生活過得捉襟見肘，每次用餐時分，便不得不去服侍其他的學生，等他們吃飽喝足，才能撿人家剩下的飯菜來果腹。經典傳誦的牛頓蘋果……　發展驚動蒼生的萬有引力理論一六六五年，瘟疫重襲英格蘭，有能力逃出城的人，個個都尋找被人認為能避過這致命傳染病的安全地點去躲了起來。位於牛津的大學因為這次瘟疫而封校，二十三歲的牛頓被逼回到了他的家鄉烏爾索浦。他自己提到那段時期時，也說：「瘟疫肆虐的那兩年，是我埋首於發明，醉心於數學和哲學的黃金時段。此時我對學問的追求，勝過往後的任何歲月。」此時的牛頓開始思索的事物，日後成為他的啟示及想法，也就在這個時期，他拿了三稜鏡做了實驗，測定了白光為七種不同顏色光的組合，具有各種不同的性質。他做的事，並不只像前人一樣，僅僅見到像彩虹般的光譜而已；他還證明這種現象形成的原因，並且公布了他對光所做的研究結果，又用了如今已然成為尖端科學——粒子物理的一個早期先例來加以證明。牛頓也發明了一種他稱之為「流數」或「微分」（fluxions）的系統，這種系統讓他處理一個曲線時，不把它當作固定和靜態的曲線，而把它當作是由移動的點所創造出來的曲線。他把移動的點沿路切成許多微小的點。這就是我們今日所認識的「微積分」。它讓牛頓得以把他所發現的各種定律運用在各種複雜的情況之中，如施力於一個移動物體上所產生的效應。再來就是那株蘋果樹了。雖然人事已非，但這株樹（或它的直系後代）依然矗立於牛頓的家鄉格藍安。它枝葉扶疏，樹身布滿節瘤，但依然挺立如故，如同受到天譴，不得彎下身來，好讓所有經過的人都駐足下來，往它身上仔細瞧上一遍，溫習一下它的故事。根據牛頓自己的說法，他之所以能發現萬有引力定律，就是因為一顆蘋果直落在他的頭上。論出名的程度，這隻蘋果比起伊甸園的那顆毫不遜色。它激發了他的靈感，引導他的心靈做思索，終於發展出驚動蒼生的萬有引力理論。那顆蘋果為什麼是往下掉，而不是往上？不是往一側掉？他提出他的結論，而比起提出結論更重要無數倍的是：他也提出了證明。他證明了蘋果往下掉是因為地球對它發出引力。牛頓明白了所有的物體彼此之間都會互相吸引；物體越大，吸力也越強。此後的歲月里，他埋首於尋找並建構這個假設的證明。再等上二十年的工夫，牛頓才把他的創見寫成《數學原理》。屆時牛頓將會證明這「宇宙萬有引力定律」是如何把這宇宙塑造成形的。牛頓二十七歲時成為數學教授。但他對於光學的熱情未曾稍減，同時也一直在思索著星球的運動。一六八○年，他相信了引力和斥力之律也支配著各行星的運行，於是便把此力加以量化出來。源源不絕的研究動力……　數百張手稿、大量計算，為著書立論一六八四年，艾德蒙．哈雷（EdmundHalley，哈雷行星就是根據他的名字而命名）這位富有、雄心勃勃、天才橫溢的英國天文學家赴劍橋造訪牛頓，也拿了一個和行星軌道有關的問題去請教他。為了回應他的請益，牛頓於是在是年十一月寫了一篇手稿〈論天體的運動〉（OntheMotionofBodiesinOrbit）。在這篇論文里，牛頓揭示了他把行星的運行加以量化到了某一個階段。哈雷讀後，大感驚訝，不能自已，於是立即趕赴劍橋，催促牛頓立即將之付梓，並且自願負擔所有的出版費用。但此時牛頓尚未準備就緒。不僅僅如此，事實上，〈論天體的運動〉的手稿只不過是一個先導而已，它的後面蘊藏著一個更大的概念。在牛頓後來完成的著作中，《論天體的運動》還是第一卷書而已。他放下了手邊所有其他的工作，足不出戶，飯食不思，常常一天花上二十小時，心無旁騖的持續他著書立論的工具。他寫了數百張的手稿，重新做了大量的計算。這些手稿就成為《原理》一書的第二和第三卷。這個水庫累積了如此多的功夫和創造力，在經過如此漫長時間的努力工作之後，現在終於匯聚成為可被檢驗的證據之河，衝撞在它之前的一切理論。