杨靖︱悲情胡克

南京师范大学外国语学院教授 杨靖

2019-07-02 11:17 来源:澎湃新闻

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2009年,英国皇家莎士比亚公司剧团上演《托马斯·霍布斯的悲剧》,其中出现牛顿手撕胡克画像的场面,似乎坐实了三百年来在英国科学界乃至民间流传甚广的一则传闻。牛顿对胡克是如此痛恨,因此1703年当后者去世、并由牛顿本人继任皇家学会会长后,乃下令清除与胡克有关的一切痕迹——胡克实验室和胡克图书馆被解散,胡克所有的研究成果、研究资料和实验器材或被分散或被销毁——连胡克唯一存世的画像亦未能幸免。文人(以及科学家)之间的相爱相杀,自古及今,屡见不鲜,但如此这般的深仇大恨却是世所罕见。胡克何许人也?他与牛顿之间又有何矛盾纠葛?
今日在科学史上时常以脚注形式出现的罗伯特·胡克(1635-1703)是十七世纪英国最杰出的科学家之一。他在力学、光学、天文学等多方面都有重大成就。他所设计和发明的科学仪器在当时无与伦比,他本人被称为英国的“双眼和双手”,在欧洲科学界享有“伦敦的列奥纳多·达芬奇”之美誉。在物理学方面,他提出了描述材料弹性的基本定律。在光学方面,他于1655年提出了光的波动说(日后与牛顿的粒子说产生争执,直到二十世纪的波粒说问世才消解这一段公案)。在光学研究中,胡克主要的工作是进行了大量的光学实验,特别是致力于光学仪器的创制。他制作或发明了显微镜、望远镜等多种光学仪器(他曾用自己制造的望远镜观测到火星的运动)。
罗伯特·胡克
胡克在生物学方面也有突出贡献。1665年,胡克根据英国皇家学会一位院士的资料设计出一台复杂的复合显微镜。一次,他从树皮上切下一小块软木薄片,放到显微镜下观察。结果他发现了植物细胞(已死亡),并且觉得它们的形状类似教士们所住的单人房间,因此他使用cell一词命名植物细胞——这也是该英文单词的由来。据说胡克所用的显微镜至今仍然保存在华盛顿国家健康与医学博物馆中。荷兰工匠列文虎克受此启发,利用改进了的显微镜(可放大两百倍)进行观察,由此发现微生物——日后他被尊称为微生物学之父。同年,胡克出版《显微制图》。
罗伯特·胡克复合式显微镜
《显微制图》奠定了胡克科学天才的声望。该书初版每本定价三十先令,如此天价图书却供不应求,引发轰动。胡克绘画的天分在本书中得到充分展现——书中包括五十八幅图画——在照相机尚未发明的时代,这些图画都是胡克亲手描绘的显微镜下看到的情景。《显微制图》一书为实验科学提供了前所未有的既明晰又美丽的记录和说明,开创了科学界采用图画这种最直观、最有力的工具进行描述和交流的先河,并为日后的科学家所效仿。时任英国海军部官员的塞缪尔·佩皮斯(英国文学史上著名日记作者)读到胡克这本书后,对科学产生浓厚兴趣,立即决定购买仪器加入皇家学会。他称赞该书为他“一生中所读过的最具天才的书籍”。
胡克著名的显微绘图
胡克在显微镜下研究软木细胞时看到的情景
相比而言,胡克在力学方面的贡献尤为卓著。他曾协助波义耳发现气体体积与压强成反比定律,并建立了弹性体变形与受力成正比的定律,即胡克定律。在研究引力可以提供约束行星沿闭合轨道运动的向心力问题上,胡克于1662年和1666年间做了大量实验,实验的结果支持吉尔伯特的引力和磁力相似论。1664年胡克推测彗星靠近太阳时轨道是弯曲的——这一推断为日后哈雷等人的科学发现指明了方向。1674年胡克根据修正的惯性原理,从行星受力平衡这一观点出发,提出了行星运动的理论,并在写给牛顿的信中正式提出了引力与距离平方成反比的假说——但由于缺乏数学手段,当时尚未得出定量研究的结论。
