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《數理化通俗演義》作者:梁衡 |
上士 九级 |
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上士 九级 |
第一回 洞庭湖邊屈原問天 金字塔下泰氏說地
——宇宙是什麼?
第二回 聰明人喜談發現 蠻橫者無理殺人
——無理數的發現
第三回 舉手揚沙欲塞宇宙 立竿見影可測地周
——人類第一次測量地球
第四回 赤身裸體長街狂奔 一對好友海邊爭論
——比重與浮力的發現
第五回 推動地球不費吹灰力 橫掃勁敵方知科學威
——槓桿原理的發現
第六回 老弱婦孺齊上陣 一面鏡子退千軍
——凹面鏡聚光作用的妙用
第七回 秀才見兵 有理說不清 敵酋來訪 芳草掩哲人
——一個科學家的墓碑
第八回 八龍舉首報地動 一騎飛至判真偽
——世界上第一台地動儀的誕生
第九回 華燈熠熠受宴威 陰霧慘慘愚受驚
——關於月蝕的一次預報
第十回 割圓不盡 十指磨出血 周率可限 青史標美名
——圓周率是怎樣算出來的?
第十一回 無名僧 天台山上收高徒 智和尚 一把尺子量北斗
——世界上第一次實測子午線
第十二回 黑漆漆 長夜待明幾點寒星 怯生生 新說初出一位巨人
——日心說的創立
第十三回 砸碎天球探尋無窮宇宙 以身燃火照亮後人道路
——一位科學家的殉難
第十四回 幾聲犬吠 絞架上死鬼失蹤 一豆青燈 地窖內活人無聲
——第一部人體解剖書的出版
第十五回 說真話 又一偉人被燒死 擺事實 生理科學終問世
——血液循環的發現
第十六回 恍當一聲 千年聖人被推翻 寥寥數語 滿座論敵皆無言
——自由落體定律的發現
第十七回 撥雲望月 天上原來沒有天 衣錦還鄉 明人也會做蠢事
——望遠鏡的發明
第十八回 大主教家中宴遠客 伽利略羅馬上大當
——日心說又一次遭禁止
第十九回 施巧計巨人再寫新巨著 弄是非主教又出壞主意
——力學、天文學巨著《對話》的問世
第二十回 假悔罪 地球其實仍在轉 真宣判 冤獄一定二百年
——科學史上最大的一起迫害案
第二十一回 佛羅倫斯 意公爵難堪 勒根斯堡 德皇帝受驚
——大氣壓強的發現
第二十二回 恨未能觀天窮底 第谷氏臨終相托
死盯住火星不放 克卜勒出奇制勝
——克卜勒第一、第二定律的發現
第二十三回 智達宇宙 有權立法束眾星 貧病一身 無錢餬口死他鄉
——克卜勒第三定律的發現
第二十四回 千里投書 億萬里外獵新星 百年假說 一夜之間變成真
——海王星的發現
第二十五回 河邊一夢 繁星點點指坐標 船上一覺 幾個數字縛海盜
——直角坐標系的創立
第二十六回 無形學院研究無形物 有識之人腳下有新路
——波義耳定律、化學科學的確立
第二十七回 蘋果月亮 天上地下一個樣 痴男傻女 你東我西難成雙
——萬有引力定律的發現
第二十八回 胡克妒賢 皇家學會大失策 哈雷識貨 又當伯樂又賺錢
——萬有引力定律的公布
第二十九回 門縫裡 牛頓玩弄三稜鏡 小旅店 歌德細看少女郎
——顏色本質的第一次突破
第三十回 崇上帝 巨人甘心當僕人 入歧途 半生聰明半生愚
——神是第一推動的妄說
第三十一回 濡沫相依兄妹深情凝遙夜 度曲為業歌舞妙手擷新星
——天王星的發現
第三十二回 窮夫妻吵架 一腳踢出新紡車 智瓦特發憤 廿年造成蒸汽機
——引起世界工業革命的兩項大發明
第三十三回 舊學說 百年統治終破產 新原理 一時沉埋永放光
——質量守恆定律的發現
第三十四回 絕聰明 揮毫落紙成魔方 最勇敢 舉手向天攫雷電
——電的本質的發現
第三十五回 一條蛙腿抽動引起風波 兩位能人鬥法各顯神通
——電壓的發現
第三十六回 浪子回頭 皇家學院得奇士 功夫到處 元素家族添新丁
——鉀、鈉等新元素的發現
第三十七回 惜人才 戴伯樂收高徒 妒新秀 法拉第遭白眼
——電磁感應的發現
第三十八回 茶壺煮餃子笨女婿失去講座,實驗加方程物理學登上高峰
——電磁理論的創立
第三十九回 忽辭世短命人發現電磁波,見訃告有志者發明無線電
——電磁波的發現和使用
第四十回 千年夢石頭變金曾何見,一朝點破原子本性各同
——原子論的創立
第四十一回 孤軍深入化學不幸陷困境,天降奇兵物理仗義助其功
——光譜分析法的創立
第四十二回 踏破鐵鞋得來卻在故紙里,種瓜得豆辛苦終會有收成
——惰性氣體的發現
第四十三回 運籌帷握一副彩牌定乾坤,決勝千里三國學人拜下風
——元素周期律的發現
第四十四回 一聲霹靂滿面鮮血高呼勝利,萬貫資財終生發明全留後人
——強力安全炸藥的發明
第四十五回 小醫生扣響物理大門,啤酒匠發現科學定理
——能量守恆和轉化定律的發現
第四十六回 略施法術鋼鐵竟能作人語,費盡心機棉線也會放光明
——電燈的發明
第四十七回 看門人推門闖進小王國,磨鏡翁窺鏡發現微生物
——微生物的發現
第四十八回 求佳人 才子喜得賢內助,攻化學 醫學卻展新前程
——微生物學的確立
第四十九回 五年環球先從自然探得實際,六個便士只向爸爸買點時間
——進化論的創立
第五十回 飛鴻一葉華萊士已著先鞭,擲筆三嘆達爾文欲棄前功
——進化論的發表
第五十一回 亂紛紛 大主教口濺飛沫,鐵錚錚 小鬥犬力挫讕言
——進化論的傳播
第五十二回 螢光一閃 揭開物理新紀元,照片一張 掀起報界千層浪
——X射線的發現
第五十三回 錯中錯卻見真成果,新發現又有新犧牲
——天然「放射性」的發現
第五十四回 奇女子 異國他鄉求真理,好伴侶 濡沫相依攻難關
——鐳的發現(上)
第五十五回 願將事業作愛子,卻看名利如浮雲
——鐳的發現(下)
第五十六回 巧設計 是光是電見分曉,細測算 質量電量全找到
——電子的發現
第五十七回 悄然無聲 張原子變成李原子,喜報忽至 化學獎卻送物理人
——原子蛻變的發現
第五十八回 茫茫太陽系 皆是小原子,小小原子內 卻有太陽系
——原子核的發現
第五十九回 晴空裡飄來一朵烏雲,死水上吹起一陣清風
——量子論的產生
第六十回 小實驗捅破舊理論,巧裁縫難補百衲衣
——以太說的被否定
第六十一回 天馬行空 小職員發表高論,價值連城 短論文裝備大軍
——狹義相對論的創立
第六十二回 太陽作證 相對論顛撲不破,納粹逞凶 科學家流落異國
——廣義相對論的創立
第六十三回 王子追電子 探得微觀新奧秘,數學加物理 辟出力學新體系
——量子力學的創立
第六十四回 戰亂將起 實驗室已難平靜,為淵驅魚 科學家雲集美國
——原子核裂變的發現
第六十五回 憂蒼生 科學家上書大總統,傳佳音 航海者登上新大陸
——第一個原子反應堆的誕生
第六十六回 苦幹三年 兩顆炸彈製成功,悔恨萬分 一紙建議致慘禍
——原子彈的爆炸
第六十七回 一念之間 救活千萬人,十年接力 功到自然成
——抗菌素的發現
第六十八回 嚴師長 聲色俱厲教學子,慈老翁 語重心長勉後人
——條件反射學說的創立
第六十九回 黃碗豆綠碗豆 孟德爾詳察父和子
紅果蠅白果蠅 摩爾根細究雌與雄
——遺傳學說的創立
第七十回 破密碼 遺傳謎底終揭曉,大溶合 科學深處無疆界
——生命科學的發展
第七十一回 究方法 說書人試談相似論,論精神 有志者不屈事竟成
——結束
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第一回
洞庭湖邊屈原問天,金字塔下泰氏說地
——世界是什麼? 大約公元前四世紀的時候,我國南方的楚國是一塊美麗富饒、文化發達的地方。源遠流長的湘江碧波粼粼,漁夫們長篙扁舟,在撒網垂釣。高高的巫山,竹木青青,雲靄漫漫,山寨中的人們穿著鮮麗的衣服,扮著各種神鬼,載歌載舞。我們的祖先,從北京周口店的山頂洞裡走出來已四十多萬年了,他們對當時那個世界已經積累了許多豐富的知識。
這天湘江邊走來一個人,他瘦長的個子,清瞿的臉龐,眼神里現出一種莊嚴的沉思。他腰佩長劍,頭戴高高的帽子,身著齊腳的長袍。這個人穿過齊腰深的白艾,踏著岸邊的蘭草。他那明亮的目光掃過天邊的白雲,掃過江面遠處的煙波,邊走邊吟誦起來:
遂古之初,誰傳道之?
上下未形,何由考之?
冥昭瞢暗,誰能極之?
馮翼惟象,何以識之?
明明暗暗,惟時何為?
陰陽三合,何本何化?
圜則九重,孰營度之?
惟茲何功,孰初作之?
斡維焉系,天極焉加?
八柱何當,東南何虧?
九天之際,安放安屬?
隅隈多有,誰知其數?
天何所沓,十二焉分?
日月安屬,列星安陳?
出於湯谷,次於濛汜,
自明及晦,所行幾里。
夜光所德,死則又育,
厥利維何,而顧菟在腹?
……
九州安錯,川谷何洿?
東流不溢,孰知其故?
……
這歌的大意是:
那遠古渺茫的情形啊,
是誰來將它傳道?
那時天地本沒有成形啊,
又是誰將它查考?
渾渾沌沌啊,晝夜不分,
可怎去將它的根由尋找?
一團熱氣啊,籠罩四方,
又怎去將它的面目研討?
天明天黑啊,暮來朝去,
為甚麼這樣交換,沒完沒了?
陰陽二氣啊,攙合無窮,
那是源頭?那是末梢?
圓圓的天啊,高達九層,
是誰來設計,誰來畫稿?
何等雄偉啊,這樣的工程,
是誰來修建,誰來督造?
斗轉星移啊,是甚麼將它們系住?
天的軸心啊,怎樣來將它安牢?
八根巨柱啊,怎樣撐起這面天空?
東南方向啊,卻為甚麼向下傾倒?
天上九個廣闊的區域啊,
它們伸向何方,在哪兒終了?
各個區域裡無數的角落,
到底多少,我該向誰去請教?
這天穹怎麼會合成一個整塊啊,
黃道十二區,是誰劃分得這樣巧?
這日月怎麼會懸在半空?
星羅棋布,是誰安排得這樣好?
太陽啊,早晨從東方的湯谷起身,
晚上到遙遠的蒙水邊歇腳。
就這樣從天亮走到天黑,
這一天的行程有多少里之遙?
月亮啊,有甚麼奇怪的本領?
月初昏黑,月中又容光閃耀?
它要幹甚麼啊,這樣好笑:
將一隻兔子在懷中緊緊地摟抱?
……
大地啊,誰將你這樣安放,
河谷啊,為什麼深深池陷落?
百川啊,日夜東流不肯停歇,
大海啊,你怎麼總是喝不飽?
……
這人就是我國偉大的詩人屈原,以上吟的就是他的《天問》。他在這篇名著中一口氣提了172個問題,涉及了天文地理、日月星辰。
一千多年以後,我國中唐時期又一位大詩人柳宗元與屈原的思想發生共鳴,相似的遭遇驅使他揮筆寫出《天對》,探討了宇宙的起源和構成,有力地批駁了神靈創世說,成為我國科學發展史上的兩顆啟明星,這是後話。
就在屈原嘆問蒼天前不久,地中海的兩岸又是另一番景象。那裡有一個和我國一樣古老的國家——埃及。碧藍的天空下是一片金黃的沙漠,尼羅河浩浩蕩蕩地向北流去,兩岸留下厚厚的淤泥。幾座由大石條疊成的金字塔,矗立在沙漠中直接雲霄。大地啊,是這樣的平坦,人們的思想也在馳騁翱翔。這時在金字塔下有一小群人,他們席地而坐,圍成一個小圓圈,幾把陶壺,一些碎肉。人們手裡拿著樹枝折成的小棍在地上劃著,嘴裡吃著,說著。他們可說是世界上最古老的一群科學家,其中不少人是從希臘來到這裡的,經常這樣談天說地,討論問題。這時一個叫泰勒斯(約公元前624-547)的人站起來說:「我認為這地就像一個菜碟子一樣,平平的,圓圓的,整年整月地在空中轉著,太陽、月亮、星星都在圍著它動。」這時,另一個叫亞諾芝曼德的人立即反對:「不,大地是一個長筒子,筒底的直徑是筒高的三分之一,筒的四周空氣有相等的壓力,所以它總是懸在空中。太陽一曬,地上的泥水就起泡,泡里出來魚,魚又變成人。」他還沒說完,又有人發言:「我認為一切都是氣組成的,我們手摸著的是氣,吸的是氣,人心也是空氣一團。」「……不對,不對,世界是水組成的,你看,尼羅河裡不能沒有水,莊稼少不了水,人更要喝水……。」他們就是這樣爭著,吵著,提出許多問題,想出許多解釋,可是誰也說服不了誰。
真的,那高高的天空,茫茫的星漢,無邊的大地,到底有多少奧秘?這世界上萬物的變化有沒有個規律?人們既然提出了問題,自然會找見答案的。且聽我們將這些故事一個個地慢慢說來。
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上士 九级 |
第二回
聰明人喜談發現,蠻橫者無理殺人
——無理數的發現 上回說到泰勒斯與一群人在金字塔下議論,到底世界是甚麼。有的說是水,有的說是氣。不料更有怪者,數年後他的一個學生卻說世界是「數」。這個學生叫畢達哥拉斯(前572-492)。當他在希臘出生的時候,東方的釋迦牟尼正在印度講佛,中國的孔子正在春秋各國講道。
畢達哥拉斯從小就極聰明,一次他背著柴禾從街上走過,一位長者見他那捆柴禾的捆法與別人不同,便說「這孩子有數學奇才,命該成為一個大學者。」他聞聽此言,便摔掉柴捆南渡地中海到泰勒斯門下去求學。真是名師出高徒,畢達哥拉斯本就極聰慧,經泰勒斯一指點,當時許多數學難題在他的手下便迎刃而解。比如,他證明了三角形的內角和等於180度; 算出你要用瓷磚鋪地,則只有用正三角、四角、六角三種正多角磚才能剛好將地鋪滿;證明了世界上只有五種正多面體,即:4、6、8、12、20面體。他還發現了奇數、偶數、三角數、四角數、完全數、友數、直到畢達哥拉斯數。但他最偉大的成就要算是發現了後來以他的名字命名的畢達哥拉斯定理(勾股弦定理)。即:以直角三角形兩直角邊為邊長的正方形的面積之和等於以斜邊為邊長的正方形的面積:a2+b2=c2。據說,這是當時畢達哥拉斯在寺廟裡見匠人用方磚鋪地,常要計算面積,於是便發明了此法。
這定理是提出來了,用起來也確實方便,但是怎麼從理論上加以證明呢?
