环球科学朝圣

第一节 牛顿三一学院的苹果树

　　在剑桥大学，草坪的大小是财力的象征，而国王学院的草坪是最大的，这是因为它拥有皇家的背景。

　　它于1441年在英王亨利六世的鼎力支持下创立，学院的整个布局都由亨利国王亲自规划。国王学院的礼拜堂是剑桥的荣耀，也是公认的全欧最出色的哥特式建筑，已经成为剑桥的标志性建筑。

　　三一学院是剑桥大学下属的一个学院，它的大门入口处有一尊亨利八世的雕像，他左手托着一个象征王位的金色圆球，右手却举着一根椅子腿。这是怎么回事呢？相传这尊雕像落成时，亨利八世右手中握的是一根象征王权的金色节杖，不知是什么人悄悄地爬上去，把节杖抽出来，用椅子腿取而代之。奇怪的是，这样一个恶作剧居然没有人理会，剑桥人还把它当成“精彩”的故事讲给新生和游人们听。

　　三一学院大门左边有一座建筑，对着草坪有扇窗户，据说那里就是牛顿当年住过的宿舍。1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入三一学院，靠为学院做杂务的收入支付学费。当时的剑桥大学主要传授一些经院式课程，如逻辑、古文、语法、古代史、神学等。不久，伊萨克·巴罗开设了一个自然科学知识讲座，他的博学和丰富的数学知识很快就吸引了牛顿，把他引向近代自然科学的研究领域。1664年，牛顿被选为巴罗的助手。第二年，剑桥大学评议会做出决定，授予牛顿大学学士学位。

　　1665年，严重的鼠疫席卷了伦敦，随时有可能殃及距离伦敦不远的剑桥大学。学校决定停课，牛顿只得离开学校，返回他的家乡林肯郡的小镇沃尔索浦。

　　离开了剑桥，牛顿仍然沉迷在科学探索之中，他每天都坚持看书学习，乐此不疲。有一天，他来到花园里思考引力问题，忽然一个苹果从树上落下来。这个很平常的现象引起了牛顿的沉思：为什么苹果总是垂直落向地面呢？为什么苹果不向外侧或向上运动，而总是向着地球运动呢？

　　经过一段时间的思索，牛顿豁然开朗，终于发现了对人类具有划时代意义的万有引力。

　　在三一学院大门右侧的绿草坪中间，长着一棵枝繁叶茂的苹果树。凡是到剑桥大学参观的人，都会被领到这里来，还会有人煞有介事地告诉你，当年牛顿就是在这里悟出了地球引力的奥秘。

　　实际上，这棵苹果树是从牛顿的故乡沃尔索浦移植来的，而沃尔索浦最初的那棵苹果树，早在1820年就被一场暴风雨刮倒，断成了好几截。按照植物学家的看法，一般苹果树即便正常生长，其寿命也不过百年。如果是这样的话，不管是三一学院的苹果树，还是沃尔索浦的苹果树，都注定是后人制造的“赝品”。不过，英国约克大学的基辛博士却不这样认为。根据他的考证，沃尔索浦的那棵苹果树被刮断后，曾有不少人慕名而去，从它上面剪下枝条，拿回去扦插栽培。如今，有两棵树被公认为那棵使牛顿领悟了万有引力定律的苹果树的后代，一棵留在沃尔索浦，另一棵就在三一学院。据说三一学院这棵苹果树上的叶片曾被作为纪念品高价出售。

　　一棵普通的苹果树之所以如此出名，原因就在于它跟牛顿发明万有引力的故事联系到了一起。然而，这个妇孺皆知的苹果落地的故事，其真实性却一直遭到怀疑。

　　牛顿逝世后不久，他的好朋友斯图克莱撰写出《牛顿的生平传记》一文，其中写道：1726年4月15日那一天，他到牛顿的寓所去拜访牛顿，和牛顿在一起待了一整天。在谈话中，牛顿亲口告诉斯图克莱，当年他正在思考引力问题的时候，一个苹果从树上落到地上，使他从中受到了启发。

