力学与实践, 2022, 44(1): 233-242 DOI: 10.6052/1000-0879-20-476

力学纵横:力学家

被抹杀的旷世天才——罗伯特$\cdot$胡克

任少铎,1)

东孚中学,福建厦门 361000

THE OBLITERATED GENIUS——ROBERT HOOKER

REN Shaoduo,1)

Dongfu Middle School, Xiamen 361000, Fujian, China

通讯作者: 1)任少铎,一级教师,研究方向为物理教学和物理学史。E-mail:972148765@qq.com,renshaoduo@163.com

责任编辑: 胡漫

收稿日期: 2020-11-11   修回日期: 2020-12-28  

Received: 2020-11-11   Revised: 2020-12-28  

作者简介 About authors

摘要

介绍了胡克的生平及其对英国皇家科学院的贡献,总结了其对呼吸生理学、光学、建筑学、地质学、气象学、海洋学学科的贡献。梳理了胡克与牛顿几次争议事件的起因和经过,剖析了他被抹杀的原因,为后世了解这一伟大的科学家提供参考。

关键词: 胡克; 牛顿; 抹杀

Abstract

This paper briefly introduces Hooke's life and his contribution to the Royal Academy of Sciences, and it also summarizes his contributions to respiratory physiology, optics, architecture, geology, meteorology, and oceanography. After discussing the causes and processes of several disputes between Hooke and Newton, it briefly analyzed the possible reasons why he was obliterated, which provides reference for future generations to understand this great scientist.

Keywords: Hooker; Newton; obliterate

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本文引用格式

任少铎. 被抹杀的旷世天才——罗伯特$\cdot$胡克. 力学与实践, 2022, 44(1): 233-242 DOI:10.6052/1000-0879-20-476

REN Shaoduo. THE OBLITERATED GENIUS——ROBERT HOOKER. Mechanics in Engineering, 2022, 44(1): 233-242 DOI:10.6052/1000-0879-20-476

2006年3月,人们意外发现了一份已经发黄的手稿,它记录了1661-1691年间英国皇家学会无数次的内部会议[1],它的作者,就是罗伯特$\cdot$胡克(1635-1703)。这份长达520页的手稿一经面世,就引起了科学界极大的轰动,不仅是因为它被尘封了300多年,更关键的是因为它见证了自然科学的起源。

现今,大部分人知道胡克这个人,是因为中学物理中的胡克定律。其实胡克在多个领域都做出了杰出贡献,被称为“英国的达芬奇”。然而他去世后的两百多年间,关于他的所有资料几乎都消失了,人们根本无法知晓那个全面的天才。本文简单介绍了胡克的生平及其对自然科学的贡献,分析了其被抹杀的原因和经过。

1 出生贫寒,早年孤苦

罗伯特$\cdot$胡克(Robert Hooke),1635年7月18日生于英格兰南海岸怀特岛一个叫淡水(Freshwater)的村子,他的父亲是一名牧师,收入微薄。在很小的时候,胡克就对机械兴趣浓厚,他还痴迷于飞行,并一直思考人类飞行的可能性。少年时的胡克体弱多病,还得过天花,从而在脸上留下了永久的麻子。13岁那年,父亲上吊自杀,胡克的生活就变得更困难了。14岁时,他被送到伦敦,在肖像画家彼得$\cdot$李利(1618-1680)那里学习了一段时间,胡克有一定的绘画天分,这段学习恰好激发了他的绘画潜能,大大提升了他的绘画水平。后来他进入了威斯敏斯特学校(Westminster School),时任校长的是理查德$\cdot$巴斯比博士,他任校长之职长达55年,使该校在17世纪成为欧洲知识界最杰出的学校。巴斯比博士很快认识到胡克的天才并给予了他很多帮助,据说胡克只花了一星期就掌握了欧几里得《几何学原理》前六卷,在校期间还发明了飞行器,学会了拉风琴等。胡克和巴斯比博士保持了终生的友谊,甚至还为巴斯比设计过私家住宅。因为有一定的风琴弹奏能力,18岁时,胡克以合唱团成员的身份来到牛津的基督教会学院[2]

孤身在外的胡克,漂泊不定,生活拮据,甚至当过富豪侍从。这样颠沛流离的经历,或许有助于发展思维,但对人的心理健康必然不利。胡克性格怪癖,多疑嫉妒,受伤情节严重,与此段凄惨的经历不无关系。