一六八七年，牛頓的著作付梓，集結成我在雷恩圖書館裡所看到的那一本書：運動定律、對於月球及行星的運行所做的觀察，全由一種力量所造成——引力。宇宙萬有引力定律如今終獲揭曉。它定義了天上地上所有物體，不論輕重，不分物質，皆由引力和斥力所結合。在此之前，和在此之後，從未有人像牛頓一樣，發現了如此豐富的奧秘。這些奧秘見前人所未見，並對人類的知識和生活預伏了永無止境的改變。那麼，《原理》是怎麼改變了這個世界的？一本改造世界的書……　日常生活應用，九五％是牛頓力學《數學原理》一書之所以改變世界，主要是緣自於它在人類對於宇宙的固有知識上，戲劇性的擴展了人類思想的領域。英國薩里大學（SurreyUniversity）理論原子物理組領導人加里里（AlKhalili）說《數學原理》一書的首卷是三卷中最重要的一卷，用淺顯的話來說，牛頓找到了一種方法，可用方程式把圖上的曲線以斜度表示出來。實質上，應用到我們日常生活上的物理，九五％都是使用牛頓的力學，而不是愛因斯坦的力學。就空間而言，即使過了三個多世紀，而愛因斯坦也發表了相對論和量子力學，但我們所觀測得到的世界中，牛頓的物理依然可用來解釋大多數的現象。九九％的自然界事例中，牛頓所見仍然適用。而就科學的研究而言，牛頓的各項原理描述了加速度、減速度、和慣性運動、流體力學、地球、月球、行星和彗星的運動。《原理》一書亦將科學研究的方法做了革命性的變革。讀過《原理》一書的人，如果你照著牛頓的意思去體會，會把宇宙視作是一個碩大無比的機器，是上帝所造的大鐘。而上帝就是那位看不見的造鐘師傅。《原理》一書帶給這個世界的改變，不妨聽聽葛里賓（JohnGribbin）這位傑出的史學家的意見。葛里賓說：《原理》一書中講到運動三大定律，以及萬有引力理論。這些定律告訴我們萬物移動的方式、彼此碰撞的方式、受到推力或拉力時的反應。這三條定律撐起力學的全貌。它們所撐起的事物，上自建造福斯橋（theForthBridge），好使火車橫跨其上時，它不至於坍塌，下至發射宇宙飛船到木星。大家用什麼來建造這世上通俗到如洗衣機的日常用品？用的就是這三個定律。洗衣機里的轉動元件，到底應該用什麼樣的速度旋轉，就是以牛頓的三大定律來決定的。他在波的傳播上所做的研究，特別是聲速的測定，奠定了人類發展出超音速飛機的基礎。又稱「超音波掃描」的「超聲波」，是另外一項倚賴聲波定理髮展而成的重要科技。是項科技可從人體內部獲取供醫療使用的影像。牛頓所發明的反射式望遠鏡導致了潛望鏡的發明。反射式望遠鏡所根據的原理，後來亦運用於雷射產業。他對光的研究，也導致了光學纖維的發明。是項發明使得光線得以被傳送到極遠的距離以外。至於我們的太空交通工具在什麼軌道高度上飛行，至今仍然靠他的天體動力學來決定。依照劍橋大學科學史專家謝弗的看法，牛頓給了世界一張「本票」，上面寫著：天上不會再有稀奇古怪的東西。現在沒有任何事情是我們解釋不了的。他的這番應許在十八世紀人的心裡產生了莫大的感動力。根據謝弗的說法，這番效應刺激了資本主義、工業主義和國際貿易的興起。牛頓加強了「心不在焉的天才」這個觀念（事實上，這個觀念可能也是由他發明的）。他心無旁騖的專註於研究的工作時，世上一切似乎都已經遙不可及。他孤獨、好奇，以其追求知識的慾望，把世界做了徹頭徹尾的改變。他的這句話是這麼寫的：「我不知道這個世界將會如何看待我，但是對我自己而言，我覺得我只是一個在沙灘上玩耍的小孩，不時找到幾枚更光滑的小石子和更漂亮的貝殼，但我面前還有一整片浩瀚的真理之海，我竟對它茫然一無所知。」
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