牛頓的萬(wàn)有引力定律，是從中國(guó)明朝的書里抄襲的嗎？

最近，一些網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上出現(xiàn)了不少讓人哭笑不得的“科學(xué)史科普”“短視頻科普”。比如有這樣一個(gè)說(shuō)法，引發(fā)廣泛關(guān)注：

萬(wàn)有引力定律并不是牛頓發(fā)現(xiàn)的。實(shí)際上，牛頓從中國(guó)明朝一本名叫《奇器圖說(shuō)》的書中，盜取了中國(guó)人王徵發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力。

圖片來(lái)源：新聞截圖

光看時(shí)間，似乎挺有道理的。牛頓通過(guò)其書《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，發(fā)表萬(wàn)有引力的觀點(diǎn)是在 1687 年，換算過(guò)來(lái)是為清朝康熙二十六年。而王徵《奇器圖說(shuō)》呢，則出版于明朝天啟七年（1627 年）。如果在明朝出版的書里，就已經(jīng)出現(xiàn)了牛頓在 60 年后才會(huì)發(fā)表的科學(xué)原理——那看起來(lái)后者抄襲前者，大概就是板上釘釘?shù)氖虑榱搜剑?/p>

聽著很厲害是吧，讓我們仔細(xì)看看這個(gè)《奇器圖說(shuō)》是怎么回事，牛頓發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力定律又是怎么回事呢？

書名就指出：明朝學(xué)者在學(xué)習(xí)歐洲科學(xué)知識(shí)

首先我們要明確“奇器圖說(shuō)”并不是這本書的完整名字，在前面還有“遠(yuǎn)西”二字，是指從傳教士那里學(xué)習(xí)到知識(shí)。中國(guó)對(duì)西邊土地和文化的認(rèn)識(shí)，有西域、西天、天方指代遠(yuǎn)近不同的稱呼，等到利瑪竇等傳教士來(lái)到中國(guó)，又發(fā)明了“遠(yuǎn)西”“泰西”“大西洋”等名詞。這些名詞實(shí)際上反映了在漫長(zhǎng)年代，我們逐漸認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程[1]。

《遠(yuǎn)西奇器圖說(shuō)》是由德國(guó)籍傳教士鄧玉函口授，王徵撰寫、繪圖并在揚(yáng)州刊刻，成書于 1627 年。它是我國(guó)第一部介紹近代歐洲機(jī)械工程學(xué)和力學(xué)的圖書。而《遠(yuǎn)西奇器圖說(shuō)》[2]里所謂“介紹萬(wàn)有引力的描述”，其實(shí)是釋讀這段文字的網(wǎng)友……讀錯(cuò)了。

卷一第十七頁(yè)：“最重?zé)o過(guò)于地，地在天之下，必在中心。”

卷一第十九頁(yè)：“各體各欲直下至地心方止。蓋重性就下，而地心乃其本所。故而譬如磁石吸鐵，鐵性就石。不論石之在上在下在左在右，而鐵必就之者，其性然也?！?/p>

我們都接受過(guò)牛頓物理學(xué)的教育，讀這一段容易覺得這是中學(xué)物理課本。其實(shí)不然，這里說(shuō)的并不是“萬(wàn)有引力”，正如知乎網(wǎng)友指出的，這里面可一個(gè)“力”字都沒有提。

前一段說(shuō)的是“地心即中心”是亞里士多德地心說(shuō)體系，并說(shuō)明了為什么地球必然是圓的，因?yàn)榈厍蛑行囊彩怯钪嬷行?。換言之，所謂“下方”，就是地球中心所在方向，上方則是頭頂方向，因?yàn)榈厍蚴菆A球，所以世界各地的人們實(shí)際上都是朝向地心方向站立。

