（20 19 —20 20学年第 1 学期）

课号：  096T06A      课程名称： 改变世界的力学     改卷教师：  王骥      

学号：  196003128     姓名：   马肖肖            得分：                 

科学思考的诞生

引子

“天才”是杰出的意思。按照历史学家的观点，17世纪在历史上是“路易十四世纪”，路易十四是法兰西的太阳王，在他当政的时候，法国成为世界的一流强国。但是在哲学家看来，17世纪是一个群星璀璨的一个世纪，英国哲学家怀特海称这段时间为“天才的世纪”。这个世纪的科学家不一定有18世纪那么多，但是重量级的人物特别多，而且其中有一半是横跨文理两大领域的。其中赫赫有名的有就有培根，笛卡尔，伽利略，开普勒，牛顿，莱布尼兹。今天的我们享受着科学带给我们的福泽，却不知道科学是如何诞生的，它又经历了怎样的艰难险阻。

一．混乱的时代，无知的人类

这些伟大人物他们都诞生在一个无知、黑暗的社会，17世纪，有着现代世界诞生前人类社会的自然样貌。那个时代最伟大的城市——伦敦，就是最好的一个例子。从外表看去，这座“伟大的城市”似乎依然过于“不堪入目”：“马车夫的叫喊声、发臭的垃圾、漫天飞扬的尘土……初来乍到的人在这个规模巨大的城市根本连路都没办法走好”。这样的城市，对于出生于20世纪的我们来讲无法想象，但其实即使是与当时的古罗马时代的城市相比较，都显得过于粗鄙和肮脏。

但就这些还不是这座城市最坏的情形，17世纪60年代的伦敦接连遭遇了两场历史性的大灾难，让人们仿佛触摸到了“地狱”的边界。查理二世以及詹姆斯二世时代的海军部秘书塞缪尔•皮普斯的日记，成为后人了解这两场灾难的最好资料。对于1665年爆发的瘟疫，皮普斯刚开始是以一种漫不经心的笔调来记录的，他通过街头巷尾的传说记录道有些人已经被隔离，在这个时期，瘟疫对于伦敦城里的大部分人，尤其是像皮普斯这样的上流阶层来说，还是件遥远的事；但没过多久，皮普斯就开始记录下他可以亲眼所见的触目惊心的景象，“死亡在城里蔓延”，并且已“是立遗嘱的时候了”。1665年的夏天，伦敦死亡的人数从6月的每周数百人到8月达到了每周6000人。后来的统计显示，大约有超过8万人死于这场瘟疫。足足相当于当时伦敦人口的五分之一，它在短时间内席卷了全欧洲，那个时候，人心惶惶，学校都纷纷闭学，剑桥也不例外，然后才有了牛顿的伟大发明。

这座城市所经历的还不仅仅是这场可怕的瘟疫。1666年，一场持续四天的大火，再次“洗劫”了这座城市，可怜的它尚未从上一场灾难中恢复过来就经历了下一次肆虐洗劫。1666年9月，大火从一间普通的烘焙铺子开始，然后迅速在这座城市中蔓延。最后，这场大火几乎烧毁了这座城市六分之一的建筑，包括著名的圣保罗大教堂。有意思的是，记录了瘟疫的皮普斯再次亲眼目睹了大火的发生，他写道，“烈焰发出可怕的噪音”。但就是这场大火彻底切断了自1665年以来伦敦的瘟疫问题，因为它烧死了数量庞大的老鼠。

或许，伦敦在17世纪遭遇的灾难有点夸张的戏剧性，但却典型的代表了那个时代欧洲人类社会的处境：无知、渺小的人类在灾难面前显得极为无助和绝望。今天的我们知道，17世纪已经处在现代世界的“前夜”，经历了工业革命，跨过技术和文明的瓶颈，人类社会将不再惧怕“天灾人祸”，我们也知道他们所经历的灾难都是黎明前的必经之路。然而，对于一个生活在17世纪的普通人来说，那却是一个极端黑暗的年代，“小偷和强盗横行街头，警察要到遥远的未来才会出现。”，“当时的谋杀率之高，为当今日的5倍”。或许，这就是我们常说的“黎明前的黑暗”。

当时的社会落后，并不是无稽之谈，我们来看看当时的医学是怎样的一个状态。比如说1685年查理二世中风，查理二世是英国国王，是英国地位最高的人，他受的是当时最好的医生的照顾。医生怎么照顾他呢？他的医生折磨着他。后来有位历史学家这样写道，就像是对待被送上火刑柱，烧死的印第安人，首先皇室医生们为他放了两大杯的血液，放血。放血疗法是当时的普遍治疗方法，生病了之后找医生看病，都是先放你很多的血。美国的第一个总统华盛顿，也是被放血疗法杀死的，就是人生了病以后，医生就过来先放一盆血再说，这就是放血疗法。然后接着他们为他灌肠、吃泻药，再加上一记喷嚏粉，就打喷嚏的喷嚏粉，然后又为他放了一量杯的血液。国王的病情仍旧没有起色，他们用鸽粪和珍珠粉末配制的药膏为国王搓脚，然后在国王理光的头颅与赤裸的双足上使用烧红的烙铁，拿烙铁烫国王。种种手段都未产生效果，国王陷入抽搐的状态，医生为国王奉上主要的成分是40滴人类头骨萃取物的药水，于是4天后国王在重重折磨下去世。国王是当时最尊贵的人，他的治疗方法尚且如此，平民又该过着怎样的日子。那个时候的医疗环境就是这样，这就是17世纪末期科学和蒙昧所混杂的那段日子，我们可以有所想象。

