牛顿到底有多牛?我们现在很难想象

牛顿有多牛,我们从当时人们对他的态度就能看出来。牛顿是第一个以非王室身份享受国葬,安葬于西敏寺的人,再往后享受这个殊荣的人要在一个世纪后才出现,那是拯救了英国的海军军神纳尔逊。当时为牛顿抬棺的六个人包括一位公爵,三位伯爵和当时的大法官,整个伦敦全城为他送葬。

就在当时,人们已经开始神化他了,法国数学家洛必达侯爵就对牛顿产生了对神一般的崇拜,他问英国人,“(牛顿)他吃饭么,喝水么,睡觉吗?他和我们一样吗?”有类似崇拜情结的,还有著名科学家拉格朗日、启蒙思想家伏尔泰等人,要知道这些人可都是以理性著称的学者,结果也变成了牛顿的“脑残粉”。

经过三百年,牛顿似乎逐渐走下了神坛,很多人甚至可能会觉得:我不认为他那么牛,他有历史的局限性。我们不应该以今天的科技水平衡量过去的成就。对于历史事件或历史人物,需要在一个放大的时空里看,对牛顿也是如此。

在中国,人们通常只是将牛顿看成是一个杰出的科学家,而在西方,大家认为他是开启了近代社会的思想家,这两点就有很大的区别。牛顿在西方社会里的地位依然非常崇高。2000年,《时代》杂志评选人类历史最有影响力的人,牛顿排名第二,排名第一的是耶稣。

关于牛顿的生平我们就不多说了,这里我们先说说他在科学上的主要贡献,我将它们总结为这样几方面:

  • 在数学上发现二项式定理,与莱布尼茨分别独立发明微积分;
  • 在物理学上,奠定了经典力学的基础,定义了许多物理量,提出了力学三定律和万有引力定律;
  • 在光学上,提出了光的粒子说,发现了光谱,发明了牛顿望远镜;
  • 在天文学上,利用经典力学和微积分,构建了当时最准确的天体运动模型;
  • 在化学上,通过对炼金术的研究,提出了原子论的原型,以及朴素的物质不灭定律的构想。

当然,牛顿最了不起的不在于发现了那么多的知识点,而在于构建起很多庞大的学科体系,能够建立起系统性学科的人当然非常牛。

在牛顿之前的数学是初等数学,在他之后才有了高等数学。初等数学和高等数学有什么区别呢?这不仅仅在于前者容易,后者难,而在于它们看待世界的方式不同。

在物理学上,牛顿之前的人类虽然也掌握了很多力学和光学知识,但都是零星的知识点,经验的总结,不成体系,有些结论甚至和非科学的没有什么区别,是牛顿完成了它们科学化的过程。建立一个学科体系,首要的任务则是定义清楚各种基本的概念。

在牛顿之前,那些最基本的物理学概念,包括质量和力,都没有清晰的定义,甚至是相混淆的,比如人们搞不清楚力、惯性和动能的区别,质量和重量的区别,速度和加速度的区别。这些概念可能你在中学时也区分了很久才搞清楚,更不要说几百年前的人了。

牛顿定义了经典物理学中的这些最基本的概念,然后在此基础上,才提出了力学三定律,进而搭建起整个物理学的大厦。牛顿的工作重现了当年欧几里得构建公理化几何学的过程,再次向世人展示了构建一个学科体系的方法。在牛顿之后,各门自然科学都开始从知识点向体系化发展了。

类似地,在光学方面,牛顿提出了完整的粒子说。此前虽然人类对于光、颜色和视觉的研究历史悠久,但是缺乏定量、系统的分析。牛顿建立起完整的光学体系,用各种实验证实了他的理论,并且用理论解释了光学的各种现象。有了完整而可以重复验证的学说体系,人类对规律的认识才可能从自发状态进入到自觉状态。

在天文学方面,牛顿通过万有引力定律阐释了宇宙中日月星辰运行的规律,也从理论上解释了他的前辈开普勒的行星运动三定律。

这件事情对人类的认知意义很大,因为从此之后,宇宙中星体的运行和各种天文现象都可以变得可预测了,人类从此有了非凡的自信心。

与牛顿同时代的科学家哈雷,利用牛顿的理论,准确地预测出一颗彗星回归的时间。虽然他本人没有能够等到它的归来,但是73年后,彗星真的回来了。这颗彗星也因此以哈雷的名字命名。

在牛顿之前,几乎所有的科学发现都需要先观察到现象,才能发现规律,在牛顿之后,很多发现则是先通过理论的推导,预测可能观察到的结果,然后再通过实验证实。

你可能注意到了,我在前面的叙述中,用了很多“从牛顿以后”这样的表述,以上所说的科学领域都以牛顿为分界点开启了新的纪元。但是,牛顿的贡献还不止于此,他在思想领域最大的成就是将数学、物理学和天文学三个原本孤立的知识体系,通过物质的机械运动统一起来。因此,牛顿和当时其他科学家们一起,确立了一种新的世界观,就是机械论。

简单地讲,机械论认为我们的世界是客观物质的,是确定的,是可以认识的。物质世界的变化,我们看到的各种现象都可以用各种机械运动来描述,而人类则可以通过对世界的研究,发现那些运动背后确定的规律。

这些描述虽然你今天听起来觉得有些绝对化,但是在人类的进步过程中,这是一次巨大的飞跃。因为在牛顿之前,人类搞不清楚世界上各种事情是怎么回事,于是就把自己能力所不及的原因都想象为神的作用。

这就如同今天还有些人相信金字塔是外星人造的一样。但是牛顿等人,给了人类这个自信,从此人不再是匍匐在神的面前,而开始相信自己。这也是为什么西方对牛顿的评价如此之高的原因。

诗人亚历山大·波普在拜谒牛顿墓时写下了这样一句著名的诗句,“自然和自然律隐没在黑暗中;神说,让牛顿去吧!万物遂成光明”。这其实就反映出人类在牛顿之前和之后对世界态度的变化,在那之后,人类不再觉得自己身处不可知的黑暗了。

从历史的必然性来看,牛顿的出现不是偶然的,与他同时代的英国出现了一大批顶级科学家,包括胡克(弹性定律的提出者)、哈雷、波义耳和惠更斯(生活在英国的荷兰人,牛顿选定的继承人)等人。

哈雷和胡克等人其实也注意到了行星围绕太阳运动需要一种向心力,即来自太阳的引力,只是这些人没有能力完成理论的建立罢了。不过,如果没有牛顿,可能用不了多久,也会有科学家发现万有引力定律。事实上,哈雷参与了牛顿《原理》一书的出版,并且是该书第一版的出资人。这些事实说明了科技发展的必然性。

从历史的偶然性来看,牛顿非常幸运,用法国大数学家拉格朗日的话讲,“牛顿是那么地幸运,因为发现并建立一个宇宙系统的机会只能有一次”。因此牛顿可以讲是生逢其时。在牛顿之后,世界上还有很多伟大的科学家出现,但是以一己之力构建多门学科大厦的机会不会再有了。

牛顿最伟大的地方在于他通过确立机械论,让人类有了空前的自信。我们今天遇到问题时,不是求助神,而是通过自己的努力解决问题,并且相信问题一定有答案,这种自信来自于牛顿的年代。