关于本书

《愤怒的牛顿——知乎汪有作品》/汪有

出品人 周源

策划编辑 刘强 梅莹

营销编辑 胡晓曦

实习编辑 裴启航

设计 郝小好

校对 高正哲

联系我们 publish@zhihu.com

本电子书版权为北京智者天下科技有限公司所有，未经书面授权，不得在任何地区以任何方式反编译或节录本书内容。

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DNA-BN：ECFD-N00007359-20160322

最后修订：2016 年 05 月 06 日

出版：浙江出版集团数字传媒有限公司

浙江 杭州 体育场路 347 号

互联网出版许可证：新出网证（浙）字 10 号

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网址： www.bookdna.cn  

本书电子版如有错讹，祈识者指正，以便新版修订。

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「一小时」电子书出版序

知乎创始人 周源

感谢你阅读知乎推出的「一小时」系列电子书。

「一小时」系列是什么？

这是一系列短小精炼的电子书。我们邀请了知乎各专业领域的知友在书中分享他们的知识、经验和见解。如果你足够认真，便可以在一个小时内读完一本书。

这里既有日常经济分析，也有人文历史，既有职场经验，也有生活中的科学。这些作者，都是我们精心为你寻找，在各个领域拥有独到见解的专业人士。而我们出版的每一本书，都会解释一个问题，分享一种思路，展开一个视角。

地铁上，入睡前，在这些细碎的时间里，挤出一小时的时间，静下心，读下去。

你很忙，但知识不慌张。

愿你从「一小时」开始，对这个世界，又多了一分认识。

愤怒的牛顿

前言

艾萨克·牛顿所处的时代，是混乱而又丰富、充实、生机勃勃的时代。

牛顿出生时的英国，在历经文艺复兴思想解放思潮的洗礼后，民主的幼芽坚韧地生长；在王室与议会对权力的争夺与相互倾轧下，革命的涡流蠢蠢欲动。1642 年，英国内战最终爆发，铁腕政治家克伦威尔以铁骑军起家，掀起了反对君主政体的争斗。历经七年内战，英王查理一世最终被戮尸枭首，克伦威尔以护国公的身份在王座上以铁腕执剑，俯视着英伦三岛，英国迎来了短命且脆弱的共和。

很长一段时间，科学还被遮掩在哲学、密教学、炼金术的面纱之下，从事纯科学研究的不过寥寥数人。哥白尼、第谷、伽利略、开普勒等人如同黑夜中的孤星，此起彼落，难得同时辉映。

而牛顿所处的时代，随着思想的点亮，星斗渐次出现，终于连缀成星汉灿烂。这是哲学家霍布斯、洛克、笛卡尔的时代，是数学家沃利斯、莱布尼茨的时代，是化学家波义耳的时代，是物理学家惠更斯、虎克的时代，也是天文学家卡西尼、哈雷的时代。

人们开始追求理性和自然，肯定人的价值。科学家们沿着伽利略等人开辟的道路孜孜以求，用一个半世纪的时间完成一场科学革命，永远地改变了世界的面貌。

第一章 波义耳的「沙龙」——无形学院

十七世纪中叶，启蒙时代开启。

1642 年，十六岁的英国少年、未来的近代化学之父罗伯特·波义耳（Robert Boyle）在导师的陪伴下游历到伽利略的故乡佛罗伦萨——这是波义耳人生中转折的一年。伽利略的逝世震动了整个佛罗伦萨，波义耳深受感染，手不释卷地钻研起伽利略的著作。其中被他反复阅读的一本，便是伽利略的《对话》。

波义耳生于显贵之家，父亲理查德·波义耳，位列爱尔兰大法官、柯克郡伯爵。波义耳从小受到精英教育，就读于煊赫至今的伊顿公学，并从十二岁起开始对整个欧洲的游历。

波义耳来自新教国家，原本便对罗马天主教廷对伽利略的判罚存在不满。读过伽利略的著作之后，他对大师的遭遇更添同情，刻苦的研读也让他在学术上成为了新科学的拥趸。

当年五月，他去到马赛，焦急等待着父亲寄来的旅费，结果他等来的只是一封信函。父亲解释说，当时的一场叛乱消耗了自己太多的时间和金钱。他承诺给儿子提供 250 英镑供其回程，以稍作等待。

英国内战的爆发打破了一切秩序，波义耳没有等到这笔钱，最终等来的是父亲的死讯。他只能变卖随身财物，返回英国，投奔了自己的姐姐。

当时的英国正风雨飘摇。克伦威尔在 1649 年处死国王查理一世，缔造共和后，国王党人依然活动在英国境内，苏格兰、爱尔兰与克伦威尔一直保持着交战状态。波义耳的父亲是不折不扣的王党，姐姐凯瑟琳却是忠诚的议会党，波义耳虽不敏于政治，却从克伦威尔的政策中获益，以英格兰侨民身份获取大片爱尔兰土地，使他可以无需赚钱而潜心于研究。

因为他的慷慨，他的财富也惠及他的伙伴。他结识了一批在战火中依旧从事研究的科学家，并和他们成为了终生的挚友。他们定期举办沙龙聚会，探讨各种科学问题，一个小规模的科学学会开始初具雏形。在信件里，他把这个小小的聚会称作「无形学院」（Invisible College）。后来，他搬往牛津，在没有获得教职的前提下从事科学研究。

当时，无形学院的研究者也大多居于牛津，其中包括约翰·沃利斯（John Wallis）、约翰·威尔金斯（John Wilkins）、赛斯·沃德（Seth Ward）。

这里面最重要的一位，约翰·沃利斯，毕业于剑桥大学，是当时一流的数学家，位居牛津大学萨维尔几何学教授一职。1649 年，克伦威尔将在任的亲国王派萨维尔教授亨利·特纳（Henry Turner）除名。沃利斯作为数学家，在内战爆发初期便站在议会党一方，利用自己的数学知识协助破译国王军方面的加密信函。所以他得以继任特纳的空席，成为第三任萨维尔几何学教授。他当选的理由看上去主要是因为站队精妙，甚难服众，然而，接下来的半个世纪里，时间证明了他完全配得上这个高贵的席位。

沃利斯在任期间对数学体系进行了极大的丰富与完善，他发明的无穷大符号和小于等于号至今仍在沿用，他对无穷小的研究事实上开创了微积分的先河。他一共在任 53 年，是任期最长的萨维尔几何学教授，如今这个职位的第十九任传人，是以对微分几何、代数几何和数学物理的研究而享誉学界的英国数学家希钦教授。

沃利斯就任五年后，物理学史上的经典实验马德堡半球实验成功。马德堡市市长盖里克用空气泵将两个紧密咬合的黄铜半球的中间抽成真空，结果大气压力将两个半球紧紧压在一起，用了十六匹马方才把半球拉开。值得留意的是，马德堡半球实验的首次成功，是在神圣罗马帝国的雷根斯堡，只是由于盖里克是马德堡市长，方才得此名。

消息传到英国，引起了波义耳的关注，他迅速地投入到空气泵的研究之中。然而波义耳长于实验却疏于仪器设计，一年后，他迎来了沃利斯为他推荐的最适合的实验助手：罗伯特·胡克（Robert Hooke）。

胡克时年二十岁，两年前入读牛津大学，师从沃利斯的同事、萨维尔天文学教授赛斯·沃德。此前在给沃利斯做助手时，他已经显出了在仪器设计制造方面的天才。波义耳在面试胡克时，要求胡克为他制作一款与半球实验相同的空气泵。

胡克当时只是对实验略有耳闻，却从来未见过盖里克使用的空气泵仪器。他没能做出一款同样的充气泵，但他做了个更好的设计，沿用至今。

在胡克的帮助下，波义耳如虎添翼，对空气性质的分析大为精进：包括火需要空气才能燃烧，声音需要空气方可传播；后来还提出了波义耳定律，描述了气体压强与气体体积的反比关系。此后，波义耳又转入化学与炼金术研究，写出了化学史上里程碑式的巨著《怀疑派化学家》。

他回想起少年时代读到的伽利略的《对话》，便也以对话体裁阐述学术思想。他提倡实验科学、综合定量与定性研究分析，以一己之力使化学从炼金术与哲学中独立出来，因为被称作「近代化学之父」。

第二章 来自沃利斯的批判

而此时的沃利斯，正陷入了一场毫无意义的争吵。

与沃利斯争吵的，是在启蒙时代最具有影响力的哲学家托马斯·霍布斯（Thomas Hobbes）。霍布斯曾游历意大利，与伽利略结为挚友。伽利略的著作，让霍布斯建构起了清晰的逻辑框架，也启蒙了他对科学的兴趣。

但纷乱的国家局势让霍布斯开始思考国家和政治的本质，就在沃利斯上任的两年后，他出版了巨著《利维坦》。

这是启蒙运动中第一本具有影响力的政治学著作，它使得霍布斯遭致了蜂拥的批评，被贴上无神论的标签，甚至被称作「堕落的撒旦」。然而启蒙的火种一旦播下，必定燎原。《利维坦》在欧洲出版后，霍布斯得到了崇高的声望和大量追随者。他启发了后来的斯宾诺莎、莱布尼茨、狄德罗、卢梭和洛克等人。

在《利维坦》中，霍布斯也提及科学：「在算术方面，没有经过锻炼的人必然会出错。」这句话倒像是预言，因为在四年后，霍布斯出版著作《论物体》。在争议最大的第二十章中，霍布斯宣称自己对三千年来困扰历代数学家的几何难题「化圆为方」做出了解答。他以尺规作图，将圆化作了面积相等的正方形。

身为萨维尔几何学教授的沃利斯，直接出版了《关于霍布斯几何学问题的简洁反驳》的小册子，毫不留情地指出了霍布斯算数方面的错误，并与同事萨维尔天文学教授赛斯·沃德相与配合，辩才滔滔逻辑缜密，据理力争又不乏挖苦讽刺，撰文批判着《论物体》的哲学根基。

霍布斯以无知者无畏的气质发动了反击，在英文版中增添附录开始对骂，要给「一位几何学教授和一位天文学教授」上上课，行文完全失去了文化人的体面，连「去你们的吧」这种俚俗语言也都写进了著作中。

霍布斯此后专研几何学，这场无聊的意气之争持续了二十余年，直到霍布斯于九十一岁去世。他通过喋喋不休的争吵推动了沃利斯的数学研究，为后来的微积分奠定了初步基础，等待着牛顿和莱布尼茨的到来。值得一提的是，两个世纪后德国数学家林德曼证明，化圆为方事实上并不可能通过尺规得解，想要求得圆的面积，最靠谱的作图法还是西哲毕达哥拉斯以及东方数学家刘徽和祖冲之的割圆术。

第三章 斯蒂安·惠更斯——外国来的院士

克伦威尔于 1658 年逝世。这个一手摧毁君主制的政治家，死前却把护国公的位置世袭给了自己软弱的儿子。厌倦了护国公乏味禁欲的军政府统治，英国子民欢欣鼓舞地迎回查理二世重登王座，史称「王室中兴」。查理二世从威斯敏斯特教堂的坟墓中掘出克伦威尔的尸身，施以象征性的绞刑。他凭借风趣且富有魅力的特质迅速重孚民意，被称作「快活王」。