正是:
畢氏無心一道題,費盡後人多少力。
自從這個定理問世以來,東西方不知有多少數學家來設法證明,真是百花齊放,各有所妙。這都是後話。我國在清朝初年有一位數學家叫梅文鼎(1633-1721),他發明的一種證法卻極簡便,只需用一張硬紙,剪上幾刀,一併就知,列位如有興趣不妨一試。
再說這畢達哥拉斯將那數學知識運用得純熟之後,覺得這實在是一套了不得的本事,不能只滿足於用數來算題解題,於是他要試著從數學擴大到哲學,用數的觀點去解釋一下世界。經過一番刻苦實踐,他提出「凡物皆數」,數的元素就是萬物的元素,世界是由數組成的,世界上的一切沒有不可以用數來表示的,數本身就是世界的秩序。畢達哥拉斯還在自己的周圍建立了一個青年兄弟會,入會者都要宣誓不把知識洩露給外人,這樣他才肯向他們傳授數學。可見當時才萌芽的數學是多麼神秘。畢達哥拉斯死後大約50年間,他的門徒們把這種理論加以研究發展,形成了一個強大的畢達哥拉斯學派。
這天,學派的成員們剛開完一個學術討論會,正坐著遊船出來領略一下山水風光,以驅散一天的疲勞。這地中海海濱,藍色的海灣環抱著品都斯山;長長的希臘半島伸進海面,就像明亮的鏡子上鑲著一粒珍珠。這天,風和日麗,海風輕輕吹來,盪起層層波浪,大家心裡好不高興。一個滿臉鬍子的學者看著廣闊的海面興奮地說:「畢達哥拉斯先生的理論一點不錯,你們看這海浪一層一層,波峰波谷,就好像奇數、偶數相間一樣,世界就是數字的秩序。」「是的,是的。」這時一個正在搖槳的大個子插進來說:「就說這小船和大海吧。用小船去量海水,肯定能得出一個精確的數字。一切事物之間都是可以用數字互相表示的。」
「我看不一定。」這時船尾的一個學者突然發話了,他沉靜地說:「要是量到最後,不是整數呢?」
「那就是個小數。」
「要是這個小數既除不盡,又不能循環呢?」
「不可能,世界上的一切東西,都可以相互用數直接準確地表達。」
這時,那個學者以一種不想再爭辯的口氣冷靜地說:「並不是世界上一切事物都可以用我們現在知道的數來互相表示。就以畢達哥拉斯先生研究最多的直角三角形來說吧,假如是等腰直角三角形,你就無法用一個直角邊準確地量出斜邊來。」
這個學者叫希帕索斯,他在畢達哥拉斯學派中是一個聰明、好學、很有獨立思考能力的青年數學家。今天要不是因為爭論,還不想發表自己這個新見解呢。那個搖槳的大個子一聽這話就停下手來大叫著:「不可能,不可能,先生的理論置之四海皆準。」希帕索斯眨了眨一雙聰明的大眼,伸出兩手,用兩個虎口比成一個等腰直角三角形說:
「如果直邊是3,斜邊是幾?」
「4」
「再準確些?」
「4.2」
「再準確些?」
「4.24」
「再準確些呢?」
大個子臉漲得緋紅,一時答不上來。希帕索斯說:「你就再往後數上十位、二十位也不能算是最精確。我演算了很多,任何等腰直角三角形的一邊與斜邊都不通約,都不能用一個精確的數字表示。」這話像一聲晴天的霹靂,這是多麼反常啊!全船立即響起一陣怒吼:「你敢違背畢達哥拉斯先生的遺言,敢破壞我們學派的信條!敢不相信數字就是世界!」希帕索斯這時倒十分冷靜,他說:「我這是個新的發現,就是畢達哥拉斯先生在世也會獎賞我的。你們可以隨便去驗證。」可是人們不聽他說,憤怒地喊著:「叛逆!叛逆!先生的不肖門徒。」
「打死他!打死他!」大鬍子衝上來,當胸給了他一拳。希帕索斯抗議著:「你們無視科學,你們竟這樣無理!」「捍衛學派的信條永遠有理。」這時大個子也衝過來,猛地將他抱起:「我們給你一個最高的獎賞吧!」說著就把希帕索斯拋進了海里。藍色的海水很快淹沒了他的軀體,吞沒了他的聲音。這時,天空飄過幾朵白雲,海面掠過幾隻水鳥,靜靜的遠山綿延起伏,如一道屏風。一場風波過後,這地中海海濱又顯得那樣寧靜。
科學史就這樣揭開了序幕,但卻是一幕悲劇。
魯迅先生說:悲劇就是將人生極有價值的東西,毀滅給人看。一個很有才華的數學家就這樣被奴隸專制制度的學閥們毀滅了。但是這倒真使人們看清了希帕索斯的思想的價值。這次事件後,畢達哥拉斯學派的成員們確實發現不但等腰直角三角形的直角邊無法去量斜邊,圓的直徑也無法去量盡圓周,那個數字是3.14159265358979...更是永遠也無法精確的。慢慢地,他們後悔了,後悔殺死希帕索斯的無理行動。他們漸漸明白了,明白了直覺並不是絕對可靠的,有的東西必須靠證明;他們明白了,過去他們所認識的數字0、 自然數等有理數之外,還有一些無限的不能循環的小數,這確實是一種新發現的數——應該叫它「無理數」。這個名字反映了數學的本來面貌,但也真實記錄了畢達哥拉斯學派中的學閥的蠻橫無理。
正是:
科學史才揭序幕,科學家便有犧牲。
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上士 九级 |
第三回
舉手揚沙欲塞宇宙,立竿見影可測地周
——人類第一次測量地球 還接上回說起。自從地中海邊發生的那件因為爭論無理數而釀成的悲劇之後,大約又過了一百多年,到公元前338年的時候,希臘北方有一個馬其頓王國逐漸強大起來,並控制了希臘。到公元前334年,馬其頓國王亞歷山大發動遠征。十年間,便占領了東到印度,南到埃及的廣大領域。
這位國王為了炫耀自己的武功,便在地中海岸的尼羅河口修建了一座港口城市,取名亞里山大里亞。
亞歷山大死後,馬其頓王國立即一分為三。到公元前305年時, 埃及托密勒王朝興起,國王托密勒一世大力擴建城市,網羅人才,很快使這裡成為當時世界上最大的都市和科學中心。城內建有一百尺寬的馬路、豪華的廣場、花園、噴水池、體育場.特別還建了一個亞里山大里亞博物院,包括了圖書館、動物園、植物園、研究院等。其中的圖書館藏有希臘和東方典籍達70萬卷。當年在希臘本土由畢達哥拉斯辛苦經營的學派,已經銷聲匿跡,而希臘和東方的許多著名科學家,像歐幾里德等又都雲集到這裡。
這天落日的餘輝剛剛消失在遠處的海面,亞里山大里亞港外那座壯麗的燈塔便發出耀眼的光茫。這燈塔是古代的七大奇觀之一。八根花崗石的圓柱支撐著巨大的圓頂,頂端有一座七米高的海神波賽依頓的雕像,圓頂下是一團熊熊的大火,火後立著一面大銅鏡,將火光反射得加倍明亮。隨著這燈塔的點燃,整個城市也閃爍起萬家燈火,街道上車輛如梭,港灣里船桅如林。到劇院裡去看戲的,到體育館去看角斗的人們三五成群,街上一片喧鬧。
這時在離城稍遠一點的海攤上,有兩個人平躺在沙灘上。一個是阿基米德(前287~212),他是從地中海彼岸的西西里島來這裡留學的;另一個是他的朋友,地理學家埃拉托色尼(前275~195)。他們在博物院裡工作了一天,現在要在海邊上來吸吸海風。這時潮起潮落,雲開月顯,涼風習習。他們仰臥觀天,誰也不說話,思想的翅膀已經在太空中憑虛翱翔。突然,阿基米德一骨碌翻身爬起,手裡捏著一把沙子道:
「埃拉托色尼,你說這一把沙子有多少粒?」
「大概有幾千、一萬粒吧。」
「這一片海灘的沙子有多少粒?」
「這可說不清!」
阿基米德跳起來,雙手捧起一捧沙子向天空揚去:「假如我把沙子撒開去,讓它塞滿宇宙,把地球、月亮、太陽和金、木、水、火、土等行星統統都埋起來,一共要多少粒?」
「啊?——」埃拉托色尼也一骨碌爬起來,驚得說不出話來,半天才回答道:「不可能,不可能!親愛的阿基米德,你怕不是瘋了吧,要知道你是永遠算不出來的!」
「我就要算一個給你看看。」
「我不信。」
「好,三天後我們再在這裡見面。」阿基米德說完後,兩人揮手而別。
柯倫的擔心不是沒有道理的。當時世界上還沒有發明方便的阿拉伯數字。希臘人用他們的27個字母分成三組,分別代表個、十、百、千位數,到一萬就是最大的了,再大就無法表示和計算了。
可是,阿基米德這個怪人,他能想出這個怪題目,也能找到好辦法。他立即找來一粒球形的橄欖核,算出它的體積等於幾粒沙子,又依次推算地球的體積、宇宙的體積等於多少枚橄欖核。當數字超過一萬時,他聰明地把萬作為一個新起點,叫它第一階單位,然後再往上數到萬萬,叫第二階單位,這樣就可以依次推到很大很大。過了些日子,敘拉古國王收到阿基米德的一封信,說他已經算出這個龐大的數字:塞滿宇宙需要一千萬個一千萬的第八階單位粒沙子,用今天的數學方式來表示可以寫成:107(1千萬)×1078(第八階)。再
確切一點就是1後面寫上63個零。
當然,這個數字在今天看來是不能成立的,因為宇宙是沒有邊緣的。阿基米德是根據當時人們認為的宇宙半徑來算的。可是這樣一算,他倒是找到了一種數學新概念:「階」。「階」相當於後來數學上的「冪」。
第三天中午剛過,阿基米德便如約向沙灘走去。他高高的個子,一頭金髮,鼻略高、眼微凹,走起路來總是昂首看著遠方,好像那水天之際有他正在思索的答案。他年輕、瀟灑、剛
毅、聰穎集於一身,彷佛世界就在他的手中。當他來到沙灘時,埃拉托色尼比他來的還早,正面對大海,左手插腰,眼睛朝向海面遠處,好像在仔細地搜索什麼。奇怪,右手還拄著一根高高的細竹竿,既不像釣魚,也不像撐船。阿基米德悄悄走到他背後大喊一聲:「我來了!」
埃拉托色尼讓他這麼一喊,肩膀不覺抖了一下,猛一回頭,嗖地一聲將竹竿平握在手中,一見是他,忙笑著說:「啊,原來是你。是來認輸的吧。」
「…科學無戲言。阿基米德什麼時候說過假話?」接著阿基米德便將他算的結果如此這般地說了一遍。 說完又得意洋洋地抓起兩把沙子拋向天空:「世界在我的手中!」
不料埃拉托色尼並不以為然,他將竹竿往沙地上一插說:「你能知道宇宙裝得下多少沙子,可是你知道地球周長有多少?」這一問倒把阿基米德問住了,他沒想到這個比他小十二歲的朋友這樣年輕氣盛。
今天是專和他鬥法來的,便反過來將他一軍:「難道你知道有多長?」
「不瞞你說,在你數沙子的時候我已經測好了。」
「啊!」阿基米德覺得新鮮極了,「你用什麼辦法測得?」
「這很簡單,我只用了一根三尺長的竹竿。」
「難道你用竹竿把地球量了一圈?」
「不!我就站在這裡不動!」埃拉托色尼認真地講述起來:
「你知道,離亞里山大里亞5000斯塔迪姆(埃及長度計算單位)有一個城市叫塞恩,夏至那天,陽光可以直射到井底,說明光線與塞恩城的地面垂直,而在我們亞里山大里亞的物體卻有一個短短的影子。我就拿這一根竹竿在亞里山大里亞廣場上這麼一立,就能算出這兩個城市與地球球小形成的夾角,再一量這兩個城市間的距離…」
「……就能推出地球的周長。妙!妙!」整天研究三角、圓弧的阿基米德心有靈犀,一點就通。他不等埃拉托色尼說完就著急地問:「夾角多大?」
「7又1/5度。」
「距離多少?」
「五千斯塔迪姆。「
「呵,地球周長25萬斯塔迪姆。」阿基米德說的這個數字合四萬公里,與我們近代測得數字僅差一百公里。
「阿基米德,你這個數學腦袋可真厲害啊!」
他倆都仰天大笑起來。阿基米德尤其興奮。他說:「我們還可以算出月亮、太陽,算出地球怎樣繞太陽轉,我還要製造一個天體模型,讓人們親眼看看天體怎樣運動……」
正當他們高興地歡笑的時候,突然礁石後面跳出一個人來,大喝一聲:「站住,你們兩個大膽的書呆子,還要不要腦袋!」
究竟礁石後面跳出一個什麼人來,且聽下回分解。
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第四回
赤身裸體長街狂奔,一對好友海邊爭論
——比重與浮力的發現 埃拉托色尼談論天體結構的時候,突然有人大喊「還要不要腦袋」。 兩人大吃一驚,忙回頭仔細一看,才鬆了一口氣,原來是他們的好友,亞里山大里亞博物院的天文學家亞利斯塔克。阿基米德正要回敬他幾句,亞利斯塔克暗示他不要嚷嚷。他一抬頭才發現不遠處還有二人在散步,其中一人叫克利安西。阿基米德不覺聳了一下肩膀,三人立即悄悄地返身離開海灘往回走去。
原來,在這個世界學術中心,堂堂的亞里山大里亞博物院裡,派系鬥爭也很激烈。剛才那個克利安西是斯多噶唯心哲學派的領袖。如果要讓克利安西知道他們三人討論地球在繞太陽轉之類的問題,是夠危險的。要知道,直到阿基米德死後一千多年,布魯諾和伽利略就是因為堅持這個學說,一個被燒死,一個被判了無期徒刑。這是後話。難怪亞利斯塔克問他們還要不要腦袋。
再說阿基米德在亞里山大里亞學習了一段時間後,頓生思鄉之情,便回到了自己的祖國——西西里島的敘拉古。敘拉古國王艾希羅和阿基米德是親戚。見他在外留學多年,也不問學識深淺,一見面就給他出了個難題。原來一年一度的盛大祭神節就要來臨了。艾希羅國王交給金匠一塊純金,命令他制出一頂非常精巧、華麗的王冠。王冠製成後,國王拿在手裡掂了掂,覺得有點輕。他叫來金匠問是否摻了假。金匠以腦袋擔保,並當面用秤來稱,與原來金塊的重量一兩不差。可是,摻上別的東西也是可以湊足重量的。國王既不能肯定有假,又不相信金匠的誓言,於是把阿基米德找來,要他解此難題。
一連幾天,阿基米德閉門謝客,反覆琢磨,因為實心的金塊與鏤空的王冠外形不同,不砸碎王冠鑄成金塊,便無法求算其體積,也就無法驗證是否摻了假。他絞盡腦汁也百思不得其解。
