牛頓剽竊了明朝的研究成果?
原文作者:蕭然山
原文鏈接:https://blog.sina.com.cn/s/blog_12f7e7db80102yn0m.html
聽人說,有一個公眾號又在牽強附會、嘩眾取寵“作妖”了,說牛頓引力研究抄襲自中國明朝古書。
好奇心促使我查了一下,原來是“生民無疆”的公眾號內(nèi)的“青華道人”寫文章又有“新發(fā)現(xiàn)”了。此文題目叫《鐵證如山:牛頓發(fā)現(xiàn)地球引力?剽竊中國成果而已!》。他這里說的是“地球引力”發(fā)現(xiàn),認為牛頓剽竊了明朝中國王徵的《奇器圖說》(全名《遠西奇器圖說》)的幾句話。
既然有人評價這公眾號這文為“作妖”,以嘩眾取寵來侮辱智商,那么為了看看是否這為“作妖”,我們不妨先來看看牛頓萬有引力定律的內(nèi)容(地球引力與萬有引力這兩個專題離不開),然后再來評論“青華道人”說的“牛頓地球引力抄襲自中國明朝古書”之真?zhèn)巍?/p>
牛頓引力定律,通俗地說就是,兩個質點之間的萬有引力大小與它們各自的質量成正比,與它們之間的距離r的平方成反比,F(xiàn)=GMm/r^2,簡稱“平方反比”定律。當然,它還包含一套系統(tǒng)、復雜地計算各種軌道的數(shù)學理論。
在歷史上,自古希臘時代以來,包括比牛頓早幾百年的十二世紀以來,西方不斷有人樸素猜測兩個物體之間有平方反比的吸引力。英國胡克出生于1635年,比牛頓大七歲,但在英國皇家學會出道比牛頓早多年,算是在學術地位上早一輩,他也已經(jīng)知道引力的平方反比關系。我們高中物理課程學的力學,盡管叫牛頓力學,實際上可以叫“胡克力學”,因為那些知識包括在萬有引力作用下的圓周軌道運動,胡克都知道。因為比他們更早的開普勒從第谷的一生觀察中發(fā)現(xiàn)了“行星運動三大定律”,這成為了引力定律的定量實驗(觀察)基礎。
既然胡克都知道引力的平方反比關系,但是,為什么萬有引力的主要發(fā)現(xiàn)仍舊被歸功于牛頓呢?這是因為大家研究圓周軌道這不稀奇,但牛頓第一個證明,在萬有引力作用下,行星的一般軌道是橢圓。這是一個很艱難、也很精彩的數(shù)學證明,這使得牛頓成為萬有引力定律的當仁不讓的發(fā)現(xiàn)者。
這里有一段歷史:大約在1680年代,胡克與哈雷等人在討論一個問題:在平方反比引力作用下,行星的一般軌道是什么?哈雷回答不了。胡克說他自己已經(jīng)解決了這個問題,但是現(xiàn)在還不愿意分享出來。于是哈雷就去造訪牛頓,問了這個問題。牛頓立即回答:“橢圓?!惫左@訝,問:“你是怎么證明的?”?牛頓說:“20多年前鬧鼠疫時,大學關門,我回到鄉(xiāng)下老家,研究了這個問題?!?0多年前,是指牛頓24歲在鄉(xiāng)下老家時,為1666年(牛頓生于1642年)。
于是哈雷希望看一下牛頓的證明,但是牛頓說:“這個證明現(xiàn)在找不到,過幾天你再來,我交給你”。幾天后,哈雷再度上門,牛頓把證明給哈雷看。哈雷看了,很佩服,建議牛頓整理出來發(fā)表。牛頓答應了,于是開始寫。沒有想到越寫越長,牛頓最后寫出了一本劃時代的著作《自然哲學的數(shù)學原理》。哈雷資助牛頓出版了這本書。這本書奠定了牛頓一代宗師的地位。
順便說哈雷。哈雷掌握了牛頓的方法,計算了一顆彗星的軌道周期為76周年。這就是哈雷彗星。這顆哈雷彗星,實際上在中國,自武王伐紂以來到哈雷時代,2600年間被中國觀察、記錄30多次(除了少數(shù)幾次沒有記載)。中國古代因為“天人合一”這個樸素的迷信思想,相信天上星宿主宰地上政治態(tài)勢,因此皇家成立司天監(jiān),專門負責向皇帝匯報天象,所以,中國古代觀察天文學在世界上是最強的。而西方不幸,古代皇家沒有這個“天人合一”迷信,因此西方天文學觀察沒有得到皇家支持,對于哈雷彗星的觀察沒有記錄到幾次。直到哥白尼和第谷才開始進行系統(tǒng)的觀察。而第谷的觀察,為開普勒發(fā)現(xiàn)行星三大定律打下了基礎,這導致了胡克和牛頓時代萬有引力定律的堅固確立。
?
