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《無言的宇宙》:用詩意文字講述公式之美

問問大多數(shù)人,看他們知道有關牛頓的什么事情,你很可能會聽到他們告訴你一個蘋果從樹上掉下來的故事。

本文摘自《無言的宇宙》,[美]達納·麥肯齊 著,李永學 譯,北京聯(lián)合出版公司,2018年1月出版

牛頓定律

問問大多數(shù)人,看他們知道有關牛頓的什么事情,你很可能會聽到他們告訴你一個蘋果從樹上掉下來的故事。根據(jù)傳說,牛頓在看到一個蘋果掉下來時受到啟發(fā),意識到或許也可以用同一種力來解釋行星的運動,從而構思了他的萬有引力定律。而且后來的人們添油加醋,說牛頓或許是因為蘋果砸在他的腦袋上才受到啟發(fā)的。

還有一個同樣未經(jīng)證實的傳說則與此相反;該傳說于1858年第一次訴諸文字,是在英格蘭一個名叫《注釋與詢問》的有趣雜志上首次披露的。根據(jù)一位名叫“W”的作者陳述,當時最負盛名的數(shù)學大家卡爾·弗里德里希·高斯40以如下方式否定了前面一個傳說:“有關蘋果的歷史實在太荒唐了。事情無疑是這樣發(fā)生的:有一次,一個喜歡糾纏不休的糊涂人找上了牛頓,一定要牛頓告訴他,引力定律這一偉大成果是如何被‘一舉命中’的。牛頓發(fā)現(xiàn)眼前這人其蠢無比,就想快點擺脫他。于是牛頓告訴他,這是因為有一只蘋果‘一舉命中’了他的鼻子;這家伙一聽就立刻全明白了,然后便滿意地走了。”

人們應該怎樣理解這類傳說?實際上,蘋果這一故事的內(nèi)容比高斯意識到的更多(如果他的上述引言是真的話)。

這一故事可由兩個來源加以證實,其一是著名的法國作家伏爾泰,他親耳聽牛頓的侄女說起。很難說他跟高斯想象中的“喜歡糾纏不休的糊涂人”有什么相近的地方!人們或許會把這個故事想象成實際發(fā)生的狀況經(jīng)過高密編碼之后生成的版本。如果你不知道密碼,你就會看到一個高斯如此強烈否定的卡通片式故事。

是有一棵蘋果樹嗎?不錯。這棵樹就在英格蘭的烏爾索普,在艾薩克·牛頓家的老宅田產(chǎn)內(nèi)。他在那里一直住到1661年,然后去劍橋三一學院就讀。而最重要的是,1665年,英格蘭爆發(fā)了最后一次大瘟疫,是年牛頓回返故鄉(xiāng),并在田園靜謐中度過了差不多兩年時光。就在這期間,他發(fā)展了微積分的基礎,并開始思考行星運動的問題。牛頓寫道:“那時我正處于發(fā)明創(chuàng)造的高潮;我對數(shù)學與哲學的關注超過了那以后的任何時候?!?/P>

然而牛頓并不需要一個掉落下來的蘋果來啟發(fā)他,關于這一點高斯完全正確。這一問題的歷史何止千百年,牛頓肯定是受到了這一問題本身的啟發(fā)。月球、太陽和行星是否需要某種外部力量讓它們運動?

如果需要,那又是什么呢?亞里士多德認為,構成天體的物質(zhì)與地球不同,而且它們的自然運動軌跡是圓形的。開普勒認為需要一種推動力才能讓行星保持在軌道上。笛卡兒或多或少贊同這一點;在他精心發(fā)展的理論中,宇宙是由旋流組成的;是這些旋流掃過了在軌道上運行的行星。作為一位青年學者,牛頓會對當時主要的科學辯論之一給予熱情的關注,這是天經(jīng)地義的。他設計了一個體系,在這一體系中,蘋果與行星受到了同樣的力作用。(因此蘋果才會有如此重要的地位!在這一點上牛頓并沒有茍同亞里士多德。)讓人注目的是,行星也始終在自由下落;它們并不需要推動力。(在這一點上牛頓沒有茍同笛卡兒和開普勒。)

作品簡介:

《無言的宇宙》:用詩意文字講述公式之美

《無言的宇宙》,[美]達納·麥肯齊 著,李永學 譯,北京聯(lián)合出版公司,2018年1月出版

《無言的宇宙》向你講述的是人類歷史上24個美麗而偉大的公式背后的故事,從基本的1 + 1 = 2到揭示電磁現(xiàn)象的“麥克斯韋方程”,從著名的E = mc²到神秘的“漢密爾頓的四元數(shù)方程”,清晰地解釋了每一個方程的含義、誰(如何)發(fā)現(xiàn)了它,他們在人類發(fā)展史上和現(xiàn)實生活中發(fā)揮的巨大作用。

這些故事既長知識又有趣,比如:

發(fā)現(xiàn)世界上最簡單的方程,這意味著什么;

如果世間未曾有過“0”這個概念,將會怎樣;

牛頓運動定律如是何使人類做到這一切的——從建設橋梁到預測天氣;

一根劣質(zhì)雪茄如何改變了量子力學的進程;

為什么鯨魚(如果它們能和我們交流的話)會教給我們完全不同的幾何概念?

同時,這本書也解釋了為什么這些方程在訴說著關于宇宙的永恒的秘密,沒有任何一種人類的表達方式可以與之匹敵。最重要的是它們?nèi)绾瘟钊梭@訝地影響了人類歷史和我們的日常生活。

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