在王政复辟的同年，十二个以无形学院成员为主的科学家在伦敦格雷沙姆学院（Gresham College）聚首，决意成立一所新学院，来推动自然科学与数学的实验与研究，波义耳、威尔金斯均位列其中。

科学家的努力也获得了「快活王」的支持，查理二世亲自成为了新学院的庇护人，并随后签署皇家宪章，承认他们的官方地位。当年的无形学院被赋予了一个新的名字：皇家科学院。科学家们开始不再单打独斗，转而以集体智慧推动科学的前行。

在英国雄厚国力的背书下，皇家科学院历经三个世纪的发展，直到现在仍是世界顶级的科学组织。在科学院的徽记上，两只象征探索进取的猎犬扶着盾徽，盾上印着象征英格兰的三狮图案，下面则是科学院的拉丁文箴言：切勿轻信（Nullius in verba）。

科学院以无形学院学者为中心，以英国科学家为班底，为英国培养了大量的科学人才。当然，优秀的人才无分国界，对少数顶尖的外国科学家，皇家科学院同样表示欢迎。皇家科学院建院伊始，最负盛名的外国院士，是来自荷兰的科学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）。

1629 年，惠更斯生于荷兰海牙上流阶层，他的父亲康斯坦丁·惠更斯，是当时一流的外交官员，且热爱科学，与当时的科学名家多有往来。惠更斯在私人教师的辅导下修习几何学，几乎在年少时就注定研习科学。上流阶层的身份让惠更斯有了更多的机会。一次聚会上，少年惠更斯在海牙的官邸里偶遇了来访的法国哲学巨匠勒奈·笛卡尔（Rene Descartes）。

笛卡尔年长惠更斯三十一岁，同为贵族出身，少时即显出不凡的思辨天赋。笛卡尔十八岁从军，开始对数学产生兴趣，二十三岁这年，他把代数与几何学联系在一起，提出解析几何思想，将曲线化成平面坐标系上方程的轨迹，使数学发展从常量数学进入了变量数学时代。他留在象限图上变幻莫测的圆锥曲线，成为了后来许多中国学生在高考数学科目中的噩梦……

与普通的斯文学者迥异，笛卡尔身上焕发出勃勃生机，更带几分游侠气质。他衣冠考究，总是头戴浮夸的装饰着鸵鸟毛的帽子，腰挎佩剑。退伍后他乘船前往北欧，期间遭遇船员图谋抢劫。笛卡尔精通船员所说的语言，早已警惕，临危时拔剑相对，力战得脱。还有一次，有醉鬼侮辱了与他同游的美女，这位大哲将对手的剑一举击落，却也就此罢手，理由是醉鬼过于肮脏，完全不值得将其杀死在美女面前。

笛卡尔在康斯坦丁的海牙公馆里遇见惠更斯时，已经身冠中将称号，但依然选择离群隐居。他的个人魅力迅速俘获了少年的景仰，激起了惠更斯对科学浓厚的兴趣。

在惠更斯大学期间，父亲康斯坦丁通过自己与法国数学家马兰·梅森（Marin Mersenne）的交情，恳请他对爱子加以辅导。

梅森才华横溢，性格上也平易近人，他不是最杰出的学者，却与整个欧洲的科学家都建立起联系。如同英国的无形学院，在梅森身边也聚拢起一批学者，定期在他的寓所讨论科学问题。值得一提的是，马兰·梅森是笛卡尔的同校大学长，在笛卡尔隐居的日子里，只有梅森定期与他保持通信联系。

梅森受康斯坦丁所托，与青年惠更斯展开书信往来。作为谆谆善诱的良师，梅森通过书信鼓励惠更斯前行，并提出了一系列科学题目激励惠更斯探索。在梅森的教导下，惠更斯开始全面地建构在科学领域的知识体系。1646 年惠更斯本决定搬到巴黎，陪伴自己在法国工作的父亲，也可近距离地与导师沟通请教，但他没能成行，两年后 1648 年夏天，梅森已然疾不可为。

肿块在梅森的肺部悄然生长，外科医生对此一筹莫展。在梅森的强烈坚持下，外科医生在他指定的位置勉为其难地开刀治疗，但因刀口开得过低，治疗宣告无效。梅森留下遗嘱，将遗体捐给生物学研究。

第四章 梅森的遗产

惠更斯终其一生，都没能见到梅森这位以书信启迪自己的师长。如果他能及时赶回参加葬礼，走进梅森的书房，他或许来得及看到老师宝贵的精神财富，那是与多达 78 位欧洲学者的珍贵信函，对各个科学领域均有涉猎，其中包括费马大定理的提出者费马，还有伽利略、托里拆利、笛卡尔等人；当然，也包括年轻的惠更斯。

梅森留下的最重要的文化遗产，是数学领域的「梅森素数」。那是指可以分解为 2^p-1 格式的素数。梅森在著作中总结，当 P=2,3, 5，7，13，17，19，31，67，127，257 时，2^P－1 都是素数。

寻找梅森素数，是数论研究的重要内容。1996 年，「大互联网梅森素数搜索计划」(GIMPS)启动，任何爱好者都可以去到 GIMPS 的官方网站下载一个免费的程序，随机分配一个数据区间在其中搜索计算，若真的验证了一个梅森素数，可获得 5 到 25 万美金不等的奖金。考虑到中奖率达到了万分之零点二，对于数学爱好者来说，这倒不失为一个不错的休闲博彩项目。截至 2013 年，人类已知的梅森素数共有 48 个，其中最大的已经超过了一千万位，普通的计算机已经无法单独完成计算任务。

梅森留下的另一大文化遗产的影响，则远远超出了数学界。那个围绕着梅森聚拢而来的，类似于英国无形学院的科学家沙龙聚会，被称作梅森学院，是当时整个欧洲的学术交流中心，也正是法兰西皇家科学院的前身。

梅森去世一年后，他生前一直心念拜访的挚友、惠更斯父亲座上嘉宾笛卡尔启程前往斯德哥尔摩。这位五十三岁的哲人被瑞典年轻女王克里斯蒂娜聘请为宫廷哲学家，成为女王的家庭教师。活力充沛的女王要求他每日凌晨五点便要开课。老人原本多年保持着晚起习惯，这时却要在北欧的长夜里起身，冒着凛冽的寒风搭乘马车赶往王宫。可这样的悉心栽培却没能收到什么回报，最终这场师生情谊以悲剧收场，笛卡尔感染上肺炎，在那个还没有发明抗生素的时代，他没能撑过 1650 年的早春。

同年，荷兰王威廉二世去世，久居海牙的惠更斯家族失去了外交世家的光环。惠更斯开始在父亲雄厚财力的资助下，潜心从事科学研究。他迎来了一生中最多产的一段时光。

第五章 惠更斯的发现

经由笛卡尔与梅森两位大师的启迪，惠更斯的才华喷薄而出。他先是沿着笛卡尔的几何学路径探索，随后又闯入力学与光学领域。他同哥哥一起磨制镜片，手制望远镜观察天空，发现了土星的四颗卫星以及土星光环。

伽利略在垂暮之年，曾为航海中经度测算的问题苦恼不已。没有精密的计时工具，伽利略将目光投向自己发现的木星卫星——美第奇星群。他提出了一个还不够实用的解决方案：多年来他一直潜心研究木星卫星的运转规律，由于木星的四颗卫星会定期被木星遮住，每年将发生 1000 次卫星食，他相信只要预测出此后每一次卫星食的精确地点及时间，到时船员只需用望远镜看一眼木星，然后查一查预先编好的星历表，就能得知出发地的时间。

这样的以天象测算时间的构思后来被称作天钟，然而这个方法并不好用，因为在颠簸的船上将望远镜对准小小的木星实在太难。实验证明，就连一个人心脏跳动的微小振动也能让整个木星跳出视野，而且木星也并非总能在天空中出现。受挫后的伽利略依旧不言放弃，一心一意地观测着木星卫星群，直到自己垂垂老去，双眼不再能看到任何东西。

十年后，惠更斯根据伽利略的摆的等时性原理，发明了摆钟，这是人类历史上首个精确计时工具。他在著作《摆钟论》中，详细地介绍了自鸣摆钟的制造工艺，并对单摆的物理性质进行精深的探求。通过对单摆性质的研究，他测算出地球的重力加速度为 9.8 米/秒，与现代测算数值毫厘不差，仅此一项，已经足以让他在物理学史上占有一席之地。

虽然摆钟的发明仍不足以解决伽利略的航海精度测算问题，但这毕竟是人类拥有了准确计时工具的开始。后来惠更斯与胡克分别独立发现螺旋式弹簧丝振荡等时原理，令此后的游丝怀表和机械手表的发明成为可能。再之后，二人还就弹簧振荡怀表的发明权大吵一架，一度令皇家学会的几场会议都无法如常进行。最终，学会在议程上删除了所有关于螺旋游丝发明权的会议议程，拒绝在此问题上浪费时间。至于经度测算问题，还要待百年之后的英国钟表师约翰·哈里森出手，方能得解。

此后，惠更斯游历了巴黎与伦敦，与当时大部分的科学家建立了联系。他访问了陪伴在老师梅森逝世床边的法国学者伽桑狄，结交了物理学家罗博威尔、天文学家布里奥，这些学者后来都成为了法兰西科学院的支柱。

伽桑狄当时也已经是一位老人，他继承梅森的遗志，将此前聚集在梅森修道院密室里的集会移到了富有的赞助人蒙托家中，称蒙托学院。也正是在蒙托学院中，初出茅庐的惠更斯提出了土星光环的发现，解释了土星的形状。

惠更斯造访伦敦之时，英国皇家科学院刚刚建立，他遇见了科学院秘书长奥登堡，探看了与霍布斯大战正酣的沃利斯，波义耳和胡克的空气泵研究则令他大开眼界。

不出所料，惠更斯被接纳为英国皇家科学院的外国院士。当他结束三个月的英伦之旅返回巴黎时，他发现，一个更好的工作机会在等待着他。

第六章 加入巴黎皇家科学院

1666 年，巴黎皇家科学院建立。

当时，法国正处于年轻的路易十四统治之下。这位冲龄践祚，后来以「太阳王」名垂于世的君主刚刚迎来了自己的亲政。他雄心勃勃地投入到王国的建设当中，启用了一批得力官员，其中最杰出的一位，是财务大臣柯尔贝尔（Jean-Baptiste Colbert）。他推行重商主义，发展法国经济，以不知疲倦的工作及苦心经营，协助国王将法兰西的经济从崩溃的边缘拉到正常轨道。

