牛顿的万有引力定律:竟是从中国明朝的书里抄袭的?

2023-10-18 18:51:41 hao333 8497

最近,一些网络平台上出现了不少让人哭笑不得的科学史科普短视频科普。比如有这样一个说法,引发广泛关注:

万有引力定律并不是牛顿发现的。实际上,牛顿从中国明朝一本名叫《奇器图说》的书中,盗取了中国人王徵发现的万有引力。

牛顿的万有引力定律:竟是从中国明朝的书里抄袭的?

图片来源:新闻截图

光看时间,似乎挺有道理的。牛顿通过其书《自然哲学的数学原理》,发表万有引力的观点是在 1687 年,换算过来是为清朝康熙二十六年。而王徵《奇器图说》呢,则出版于明朝天启七年(1627 年)。如果在明朝出版的书里,就已经出现了牛顿在 60 年后才会发表的科学原理那看起来后者抄袭前者,大概就是板上钉钉的事情了呀!

听着很厉害是吧,让我们仔细看看这个《奇器图说》是怎么回事,牛顿发现的万有引力定律又是怎么回事呢?

书名就指出:明朝学者在学习欧洲科学知识

首先我们要明确奇器图说并不是这本书的完整名字,在前面还有远西二字,是指从传教士那里学习到知识。中国对西边土地和文化的认识,有西域、西天、天方指代远近不同的称呼,等到利玛窦等传教士来到中国,又发明了远西泰西大西洋等名词。这些名词实际上反映了在漫长年代,我们逐渐认识世界的过程[1]。

《远西奇器图说》是由德国籍传教士邓玉函口授,王徵撰写、绘图并在扬州刊刻,成书于 1627 年。它是我国第一部介绍近代欧洲机械工程学和力学的图书。而《远西奇器图说》[2]里所谓介绍万有引力的描述,其实是释读这段文字的网友读错了。

卷一第十七页:最重无过于地,地在天之下,必在中心。

卷一第十九页:各体各欲直下至地心方止。盖重性就下,而地心乃其本所。故而譬如磁石吸铁,铁性就石。不论石之在上在下在左在右,而铁必就之者,其性然也。

我们都接受过牛顿物理学的教育,读这一段容易觉得这是中学物理课本。其实不然,这里说的并不是万有引力,正如知乎网友指出的,这里面可一个力字都没有提。

前一段说的是地心即中心是亚里士多德地心说体系,并说明了为什么地球必然是圆的,因为地球中心也是宇宙中心。换言之,所谓下方,就是地球中心所在方向,上方则是头顶方向,因为地球是圆球,所以世界各地的人们实际上都是朝向地心方向站立。

牛顿的万有引力定律:竟是从中国明朝的书里抄袭的?

图片来源:pexels

后一段展开论述的是亚里士多德的四元素说,也就是亚里士多德物理学,强调本性如何,元素本性分为两类,土、水两种元素本性朝向下方运动,气、火两种元素本性朝向下方运动(还有以太在天上做圆周运动)。所以土、水这样的重物组成了圆圆的地球。没有力,而强调本性,这正是亚里士多德物理学的特征[3]。

咱们现在觉得这个很好理解,很简单,是因为学过了牛顿物理学,牛顿用万有引力定律告诉我们亚里士多德哪些观点对的,哪些观点是错的,错在了哪里。

在牛顿之前,很多人对于亚里士多德的说法都觉得无法理解地球对面的人,那不就倒立了吗?所以对面不可能有人吧?这个问题,就是欧洲学术历史上著名的对跖人问题。直到大航海时代,欧洲航海家跨过了赤道和大西洋,发现了新大陆,人们才知道地球对面确实有人。

科学家们曾经用磁力解释太阳系

至于后一段,类比于磁力,是英国女王伊丽莎白一世的御医威廉吉尔伯特(William Gilbert,1544年-1603 年)研究了磁石之后的思想。

德国天文学家开普勒(Johannes Kepler,1571年-1630年)赞同吉尔伯特,他们试图以此从物理学上来解释地球为什么是圆的,地球为什么绕着太阳转。他们和徐光启、王徵是处于同一时代的人。严格来说,这种类比其实是错误的。毕竟(后来确认的)万有引力和磁力性质差异很大。