讀者有所不知,這阿基米德還有一個怪毛病,就是家裡桌上有了灰塵,從不許別人擦去,以便他在上面畫圖計算。爐灰掏出來不讓馬上倒掉,也要攤在地上畫個半天。因為當時並沒有現在這樣方便的紙筆。更有怪者,他常痴痴呆呆地在自己身上塗畫。當時人們用一種特產的泥團當肥皂。一天他準備洗澡,可是剛脫了上衣,就抓起一團泥皂在肚子土、胸脯上塗畫起來,畫了個三角又畫圓,邊畫邊思考那頂惱人的王冠。這時他的妻子走進來,一看就知道他又在犯痴,二話沒說,便一把將他推入衛生間。他一面掙扎,一面喊道:「不要濕了我的圖形!不要濕了我的圖形!」但是哪由分說。這厲害夫人逼阿基米德洗澡,也已經是平常事了。他還未喊完,已「撲通」一聲跌入池中,夫人掩門而去。誰知這一跌倒使他的思路從那些圖形的死胡同里解脫出來,他注視著池沿。原來池水很滿,他身子往裡一泡,那水就順著池沿往外溢,地上的鞋子也淹在水裡,他急忙探身去取。而他一起身水又立即縮回池裡,這一下他連鞋也不取了,又再泡到水裡,就這樣一出一入,水一漲一落。再說夫人剛走出門外,正要去干別的事,忽聽那水池裡啦啪啦啪啦地響,水唰唰啦啦地在地上亂流。她停步返身,正要喊:「連洗澡也不會啊!」忽然阿基米德渾身一絲不掛,濕淋淋地衝出門來把她碰了一個倒起,她忙伸手,滑溜溜地沒有抓住。阿基米德已衝到街上,高喊著:「優勒加!優勒加!(意即發現了)」夫人這回可真著了急,嘴裡嘟嚷著「真瘋了,真瘋了」,便隨後也追了出去。街上的人不知發生了什麼事情,也都跟在後面追著看。阿基米德頭也不回地向王宮一路跑去。
原來,阿基米德由澡盆溢水聯想到王冠也可以泡在水裡,溢出水的體積就是王冠的體積,而這體積與同等重的金塊的體積應該是相同的,否則王冠里肯定有假。就是說,同等重量的東西泡進水裡而溢出的水不一樣,肯定它們就是不同的物質。每一件物質和相同體積的水都有上個固定的重量比,這就是比重。直到現在,物理實驗室里還有一種求比重的儀器,名字就叫「優勒加」,以紀念這一不尋常的發現。
阿基米德跑到王宮後立即找來一盆水,又找來同樣重量的一塊黃金,一塊白銀,分兩次泡進盆里。白銀溢出的水比黃金溢出的幾乎要多一倍(現在我們確切地知道,白銀的比重是10.5,黃金的比重是19.3)。把王冠和金塊分別泡進水盆里,王冠溢出的水比金塊的多,這時金匠不得不低頭承認,王冠里是摻了白銀。這件事使國王對阿基米德的學問佩服至極,他立即發出布告:「以後不論阿基米德說什麼話,大家都要相信。」
這煩人的王冠之謎總算解決了,阿基米德那愁鎖的眉頭剛剛舒展一點,可心裡又結上了一個疙瘩,真是「才下眉頭又上心頭」,他的大腦永不肯休息。原來,這希臘是個沿海國家,自古航海事業發達。阿基米德自從在澡盆里一泡,發現物體排出的水等於其體積後,那眼睛就整天盯住海里各種來往的貨船,有時在海灘上一立就是一天。那如痴如醉的樣子常引得運貨的商人和水手們在他的背後指三說四。這天他和好友柯倫到海邊散步,還沒有走多遠就停在那裡。柯倫知道他又想起了什麼,正要發問,突然阿基米德倒先提出一個問題:「你看,這些船為什麼會浮在海上?」
「這很簡單,因為它們是木頭做的。」
「你是說,只有比水輕的東西才可以浮在水上嗎?」
「當然只能如此。」
「可是你看那些奴隸們從船上背下來的箱子,那些金銀玉器,那些刀槍兵器,哪個不比水重,為什麼它們裝在船上不會沉到水裡?」
柯倫一時答不上來。阿基米德又說:「我要是把一艘船拆成一塊塊的木板,再把木板和那些貨捆在一起,拋到海里,你說會不會沉到海底?」
柯倫驚得瞪大了眼睛。
「老朋友,你真的要拆一艘三桅貨輪作試驗嗎?」他知道阿基米德搞起實驗來是什麼都想得出來、幹得出來的。
阿基米德淡淡一笑說:「不會,不會。」他從柯倫吃驚的眼神里知道自己在別人眼裡實在是個瘋子。「我想,我們總會找到別的實驗辦法的。」
從這天起,海灘上就再也看不見這一對好友的影子。原來,他們呆在家裡,圍著陶盆,要尋找「浮力」。阿基米德把一塊木頭放在水裡,從陶盆排出的水正好等於木頭的重量,他記了下來;又往木頭上放了幾塊石子,再排出的水又正好等於石子的重量,他又記了下來;他把石頭放到水裡,用秤在水裡稱石頭,比在空氣中輕了許多,這個輕重之差又正好等於石頭排出的水的重量……。阿基米德將手邊能浸入水的物體都這樣一一做過試驗,終於一拍腦門,然後拿起一根鵝毛管筆在一張小羊皮上鄭重地寫下了這樣一句話:
「物體在液體中所受到的浮力,等於它所排開的同體積的液重。」
接著他將那些實驗數字整理好, 開始書寫一本人類還沒有過的科學新書《浮體論》。這本書當時自然不會印刷出版,書的手稿在阿基米德死後二千年才在耶路撒冷圖書館被人發現,書中插圖的水面竟是球面形狀,這體現了他的科學思想:大地是球形的。這是後話。
還說現在,阿基米德躲在小屋子裡,地上擺滿了盆盆罐罐,桌上鋪著一疊羊皮,他正埋頭實驗和寫作。忽然,一個人推門進來,只見他穿著一身華貴的朝服,卻滿臉汗水,兩腳泥漿,站在門口上氣不接下氣地嚷道:「啊,我尊敬的阿基米德先生,原來你躲在這裡。難道你不知道外面發生了什麼事情?國王正派人四處找你,他心急如火,這陣正在宮裡發脾氣呢。」欲知國王找他有何急事,且聽下回分解。
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第五回
推動地球不費吹灰力,橫掃勁敵方知科學威
——槓桿原理的發現 且說阿基米德將自己鎖在海邊的一間石頭小屋裡,正夜以繼日地寫作《浮體論》。這天突然闖進一個人來,一進門就忙不迭地喊道:「哎呀呀!你老先生原來躲在這裡。此刻國王正撒開人馬,在全城四處找你呢。」阿基米德認得他是朝內大臣,心想,外面一定出了大事。他立即收起羊皮書稿,伸手抓過一頂圓殼小帽,飛身跳上停在門口的一輛四輪馬車,隨這個大臣直奔王宮。
當他們來到殿前階下時,就看見各種馬車停了一片,衛兵們銀槍鐵盔,森列兩行。殿內文武滿座,鴉雀無聲。國王正焦急地在地毯土來回踱著步子。由於殿內陰暗,天還不黑就燃起了高高的燭台。燈下長條几案上攤著海防圖、陸防圖。阿基米德看著這一切,就知道他最擔心的戰爭終於爆發了。
原來這地中海沿岸在古希臘衰落之後,先是馬其頓王朝的興起,馬其頓王朝衰落,又是羅馬王朝興起。羅馬人統一了義大利本土後向西擴張,遇到了另一強國迦太基。公元前264年到221年兩國打了二十三年仗,這是歷史上有名的「第一次布匿戰爭」,羅馬人獲勝。公元前218年開始又打了四年,這是「第二次布匿戰爭」,這次迦太基起用了一個奴隸出身的軍事家漢尼拔,一舉輕獲羅馬人五萬餘眾。地中海沿岸的兩霸就這樣長年爭戰,互有勝負。阿基米德的祖國叔拉古,是個夾在迦、羅兩霸中的城邦小國,在這種長期的風雲變幻中,常常隨著人家的勝負而棄弱附強,游移飄忽。阿基米德對這種眼色外交很不放心,曾多次告誡國王,不要惹禍。可是現在的國王已不是那個阿基米德的好友艾希羅。他年少無知,卻又剛愎自用。當「第二次布匿戰爭」爆發後,公元前216年眼看迦太基人將要打敗羅馬人,國王很快就和羅馬人決裂,與迦太基人結成了同盟,羅馬人對此舉非常惱火。現在羅馬人又打了勝仗,就大興問罪之師,從海陸兩路向這個城邦小國壓了過來,國王嚇得沒了主意。這時他看到阿基米德從外面進來,迎上前去,恨不得立即向他下跪,忙說:「啊,親愛的阿基米德,你是最聰明的人。聽先王在世時說過,你都能推動地球。」
關於阿基米德推動地球之說,這還是他在亞里山大里亞留學時侯的事。當時他從埃及農民提水用的「沙杜佛」(吊杆)和奴隸們撬石頭用的撬棍,發現了可以藉助一種槓桿來達到省力的目的,而且發現,手握至支點的這一段越長,就越省力氣。由此他提出了這樣一個定理:力臂和力(重量)的關係成反比例。這就是槓桿原理。用我們現在的表達方式就是:重量×重臂=力×力臂。為此,他會給當時的國王艾希羅寫信說:「我不費吹灰之力,就可以隨便牽動任何重的東西。只要給我一個支點,給我一根足夠長的槓桿,我也可以推動地球。」可現在這個小國王並不懂得什麼叫科學,他只知道在這大難臨頭之際,趕快藉助阿基米德的神力救他一駕。
可是這羅馬軍隊著實厲害。他們作戰時列成方隊,前面和兩側的士兵將盾牌護著身子,中間的將盾牌舉在頭上,戰鼓一響,這一個個方隊就如同現代化的坦克一樣,向敵陣步步推進,任你亂箭射來也只不過是把那盾牌敲出無數的響聲而已。羅馬軍隊還有特別嚴的軍紀,發現臨陣逃脫立即處死,士卒立功晉級,統帥獲勝返回羅馬時要舉行隆重的凱旋式。這支軍隊稱霸地中海,所向無敵,一個小小的敘拉古哪放在眼裡。況且舊仇新恨,早想來一次清算。
這時由羅馬執政官馬賽拉斯統帥的四個陸軍軍團已經推進到敘拉古城的西北。現在城外已是鼓壁齊鳴,喊殺盤連天了。在這危急的關頭,阿基米德雖然對因國王目光短淺造成的這場禍害很是不快,但木已成舟,國家為重,他掃了一眼沉悶的大殿,捻著銀白的鬍鬚說:「要是靠軍事實力,我們決不是羅馬人的對手。現在要能造出一種新式武器來,或許還可守住城池,以待援兵。」國王一聽這話,立即轉憂為喜說:「先王在世時早就說過,凡是你說的,大家都要相信。這場守衛戰就由你全權指揮吧。」
兩天之後,天剛破曉,羅馬統帥馬安拉斯指揮著他那嚴整的方陣向護城河逼來。今天方陣雨沒還準備了鐵甲騎兵,方陣內強壯的士兵肩扛著雲梯。馬賽拉斯在出發前宣布:「攻破敘拉古,到城裡吃午飯去。」在喊殺聲中,方陣慢慢向前蠕動。按常規:城上早該放箭了。可怎麼今天城牆上卻是靜悄悄地不見一人?也許幾天來的惡戰使敘拉古人已筋疲力盡了吧。羅馬人正在疑惑間,城裡隱約傳來吱吱呀呀的響聲,接著城頭上就飛出大大小小的石塊,開始時如碗如拳,以後越來越大,簡直如鍋如盆,火山噴發般地翻將下來。石頭落在方陣里,士兵們忙舉盾來護,哪知石重速急,一下連盾帶人都搗成一團肉泥。羅馬人漸漸支持不住了,連滾帶爬地逃命。這時敘拉古的城頭又射出了飛蝗般的利箭,羅馬人的背後無盾牌和賊甲,那利箭直穿背股,哭天喊地,好不悽慘。
正是:
你有萬馬和千軍,我有天機握手中。不怕飛瀑半天來,收入潭底靜無聲。
阿基米德到底造出了什麼武器使羅馬人大敗而歸呢?原來他製造了一些特大的弩弓-發石機。這麼大的弓,人是根本拉不動的,他用上了槓桿原理。只要將弩上轉軸的搖柄用力板動,那與搖柄相連的牛筋又拉緊許多根牛筋組成的組弓弦,拉到最緊處,再猛地一放,弓弦就能帶動載石裝置,把石頭高高地拋出城外,落到一千多米遠的地方。原來這槓桿原理並不只是簡單使用一根直棍撬東西。比如水井上的轆轤吧,它的支點是轆轤的軸心,重臂是轆轤的半徑,它的力臂是搖柄,搖柄一定要比轆轤的半徑長,打起水來就很省力。阿基米德的拋石機也是用的這個原理。他真是把槓桿原理用活了。羅馬人哪裡知道敘拉古城有這許多新玩藝兒。
就在馬賽拉斯剛敗回大本營不久,海軍統帥克勞狄烏斯也派人送來了戰報。原來,當陸軍從西北攻城時,羅馬海軍從東南海上也發動了攻勢。羅馬海軍原來並不厲害,後來發明了一種接舷鉤裝在船上,遇到敵艦就可以鉤住對方,軍士躍上敵艦,變海戰為陸戰,奮勇殺敵。今天克勞狄馬斯,為對付敘拉古還特意將艦包上了鐵甲,準備了雲梯,號令士兵,只許前進,不許後退。奇怪的是,今天敘拉古的城頭卻分外安靜,牆垛後面不見一卒一兵,只是遠遠望見直立著幾副木頭架子。當羅馬戰船開到城下,士兵們舉起雲梯正要往牆上搭的時候,突然那些木架上垂下一條條鐵鏈,鏈頭上有鐵鉤、鐵爪,鉤住了羅馬海軍的戰船。任水兵們怎樣使勁划槳,那船再不能挪動一步。他們用刀砍,用火燒,大鐵鏈分毫不動。正當船上一片驚慌時,只見大架上的木輪又「嘎嘎」地轉動起來,接著鐵鏈越拉越緊,船漸漸被吊離了水面,隨看船身的傾斜,士兵們被紛紛拋進了海里,桅杆也被折斷。船身被吊到半空以後,這個大木架還會左右轉動,於是那一艘艘戰艦就像盪鞦韆一樣在空中悠蕩,然後被摔到城牆上,摔到礁石上,成了堆碎木片。有的被吊過城牆,成了敘拉古人的戰利品。這時敘拉古城頭上還是靜悄悄的,沒有人彎弓射箭,也沒有人搖旗吶喊,只有那件怪物似的木架,伸下一個大鉤抓走了戰船。羅馬人看著這「嘎嘎」作響的怪物,嚇得腿軟手抖,海上一片哭喊聲和落水碰石後的呼救聲。克勞狄烏斯在戰報中說:「我們看不見敵人,就像在和一隻木桶打仗。」阿基米德的這件「怪物」原來也是用的槓桿原理,又加了滑輪。
經過這場大戰,羅馬人損兵折將,又白白丟了許多武器和戰船,可是還沒有見過阿基米德一面。
晚上馬賽拉斯胡亂吃了幾口飯、一人在燈下直生悶氣:「阿基米德,阿基米德,你這個曾赤身裸體在街上跑的怪人,想推動地球的瘋子,你手裡到底有多少魔法,今天我連這個小小的敘拉古也拿不下來,回去怎麼向元老院交代?」正當馬賽拉斯孤燈悶坐,苦無良策時,有一個人悄悄走進來,走到他面前說道:「將軍,我有一計,管保阿基米德三天之內束手就擒。」
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第六回
老弱婦孺齊上陣,一面鏡子退千軍