1666 年，柯尔贝尔意识到科学的力量，向路易十四提出建议，建设一所官方科学院来推动法国科学的发展。这座学院后来被正式定名巴黎皇家科学院（Académieroyale des sciences de Paris），路易十四提供了丰富的赞助，以免除科学家的后顾之忧。真正对科学院负责的是柯尔贝尔，这位平日精打细算的财务大臣，此刻却开始以简单粗暴大笔撒钱的手段迅速聚拢起一批杰出的学者。他以梅森学院的法国科学家为班底，又挖来外国的优秀人才，甚至连不长于学术的远在意大利的伽利略的弟子维维安尼也名列外籍院士阵营。外籍院士中最负盛名的就是刚刚从英国旅归的惠更斯，柯尔贝尔以三倍于其他法国院士的薪水，聘请惠更斯成为巴黎皇家科学院首任院长，将这位荷兰科学家留在巴黎近二十年。

另一位外籍科学家乔瓦尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）来自意大利博洛尼亚大学，是杰出的天文学家，执掌博洛尼亚大学天文学系多年，以对木星和火星的观测而闻名。此外，他还精于水利与机械。柯尔贝尔为卡西尼开的薪水，甚至比惠更斯的还高。这次聘请将卡西尼永远地留在了巴黎，他加入了法国国籍，将名字改为法文拼法让-多米尼克·卡西尼（Jean-Dominique Cassini）。日后天文台虽未设台长，他却一直尽着台长的责任，还担任「太阳王」的御用天文学家及占星术士，直至去世。

后来，卡西尼家族祖孙四代相继执掌巴黎天文台。在史书里，他的继承者们分别被称作卡西尼二世、三世以及四世。

英国皇家科学院虽然也冠以「皇家」二字，但由科学家自然形成，自主管理，与政府的关系颇为松散。学会的研究内容少有组织，基本由会员凭兴趣随意而定。17 世纪末，学会曾一度没落：由于一批医学家的涌入，当时的学会会刊中充斥着令人啼笑皆非的医学内容，甚至包括饮用牛尿催吐、用毒药谋杀以及解剖活体鳄鱼这种不知所云的主题。英国作家斯威夫特还在他的作品《格列佛游记》里，曲笔嘲讽过一些学者：主角格列佛游经飞岛国时，里面的无知学者们享受着女王赏赐的头衔，身上别着闪闪发光的古玩，煞有介事地彰显皇家学会的威严。

而巴黎皇家科学院在强大的财政支持及惠更斯-卡西尼双核心的支撑下，借助行政力量，迅速强势崛起，成为欧洲大陆的学术中心。既然享受王室的津贴，院士也理当服务于国家，承担起政府所指派的项目，并定期发布科学问题，悬赏征集正确答案。早期项目中最重要的一个是对法国面积进行了准确的勘测，发现法国的面积比此前人们认为的要小。得知勘测结果后，路易十四略带揶揄地表示：自己的科学家在减少法国领土这一工作上，做的远比他的军事对手来得出色。

巴黎皇家科学院就此成为十七至十八世纪中，唯一可以与英国皇家科学院抗衡的科学机构。科学界的两大山头隔着英吉利海峡对望，它们间偶有合作，但更多的是冲突竞争。两块巨大粗粝的火石擦到一起，迸发而出的四溅火星落到科学的荒野上，燃烧成熊熊烈火。

宏大的舞台已经铺就，它等待着真正的主人公走上台来，奉献一出精彩的正剧。也正是在这个时间节点之上，艾萨克·牛顿踏上了历史舞台。

第七章 牛顿的奇迹年

1666 年，巴黎皇家科学院建立的同年，黑死病肆虐英国已整整一年，夺去了伦敦 15% 的人口。9 月，伦敦大火，这是伦敦有史可载的最大的一次火灾，火焰迅速吞噬了城市，一万三千间民房被焚，圣彼得大教堂坍塌在烈焰之中，教堂的坟茔中露出焦黑的枯骨。

英国著名的王政复辟时期诗人约翰·德莱登用题为《Annus Mirabilis（奇迹年）：1666》的长诗来歌颂伦敦城在大火中的幸存，以及英格兰舰队战胜荷兰舰队。后来这首诗的篇名被应用于科学史，历史学家把 1666 年称作牛顿的奇迹年，来颂扬当时年仅 23 岁的牛顿所作出的重大科学贡献——另一个奇迹年是两个半世纪后的 1905，那一年，26 岁的爱因斯坦提出了相对论。

1666 年，奇迹年，牛顿在伍尔索普乡下的庄园里，遇到了他的苹果。

关于牛顿的苹果传说，如今已不可考。苹果故事在史料中有着多个版本，有的说牛顿只是看到苹果园就得到了启发，有的说那苹果就戏剧性地落在了牛顿的身边。

其中最出名的一个版本来自于后来的启蒙时代哲学家、「欧洲的良心」伏尔泰。这位牛顿的崇拜者并未见过牛顿，他从牛顿的外甥女凯瑟琳口中听到苹果故事，说牛顿看到园中的苹果落满一地，突然想到物体自由落体的轨迹是一条直线，如果这条线延长下去，或许将一直通往地球中心。

牛顿出身于乡下农场，父亲在他出生前已经去世。他不擅农活，在舅舅的大力坚持下，放弃了继承经营农场的生涯规划，进入了剑桥大学三一学院，开始广泛接触到笛卡尔、伽利略、波义耳等人的学说。他痴迷于数学以及物理实验，为了了解光的性质，甚至以肉眼直视太阳，后来整整三天都不能视物。他还曾用一根危险的长针揉搓眼球，把眼中压迫出了多彩的光环。但痴迷于实验反而耽搁了他正式的功课，1664 年牛顿毕业，负责考察他学术水平的是皇家科学院会员、首任卢卡斯数学教授巴罗（Isaac Barrow）。巴罗比牛顿大十二岁，是出色的数学家、哲学家，授课风趣精彩，颇受欢迎。

在这次学术资格审查中，巴罗以欧几里得几何学来测验牛顿，然而牛顿当时正钻研笛卡尔的解析几何，基础的欧式几何表现平平，他只以二等成绩取得了学士学位。取得学位后的牛顿本应留校工作，然而黑死病的爆发迫使他回到伍尔索普庄园，在苹果树的树荫下从事数学及物理研究。

两年肆虐的瘟疫期反而成为了科学史上最重要的时刻，受到苹果落地的启发后，牛顿把地球对苹果的引力和对月球的引力联系到一处。在一张母亲不久前用过的合同的羊皮纸背面，他写满了摘要和计算，得出了引力的平方反比定律，后来延展成为万有引力定律。在计算月球轨道涉及到的繁琐的向心力计算时，为了方便计算，他发明了微积分。这个高等数学的重要分支后来让无数高校学子挂科重修痛苦不已，在当时，不过只是 24 岁的牛顿随手发明的数学工具。

在数学学科几千年的发展中，数学中心经历数次更迭，从毕达哥拉斯、欧几里得和柏拉图的古希腊转移到亚历山大大帝治下的亚历山大城，再到后来文艺复兴时期的意大利，而在牛顿的奇迹年，数学中心悄然归于牛顿在英国乡间的质朴别墅。奇迹年的牛顿，无意间已经成为了整个世界最杰出的数学家以及物理学家，只是出于他的腼腆，世界对其研究成果暂时并无所知。但此后的半个世纪里，世界的数学中心所在，完全取决于牛顿之所在。

瘟疫过后，牛顿返回剑桥，成为了巴罗的助理和同事。巴罗很快震惊于这个年轻人的才华，虽然当时，他对牛顿的研究成果也仅仅了解一鳞半爪，不过这足以让他对牛顿给出了「非常年轻」，「但却是非凡的天才和大师」的评语。后来成为三一学院院长的巴罗，临走时推荐牛顿来继承卢卡斯数学教授一职。如今，巴罗与牛顿这对师生的全身塑像，一南一北地并列在剑桥大学三一学院教堂。

艾萨克·牛顿从大学新生到坐上剑桥大学最高数学教授的宝座，仅仅用了八年。卢卡斯教授席位荣耀了牛顿，牛顿也荣耀了这个席位。今天，卢卡斯教授席位仍是科学界最重要的教职之一，传奇科学家斯蒂芬·霍金教授曾居于此席位三十年，直到 2009 年他的 67 岁生日，才按照剑桥大学「年满 67 岁卸任」的古老规定离任。

牛顿荣登教职后的首个讲习主题，是承继前任巴罗教授的内容——光学。他在巴罗远称不上完善甚至多有舛误的课程之上，以缜密的数学逻辑予以全面修订；这是当时最为完备的光学课程。

但牛顿在授课技巧上远逊于他的前任巴罗及诸位同事，他的学生也没意识到牛顿所授知识的可贵，从他的第二堂课开始就基本没有任何学生前来旁听。那之后每个学期的授课时间，牛顿走过剑桥大学的庭院，如约踏进教室，一般情况下没有学生前来听课，他便面对着空洞的教室宣讲起晦涩的讲义。在接下来的十七年里，情况一直如此，他对着墙壁从光学起讲，然后过渡到数学，最后谈及整个宇宙。他的讲义涵盖了他后来的煌煌巨著《光学》《论自然哲学的数学原理》的绝大部分，可当时世界上最具前瞻性的独创科研成果就这样空空地回荡在剑桥讲堂的四壁之间，牛顿孤独地站在台上喃喃低语，像是一个木讷的独角戏优伶。

牛顿在三一学院时如同离群索居的隐士，他少有朋友，不苟言笑，没有任何消遣和娱乐。据助手回忆，他们共事多年中牛顿只笑过一次：一日，他向朋友推荐欧几里得的几何学著作，朋友反复询问这本旧书又有何价值，结果牛顿大笑良久——看来，伟人的笑点都与常人迥然不同。

第八章 反射望远镜之争

如果在 17 世纪 70 年代已经有了诺贝尔奖，以牛顿在当时的成果，完全可以蝉联两届物理学奖。此外，由于发明了微积分，还可以获得一届数学菲尔兹奖。两届物理学奖最重量级的一个将颁给他对万有引力定律的揭示，另一个则将颁给他的光学研究。他在光学方面第一个成果，是他的反射望远镜。

伽利略当年轰动一时的透镜望远镜曾遭到一群亚里士多德学派的学者群起而攻之，说望远镜中的美第奇星群不过是预先安在镜筒里的玩具。事实上他们的指责不无道理，伽利略的望远镜采取透镜折射原理，当光线穿过高倍透镜之时，由于不同颜色光线折射角不同，通过镜筒的白光会在成像边缘形成彩色的光圈，与实际观测差异巨大，成像质量也非常堪忧，观测效果确实难以服众。

要克服这一困难，只能采取长焦距曲率小一点的透镜来减轻图像扭曲，但由此带来的副作用是镜筒被大大加长。当时已经出现了镜筒长达 45 米的望远镜，需要建造一座塔来支撑。光学大师惠更斯创造性地抛弃了镜筒，设计「天空望远镜」，直接把巨大的物镜安在高塔之上，然后观测者站在几个街区外，手持目镜对着物镜进行观测。当时路人看着天文学家手持放大镜对着远方的高塔，目光中充满惊诧。