引力只有相互吸引,磁力有异性相吸,也有同性排斥。它们的来源也不一样。这种曾经发生的错误认识,也恰恰说明了科学是一个逐渐发展,逐渐试错的过程,没有什么理论是一蹴而就,一直不变的。

因此对于这几段内容,个别网友有些望文生义,误以为说到向地心聚集,就是万有引力,这其实是由于不熟悉科学历史导致的误会。

误会发生的原因是,他们讨论的是同一个现象(地圆),同一个课题(为什么是地圆)。亚里士多德认为地球是圆的,这个结论虽然具有一定的科学性,但是他并没有真的描述清楚这个结论是如何正确推导出来的,他的某些前提如今来看是有错误的,因此只能说一种定性描述。

牛顿万有引力开创了物理学新时代

要定量解决这个问题,需要开普勒、伽利略和牛顿两位高人出场。开普勒指出行星绕太阳运行是椭圆轨道,从而彻底摆脱了古希腊人完美圆形轨道的观念。伽利略开创了把数学定量分析引入了物理学,开始研究运动和力的关系,得以研究运动过程。

牛顿的万有引力定律:竟是从中国明朝的书里抄袭的?

图片来源:pixabay

牛顿整理发展出来了三大运动学定律、万有引力定律,还有今天大学生必学的数学微积分。这些基于更复杂数学基础之上的力学原理的发现,才成就了牛顿力学之名[4]。

牛顿出手解决的第一个问题,来自英国天文学家哈雷。1684 年,哈雷向牛顿提出了一个当时未能解决的问题,如果一颗行星受到来自太阳的引力,这个引力与距离的平方成反比,那么它的轨道会是怎样的。牛顿不假思索地回答,他已经证明了轨道是椭圆的。这段对话让哈雷促使牛顿发表他的理论,其结果就是 1687 年发表那套三卷本的奇书《自然哲学的数学原理》。

哈雷也因此得以计算他最为钟爱的彗星轨道,预言了一颗彗星的回归,这就是著名的哈雷彗星,它下一次回归是在 2061 年。换言之,万有引力理论不是区区几十几百字就能完全描述的。它必须植根于牛顿总结出来的物体的性质和作用(超越亚里士多德、吉尔伯特和开普勒)、三大运动定律(超越伽利略)、微积分(超越古希腊数学),从而解决椭圆轨道这种力和速度的大小、方向都在不断变化的物理过程。

万有引力理论解决了从亚里士多德、哥白尼以来的重大课题为什么地球是圆的,为什么太阳系是这样的。牛顿力学重塑了我们对宇宙和日常世界的基本认知。今天我们即便是谈论物理学之外的事物,也经常用到力这个概念,这一切都彰显了牛顿力学的伟大影响。

牛顿的万有引力定律:竟是从中国明朝的书里抄袭的?

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对牛顿力学,王徵是学不到了,因为李自成攻进了北京去世那一年(1644年),他就去世了,此时牛顿才是个两岁的幼儿。但我想假如他能穿越到后世,一定会更加勤奋学习,毕竟他是南徐(光启)北王,是传播西方学术最为有力的两位明代学者之一。

我们作为后人,不必掠牛顿之美强塞给王徵,而是要学习他的博大胸怀,善于学习的谦虚精神,这才是真正的自信。在此基础上才能不断创新,向前发展,假如我们沉湎于虚假的往昔荣光,忘记了现实差距,那也将失去未来。

参考文献

[1] 吴孟雪,《明清时期欧洲人眼中的中国》前言,中华书局,2000年

[2] 《祖本远西奇器图说录最新制诸器图说》,中华书局影印本,2016年

[3] 亚里士多德,《物理学》,商务印书馆汉译世界学术名著丛书,1982年第一版。

[4] 吴以义,《从哥白尼到牛顿:日心学说的确立》,上海人民出版社,2013年第一版。

策划制作

作者丨孙正凡天文博士,科普作者

审核丨孙轶飞河北医科大学医学教育史研究室主任

策划丨徐来

责编丨林林、白莉