2 走上自然科学道路,共建英国皇家学会

1653-1658年,胡克在牛津大学就读,牛津大学的平台大大发展了他对科学的兴趣。他最初是托马斯$\cdot$威利斯(1621-1675)的助手,威利斯是英国杰出的医学家、脑及神经科专家,也是英国皇家学会的创始成员之一。

对胡克来说,更重要的是他成为了罗伯特$\cdot$波义耳(1627-1691)的助手,波义耳是一个多产的科学家,胡克从他那里学到了丰富的科学知识和实验技巧。在牛津大学,胡克结交了许多重要的朋友,包括著名的建筑师克里斯托$\cdot$莱伊恩、牧师兼学者约翰$\cdot$威尔金斯(1614-1672)和天文学家塞思$\cdot$沃德(1617-1689)。这个杰出的团体是后来负责建立英国皇家学会的团体之一。

1660年,包括波义尔在内的12位科学家组建了英国皇家学会,作为波义耳最得力的助手,胡克自然参与到学会的日常筹备之中。1662年,皇家学会成立专职的实验机构,由于具有很强的观察能力和动手能力,胡克被选为皇家学会的第一任实验策展人,这为他接下来20多年的实验探究提供了良好的基础。1663年,胡克获得了牛津大学文学硕士学位,并被选为英国皇家学会正式会员,同年胡克主笔起草了学会的章程草案。作为学会实验策展人,胡克的职责是在每次会议上提供三四次实验,同时还必须随时对会员们提出的想法作出实验验证,胡克在这个位置上,一干就是40年。这项繁重的任务并非总能完成,但是胡克在许多演示和评论中表现得非常活跃,由于在实验方面能力极强,学会初期的各项研究都离不开胡克的贡献,因此,他被称为学会的“台柱”、“双眼”和“双手”。

尽管在皇家学会的职位没有报酬,但却给胡克带来了很高的荣誉。1664年,伦敦格雷欣学院聘请胡克担任讲师,胡克因此成为了早期的职业科学家之一,并从此开始了独立的科学研究。胡克的研究涵盖了各种各样的主题,包括通过观测一颗明亮的恒星来研究地球的运动,改进望远镜的构造,以及弹簧的特性——胡克定律。胡克定律不仅是一个描述弹簧性质的定律,更重要的是,它开创了“将复杂非线性的实际现象进行线性简化”这一重要的研究方法,这对自然科学和机械的研究至关重要。

从1664年起,卡特勒先生每年资助胡克30英镑,让其在英国皇家学会主持一个讲座,主讲力学方面的内容。胡克在1679年将这些讲演汇集成了一本专著:《卡特勒演讲集(1664-1678)》,在这本著作中,宇宙体系理论、力学一般规律、胡克定律等胡克自己的研究也被包含在内。这本著作不仅是学会早期的资料,更是17世纪世界科学史的宝贵资料。

胡克在1677-1683年间还担任学会秘书(共两位秘书),并负责出版会刊。皇家学会涵盖的主题范围非常广泛,学会每周的会议都被记录并印刷出来,即使在今天,这些会议资料也是引人入胜的读物。

3 涉猎广泛,在各个领域均有建树

今天,不少人都知道胡克有胡克定律以及万有引力方面的贡献,但胡克的创造性贡献,远不止这些。

3.1 对呼吸生理学贡献巨大

当时,医学界认为肺的运动对生命是必要的,因为它促进了血液循环,当时的观点是:一旦肺停止运动,动物就会立即窒息而死。

在皇家学会的历史记录中,1667年10月24日的一个条目是这样写的:胡克的实验“向狗的肺部吹气来保持狗的存活$\cdots$ $\cdots$”,该记录被阅读并被命令登记。登记意味着它被收录在了《伦敦皇家学会哲学学报》上,这份学报至今仍被保存着。

为了观察小狗的肺部是如何运动的,胡克用两组风箱产生连续的气流给小狗通气以观察肺部的具体运作,甚至还切掉了一块肺进一步观察,最后发现并不是肺推动着血液的循环,于是得出结论:失去肺的动物,其死亡的直接原因不是血液循环的停止,而是缺乏充足的新鲜空气。胡克的实验得出了一个在当时具有颠覆性的结论: 肺的运动并不是生命所必需的。