圖片來(lái)源：pexels

后一段展開論述的是亞里士多德的“四元素說(shuō)”，也就是亞里士多德物理學(xué)，強(qiáng)調(diào)“本性”如何，元素本性分為兩類，土、水兩種元素本性朝向下方運(yùn)動(dòng)，氣、火兩種元素本性朝向下方運(yùn)動(dòng)（還有以太在天上做圓周運(yùn)動(dòng)）。所以土、水這樣的重物組成了圓圓的地球。沒有“力”，而強(qiáng)調(diào)“本性”，這正是亞里士多德物理學(xué)的特征[3]。

咱們現(xiàn)在覺得這個(gè)很好理解，很簡(jiǎn)單，是因?yàn)閷W(xué)過(guò)了牛頓物理學(xué)，牛頓用萬(wàn)有引力定律告訴我們亞里士多德哪些觀點(diǎn)對(duì)的，哪些觀點(diǎn)是錯(cuò)的，錯(cuò)在了哪里。在牛頓之前，很多人對(duì)于亞里士多德的說(shuō)法都覺得無(wú)法理解——地球?qū)γ娴娜?，那不就“倒立”了嗎？所以?duì)面不可能有人吧？這個(gè)問(wèn)題，就是歐洲學(xué)術(shù)歷史上著名的“對(duì)跖人問(wèn)題”。

直到大航海時(shí)代，歐洲航海家跨過(guò)了赤道和大西洋，發(fā)現(xiàn)了新大陸，人們才知道地球?qū)γ娲_實(shí)有人。

科學(xué)家們?cè)?jīng)用磁力解釋太陽(yáng)系

至于后一段，類比于磁力，是英國(guó)女王伊麗莎白一世的御醫(yī)威廉·吉爾伯特（William Gilbert，1544年-1603 年）研究了磁石之后的思想。德國(guó)天文學(xué)家開普勒（Johannes Kepler，1571年-1630年）贊同吉爾伯特，他們?cè)噲D以此從物理學(xué)上來(lái)解釋地球?yàn)槭裁词菆A的，地球?yàn)槭裁蠢@著太陽(yáng)轉(zhuǎn)。他們和徐光啟、王徵是處于同一時(shí)代的人。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這種類比其實(shí)是錯(cuò)誤的。畢竟（后來(lái)確認(rèn)的）萬(wàn)有引力和磁力性質(zhì)差異很大。引力只有相互吸引，磁力有異性相吸，也有同性排斥。它們的來(lái)源也不一樣。這種曾經(jīng)發(fā)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，也恰恰說(shuō)明了科學(xué)是一個(gè)逐漸發(fā)展，逐漸試錯(cuò)的過(guò)程，沒有什么理論是一蹴而就，一直不變的。
因此對(duì)于這幾段內(nèi)容，個(gè)別網(wǎng)友有些望文生義，誤以為說(shuō)到“向地心聚集”，就是萬(wàn)有引力，這其實(shí)是由于不熟悉科學(xué)歷史導(dǎo)致的誤會(huì)。

誤會(huì)發(fā)生的原因是，他們討論的是同一個(gè)現(xiàn)象（地圓），同一個(gè)課題（為什么是地圓）。亞里士多德認(rèn)為地球是圓的，這個(gè)結(jié)論雖然具有一定的科學(xué)性，但是他并沒有真的描述清楚這個(gè)結(jié)論是如何正確推導(dǎo)出來(lái)的，他的某些前提如今來(lái)看是有錯(cuò)誤的，因此只能說(shuō)一種“定性”描述。

牛頓萬(wàn)有引力開創(chuàng)了物理學(xué)新時(shí)代

要定量解決這個(gè)問(wèn)題，需要開普勒、伽利略和牛頓兩位高人出場(chǎng)。開普勒指出行星繞太陽(yáng)運(yùn)行是橢圓軌道，從而徹底擺脫了古希臘人“完美圓形軌道”的觀念。伽利略開創(chuàng)了把數(shù)學(xué)定量分析引入了物理學(xué)，開始研究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，得以研究運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