牛顿早就通过三棱镜分光实验对折射现象了如指掌。他直接设计出反射望远镜，放弃透镜的设计，而是使用凹面反光镜来聚拢光线，由于任何颜色的光线入射角与反射角都精确相等，一举消除了折射望远镜的成像光圈。1671 年，巴罗把牛顿的望远镜模型带到皇家学会，立即引起轰动。这个设计精巧、长度仅有十几公分的小玩意，威力已经超过了镜筒几米长的老式工具，令刚刚就任的皇家天文学家、后来的首任格林威治天文台长弗拉姆斯蒂德爱不释手。

英国皇家科学院迅速行动起来，以同样原理制作出两架更大的反射望远镜，供天文观测所用。他们向已在巴黎皇家科学院就任的惠更斯专门致函，确保牛顿的发明优先权为外界所知。一年后，牛顿顺理成章地当选皇家科学院院士。

正在牛顿的望远镜在皇家学会台上获得众所称道的时候，罗伯特·胡克发出了不同的声音。

胡克当时已经由沃利斯和波义耳的助手，成长为世界一流的发明家。在皇家学会的实验主任职位上，胡克尤为出色。他涉猎广泛，长于机械设计，胡克轮式气压仪及实用的测速仪均出自他手；他首先对弹簧性质进行研究，提出了力学领域最基本的胡克定律；他勤勉好学，与当时整个伦敦的杰出手艺人都保持着紧密的联系，使得他的仪器制造设计水平一直居于学术界前列。

在牛顿、惠更斯等光学专家放眼天空之时，胡克在光学领域则钻研毫末，在伽利略此前粗糙的显微镜基础上进行修改，制出第一批实用的显微镜。他的《显微术》是第一部论述显微学的专著；他用显微镜在软木的切片上发现了蜂巢般紧密排列的细小格子；他创立了细胞（cell）一词并对其加以描述，全书以英文而非拉丁文写就，畅销一时，牛顿私下还曾对此书加以称赞。

胡克并不是当时唯一钻研显微学的专家，在他之后，荷兰的科学家安东尼·范·列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）也探索同一领域。列文虎克从未受过正规教育，也没有受过科学素养的训练，他大半生均在政府里担任低级公务员，只是出于爱好开始自己的磨制透镜工作。

他自己探索出了一套行之有效的磨制高倍透镜的方法，靠着他最大放大倍数可以达到 270 倍的透镜，以及他非凡的观察能力及好奇心，他把一切能想到的东西都放到透镜之下进行观测，包括皮肤、肌肉、纤维、头发、雨水甚至人的精液。他最早描述了精子、红血球和微生物。他发现了一个新的微观世界，描述了各种各样的细菌和原生动物，然而，由于他的科学功底薄弱，没能推动微生物进一步的研究拓展。

在很多人看来，列文虎克只是一个卑微的只有小学学历的磨镜师傅，可靠着勤勉与精益求精，他成为了那个时代最为超凡的显微镜制造者。他敏于自己薄弱的教育背景，怯于公布自己的科研成果。直到 1673 年他才在朋友的鼓励下开始尝试着与皇家科学院通讯，描述自己在一滴水里，就观察到了大量微生物的惊人发现。

他的成果迅速吸引了皇家学会的注意，此后双方之间保持着密切的通讯。胡克作为皇家学院权威的显微学家，受托考证列文虎克的研究成果，在后者为科学界接受的过程中起到了至关重要的作用。胡克证实了列文虎克发现的微生物确实存在，并坦承后者的仪器在成像上优于自己的设计，只是在操作上略显繁琐。

之后，列文虎克的一项项观测成果被源源不断地从荷兰通报到英伦。1780 年他被选为皇家学会院士，他将此视作莫大的荣耀，只是他习惯了单打独斗，没出席入职典礼，甚至终生也没参与过学会的任何一次会议。不过他的名誉在欧洲稳固地建立起来，后来还为改革者俄国沙皇彼得大帝演示了显微镜下的血液循环。

他在一封书信里提及自己的科学研究时说道：「每当我有什么发现的时候，我都觉得我有责任将它们记录下来，以便和所有科学家分享我的发现。」

列文虎克在九十岁高龄时去世，他那简单朴实的「与所有科学家分享发现」的心愿并没能完成。他的一生中，有超过半个世纪的时间都用于磨制镜片。他辞世前将自己最精良的显微仪器遗赠给皇家学会，却并没能引起人们的重视。他制作的镜头也并未公开面世，由于在仪器制造中他采用了不少贵重的金银，结果他留下的珍贵仪器很快就被家人变卖。

他亲手开启微观世界之门，让人类通向一个新的世界。然而过往行人只是向门里随意一瞥，尔后匆匆走过，大家只是把微生物作为稀奇的自然现象和茶余饭后的有趣谈资。于是，这道开启的大门在遗忘中默默锈蚀倾颓，微生物学还要到两个世纪后的巴斯德时代才重焕生机。

列文虎克一直游离于学会之外，在光学领域，最有话语权的依然是胡克和牛顿二人。当初出茅庐的牛顿设计的反射望远镜摆在皇家学会的案头，胡克感到自己的地位遭到了挑战，他没有加入赞颂反射望远镜的阵营，而是大声宣称自己才是制作实用反射式望远镜的优先人。

胡克在会上强调，他先于牛顿七年便做出了一个仅有 3 厘米的反射望远镜，性能比其他长达 15 米的望远镜还强。甚至还有更小型的设计，可以装在怀表里，只是由于黑死病的蔓延和伦敦大火的重建工作才耽搁了进一步的研究深入。

与牛顿的腼腆相比，胡克的性格完全是另一个极端，他华而不实，好故弄玄虚，常常把远未完善的设计拿来吹嘘，又以担心被剽窃技术为由拒绝给出设计细节。胡克对发明权的争夺以其拿不出设计实物而未被理会。然而他更进一步，对牛顿随后提交的论文提出多项质疑，希望动摇牛顿光学研究的理论基础。牛顿通过条分缕析的回应，将胡克的质疑驳得粉碎，以自己的全胜告终。不过这仅仅是一个开始，在此后的日子里，他们的争吵持续了三十几年，直到胡克去世。

此后的一封写给胡克的信函中，牛顿充满讽刺意味地写出了那句被引用了无数次的名言：「如果说我看得更远，那是因为我站在巨人的肩上。」一直忌惮别人提到自己身躯矮小又是驼背的胡克收到此信，忍气吞声，没有做出任何反驳。后来他在皇家科学院的要求下，以实验主任的身份重新做了牛顿提及的实验，亲手证明了牛顿理论的正确。

牛顿的反射望远镜设计一直应用到今天，历代天文学家在其基础上多加改良，应用原理一直如初。今天，反射式望远镜不仅安装在各大天文台，更被发射至太空，其中最著名的一个，便是美国国家航空航天局发射的哈勃望远镜。

第九章 巴黎天文台 VS 格林威治

借助牛顿望远镜，英国与欧陆的天文学家得以开展更精准的观测。在皇家学会展出望远镜的次年，在法国巴黎，在路易十四得力干将柯尔贝尔的主持下，经过五个春秋的建设，巴黎皇家科学院的巴黎天文台最终落成。卡西尼成为巴黎天文台的执掌者。天文台设计成城堡状，配备高大的窗子以方便采光，屋顶平坦开阔。那时牛顿望远镜尚未普及，这种建筑设计并不适合摆放长焦距望远镜，卡西尼在惠更斯高空望远镜的基础上加以改良，在天文台侧面搭建近 40 米的木塔进行观测。巨大的望远镜一直持续应用到长焦距望远镜过时。

卡西尼此前便对天文观测颇有所长，在牛顿刚刚因为瘟疫返回乡下的 1665 年，卡西尼便已经和胡克同时发现了木星的大红斑，那是已知木星上最大的风暴，氨和甲烷气体云构成了巨大的漩涡，足以装下一个地球，发现时已经刮了三百多年。此时卡西尼得到了巴黎天文台先进仪器的帮助，更如虎添翼。继惠更斯后，他发现了土星的另外四颗卫星。他还发现土星光环其实分为内外两个，中间以狭缝分开，如今那道空隙被命名为「卡西尼缝」。

卡西尼与惠更斯这对巴黎科学院的双核心联手揭开了土星面纱，又过了三个半世纪，美国、欧洲、意大利三大航天局联手启动了「卡西尼-惠更斯」计划，派出探测器前往 35 亿公里以外的土星系统，去探测当年这对老友在深夜里隔着透镜凝望过的地方。

历经七年的航程，卡西尼号飞船装载着惠更斯号探测器于 2004 年进入火星轨道，惠更斯号脱离卡西尼飞船撞向当年由惠更斯发现的土星最大卫星，以泰坦（Titan）命名的土卫六。在整个降落过程中，惠更斯号源源不断地拍摄度量着卫星的表面地貌、风速以及压力，通过卡西尼飞船为中转传输回地球。两个半小时后，惠更斯号成功在土卫六表面着陆，十分钟后便停止了工作，它登陆时传回的第一张照片也是唯一一张照片，模糊的黑白图像上，大片大片的石块寂寥地铺向天边。

卡西尼号的寿命则更为长久，它此后一直被留在土星轨道上兢兢业业地工作。2014 年 6 月，美国航空航天局举办了卡西尼号在土星轨道服役十年的庆典仪式，正是在这一年，卡西尼号在当年卡西尼发现的土卫二上，发现了地下液态海洋存在的证据，这意味着土星系统或许是太阳系中除地球以外唯一存在微生物生命的地方。十年中，卡西尼号环绕土星运转 206 周，拍摄下三十余万张图片，其中最著名的一张广角照片里，左上土星的背光面隐藏在一片暗黑之中，土星巨大的光环横贯了整个屏幕，在右下方广袤的黑色天幕上，一个明亮的、只有十几个像素宽的蓝色光点孤悬宇内，那便是十五亿公里以外的地球。

十七世纪的英国人并不准备在这场天文学界的军备竞赛中落后，隶属于英国皇家科学院的皇家格林威治天文台于 1675 年在快活王查理二世的资助下启动。天文台由在伦敦大火重建工作中居功至伟的雷恩爵士亲自设计，罗伯特·胡克担任建筑助理。皇家天文学家约翰·弗兰斯蒂德（JohnFlamsteed）成为格林威治的负责人。

1948 年天文台迁离格林威治，依然继承了格林威治的名字。天文台旧址如今成为了国家海洋博物馆的一部分，本初子午线在其中穿越而过，以铜线的形式镶嵌在地面。来往的游人往往双脚跨在铜线两侧留影，以表示自己正脚踏东西半球。

