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谁能比牛顿更牛?疫情封闭中的他,打开了世界。
面对疫情,被封在家中,有人天天刷剧,有人日益沉沦,但也有人因此而改变了世界。这个人,就是艾萨克·牛顿。
1665年至1666年,伦敦发生大鼠疫,并且迅速蔓延到整个英格兰。官方统计,在这场鼠疫中,伦敦失去了15%的人口,整个英格兰共有68596人丧生。但事后估算,鼠疫的遇难总人数超过10万人,这是继14世纪的黑死病后,伦敦遭遇的最严重的瘟疫。身处英格兰的牛顿也未能幸免,但这位现代物理学之父并未在空虚无聊中打发时间,而是在“仰观宇宙之大,俯察品类之盛”中,发现了近代物理学的真谛。
中年时期的牛顿
疫情来临前的牛顿
1642年的圣诞节,艾萨克·牛顿出生在英国林肯郡的伍尔斯索普庄园。他不仅是个遗腹子,还是个早产儿。出生前3个月,牛顿的父亲就去世了。母亲汉娜用父亲的名字艾萨克来命名这个新生命。刚出生的艾萨克格外孱弱,只有3镑(1.36千克)重。保姆回忆,这孩子可以塞进一个1夸脱(约合1.14升)的罐子里。
转眼到了1661年,牛顿离开了家乡,步行2天,前往离家60英里的剑桥大学三一学院。临行前,他几乎什么都没有带。到了剑桥后,牛顿给自己买了一个脸盆架、一把夜壶、一个可以装1升水的瓶子,还有“装灌墨水”的瓶子。对于这位后世的大物理学家而言,这样的生活一半源于简便,另一半则是自身的经济条件所限。
在17世纪,英格兰仅有牛津、剑桥两所大学,入学者非富即贵。在出身显赫的同学面前,牛顿的身份是“半佣半读生”,也就是说,他需要靠替富人子弟打杂来补交部分学费。这些杂事包括:在富二代同学吃饭的时候站在旁边侍奉;吃他们的剩饭;替他们搬运生火的木头等等。所幸在剑桥的所有学院中,三一学院的伙食最好。按照柯瑞思在《剑桥:大学与小镇800年》中所说,英国国王詹姆斯一世在游览剑桥后给出了建议:去国王学院祈祷,去三一学院吃饭,去耶稣学院住宿。
牛顿入读的剑桥大学三一学院
牛顿自然无法每天都能享受到学院食堂的珍馐美味,母亲汉娜每年仅给他10英镑零用钱。他把这笔资金用在了购买樱桃、果酱、牛奶、奶酪、黄油、啤酒等生活必需品上。低微的身份加上低调的生活,这使得牛顿在剑桥三一学院的存在感极低,其传记的作者理查德·韦斯特福尔曾写过,当牛顿成为同时代最伟大的名人后,同学们几乎没有人记得他。
疫情下的剑桥
1665年,也就是牛顿入学后的第四年,鼠疫不期而遇。在距离剑桥不足100公里的伦敦出现了瘟疫的苗头。1665年4月12日,伦敦出现了第一个意外死亡的案例。4月30日,英国政治家、作家塞缪尔·佩皮斯在日记中将其记录为“可怕的瘟疫”。这场瘟疫逐渐蔓延,仅在伦敦,一周的死亡人数就超过1000人,接着是2000人。到了9月,每天的死亡人数都超过1000人。
1666年伦敦大瘟疫的街头惨状
如此之高的死亡率带来的是普遍的恐慌,人们纷纷逃离伦敦。最先离开城市的是达官显贵,然后,能够离开伦敦的人们都开始撤离。利奥·霍利斯在《伦敦的崛起:五个人重塑一座城》中描述道:“街道开始堵塞,挤满打包前往乡村别墅的有钱人。有这样一句格言,‘早离开,多停留,晚回来。’”该书还记载,查理二世宣布,国会休会到次年9月,让议员们可以躲到乡下去。到了7月,怀特霍尔街人去楼空,冷冷清清,25000个在宫廷附近居住和工作的官宦都走光了。
疫情自然也波及了剑桥。到了1665年夏季,原本喧嚣的小镇一下宁静了下来,城内最大的集市斯特布里奇集市被迫关闭,学校取消了日常在大圣玛丽教堂举行的布道仪式。整个剑桥也成为了一座死城。
在学校停摆之前,牛顿选择了离开,他回到了老家伍尔斯索普,在那里躲避瘟疫。到了1666年3月,英格兰东部的疫情出现了好转的苗头,大学在经历了半年的停摆后重新开学,牛顿也再次回到三一学院,但仅仅过了3个月,疫情又卷土重来,逐渐死亡的病例让牛顿再次选择回到家乡。之后的一年,英国命途多舛,疫情还没有消停。9月2日,起于布丁巷的一场大火又将伦敦老城四分之三区域内的商铺、库房、住宅付之一炬,损失超过1000万英镑。刚刚历经疫病的伦敦又陷入火海,这座千年名城陷入到谷底。