3.2 光学研究成果丰厚

20岁那年,胡克就提出了光的波动学说。他还制作了显微镜(图1图2)、望远镜等多种光学仪器。当今用于照相机的虹膜光圈就是由胡克首次发明的[3]

图1

图1   胡克的显微镜实物图[3]


图2

图2   胡克的显微镜结构图[3]


因为胡克对望远镜的开发,人类才得以研究微观世界和天体运行。为了保持望远镜与恒星的对准,胡克发明了望远镜的赤道时钟驱动器,用于通过转动支架来抵消地球的旋转,直到今天这个装置仍被普遍应用。用自己制作的望远镜,胡克发现了猎户星座的第五星(1664年),并首次观测到了火星的旋转和木星大红斑,还首次观测到了月球上的环形山和双星系统。

3.3 率先发现细胞

1665年,年仅30岁的胡克用他的原始复合显微镜检查了一片软木中的结构。胡克从其中看到了细胞壁的蜂窝状结构,这是细胞死亡后仅存的组织,胡克于同年著成《显微制图》(Micrographia)一书[3] (如图3)。

图3

图3   显微制图首页[3]


《显微制图》是皇家学会的第一份主要出版物,凭借精美的铜板雕刻,它在当时成为一本畅销书,塞缪尔$\cdot$佩皮斯(曾任英国皇家学会会长)称赞:“这本书是我此生读过的最具天才的书”,牛顿对《显微制图》也赞不绝口。书中不仅论述了显微技术,还论述了一些原始光学理论,还包括根据观察手绘完成的精美绝伦、栩栩如生的58幅图画(这与他的绘画才能密不可分)。胡克制作了一幅精美的苍蝇头画(如图4),展示了苍蝇精致的复眼,还有一幅跳蚤的详细图画[4] (如图5),通过对跳蚤的深入观察,胡克发现它能跳得如此之高,就是因为它那长长的、多节的腿。

图4

图4   胡克笔下的苍蝇头画[4]


图5

图5   胡克笔下的跳蚤详细图[4]


在《显微制图》中,胡克创造了“细胞”这个词来描述他看到的微小隔间,这是一个重要的发现,因为在此之前,没有人知道生物体是由细胞组成的。胡克的显微镜提供了大约50倍的放大倍数。复合显微镜为科学家打开了一个全新的世界,标志着细胞生物学研究的开始。1670年,安东$\cdot$范$\cdot$列文虎克(一位荷兰生物学家),就是用胡克设计的复合显微镜首先发现活细胞的[5]

3.4 率先提出生物演化

胡克在生物学上的另一大贡献就是他对物种灭绝的阐述。在当时,并没有物种灭绝的概念。《圣经》认为一切生物都是神创造的,据《圣经》所述,地球曾出现过大洪水,不少学者认为化石是大洪水时期遗留下来的。

通过对化石的仔细观察和研究,胡克认为,不少化石是生物的尸体形成的,生物的尸体吸收了矿物质于是形成了化石,通过化石,人们可以研究地球过去的性质从而认识地球的历史。在1667年发表的一篇文章中,胡克提到:以前,存在着许多物种,这些物种现在已经无法找到了。图6为胡克绘制的化石图片。

胡克的物种灭绝概念毫无疑问是走在时代前列的,直到很多年后,人们才开始接受物种灭绝概念。

图6

图6   胡克绘制的贝壳和化石[3]


3.5 称为地质学之父和海洋学之父

1680年,胡克生了一场病,在休养期间,他试图研究地震和火山活动对地球重组(地貌改变)的影响,并试图找到相关证据。当时没有人真正考虑过这个问题,但是,他对这个问题非常执着。他的研究表明,由于山脉的高度和河流的深度以及海床和其他水体的行为,地球的地貌已经完全改变了。胡克甚至声称,岛屿完全是重新出现的,也就是说,它们被创造出来,然后消失,就像被施了魔法一样,周围的平原和所有其他未被覆盖的地区也像被施了魔法一样。

1663年,胡克设计了一种简单的海洋深度探测器,还开发了一系列的桶来帮助潜水员的活动,还开发了一种深海取样设备(图7)。由于对地质学和海洋学的贡献巨大,胡克被称为“地质学之父”和“海洋学之父”。