与格林威治今日的显赫有别，在建立伊始，天文台还尚显寒酸，连观测仪器都难以配齐。弗兰斯蒂德殚精竭虑地为天文台奔走不休，靠着手下唯一的一个每日算计工钱却不愿出力的拙劣工人，以一己之力，对天文台不断加以建设完善。当时在法国，巴黎天文台并没有设置官方台长职位，卡西尼只是实际上的负责人。每个观测员各自为政，出于法国式的散漫和效率低下，经常偷懒旷工，观测贡献远不能说出色。而英国一方，格林威治天文台的情况则更糟，弗兰斯蒂德孑然一身地居于天文台中，没有观测助手可以差遣。他如同一个被遗忘在大洋寂寥灯塔上的守望人，在这座伦敦郊野的天文学灯塔上开始了长达四十年的观测。他最后一版的观测成果在他过世六年后的 1725 年出版，巨大的星表上列明了三千颗恒星的观测数据，是布拉赫·第谷一个世纪前的《鲁道夫星表》的三倍。

第十章 大清王朝的观象台

西方的天文观测正经历着筚路蓝缕的艰辛，在同一时期的东方，天文学的传播也命途多舛。顺治一朝在汤若望的努力下，认可了在《崇祯历书》基础上编订的《西洋新法历书》，制《时宪历》以为准绳。汤若望以钦天监监正的身份，在北京建国门附近的观象台承担起天文台台长的责任。汤若望以精湛的科学素养获得了顺治皇帝的信任，经历次加封，官至光禄大夫正一品职位。汤若望祖上三代都得到清廷的封号，他的父亲、祖父此先受封通奉大夫、母亲、祖母为二品夫人，1661 顺治十八年，祖上三代又加正一品衔。清廷的诰命诏书跨越重洋，邮寄到了他远在莱茵河畔的家乡。

然而汤若望的荣耀随着顺治皇帝在 1661 年的过世而迅速褪去，康熙皇帝八岁登基，中西历法之争尘埃再起。康熙四年，1665 年，辅政大臣鳌拜不满外邦人参政，授意新安卫官生杨光先上《请诛邪教书》批驳西法，斥汤若望所谓「西法十谬」。杨光先本是回族，信奉伊斯兰教，对汤若望的天主教理念抵触已久。他把当年哥伦布与反对者两个世纪前关于地圆学说的辩论搬到了中国，称若地球是圆形，那么地球下方的人无疑为荒谬的倒立。在鳌拜的支持下，汤若望被罗致三大罪状，最严重的一条是莫须有的阴谋造反。

汤若望拖着古稀之年的病体，桎梏加身，跪地受审。其时他已罹患中风，不能言语，更无从抗辩。次年清廷结案，汤若望被判处凌迟，他的助手比利时传教士南怀仁和其他耶稣会士也被投入囹圄，提审经月不休。在黑暗的牢狱里，他们终日向天主祈祷，相互勉励。

宣判后北京旋即发生地震，又有彗星出现。清廷官员以为天象示警，杀戮不吉。孝庄太皇太后特旨传谕「汤若望向为先帝所信任，礼待极隆，尔等置之死地，毋宁太过。」汤若望幸运地得以身免，然而其他五位受到牵连的钦天监汉人同事均问斩，徐光启在崇祯一朝悉心培养的一批中国天文数学人才，至此凋零殆尽。这一段帙卷中被血液黏结起来的历法之争，后来被史家称作「康熙历狱」。

汤若望并没有支撑太久，他在一年后的牛顿奇迹年蒙主宠诏，荣归主怀。杨光先入钦天监，尽废西方历法，他所信奉的源自伊斯兰文化的《回回历》成为了清帝国修历的基础。然而科学的真伪判定并不会以政治斗争的结果作为准绳，杨光先执掌下的钦天监工作很快陷入混乱，一年中出现了两个春分，不该置闰的却加多了闰月。汤若望的助手南怀仁操着尚不流利的汉语，在康熙皇帝的御前辩论中痛陈杨光先的失误，并在其后的日影测算中取得完胜。西法得以恢复，南怀仁成为新一代钦天监监正，深得康熙皇帝重用。作为康熙皇帝的启蒙老师，他发挥科学、工程、兵器铸造方面的天赋，后来官至工部侍郎，正二品。

汤若望作古三年后得康熙一朝平反，康熙皇帝在他的祭文里，以 「遽尔长逝，朕用悼焉」的感慨，抒发了对他的缅怀。至于一手发动康熙历狱的杨光先，在南怀仁的反诉下，以诬告致死的罪状下狱，本应反坐死刑，因其年事已高得免死罪，遣送原籍，去世在回乡的旅途。

南怀仁供职钦天监后，开始对观象台加以改造，他参照第谷的设计，吸取中国古朴的造型艺术，历经四年铸造六件铜质天文仪器，用于测定天体的黄经赤纬、地平象限以及天象推演。观象台的改造正赶上英法两国的天文台军备竞赛，它晚于巴黎天文台一年，早于格林威治天文台两年。

可是中西天文观测硬件上的差距依然不可以道里计，北京采用的依然是第谷的肉眼观测仪器，西方天文仪器在第谷之后又经历了七十年间伽利略、开普勒、惠更斯、卡西尼、牛顿历任光学大师的推动，已经远非南怀仁离开欧洲时的知识储备可以比拟，牛顿望远镜的精度更已经远远将第谷的简陋设备甩在后面。东方天文学界在崇祯一朝实现的短暂的对西方文明的追赶持平终成历史，清帝国反应迟缓的沉重步履，已经再难跟上西方世界的节奏。

第十一章 莱布尼茨的通信

1672 年，在南怀仁于北京观象台悉心打造天文仪器之时，一支由德意志派出的外交使团进入了法国巴黎。

其时太阳王路易十四的声威已经传扬至欧洲全境，整个欧洲都感到了来自法国的压力。德意志境内各诸侯国尚未从三十年战争中缓过神来，群龙无首，在太阳王虎视眈眈之下的美因茨选帝侯坐卧不安。此时，他手下崭露头角的年轻幕僚弗里德·威廉·莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）提出了构思精巧的政治阳谋。他建议由自己率团前往法国，游说路易十四征服埃及，从而祸水东引，减轻德意志诸国的压力。

莱布尼茨生于 1646 年，比牛顿小四岁。他出生于官宦世家、书香门第，三代出仕于宫廷，父亲更是莱比锡大学教授。莱布尼茨自幼研读古希腊罗马名家著作，饱受熏陶；14 岁入读莱比锡大学法学系，广泛研读培根、开普勒、伽利略、笛卡尔等人著作；21 岁获法学博士学位，此后任职于美因茨宫廷。

怀着替德意志争取宝贵的复苏时间的雄心，26 岁的莱布尼茨率使团前往巴黎。他的使命后来并未完成，一厢情愿的游说计划甚至不被法方知晓。

他的人生羁绊在巴黎整整四年，这位年轻的政治家就此开始了科学史上的征程。当年秋季，莱布尼茨结识了惠更斯，从而开始了另一段被传为佳话的师生相承。这一年惠更斯刚刚收到英国皇家科学院秘书奥登堡的致函，了解到牛顿的反射望远镜及光学论文。他表面加以赞誉，称牛顿的论文「极具独创性」，心里却对牛顿的光学成果不够满意，而是大力完善自己的光学构架。这是贯穿了整个光学发展史的，牛顿的「微粒说」与惠更斯和胡克的「波动说」争论的开始。牛顿从光的反射现象入手，认为光是由微小的粒子组成；惠更斯则认为光是一种波动，用以解释光的折射现象。此后，惠更斯出版《论光》，以波动理论推导出光的折射和反射定律，令波动说在这场争论中抢占先机。这场争论后来持续了数个世纪，直到下一个奇迹年 1905，爱因斯坦以光电效应的光量子现象为基础，提出光的波粒二象性，才终于为这场马拉松式的辩论画上终止符。

惠更斯与莱布尼茨都出身上流外交世家，相同的背景迅速拉近了二者的关系。惠更斯一直维系着一丝不苟的世家风范，他定做的西装背心以华贵的丝绸织就，以金线装饰，上面钉着的纽扣来自遥远的东印度，与国王的专用品式样相同。惠更斯修养甚高，在巴黎期间已经名震欧陆，得益于父亲与欧洲名流广泛的接触，他还精熟音乐与诗歌，是优秀的大提琴手。其时荷兰史上最伟大的画家，以《夜巡》闻名于世的伦勃朗是惠更斯家族的座上常客，还在惠更斯的绘画作品上留有题词。

这一年，莱布尼茨在惠更斯的指导下，开始系统地学习数学。莱布尼茨原本便涉猎广博，颇具功底，来法之前便设计了手摇式计算器，可以方便地进行四则运算；而今在大师的指导之下，数学功力更见提高。此后他遍访名师，两度访问伦敦，与当时一流的科学家交流学习。他的手摇计算器已经超过了当时英国皇家学会的设计，广受好评。

莱布尼茨后来被历史学家称为最后一位全能型天才，他的涉足领域涵盖了历史、经济、神学、语义、政治、科学等诸多领域。腓特烈大帝曾称赞他「本人就是一所科学院」。在巴黎，他在科学尤其是数学上的功底得到了精心的淬炼。

莱布尼茨开始精研笛卡尔的解析几何，他的天赋及努力让他迅速在数学领域超过了自己的老师惠更斯。仅仅经过数年，他便独立于牛顿在 1675 年再次发明了微积分。与牛顿从天体力学入手创立微积分的角度不同，莱布尼茨以数学家的身份，从几何学的切线面积问题发散，提出了同样的数学理论，二者殊途而同归。此后莱布尼茨更独立发展出二进制算数，并在巴黎皇家科学院宣讲。

在进行微积分研究之时，莱布尼茨已经与牛顿有所交集，此前莱布尼茨访问英伦时已与英国皇家科学院秘书奥登堡私交甚笃。1675 年，莱布尼茨得到来自英国方面的最新无穷级数研究目录，便涉及到一些牛顿的研究。一年后，莱布尼茨在奥登堡的引荐下，与牛顿进行了短暂的通信。

其中两封最重要的牛顿回函如今被称作「前函」与「后函」，其中约略提及了牛顿的数学研究，他特别提到自己多年前便在微积分的初级版本无穷级数方面取得了突破。但牛顿担心自己的成果被人剽窃，小心翼翼地在信件中用一串密码加密了微积分的核心内容。在「后函」中，牛顿已经怀疑自己的微积分理论存在被莱布尼茨剽窃的可能，对莱布尼茨信件中提到的与自己体系有异但内核一致的微积分体系，他不算客气地评价道：「以前悬而未决的问题现在同样无解。」

莱布尼茨晚于牛顿十年发明微积分，两人都没有急于公布自己的成果。这两位当时最杰出的数学家无意间按下了定时炸弹的按钮，八年后时钟跳动归零，关于微积分发明优先权的争斗在二者之间轰然炸响。这是科学史上最著名也最具深远影响的一次优先权之争，他们的支持者以及英法两大科学院都被裹挟进这场长达四十年的争论。论战双方以英吉利海峡为界，集结了当时最杰出的学者，豪华的参战名单至今读来都令人肃然起敬。