胡克的发现、发明和创造极为丰富。他对当时的机械进行了很多改造——他发明了摆轮游丝——通过这一装置,可以按时间周期控制发条松紧,至今仍是钟表制作中的关键部件。他第一个制造出万向节,可以允许刚性杆向任意方向运动,现在仍广泛应用于车辆的传动装置中(虽然意大利文艺复兴时期百科全书式的科学家卡尔达诺早在一个世纪前就提出了万能接头的想法,但是并未付诸实践)。此外,风向仪、水平仪等装置的发明权也常常归功于胡克。如今更鲜为人知的是,胡克还是一流的建筑设计师。1666年,伦敦大火烧毁一万多间民房,胡克作为助手,随同建筑大师雷恩爵士投入伦敦重建,设计出一批古朴优美的建筑,后来的格林威治天文台便出自他们之手。
平心而论,胡克对万有引力定律的发现起了相当重要的作用。1679年他致信牛顿,认为天体的运动是由于中心引力,而且按照他的想法,地球表面抛体的轨道应该是椭圆——如果地球能穿透,物体将回到原处;而不应该像牛顿所说——物体的轨迹是一条螺旋线,最终将绕到地心。牛顿对此没有复信,但他无疑接受了胡克的正确意见。此后不久,在开普勒关于行星运动的第三定律基础上,牛顿运用数学方法推导出万有引力定律。1686年,牛顿将载有万有引力定律的《自然哲学的数学原理》第一卷呈送给英国皇家学会时,胡克希望牛顿在序言中能对他的劳动成果“提一下”,但遭到牛顿拒绝。胡克恼羞成怒,于是发表公开信指控牛顿剽窃他的科研成果。
牛顿闻讯大为震怒。他在回信中不断提到胡克的名字,几乎逐字逐句地全面反驳胡克的每一点批评质疑,后世有人甚至夸张地形容牛顿此文“实际上用胡克的名字串起了一首叠句诗”。随后,他重新仔细检查《原理》手稿,从中删除绝大多数有关胡克的引用——仅在第三卷中稍有提及,语气也从“非常尊敬的胡克先生”,变成“胡克”——尽管牛顿本人多年后与友人通信时坦承:“胡克纠正了我的螺旋路径,引发了我重新探讨椭圆形轨迹,才能使我发现这个理论。”当时令牛顿出离愤怒的,不仅是胡克无端的“剽窃”指控,更因为后者擅自将两人科学商讨的私人信函公之于众。
事实上牛顿本人与哈雷、惠更斯以及莱布尼茨等就科学发明权的归属皆有过争论,他的心胸狭隘、睚眦必报也是人所共知——不过,照科学家柯蒂•萨普里的说法,牛顿既不是第一位也不是最后一位科学史上个性古怪异常的伟大科学家——“这是进步向人类征收的智商税”。但就引力问题而言,胡克针对牛顿之前的错误假说,并未直言相告,而是让牛顿在皇家学会宣读论文,然后抛出自己的正确观点——这不仅有违科学精神,为人也难称厚道。事实上,“第一流人物对于时代和历史进程的意义,在其道德品质方面,也许比单纯的才智成就方面还要大”。爱因斯坦这句名言堪称是对胡克一生最好的注解。
爱因斯坦在另外某个地方还说过——“我不能容忍这样的科学家,他拿出一块木板来,寻找最薄的地方,然后在容易钻透的地方钻出许多孔”——不幸的是,胡克恰恰就是这样的科学家。他涉猎颇多,但所有的贡献都不具有独创性:力学上他提出胡克定律,但也仅是浅尝即止。光学领域他的贡献颇大,但公认的光学代表却是惠更斯。他发现并命名了细胞,对微生物的研究却是荷兰科学家列文虎克完成的。他改进了望远镜和显微镜,却是在别人的基础之上,而且并未据此做出重大发现——与之相反,牛顿却通过三棱镜发现了光谱:一束白光被分解成七种颜色——可能牛顿觉得太过恐怖,遂以拉丁文spectre(意为幽灵)为之命名。从这个意义上说,胡克真的犹如一个在大海边玩耍的孩子,捡起了很多美丽的贝壳,但是又随手丢弃——可以想象,如果在任何一方面深入钻研下去,他完全有可能与牛顿平起平坐,成为英国科学界光焰万丈的双子星座。