　　如果人们相信斯图克莱的记叙，那么苹果落地的故事就是真实的。然而这里仍然有不少疑点，为什么牛顿生前从来没有在公开场合讲过这个故事呢？为什么当时许多科学家或者牛顿的其他朋友都没有听过苹果落地的故事，而在牛顿逝世后才逐渐传出来呢？事实上，早在牛顿之前，就有不少科学家开始研究引力问题。1625年，天文学家开普勒提出太阳和行星之间也有引力，不然的话，地球上的海水岂不是会被月球吸走了。

　　1659年，荷兰物理学家惠更斯也提出了万有引力的概念。可以这样说，早在牛顿之前，万有引力定律的观念就已经萌芽。牛顿临终前曾经说过：“如果说我比笛卡儿看得远一点，那是因为我站在巨人的肩上。”如果把苹果落地当做一个伟大发现的标志，让这个发现变得更精彩，那未尝不可；如果说牛顿就因为看到一个苹果落地而茅塞顿开，凭空想出了万有引力的定律，似乎有夸大其词的嫌疑。

　　苹果落地的故事原本只在英国人中间流传，后来由牛顿的外甥女凯瑟琳·巴沃讲给了法国18世纪资产阶级启蒙运动的旗手伏尔泰。伏尔泰认为牛顿在自然科学方面有着杰出的贡献，应该把牛顿的创见介绍到欧洲大陆来。与是，他在《哲学通信》和《牛顿的哲学思想》两本书里，以大量的篇幅介绍引力理论，同时也转述了苹果落地的故事。借助伏尔泰的巨大名声，苹果落地的故事传遍了欧洲大陆，进而传遍了整个世界，成为家喻户晓的科学佳话。

　　科学家逸闻

　　少年牛顿的奇思妙想

　　牛顿是一个早产儿，出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。牛顿自幼沉默寡言，身体瘦弱，头脑也不聪明。上学后他读书很不用功，在班里的学习成绩属于次等。但他的兴趣非常广泛，特别喜欢读一些介绍各种简单机械模型制作方法的书籍，还经常自己动手制作一些奇怪的小玩意儿。

　　有一次，小牛顿弄懂了风车的机械原理后，就制作了一架磨坊的模型。他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放上一粒玉米，刚好那地方是老鼠可望而不可即之处。老鼠想吃玉米，就得不断跑动，于是轮子就不停地转动起来。

　　还有一次，他把一盏灯笼挂在风筝尾巴上，当夜幕降临时，他把风筝放到天上去。村里人看到天上有亮光闪来闪去，还以为是彗星出现了。

　　小牛顿家里很穷，买不起钟，他就制作了一个“水钟”。他在水桶壁上划上均匀的横线，让桶里的水从桶底往外滴，水面不断下降，根据刻度线就能读出时间。每天早晨，“水钟”就会自动滴水到他的脸上，催他起床。牛顿还做过一个“太阳钟”，据说是在木板上划上线，中间钉一枚铁钉。

　　在阳光下看钉子的影子与哪条线重合，就能读出时间。这个“太阳钟”类似于我国古代的日晷。

　　牛顿虽然在动手能力方面强于很多同龄的孩子，但由于他学习成绩不好，在学校里常常会受到歧视。有一次课间做游戏，大家正玩得兴高采烈，一个学习好的学生无缘无故踢了牛顿一脚，还骂他是笨蛋。牛顿愤怒极了，同时他的心灵受到了强烈刺激，暗中下定决心，一定要发奋读书，超过那个欺负他的同学。

　　从此，牛顿早起晚睡，刻苦钻研，学习成绩不断提高，不久就成了班级中学习最优秀的学生。

　　科学小常识

　　万有引力定律

　　万有引力定律是解释物体之间相互作用的引力的定律。根据这个定律，自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与两个物体的质量的乘积成正比，与两个物体间距离的平方成反比。万有引力定律把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来，揭示了天体运动的规律，并为天文观测提供了一套计算方法，可以只凭少数观测资料就能算出长周期运行的天体运动轨道，哈雷彗星、海王星、冥王星的发现，都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。利用万有引力公式和开普勒第三定律等，还可以计算出太阳、地球等无法直接测量的天体的质量。牛顿依据万有引力定律和其他力学定律，还解释了月亮和太阳的万有引力引起的潮汐现象，对地球两极呈扁平形状的原因和地轴复杂的运动，也成功地做了说明。