二．混沌宇宙，渺渺星光

除了这两场大灾难，17世纪的英国也发生了一件具有时代意义的大事，1660年，英国皇家学会成立，它一开始是由12个自我组织意识觉醒的科学家们成立的，他们会在很多地方聚会，其中著名成员有罗伯特胡克，罗伯特波义耳。他们这个团体没有立下任何规定，目的只是集合大家一起研究实验并交流讨论各自的发现。有人曾说过，17世纪英国皇家学会中的那些自由而诚实的绅士们，他们从事科学研究不为任何私利，只是为了探索真理而进行“好奇心驱动的研究”。这个团体的成立是因为科学家们喜欢团体合作来发现真理，然后进行探究思索。即使他们讨论重视的东西在现在看来无可救药，但不可否认的是这些愚蠢至极的东西就是进步。当时人们相信独角兽的存在，并且认为独角兽的角可以治疗一切疾病。于是涌入了大量的独角兽的角的粉末，这些粉末当然需要检验是否是真正的独角兽角的粉末，这些学会成员找到了一种检验方法，就是在粉末里面围住一只蜘蛛，如果蜘蛛可以从粉末中走出来，那就证明粉末是真的。毋庸置疑，所有的蜘蛛都可以走出来，所以大家的粉末都是真的。现在的我们听起来很骇人听闻，甚至认为社会在退步，不是这样的，恰恰相反，这就是社会在进步。在那个《圣经》就是一切，《圣经》的一切都是对的的时代，用实验来验证结论，这就是最大的一个进步，就有着伟大的意义。这些成员就有这最先进的思想，他们只相信实验，相信实验观察得到的结论，他们是伟大的人。

1609年，伽利略创制了天文望远镜(后被称为伽利略望远镜)，并用来观测天体。他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。伽利略的科学发现，不仅在物理学史上而且在整个科学史上都占有极其重要的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点，更创立了研究自然科学的新方法。他让人们根深蒂固的亚里士多德的思想得到更正，他的勇敢开启了近代科学史，为后人的科学研究做出了巨大贡献。伽利略在总结自己的科学研究方法时说过，“这是第一次为新的方法打开了大门，这种将带来大量奇妙成果的新方法，在未来的年代里，会博得许多人的重视。”在后来，惠更斯继续了伽利略的研究工作，导出了单摆的周期公式和向心加速度的数学表达式。

笛卡尔20岁大学毕业就子承父业去巴黎当律师，当时法国社会风气是“非红即白”，这位贵公子厌烦了律师耍嘴皮子那一套，就弃笔从戎了。1619 年，笛卡尔所在军队的军营驻扎在多瑙河旁。11月的一天，他因病躺在床上，无所事事的他看见天花板上，一只小小的蜘蛛从墙角慢慢地爬过来，吐丝结网，忙个不停。从东爬到西，从南爬到北。要结一张网，小蜘蛛该走多少路啊！笛卡尔就开始想如何去算蜘蛛走过的路程。他先把蜘蛛看成一个点，那么这个点离墙角有多远呢？离墙的两边多远？昏昏沉沉的他思考着，计算着，病中的他又睡着了。梦中，他好像看见蜘蛛还在爬，离两边墙的距离也是一会儿大些，一会儿小些。他好像悟出了什么，又看到了什么，大梦初醒的笛卡尔茅塞顿开：要是知道蜘蛛和两墙之间的距离关系，不就能确定蜘蛛的位置吗？确定了位置后，自然就能算出蜘蛛走的距离了。于是，他郑重地写下了一个定理：在互相垂直的两条直线下，一个点可以用到这两条直线的距离，也就是两个数来表示，这个点的位置就被确定了。这个发现在我们现在看来毫不稀奇，这不就是我们所学的坐标图吗？但当时，这可是一个了不起的发明，从而有了解析几何的建立。

他们这些16,17世纪的伟人的发现是划时代的，是有着深远意义的，无论是对数学，物理还是天体，他们都是重要的。但在我看来，最重要的是，他们间接或直接的引领了“科学巨人”的诞生。

三．巨人诞生，光明乍现

牛顿的经典名言是“如果我能看得更远一点的话，是因为我站在巨人的肩膀上。”这句话，我们可以理解为牛顿的发现是建立在其他人的发现上得出的，也就是说牛顿的发现与前人的发现发明息息相关。