牛顿的原点
“对于清教徒来说,1665年的大瘟疫和1666年的伦敦大火灾一定是上帝对英国人罪恶的惩罚。”克莱顿·罗伯茨在《英国史》中这样写道。但始于1665年的这场瘟疫,也成为牛顿人生经历中的重要时期。他在躲避瘟疫的时期工作可以归结为三个方面:微积分——研究变化的数学,对理解我们周围的世界至关重要;万有引力和光学及光的行为。
先看数学。在剑桥学习两年后,牛顿就开始对数学感兴趣。从1664年起,他开始广泛阅读包括荷兰数学家弗朗西斯·范·舒腾、笛卡尔和英国数学家沃利斯的著作。回到家乡后,他延续着对于数学中“无限”这一问题(包含无限大和无限小)的探究。最开始,牛顿将这一发现称作“流数法”,后人将其更为成熟的形式称作“积分”。随后,他还继续深入探究了微分和积分之间的关系,并且最终发现了广义二项式定理。
再说物理。1666年6月,当疫情出现反复,牛顿第二次返回家乡时,他的研究兴趣从数学转换到物理领域。在这之前,重力(gravity)更多地体现在精神或者物质沉重的状态,牛顿则给其赋予了物理学的意义。在一篇《论重力和轻力》的论文中,牛顿提出了“物质造成引力”这一概念。他相信,这种引力存在于地球内部。在此之前,伽利略也曾考虑过这个问题,他通过在比萨斜塔上那个著名的实验,推翻了亚里士多德关于不同重量的物体下落速度不同的观点。显然,牛顿思考得更为深入,他要对这种现象加以解释和说明,弄清楚“落体一直受到重力作用”的原因,这是物体具有垂直向下的内在之力。
三一学院内的苹果树,据说启发牛顿万有引力灵感
在家乡与世隔绝的环境让他能更为深入地思考这个问题。根据传说,牛顿关于万有引力的初步思想,是源于苹果砸到了他的额头。但按照时间,这应该是他于1666年在伍尔斯索普花园的苹果树下沉思的结果,而非被广泛传播的剑桥大学三一学院院内的那棵苹果树。按照托马斯·利文森在《牛顿与伪币制造者:科学巨匠鲜为人知的侦探生涯》中记录:那时,牛顿头脑中浮现的是幼时家乡果园挂满果实的苹果树,这时一个苹果掉下来引发了他的注意。为什么苹果总是垂直落到地面上,而不是斜着或者向上飞呢?这直接促成他对于引力问题的思考。这几乎可以被认定为夏娃以来最重要的一个苹果,它没有让人类失去伊甸园,却让人们收获了“万有引力”。
除了微积分、万有引力外,牛顿还对光学产生了兴趣。他主要尝试研究的是“色彩的聚合现象”,这也是受到了罗伯特·胡克的启发。胡克认为,颜色是亮与暗的结合,光是由脉冲产生的。牛顿则对这一说法提出了质疑。在家乡,他通过一系列实验,将白光分成了不同的颜色。在此基础上,他研究了光的折射,表明棱镜可以将白光发散成彩色光谱,而透镜和第二个棱镜可以将彩色光谱重新组合为白光。
在伦敦威斯敏斯特教堂的牛顿墓
1667年4月,在经历了一年八个月的封闭后,牛顿回到了三一学院。离开时,他只是一个半佣半读的学生,但回来时,他已经是在数学、物理和光学上都有所创见的年轻学者。封闭的岁月,抹去了无数人希望,让他们的脑海一片空白。封闭的岁月,却成为牛顿成为科学巨匠的原点——他后来很多的创见与思想都在这个时期萌发,他用自己的天赋和勤奋点亮了中世纪后的科学火光。
谁能比牛顿更牛?疫情封闭中的他,打开了世界。
正如英格兰诗人亚历山大·蒲柏为牛顿写下的墓志铭所说:“自然和自然的法则,隐藏在黑暗之中。上帝说,让牛顿出世吧,于是,一切豁然开朗。”
参考资料:
1. 托马斯·利文森:《牛顿与伪币制造者:科学巨匠鲜为人知的侦探生涯》,北京:生活·读书·新知三联书店,2018年6月版。
2.利奥·霍利斯:《伦敦的崛起:五个人重塑一座城》,北京:生活·读书·新知三联书店,2018年7月版。
3.克莱顿·罗伯茨、戴维·罗伯茨:《英国史》,北京:商务印书馆,2013年版。
4.柯瑞思:《剑桥:大学与小镇800年》,北京:生活·读书·新知三联书店,2013年9月版。

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