牛頓和虎克

 牛頓和虎克

12-8-2019

 

牛頓（Isaac Newton, 1643 ~ 1727）是科學界一顆燦爛的巨星，少人可以與之相提並論。牛頓死時，被光榮地以國禮葬在西敏寺，墓誌銘上傲然寫著：「自然法則隱藏在黑暗中，神說讓牛頓出生吧！於是一切都豁然開朗。」

 

1642年聖誕節, 牛頓在英国鄉下農莊裡誕生。那一年正巧是大天文家伽利略去逝的一年。他的農夫老爸也在他出生前三個月就过世了, 他成了遗腹子。母親將他寄托給外婆帶大, 自己又嫁給一位叫 Smith 的人。童年失去双親的愛, 造成牛頓幼年缺乏自信心。

 

虎克（Robert Hook, 1635 ~ 1703）比牛頓大7歲，兩人的背景有許多相似之處，比如說, 他們都是英國人、中等身材、幼年失父、生長在傳統基督教背景的家庭, 為了專心研究, 終身都沒有結婚等。

 

虎克從幼年起就展現出藝術創造及繪畫方面的天分。他一生對科技的貢獻包括：機械製品、光學、力學、天文、物理、建築、生物等領域。他被後人尊稱為 ~ 倫敦的達文西。

 

早在1660年時，虎克就已提出萬有引力的假說，他利用實驗證實地球重力的存在。那時牛頓才18歲, 正準備上劍橋大学。1667年畢業後, 牛頓被選為三一書院院士。那年, 牛頓從蘋果落地領悟到萬有引力的概念。1668年, 27歲的牛頓就出任劍橋大学數学教授。

 

 

 

虎克在機械組裝和操作光學儀器等方面, 獨具高超的技巧，他改良了前人的顯微鏡，帶領人類進入微觀世界。1665年，他出版《顯微技術》一書，發現植物細胞（Cell）。該書最精彩之處是虎克親手畫了58 幅微生物圖示，藉著他藝術天賦，帶領人類進入微生物的領域, 被稱為微生物學之父。看了他當時所畫的小跳蚤，精細到有如放大的照片一般，令人驚訝萬分。從創意和藝術的技能而言，老虎比牛強得太多了！

 

據說在1674年至1679年間，和牛頓的通信之中，虎克一再修正牛顿有關運動方面許多不正確的觀念, 在信中也屢次提到「萬有引力是和距離的平方成反比」的關係！可惜虎克的數學造詣沒有牛頓深，一直無法將這萬有引力的公式推導出來。牛頓当時常被他嘲笑, 因此也不想替虎克解這道難题。

 

1655年，虎克提出光的波動說，數年後他又提出光波是橫波的概念，而且做了大量的實驗來證明。1672年，牛頓發表光的粒子說，牛頓認為光經過稜鏡產生色散，證明光是由不同波長颜色的光粒子组成。但這說法卻被虎克公開地取笑評論，讓牛頓顏面掃地，導致後來對虎克充滿敵意。

 

牛頓的《光學》著作一直等到虎克過世後才敢出版。由此看來牛頓雖然不滿虎克，但對自己粒子說的理論多少缺乏信心。但萬沒想到書一出版，造成洛陽紙貴，大家爭相購買。反之, 直到一百年後, 科學家才發現虎克光的波動說。今天, 大家都知道，原來奇妙的光具有牛的粒子和虎的波動雙重特性。所以這一局，牛虎雙方各得一分。

 

1668年, 牛頓發明了「反射式望遠鏡」(Reflecting). 1673年，虎克成功地改良了「格里高利反射式望遠鏡」(Gregorian)，觀察到火星、木星大红斑和月球表面的环形山。步加利略之後塵，虎克再次揭開了宇宙神秘的面紗。但後來證明, 牛頓反射式望遠鏡功能比虎克格里高利式望遠鏡要高明好多. 這一局，牛頓領先!

 

1676年，虎克發表了歷史上有名的虎克彈性定律，f＝－kx，這簡單的公式表明了彈簧的應力和被拉長的長度成正比。虎克還有許多重大的發明，包括鐘錶的重要計時發條零件，車輛的轉軸裝置（如：萬向接頭）、風向儀、水平儀等。虎克絕非是空談理論的大師，他每天動手發明，都讓牛頓望塵莫及！

 

1684年, 哈雷 (Edmond Halley, 1656 ~ 1742) 發現彗星和太陽系內各行星都受到太陽引力的影响, 根據克卜勒第3定律, 它们的引力和距離的平方成反比。他比牛頓小十四歲, 曾任牛津大學幾何學教授，然而數学能力不夠, 就跑去劍橋大学找这位遠近馳名的牛數学老師來推導公式。牛頓答應, 不久就將这千古聞名的萬有引力公式寫在一篇9頁論文~《論運動》

 

1687年，在哈雷鼓勵下, 牛頓出版了載有萬有引力定律的《自然哲學數學原理》一書, 包含牛頓三大運動定律, 是一脈相承的完整力學的基本公理。後來從它們推導出動量定理、動量守恆定律、動能定理、機械能守恆定律、動量矩定理、角動量守恆定律…。哈雷早已承諾, 用自己所得的工资去印刷此書。

 

在書裡牛頓故意完全不提虎克的貢獻。這事後來讓虎克忍無可忍，罵牛頓是竊賊。無論如何，這局牛頓先馳得點，虎克輸了！

1703年, 虎克在落寞中去世了，牛頓被選為皇家学會會長，直到臨終，連任長達25年。1705年, 牛頓被英國安妮女王授予爵士頭銜。

 

大權在握，牛頓決心要清除虎克留下來所有的東西。他解散虎克實驗室，拆除虎克圖書館，銷毀虎克的肖像，甚至虎克生平的著作都差點被牛頓燒掉，幸好及時遭人阻止。因為虎克都沒有申請專利保護，他的發明紀錄多存在皇家學會的文獻之中，牛頓若將其付之一炬，後人就再也無法替虎克主持公道了。

 

無論如何，牛頓在數學上的成就，世上少有人可與之相提並論，這也是牛頓超越虎克的地方。藉著數學的優勢，他導出運動三基本定律,和萬有引力定律。

 

牛頓一生敬畏这位創造宇宙天地的神。我最欣赏他研究自然科学的精神, 那就是秉持着追隨神的思想, 順着神的智慧去思考。在我们的一生之中, 要学習哈雷, 尊重並協助身邊有才幹的人, 讓他们能盡量發揮他们的才幹去造福社会。而不是像虎克一樣, 不断嘲諷貶低他人, 到最後自己下場孤獨凄涼!