牛頓比胡克更有資格享有萬有引力定律發(fā)現(xiàn)權,還在于以下兩個原因:
1)牛頓定量(不是思辯)證明了地面上物體的重力與導致月球繞地球轉的引力,是同一個力。牛頓根據(jù)月球繞地球轉動的周期等數(shù)據(jù),計算出月球的加速度為地球表面重力加速度的1/3600,與此同時,當時已經(jīng)有關于地月之間的距離是地球半徑的60倍等數(shù)據(jù),60的平方等于3600,于是牛頓證明了地面上物體的重力與導致月球繞地球公轉的引力遵守統(tǒng)一的規(guī)律。這可以算是人類科學史上第一次大的綜合,天上與人間共享同一套物理規(guī)律,排除了天上規(guī)律的神秘性,挑戰(zhàn)了神學,解放了思想。
2)牛頓當時對球體(如地球)表面的引力公式,還缺少信心。因為平方反比規(guī)律是從質點運動定律中總結出來的,是否適合球體?牛頓花了二十多年,最后用他的微積分解決了這個問題,證明了:球體表面的引力場強,其大小等價于把球體質量全部放在球心。這標志著萬有引力定律系統(tǒng)理論的最終建立。
下面來看“生民無疆”的公眾號內(nèi)的“青華道人”的文章《鐵證如山:牛頓發(fā)現(xiàn)地球引力?剽竊中國成果而已!》怎么說。打開一看,原來他是指1627年明朝出版的王徵的《奇器圖說》有一列字:“重何物,每體直下,必欲到地心者是?!币馑际侵钢匚镉邢蛳逻\動的趨勢,直到地心為止。此句后王徵又用磁石吸引磁鐵來類比這個吸引力。
“青華道人”又說:“據(jù)說,牛頓出生于1643年1月4日,難道牛頓是現(xiàn)代穿越小說男主?穿越回了1627年以前并寫下了對重力的定義?毫無疑問,所有的這些知識,都來自中國!”
這種口氣,是“西方偽史”論者的典型措辭,只要看到某某古書比某某早,于是就用單一思維、一元論邏輯,認為后者就是抄襲了前者。
我頓時啞然失笑。當然,這個“啞然失笑”不是針對明朝王徵的,而是針對“青華道人”的。這也叫牛頓抄襲中國明朝王徵的證據(jù)?
王徵沒有被牛頓抄襲的資格。不要說王徵還沒有提到引力的“平方反比”這個定量關系,就算提到了引力“平方反比”關系的古希臘學者,也談不上有萬有引力定律的主要發(fā)現(xiàn)者稱號。比牛頓早幾百年的十二世紀以來,西方不斷有人樸素猜測兩個物體之間有平方反比的吸引力,雖然牛頓比他們晚了幾百年,但也不能說這叫牛頓抄襲了他們。牛頓的研究,是系統(tǒng)的、定量的、實踐式的研究,而非零碎的、定性的、思辯式的研究,牛頓與他們完全屬于兩個不同范式的研究。
也有人說,中國明朝邢云鷺(又稱邢云路),也提出了萬有引力思想。邢云路是萬歷年間進士,曾官至陜西按察司副使,其對天文歷法有造詣,在萬歷二十四年(1597年),將其研究歷法的成果匯集成編即《古今律歷考》,里面提出了“行星運動受太陽引力控制”的觀點。由于邢云路比牛頓早,于是有人認為西方牛頓時代的萬有引力成果抄襲了邢云路的發(fā)現(xiàn)。
為了了解邢云路的研究,下面引用網(wǎng)絡文章《牛頓偉大的“萬有引力定律”,是抄襲明朝天文學家邢云路的成果?》內(nèi)容:“對于日、月、五星在宇宙間的位置關系,中國古代通常將其比作皇帝、皇后和大臣的關系。邢云路則在此基礎上,結合對傳統(tǒng)歷法計算問題的討論,提出了“行星運動受太陽引力控制”的觀點。他在《古今律歷考》卷七十二中提出:‘月道交日道,出入于六度,而信不爽。五星去而復留,留而又退而伏,而期無失,何也?太陽為萬象之宗,居君父之位,掌發(fā)斂之權。星月借其光,辰宿宣其炁。故諸數(shù)壹稟于太陽,而星月之往來,皆太陽一氣之牽系也。故日至一正,而月之閏、交、轉,五星之率皆由是出焉。此日為月與五星之原也?!?/p>
“星月之往來,皆太陽一氣之牽系也”,明朝邢云路1597年的書籍相當于提出了“太陽中心說”。在西方,波蘭天文學家哥白尼在1543年去世前才敢把《天體運行論》出版,提出的也是“太陽中心說”。
正如“進化論”思想不是達爾文首先提出,“太陽中心說”這個思想,在歷史上也并非哥白尼首先提出。在哥白尼之前的一千多年,不斷有“日心說”碎片化樸素思想提出,而哥白尼才是系統(tǒng)進行定量驗算的第一人。