——凹面鏡聚光作用的妙用 卻說馬賽拉斯作戰一天,損兵折將,正在帳內悶坐,這時進來一人獻策說,三天之內能使阿基米德束手就擒。他抬頭一看,原來是一員副將。那人說:「將軍,你怎麼忘了,我們也有厲害的武器啊,這時不用,還待何時?」原來羅馬人常年征戰,攻城掠地,也發明了一些專門武器。不過他們還不能像阿基米德那樣巧用科學,以智取勝,而是專靠役使大量的奴隸,以力取勝。現在這位副將說有厲害的武器,是指專門用來攻城的「攻城塔」,就是立一座十分高大的木塔,下面裝明輪子,攻城時推至城牆邊,兵士從塔頂用弓箭封鎖對方的城頭,然後架上雲梯強攻。馬賽拉斯經部下這麼一講,才從沮喪中醒來,連忙召集會議,研究新的攻城方案。他又特別派人向海軍統帥克勞狄烏斯送信,約以聯合行動,務求一舉攻下敘拉古。會議結束時,馬賽拉斯特意宣布了一條軍令:「抓住阿基米德者有重賞,但一定要保證他的安全,不得有任何傷害。」
第二天,戰場上一片寂靜,雙方相安不動,各自秣馬厲兵,期以死戰。第三天早晨,從羅馬軍營里出來一座木樓房,緩緩地向敘拉古城靠近。那正是攻城塔,前有數百人拉,後面又有許多人推,漸漸逼近了護城河。這時敘拉古城中又飛出了大大小小的石塊,但是,這些石塊碰到攻城搭上裹的幾層厚厚的牛皮,砰砰有聲,卻又軟軟地落地。攻城塔很快接近了城楷,固定好塔腳,塔頂上排好射手,塔下的攻城槌,開始咚咚地搗城牆了。這下敘拉古城內一片驚慌。男子差不多都上了城頭,到處是一片嘶喊,刀光劍影。這時,馬賽拉斯騎一匹帶鐵甲的馬親自督陣,臉上顯出得意的神情:「啊,阿基米德,你這個老頭子,看你今天不敗在我的手下!?」
真是屋漏偏遭連陰雨,船破又遇頂頭風。正當城北羅馬陸軍架起攻城塔強攻便上的時候,城南遠處的海面上,克勞狄烏斯率領海軍脾船,黑壓壓的一片,乘風破浪向城邊壓來。這時守城的士兵大都上了北城牆,南門上只有幾個老兵放哨,見此情景就敲起鍾來,並飛快地向阿基米德告急。阿基米德正在大營里與將軍們商量守城之策,接此報告,同人們吩咐了幾句,便隻身來到南城門樓上。他咪起那雙已經掛上自眉毛的慧眼,向海面上凝視了片刻,又抬頭望望天空,只見萬里無雲,驕陽噴火,便說道:「事情緊急,現在趕快叫全城所有的婦女帶上自己的梳妝鏡,到南門外集合!」
一些士兵飛快進城傳令去了,阿基米德守候在海邊。他站在高高的礁石上,凝望看那藍天碧海。他雖然裹帝一身鐵甲,但是難免又閃過一縷學者的情思。多麼美麗的地中海啊,水天一色浩浩茫茫,清風徐來,鷗鷺點點。這個知識之海,和平之海,她那長長的海岸從希臘半島到尼羅河口,生成了多少科學巨人:泰勒斯、畢達哥拉斯、歐幾里德、亞里斯多德;她那深深的碧波,從西西里島到賽普勒斯,融匯了多少東西方的文明:中國的絲綢,印度的象牙,埃及的紙草,希臘的工藝品。可是今天這和平之海上卻燃起了火,飄起了血。他又極目遠眺,彷佛看到了那亞歷山大港外的那座塑有海神波賽依頓大雕像的巨大燈塔,彷佛看見了塔頂那團熾燃帝的人,火後邊那面特別大的凹面銅鏡。那團火正好處在凹面鏡的焦點上,也就是說在鏡面弧半徑的中點上,於是那光射到鏡面上,又都成平行光束集中反射出去,極強極亮。他永遠也不會忘記這座劃破黑暗,給遠航者指路的燈塔,不會忘記他第一次橫渡地中海去亞里山大里亞求學,還未見海岸就先見到那團智慧之火的情景。他想起了在那裡學習的時候,正當青春年華,朝氣蓬勃,可是,隨帝歲月的流逝,他已經是70歲的老人,還肩負傳衛國的重任。他暗暗乞求海神波賽依頓保佑,今天也讓我們用那團智慧之火把侵略者埋葬在地中海吧。
這時,羅馬人的艦隊已漸漸地逼近了敘拉古。克勞狄烏斯站在指揮船上,腰佩長劍,頭戴鐵盔。為了防備敘拉古城上那木頭架子怪物再伸出魔爪,他命令將每八艘戰艦鎖在一起,連成一個巨大的海上戰台,給士兵們配備了特製的大斧,準備砍斷木架上伸出的魔手,然後就可以架雲梯登城。可是當他們的戰艦接近敘拉古的時候,卻看到城頭上並沒有那個怪物木頭架子,也沒有彎弓持槍的守兵,卻看到城門大開著!這時城裡走出三五成群的婦女穿著長長的白衣裙,飄飄然然地走向海邊,有的爬上礁石,有的靠近水邊,婦女群中還夾著少數老人、孩子。這是幹什麼呢?阿基米德這個怪老頭子,又在玩什麼詭計。克勞狄烏斯不覺犯了尋思,他忙令水手停槳,手搭涼棚仔細觀察一番。不錯,都是些婦女、老弱。對,一定是北面攻打得緊,城將失守,他們出城投降來了。想到這裡克勞狄烏斯高興起來,他好像看見了婦女們焦愁的面容,聽到了她們乞憐求饒的柔語嬌聲。他哈哈大笑起來。傳令水手們用快速前進,好搶頭功。
這時,分散在海邊排成一個弧形的婦女們,每人從使懷裡掏出了一面鏡子。如火的陽光照射鏡面,立即反射出一束束強烈的光芒。克勞狄烏斯看到了,以為那是一種別致的歡迎儀式,更加欣喜若狂。可是不一會,這些光束漸漸集中到船上,對準了桅杆,盯在那高大的白帆上。船隨著海浪在起伏顛簸,光束隨船帆上下移動,但卻像吸住一樣,總不離開那面布帆。這時滿船將士才不安起來,莫非阿基米德又想出了什麼怪點子吧。一會兒有人喊,船帆有點發黑了,有人又喊,聞到焦糊味了。話還沒說完,那桅杆上的白色篷帆騰地變成一團烈火燃燒起來。接那浸了油的帆繩、木頭桅杆都劈劈啪啪地ㄌ了火,火苗四散,繼而浪煙大火,彌慢了整個船台。那些八隻戰艦拼起來的超級戰台,因為互相連鎖著,哪一個也不能逃脫。水手們心裡一慌,槳法錯亂,船台在波峰浪谷間只是滴溜溜地打轉。不一會,其他的船台上也起了大火,可憐克勞狄烏斯辛苦經營的艦隊,都化作了焦糊的木板漂散在地中海上,他自己幸得幾隻沒有上鎖的戰艦搭救,率領殘軍倉惶駛向那浩渺的煙波里,逃命去了。
原來這阿基米德真是靠海神波賽依頓幫的忙。那燈塔是將火光平行反射出去,他是利用光線的可逆原理,將那平行的太陽光聚集起來。似火驕陽放射出的無數光束經這群娘子軍手中的鏡子一集中,其熱度不亞於一團大火。驕傲而又對光學無知的克勞狄烏斯怎麼會知道阿基米德指揮這群婦女將他置於這面大鏡的焦點上呢?虧得他僥倖,不然這火將他烤熟也是毫不費力的。這樣說來讀者也許不信,但後人對此確曾作過驗證。1747年,法國科學家布韋用360面邊長15厘米的正方形鏡拼成了一個大凹面鏡,將陽光聚起來燒著了70米外的木柴堆,燒熔了30米外的鋁和18米外的銀。到20世紀70年代,在阿基米德的故鄉西西里島的阿拉諾鎮,在這個當年曾經用鏡子火燒戰船的地方,歐洲九個國家決定聯合建造一座太陽能電站。工程技術負責人說,這項工程的原理很簡單,就是當年阿基米德指揮婦女們打敗敵艦的原理。這是後話。
卻說當時阿基米德站在高處看見克勞狄烏斯的海軍已被火燒水淹,漂零而退,岸上的婦女、孩子們歡呼、雀躍,但他只是舒了一口長氣。他向來不主張用科學殺人,只是強敵當頭,兵臨城下,為救全城百姓,才不得不姑且為之。他再望望海面,確實沒有敵艦了,便招呼大家回城,一面對身邊的隨從說:「快備馬,到城北看看那邊打得怎樣了?」
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第七回
秀才見兵 有理說不清,敵酋來訪 芳草掩哲人
——一個科學家的墓碑 話說阿基米德在南門指揮一群婦孺用鏡子火燒敵船後,又趕忙來到北門。其實城北守城之戰,他也早有安排。他已告訴守城的將士們可用長箭,箭尾系上油繩,引燃之後射向攻城塔即可破之。當馬賽拉斯指揮士兵推起攻城塔逼近城池後,城上帶火球的利箭紛紛射來。那塔本是木頭做的,上面又蒙了浸過油的牛皮,當這些火箭穿入牛皮時,箭尾的那一團火掛在了搭上。火一碰上油轟然而起,可憐一座如樓似出的攻城塔,便燒得稀里嘩啦,焦散在地。馬衣拉斯只好收兵而去。那天是石砸,今天是火燒,強大的羅馬軍隊在小小的敘拉古城下可說是吃盡了苦頭。他們從帥到兵膽戰心驚,就是城頭閃出一個抽菸的火星,扔下一根朽爛的草繩,也常常會把他們嚇得驚呼三聲。
從此以後,羅馬軍隊再沒有發動強攻,只是封鎖敘拉古的海陸通道,把城死死地圍了起來,並造出謠言離間城內的公民與外地人,這部分僱傭軍與那部分僱傭軍之間的關係。這樣一直圍了三年。到公元前212年春天,有一個僱傭軍頭目叛變,打開了城門,羅馬軍一擁而入,這場戰爭才告結束。
當羅馬軍隊長期圍困敘拉古的時候,阿基米德又回到了他的故學、力學世界裡去了。這是一座古老的院落,濃蔭蔽日,青藤掩牆,四周分外安靜。正房裡是一排排的書櫃,裡面全是一卷卷羊皮、紙草書稿。窗前有一張厚重的木桌,上面放帝陶盆、木棍、各種木石鐵塊,那是做槓桿、比重實驗用的,旁邊還有一個新顏料瓶裡面插帝一隻鵝毛管大筆。陽光穿過前廊斜射到室里,照帝蹲在地上的一個正在沉思的老人。這時的阿基米德已是七十五歲高齡了,一生絞盡腦汁的思索,使他染上了滿頭白髮。近年來的刀兵生活,在他臉上又增添了幾道皺紋。
他在凝視著面前的一個沙盤,在他前後左右的地板上畫滿了各種三角形、四方形、柱形、弧形。那是他設想的宇宙中天體運行的軌道。他的思想正在科學的王國里縱橫馳騁。亞里山大里亞博物院的圖書,地中海邊的學術討論,敘拉古城頭的較量,這一切都鋪成了他腳下的大道,他想沿著這條紮實的道路去探尋新的奧秘,為人們解答更多的雜題。眼前的科學迷宮之門馬上又要打開新的一扇。他正在研究加沙盤裡的圖形,為什麼圖畫上有一塊黑影呢?這是日食?是月食?是地球的影子?還是太陽的影子?這天體中的影子真的來到了我的沙盤上了?他抬起頭,猛然發現眼前站著一個頂盔披甲的羅馬士兵;沙盤上的黑影原來是這凶神惡煞般的身驅的投影。
羅馬士兵大聲嚷阿:「該死的敘拉古老頭,快把你的金銀財寶都拿出來,不然我就要你的命!」阿基米德這才明自發生了什麼事倩。祖國已經淪陷,自己已經成為俘虜了!他甩了一下長長的發須,以科學家的誠實態度說道:「我是一無所有的,只有這些書,這些圖,可它們比金銀還要寶貴,但是不屬於我個人,它屬於祖國,屬於所有友好的人們。」這時從門外又衝進幾個羅馬士兵,他們經過這三年的打擊、嘲弄,早已惱羞成怒,現在只有瘋狂的報復、搶劫才能平息心中的那團恨火。先來的那個羅馬士兵,見後面又有人來,一腳踢翻了沙盤,靴子踏動地板上的各種圖垂直向那一排排的柜子撲去。阿基米德猛地轉過身來,一把扯住了他的腰帶:「你可以砍下我的腦袋,但不能踩壞我的圖形,不能毀了我的沙盤,這是科學,是知識,是要留給後人的。」那個士兵怒目圓睜,「唰」地一聲拔出那把罪惡的佩劍:「你這個瘋子,你在羅唆些什麼?」說這一劍刺透了阿基米德的胸膛。阿基米德用手扶著桌子,頑強地支撐著,目光掃過了一卷卷的書稿,鮮血濺在地板上,滴進沙盤裡,滴在那些三角形、正方形的圖案上。一個巨人的心臟就這樣停止了跳動。
阿基米德死後,他面前的那些科學之門,直到一、二千年以後才被伽利略、牛頓重新打開。那個野蠻的士兵,他哪裡知道,他這一劍是刺斷了科學的咽喉。古希臘的文明從此就跌落下來,再也沒有登上過世界的高峰。馬賽拉斯自然是處死了那個士兵。史書記載,在為阿基米德哀悼的人群中,馬賽拉斯竟是最傷心的一個。他一定是在那飛石火箭的痛擊下,深深地懂得了一個科學家的偉大。
這場悲劇又過了137年,羅馬人早已完全統治了西西里島。公元前75年,羅馬派了一個年青的政治家西塞羅到西西里島任總督。當時,阿基米德的科學思想早已飛出敘拉古的城牆,飛出西西里島,他的故事在地中海廣為流傳。西塞羅想找到一點可以紀念阿基米德的實物。他親自來到阿黑洛地門附近,在一片墓地上一塊塊塊地讀著那已被風雨剝蝕得依稀難辨的碑文。突然地發現了從牛蒡群中露出的半截石碑,那上面刻著一個圓柱體,圓柱體內還內接著一個球。偉大的阿基米德原來要將自己的墓碑做為一頁書,作為科學之路上的一個里程碑,把自己沒有畫完的圖形和沒有解完的題刻在自己的墓碑上。他選擇的這個圖案,是他生前花了很多功夫得到的一個重要的證明:當一個高度與直徑相等的圓柱,內接一個球體時,這個圓柱體的體積等於這個內接球體的一倍半,即:
πR2h=1.5×(4/3)×πR3
(圓柱體積) (球體積)
另外,圓柱體的面積,又正好等於球體的面積:
2πr×2r=4πr2
(圓柱面積)(球面積)
阿基米德特別重視這個證明,把它專門寫在一本《球和圓柱》的書中,並寄給自己的好友多西費。他曾囑咐自己的家屬,死後要將此圖案刻在自己的墓碑上。
西塞羅,這個曾是當年敘拉古的敵國的代表,此時懷著由衷的喜悅歡呼這一偉大的發現。他專門為了文章進行稱頌,並重修了阿基米德之墓,讓這個遺蹟作為對這位科學家的永桓的紀念。
正是:
政治分左右,軍事有敵我。 科學無國籍,知識一長河。
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第八回
八龍舉首報地動,一騎飛至判真偽
——世界上第一台地動儀的誕生 上回說到古希臘偉大的科學家阿基米德在戰爭中不幸遇難。此後,歐洲在一千多年內,再沒出現可與他相比的人物。虛妄的封建迷信,瘋狂的宗教壓迫把人們淹沒在無知的荒野中。當時的世界文化中心亞里山大里亞已被焚毀,巴黎和倫敦的街上還是一些土房茅舍。整個歐洲沒有學校,沒有醫院,瘟疫到處蔓延,人們大批死亡,歐洲進入了中世紀的黑暗時代。可是,幸虧地球是圓的,正像一半是黑夜,一半就是白天一樣,那時在東半球正有一個和羅馬一樣強大的帝國,這就是中國的漢王朝。就在西塞羅無限追思阿基米德而為他立碑的三年後(公元78年),東漢的南陽郡西鄂縣(今河南南陽石橋鎮)降生了一個人。他就是後來在世界科學史上占有顯赫地位的科學家張衡(公元78-139)。張衡自幼刻苦讀書,16歲即外出考察遊學,後在京為官。一生共有占作20種53篇,涉及文學、史學、哲學、天文、歷算、地理、藝術圖籍。正如1956年中國科學院院長郭沫若在重修張衡墓時的題詞中說的那樣:「如此全面發展之人物,在世界史中亦所罕見。」
