牛顿真的被苹果砸过吗?真实的历史是这样的

大家小时候都听说过牛顿（Isaac Newton）与苹果的故事：牛顿因为在苹果树下被砸产生灵感，进而想出了万有引力定律。

作为一个著名的科学传说，这个故事直到现在还经常出现在儿童作品中。

儿童作品情节截图

然而，有些学者认为这个传说是编出来的。为什么呢？因为人们发现，真实的历史故事其实是这样的：

1661年，牛顿进入剑桥三一学院学习，但是当时学院中教授的知识还是以亚里士多德时代的为主，而牛顿更加喜欢笛卡尔、哥白尼、伽利略、开普勒等数学家、天文学家。

到了1665年，英格兰爆发了严重的鼠疫，剑桥大学也暂时关闭，22岁的牛顿不得不返回位于伍尔斯特霍普的老家。（根据牛顿后来的笔记推测，大约是在1666年夏天，牛顿开始注意万有引力的问题）

牛顿肖像（1689年）

17世纪初，开普勒通过引入物理学方法，对第谷·布拉赫（Tycho Brahe）的天文观测数据进行了整理，发现并提出了行星运动的三条规律（1609年，开普勒在他出版的《新天文学》上发表了关于行星运动的两条定律，又于1618年，发现了第三条定律 ）：

• 行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆的，太阳在椭圆的一个焦点上。

• 在相等的时间内，行星与恒星的连线扫过的面积相等。

• 以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量。

这三条规律后来被称为“开普勒三定律”，而是什么原因导致了这三条规律的发生，却没人能给出解释。

物体总是会落下来，但是月亮却不会落到地球上。为什么呢？牛顿猜，也许是引力使得月球留在了绕地球的轨道上。于是，牛顿不仅发现了万有引力，还通过开普勒定律计算，证明了太阳作用在不同行星上的力必须是行星与太阳距离的平方反比（假设行星绕太阳是圆形轨道）。

接下来，当牛顿试图用它计算月球的轨道时，却始终不能获得满意的计算结果，于是就暂时放弃了对天体运动的研究。

其实，问题不在牛顿，主要原因是当时测定的地球半径是错的，1670年之后才有了比较准确的地球半径数据。

牛顿在伍尔斯特霍普的老家

1672年，由于四年前造出了世界上第一架反射式望远镜，牛顿被选为英国皇家学会会员。但是就是在皇家学会，牛顿碰到了此生可能最不喜欢的人——罗伯特·胡克（Robert Hooke）。

说起胡克，大家可能还有印象，中学课本里讲过他的胡克定律和显微镜下发现细胞的故事。

在皇家学会，胡克和牛顿很快发生了一次激烈的对抗，起因是牛顿论证了白光是其他颜色光的合成。

牛顿的观点遭到了当时任皇家学会策展人的胡克的强烈反对（胡克在光学上也非常有建树，他认为光是一种波）。经学会斡旋，最终以牛顿接受胡克的致歉而和解。

几乎在牛顿研究万有引力的同时，胡克也开始研究引力，并在皇家学会做过“关于引力”的演讲。在牛顿加入皇家学会时，胡克甚至独立发现引力有平方反比关系。

1679年，已经升任学会秘书的胡克致信牛顿，在介绍自己对引力问题研究的同时，也请牛顿就天体运动等相关问题发表意见。牛顿简单地答复了一下，但是没想到胡克不仅私自公开了信件内容，还抓住信件答复的漏洞不放，公开批评牛顿。

胡克的背信增加了牛顿对他的反感。这种反感使得牛顿远离皇家学会，待在剑桥研究自己感兴趣的问题，因为牛顿知道自己不能再无根据地发表意见。

低调的牛顿本来可能就此度过一生，直到哈雷（Edmond Halley）的来访。

1684年1月，皇家学会的创始人雷恩爵士给哈雷、胡克出了一个提议：谁能找出开普勒三定律中行星椭圆形轨道的原因，他就给予谁奖励。

胡克自然说他知道原因，但却拿不出证明。哈雷完全找不出原因，于是当年8月，他到剑桥大学拜访了牛顿。

哈雷其实没有直接说问题，而是问牛顿，假设太阳的力随着距离的平方而减小，那么行星围绕太阳所描绘的曲线会是什么？牛顿随即回答说：“椭圆”。哈雷问他原因，牛顿说：“我已经计算过了。”

牛顿告诉哈雷，自己早就已经研究过这个问题，只是没有公开发表。在哈雷的劝说下，牛顿于1686年将他的研究成果写成专著《自然哲学的数学原理》（以下简称《原理》）交给皇家学会审阅。

在《原理》中，牛顿的万有引力定律指出，每个粒子都会以一种与质量的乘积成正比，而与它们的中心之间的距离的平方反比的力，吸引宇宙中的所有其他粒子。

牛顿《原理》中万有引力的公式 （原始公式是拉丁文）

牛顿提出的万有引力定律是17世纪自然科学最伟大的成果之一，它第一次揭示了自然界中一种基本的相互作用的规律，牛顿认为万有引力是所有物质的基本特征。

胡克看到《原理》，立即明白这本书对未来的深远意义，于是希望牛顿能在书中描述一下他的功劳，但是牛顿断然拒绝。

被拒的胡克立即指责牛顿《原理》部分思想内容是抄袭他的，特别是平方反比思想。

面对胡克的主张，牛顿否认平方反比思想是胡克创立，并引经据典地指出前人早已经指出了这一点（最早注意平方反比的是伽利略）。

牛顿的那句经典名言——如果说我比别人看得更远的话，那是因为我站在巨人的肩膀上，也出自于他与胡克往来的信件。

客观地说，胡克的异议还是有一定道理的，毕竟他的确独立创造了平方反比思想，只是他不知道同时代很多人都有了同样的思想。而且胡克确实向牛顿指出了“合成天体运动”的概念，并且促使牛顿的思想从“离心力”转向“向心力”。

《原理》首版封面，1687年

1687年，牛顿的《原理》一书正式出版。书中陈述了牛顿的三个运动定律和万有引力。牛顿用万有引力定律推断了地球的椭球体的扁率（椭圆的扁度），解释了由于月球对扁圆地球的引力吸引从而引起了春分点西移的现象，并推动了人们对月球运动不规则性的引力研究，此外，万有引力定律还为确定彗星的轨道提供了理论（后由哈雷完成了对哈雷彗星的轨道计算）。

作为让步，牛顿在书中承认胡克以及其他人均已独立创立了太阳系中的平方反比定律。

1703年，胡克在疾病的折磨中逝世。几个月后，牛顿当选皇家学会会长。几年后，皇家学会开始搬迁，在这一过程中，胡克的许多收藏和仪器都丢失了，同时胡克唯一的肖像也不见了。

后世艺术家对胡克的印象画

《原理》的出版，使牛顿获得了巨大的国际声望，在全世界获得了一群仰慕者。《原理》出版第三版的时候（1726年），牛顿开始跟身边的仰慕者和亲友分享他观察苹果从树上掉下来的故事，这个故事最终被著名文豪伏尔泰（Voltaire）修饰后广为流传。

伏尔泰在《史诗随笔》（Essay on Epic Poetry，1727）中写道：“艾萨克牛顿爵士在花园里散步，看到一个苹果从树上掉下来，于是第一次想到了万有引力系统。”

至于这个苹果的故事是真是假，除了当事人恐怕谁也不知道。我们唯一知道的是，苹果应该是没砸到艾萨克牛顿爵士。

据说那个著名的苹果就是从这个位置的树上掉下来的，此树位于牛顿老家伍尔索普庄园，原树已死，这棵是补种的