作者简介：杨仪淮（1982—），男，贵州天柱人，西南大学政治与公共管理学院硕士研究生，研究方向：自然哲学、科学哲学。
摘 要：万有引力定律的发现是近代经典物理学发展的必然结果。而科学史却把这一成果全部归功于牛顿，这是不符合实际的。因为在万有引力定律提出之前罗伯特·胡克在这一方面也做出非常卓越的贡献，然而却与跨时代的科学发现失之交臂。为此，从万有引力提出的背景、产生的过程以及罗伯特·胡克的贡献来重新诠释这一伟大科学发现，揭示其发现的本真具有重要意义。
关键词：罗伯特·胡克；万有引力；贡献
一、“万有引力”提出的历史背景
17世纪最有权威的宇宙论，首推法国笛卡尔的天体演变涡旋观念（太旋涡理论）。他认为以太是一种没有重量，非常稀薄的连续流体，物体作用通过以太挤压来传递，天体在以太中运行不会受到任何阻力。他想象在以太中的粒子不断调换位置，作循环的旋转运动，结果就会形成物质的涡流。如太阳是一个大旋涡的中心，巨大的旋涡推动行星围绕太阳旋转，各个行星则是较小的旋涡中心。他第一次依靠力学来解释太阳起源的以太旋涡模型，丰富了物理思想和严密的科学方法。一方面，对反对经院哲学和推动当时自然科学前进产生深远的影响；而另一方面，由于经常停留在直观和定性阶段，不从定量的实验事实出发，所以一些具体结论往往会有很多缺陷。后来许多天文学家对宇宙中的星星进行观察，探讨宇宙留给人类的奥秘。经过开普勒认真的观察记录，并对第谷的天文观测资料做了仔细分析，于1609年发表了《新天文学》，阐述了开普勒第一、第二定律，在1619年发表的《宇宙谐和论》中，详细阐述了开普勒第三定律，彻底地摧毁了托勒密关于宇宙繁杂的本轮体系。牛顿也在其《自然哲学的数学原理》第二篇的结论中指出，笛卡尔的假说（以太旋涡论）“是完全与天文现象相抵触的”，它所导致的是一场“混乱而非对天体运动的理解。”[1]后经天文学家在不断研究中发现，天体现象不能用漩涡理论来解释。在《自然哲学的数学原理》一书的定义3中说：“物质固有的力，是每个物体按其一定的量而存在于其中的一种抵抗能力，在这种力的作用下物体保持其原来的静止状态或者在一直线上等速运动的状态。”[2]则他说这种力同惯性没有什么区别，可称作惯性力。惯性是物质的最重要属性，物体本身不能改变自己的状态，这是牛顿力学的基本出发点。既然如此，那改变状态的能力就只能到物体以外去寻找了，于是就进而提出了力的概念。以此对天体的演化过程的研究成了科学发展的需要，开普勒、布里阿德、波列利、惠更斯、罗伯特·胡克和牛顿都不同程度的从力的角度相继解开了天体运动之谜。
二、万有引力理论产生的过程
力的产生原理首先是由亚里士多德提出来的，他曾认为力是产生非自然运动的原因，但他认为力的作用只有在互相接触时才能传递，所以对于彼此相距很远的天体来说，这个力是毫无用处的。[3] 这是在两千多年前古希腊哲学家对力的思考，当时由于对力的科学理论没有形成，只是简单地看到生活中的机械力。开普勒依据第谷提供给他金星的资料，经过一次次分析计算发现，行星在通过太阳的平面内沿椭圆轨道运行，而太阳位于椭圆的一个焦点上。这就是行星运动第一定律，又叫“轨道定律”。当开普勒继续研究时，“诡异多端”的火星又将他骗了，原来，开普勒和前人一样都把行星运动当作等速运动来研究的。他按照这一方法苦苦计算了1年，却得不到结果。后来他发现，在椭圆轨道上运行的行星速度不是常数，而是在相等时间内，行星与太阳的联线所扫过的面积相等。