23、实验天才

样急于发表，而是自己保留起来。然而，在哈雷的鼓动下，他最终将自己的成果公布。他开始潜心写作“整个科学，尤其是物理学的《圣经》”：《自然哲学的数学原理》。[2187]

像哥白尼的主要著作一样，《自然哲学的数学原理》也很艰深，但后者的复杂内容却是建立在清晰理解的基础上的。牛顿在解释“世界体系”，也就是太阳系时，发现了质量、物质的密度（一种内在属性）以及一种“内在力”，即我们所称的惯性。在《自然哲学的数学原理》中，从思想上说，宇宙是系统的、稳定的和去神秘化的。宇宙被驯服，成为自然的一部分。天体的音乐之美淋漓尽致地展现出来。但该书没有提及上帝的任何事情。神性历史已经变为自然历史。

如今，大多数科学史学家都认为，在牛顿发现微积分九年后，莱布尼茨在完全不知晓的情况下也发现了微积分。这位德意志人（莱布尼茨出生于莱比锡）的才能不输于他的英国同行。他发现/发明了二进制运算（用0和1代表数字）、一种早期相对论、物质和能量本质相同的理念和熵（宇宙能量终有一天会消失殆尽的观念），更不用说“单子”的概念。“单子”来源于希腊语，意为“单位”，即物质的组成部分，不仅指原子，而且包含了原始的细胞概念，即有机体也是由部分组成的。然而，无论是牛顿还是莱布尼茨，他们的最高成就都是微积分。“如果没有微积分，牛顿之后物理学的任何发展几乎都是不可能的。”[2188]

《自然哲学的数学原理》和微积分尽管本身很出色和完备，却仅是牛顿成就中的两项。他的伟大成果还有光学方面的。希腊人的光学包括对影子和镜子的研究，尤其是凹面镜，它在成像的同时还可用作取火镜。[2189]中世纪晚期已经发明了镜片和眼镜，后来，文艺复兴时期，荷兰人还发明了望远镜，由此又发明了显微镜。

牛顿将两种发明结合起来，形成了反射望远镜。他发现，直接从望远镜中观察的星星通常拥有彩色的边缘，而它们在镜中的像却没有，于是想弄清为何这些彩色边缘会出现在望远镜中。正是这样的想法使他开始了对望远镜的实验，继而导致了对棱镜属性的研究。由于与在中世纪具有宗教意义的彩虹相联系，棱镜最初是幻想的对象。然而，任何热衷于科学的人都能观察到，彩虹的颜色是阳光穿过空中的水滴时形成的。[2190]随后，人们观察到彩虹的形成与太阳高度、红色光线的弯度小于紫色光线有关。也就是说，人们发现了折射现象，但没有很好地理解它。[2191]

牛顿的第一个光学实验是在剑桥大学三一学院其住处的木制百叶窗上凿出一个小洞。一小束光透进来，照在他放置的三棱镜上，然后被折射到对面的墙上。牛顿发现了两点。第一，图像是倒立的，第二，光被分解为它的组成颜色。由此他认识到光是由不同的光线组成的，不同颜色受三棱镜的影响程度不同。古人对光线有自己的理解，但与牛顿的理解相反。之前，人们认为光从观察者的眼中传播到被观察的物体上。但牛顿认为光本身就是一种投射物，从被看到的物体向四处射去。事实上，他发现了我们所称的光子。在另一个试验中，他使光线从窗口射进，穿过三棱镜，将光的彩虹投射在凸透镜上，凸透镜继而将彩色的光线聚集在第二个三棱镜上，使第一个三棱镜的作用消失。[2192]也就是说，在设备正确的情况下，白光可以随意地被分解和重聚。如同他的微积分研究，牛顿并没有急于将成果发表，但他的发现一经（皇家学会）公布，人们随即意识到它更为广泛的重要性。比如说，从古代（尤其在埃及）开始，人们就观察到，地平线附近的星星比预期落下的时间更慢，而升起的时间更早。如果假定地球附近有某些物质使光发生弯曲，这种现象就得到了解释。牛顿时期还没有对大气层概念的认识，但牛顿的成果开创了这种观念，因此要归功于他。同样地，牛顿发现钻石和油都可以折射光，因此推断钻石“一定含有油性成分”。他当然是正确的，因为钻石主要由碳组成。这也是现代思想（21世纪摄谱学和X射线晶体学的相关发现）的先驱。[2193]