圖片來(lái)源：pixabay

牛頓整理發(fā)展出來(lái)了三大運(yùn)動(dòng)學(xué)定律、萬(wàn)有引力定律，還有今天大學(xué)生必學(xué)的數(shù)學(xué)——微積分。這些基于更復(fù)雜數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上的力學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)，才成就了“牛頓力學(xué)”之名[4]。牛頓出手解決的第一個(gè)問(wèn)題，來(lái)自英國(guó)天文學(xué)家哈雷。1684 年，哈雷向牛頓提出了一個(gè)當(dāng)時(shí)未能解決的問(wèn)題，如果一顆行星受到來(lái)自太陽(yáng)的引力，這個(gè)引力與距離的平方成反比，那么它的軌道會(huì)是怎樣的。牛頓不假思索地回答，他已經(jīng)證明了軌道是橢圓的。

這段對(duì)話讓哈雷促使牛頓發(fā)表他的理論，其結(jié)果就是 1687 年發(fā)表那套三卷本的奇書《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。哈雷也因此得以計(jì)算他最為鐘愛的彗星軌道，預(yù)言了一顆彗星的回歸，這就是著名的哈雷彗星，它下一次回歸是在 2061 年。

換言之，萬(wàn)有引力理論不是區(qū)區(qū)幾十幾百字就能完全描述的。它必須植根于牛頓總結(jié)出來(lái)的物體的性質(zhì)和作用（超越亞里士多德、吉爾伯特和開普勒）、三大運(yùn)動(dòng)定律（超越伽利略）、微積分（超越古希臘數(shù)學(xué)），從而解決橢圓軌道這種力和速度的大小、方向都在不斷變化的物理過(guò)程。

萬(wàn)有引力理論解決了從亞里士多德、哥白尼以來(lái)的重大課題——為什么地球是圓的，為什么太陽(yáng)系是這樣的。牛頓力學(xué)重塑了我們對(duì)宇宙和日常世界的基本認(rèn)知。今天我們即便是談?wù)撐锢韺W(xué)之外的事物，也經(jīng)常用到“力”這個(gè)概念，這一切都彰顯了牛頓力學(xué)的偉大影響。

圖片來(lái)源：pixabay

對(duì)牛頓力學(xué)，王徵是學(xué)不到了，因?yàn)槔钭猿晒ミM(jìn)了北京去世那一年（1644年），他就去世了，此時(shí)牛頓才是個(gè)兩歲的幼兒。但我想假如他能穿越到后世，一定會(huì)更加勤奮學(xué)習(xí)，畢竟他是“南徐（光啟）北王”，是傳播西方學(xué)術(shù)最為有力的兩位明代學(xué)者之一。

我們作為后人，不必掠牛頓之美強(qiáng)塞給王徵，而是要學(xué)習(xí)他的博大胸懷，善于學(xué)習(xí)的謙虛精神，這才是真正的自信。在此基礎(chǔ)上才能不斷創(chuàng)新，向前發(fā)展，假如我們沉湎于虛假的“往昔榮光”，忘記了現(xiàn)實(shí)差距，那也將失去未來(lái)。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳孟雪，《明清時(shí)期歐洲人眼中的中國(guó)》前言，中華書局，2000年

[2] 《祖本遠(yuǎn)西奇器圖說(shuō)錄最新制諸器圖說(shuō)》，中華書局影印本，2016年

[3] 亞里士多德，《物理學(xué)》，商務(wù)印書館“漢譯世界學(xué)術(shù)名著叢書”，1982年第一版。

[4] 吳以義，《從哥白尼到牛頓：日心學(xué)說(shuō)的確立》，上海人民出版社，2013年第一版。

策劃制作

作者丨孫正凡 天文博士，科普作者

審核丨孫軼飛 河北醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)教育史研究室主任

策劃丨徐來(lái)

責(zé)編丨林林、白莉