这就是行星运动第二定律，又叫“面积定律”。开普勒又经过9年努力，找到了行星运动第三定律：太阳系内所有行星公转周期的平方同行星轨道半长径的立方之比为一常数，他发现了行星之间的“调和定律”。开普勒虽然解开了许多天体的运动之谜，却未解开天体运动力学原因这个谜中之谜。[4] 继开普勒之后，这个问题也逐渐引起了科学家的重视。1645年法国天文学家布里阿德提出“开普勒力”同与太阳距离的平方成反比，但这儿的“开普勒力”只是太阳对行里的作用，而不包括行星对太阳的作用。[5]当时的科学家没有运用辩证法的观点来看待这个问题，只看到力的一方对另一方的作用，没有发现力的相互作用。到1666年意大利科学家波列利在研究行星与木星卫星运动时指出，天体之间存在着某种使它们相互接近的重力，其力大小同距离成反比。1673年荷兰的科学家惠更斯在研究摆的过程中，提出了向心加速度公式，若把这个公式同开普勒第三定律结合起来，就会推导出向心力同距离平方成反比的结论，但他最终没有能迈出这一步，因为在他看来向心力与吸引力是两种完全不同的力。但最接近万有引力理论的要算与牛顿同时代的英国科学家罗伯特·胡克，他认为物体的重力，就是地球对它的吸引力。这是罗伯特·胡克首次提出吸引力这一概念。
三、罗伯特·胡克对万有引力所作的贡献
罗伯特·胡克在力学与行星运动方面花费了许多心血，早在1661年，虽然他没有机会和苹果有过亲密接触，但胡克凭借其在科学上敏锐的洞察力，察觉到引力和地球上物体的重力有着某种本质的联系。1662年和1666年，他曾分别在山顶上和矿井下用测定摆槌周期的方法做实验，试图找出物体的重量随离地心距离而变化的关系。他认为物体的重力，就是地球对它的吸引力。[6] 因此，他得出物体同地心的距离不同，它的重量也将不同的想法。他曾登山、下矿井想用实验来证实这个想法，但没有成功，因为山的高度与矿井的深度，同地球的半径相比是微不足道的。
1674年，罗伯特·胡克在《试证地球的运动》中，详细阐述行星运动理论的成果：他认为，地球和地球上的物体之间肯定有某种吸引力，如果没有这种引力的话，那么地球在自转的时候，这些物体就会像雨伞上的水珠一样，因旋转而向四周飞散。后来他提出了关于引力的三条假设。第一，一切天体都有倾向自身中心的吸引力，这种力又作用于其他天体，从而指出了引力作用的普遍性。第二，作直线运动的任何天体，在没有受到其他作用力使其偏斜之前，继续保持直线运动不变；受到其他力的作用时，它的直线轨道就会倾斜，沿椭圆、正圆轨道或某种复杂的曲线运行。这就指出了吸引力向天体运行轨道的联系。第三，物体离吸引中心越近，所受到的吸引力就越大，具体数量关系尚待实验中解决。
1679年，罗伯特·胡克找到了引力的平方反比定律。但他还是想把自己的研究设想与牛顿切磋一下，在1680年1月6日寄给牛顿的信中，罗伯特·胡克讲到了引力大小与距离的平方成反比这个概念，但是当时他在信中说得比较模糊，并未将这一理论加以量化。事实上，胡克与牛顿的这次通信在科学史上是极为重要的一节。牛顿虽然从不肯承认从罗伯特·胡克那里得到了一些启发，但明察秋毫的科学史家则认为罗伯特·胡克的信件给了牛顿关键性的帮助。但是，罗伯特·胡克直言不讳地纠正了牛顿的错误，自认为胜出一筹的他在得意之下还把牛顿的错误在皇家学会大肆宣扬，而这有些过火的行为令牛顿十分恼怒，他认定罗伯特·胡克此举是存心炫耀，并有意让他在大庭广众下出丑。