图7

图7   胡克从不同深度收集水样的装置(左图)胡克的无线探测深度装置(右图)[3]


3.6 在建筑学方面颇有建树

1666年, 伦敦发生大火, 烧毁了超过13 000栋房屋和近90座教堂,其中就包括圣保罗大教堂。胡克密切参与了随后的重建,他帮助克里斯托 $\cdot$ 莱伊恩(1632-1723)设计了如今屹立的圣保罗大教堂。教堂的一个特点是具有非常大的穹顶,胡克负责基于悬链线的基础工程设计,即悬在两点之间的链条的形状。胡克还设计了许多其他的建筑,包括圣玛丽$\cdot$抹大拉教堂和一个大型的贝瑟伦皇家精神病院(精神病院现在已经不在了)。胡克和雷恩设计的最有趣的建筑之一是大火纪念碑(图8),现今它仍然是伦敦的旅游景点[6]

图8

图8   大火纪念碑[6]


3.7 对燃烧的研究引领时代

波义耳当时需要一个优良的抽气机来研究真空和燃烧理论,即使是冯$\cdot$格里克(马德堡市长,因为马德堡半球实验而闻名)也未能让波义耳如愿以偿。胡克给波义耳制造了一个抽气机(图9),并一起进行了一系列低气压生理效应实验,波义耳对这个抽气机非常满意,在正式出版的论文中,波义耳将这个抽气机亲切地称为“我们的抽气机”。

图9

图9   胡克制作的抽气机[3]


在帮助波义耳的同时,胡克自身也对空气研究产生了浓厚的兴趣,17世纪60年代早期,胡克还形成了自己的燃烧理论。他认为空气拥有两种特性不同的成分:可以与其他物质反应产生燃烧或爆炸的含“氮”成分,这些成分与部分可燃物质结合在一起,剩下的就是惰性物质。在这里,他正走在一条可能导致氧气发现的道路上。

3.8 被称为气象学的奠基人

同样引人入胜的是,胡克对气象学也有巨大贡献。胡克最初与雷恩(Wren)一起研究了可以自动记录数据的气象仪(图10),其数据涵盖了风向和强度、湿度、温度以及降雨量、大气压、天气跟踪和日照时间等。1675年,他还增加了两个吸湿镜,此时气象仪的功能已经超出了最初的预期,令人惊讶的是,他还设计了一个大的钟摆来驱动记录机,记录是在打孔带的鼓上进行的,每15分钟产生一次痕迹。1679年初,胡克对这些器材进行了进一步开发,他很快又增加了一个便携虹吸式气压计和轮式气压计,以及一个非常精密的风速计。随后,胡克结合天气时钟和海上导航仪对气象仪进行了改进,使得导航员可以用其精确地跟踪船的位置,并测量和记录其航行的速度和方向,包括其精确的下风路。

图10

图10   胡克制作的晴雨表[3]


3.9 近乎全才的发明家

胡克是一流的技术实验型物理学家,胡克设计、改进或发明了许多17世纪使用的科学仪器,一些权威人士称他的发明超过1000项。

胡克的动手能力非常强,为波义耳制造或设计了他所需的全部仪器。胡克还发明过复式显微镜、格雷高利望远镜、平衡摆轮(机械表重要的零件之一)、汽车中的万向节[7] (如图11)等被广泛使用的器材,改造过风速计、气候钟、雨量计、验湿器、水平仪等不计其数的器材。

图11

图11   汽车中的万向节[3]


4 飞扬跳脱,与牛顿争议不断

不少人知道,胡克与牛顿之间关于“万有引力定律是谁先发现的”存在很大争议。事实上,胡克和牛顿之间的争议并不只有这一次,几乎从牛顿踏进科学的殿堂起,二者就争议不断,比较大的争议至少有三次。

4.1 牛顿与胡克的光学争议

牛顿其实是胡克的晚辈。1672年年初,牛顿因发明反射式望远镜而被选为皇家学会会员,不久后,牛顿的光学论文《关于光和颜色的新理论》(New theory about light and colours)在英国皇家学会《哲学会刊》刊载,牛顿开篇介绍了一个实验(如图12所示),让一束光透过三棱镜,在光屏上所成光带的长宽之比竟然大于5 (牛顿本来料想光带应当是圆形),牛顿认为产生这种现象的原因无非两种,第一种是外部折射条件不同,另一种是入射光自身的差异。尽管大家都认为前一种原因才是正解,但牛顿通过实验认为第一种并非正解,并在论证的最后设置了一个判决性实验(图13),并将该实验看作是其论文核心中的核心。