話說公元138年的一天, 洛陽城裡漢順帝早朝,文武百官班列兩旁。順帝道:「眾愛卿,可有什麼事情要向朕奏明?」這時班中一位老臣,鶴髮童顏,趨前幾步跪下道:「臣今早察知京師正西方向發生地動,那裡必是房倒牆摧,江河橫溢生靈塗炭、萬請陸下速派員安撫,以救民於水火。」這個老人就是年已61歲的張衡。他本來在朝中任太史令、侍中,三年前因敢於直言而被排擠出京任河間相,如今剛剛回朝任尚書,第一次上奏就說出這般不吉利的話來。且外面風和日麗,朗朗乾坤,沒有一絲地震的跡象,當即有人跪奏順帝:「我朝在和帝永元八年(公元96年)至安帝延九四年(公元125年),30年間就有23年發生大地震。安帝元初六年(公元119年),兩次地震京師和42個郡全都受災,房倒屋塌,山崩地裂。那是神靈主宰,上天垂象,朝將易主,果然連換三朝。自我皇永建元年(公元125年)登基以來,上應天意,下隨民心,天下太平,谷豐糧登,何來凶象之兆?平子(張衡字)在朝為官多年,被調為外相,分明是對望上有怨。今日登殿假借天意,造謠惑上,宜交廷尉(掌刑法的官)論罪,以肅朝綱。」此人伶牙俐齒,口若懸河,朝中不少迷信老朽聽得連連點頭。張衡的一些好友也不敢插嘴申辯,大殿之內一片肅靜。順帝一時也拿不定主意。先朝的大地震他是知道的,至今想來還心驚肉跳。可是,自他登基12年來,張衡就有11年在他身邊侍奉,上傳下達,犯顏直諫,也還忠於職守。自任太史以來,推算曆法,研究天文,製成渾天儀,演測天象,確有成效,今日之言決不至於信口開河。想到這裡,便問道:「卿言西方地動,有何根據?」張衡說:「臣在家中親自測得,三日之內必有驛報,若無此事,甘以欺君之罪受死。」於是當日散朝無事。
再說張衡散朝回來,一班親朋好友都為他捏著一把汗,將他簇擁至家,七嘴八舌,要討個放心。張衡脫了朝服,輕捋銀髮,微笑道:「諸位不必擔心,請隨我看一樣東西。」眾人隨他來到後院一間廂房,這裡滿壁都是楠木書架,擺滿經、史、子、集各類書籍,還有他的手稿《溫泉賦》、《歸田賦》和那篇花了十年時間才寫成的《二京賦》以及天文來作《靈憲》、《渾天儀圖注》,數學書作《算罔論》等,這時蔡倫又剛剛發明了造紙,所以這張衡的書房和地中海邊阿基米德的石頭書屋大不一樣,並沒有那些大卷羊皮、顏料鵝毛之類。奇怪的是書房當中放著一件東西,狀如一個大酒樽,圓徑八尺,頂上有突起的蓋子,表面有浮雕的篆文、山、龜和鳥獸花紋。這是他六年前(公元132年)親手用青銅製成的,這個大「酒撙」的上部鏤銅八條龍,龍頭分別朝東、西、南、北、東北、東南、西北、西南八個方向排列,每個龍嘴都含有一顆銅球。每個龍頭下對著一隻蛤蟆,張嘴對一龍口呈接食狀。大家仔細一看,八條龍唯有向西這條龍嘴巴緊閉,所含鋼珠已掉在下面蹲酒的那隻蛤蟆嘴裡。張衡說:「這叫地動儀,能測八個方向的地動,只要遠處大地一有振動,必有一條龍吐球報信。你們看西面這條龍已經吐下銅球,告知那面肯定有地動了,所以找今天上朝奏明聖上,不想那些奸頑之徒又要乘機進讒,我自信這儀器是不會誤人的。」這時人們還是疑信參半,心神不定。大家圍著這件怪東西轉了幾圈,議了一會兒,便也都慢慢散去。
地動儀為何能報出地震,測出方向呢?原來,大酒撙內立一根很重的銅柱,名日「都柱」,上粗下尖極易歪斜。都柱周圍的八個方向有八根曲杆,與八個龍頭相接,只要一個方向有地震波傳來,極不穩的都柱便會倒向這個方向,壓動曲杆,牽動龍頭,張口吐出銅球。這與阿基米德那些拋石機一樣也是用的槓桿原理,那曲杆就是我們現在機械學上的「曲槓桿」。張衡當年已如此熟練地運用這種機械原理,確是才思過人。
再說第二天,一日不見消息,第三天也無動靜。這時,那些反對張衡的人更有了話柄,有的上書要求皇上治他的罪,有的到他家裡來諷刺挖苦。張衡的一些朋友更是提心弔膽。按說就是千里路程,如真有地動,驛馬日夜兼程也該到京了,莫不是儀器有失?張衡的夫人、子女、家人僕從地無不急得加熱鍋上的螞蟻,唯有他自己讀書,批文,泰然自若。眼見紅日西斜,第三天又要過去。張衡批了一天的公文回到書房,剛捧起一卷書,忽然,老家人闖了進來,不及下跪就慌慌張張地說道:「老爺,不好了,剛才宮裡太監宣您到溫德殿見駕,怕是為了那日朝上爭論的地動一事吧。」
張衡聞言急忙換了朝服去到溫德殿見駕。到底是凶是吉,且聽下回分解。
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第九回
華燈熠熠受宴威,陰霧慘慘愚受驚
——關於月蝕的一次預報 上說到張衡報了地動不知吉凶,一聽皇帝召見,連忙換了朝服直奔溫德殿。只見群臣悄無一言,聖上面有慍色,像剛發過脾氣。順帝見張衡進來,說到:「卿言西方有地動,剛才驛馬來報果真如此。學富五車又敢直諫,真不愧為朕的重臣,寡人特賜你黃綾五匹。」又轉過身來對那佞臣狠狠瞪了一眼。此時,張衡忙謝恩不迭。他知順帝憂柔多變,朝中奸臣當道,怕以後節外生枝,就乘勢上奏,稱年以老邁,該辭官歸田,修纂書籍。順帝准奏。越明年(公元139),世界科學史上的這為偉人便與世長辭了。
張衡去世後,這地球又繞太陽轉了320圈。中國歷史經歷了東漢、三國、兩晉、十六國到了南北朝。這時在建康(南京)有一個劉宋小王朝,正是第四代黃帝孝武帝劉駿在位。這城從兩晉就做首都,建設的樓台櫛比,亭榭相連,滿城輕歌漫舞,一派紙醉金迷。這天正是帝孝武大明三年(459年)9月19日晚上,夜風輕輕,鐘鳴聲聲,一輪滿月冉冉升起,那些深宅大院更顯出峨的輪廓。這時離皇宮不遠處有一宅第,紅燈高挑,車馬不絕,連門口那對石獅子也披紅掛彩。這是當朝旅賁中郎將給侍中戴法興的官第。今日是他的四十五壽辰,正要大宴賓客。此人官銜不大,僅屬宮廷衛隊長,秘書長一類,可他出入皇宮左右,深得孝武帝信任。他心狠手毒,進一讒言就能讓你家破人亡。因此,今日不論生疏遠近,滿朝文武都來祝壽捧場。那戴某也光容煥發,前後謙恭。這時,他正挽著一位青年學者的手,走向客廳。
這個青年學者只有26歲,名叫祖沖之(429-500),出生官臣人家,少年好學,新近被收入黃帝專設的「華林學省」研究學問。「華林學士」們雖無官職,卻由黃帝賜房、賜衣、賜車、賜馬,名譽極高。 祖沖之學問高深,名噪京師,連戴法興這樣的權臣,也因其赴宴引以為榮。
一會兒,主賓落座,歌飄舞起。酒過三巡,眾人已有醉意。忽然,一僕人慌忙進來,走到戴法興身後語無倫次地說道:「老爺,不好了!街上人傳今晚有月蝕……」雖然聲音很輕,但是旁邊的幾個客人還是聽到了,立即被嚇的酒杯落案,呆若木雞。戴夫人不等僕人說完,便啪地給他一個耳光:「放屁!老爺生日,怎麼說起這等不吉利的話來?」僕人連忙跪倒:「奴才不敢胡說,外面貼有告示。」
「誰貼的?」戴法興滿臉殺氣。僕人以目示席,不敢再說。這時祖沖之整冠而起,從容達道:「是在下來府時隨手貼的。」不想這一句平平淡淡的話卻如同晴空驚雷,震得席上歌舞停歇,一片緊張。
原來,古人多講迷信,不懂日蝕、月蝕之理,以為這是一種凶兆。漢宣帝時有一次日蝕,黃帝認為這是大臣楊惲驕奢犯上所致,竟將他腰斬來謝天。今日是戴法興的良辰吉日,
祖沖之怎敢在老虎嘴上拔毛?其實,在此之前,我國早有日月蝕觀記載,但在預測方面還不太精確,因為,這對月、地、日的運行軌道須做精確的計算。月球繞地球轉,球轉繞太陽轉,月、地、日走馬燈似地旋轉不停。月光是日光的反射,月亮並不發光。當月亮轉到太陽和地球中間時,月亮的暗面對著我們,這正是初一和三十;當月亮轉道地球的另一側時,月亮的亮面對著我們,這正是皓月當空的十五,這樣地球處於日,月之間,就有可能三球一線,地球檔住太陽的光,使月亮不能反光這就是月蝕。因此,月蝕常發生在舊曆十五。
道理已明,話題還是回到戴府宴會。戴法興一聽說是祖沖之貼的月蝕布告,臉色刷地變了,先紅又白,時而鐵青。他想發作,可這青年學者是自己請的,而不是一般官史;他想忍住,可壽誕喜慶,豈容出這等凶事?幾經思考,他終於說出幾句肉中帶刺的話來:「文遠(祖沖之的字),聖人且畏命,你我凡夫俗人,怎敢妄言天機?你就不怕上天降罪嗎?」豈不知,祖沖之今天正有意選中戴的壽宴,藉機向人們宣講月蝕,好破除迷信。這時他倒乾脆坐下慢慢地說起來:「天球上眾星運行本有軌道,今日望日,日、地、月成一線,月為地所遮,自然可能發生月蝕。這不是甚麼天命、天機,乃是自然之理。」
戴法興說:「月月有個望日,為何不見月蝕?」
「這很簡單,地行軌道與月行軌道不在一個平面,兩者都有夾角(現已測約5度9分),所以每月一次望日,三星只能大致一線,乃會有蝕。這種情況若干年才遇一次,據我推算,今日當有月蝕。」
這時,賓客中有人聽後直點頭。他們知道,祖沖之工於數學, 又通天文,觀察運算極為精細,比如對一月測算以前無古人地算到27.21223日 (和現代測算只差萬分之一)。他今天敢在這裡預言月蝕,絕非沒有根據。於是,眾人交頭接耳,席間一時紛紛嚷嚷。戴法興實在心裡不悅,起身兇狠地說:「一會是沒有月蝕,可別怪我戴某不義!」祖沖之立即站起,高聲說:「如若沒有月蝕,在下甘願服罪,」滿座立即又靜得沒有一點聲音,氣氛更為緊張。戴法興轉身舉杯,惱火地喊「上酒!」,客廳里又笙歌再起,輕舞飄飄 。
過了一會,正當人們耳熱酒酣之時,忽聽樓下有人驚呼:「天狗食月了!」人們呼地一下擁到窗前,見空中那輪本來如鏡初磨的明月,一點點地被吞入黑影,漸漸如弓如鉤,本來是明月星稀的十五之夜,突然天地渾沌就如初一初二一般。頓時冷風嗖嗖,陰霧慘慘,戴法興萬分沮喪。戴夫人慌忙命ㄚ環老媽子快到院中擺設香案,然後親自燒香磕頭。家兵家將也都彎弓搭箭,向空中亂放。院子裡,敲鑼打鼓,摔盆打碗地亂做一團。眾人瘋狂呼喊,想把可惡的「天狗」轟走,救出它嘴裡的明月。然而,在這一片混亂之中,也有頭腦清醒者,認為祖沖之講得有理。這可真是一次最好的宣傳!
戴法興心裡又惱又怕,也顧不得體面,長跪在客聽外的平台上,對天搗蒜似地叩頭。一會他忽然想起今天這事的主謀來,便起身問家人:「祖沖之那裡去了?」
欲知後事如何,且聽下回分解。
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第十回
割圓不盡 十指磨出血,周率可限 青史標美名
——圓周率是怎樣算出來的? 卻說那次祖沖之在戴法興的壽宴上測報月蝕,得罪了這個權臣,自覺在京城不好存身了,便應邀到南徐州(今江蘇鎮江)作了刺史劉延孫的助手。好在這個職務比較清閒,他便把大部分時間維續用來研究天文曆法。積三年之辛苦,於公元426年(大明六年)他終於搞出一部比較科學的《大明曆》呈獻給孝武帝,請求頒用。不想那個戴法興從中作梗,不但新曆法不能頒行,到大明八年,就連他當刺史助理的官職也被革去了。
祖沖之賦閒在家,心裡鬱憤難平。他深感當時的世道要干成一件事實在難。可他想自己才36歲,難道此生就這樣一事無成?於是就想搞點與政界牽涉不大的事-研究數學。他先為古代數學名著《九章算術》作了注。《九章算術》成書於公元四、五十年間,集我國古代數學之大成,歷代有不少人曾為它作注,但都碰到一個難題:那就是圓周率(現在叫π,它是圓周和直徑之比)。很古時候,人稱「徑一周三「,即π=3。王莽新朝時精確到3.1547,東漢時張衡又精確到3.1466,三國時劉徽為《九章算術》作注,則認為最精確的應是3.14。四百多年來眾說不一。
祖沖之一接觸到圓周率問題,便被困擾得坐臥不安。他的住所里,雪白的粉牆上,畫了一個大大的圓圈,地上也是大圈套小圈,桌上到處是紛亂的稿紙。他背著手在房間裡踱來踱去,一會兒好像自己走進了牆上那個大圓圈中,一會又好像桌上那一堆圓圈一齊湧進自己的腦子裡,如亂麻一團。唉,這周徑之比是如何得出的呢?他又回到桌前抽出劉徽注的那本《九章算術》坐下來邊讀邊想。
這時屋裡還有一個十三、四歲的男孩,他是祖沖之的兒子,叫祖暅。別看他小小年紀,卻天資聰穎,戲耍之餘常愛在父親身邊推算那些數字和圖形。今天他看到地上這許多圓圈感到很新鮮,便單腿在地上跳起圈來。突然聽到父親拍案喊道:「有了!」將他嚇了一跳,忙跑過去垃看父親的衣袖問道:「甚麼有了?」「辦法有了。暅兒,你看劉徽這裡不是明明寫著割圓術嗎?只要將一個圓不斷地割下去,內接上正多邊形,求出多邊形的周長,不就有了圓周率了嗎?暅兒,你會嗎?」
「我會,用爸爸教過的勾股定理一一去求就是了。「
「道理簡單,算起來可就費動了。從今天起,咱爺兒倆就來辦這件事,你可要十分仔細啊。「
說完,祖沖之到院裡搬來幾根大竹子,操起一把刀破成細條,又一一斬成短截,整整幹了兩天,地上堆起了一座竹棍的小山。現在聽起來奇怪,搞計算怎麼先干起竹木活來?原來,當時既沒有阿拉伯數字可以筆算,也沒有算盤可以珠算。運算全靠一種叫算籌的原始工具。它是用竹木削成的一根根小棍,用來拼擺成各種數字。數字縱橫兩式,個位、百位、萬位用縱式,十位、千位用橫式。一切加、減、乘、除全靠用這些木棍在桌上擺來擺去。今天遇到這麼大的算題,平時的那些算籌哪裡夠用?