第谷·布拉赫位于丹麦赫汶岛的实验室在前文已经讲到了。1671年，它又一次登场。法国天文学家让·皮卡尔到达那里，发现整个实验室都被无知的当地人毁坏了。然而，当他在废墟中四处徘徊时，遇到了一个与众不同的年轻人。奥勒·罗默看上去对天文学兴趣浓厚且很有见地。皮卡尔被他的勤奋求知所感动，便将他邀请到法国。在皮卡尔的指导下，这个年轻人开始自行观察天空。在研究早期，令他十分惊讶的是，他发现伽利略以木星的卫星轨道为基础的著名理论是错误的。这些卫星的速度并非像伽利略所讲的一成不变，而是根据一年中的时间而系统地变化。罗默坐下来安静地思考他的数据时，意识到卫星的速度似乎与木星到地球的距离有关。正是这种想法带来了罗默精彩的见解：光是有速度的。许多人不容易相信这一点，但这个观点确实有一个类似的先例。通过观看战场上炮弹的发射，士兵们都十分清楚声音是有速度的：他们总是先看到炮口的烟火，再听到发射的声音。如果声音有速度，那么光为什么不能有呢？[2194]

这些物理学的巨大成就反映了一段时期源源不断涌现的改革和创新思想。牛顿本身有一句名言，将自己与笛卡尔做比较，出现在写给罗伯特·胡克的一封信中：“如果我比笛卡尔看得更远，那是因为我站在巨人们的肩膀上。”[2195]但在一个问题上牛顿是错误的，并且错在关键的地方。他认为物质由原子构成，并这样陈述他的观点：“所有这些考虑在内，我认为很可能上帝一开始用坚固、厚实、无法穿透和可以移动的粒子创造了物质，这些粒子有一定的大小、形状和其他的属性，与宇宙成一定的比例，最大地有助于实现上帝创造它们的最终目的；固体的原始粒子远比任何由它们组成的可穿透物体坚硬；甚至坚硬到不会磨损或破碎……但是……合成物容易破碎，它们即将破碎时不会从固体粒子内部，而是从粒子与粒子之间仅有很少接触点的地方断裂。”[2196]

正如我们所知，德谟克利特比牛顿早两千年提出物质由原子组成的观点。普罗旺斯教士皮埃尔·迦桑狄阐释了他的思想并将其引入西欧。在此基础上，牛顿尽管在多方面有所创新，但他对宇宙及其内部原子的观点却不包括变化和演化的概念。虽然他极大地提升了我们对太阳系的认识，但太阳系可能有历史这一观点却在他的认识之外。

1543年，哥白尼最终发表《天体运行论》的同一年，安德雷亚斯·维萨里也用印刷方式，向世界献上关于人体结构的专著。这很可能比《天体运行论》更重要。哥白尼的理论没有对16世纪的思想产生直接影响，它的神学影响较晚之后才引起争议。但对生物学来说，1543年却是一个很自然的终点和新时代的起点，因为维萨里的观点立刻产生了影响。[2197]每个人都好奇自己的构造（维萨里的学生央求他画出静脉和动脉的示意图），在16世纪看到骨骼的解剖图摆放在理发店和公共浴室也绝不稀奇。维萨里对解剖极其严谨的研究也引发了关于人类目的的哲学思考。[2198]

维萨里的贡献应当放到大环境中看待。直到他的著作问世，人类生物学的主导知识力量仍然是盖伦。第9章提到过，盖伦是医学史上里程碑式的人物之一，古代最后一位伟大的解剖学家，但他的工作环境却很不理想。希罗菲卢斯（生于约公元前320年）和埃拉西斯特拉图斯（生于约公元前304年）之