图12

图12   牛顿发现日光组成的实验[8]


图13

图13   牛顿的判决性实验[8]


在判决性实验中,牛顿让光束穿过第一块三棱镜($ABC$),并得到纵向分布的光谱,让这个光谱逐步分次第穿过有小孔($G$)的挡板($DE$),接着让透射光穿过另一块三棱镜($abc$)发生二次折射并在墙壁上形成光斑($MN$),实验表明:经第一块三棱镜($ABC$)得到的光束,其一端(紫端)的光线穿过第二个三棱镜(abc)后偏折得比另一端(红端)的光线更多。牛顿由此认为:“光斑不是圆形的原因就在于太阳光是由折射能力不同的光组成。”接着,牛顿介绍了自己关于颜色的理论:颜色不是白光在物体作用下改变了性质,也不是由光与影混合导致的,而是单色光本来就具有的[8]

牛顿用不同颜色微粒的混合与分开去解释“色散”现象,这种观点遭到了胡克的猛烈抨击,胡克认为光是一种波,胡克专门写了一篇文章评论牛顿的研究。胡克认为,牛顿的理论是“可能的而非唯一的假说”,而且所谓的判决性实验并没有其所说的说服力。

为了证明自己的光学理论是正确的,牛顿在1675-1676年又向学会递交了两篇论文:《解释光的性质的假说》(An hypothesis explaining the properties of light)和《论观测》(Discourse of observations),争端再次开启。由于胡克是学会的实验室主任,按照程序,这2篇论文首先被交到了胡克手上,由胡克进行实验检验并向学会作出评价。令牛顿没想到的是,这次胡克声称自己的《显微术》中包含了牛顿所做的工作,牛顿只是在某些细节方面进行了拓展,但却提出了错误的理论。听到这样的观点,牛顿火冒三丈,说胡克所谓的研究和成果不过是受惠于别人(笛卡尔等),在很多方面(例如薄盘颜色的精确测量),胡克一窍不通。

此时牛顿毕竟是个崭露头角的年轻教授,面对前辈的批判他终究无可奈何。牛顿无法忍受胡克的连续打压,声称要退出学会,在写给学会秘书奥尔登伯格的信中,牛顿写道:“虽然我很尊重学会,但我不知道我还能对这个团体作出什么贡献,况且我离学会所在地很远,我也无法从会议中获益,因此我要求退出学会”。经过学会秘书的极力劝说,并提出免去牛顿会费,牛顿才答应留下来。

这次事情后,牛顿疏远了学会,并且不再发表光学的研究成果。在胡克去世后的第二年,牛顿出版了自己的光学论著《光学》(Opticks),在这本书中,丝毫不见胡克对薄板颜色研究的贡献。

4.2 牛顿与胡克关于运动的争议

1679 年 11月,胡克主动打破了双方几年的僵持,给牛顿写了一封信。在信里,他介绍了自己的研究计划,并希望牛顿能够在行星运动问题上发表观点。作为回馈,牛顿对一个自由落体问题作了自己的分析。牛顿认为,如果一物体从高处下落,若不计空气阻力,物体的落地点会稍向东偏,其下落轨迹呈螺旋线直到地球中心[9] (图14(a))。这是一个严重失误,胡克立刻抓住牛顿的错误并回信指出,落体和行星类似,其下落轨迹应当是椭圆形的(图14(b))。针对胡克的这封回信,牛顿也写了回信,在信中牛顿承认轨迹的确不应该是螺旋线,但他也不认为胡克的观点是正确的,他认为如果力是常数,那么物体下落的轨迹应当类似图14(c)。胡克又回信说牛顿错了,胡克认为力与物体到地球中心的距离的二次方成反比。这次牛顿没有再回信。

图14

图14   (a) 牛顿认为的螺旋线;(b) 胡克提出的椭圆线;(c) 牛顿认为力是常数下的运动轨迹[9]