再說,祖沖之將這一切準備停當之後,便在當地畫了一個直徑為一丈的大圓,將圓割成六等分,然後再依次內接一個12邊形、24邊形、48邊形……他都按勾股定理用算籌擺出乘方、開方等式,一一求出多邊形的邊長和周長。你想這祖沖之何等聰明,他知圓周率是周長與直徑之比,所以就把直徑定為一丈,這樣就省掉再除一次的程序,不斷求出多邊形的周長,也就不斷逼近圓周率了。祖暅也在那個大圓圈裡跳進跳出地幫他拿算籌,記數字。就這樣直算得月落鳥啼,直算得鶴鳴日升,那竹棍擺成的算式從桌上延到地下,又滿地轉著圈子,一屋上下全都是些竹碼子。這批算籌又都是些新破的竹子,還沒有來得及打磨,祖沖之用手捏著、想著、擺著,不消幾日,漸漸指頭都被磨破,那綠白相間的新竹竟染上了紅紅的血印。
正是:
公式定理雖無聲,原來卻是血凝成, 莫言數字最枯燥,多少前人拚博情。
他們父子這樣不分晝夜地割供算商。這天,他們割到第96份,真是如攀險峰,愈登愈難。當年劉征就是到此卻步,而將得到的3.14定為最佳數據。夜靜更深,小祖暅早已眼皮沉重,東倒西歪地想睡了。祖沖之想,這些日子也實在辛苦了這孩子,便忙打發他去睡覺。他推開窗戶,深吸了幾日這建康城裡夜深時分甜甜的空氣,看了一回星空,又轉過身來看看當地那個大圓。那內接的96邊形,與圓都快接近於重合了。按說能算到這一步已經實在不易,用這個數字再去為《九章算術》作注,也就完全可以了。他用拳頭捶了捶酸困的後腰,又摸摸纏了布條的手指,向牆邊的書架踱去,忽然背後唰啦啦一陣響聲。他猛一回頭,哎呀!原來剛才末關窗戶,一陣夜風吹起窗幔,把竹籌擺起的許多算式掃得七零八落,拋灑一地。這式子剛擺完還沒有來得及驗算,也未抄下得數。要知每算一遍就要進行十一次加減乘除和開方,多麼繁重的勞動啊!祖沖之一下撲在地上,用還滲著血的十指捧起一掬算籌,對著深邃的夜空,低聲喊道:「老天啊!你也和戴法興一樣,如此欺人。」他一甩衣袖,索性將桌上的殘式全部拂去。又重新擺布起來。就這樣不知又過了多少天,只知花開花落,月缺月圓,父子倆把地上那個大圓直割到24576份,這時的圓周率已經精確到3.14159261。祖沖之知道這樣不斷割下去,內接多邊形的周長還會增加,更接近於圓周,但這已到了小數點後第八位,再增加也不會超過0.00000001丈,所以圓周率必然是3.1415926<π<3.1415927。當時祖沖之就把圓周率定在「上下二限「之間。這上下限的提法確是祖沖之首創,他得出的圓周率精確值在當時世界上已遙遙領先,直到一千年後才有阿拉伯數學家阿爾卡西的計算超過了他。所以國際上曾提議將圓周率命名為「祖率」。這都是後話。
還說當時,經過無數個日夜奮戰,圖形遍地,算籌成堆,祖沖之終於算出了新的圓周率。這天他興致極好,便帶著兒子祖日桓出了都城,到郊外一座小山上的寺院裡吃酒、訪友、散散心。他邊走邊說:「暅兒,這圓周率在天文、歷算、測地、繪圖上處處都要用到,前面的幾位數字你可要牢牢記熟。」小祖暅手裡拿著一枝野花,揚起稚氣的圓臉,往山上一指,說:「好記,好記!山顛一寺一壺酒,(3.14159)。爸爸今日心情甚好,可以開懷暢飲了。」祖沖之不禁仰天大笑,一來這些日子的辛苦總算有了個結果,二來小暅兒如此聰明,不怕事業後繼無人。那祖日桓後來真的成了我國歷史上有名的數學家。祖暅的那句玩笑還真的又引出了一段故事。且待下回分解。
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第十一回
無名僧 天台山上收高徒,智和尚 一把尺子量北斗
——世界上第一次實測子午線 話說祖沖之推算圓周率後,告訴兒子說這數字如天機一般珍秘,要他切切記住。那祖暅倒隨口念出一句「山巔一寺一壺酒(3.14159)」真的又引出一段故事。時過250年,到了唐中宗年間。在今浙江省天台縣,有座天台山,山上草木蔥籠欲滴,層峰疊嶂入雲,海風習習,仙霧飄飄。山巔有一寺名國清寺,寺不大而甚雅,僧不多而道深。每日裡松濤流水伴著那晨鐘暮鼓,別是一番風韻。這日住持和尚在僧房坐著,旁邊坑桌上放著一壺用山前桃花,山後梅瓣,房前竹葉,寺後松針釀成的功果酒。這位老僧也不知姓甚名誰,幾多年紀,白眉下一雙慧眼炯炯有神。老僧命弟子取來一個朱漆木盒,抓出一把檀木算籌,在桌上橫豎相間地擺開,算了起來。也不知過了幾個時辰,窗外竹影斜移,室內香菸繚繞,靜得落針可聞。幾個弟子垂手恭立,猜不透師傅今日為何茶飯不吃,如此潛心。忽然,老僧將手中算籌一拍,說道:「今日當有弟子前來求見,已到山前,何人下去為他領路?」一位小僧連忙應聲下山。過了一個時辰,老僧又將算籌一拍,說道:「今日當有異人而至,門前流水合該西流。」言猶末畢,山門外水聲嘩嘩,幾個弟子忙推窗而望,只見平日東流的溪水,忽折而返西,那水面上的落花飄葉也都漾漾蕩蕩地向西飄去,遇有高坎小坡處,都能順渠而上,像有什麼吸著一般。幾個僧人大鴛失色,嘖嘖不止。這時僧房門開,只見小僧背後跟進一個二十四、五歲的青年,一雙芒鞋,風塵僕僕。一件袈裟,斜披肩上,一看就是遠遊而來。老僧微微啟目,見這人氣色沉靜,猶如松間明月,謙恭有志,又如新竹之有節,果可深造;不覺笑上眉梢。這年輕人見老僧看他,忙雙手合掌道:「小僧有禮,弟子拜見師傅。」老僧忙離座下地用手扶住,說:「前幾日我就算出你要來求我算法,今日在此坐等多時了。我不久當西去,這麼多算書、算法正愁無人可傳,今日你來真是天作之合。」說著便取過桌上酒壺,旁邊早有人遞上空杯,那年輕人連忙擺手推辭。老僧說:「我們佛家向來不食酒肉,但我這酒,非一般水酒,每逢收徒都要贈送一杯。」那青年雙手接杯,一飲而盡,頓覺四體輕快,耳聰目明,心裡愈加沉靜如水,好似道行又長了一寸,便連忙合掌再謝老僧。
這位年輕人是誰呢?原來他姓張名遂,法名一行(683-727),從小好學,尤愛天文歷算,只因權貴所逼,在河南嵩山的嵩岳寺里出家為僧。那嵩岳寺也是有名的寺院,武則天當皇帝時曾把這寺定為她的行宮,裡面有不少高僧和藏書。張遂在這寺里住了幾年,通讀藏書;研習數學,但很快他又不滿足於現有的學習條件。聽說浙江天台山有一位高僧,便千里迢迢來這裡請教。再說這位老僧見張遂眉清目秀十分聰慧,心裡也很喜歡,使領著他打開一間間僧房,去看那滿牆滿架的藏書,全是些《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《孫子算經》、《夏侯陽算經》、《張正建算經》、《綴術》、《緝古算經》、《五曹算經》、《五經算術》之類的珍籍。還有一些從印度傳入的算書、算法,牆上畫的也儘是些勾股圖、割圓圖、縱橫圖,把個張遂喜得開一間房念一聲阿彌陀佛。從此他便在這裡住下,遍讀藏書,面請機宜,直到公元710年,才又回到嵩岳寺里。這是張遂一生最重要的階段,至於他學到了什麼天機,史書無載,作者也就無從披露。
再說張遂出家為僧的這些年月,卻是社會上鬥爭極其激烈的時期。公元704年武則天病死,中宗李顯即位。710年李顯又被毒死,睿宗李旦即位。到了第三年,李旦自覺無能,便將皇位讓給兒子玄宗李隆基。這李隆基倒是個有為君主,他二十七歲即位,年富力強,有志於改革。開元元年(713年)他連連下求賢詔書,徵召有才之人,717年又特意遍訪有才的功臣弟子。張遂的祖上曾對朝廷有功,因此被徵調回京。玄宗對他極為尊重,常請教一些科學方面的問題,張遂因此竭盡全力,改革曆法,製造天文、計時儀器。到開元十二年(724年),他又領導了全國大規模的天文測量。各測量隊在北起今河北蔚縣,南到今越南河內、順化的漫長的路線上觀察日影、星辰的變化,測得的數據全都及時送回長安,由張遂淮總計算。
這天夜靜時分,張遂又登上長安城裡的天文台仰觀星空。浮雲似水,繁星如麻。他一一辨認看星座,計算著它們的位置、亮度。突然背後有人說道:「夜已很深,法師還未休息啊。」張遂轉身,見一中年漢子,長袍便服,正拱手施禮。他借著月光細看,忙道:「南宮先生,原來是你,何時返京?」「我今日下午回到長安,知你定在這裡觀星,便來找你。有一件事擾得我坐臥不安,所以匆匆來見。」原來這人叫南宮說,是張遂派到河南陽城的天文測量隊的隊長,也是他組織這次全國大測量的主要助手。測量工作有一項主要內容就是量出各地不同的「北極高度」。因為地球是個圓形,各地地平線對北極星仰角不同,這仰角叫做北極高度,肉眼看到的北極星的高度也就不同。但是怎樣測算這個角度呢?南宮說在野外作業中碰到了這個問題,很覺為難,因此特來向張遂請教。張遂聽完來意,便說:「貧僧看到各隊送回的星表、數據,這幾日也在思慮這件事。我這裡有一把尺子或可試用。」說著從懷中取出一把直角拐尺,角間有一弧形刻度,角頂有絲線,系一銅錘。張遂整了整袈裟,仰面找見北極星。只見他將拐尺舉起,長邊對準眼睛,同時指向北極星;銅錘綴線,自然下垂,他用手指指著垂線與短邊的夾角,讀出弧上的度數,說:「這就是地平線與北極的夾角,也就是北極的高度,你可拿去試測。」南宮說一時還想不出,這個簡單的拐尺如何能運測帶算,一下就解決了一個複雜的難題。便道:「敢問師傅,這件寶器可是當年天台寺里所傳?」張遂哈哈一笑說:「南宮先生想到哪裡去了?你我研究天文,推算曆法,三、四年來哪件儀器不是靠自己動手,何來神助。快拿去使用,還望在測試中不斷改進呢。」
張遂的尺子叫「復矩「,不但能測出北極高度,而且這個度數同時也就是地球北半球的緯度。這是因為地球是個圓形,一條子午線穿過南北兩極,當我們站在北極時,北極星正在頭頂,與地平線垂直成90度。如果站在赤道時,若北極星與地平幾乎重合,成0度。沿著子午線走,北極星的高度也就逐漸變化。這尺子到底是怎樣造出來的,無從可考,但這實在是一個了不起的創造,今日凡學過平面幾何的人都可以試著去驗試一番。
張遂一行和尚,用復尺測出了緯度,更重要的是有了緯度就可以去計量一度子午線的長短,可以計算整個子午線的長短。當時他算出每度弧長132.03公里,雖與現在測得的111.2公里相比還不甚精確,但這在世界上確是第一次實測子午線每度的弧長。前面第三回我們曾講過阿基米德和埃拉托色尼測量地周,但那還是一種推算,並不是實測子午線。在張遂之後90年,到公元814年,阿拉伯人才在幼發拉底河平原上進行了一次子午線的測量。
再說張遂發明「復矩「,領導了大規模的天文測量,在掌握大量數據的基礎上,又研究了日月蝕,節氣令,編制了《大衍曆》,傾滿腹學問,一身精力全責獻給天文事業。開元15年(727年)10月,唐玄宗要到洛陽出巡,照例把張遂帶在身邊。這時他已積勞成疾,勉強隨著那大隊車馬,昏昏沉沉地出了東門,到了新豐(今陝西臨潼縣東北),便不省人事了。玄宗聞訊,急忙趕到帳前探視,只見張遂半睜法眼,細聲說道:貧僧一生觀星尚不能窮其究竟,今當升天,再去究其細微。願陛下早早頒行新曆,以利民生。」說完溘然長逝,時年44歲。玄宗君臣自是一番痛哭。張遂所言升天之事,後來亦有應驗,那就是公元1977年7月,中國科學院紫金山天文台把新發現的並被國際上承認的四顆小行星賦予了中國古代科學家的名字,其中之一就有一行和尚,其他三個是張衡、祖仲之、郭守敬。這是後話,留後再表。
正是:
佛門靜靜好養心,擺脫煩惱做學問。 參破禪機悟天機,化做碧空一顆星。
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第十二回
黑漆漆 長夜待明幾點寒星,怯生生 新說初出一位巨人
——日心說的創立 前幾回說的是中國,這回我們再說歐洲。
正如前面所述,那歐洲在古代沿著地中海岸確曾出現過一個燦爛的文明時代,出現過像阿基米德那樣的偉大科學家。以後隨看羅馬帝國統冶的確立,連年征戰,亞里山大里亞等文化名城被毀,殘酷的奴隸制不但在肉體上對奴隸進行折磨,在思想上也實行可怕的專制。奴隸和平民處在水深火熱中而不能自救,於是就幻想出一個救世主基督,到一世紀時漸漸形成了一個群眾性的宗教-基督教。這基督教開始也是受到羅馬統治者的鎮壓,後來,羅馬當局發現可以利用這種東西來麻醉人民,鞏固統治,便在313年承認了傳教的自由,到392年乾脆全部拿了過去,進一步定為國教。後來隨著封建制度的發展,這基督教竟遍布歐洲,並控制了哲學、法學、政冶,至高無上,統治一切。
在公元二世紀中葉,亞里山大里亞有一個叫托勒玫的天文學家,他總結了古希臘的科學成就為了一部十三卷的《天文集》,提出宇宙是以地球為中心的概念,這就是天文學史上的「地心說」。本來基督教就認為上帝創造了人,並把人放在宇宙的中心-地球上。宇宙中的一切,包括日、月、星辰,那都是上帝專為人創造的。托勒玫的「地心說」對基督教來說如獲至寶,以為又找到了一個科學理論根據,把它捧為最高信條。其他一切均視為是異端邪說,敢宣傳者都要被關、被燒、被殺。從此,歐洲便再無科學可言,進入了一個漫長的中世紀的長夜。到處是尖頂刺天的教堂,到處是黑衣長服的神父,到處是陰森怖人的宗教裁判所,人們終日在血汗中掙扎,在眼淚中祈禱。