1643年1月4日，艾萨克·牛顿出生于英格兰林肯郡乡下的一个小村落伍尔索普村的伍尔索普庄园。在牛顿出生之时，英格兰并没有采用教皇的最新历法，因此他的生日被记载为1642年的圣诞节。因此，牛顿觉得自己与上帝有着不解之缘。牛顿出生前三个月，他的父亲去世了。牛顿3岁时，他的母亲改嫁并住进了新丈夫牧师的家，并把牛顿托付给了他的外祖母。年幼的牛顿不喜欢他的继父，并因母亲改嫁一事而对母亲持有一些敌意，牛顿甚至曾经写下：“威胁我的继父与生母，要把他们连同房子一起烧掉。”可能就是这种童年的不幸经历，使牛顿性格孤僻，不与人交好。1661年，牛顿进入了剑桥大学的三一学院，在那时，该学院的教学基于亚里士多德的学说，但牛顿更喜欢阅读一些笛卡尔等现代哲学家以及伽利略、哥白尼和开普勒等天文学家更先进的思想。1665年，他发现了广义二项式定理，并开始发展一套新的数学理论，也就是后来为世人所熟知的微积分学。在1665年，牛顿获得了学位，而大学因为当时的伦敦大瘟疫而关闭。伦敦大瘟疫来袭时，牛顿刚20岁出头，还没有封爵，也没有硕大庄重的发现，只是剑桥大学三一学院的一名普通学生。剑桥大学让学生们回家学习，牛顿便回到了剑桥西北100公里外的家族领地伍尔索普庄园。没有教授的指导，牛顿反而自得其乐。此后一年多的时间被后人称为牛顿的“奇迹之年”。起初，他继续研究在剑桥时即开始着手的数学问题，撰写的相关论文，也就是早期的微积分。后来，他买了几个三棱镜，并在自己的卧室里做起了实验，甚至在百叶窗上打一个孔，仅仅为了让细小的光束通过。基于这些实验，牛顿提出了他的光学理论。而在他的庄园的窗外有着一棵苹果树，也就是那棵著名的苹果树。那个关于牛顿坐在树下，被苹果砸了脑袋，即发现了重力和运动定律的故事，很大程度上是杜撰的。但牛顿的助手约翰·康杜特称，故事也有部分属实。康杜特后来曾谈到：“当牛顿在花园里沉思时，他突然想到，致使苹果从树上掉到地上的重力可能并不受物体到地表距离的限制，它作用可能远远超过人们想象的距离。“有可能远到月球上呢”牛顿自言自语道。疫情过后，1667年，牛顿带着他的研究成果回到了剑桥，在之后的六个月内，他晋升为研究员，两年后聘为教授。

1688年，牛顿在发表了著作《自然哲学的数学原理》，在这一书里牛顿对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律，为太阳中心说提供了强有力的理论支持，并推动了科学革命。

1689年，他当选为国会议员。牛顿在1689年到1701年是皇家科学院的成员，在1703年成为皇家学会会长，并任职24年之久，在历任会长中仅次于约瑟夫·班克斯，同时也是法国科学院的会员。1696年，牛顿成为了伦敦皇家铸币厂的厂长，一直到去世。1705年，牛顿被安妮女王封为爵士。1727年3月31日，伟大的艾萨克·牛顿逝世，与很多杰出的英国人一样被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着：让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在。就这样一代伟人与世长辞。

除去记录各位伟大科学家的各项壮举，多尼克在《机械宇宙》中也穿插了17世纪这些科学精英之间的恩怨情仇。这些“伟大精英”间的关系并不如我们所想象的那般和谐，而是充满了“既生瑜何生亮”的猜忌和嫉妒。而在这一干人物中，牛顿更像是一个班级里经常惹是生非的“熊孩子”。他不仅和胡克关系恶劣，也和莱布尼茨争吵终身。牛顿的自傲让他的性格本就很难与人相处，因此碰到同样性格怪癖的胡克和莱布尼茨，便只能陷入“相爱相杀”的境地。

四、结语

整个17世纪群星闪烁，如果说古希腊时期是人类文明的起源与巅峰，那17世纪是科学苏醒且大爆炸的时代。莱布尼茨与牛顿分别独立发明了微积分，牛顿将数学引向无穷的可能，自此宇宙不再神秘，一切都浓缩在那三个定律中。而莱布尼茨生前名声无法与牛顿匹敌，一生企图论证他才是微积分的发明者，他死后葬礼冷清，墓碑甚至没有标记，可是没有他就没有那些通俗易懂的符号，没有他，微积分将只是区区十几人才能读懂的阳春白雪，没有他，也许我们这样的普通人无法一窥数学之美。天才要与天才在一起才能激发出夺目的光彩，但对天才本身而言，光环只能属于一个人，因此莱布尼兹是遗憾的，胡克也是，因为绝无仅有的牛顿的存在，那一时代的天才们既有了目标，又迷失了目标。