1684年，罗伯特·胡克和牛顿之间的科学“战争”再次升级，他们分别试图证明平方反比的引力导致椭圆轨道（即ISL定律）。他们争相宣布自己的胜利：罗伯特·胡克骄傲地宣称他证明了这一点，但未拿出结果，还说要等别人的努力都失败后才肯把自己的证明公布出来。牛顿也说他早就证明过这个定律，虽然当下同样没拿出任何证据，可几个月后，牛顿发表了著名的《论运动》，这成为后来《自然哲学的数学原理》的前奏。 1686年，牛顿完成扛鼎之作《自然哲学的数学原理》，并于4月把原稿交给皇家学会。他在书中公布了万有引力定律，因此在和罗伯特·胡克的“口水战”中赢得了压倒性胜利。虽然由于经费问题以及牛顿和罗伯特·胡克关于万有引力定律发明权的争执，皇家学会未能安排该书付印。但牛顿的朋友哈雷深知该书的价值，于是决定出钱替牛顿出版这一巨著。在《自然哲学的数学原理》发表后，直拗的罗伯特·胡克还是要求牛顿承认，是他优先发现平方反比定律的，起码要在书的前言里将他对牛顿启发的“功绩”提及一下。由于没有得到牛顿的有效回应，罗伯特·胡克在1693年的皇家学会会议上再次正式提出他发现万有引力的优先权。面对罗伯特·胡克如此接二连三“不识相”的行为，牛顿暴跳如雷，他一直认为万有引力完全是个人的发现，所以一气之下把《自然哲学的数学原理》里大部分涉及对罗伯特·胡克的引用都通通删掉，剩下少数实在无法避免的，用词也从“非常尊敬的胡克先生”变成不顾基本礼仪的“胡克”两字。得益于《自然哲学的数学原理》出版，在牛顿强大话语霸权的压力下，可怜的罗伯特·胡克至死也没有得到应有的承认，1703年3月3日，罗伯特·胡克在落寞中去世。在他死后不久，由于在科学上的成就卓著，声名显赫的牛顿登上了英国皇家学会主席宝座，这也导致了罗伯特·胡克在后来的科学史上更没有可能得到应有的地位和承认。因为随后，或许是出于大权在握的原因，英国皇家学会中的胡克实验室和胡克图书馆都先后被解散，罗伯特·胡克的所有研究成果、研究资料和实验器材也被分散或者被销毁。没多久，这些属于罗伯特·胡克的成果就全都消失在历史深处了。罗伯特·胡克死后甚至连一幅画像也没有留下来，据说是因为他长得“太丑了”，但也有学者言之凿凿地声称，正是精通权术的牛顿利用职权有意毁弃了他的“敌人” 罗伯特·胡克的遗物，作为对他最后的报复。所以英国科学史专家贝尔纳认为，万有引力的基本概念是属于胡克的，但他缺乏牛顿那样的数学才能和逻辑推导能力，所以没能明确提出万有引力的公式。如此一位天才人物就这样与最伟大的科学发现失之交臂，甚至致死都没有得到承认，这是一种历史的悲哀。后来库恩将这个时期发生的科学革命“视为一系列发生在具体科学内部的、在相当程度上相互独立的较轻微革命的综合过程”。在这个综合过程的诸多较轻微革命中，都有罗伯特·胡克这个科学天才的杰出贡献。
参考文献
[1] 塞耶编：《牛顿自然哲学著作选》，上海人民出版社，1979年。
[2] 塞耶编：《牛顿自然哲学著作选》，上海人民出版社，1979年。
[3] 林德宏著：《科学思想史》，南京：江苏科学技术出版社，2004.8第97页。
[4] 林德宏著：《科学思想史》，南京：江苏科学技术出版社，2004.8第97页。
[5] 林德宏著：《科学思想史》，南京：江苏科学技术出版社，2004.8第97页。
[6] 林德宏著：《科学思想史》，南京：江苏科学技术出版社，2004.8第97页。