胡克得意于牛顿的错误,在一次皇家学会的例会中,胡克宣读了牛顿的信,并对物体下落轨迹进行了分析,同时公开批评了牛顿的观点。这一做法羞辱了牛顿,使得牛顿非常不满,这本是一次私人通信,但胡克却将牛顿的错误公布于众,因为此事牛顿更加反感胡克,也更加疏远了学会,他足不出户地专心研究自己感兴趣的问题。

4.3 牛顿与胡克关于《自然哲学的数学原理》的争议

1673年,惠更斯提出了离心力公式,此后哈雷(1656-1743)和雷恩(1632-1723)都曾根据开普勒第三定律推导得出过平方反比定律。在一次聚会中,在谈论到物体在平方反比的力场中运行的轨迹时,胡克声称,所有天体运动的规律都能用平方反比关系证明,雷恩和哈雷也认为,行星的椭圆轨道与引力的二次方反比关系之间有必然的联系,但他们却无法证明。1684年8月,哈雷专程去剑桥拜访了牛顿,希望从牛顿那里得到答案,牛顿表示自己几年前就证明过平方反比定律的轨迹问题,只是证明的手稿不见了,但自己愿意重新证明一次。不久后一篇长达9页的论文《论轨道上物体的运动》递到了哈雷手上,这篇论文就是《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)一书的前身,哈雷被这篇文章震惊,认为这篇论文具有划时代的意义,他建议牛顿把论文扩充为专著。于是牛顿耗时18个月将自己长达20多年的研究整理成了《原理》一书[10]。在书中牛顿把天上的力学和地面上的力学统一起来了,以牛顿三大运动定律为基础建立了一套力学体系,其中也包含着万有引力定律。

1686年,牛顿将《原理》交给学会审阅,胡克在会议上指出,引力反比定律是他先发现并告诉牛顿的(依据就是那次私人通信),牛顿应该在书中提到他的贡献。牛顿不仅拒绝了胡克的要求,还把书中所有涉及他的引用都删掉了。这使胡克非常气愤,此时胡克正担任着学会的秘书长,于是,《原理》的出版就因资金不足而被搁置。后来,经过哈雷的协调,牛顿承认了引力反比定律确实在他与胡克的通信中出现过,但胡克对引力反比定律的描述并不准确,牛顿声称,自己在大约20年前(1666年)就发现了引力反比定律,还写信告诉了别人,因此引力反比定律并不需要从胡克那里知道。通过对历史资料的分析发现,牛顿并没有说谎,万有引力定律在1665年就已经被牛顿发现了,由于当时没有可靠的地球半径数据,所以牛顿用万有引力定律去计算月球运行轨道的尝试并没有取得可靠的成果,于是他不得不暂时将这个研究搁置。1670年,牛顿又重新开始了这一研究,因为此时地球半径有了更准确的数据。

事实上,“万有引力”这个词确实是胡克首先使用的。胡克早在1674年曾经发表过一篇有关引力的论文《从观察角度证明地球周年运动的尝试》,在这篇文章中,胡克首先使用了“万有引力”这个词,胡克还提出了三条假设:(1)任何天体都有引力,不仅吸引天体本身的各部分,还吸引其他天体;(2)如果不受引力,天体将做匀速直线运动;(3)距离引力中心越近,所受的引力也越大。这几乎就是万有引力定律的定性描述。胡克等人于1677年在实验中发现了引力,并证明了“如果行星运行的轨道是圆形,那么太阳对行星引力的大小就与彼此距离的二次方成反比”。此时胡克距离万有引力定律的发现已经非常近了,只是缺乏定量的表述和论证。牛顿的过人之处,在于他用强大的数学能力解决了万有引力定律的数学论证问题,这是胡克等人没有能够解决的。

在万有引力定律的发现方面,胡克对于牛顿确实有所帮助。从胡克与牛顿的通信中人们发现,牛顿直到1679年仍没有解决天体运动的问题。胡克于1679年曾写信给牛顿,问他能否根据引力的平方反比关系和向心力定律来证明行星的椭圆轨道,直到1685年牛顿仍然没能解决这个问题。胡克的著作及其写给牛顿的信中阐明的一些观念(一些基本的、很类似最终的万有引力定律的观念),对牛顿也有很明显的影响。在与哈雷的通信中,牛顿自己也承认,在与胡克通信之后,他才计算了行星运行的轨道,继而得出行星运行的轨道是椭圆。事实上,现代物理学家们认为,胡克对牛顿最重要的影响,或许是使他重新思考圆周运动,从而发现了原来的错误概念,并最终形成了正确的解释:圆周运动是由向心力导致的。一旦牛顿突破了错误观念,他就可以依靠自己天才般的数学能力迅速建立正确的天体力学理论。