第十二章 哈雷的拜访

不过，在 1675 年那个节点之上，一切都还风平浪静。双方豪华的助威团远未到位，那一年，莱布尼茨的学生、鼓手、支持者——来自瑞士数学世家的伯努利兄弟还未成气候；牛顿未来最亲密的挚友，时年十九岁的天文学家埃蒙德·哈雷（Edmond Halley）则刚刚步入格林尼治，短暂地成为了天文台长弗兰斯蒂德的助手及学生。

哈雷出身显贵，相貌堂堂，教养颇高。他与弗兰斯蒂德的师生关系起初十分融洽，这个尚未在牛津大学毕业的年轻人，当时已经熟练地掌握了天文仪器的操作方法，为台长大所称道。次年，在查理二世的帮助下，这个年轻人接受了来自皇家学会的重任。他搭乘东印度公司的商船，跨越万里波涛，历经数月航程，抵达南大西洋圣赫勒拿岛。这座孤悬海外的荒凉岛屿距离最近的大陆也有近两千公里之遥，是当时英国最靠南端的领土。在南纬 15°线上，哈雷看到了与英国迥然不同的夜空。于是圣赫勒拿与格林尼治遥相呼应，一对师生同时启动了对南北半球天空的观测。哈雷不辱使命，在南太平洋难得晴朗的糟糕天气中，他以为期两年的不懈观测，绘制出精密的南天星表，包括主要恒星 341 颗，并在两年后返归英伦的 1678 付印，被老师弗兰斯蒂德赞誉为「南天第谷」。

荣耀和赞誉纷至沓来，哈雷迅速被授以硕士文凭，年仅 22 岁便被选为皇家学会会员，仅比老师晚了一年。然而就当哈雷在科学舞台上跳转出光鲜炫目的舞步时，舞台后面的阴影里，他昔日的老师冷冷地凝视着他的背影。

或许是出于嫉妒，或许是因为哈雷善于交际、圆滑处世的风格与作风古板的老师相违，弗兰斯蒂德再没提起过此前「南天第谷」这样热情洋溢的赞美。后来弗兰斯蒂德发表了潮汐研究论述，被哈雷纠正出多处讹误。他转而成为了哈雷的敌人，在此后的许多年里，二人一直针锋相对。

不过当时哈雷并没有受此影响，生性活泼的他拒绝被拘束在教职的囚笼里，他启程前往欧洲游历，还一度在巴黎天文台与卡西尼共事，从事彗星轨道的观测。

哈雷最初在科学领域的贡献乏善可陈，不过，六年后的 1684，在一个小小的咖啡馆里，哈雷无意之间做出了他对科学史的最大推动。

1684 年，伦敦市内的一家咖啡馆里，哈雷、建筑大师雷恩爵士和胡克一边喝着清咖啡一边探讨着科学问题，当时三人的交锋点在于行星轨道计算。哈雷请教另外两位科学家，行星与太阳之间的作用力是否遵循平方反比定律，如若遵循，行星的轨道应该是什么形状。

胡克与雷恩均不能给出合理解答，不过胡克又开始管不住自己热衷吹嘘的嘴巴，他说自己早就已经证明这一问题，但拒绝公布证明过程，由此让别人认识到知识的宝贵。雷恩对胡克的吹嘘非常不满，当即与二人下了一个赌注，给胡克和哈雷两个月时间，先找到答案者可以获得一本价值 40 先令的书籍。

两个月的时间匆匆而逝，胡克和哈雷都没能给出合理的证明，雷恩失去了对胡克的耐心，还加以冷嘲热讽。哈雷自觉无法独立解决，他收拾行囊前往剑桥，在当年秋天敲开了牛顿的家门。

哈雷博士本以为这次拜访会枯燥而冗长，他做好了等待牛顿漫长计算的准备。然而牛顿几乎在哈雷刚刚叙述完问题的同时，便立即给出答案：「轨道是一个椭圆」。哈雷惊喜地问他如何知道，牛顿简单地回答：「我算过。」牛顿随即在书房的纸堆里寻找他计算的草稿，可没能找到，他答应重新计算，然后把论证过程提交给哈雷。

哈雷等待了整整一个秋天，三个月后牛顿的信函从剑桥翩然而至，里面是牛顿用 9 页纸的篇幅写就的《绕转物体的研究》。此后在这 9 页纲要的基础上，牛顿将其扩充为三巨册版本的《论自然哲学的数学原理》，正式发表万有引力定律，以一人之力，将伽利略用于地面的力学体系和开普勒用于天空的力学体系加以统一。他告诉人们，原来周遭世界竟然与星体之间遵循着同样的定律。他在开普勒的行星三大定律基础之上更进一步，告知学界，开普勒的椭圆轨道并不是宇宙的终极真理，而只是深层万有引力定律的一个基本表征。如果说伽利略和开普勒告诉了世人宇宙是什么，那么牛顿则从纯数学的角度，向世界揭示了究竟为何如此。如今这部作品已经成为科学史上最重要的科学著作。它甚至知名到已经无需提及书的全名，仅说出《原理》二字，便众皆知晓。

牛顿在投入到《原理》的编订工作之中时，还不忘把一部分天才「浪费」在炼金术研究之上。他的头发在四十多岁的壮年便转为灰色，他对此自嘲是用了太多的汞。他把睡眠时间压缩到四五个小时，对工作的专注以及水银毒性的侵蚀让他无暇顾及生活琐事，后来流传的关于牛顿「忘了吃饭」「煮了怀表」等传说大多源于这一时期。

也正是牛顿进行撰写《原理》工作之时，1684 年 10 月，莱比锡大学学术刊物《学术论文集》刊登了莱布尼茨署名的论文，名为《一种求极大值与极小值和求切线的新方法，也适用于分式和无理量以及这种新方法的奇妙类型和计算》。在这一篇论文里，莱布尼茨率先发表了微分研究，声称自己发明了这一崭新的数学工具。他得意地在文中宣称微分的应用如同魔术般神奇，完全可以使「其他渊博的学者百思不解」。这是数学史上公认的最早发表的微积分文献。两年后，莱布尼茨发表积分学论文，这两篇论文携手确立了微积分体系，并采用了先进现代的微积分符号，一直沿用至今。

但两篇论文均没有提到牛顿的名字。

当时的牛顿引而不发，或许是莱布尼茨论文的发表终于让他感到了紧迫性，他仅仅用了一年半的时间便完成了巨著《原理》，在其中的第二册中增加一段叙述，提到了十年前与莱布尼茨的「前函」与「后函」中的密码表述，陈明自己才是微积分的最早发明人。

第十三章 《自然哲学的数学原理》的问世

1687 年，这部历史上最伟大的科学著作在当时的出版工作并不顺利，哈雷提请学会付梓印刷时，学会刚刚出版了英国博物学家约翰·雷的《鱼类史》。这位兢兢业业的博物学家写出了一本最全面的鱼类自然史论，书中还配有大量精美的鱼类插图。当然，不难判断这样的著作毫无市场销路可言，《鱼类史》的出版大大拖垮了学会的财务状况，无力承担《原理》的印刷费用，于是哈雷只得自己垫付部分书款，以确保书籍的印刷。

三巨册的《原理》是科学诞生以来最伟大的综合性数学及物理著作，牛顿以一己之力，构建了人类有史以来最宏伟的科学体系：囊括了牛顿三大力学定律、牛顿的万有引力定律、微积分初步研究，甚至还涉及光学、流体力学。《原理》的出版使得牛顿迅速在西方学界奠定了科学泰斗的地位，其声名如同旋风一样，席卷了整个欧洲。即使是在后来的微积分优先权之争中属于莱布尼茨阵营的法国数学家洛必达侯爵，读到此书也由衷叹服，迅速转变成了牛顿的粉丝，甚至开始打探牛顿生活的每一个细节：「他吃饭么？喝水么？像别人一样过日子么？」

《原理》的影响不止于科学界，以医学及实验哲学研究而进入皇家科学院的启蒙时代最杰出的哲学家之一，被后世称作「英国和美国的自由主义之父」的约翰·洛克（John Locke）也对其大为赞赏。他与牛顿和波义耳早在皇家学会时已是旧识，三人之间书信多有往来，主要交流炼金术心得。洛克作为经验主义鼻祖，信奉知识源自经验，正同牛顿的思想相合。只是牛顿出于傲慢，为了防止门外汉说三道四，他故意以拉丁语将书稿写得晦涩难懂，只有真正的学者才能一窥究竟。洛克本哲学家出身，几乎完全无法理解牛顿的书作。洛克曾就此请教过惠更斯，后来更专程前往伦敦向牛顿讨教，牛顿只能简单地为洛克以尽量通俗的语言加以讲解。这是自由主义之父与科学领域产生的最后交集，洛克此后一心投入哲学思辨，不再过问科学研究。

在洛克、哈雷、洛必达等牛顿粉丝之外，对牛顿感到不满的人也不在少数，其中首推夙敌胡克。书籍尚未出版时，他便坚称自己早就做过牛顿的重力研究，并怒不可遏地表示是自己启迪了牛顿的书作，要求牛顿在《原理》的序言中予以声明。牛顿迅速做出了反应，他重新仔细地校对了书稿——尽管胡克对他的研究确有推动，但他仍然干净利落地将书稿中出现的胡克的名字尽数删除。结果，胡克与牛顿之间裂痕愈深。在皇家学院此后的一次例会上，他看到牛顿及一批科学家渐次步入，便愤愤起身，离开了会场。

至于法国天文台的实际执掌者、惠更斯的同事卡西尼则根本拒绝接受牛顿的理论。他原本便在科学领域观念保守，甚至连哥白尼的日心理论都拒绝相信，也反对开普勒的行星定律。这位欧洲最杰出的天文观测者对万有引力和光速有限的结论一直持反对观点，直至去世。

此外，格林尼治天文台长弗兰斯蒂德也对牛顿颇有微词。在《原理》书成之前，他与牛顿有着频繁的通讯往来。此前他并不赞同牛顿的万有引力理论，他把星体之间的引力看做与磁力相仿，而最强劲的磁铁也很难吸引一定距离外的钢针，万有引力这种超远距作用力的概念，对他无疑太过超前，但他依然慷慨地提供了自己珍贵的观测数据，他的数据成为了万有引力定律提出的重要事实基础。然而牛顿在《原理》中，只是在致谢部分轻描淡写地提及他从观测台得到过一些数据。

但无论如何，《原理》的出版，使牛顿迅速赢得了在科学领域的巨大声誉。此前，由于牛顿的思想不愿对外发布，仅有的成果也仅在英国内部小范围流传，在欧陆学界他的名声并不如莱布尼茨，所以莱布尼茨的论文未提及牛顿的贡献，也无不妥。如今，牛顿终于具备了和莱布尼茨直接作战的能力。

第十四章 来自对手的挑战

大风起于青萍之末，起初的争论中双方均未出手，仅仅是在二人的支持者中小范围地发动。其中莱布尼茨阵营中的主力旗手，是来自瑞士的伯努利兄弟：雅各布·伯努利（Jacob Bernoulli）及约翰·伯努利（Johann Bernoulli）。

