牛頓－胡克之爭

今天一般人知道胡克 （1635-1703）這個名字，是因為在初中物理中學到的胡克定律：在彈性限度內，彈簧的彈力和彈簧的長度成正比。其實胡克在多個領域都做出了杰出貢獻：首次用顯微鏡看到并命名細胞；首次觀察到火星和木星的自轉，發現雙星；首次測量恒星的視差；發明了輪形氣壓計、液體比重計、風速計里程計以及現在還用于車輛傳動裝置中的萬向節、鐘表的游絲、后來用于相機的可變光圈，并且還是當時有數的建筑設計師……如此多才多藝，難怪后來有人稱之為 “英國的達芬奇”。但是在胡克死后兩百多年間，他幾乎被人遺忘了，直到20世紀他作為大科學家的地位才被確認。這主要是由于他惹惱了一個人，一個比他更偉大、更有勢力、最不該去惹的人——牛頓。

牛頓其實是胡克的晚輩。早在1662年，胡克已成為英國新成立不久的王家學會的實驗主管，負責演示王家學會的實驗，并在次年成為學會會員。而此時牛頓還是劍橋的本科生。1669年，牛頓當上劍橋的教授，開始講授他的光學研究。1672年年初，牛頓被選為王家學會會員，作為見面禮，他給學會寄去一篇證明白光是不同顏色光的混合的論文，提出光是由粒子組成的，遭到了認為光是一種波的胡克的猛烈抨擊。牛頓無法忍受，威脅要退出學會。在學會書記勸說并提出免去牛頓應繳納的會費的條件下，牛頓才留了下來。

但是在1675年，牛頓發表的另一篇光學論文招來了胡克更猛烈的抨擊。胡克認為，牛頓論文中的大部分內容是從他在1665年發表的《顯微圖譜》一書中的有關論述中搬來的，只是做了某些發揮。兩人進行了一番貌似彬彬有禮其實暗藏譏諷的通信。牛頓在1676年2月5日致胡克的信中寫道： “笛卡兒 （的光學研究）邁出了很好的一步。你在一些方面又增添了許多，特別是對薄板顏色進行了哲學考慮。如果我看得更遠一點的話，是因為我站在巨人的肩膀上”。后面這句話被認為是牛頓的謙虛，后來被許多人當成座右銘，但是如果我們知道牛頓其實看重實驗和數學計算而蔑視胡克的哲學思考，并且胡克身材不高、駝背得很厲害的話，就可以明白牛頓的這句話并不是在恭維胡克。這場爭論的結果是，牛頓疏遠了王家學會，而且決定等胡克死后再發表有關光學的論著，在這部1704年——胡克死后的第二年——出版的著作中，牛頓完全不提胡克對薄板顏色研究的貢獻。

但此時牛頓還是個嶄露頭角的年輕教授，面對前輩的批評他只能忍氣吞聲。1687年 《自然哲學的數學原理》的出版才確立了牛頓作為英國科學界第一人的地位。這本書是在哈雷的鼓勵和資助下出版的。哈雷、胡克和著名建筑師雷恩都在研究萬有引力，也都認為引力的大小與距離的平方成反比，但是他們都無法從引力反比定律推導出開普勒行星定律。1684年，哈雷為此到劍橋大學拜訪牛頓，牛頓告訴他自己早已解決了這個問題，但是沒有公開發表。在哈雷的勸說下，牛頓于1686年將其研究成果寫成專著《自然哲學的數學原理》交給王家學會審閱。

在王家學會的會議上，胡克指出引力反比定律是他告訴牛頓的，牛頓應該在專著的前言中提到他的貢獻。胡克早在1674年曾經發表過一篇有關引力的論文，提出三條假設：所有天體彼此之間都存在引力；如果沒有引力的作用，天體將在慣性作用下做直線運動；物體之間距離越近，則引力越強。這幾乎是在定性描述萬有引力定律。1679年，胡克寫信代表王家學會向牛頓約稿時，進一步提到引力的大小與距離的平方成反比。

牛頓沒有參加那次王家學會的會議，從哈雷的來信知悉胡克的要求后，牛頓承認胡克曾經在1679年的信中告訴他引力反比定律，但是胡克對這一定律的描述并不準確。他本人早在大約20年前 （1666年）就發現了這一定律，并寫信告訴了他人，并不需要從胡克那里獲悉。從其他資料看，牛頓所說的是事實。他在1665年就已發現了萬有引力定律，并試圖用它計算月球的軌道?？上М敃r測定的地球半徑是錯的，牛頓未能獲得滿意的計算結果，就暫時放棄了這一研究。1670年之后有了更準確的地球半徑數據之后，牛頓才重新研究引力問題。在哈雷的斡旋下，牛頓的態度軟化，進一步承認胡克的來信刺激了他重新研究引力問題，并且承認胡克告訴了他一些他不知道的實驗結果。做為妥協，牛頓提出在 《數學原理》的有關部分加一條注解，說明引力反比定律也被雷恩、胡克和哈雷獨立地發現。

《數學原理》的出版給牛頓帶來了巨大的聲譽，也越發讓胡克覺得自己的貢獻沒有得到應有的承認。他在1689年2月15日的日記評論此事時，抱怨 “利益沒有良心”。1690年2月在王家學會的一次演講中，他諷刺道： “牛頓幫了我大忙，我本人多年前首先發現并向學會展示的引力性質被他當成自己的發明印刷出版”。他后來又寫下一篇未出版的備忘錄敘述他與牛頓的爭執“真相”。但胡克的抱怨無人理睬。這個事件讓他的余生充滿了陰影，讓他變得越來越抑郁、多疑和忌妒。

1703年，胡克在備受疾病折磨后逝世。幾個月后，牛頓當選王家學會會長，并計劃給學會找一個新地址。1710年，學會完成搬遷，在這一過程中，胡克的許多收藏和儀器都丟失了。同時丟失的還有胡克的畫像。據說胡克長得瘦小、駝背和丑陋，因此不難理解他不喜歡讓畫家畫像。王家學會的畫像是惟一的一幅，它的丟失意味著后人再也無法知道胡克究竟長什么樣。有人難免要懷疑是牛頓利用職權從中作梗，故意將胡克畫像銷毀。2003年有一位歷史學家聲稱找到了胡克的畫像，但隨后被證明是別人的畫像。在一份保留至今的文件中有胡克的封印，封印上有一個頭像，它是不是胡克的頭像，沒法確定。

在胡克、牛頓的時代，科學剛剛草創，學術規范還未完善，難免經常出現優先權的爭執。胡克不僅和牛頓爭，也和荷蘭大科學家惠更斯爭游絲表的發明權。牛頓與萊布尼茲有關微積分發明權的爭執更是出名。若是在現在，許多這類爭執都可以避免?，F在學術界為了避免爭執，也為了鼓勵盡早發表成果，風行的是誰先發表誰就有優先權。雖然牛頓自己發現了萬有引力定律，但是既然胡克比他更早發表了有關論文，不管其論文是多么粗糙，牛頓也應該在后發表的論文中提及胡克的成果，明知而不提，就有剽竊之嫌。

方舟子
留美學者，生物化學博士smfang@yahoo.com

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