遗憾地是,胡克草率并公开指责牛顿剽窃自己的成果,让牛顿非常愤怒。并且,胡克似乎也并不非常清楚他对牛顿的具体影响,却极力声称引力的平方反比形式来自于他自己,这自然遭到了牛顿的反驳。事实上,在此之前很多人都猜想过平方反比定律,史料已经证实牛顿很早之前也得出过平方反比定律,在这个问题上确实并不需要胡克帮助。

最终,在哈雷的调解下,牛顿的态度出现了松动,承认自己在胡克启发下重新思考了引力,也承认一些实验结果是胡克告诉自己的,他同意在书中的相关内容处加一条注释,说明哈雷、胡克和雷恩都独立地发现过引力反比定律。这样,在哈雷的资助下,1687年《自然哲学的数学原理》正式出版(图15为第一版封面)。

图15

图15   牛顿《自然哲学的数学原理》第一版封面[10]


《原理》发表后,胡克仍然不依不饶,他一直声称平方反比定律是自己先发现的,并要求牛顿承认这点,至少在《原理》的前言里,自己的“功绩”(启发牛顿)有必要被提及。对此,牛顿并没有回应。于是,在1693年的一次英国皇家学会会议上,胡克再次正式提出万有引力是自己优先发现的。面对胡克一而再再而三的“挑衅”行为,牛顿暴跳如雷,他认为万有引力定律的发现完全是自己的功劳,盛怒之下把《原理》中涉及胡克的大部分引用都删掉了,实在无法避免的,用词也都改为了不顾基本礼仪的“胡克”而非之前的“非常尊敬的胡克先生”。

由于《原理》的出版,牛顿声名鹊起,这让胡克越发觉得自己对万有引力定律的贡献没有获得应有的承认。胡克对此耿耿于怀,在1689年2月15日的日记中,他仍在抱怨“利益没有良心”。1690年2月,在英国皇家学会的一次演讲中,胡克仍不忘为自己打抱不平,他嘲讽地说道:“由我多年前首先发现的引力性质,被牛顿当成了他的发明并写成专著发表,因此牛顿帮了我一个大忙”。后来,胡克还写了一篇备忘录,详尽地记录了牛顿与他争执的“真相”,但这篇备忘录并未出版。尽管胡克一直在执着地争取,但几乎无人理睬他的“抱怨”,这件事情对胡克影响很大,他变得越来越多疑、抑郁和忌妒。

5 晚年凄苦,去世后被抹杀所有成就

由于终身未婚,胡克晚年非常孤独,经常只能以注释奥维德的《变形记》自娱自乐,1703年3月3日,双目失明的胡克逝世于伦敦格雷欣学院(Gresham College),终年68岁。

几个月后,牛顿当选皇家学会会长,并计划给学会找一个新地址。这对于胡克来说几乎是致命的打击,据俄勒冈州立大学教授艾伦$\cdot$唐$\cdot$ 德雷克(Ellen Tan Drake)考据得出,胡克设计的上千种实验装置、化石标本及模型均在牛顿担任皇家科学院院长期间被直接或间接地销毁,牛顿的支持者甚至销毁了胡克唯一的一张画像[11],以至于胡克的真实面目无法被后世得知,经常被大众认为是胡克的那张画像(图16),经证实并不是胡克本人。

图16

图16   被误传的胡克画像[3]


2003年(胡克逝世300周年),众多学者发表了关于胡克的数十本新书和论文,以此为胡克向牛顿复仇。然而,这般轮回,多少有些悲凉。

胡克逝世后的两百多年中,他被描述成了一个由于天生身体上的缺陷而导致心理变态的人,一个沉默孤僻、多疑多病、难共事、爱争功的人。诚然,“胡克在做人方面确实不算成功,但这足以成为将这个天才抹杀掉的理由吗?”这样的问题,在三百多年后的今天,依然振聋发聩。

参考文献

Gest H.

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