弟弟约翰·伯努利，晚于哥哥雅各布 13 年出生，但数学天赋更胜其兄，他读到莱布尼茨的微积分论文时，还只是 21 岁的青年，在跟随哥哥学习莱布尼茨的微积分理论仅仅两年，已经积累了与雅各布同等的数学功底。他以莱布尼茨为自己的师长，二人迅速地建立起通信联系。当时英国学者宣称牛顿才是微积分的真正发明人，学界耆宿沃利斯已经年过古稀，但他依然警惕地注视着莱布尼茨的动向，为保住英国的数学地位，他亲自出版著作为牛顿助拳，甚至还举出了当年牛顿与莱布尼茨通讯的「前函」与「后函」，暗示莱布尼茨是从这两封信件中得到启发。约翰·伯努利在沃利斯的著作中看到牛顿式微积分的介绍，激动地致函老师，指责牛顿才是剽窃者，并力主老师与牛顿直接对抗。

约翰随即于 1697 年提出「最速降线」问题向全欧洲数学界提出挑战，发问「如有小球从高点自然滚下，连接起点和终点的何种曲线形状的导轨，可以令滚落时间最短」。他以得意洋洋的语调，宣布自己早已得知问题的答案，只待有识之士以同等智慧摘取桂冠。他在声明中还对牛顿加以暗讽，并专程将问题寄往英国，来看这位自称先于老师莱布尼茨发明了微积分的数学家是否当真名符其实。

时年五十三岁的牛顿当时已经离开了生活三十年的剑桥，位列英国造币局局长，成为一名帝国官僚。局长本为养老闲职，可牛顿却以科学家的精密和前所未有的热情对整个造币局加以改造，以铁腕迅速攫取并扩大造币局长的权力。他提高造币厂产能，与造伪币者斗智斗勇。传奇案犯查洛纳案底无数，一直逍遥法外，但被牛顿以伪造钱币之名投入监狱。查洛纳靠着政府关系被判无罪释放，一年半后再度被牛顿送回铁牢。他们的缠斗持续三年，查洛纳一度吹嘘可以靠着自己的关系脱罪，然而牛顿建立起遍布伦敦的福尔摩斯式的密探网络，搜集三十四个详细的口供相互参照，以铁证将其送上绞架。

在约翰·伯努利的挑战信函寄到伦敦牛顿的府邸之时，他刚刚忙完当日铸造新币的工作回到家中。精疲力竭的牛顿见信愤怒异常，直言自己不喜欢在数学问题上被外国人戏弄。随后他拿起伯努利的信函，直接计算到翌日凌晨，只用了几个小时便得出了正确答案：最速降线是旋轮线。

那一年的复活节将近之时，伯努利收到了四份正确答案。他的老师莱布尼茨和学生洛必达侯爵都给出了正确解答，他的哥哥雅各布也提交了正解，给他重击的则是最后一份答案。那份答案论证清晰流畅，但没有署名，只是在信封上盖有来自英国的邮戳。

约翰·伯努利看着纸上优美的论证，带着羞恼与敬畏感叹：「我从他的利爪，认出了这头狮子。」

第十五章 最后的较量

1703 年，牛顿的宿敌胡克在落寞中走完了自己六十八年的人生旅途。这位性格华而不实、涉猎渊博的大师晚景凄凉。他在力学、天文、数学、建筑诸多领域均有建树，如果他能在他广博的知识体系中随便择其一深入探索，无疑将取得更大的成就。由于他古怪的性格，一生中与多位科学巨匠都有过不快的争论，他少有朋友，也难以得到认同。皇家学会里的大部分同事对他都颇多抱怨、颇多鄙视。他在牛顿发表万有引力定律之前已经了解到平方反比定律，他的证明手法也与牛顿在《原理》一书中所使用的相似。胡克在万有引力的发展历程中做出的贡献以及对牛顿的一点启发，在日后牛顿强大话语权的压制下，并不为人所知。

胡克去世后牛顿更进一步，当选为新任英国皇家学会主席。在造币局打拼锻炼七年的牛顿，已经深谙权力斗争之道，他开展了对权力热切的追求。学会中与牛顿不和的会员或被驱逐、或被改选换届、或被打压解约，牛顿的门徒则受到重用。

在胡克去世的同年秋，英国皇家学会元老、牛津大学萨维尔几何学教授沃利斯以八十六岁的高龄逝世。次年，牛顿一纸手令递到牛津，在他的影响下，四十八岁的哈雷被选为新一任牛津大学萨维尔几何学教授，继承了沃利斯的教职。哈雷并未辱没牛顿的赏识，他在母校的授课风趣详实，赞誉纷至沓来，首次宣讲便大获成功。完成了在学会的布局，此后的牛顿长久地把持着主席的位置，每次换届会议均成功当选，直至自己去世。

此时的牛顿，靠着《原理》一书，奠定了科学界第一人的地位；皇家学会主席一职让他在科学界举足轻重；在造币局的公职使他的影响力直抵英国政界，甚至很快，他被授予爵士头衔，成为了因科学贡献而受封贵族的第一人。在那时流传下来的牛顿油画像里，他戴着昂贵的假发，身着繁复的织锦，面容冷峻，像是个举足轻重的老派贵族。

这是牛顿一生影响力的顶峰，他迅速而高效地，开始了对昔日老对手的清算。

首当其冲的是已经逝世的胡克。英国皇家学会中的胡克实验室和图书馆被就地解散，胡克留下的实验器材或被分散或遭销毁。甚至在 1710 年皇家学会会址搬迁时，唯一的一副画像在搬迁中遗失，至今无人知晓胡克的真实面貌。

在胡克逝世的第二年，牛顿重启光学的波动说与微粒说之争，于当年出版巨著《光学》。这部著作汇聚了牛顿在剑桥三十年研究的心力，从粒子的角度，阐明了反射、折射、透镜成像、眼睛作用模式、光谱等方方面面的内容。牛顿更从波动说中汲取养分，将波动说中的震动、周期等理论引入粒子论，全面完善补足了粒子学说。紧接着，他将波动说无法解释的问题一一提出，并对惠更斯当年的《光论》加以驳斥。当时惠更斯已在九年前病逝于荷兰海牙。波动说连失胡克与惠更斯两大支柱，牛顿以一己之力，扭转了光学两大理论交锋局势。此后的一个世纪，微粒说一直牢牢占据着光学研究的主流，波动说则要等到英国物理学家托马斯·杨的带领方才卷土重来，而那时时光已经流逝到 1807 年，正是拿破仑和嘉庆皇帝分掌东西方政权的时代。

随后，牛顿的目光投向格林威治台长、剑桥校友弗兰斯蒂德——当时牛顿正在修订第二版《原理》，非常需要天文台的观测数据。可弗兰斯蒂德将四十年来的星表都封存在格林威治，由于部分数据尚待完善，他担心贸然出版会有损自己的信誉，因此不但不出版，也不对牛顿公开。

牛顿转而借助皇室权威，决定以科学院名义，编写星座目录呈献英国安妮女王丈夫乔治亲王，来取得自己需要的数据。牛顿组织的编辑委员会均为自己的挚友，作者本人却被排除在外。1709 年，弗兰斯蒂德逾期未缴纳学会会费，遭牛顿直接除名。星表最终定名为《不列颠天空志》，未经作者授权，在哈雷的主持下于 1712 年出版。

弗兰斯蒂德当时已经六十六岁高龄，深受痛风所累，阅书震怒，大斥哈雷是「懒惰卑劣的小偷」。在牛顿与哈雷的授意下，书商超过规定印数超量印刷，遭到了老台长的悲愤指控——这是那个时代学术界还不多见的盗版现象。那些被盗印的星空目录，后来在弗兰斯蒂德的坚持下，收集回了四百本出版书的三百本，并付之一炬，但这并不能阻挠牛顿拿到弗兰斯蒂德的观测数据。牛顿旋即出版了第二版《原理》，在这部被完善了的巨著中，他将弗兰斯蒂德的名字全部除去，一处不留。

弗兰斯蒂德去世于 1719 年的新年前夕，当时他还在试图润色他的《不列颠天空志》，序言中自陈自己绝不会屈从于牛顿的权力施压，更不会像哈雷那样对牛顿曲意奉承。在他留下的文书里，充斥着对牛顿和哈雷的怨念与不满。但他的不满没有生效，他去世后次年，作为全英最杰出的天文学家的埃蒙德·哈雷成为新任皇家天文学家，接替了弗兰斯蒂德生活工作了四十五年的格林威治天文台。

这对师生持续了四十年的不快敌视靠着生死之隔分出胜负，而哈雷得胜之时，也已经是六十四岁的老者。哈雷接手天文台伊始，弗兰斯蒂德愤怒的遗孀将此前置办的仪器掠夺一空。面对着百废待兴的格林威治，年过花甲的老人只能从头开始。1721 年，哈雷为天文台装备了第一台中星仪，上面装配的望远镜还是故人胡克二十年前的遗物。

此后这座中星仪与后来添置的四分仪一起，在哈雷的主持下开始了历时十八年的整个「沙罗周期」的对月球的观测，每隔一个 18 年又 11.32 天的沙罗周期，日地月三者又回到相似的几何对应位置上，前一周期出现的 43 次日食和 28 次月食又会重新顺次出现。这是有史以来对月球最全面的观测计划，可他留下的数据并不够精确系统，在天文观测的领域里，他始终没有超越自己的老师。

哈雷又在任上工作了二十二年，直至 1742 年谢世。逝世时他正安静地坐在一把椅子上，口中品着美酒。在他生命的最后几年，他的牙齿已经全部脱落，只能靠着细软的鱼肉为生。

但哈雷的影响力没有随着他的故去而消逝，他对身后的天文研究依然影响深远。他生前最重要的一项突破便是对于彗星研究。他发现 1531 年、1607 年和 1682 年的三颗彗星轨道记录如此一致，经过对既往数据的研究，他认定这三次彗星记录其实是同一颗彗星的三次回归，每次回归之间相邻约 76 年，并于 18 世纪初预言它在 1758 年还会再现。预言之时他已年近半百，要验证他的预言还需半个世纪。

哈雷去世 16 年后，彗星如约而归，如今这颗彗星已经以「哈雷彗星」之名通行于世。这颗世界上最著名的彗星其实是游荡在宇宙中的一块覆盖着尘土的「脏雪球」，它不算庞大，直径只有 11 公里，放在北京中心甚至还盖不住北京城的三环。这块「雪球」在哈雷之前，被观测发现了那么多次，在中国的星志里，哈雷彗星的记录甚至可以追溯到春秋战国年间，可近两千年来，只有哈雷发现了它的运转规律。