長夜難明,路遙漫漫。從托勒致算起大約又過了一千一百多年,人們漸漸不能忍耐這種像悶在罐頭盒子裡一樣的生活,於是有幾個先知先覺的知識分子便首先發出一聲雨聲的呼喊,試著進行一次兩次的反抗。
公元1294年,在巴黎基督教會的一座塔里,囚禁著一位78歲的老人,名叫羅傑•培根(1214-1294年)。他這已是第二次坐牢了,第一次十年,這次又坐夠了十四個年頭。此刻他依看鐵窗,看看外面蔚藍的天空,心裡說不出是什麼滋味。後悔嗎?不,想出去嗎?也不一定。他知道外面和這牢房裡一樣,也沒有什麼自由。現在這個世界上是不許可聰明人活著的。人人只能當傻子,當愚人,因為一切都由上帝安排好了,一切都寫在聖經上,你要提問題嗎?就是找死。培根本是一個英國人,19歲時在牛津大學畢業,後到巴黎研究神學,得了神學博士,可是這期間他接觸了阿拉伯的異說。1250年他回國後,在牛津大學講壇上便大講起科學。比如那天上的虹,聖經上說是天主垂像,是祝福或是警告,他卻是雨水反映的陽光。法蘭西斯教派不能容忍他這個叛逆,便把他召回巴黎,監禁了十年。後來多虧他的一個英國朋友升任羅馬教皇,釋放了他,並讓他寫一本科學總集。這是集阿基米德之後的科學大成的著作。他並不敢徹底懷疑上帝,他只是說,為了更好地理解造物者的合理性,只有對一切進行實驗。他第一次提出光是由七色組成,並弄清了望遠鏡、顯微鏡的原理。他勇敢地指出大地是個圓球。他提出數學是一切學術的基礎。但是由於路途遙遠,當他派人把寫成的那本書送到羅馬時,他那當教皇的朋友已經死去。新教皇對他的「邪說」更為惱火,於是他又被押回了這座高塔。本來按教規,他是要被活活燒死的,還算寬大,他被判處永遠監禁,不能看書、實驗和寫字,就這樣坐著、站著或躺著。他的身體已被折磨得和一具乾枯的屍體差不多了。遙夜沉沉,培根依窗而望那顆泛著寒光的啟明星,自覺生命已到了最後的盡頭,怕是看不到日出了。他蒙蒙攏隴地入睡了,從此再沒有醒來。
培根死後,他的著作也全被搜集燒毀。他的那部送到羅馬的巨著手稿雖沒有焚燒,可也無人問津,一直被埋沒了450年,直到1773年才被重新發現。培根,還有他同時代的反神學的哲學家阿威羅尼斯,及稍後一點作環球探險的哥倫布,義大利偉大詩人但丁,如同劃破夜空的幾顆寒星,把那黑暗的中世紀撕開了一個裂縫……
中世紀的那些偉人們大概都要在古堡里受一點煎熬的。羅傑•培根死後又過了249年,在波蘭一個山區小鎮弗勞思堡的城牆角上,也有那麼一座小塔樓。樓外平台上裝有四分儀、三角儀、等高儀等。這是一座自裝的十天文觀測台。樓里住著一位70歲的老人,他鬚髮皆白,穿一件長長的黑袍,正在房中來回踱著,他叫哥白尼(1473-1543年),是這裡的教長。這時他正在發脾氣:「真是無知,真是些可憐的奴才。他們已被托勒玫和那些教皇愚弄了一千多年,卻還有臉來嘲笑別人。」
原來哥白尼自從1502年在羅馬留學並任教長後,便對托勒玫的「地心說」提出懷疑,從而生成了「日心說」的假設。他和培根一樣,學的是神學,最後卻倒向了科學。讀者有所不知,那個年代,青年人的出路只有兩條,或者進神學院,或者當兵。這哥白尼在神學院學到一點文化後自己搞開了觀察和計算。他弄清了七大行星都在按各自的軌道圍繞著太陽旋轉,他房間的牆壁上就掛著那幅大示意圖。這當然惹惱了教會中那些頑固份子。他們說哥白尼是瘋子,還編了諷刺劇,在外面正在大吵大嚷地上演呢。難怪老人這般氣憤。
這時侯,正在牆角伏案計算的一個年輕人忽地翻身站起說:「老師,他們這樣猖狂,我們就該公開回答。我真不明白,你的日心說思想從生成到現在也有36年了,就是《天體運行》一書,寫好也有九年了,為什麼不發表出去?」
老人剛才約滿臉怒氣,突然又轉成一臉憂鬱,說:「孩子,你不知道,現在因循守舊的勢力這樣張,我們的學說稍不完備,就會被完全扼殺啊!」
「我相信,就是現在沒人理解,後人也自有公論。老師,你已年近七十,再不發表,就看不到自己的書了啊!」
「是的,我是快升天的人了,宗教裁判所的火刑對我已無能為力了,可是孩子你呢?書一發表,他們會加害於你的。」
「我死也不悔。我從德國老遠跑來就是因為你這偉大學說的感召。老師,朋友們都在勸你,快發表吧,這裡不能印,我可以帶到德國去。」這個人叫列提克,是在德國威滕堡大學教書的年輕數學家。哥白尼氣憤地關上窗戶,轉身坐下來,喘著氣,心情憂鬱地說:「孩子,我給你講一個故事。你知道上個世紀西班牙卡斯提臘有個叫阿爾芳斯(1221-1284)的國王嗎?他感到托勒玫的體系太複雜,只說了一句:上帝創造世界時要是徵求我的意見,天上的秩序可能比現在安排得更好些。只這一句話,連王位也丟了。多麼黑暗的長夜呀,到現在天還沒有亮。」
哥白尼又站起來,顫巍巍地走到壁櫥前,拿出那本發黃的手稿,在序言中又加上了一句:「我知道,某些人聽到我提出的地球運動的觀念之後,就會大叫大嚷,當即把我轟下台來!」然後他將書捧給列提克:「孩子,一切出版事宜全托你去辦吧。」
有這麼一首詞單表這哥白尼為了新書不敢發表的矛盾心情:
天將曉,有人醒來早。打點行裝赴征程,冰霜重,風如刀,門開又關牢。
天將曉,進退費心焦。重任催人心難寧,頂風霜,踏路遙,怯怯復躍躍。
這列提克追隨哥白尼多年就是要讓這本書儘快問世,今天老師一發話,他不敢怠慢,連忙收拾行袋懷抱書物,到德國去了。一年後,1543年這本名為《天體運行論》的書終於出版。別看哥白尼那樣怯生生地拿出這本書來,它卻意義極大,成了一塊里程碑而標誌著世界近代科學的開始。後來恩格斯對此還專有一段評語道:「他用這本書(雖然是膽怯地而且可以說是只在臨終時)來向自然事物方面的教會挑戰。從此,自然科學便開始從神學中解放出來……。」這是後話。再說這書從列印刷出來便在歐洲不脛而走,早有教會密探將書送到羅馬。那主教加爾文將書從頭至尾慌忙地翻了一遍,早氣得臉色白過去再也泛不起紅來,又是拍桌又是跺腳地大喊:「反了,反了,連上帝也要搬家了,這還了得,還不快丟人將這個哥白尼抓來!」
欲知哥白尼性命如何,且聽下回分解。
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第十三回
砸碎天球探尋無窮宇宙,以身燃火照亮後人道路
——一位科學家的殉難 上回說到哥白尼雖然是怯生生地拿出自己的日心說,但是羅馬大主教一見此書就暴跳如雷,並派人遠去抓他前來治罪。當羅馬宗教法庭的人到達波蘭時,另有幾個人也急匆匆地趕向弗勞思堡小鎮,那是列提克等人正在將新印出的書給哥白尼送來。 5月24日這天,書剛送到,哥白尼雙目已經失明,他躺在床上用手摸了一下散著油墨香的新書,說了一句:「我總算在臨終時推動了地球。」便與世長辭了。教會的爪牙們余恨末消地罵了聲:「便宜了這個老兒。」也就回羅馬復命去了。其實哥白尼遲遲不願發表自己的著作除怕受教會制裁外,還有一個原因,就是怕他這大膽的思想不破人理解,傳不下去,自生自滅。但是,科學自有後來人,就在他逝世五年後,出現丁一位更勇敢、更徹底的繼承者——布魯諾(1548-1600)。
這布魯諾好像是一個天生的叛逆。他出生在義大利那坡利一個貴族家庭里,15歲被送到修道院,25歲當上牧師。但是由於「冒犯」罪,他三年後逃往羅馬,接著便流亡瑞士、法國、英國、德國。自從他在巴黎讀到哥白尼的《天體運行》一書後便走遍歐洲,到處發表演說,熱烈支持這一新學說。羅馬的主教們恨得他牙根發癢,四處派暗探跟縱他,通知各地教會逮捕他。他流亡、他坐牢,但意志更堅,學識更廣。1592年,他應朋友之約到威尼斯講學,但萬沒有想到,這個朋友早被教會收買,於是他被誘捕了,並且被送到羅馬。
哥白尼所擔心的災難終於降臨到布魯諾的頭上。在陰森的宗教法庭上,紅衣大主教羅伯特.貝拉赫曼(三十年後他還審判了伽利略)主持對布魯諾的審判。空蕩蕩的教堂,一張長桌子,幾枝殘燭。羅伯特和幾個陪審隱在桌後,幾乎看不清他們的身形。燭光中那幾隻藍綠的眼睛,令人想起半夜裡在田野上遇見的惡狼。
「布魯諾,你還堅持地球在動嗎?」羅伯特的聲調陰沉、得意。他高興這個教會的叛逆今天終於落入自己的掌中。
「在動,地球在動,它不過是繞著太陽的一丸石子。」
「你要知道,如果還抱著哥白尼的觀點不放,等待你的將是火刑!」
「我知道,你們當初沒有來得及處死哥白尼,是還沒有發現他的厲害。其實他還是對你們太客氣了。他說宇宙是恆星繞太陽組成的天球;我卻還要將這個天球砸爛,那宇宙其實是無邊無岸。他說地球不是宇宙的中心,卻還是為你們留下了一個中心-太陽。我說宇宙無邊無際,就根本沒有任何中心可言。你們說上帝在地球上創造了人,其實別的星球上也有人存在。宇宙是無限的,上帝是管不了它的!」
「住嘴!照你的邪說,上帝在什麼地方,基督在哪裡拯救的人類……」
「對不起,宇宙中可能沒有給上帝安排地方。」
「立即把他燒死!」羅伯特狂怒起來。
法庭上一陣騷動。布魯諾被人拉了下去。他並沒有立即被燒死,而是被推入黑暗的地牢。他們不給他看書,不給他紙筆,讓他睡冰冷的石板,吃混著鼠糞的米,隔幾天就要提出來審訊一次。說是審訊,其實是組織許多教會學者來和他辯論。他們還存著一線希望,希望靠人多勢眾辯倒這個叛逆的天文學家,希望靠牢獄的折磨來使他投降,借他的口去推翻日心說。但是每次審訊,他們都被布魯諾駁得啞口無言。這個曾轉戰歐洲各國,橫掃教會勢力的偉大的科學家,筆雖被人奪去,舌卻還在。他那鋒利的言詞,精深的哲理,常使那些上帝的奴僕脊背上滲出冷汗。這樣過了很長時間,在一次辯論結束時,羅伯特絕望地喊道:「布魯諾,自從我把你請到羅馬,也已經八年了,你只最後說一句,你是放棄哥白尼的學說,還是向火刑柱走去?」
布魯諾仰起頭輕蔑地看了他一眼:「我告訴你,從被你們抓來那一天起,我就時刻準備著受刑。我知道教廷的黑暗使許多人不辨南北西東。宇宙的深奧也使人不敢去作進一步的探尋。我希望你們到大庭廣眾中去把我點燃,這是我最大的快樂,因為我可以以自身燃起的光去照亮後來者的路,以我燃燒的熱,去激起那些已在思考,但還缺乏勇氣的人們的熱情……」
羅伯特用發抖的手揪著胸前的十字架,喊著:「快把他押下去!」
布魯諾走下法庭前又轉過身來大聲說道:「我看見了,你們在宣判時比我更害怕!」這聲音嗡嗡地在教堂里迴響。主教們趕忙擦著汗,夾起文件匆勿散去。
這天晚上,布魯諾從睡夢中驚醒,只見鐵門上的粗鏈眶眶一聲落了下來,門洞裡走進兩個舉著蠟燭的教士:「布魯諾先生,主教大人有請!」他知道又要審訊了,便不慌不忙地披衣起身,跟著走出門去。
他剛追出城門,牆跟前忽地閃出兩個大漢,撲通一聲將他壓倒在地。其中一個人抽出一把寒氣逼人的小刀伸到他的嘴裡,一轉手腕將舌頭割了下來。他只覺得一陣暈眩。當他醒來時,才知道是被人架著正朝著市中心的百花廣場走去。街上靜悄悄的。正是殘冬季節,寒風呼嘯著,捲起路邊的枯枝敗葉,拍打著人家的門窗。那些正在夢裡雲遊天堂的可憐的羅馬市民,他們哪裡知道,為他們爭取思想解放的先哲,此刻嘴邊、胸前滿是冷凝了的血塊,正一步一步邁向刑場。廣場的中央已經堆起一堆乾柴,柴堆上是一個高高的十字架柱子,旁邊站著一個主教、教士,為首的就是那個臉上總是陰雲不敬的羅伯特。他手裡舉著一個小十字架,嘴角抽動了幾下,不知對天祈禱了幾句什麼,便轉身說:
「布魯諾,由於你對邪說的堅持和傳播,上帝不能饒恕你的罪行,今天我就處以你一種最仁慈的不流血的刑罰。在這最後的時刻,不知你還想講點什麼?」
這個陰險卑鄙的傢伙,他知道在臨刑前布魯諾一定會向群眾演說,所以決定在半夜秘密處死。他還不放心,又暗中派人去將布魯諾的舌頭割掉,讓他最後連口號也不能喊一聲。現在卻假裝慈悲,明知故問。他看看布魯諾那憤怒的,但又說不出話的表情,得意地將十字架一舉:「點火!」濃煙升起了,烈焰騰空,越燒越旺,映紅了廣場,映紅了周圍高大的樓房、教堂。布魯諾被綁在火中的柱子上。他仰望著天空,那裡有他的理想,他的思想。他為此探尋了整個一生,為此付出了全部代價。他想大喊幾聲,讓這教皇腳下的羅馬人從昏睡中醒來,但他說不出話。他這個慣以筆和舌奮戰的鬥士,先是被人奪去了筆,現在又被人奪去了舌,很快還要被奪去生命。他的目光從天上掃到人間,紅紅的火光已映紅了街道兩邊的窗戶。他突然發現每扇窗戶里都擠著幾個人影。啊,不用我喊,這烈火發出的聲、光、熱已經喚醒了他們。他滿意了,這時火焰飛上高空,映紅了整個羅馬城。偉大的科學家、哲學家為真理而殉難了。這一天是公元1600年2月17日。
