牛顿曾经任职英国皇家造币厂,是挽救了英镑和英国经济的大功臣。可是,英国为纪念牛顿而发行的两份钞币上,竟然出现两次同样的科学错误!这个错误在三联“图画通识丛书”《牛顿》里有揭示(《牛顿》第125页),同时你还可以在这本风趣幽默的漫画科普书里了解牛顿的科学成就,以及他如何在造币厂大显身手。
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肖像画家戈弗雷·内勒1702年所绘牛顿像,此时牛顿刚升任皇家造币厂厂长不久
文 | 孙正凡
牛顿曾经任职英国皇家造币厂,是挽救了英镑和英国经济的大功臣。可是,英国为纪念牛顿而发行的两份钞币上,竟然出现两次同样的科学错误!

两份出错的钞币

第一份是1978年发行的1英镑纸币(已经于1988年退出流通)。钞票正面是伊丽莎白二世女王年轻时的头像,反面是太阳系模型和牛顿半身坐像,牛顿膝上放着他的划时代著作《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》),身旁桌案上放着一块三棱镜(代表他提出的光的颜色理论)和他设计的反射式望远镜。反面图案的设计者是Harry Eccleston。
一英镑纸币(流通时间1978-1988)
另一份是2017年(牛顿诞生375周年)发行的50便士硬币,成分是0.925 银。它形状是等宽七边形(即Reuleaux多边形),这种形状是一种等宽曲线,可以在矩形内滚动。这种形状具有革命性意义,既可以轻易通过手感识别,恒定的宽度又使其可以在自动售货机中滚动。
50便士硬币正面女王伊丽莎白二世老年头像。背面是太阳系模型图(显然是取自1英镑纸币图案的一部分),上方刻有牛顿名字,在右下角AW代表设计师Aaron West。
这两份设计图案,因为同一来源,所以犯了一个同样的错误(后一位设计师妥妥地是踩了前任埋下的地雷)。
这个错误在三联“图画通识丛书”《牛顿》里有揭示(《牛顿》第125页),同时你还可以在这本风趣幽默的漫画科普书里了解牛顿的科学成就,以及他如何在造币厂大显身手。
硬币图案(铜镍币,金币)

错误源于误解了《原理》图的意义

两份钞币上这图案是由两部分组成的,一部分是设计者绘制的太阳系行星轨道的彩绘图(太阳和三条行星轨道),另一部分是来自牛顿的《原理》第一卷命题11的原理图(见《牛顿》第124页)。该命题指出,太阳位于椭圆的一个焦点S上,向心力即太阳和行星P之间的引力。在图上,S是椭圆的一个焦点,C是椭圆中心(H是另一个焦点)。
说到这里,你可能已经发现了。两张图确实都没有错,但是当设计者把两张图叠加在一起的时候出了错误。他把太阳放在了椭圆的中心点C点上,实际上应该放在焦点S点上。
这个错误也不是没有改正的机会。《牛顿》作者威廉·兰金(William Rankin)于1983年给英格兰银行行长写了一封信。从硬币的设计方案仍然持续了同样错误的情况来看,这封信没有起到作用。
牛顿《原理》图上点线意义:S点是椭圆焦点,即太阳位置;C点是椭圆对称中心;P点是行星(动态)位置。

牛顿改革铸币厂稳定英国经济

牛顿大神既在科学理论的天空里划下痕迹,又在世俗事务上游刃有余,这在科学界是不多见的。54岁的时候,牛顿以前的学生、财政大臣查尔斯·蒙塔古伯爵向牛顿提供了一份“无需花费太多时间,闲暇时光悉如尊意”的工作——皇家造币厂督办,总之钱多事少离家近。
可牛顿到伦敦上任之后,才发现造币厂正处于危机之中。当时英国主要的货币是银币,有人专门把银币的边缘剪下来,制造了大量贬值、劣质甚至伪造的银币。当时在一份货币状况的报告中写道,国库收税收到的每100英镑中,好的先令不足10枚。随着“劣币驱逐良币”,英国经济都已经处在了崩溃边缘。
牛顿用他那颗人类历史上最伟大的大脑,迅速弄清楚造币相关的历史沿革、一切技术细节、成本核算。身为上流社会成员的他,竟然蹲在机器跟前,记录每一个班次详细的运转情况,包括使用的银币熔毁重铸的损耗,工人和马匹的工作效率,工序之间的停顿时间。在收集了五大口袋数千页资料之后,牛顿把他研究数学和宇宙的天才,开始改革造币厂。他仅仅用了三年,就完成了原本计划要九年的任务,重铸银币684.719万英镑。1705年,牛顿被安妮女王封为爵士,从此跻身贵族之列。(《牛顿》第142页)
其后,为了解决银币外流的问题,牛顿向内阁递交了调查报告,结合了东印度、中国和日本的例子,详细论证了白银如何大势已去,必须认识黄金的重要性,并对其进行国家统一定价。1717年,议会通过决议,将英国的黄金价格定为每盎司(纯度0.9)3英镑17先令10便士,,从此英镑面值与黄金挂钩,建立了事实上的货币金本位制度。

吊死伪币制造者

在造币厂的运行走上正轨的时候,牛顿发现他又必须要处理另一个棘手的问题,就是伪造硬币的犯罪分子。有一个特别胆大狡猾的犯罪分子威廉·查洛纳(William Chaloner),给牛顿制造了大量的麻烦。此人手艺精湛,学习能力强,交易谨慎,至少曾经两次逃脱死刑,甚至还因为举报有功受到了财政部的奖励。(《牛顿》第143页)
牛顿作为造币厂督办,自古就兼领着另一个奇怪的职务,在伦敦及其周围地区执行国王法律的治安官。为了对付这头最狡猾的狐狸,牛顿很快将自己变成一位称职的经侦队长,学会了在茶馆里刺探情报、在市场上收买线人、在犯罪团伙里安插卧底,甚至在监狱里刑讯逼供——别忘了要再过160年,伦敦才会建立职业的警察厅苏格兰场。
经过严密调查和布局,牛顿建立了自己亲自指挥的,由释放的囚犯、买卖假币的线人各色人等组成的侦缉网。再次出手的查洛纳找到的假币贩子,其实是牛顿早已收买的线人。牛顿立即查抄了查洛纳老巢,让他被判处绞刑。
当查洛纳在绞刑架上为选错了对手而懊悔的时候,牛顿已经在办公室里烧毁有关密档,庆祝他的胜利了。
牛顿确定了宇宙运行的引力规律,在科学界和人类历史上获得了至高无上的地位。英国英格兰银行和皇家造币厂显然也正是看中了这一点,才用太阳系模型的图案来向牛顿致敬。这本来一件好事,却因为设计者在科学上的一点小疏忽,出现了重复出现的错误。这要是被埋在教堂下的牛顿知道了,会不会气得从坟墓里爬出来抗议呢?
文中所提《牛顿》作者威廉·兰金于1983年给英格兰银行行长写的信

牛顿
威廉•兰金 著 孙正凡 译
生活·读书·新知三联书店 2021-1-1
牛顿与伪币制造者: 科学巨匠鲜为人知的侦探生涯
[美]托马斯·利文森  著  周子平 译
生活·读书·新知三联书店 2018-6

END

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