牛顿料理了与胡克及弗兰斯蒂德的恩怨后，终于腾出手来，亲自解决与莱布尼茨悬而未决二十年的争端。

第十六章 学术优先权之争

当时莱布尼茨服务于汉诺威宫廷，从事修史与王位继承问题研究。他因其数学成就，被选作法兰西皇家学会院士，又在 1700 年筹办组建了柏林科学院，出任首任院长。莱布尼茨更是在俄罗斯帝国彼得大帝三次访问欧洲考察期间面见沙皇，劝说沙皇建立圣彼得堡科学院，还被彼得大帝聘为彼得堡枢密顾问。然而，他的理想抱负虽多，但一个人的力量毕竟微弱。莱布尼茨独木难支，柏林科学院固然成为了德意志境内的学术中心，却始终难与英法两国的皇家学院一较高下。而俄罗斯科学院的前身彼得堡科学院，在他去世八年后方才成立。

此前莱布尼茨与牛顿优先权之争仅在两人追随者之间小规模发动，莱布尼茨门下有着约翰·伯努利这样的优秀旗手，牛顿一方的人手则捉襟见肘。牛顿厌倦了小打小闹式的彼此攻讦，亲自出手，在他的影响下，一个特别委员会在英国皇家学会中被组织起来，专门负责处理微积分的优先权之争。牛顿表示，委员会成员学识广博，来自几个不同国家，学术精熟，一定可以给出公正客观的解答。

一份详实的报告很快被委员会匿名出具，宣布牛顿对微积分具有优先权。这份报告很快被寄送到全欧洲的各个学术中心，期间牛顿一直撇清自己和委员会的瓜葛，并表示自己「远远回避」，「唯恐被人觉得我为自己的案件作证」。事实上后人在整理牛顿的手稿之时，发现牛顿正是那份报告初稿的撰写人。而两个世纪后在学会整理档案之时，发现了当时被有意隐瞒的委员会名单，甚至委员会几乎完全由牛顿的门人挚友构成，其中我们最熟悉的一位便是埃蒙德·哈雷。

莱布尼茨自然无法忍气吞声，他与伯努利一道，以匿名传单的形式通报全欧，攻击牛顿过分追名逐利，还顺便提到了牛顿对于胡克平方反比定律的「借鉴」以及对弗兰斯蒂德的无情打压。只是双方的话语权并不对等，莱布尼茨如同可笑的堂吉诃德，面对英国皇家学会隆隆旋转的风车，无疑势单力孤。

1714 年，英国安妮女王驾崩，无嗣。莱布尼茨服务的汉诺威宫廷选帝侯乔治·路德，在此前的一次王室联姻中与英国产生关联，莱布尼茨作为王位继承法权威，为乔治多方奔走。最终经过一系列艰难的谈判，以新近通过的《权利法案》和《王位继承法》为法理基础，协助乔治继位为英国国王，史称乔治一世。这位英语并不流利的国王开启了英国近两个世纪的汉诺威王朝，国祚一直延续到二十世纪初，维多利亚女王是汉诺威王朝的最后一位主人。

莱布尼茨得信立即赶回汉诺威，希望随乔治前往英伦就职，然而待到他抵达之日，乔治已于三天前前往伦敦加冕。那时莱布尼茨与牛顿的微积分之争甚至影响到了英国与汉诺威的外交关系，为大局计，旧主乔治一世拒绝了莱布尼茨这位功臣前往伦敦上任的申请。

晚年的莱布尼茨孤独地被遗忘在汉诺威的宫廷里，身患重病。他的晚年生活也不平静，牛顿的私人挚友、医生克拉克以书信为载体，展开了与莱布尼茨的对辩。

莱布尼茨与克拉克的争辩进而拓展到关于世界根本论点的分歧。克拉克是牛顿的挚友，也是学识广博的英国学者，他竭力推广牛顿更为完善的宇宙观，帮助牛顿体系取代旧有的笛卡尔体系，居功甚伟。在牛顿草拟《光学》一书后，他担任了全书拉丁文翻译工作，并最终促成出版。

克拉克秉持着牛顿的绝对时间空间论，莱布尼茨则认为如果存在「绝对」的时空，无疑相当于承认了在上帝之外，竟然还有不依赖上帝而得永恒之物，大大损害了上帝的尊严。在长达一年的争论中，双方对决定论、上帝的全知全能、灵魂与实体等一系列问题进行了探讨。这是两大流派枯燥冗长却又环环相扣、火星四溅的对阵，双方的对辩内容充实逻辑严整，如今来往的超过一百页篇幅的信件已经收录进《莱布尼茨与克拉克论战书信集》，供哲学爱好者瞻仰学习。

如今的读者把书信集翻到最后一页，目光投向文末的最后一行，那里静静地躺着一句注释：[注：莱布尼茨先生的逝世，使他未能答复这第五封信。]

那一年是 1716 年，70 岁的莱布尼茨在痛风和胆结石引起的绞痛中长逝。他生前为欧洲五个宫廷工作过，更协助乔治一世取得了英国王位，但弥留之际，没有任何一位旧主派人探看，去世后也没有任何一位君王派人吊唁。他生前的秘书埋葬了他，没人来参加他的葬礼，也没有牧师在墓前为他祈祷。这位大师的丧事，潦草得就像埋葬一个强盗。

来自牛顿的打压并未湮没莱布尼茨的功绩，今天人们公正地将牛顿与莱布尼茨同时视为微积分的独立发现者，莱布尼茨微积分系统的符号体系简洁优雅，被全世界沿用。同时的英国数学家则因为沉醉于民族荣光，在之后一直固执地使用牛顿繁琐的记法，令英国的数学水平在此后的一个世纪都落后于欧洲大陆。

这是那个时代两位巨人之间的相搏，此前的学术争论往往在于不同学术观点之间的针锋相对，而牛顿与莱布尼茨进行的却是学术优先权之争。虽然此前胡克与惠更斯之间因为游丝弹簧的发现权有过不快，与牛顿也因为谁首先发明了反射式望远镜而大吵一架，但那毕竟不算是重大发现，还仅限于学术圈子内部的小打小闹。科学家们第一次严肃对待起优先权问题，正是自牛顿与莱布尼茨而始。

在牛顿的时代，科学家们还优哉游哉地进行着略显原始的、带着些许诗意与悠闲的研究工作，有了新的发现，学者们通常只会小规模在书信中告知同行，一边缓慢温吞地搭建完善理论框架。牛顿自奇迹年发明微积分，中间足足相隔了近二十年方才发表。而莱布尼茨虽然抢在牛顿之前，但从创立微积分到发表论文之间，也隔了整整九年。甚至在两人已经进行初步通信了解到对方已经在进行类似研究之时，都低估了对手在这一领域所付出的艰辛努力，依旧不疾不徐。后来的学者们从他们的经历中汲取教训，从而完善了科学论文发表制度，学界关于优先权的争论便日渐减少。

第十六章 巨人迟暮

牛顿对莱布尼茨的心中芥蒂没有随着莱布尼茨的逝世而消弭。1726 年，莱布尼茨去世后的第十年，牛顿的第三版《原理》发行，莱布尼茨遭遇了此前胡克与弗兰斯蒂德所遭遇的事情——在这一版的《原理》中，莱布尼茨的名字也遭全面删除。

当时的牛顿已年逾八十，身体逐渐衰弱，他一生中的对手都已经先他而去，他不再与人争论，在外人的眼里，暮年的牛顿是一个慈祥的老人。面对纷至沓来的赞誉，他评价自己「只是一个在海边玩耍的小男孩，在嬉戏中偶然找到一颗比较光滑的石头，或是格外美丽的贝壳，然而，伸展在面前的真理却广阔如同大海。」

那时他已经无力从事学术，只是偶尔还会摸摸各式金属，怀念旧时光阴。临终前他曾与哈雷会面，谈及此前与弗兰斯蒂德的种种，说自己还想再去研究月球。可病情让这些想法只能成为他失落的愿望，他逐渐远离了造币局以及皇家学会的核心事务，搬到郊外的庄园保养身体。但他仍然拒绝退休，并不时回到两地，或在仆人的搀扶下、或在摇摆的轮椅上缓缓巡视自己昔时的权力领地。

艾萨克·牛顿爵士逝世于 1627 年春。皇家学会会长的职位随着他的逝世而空缺，他昔日的追随者、学会秘书汉斯·斯隆（Hans Sloane）爵士接替了这个位置。斯隆爵士在科学史上其名不显，不过却是当时闻名的医师、博物学家、收藏家。他去世于九十二岁的高龄，将自己在世界各地搜集的近八万件藏品捐赠给国家，后来的大英博物馆也正是在此基础上增补而成。他对人类的最大贡献是在牙买加游历时发现了当地人的饮品可可，并在可可的基础上加入牛奶，发明了巧克力奶——这个成就值得今天每一个「吃货」铭记在心。

艾萨克·牛顿如今被视作历史上最伟大最具影响力的科学家，他的名字「牛顿」如今也是物理学中力的基本单位，宇宙中所有的相互作用都在这一单位的度量之下。在美国历史学家麦克·哈特排出的一份《影响人类历史进程的 100 名人排行榜》中，牛顿位列第二，排在穆罕默德之后，排在耶稣基督、佛陀释迦摩尼及东方圣人孔子之前。他一生中最大的科学思想都成型于自己的二十六岁奇迹年之前，此后的半个多世纪，他通过不断的争吵以及斗争用自己的思想改变了整个世界。他终生未婚，生活并不算幸福快乐，甚至有过一次精神崩溃。他的助手甚至评价他「在我见过的人里，他最心存恐惧、他最谨慎小心、他最猜忌多疑」。

在牛顿下葬的当日，为他抬棺的有两位公爵、三位伯爵及大法官，送葬的队伍绵延数里，如同送别一位万民敬仰的君王。他葬在威斯敏斯特教堂，后人为他修建了气派的纪念碑。

流亡在此的法国青年弗朗西斯－马利·阿鲁埃（François-Marie Arouet）敬仰地望着送葬的长队，这位青年后来以伏尔泰（Voltaire）的笔名名震欧陆。他在英国接受了牛顿的思想洗礼，回国后大力宣传牛顿思想，创「牛顿主义」一说，更成为启蒙运动中不可撼动的旗帜。

十八世纪后来被称作「光之世纪」，牛顿爵士无疑是这光明的源头，在伏尔泰、孟德斯鸠、卢梭等一众鼓手的战斗下，光明的时代随之开启，崭新的社会终得建立。大潮从科学领域率先涌起，漫过了整个世界，那个取自于哥白尼《天体运行》（De Revolutionibus Orbium Coelestium）标题中本意为「运行」的拉丁文天文学术语 Revolutionibus，演化出另一个全新的词汇：Revolution，革命。

作者说

我叫汪有，出生于辽宁，求学于香港，工作在广州，从事商业地产市场营销工作。

是热爱理科的文科生，香港中文大学历史系辅修，从科学史角度，对科学发展脉络做粗浅整理。

迄今进入知乎两年，撰写科学史及科普类答案若干，23 次入选知乎日报，知乎天文学圆桌答问嘉宾，收获十万点赞。

欢迎你来知乎，与我一起探索科学史。我的知乎主页是：https://www.zhihu.com/people/wang-you-28 