影响胡克取得更大成就的另外一个原因与他的科学方法有关。众所周知,在近代早期的科学活动中,物理-数学和经验-实验这两种流派一直各行其道,不相往来。后者满足于新事物的发现以及构建局部的理论来进行解释,它更多信奉德谟克利特的原子说而非柏拉图的理念说——这一流派的代表人物是伽桑狄、波义耳,以及胡克。一般来说,他们更喜欢“有一分证据说一分话”的实在论哲学,而不是以伽利略和笛卡尔为代表的物理-数学流派所倡导的泛数学主义。因此,与牛顿相比,胡克更重视实验数据而轻视抽象思维,重归纳而轻演绎——更多天才的推断而缺乏数学方法的验证。相反,牛顿在科学实践中恰恰统一了这两种思潮流派,从而形成了数理-实验哲学思想——而这也正是胡克的局限性所在。
胡克成名甚早,很早便担任波义耳的助手,后来被任命为皇家学会实验主任,1680年代以后开始担任会长直至去世。他的成长离不开波义耳和雷恩爵士等人对他的提携,但遗憾的是,他本人日后对年轻一辈的科学家却强行打压,在学术共同体造成了恶劣影响。比如牛顿当年向皇家学会呈送他发明的反射式望远镜,结果遭到胡克一番冷嘲热讽,乃欲愤而退出学会(后被学会秘书奥登伯格劝阻)。德国科学家莱布尼茨跨越英吉利海峡,向英国皇家科学院展示手摇计算机,颇受好评——胡克却认为不过尔尔,致使这一突破当时科学范式的重大发明未能及时在科学界推广。
不但对对手像严冬一样冷酷无情,对战友,胡克同样也不放过。英国皇家学会首位外籍院士、荷兰物理学家惠更斯与胡克同属光波说阵营,胡克却因摆轮游丝的发明权之争与之交恶(后惠更斯乃远走巴黎,出任法国科学院掌门人)。正如同时代的牛顿与莱布尼茨之争,由于兹事关乎国家颜面,当时又没有一个权威机构可以评判孰是孰非,无奈科学院只好规定,以后任何会议不得讨论摆轮游丝发明权的归属。由此可见,身为英国科学界祭酒的胡克缺乏一种天下为公的学术精神,而把科学研究当作自己的禁苑,把科学当做换取世俗富贵的筹码(据说胡克去世后,在他房间发现价值一万英镑的积蓄,相当于当时一位成功银行家的资产)。如此行径,不但阻碍了科学的进步,同时也令自己名誉扫地。这是他一生最大的悲剧。
不仅如此,胡克生性喜欢张扬,时常携带情妇在咖啡馆等公共场合高谈阔论。在科学领域并未严格划分的十七世纪,他的许多思想学说往往以会议论文形式四处传播,其成果也容易为他人捷足先登——本来他完全可以秘而不宣,或像牛顿那样等到著作大功告成再对外公布。对前期研究成果不断被他人模仿甚至超越,胡克不仅未能反求诸己,反而迁怒于人——他晚年甚至控告皇家学会,宣称其会刊《哲学学报》“从事一种知识性的贸易”(犹如今日知网),从而侵害了作者的著作权。此论一出,科学界一片哗然。这一场著作权纠纷也成为他人生最大的败笔。
据说胡克其人身材矮小、其貌不扬,加之驼背(被牛顿暗讽为“巨人”,酷似莎翁笔下面目可憎而心机深重的理查三世),未免自惭形秽。但这一身体缺陷和自卑心理又导致他极度狂妄自大,恨不能将天下发明尽归于己。当其权势煊赫之时,无人可与争锋——孤傲如牛顿,亦不得不一再推迟《数学原理》之发表,唯恐逢彼之怒。及至逝后未久,则名声委地、土崩瓦解,令人唏嘘不已。胡克的遭际再次表明:任何当世之伟人,在百代而下的教科书中或许只不过是一则注脚。
责任编辑:彭珊珊
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 科学史,牛顿,胡克

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