我們認為,明朝邢云路的研究(“星月之往來,皆太陽一氣之牽系也”,或者進一步說是“行星運動受太陽引力控制”),只是一個定性的樸素描述思想,沒有提出引力的“平方反比”規(guī)律,只是將日月和行星,比作國君、皇后和大臣的關系作為打比方的論證手法,還談不上具有物理學(當時叫自然哲學)的研究手法,他既沒有具體的數(shù)學基礎論證,也沒有像哥白尼、開普勒、牛頓那樣的完善的觀察證明。邢云路的成果研究水平遠遠低于比他更早的哥白尼和同時代的開普勒。哥白尼和開普勒分別有六百頁書籍很多定量數(shù)表和“運動運動三定律”定量數(shù)學關系。所以,邢云路沒有被牛頓抄襲的資格。
總之,萬有引力定律,是一個系統(tǒng)的學說,而不是零零星星的定性描述。重物的“萬有引力”或“引力”的樸素思想,西方自古就有。中國明朝邢云路和王徵,也有這個思想,那么這一點值得在科學史上敘述(但是比起哥白尼、第谷、開普勒、伽利略這一脈已經(jīng)定量化的觀察和數(shù)學綜合,邢云路和王徵的思想已經(jīng)顯得簡單、樸質、陳舊了,況且哥白尼、開普勒的發(fā)現(xiàn)在時間線上比邢云路和王徵還早一點,伽利略與王徵同時代)。他們都比牛頓早,但是你不能用一元論思維,捕風捉影、嘩眾取寵、牽強附會,說后面的誰誰就一定抄襲前面的誰誰。
在科學史上,可以說,幾乎每一項重要成果在系統(tǒng)的公認的理論提出來之前,都會有更早的樸素研究跡象顯示。例如,我們說“量子論”是由德國普朗克在1900年提出,它成為近代物理學開端。但是,實際上,比這更早20多年,波爾茲曼已經(jīng)有“量子”的跡象(他的相空間格子,背后的本質上就是量子力學導致);洛倫茲-龐加萊-愛因斯坦的相對論之前,已經(jīng)有其他人通過其他方法,樸素地提出了一個時空變換公式,這正是后來的相對論洛倫茲變換;愛因斯坦1915年廣義相對論系統(tǒng)地解釋了水星近日點反常進動,比這早幾十年,有人已經(jīng)采用猜測的方法,得到了“水星近日點反常進動”的正確公式;楊-米爾斯1954年利用非阿貝爾群提出了規(guī)范理論,這成為亞原子物理學的奠基性工作,但是比楊-米爾斯早16年,瑞典克萊因已經(jīng)提出了在數(shù)學上一模一樣(雖然提出方式不夠流暢、系統(tǒng))的規(guī)范場理論(發(fā)表在1938年波蘭會議論文集內(nèi));1965年威爾遜和彭齊亞斯無意之中測到了宇宙微波背景,由于它可以提供各種宇宙學信息,宇宙學意義巨大,成為現(xiàn)代宇宙學里程碑的發(fā)現(xiàn),但是實際上,比他們倆早20年和4年,已經(jīng)有其他人兩次探測到宇宙微波背景,因為誤差較大一點,沒有引起注意。還有很多例子。對于這些成果,沒有誰說后面的誰誰就一定抄襲了前面的誰誰。
“青華道人”還提到了“牛頓蘋果”的故事,認為這種故事是偽造的,認為明朝王徵的《奇器圖說》“重何物,每體直下,必欲到地心者是”比牛頓“蘋果落地”故事要早,于是肯定是牛頓抄襲了前者。“青華道人”顯然把“引力”研究內(nèi)容簡單化了,他也不知道自十二世紀以來西方不斷有“引力平方反比”樸素思想的提出。按照“青華道人”的單一邏輯論,難道“青華道人”也要說,明朝王徵抄襲了十二世紀以來的西方著作?
根據(jù)現(xiàn)在的記載,“蘋果落地”的故事來自牛頓的外甥女婿的記錄。無論該故事真?zhèn)?,對于物理學家或者研究物理的人來說,不會把“蘋果落地”這種故事,當作是萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)的什么佐證。什么叫發(fā)現(xiàn)萬有引力定律?那要看它的核心內(nèi)容。萬有引力定律內(nèi)容不是僅僅只有“平方反比”這一條(明朝邢云路和王徵雖然有“引力”思想,但是沒有“平方反比”這個定量關系),還需要有平方反比力作用下的橢圓軌道證明、球體和質點引力公式之間的統(tǒng)一性等的證明。關于這些,牛頓都做到了,所以牛頓成為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)者。