武際可：力學(xué)家之間的首創(chuàng)權(quán)之爭

　　摘要:介紹一些著名力學(xué)家之間關(guān)于首創(chuàng)權(quán)的爭議.

　　關(guān)鍵詞:萬有引力,胡克定律,卡門渦街.

　　人類愈是文明、進(jìn)步,人們給予歷史上的大科學(xué)家、大文化名人的尊敬愈多些.這是因?yàn)檫@些人在生前不像大政治家、大財(cái)閥那樣有權(quán)有勢、炙手可熱,相反卻大多窮極潦倒,而且他們的貢獻(xiàn)能夠使全人類世代享用.像牛頓、愛因斯坦這樣的大科學(xué)家、大力學(xué)家,全世界只要是受過中等教育的人,無人不知.他們受尊敬的程度,是任何一代皇帝、政治家、財(cái)閥等所無法比的.

　　然而也正是科學(xué)文化成果與名人得到的殊榮愈來愈多的時(shí)候,在一些科學(xué)家中卻滋生了一種虛榮心,于是爭奪成果的首創(chuàng)權(quán)的事情歷史上屢見不鮮.在力學(xué)的發(fā)展史上矚目的是關(guān)于萬有引力定律牛頓同胡克的爭議.

　　幾百年來,各種書籍與教科書上都介紹說牛頓是1664年－1665年在鄉(xiāng)下躲鼠疫時(shí),躺在蘋果樹下,看到蘋果掉下來,受到啟發(fā)而悟出萬有引力的.然而事實(shí)的經(jīng)過卻要復(fù)雜得多.

　　開普勒的行星運(yùn)動(dòng)的三定律公布后(第一、二定律1609年、第三定律1619年發(fā)表),天文界與力學(xué)界都在為探索天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.在牛頓進(jìn)入引力問題研究之前,已經(jīng)有了一系列的工作.如:1638年伽利略發(fā)表了《關(guān)于兩門新科學(xué)》,其中總結(jié)了慣性定律,即后來稱為牛頓第一定律.他通過對(duì)落體的研究確定落體加速度與重力成正比.這便是后來稱為牛頓第二定律的落體表述形式.

　　1659年荷蘭人惠更斯通過勻速圓運(yùn)動(dòng)給出了物體向心加速度與速度關(guān)系的公式.他與同時(shí)代不少人研究了碰撞問題,得到了動(dòng)量與能量守恒的早期表述.實(shí)際上動(dòng)量守恒包含了后來稱為牛頓第三定律(即作用力與反作用力大小相等方向相反的定律)的早期萌芽形式.

　　1661年倫敦組織了一個(gè)研究重力特性的小組,參加者有波意爾、胡克等人.經(jīng)過若干年后,1674年胡克發(fā)表論文,正式提出:太陽行星相互吸引、若無中心吸引天體將沿直線運(yùn)動(dòng),物體距中心愈近,引力就愈大.

　　1673年惠更斯根據(jù)開普勒第三定律推出,如果行星運(yùn)動(dòng)軌跡是圓,則引力與距離平方呈反比的結(jié)論.到1864年,在哈雷、雷恩、胡克討論問題時(shí),哈雷也宣布他可以證明惠更斯的上述結(jié)論.

　　至1684年,牛頓主要精力還不在引力問題上,而且從與他人的交流中看出,他對(duì)這個(gè)問題的了解還不得要領(lǐng).例如,1679年他在給胡克的信中還說落體被地球吸引走的軌跡是逐漸趨于地心的螺線.而胡克回信糾正牛頓說,這條曲線應(yīng)當(dāng)是橢圓.而且直到1680年－1684年間牛頓與與胡克進(jìn)一步交流后,才熟練地掌握了動(dòng)力學(xué)的一些基本原理.

　　于是在牛頓著手這個(gè)問題之前,整個(gè)問題只剩下:如果行星在太陽引力下運(yùn)動(dòng),并且設(shè)引力與距離平方成反比,運(yùn)動(dòng)曲線是什么?這樣一個(gè)問題還沒有解決.恰好正在這時(shí),哈雷帶著這個(gè)問題去求教于牛頓.也只有在此之后牛頓才全力投入這一問題的研究,并吸收了前述研究成果.

　　牛頓在數(shù)學(xué)上比他的前人胡克等略高一籌,由于他運(yùn)用了微積分這一工具,他得以證明在與距離平方成反比的引力作用下,行星運(yùn)動(dòng)確是橢圓.這就使得開普勒定律與萬有引力得到了諧調(diào).在牛頓加緊工作,并在哈雷支持下,牛頓的《原理》一書便在1687年出版了.在《原理》中,牛頓對(duì)全部力學(xué)定律與萬有引力定律的敘述中較少提到前人的成果.胡克曾致信牛頓希望在他的《原理》的序言中,對(duì)他的勞動(dòng)成果稍微提一下,卻受到牛頓的斷然拒絕,并寫信給監(jiān)督出版的哈雷說,他不想給胡克任何名譽(yù).牛頓還宣布:“關(guān)于重力按平方衰減的規(guī)律,他20年前就清楚了.”指的就是鼠疫期間的“蘋果樹下的思索”.而后人也恰好按照牛頓的這種說法在傳播.

