科学史上著名公案——牛顿－胡克之争

科学史上著名公案——牛顿－胡克之争

·方舟子·

今天一般人知道胡克（1635-1703）这个名字，是因为在初中物理
学到的胡克定律：在弹性限度内，弹簧的弹力和弹簧的长度变化成正比。
其实胡克在多个领域都做出了杰出贡献：首次用显微镜看到并命名
细胞，首次观察到火星和木星的自转，发现双星，首次测量恒星的视差，
发明了轮形气压计、液体比重计、风速计里程计、现在还在车辆的传动
装置中使用的万向节、钟表的游丝、后来用于相机的可变光圈……，并
且还是当时有数的建筑设计师，如此多才多艺，难怪后来有人称之为
“英国的达芬奇”。但是在胡克死后两百多年间，他几乎被人遗忘了，
直到20世纪他做为大科学家的地位才被确认。这主要是由于他惹恼了一
个人，一个比他更伟大、更有势力、最不该去惹的人——牛顿。

牛顿其实是胡克的晚辈。早在1662年，胡克已成为英国新成立不久
的王家学会的实验主管，负责演示王家学会的实验，并在次年成为学会
会员。而此时牛顿还是剑桥的本科生。1669年，牛顿当上剑桥的教授，
开始讲授他的光学研究。1672年年初，牛顿被选为王家学会会员，做为
见面礼，他给学会寄去一篇证明白光是不同颜色光的混合的论文，提出
光是由粒子组成的，遭到了认为光是一种波的胡克的猛烈抨击。牛顿无
法忍受，威胁要退出学会。在学会的书记劝说并提出免去牛顿应缴纳的
会费的条件下，牛顿留了下来。

但是在1675年，牛顿发表的另一篇光学论文招来了胡克更猛烈的抨
击。胡克认为牛顿论文中的大部分内容是从他在1665年发表的《显微图
谱》一书中的有关论述中搬来的，只是做了某些发挥。两人进行了一番
貌似彬彬有礼其实暗藏讥讽的通信。牛顿在1676年2月5日致胡克的信中，
写道：“笛卡儿（的光学研究）迈出了很好的一步。你在一些方面又增
添了许多，特别是对薄板颜色进行了哲学考虑。如果我看得更远一点的
话，是因为我站在巨人的肩膀上。”后面这句话被认为是牛顿的谦虚，
后来被许多人当成座右铭，但是如果我们知道牛顿其实看重实验和数学
计算而蔑视胡克的哲学思考，并且胡克身材不高、驼背得很厉害的话，
就可以明白牛顿的这句话并不是在恭维胡克。这场争论的结果是，牛顿
疏远了王家学会，而且决定等胡克死后再发表有关光学的论著，在这部
1704年——胡克死后的第二年——出版的著作中，牛顿完全不提胡克对
薄板颜色研究的贡献。

但此时牛顿还是个崭露头角的年轻教授，面对前辈的批评他只能忍
气吞声。1687年《自然哲学的数学原理》的出版才确立了牛顿做为英国
科学界第一人的地位。这本书是在哈雷的鼓励和资助下出版的。哈雷、
胡克和著名建筑师雷恩都在研究万有引力，也都认为引力的大小与
距离的平方成反比，但是他们都无法从引力反比定律推导出开普勒行星
定律。1684年，哈雷为此到剑桥大学拜访牛顿，牛顿告诉他他早已解决了
这个问题，但是没有公开发表。在哈雷的劝说下，牛顿于1686年将其研
究成果写成专著《自然哲学的数学原理》交给王家学会审阅。

在王家学会的会议上，胡克指出引力反比定律是他告诉牛顿的，牛
顿应该在专著的前言中提到他的贡献。胡克早在1674年曾经发表过一篇
有关引力的论文，提出三条假设：所有天体彼此之间都存在引力；如果
没有引力的作用，天体将在惯性作用下做直线运动；物体之间距离越近，
则引力越强。这几乎是在定性描述万有引力定律。1679年，胡克写信代
表王家学会向牛顿约稿时，进一步提到引力的大小与距离的平方成反比。

牛顿没有参加那次王家学会的会议，从哈雷的来信知悉胡克的要求
后，牛顿承认胡克曾经在1679年的信中告诉他引力反比定律，但是胡
克对这一定律的描述并不准确。他本人早在大约20年前（1666年）就发
现了这一定律，并写信告诉了他人，并不需要从胡克那里获悉。从其他
资料看，牛顿所说的是事实。他在1665年就已发现了万有引力定律，并
试图用它计算月球的轨道。可惜当时测定的地球半径是错的，牛顿未能
获得满意的计算结果，就暂时放弃了这一研究。1670年之后有了更准确
的地球半径数据之后，牛顿才重新研究引力问题。在哈雷的斡旋下，
牛顿的态度软化，进一步承认胡克的来信刺激了他重新研究引力问题，
并且承认胡克告诉了他一些他不知道的实验结果。做为妥协，牛顿提出
在《数学原理》的有关部分加一条注解，说明引力反比定律也被雷恩、
胡克和哈雷独立地发现。

《数学原理》的出版给牛顿带来了巨大的声誉，也越发让胡克觉得
自己的贡献没有得到应有的承认。他在1689年2月15日的日记评论此事
时，抱怨“利益没有良心”。1690年2月在王家学会的一次演讲中，他
讽刺道：“牛顿帮了我大忙，我本人多年前首先发现并向学会展示的
引力性质被他当成自己的发明印刷出版。”他后来又写下一篇未出版的
备忘录叙述他与牛顿的争执“真相”。但胡克的抱怨无人理睬。这个事
件让他的余生充满了阴影，让他变得越来越抑郁、多疑和忌妒。

1703年，胡克在备受疾病折磨后逝世。几个月后，牛顿当选王家学会
会长，并计划给学会找一个新地址。1710年，学会完成搬迁，在这一过程
中，胡克的许多收藏和仪器都丢失了。同时丢失的还有胡克的画像。胡克
据说长得瘦小、驼背和丑陋，因此不难理解他不喜欢让画家画像。王家
学会的画像是唯一的一幅，它的丢失意味着后人再也无法知道胡克究竟
长什么样。有人难免要怀疑是牛顿利用职权从中作梗，故意将胡克画像销
毁。2003年有一位历史学家声称找到了胡克的画像，但随后被证明是别人
的画像。在一份保留至今的文件中有胡克的封印，封印上有一个头像，它
是不是胡克的头像？没法确定。

在胡克、牛顿的时代，科学刚刚草创，学术规范还未完善，难免经常
出现优先权的争执。胡克不仅和牛顿争，也和荷兰大科学家惠更斯争游丝
表的发明权。牛顿与莱布尼兹有关微积分发明权的争执更是出名。若是在
现在，许多这类争执都可以避免。现在学术界为了避免争执，也为了鼓励
尽早发表成果，奉行的是谁先发表谁就有优先权。虽然牛顿自己发现了万
有引力定律，但是既然胡克比他更早发表了有关论文，不管其论文是多么
粗糙，牛顿也应该在后发表的论文中提及胡克的成果，明知而不提就有剽
窃的嫌疑。

2008.8.3.