第七章 神奇的时钟结构
用常规的数学形式把这些结果写出来。
在乌尔索普,牛顿形成了万有引力的构想,并且通过对月亮围绕地球运动的计算加以检验。月亮,对于牛顿来说,是一个有力的象征。他推想,假如月亮因地球的吸引而沿自己的轨迹运行,那么,月亮就好像一个被用力抛掷着的球(或者苹果)一样:她落向地球,但她下落的速度是如此之诀,以致于她总是错过地球——由于地球是圆形的,所以月亮总是不停地围绕地球转动。那么,地球对月亮的引力究竟育多大呢?
我推断,使行星不脱离自己的运动轨迹的各种力必定与从这些行星到它们绕行的中心之间的距离的平方成反比关系,于是,我又将月球沿自己的轨迹运行所需要的力与地球表面的引力进行比较;我发现比较的结果与我的推断十分接近。
这种言辞含蓄的陈述鲜明地体现了牛顿的性格。事实上,他在第一次粗略的计算中,已经得出了接近于真值的月球转动周期,大约为271/4天。
当你一举求得这个正确的数字财,你也会像当年的毕达哥拉斯那样,觉得大自然的一个奥秘已在自己掌握之中。一条普遍的法则驾驭着那神奇的天体运行的时种,而月球的运行只不过是其中一段和谐的插曲而已。这犹如一把已经插入锁孔的钥匙,你只要扭动一下,大自然就会把有关她的构造的大量证据奉献在你面前。不过,如果你是牛顿,你是不会把这个秘密公诸于世的。
1667年,牛顿回到剑桥,成为该校三一学院的一名研究员。两年后,他的老师辞去数学教授职位。正像一般人历来所认为的,这也许对牛顿不会有什么明显的好处,但结果却不出所料一——牛顿被任命为数学教授。当时他年仅26岁。
牛领发表了他关于光学的第一部著作。就像他的全部伟大思想一样,这也是“在1665年和1666年瘟疫逞凶的那两年中”酝酿成熟的,“因为那正是我一生中创造力最旺盛的时期”。牛顿并没有因瘟疫而闲坐家中,在瘟疫缓解后不久就回到了剑桥大学三一学院。
令人奇怪的是,我们大家都公认的这位阐释物质世界的大师竟会以探索光的奥秘来开始他的科学生涯。这有两个原因:首先,他所生活的环境是一个航海家的世界,当时英格兰所有的才智之士都在致力于研究远洋航行中产生的种种问题。像牛顿这样的人当然并不认为自己正在从事什么技术研究——如果这样解释他们的兴趣所在,未免太天真了。正如年轻人常有的情形一样,他们也被那些举足轻重长辈们曾经热烈争论过的问题所吸引。望远镜就是当时的一个十分突出的问题。而且,牛顿也正是在为他自己的望远镜磨制镜片时才第一次认识到白光中的颜色问题。
然而,除此之外,还有某种更为重要的原因。物理现象总是由能量与物质的相互作用构成的。我们借助于光线看到物质,而正是由于物质的阻隔,我们才意识到光线的存在。这种思想贯穿着每个伟大的物理学家的世界,他发现,在这两者之中,离开了其中一个,就无法加深对另一个的理解。
在1666年,牛顿开始考虑究竟是什么东西在透镜边缘造成衍射光纹的问题,并观察用一枚棱镜模拟这种光纹的效果。每一枚透镜的边缘,就是一枚小小的棱镜。当然,梭镜造成五彩缤纷的光线这一事实,已是陈词滥调,就像亚里士多德一样,老掉牙了。是的,那个时代的所有解释都是这样,因为它们都没有作出定性的分析。这些解释只是说,白光穿越玻璃,在细的一端变得暗淡一些,变成了红色;玻璃越细,光线就越暗淡,变成绿色;在玻璃最细之处,光线更加暗淡,变成兰色。真是太奇妙了!这些说法,什么问题也没有解释,听起来却满有道理。正如牛顿所指出的那样,当他让阳光从一道缝隙中射进去,穿过他的棱镜时,这个未予解释,显而易见的问题就