　　1955年,一位美國記者柯亨同愛因斯坦的談話中,向愛因斯坦提及牛頓的這件事,愛因斯坦回答說:“唉,那是虛榮”.(見愛因斯坦文集第一卷,第620頁,許良英等編,商務(wù)印書館1976年)其實(shí),牛頓的“虛榮”還表現(xiàn)在他為了獨(dú)占微積分的首創(chuàng)權(quán),默認(rèn)萊布尼茲是剽竊他的成果的看法.并且暗中操縱調(diào)查委員會(huì),甚至自己寫匿名評(píng)議信評(píng)論以傳播這種看法.(見《牛頓傳》(美)科恩著,葛顯良譯,科學(xué)出版社, 1989年)牛頓后來總結(jié)他的一生道路時(shí),曾說過:“如果我比別人看得更遠(yuǎn)些,那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟?”牛頓參予的這兩樁公案為這些美好的自謙之詞大大打上了折扣.

　　順便,我們還要提到這樁公案的另一方胡克本人,他也曾經(jīng)和另外的人有首創(chuàng)權(quán)的爭議.例如,1674年,荷蘭人惠更斯發(fā)明了一只用彈性發(fā)條與擺輪為原理的表.胡克則指控惠更斯竊取了他的發(fā)明并于次年制造了一只表呈上英王,表上刻著1658年就有此項(xiàng)重要發(fā)明.胡克有時(shí)還為了此類發(fā)明首創(chuàng)權(quán),將自己的發(fā)明日子提前,例如,他是1676年發(fā)表他的著名的彈性元件的胡克定律,后來卻說他1660年就已經(jīng)得到了這一發(fā)現(xiàn).一般書上也是按照他的說法在介紹.所以我們今天學(xué)習(xí)科學(xué)史的人,很難弄清事實(shí)的真相.究竟哪些是事實(shí),哪些是科學(xué)家的“虛榮”所加上的.

　　在近代也還會(huì)有各式各樣的類似公案.馮·卡門(von Karman)一次提到關(guān)于卡門渦街的爭議(見《空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)展》,江可宗譯,科學(xué)技術(shù)出版社, 1958年,第55頁),卡門是這樣說的:“我并不宣稱這些渦旋是我發(fā)現(xiàn)的.早在我生下來以前,大家已知道有這樣的渦旋,我最早看到的是意大利Bologna教堂中的一張圖畫.圖上畫著St.Christopher抱著幼年的耶穌涉水過河.畫家在Christopher的赤腳后面畫上了交錯(cuò)的渦旋.有一個(gè)英國科學(xué)家Henry Reginald Arnulpt Mallock (1851年－1933年)也已觀察到障礙物后面交錯(cuò)的渦旋并且攝有照片.之后,還有一個(gè)法國教授Henry Benard (1874年－1939年)在我之前作過關(guān)于這一個(gè)問題的大量研究.不過,他主要考察了各種富有粘性液體和膠懸溶液中的渦旋,并且他觀察的角度是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的觀點(diǎn)多于空氣動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn).雖然如此,他對(duì)這個(gè)渦系冠上了我的姓氏是有些嫉妒的.好幾次,譬如1926年,在Zurich和1930年在Stockholm召開的應(yīng)用力學(xué)國際會(huì)議上,他一再申稱他觀察到這一個(gè)現(xiàn)象的事實(shí).有一次我就答復(fù)他說,我同意在Berlin和London叫Karman街,而在Paris則應(yīng)叫Benard路.”這段話告訴我們,在馮·卡門之前,已有不少人注意和研究渦街問題了.至于為什么叫卡門渦街,卡門說是他最早給出了渦的交錯(cuò)排列是穩(wěn)定的證明.而且卡門的表述中也看出他比較豁達(dá),既肯定了前人的工作,又提到他的獨(dú)特貢獻(xiàn).較少由于“虛榮”而引起的那種小氣心理.

　　在整個(gè)力學(xué)史上,這種事例還可以舉很多,但是眾多的事例說明以下幾點(diǎn):

　　第一,大凡歷史上的一些重要發(fā)現(xiàn),同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)的,一般來說不止一個(gè)人.不同人有不同角度的貢獻(xiàn).以萬有引力的發(fā)現(xiàn)為例,他是集中了一代科學(xué)家的成果.所以美國物理學(xué)家維斯特法爾說:“有時(shí)很象是:胡克的活躍思想的出現(xiàn)正是為了激發(fā)牛頓的冷漠天才的火花.”其實(shí)何止胡克呢?伽利略、開普勒、惠更斯、哈雷,不都是有著不可泯滅的功勞嗎?

　　第二,科學(xué)史上天才和杰出科學(xué)家都有著比別人技高一籌的貢獻(xiàn).前文說,由于牛頓的數(shù)學(xué)比胡克好,最后較難的一步由他給解決了.所以在眾多的科學(xué)家中牛頓享受更多的榮譽(yù)也是無可厚非的.

　　第三,對(duì)于現(xiàn)代人,從科學(xué)史中,我們一方面要學(xué)習(xí)前人在解決復(fù)雜問題時(shí)冷靜分析,勇于創(chuàng)新的精神,同時(shí)應(yīng)當(dāng)克服與防止對(duì)待科學(xué)創(chuàng)新的“虛榮”心.應(yīng)當(dāng)充分肯定前人的成果,同時(shí)力圖排除由于追求“虛榮”造成的假象.

　　刊登于《力學(xué)與實(shí)踐》 1997年 4期 74-76

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