正是:
科學從來艱難多,多少汗水多少血, 暗夜深處炸驚雷,知識叢中臥英烈。
火刑後教會仍然心有餘悸,又將他的骨灰收起,揚到台伯河裡,好像這樣布魯諾的宇宙觀也就整個地被消滅了。
各位讀者,歷史常常是這樣驚人地相似。請大家回想一下我們這本書第七回里講到的阿基米德的死。他們同是為科學獻身,又同是被羅馬人所殺,一個是被軍隊野蠻的劍,一個是被教會「仁慈」的火。但鮮血絕不會白流,阿基米德的死標誌著古代科學的結束,而布魯諾的死則標誌著黑暗的中世紀的崩潰和近代科學的復興。歷史在波浪式地前進。更加眾多的、偉大的科學巨人,正一個接一個地向我們走來。待我下面慢慢分解。
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第十四回
幾聲犬吠 絞架上死鬼失蹤,一豆青燈 地窖內活人無聲
——第一部人體解剖書的出版 前兩回說到哥白尼、布魯諾向那茫茫宇宙探求真知,終於創立了日心說和地動說。殊不知,像對天體無知一樣,人們對自己的身體也同樣無知;像對宇宙結構的解釋有一個權威托勒玫一樣,對人體的解釋也有一個權威,這就是公元二世紀時的古羅馬醫學家蓋侖(129-199)。歐洲文藝復興一開始,科學家便組成兩支縱隊,一支是以哥白尼為先鋒,同托勒玫進攻的天文縱隊,另一支是以維薩留斯(1514-1564)為先鋒的人體研究縱隊。事有湊巧,1543年哥白尼出版了一本《天體運行論》,而維薩留斯也出版了一本《人體結構》。請各位讀者注意,一定要記住1543這個劃時代的重要年頭。就在這一年開始,這兩支近代科學史上的大軍便分兵誓師,開始了各自的進襲。
兵分兩路各表一支。先放下哥白尼、布魯諾不提,單表這個維薩留斯。
話說1536午時,比利時盧萬城外有一座專門處死犯人的絞刑架。白天行刑之後,晚上沒有人來認領的屍首便如葫蘆一樣吊在架上。只要有風一吹,那死人便輕輕地打起鞦韆。四圍荒草野墳,鬼火閃閃,就是吃了豹子膽的人也不敢在夜間向這裡走近一步。這天剛處死了幾個盜賊。白日裡行刑時,那些兵士刀劍閃閃好不威風,圍觀的人群也熙熙攘攘,唯恐擠不到前面。可是絞繩往起一拉,死人的舌頭往出一伸,無論是兵是民,趕快譁然而散,一個個轉身飛跑,都怕死鬼附身。不一會兒日落月升,斗轉星移,轉眼就到了後半夜時分,一彎殘月如弓如鉤掛在天邊。這時風倒停了,城牆在月下顯出一個龐大的黑影,絞架上的屍體直條條的,像幾根冰棍一樣垂著。四周靜得仿佛萬物都凝固了,什麼都不存在了,只有無形的恐怖。突然城門洞下幾聲狗吠,城牆上蜷縮著的哨兵探身往外看看,沒有什麼動靜,一切照舊,只是更加寂靜,不覺背上泛起一股冰涼,忙又縮到垛口下面去。這時絞架下的草叢裡突然竄出一個蒙面黑影,他三步兩步跳到架下,從腰間抽出一把鋼刀,只見月光下倏地一閃,絞索就被砍斷,一個屍體如在跳台上垂直入水一般,直直地落下,栽在草叢裡。這人將刀往腰裡一插,上去抓住死人的兩臂一個「倒背口袋」,疾跑而去。這時城下的狗又叫起來,一聲,兩聲,頓時吠成一片。城上的哨兵猛地站起,大喝一聲「誰?」接著就聽巡邏的馬隊從城門沖了出來,追了上去。那人背著這樣一具沉沉屍體,順著城牆根走上一條城外的小路,開始還慢跑快走,後來漸漸氣力不支,馬隊眼看著就要趕上來,只見他一斜身子,死人落地,接著飛起一刀斬下人頭,提在手裡飛也似地鑽進一片黑暗中,不知去向。
第二天,盧萬城門上貼出一張告示,嚴申舊法,盜屍者判死刑,並重金懸賞捉拿昨天那個盜屍不成居然偷去一顆人頭的人。一邊又在絞架旁布下暗哨,定要偵破這件奇案。城裡的老百姓更是飯後茶餘,街頭巷尾,處處都談論這件怪事。你說是犯人的家屬盜屍吧,不像,他怎忍心砍下頭呢?你說是一般盜賊吧,可那人頭怎能賣錢呢?
幾天之後,這事漸漸再無人議論。這天晚上有個士兵掛著刀,袖著手在離絞架不遠的地方放哨。說是準備抓人,倒像隨時怕被鬼抓去一樣,嚇得縮成一團。過好大一會兒才敢抬起頭來瞧一眼絞架上的死人。就這樣不知過了幾個時辰,當他再一次戰戰兢兢地回頭一望時,原來分明吊著兩具屍體,怎麼忽然有一具不翼而飛。再一轉身,看見城牆根下像有一個人影。他急忙握緊刀柄,給自己壯壯膽,緊走兩步跟了上去,但是又不敢十分靠近,就這樣若即若離地跟著那個影子,繞過一棵大樹,順著小路跟進一所院子,只見前面的人下到一個地道里去了。這兵想進去,又不知裡面的底細,猶豫了一會兒終於有了一個主意:我就守在這裡,到天亮你就是鬼我也不怕了。他這樣守了一個時辰,漸覺肚餓體冷,又禁不住心裡好奇,便想下去看看,弄清情況回去報告也好領賞。
這是一個不大的地道,邁下了三九二十七個台階,再走九九八十一步,右邊就是一個密室,門關著,縫裡泄出一線燈光。這士兵躡手躡腳摸到門前,先側耳靜聽,半天沒有一絲響聲,靜得像城外的絞架下一般,一種陰森森的感覺又爬過他的脊梁,隨即全身就是一層雞皮疙瘩,他用手按按胸膛,那心跳得咚咚的,倒像已跌到了手心裡,他顫抖著雙腿又挪了兩步,將眼睛對準門縫,往裡一瞧,不看猶可,一看舌頭伸出卻再也縮不回去。只見剛才跟蹤的那個人坐在死人堆里,背靠牆根,咪著眼,他的右手捏著一把刀,左手摟著一根剛砍下的大腿,肉血淋淋。桌上擺的,不是人的頭骨就是手臂。
各位讀者,你道這人是誰,他就是維薩留斯。這時他還只是一個十八歲的學生,但他對學校里傳授的人體知識很是懷疑。那時的醫學院全是學蓋侖的舊書,而這個蓋侖一生只是解剖豬、羊、狗,從未解剖過人體。既然沒有解剖過,那書又有何根據?維薩留斯年輕氣盛,決心冒險解剖來看個究竟。但是教義上說,人體是上帝最完善的設計,不必提問,更不許隨便去肢割。法律規定盜屍處以死刑。這種既犯教規又違法律的事必得極端保密才行,因此他就在自己院子的地窖里設了這間密室,偷得死人,解剖研究。不想今天不慎,事情敗露。他聽見響動,推門出來,忙將那個已嚇昏的士兵扶起,灌了幾口涼水。那兵慢慢睜開雙眼,不知這裡是陽間還是地府,好半天舌頭根子才會轉動。維薩留斯拿出些錢來打發他快走。這兵一是得了錢,二是看看這個地方著實可怕,答應不向外說。維薩留斯知道這個地方也再呆不下去,便趕忙收拾行裝到巴黎去了。
來到巴黎醫學院,維薩留斯便專攻解剖。這裡倒是有解剖課,但講課老師鞏特爾自己並不動手,只讓學生去死背蓋侖的教條。偶然遇有解剖時,便由一個理髮師來做。說來好笑,那時的理髮師和外科皆生是一個行當,就可知外科醫生的地位是很低下的,極受人輕視。但理髮師做解剖也只是有一點割肉刮骨的手藝,連個醫學術語也說不準。維薩留斯這麼一個矢志求知的人對這種玩笑似地教學法當然不滿,這樣學了兩年他實在不能忍受。這天鞏特爾又帶了一個理髮師來上課,他將蓋侖的講義往桌上一放,連看也不看一眼便向學生背了起來。維薩留斯騰地一下站起來說:「我們實在不想聽了,你每天總是這一套,像烏鴉坐在高高的椅子上,呱呱地叫個不停,還自以為了不起。」其他學生也都跟著哄了起來。鞏特爾只好帶著理髮師忿忿退席。這學院裡還有一位叫西爾維的老師,他教動物解剖,也發現了蓋侖的一些錯誤,但他卻不敢說出。一天維薩留斯拿看自己解剖的一個標本去向老師求教,他說:「蓋侖講人腿的骨頭是彎的,我們每天直立行走怎麼會是彎的呢?你看這解剖出來也是直的啊!」這位先生支吾了半天,囁嚅著說:「恐怕蓋侖還是沒有錯,現在的人腿直,只不過是因為後來穿窄褲腿之故。」維薩留斯聽完真是哭笑不得。標本就在手中,事實就在眼前,怎麼就是不肯說真話呢?
正是:
道理歸道理,事實歸事實, 舊理動不得,事實請委曲。
這巴黎醫學院也是當時歐洲有名的學府,卻還這樣荒唐,維薩留斯實在看著學不到東西,便憤然而去。
1337年末,他被當時歐洲的醫學中心,義大利的帕多亞大學醫學部聘請為教師,專門講授解剖。這裡條件稍好一些,他把自己多年辛苦積累起來的資料悉心鑽研整理。開始寫一本關於人體構造的書。1543年這本名為《人體結構》的書終於出版。書中破天荒第一次將人的骨肉、內臟準確地表示了出來。更讓人驚奇的是,除文字外還有300張精緻的木刻插圖,有3張全身骨骼圖,44張肌肉圖。這些圖和現在的解剖圖不同,竟還有一點感情色彩,例如那全身骨骼圖竟是一個農夫的形象,站在那美麗的田園背景之中,帶著勞動後的疲倦,七分沉思,三分悲哀。這明顯地帶有文藝復興時期達•芬奇藝術與科學相統一的傳統。這維薩留斯從盜屍割頭到出走巴黎,轉到帕多亞,多年的辛苦總算沒有白費。他在這本書中竟指出了蓋侖的200多處錯誤。他上解剖課,現場操作,仔細講解,指責舊醫學的陳腐毫不留情。一次講課中,他將蓋侖的文獻隨手一揚,像撒傳單一樣拋向空中,說:「這全是一堆廢紙,我們還學它何用?」他又指著解剖標本說:「真正的知識在這裡。我們不應該只靠書本,要學會靠自己的眼睛去觀察,要用自己的手親自去摸一摸,這才是真知呀!」
維薩留斯這樣大膽地著書講學倒是痛快,但是教會哪能容得下他這個狂人。他們先是鼓動輿論對他諷刺攻擊,不久乾脆缺席宣判了他的死刑。這位才可補天的勇士、學者,真是有力無處使,有怨無處說。這天維薩密斯知道了教會要迫害他的消息,便夾著《人體結構》走來上課。他站到講台前,淚眼掃了一下這些年輕人。他們許多人正是自己當年盜屍求知的年齡,許多人是慕他之名而來學習的,不覺那淚珠兒在眼眶裡滾動。學生見敬愛的老師半天無語,不知出了何事。這時維薩留斯走到壁爐前點起一團火苗,然後將書抖開,一下燃成一團大火。學生們這才知道老師今天要燒自己的著作,急忙上去搶。維薩留斯卻以目制止,說了一句:「我永遠不能為你們上課了!」那一滴眼淚終於跌落在桌子上,摔成八瓣。
要知維薩留斯命運如何,且聽下回分解。
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第十五回
說真話 又一偉人被燒死,擺事實 生理科學終問世
——血液循環的發現 上回說到維薩留斯出版《人體結構》一書後,教會判他死刑,並通緝追捕。維薩留斯抱著自己一生冒死寫成的著作在課堂上當眾付之一炬,與學生們灑淚而別。從此他就離開義大利,遁入茫茫塵世,至老而不知所終。
但是在研究人體的這班人馬中,除維薩留斯外還有一位塞爾維斯(1529-1553)也是一個敢於叛逆的怪人。他本生長在西班牙,因寫了反神學的文章而被流放到國外,便在巴黎研究醫學。蓋侖的經典醫學書上說,人身上的血是由肝臟製造的,然後流到全身,由各處吸收,不再返回。而塞爾維斯經過解剖和觀察發現血液是從左心室通過肺動脈進入肺部,在肺血管中靠呼吸來的氧而改造成紅色,進入肺靜脈,再返回心臟,這便是肺循環,即小循環。這是一大發現,可在當時卻遭到一場大禍。當時人的習慣是,經典上說甚麼就是甚麼,只須看書,不必觀察實驗。特別對於人體,這是上帝所創造,只有權威者才能解釋,怎能輪上一般凡人來妄加議論。誰要提出不同意見,便是有違上帝,自然要處以極刑。布魯諾就是一例。塞爾維斯也是個寧折不彎,不肯說一句假話的人。一次,他居然將蓋侖的著作拋到火里說:「讓這些胡說八道去見上帝吧。」這一下可不得了,大主教加爾文來找他的麻煩,將他逮捕起來,要他當眾認罪。殊不知這塞爾維斯和布魯諾一樣也是個極有骨頭的人,寧死也不肯放棄自己的觀點。結果正在維薩留斯的《人體結構》出版十年之後, 1553年10月23日便被加爾文用大火燒死了。其慘狀與前面寫過的布魯諾受難不相上下,筆者這裡實在不忍再述,只從恩格斯的一句話里就可知一斑:「塞爾維斯正要發現血液循環過程的時候,加爾文便燒死了他,而且還活活地把他燒了兩個鐘頭。」
正是:
為求真知不惜身,明知有虎虎山行, 死亦不怕何懼火,真金一塊留後人。
正如革命事業一樣,科學事業也前仆後繼,自有後來人。在醫學研究上維薩留斯之後有個塞爾維斯,塞爾維斯之後又出了一位人物,這就是英國的哈維(1578-1657)。這哈維16歲入劍橋大學,後立志要學醫又到義大利的帕多亞大學求師,在這座20年前維薩留斯曾講過學的大學獲得醫學博士學位,32歲便成了皇家醫學院的會員。他醫術高超,先後擔任了國王詹姆斯一世和查理一世的御醫。他研究醫學不但像維薩留斯、塞爾維斯那樣重視觀察,還進一步對比實驗。這天哈維在一間大教室里準備了一個講座,他事先宣布將有驚人的發現公布於世。被邀請來聽講的有政界的頭面人物,有自己的一些好友,還有許多自動來看熱鬧的市民。這個講座卻也奇特,前面除黑板、粉筆之類的教學用物外,桌子還有幾籠子小動物。人們入座後靜悄悄地都想聽聽哈維到底有甚麼高論。誰知哈維往前一站並不說話,卻嗖地一下從鐵絲籠子裡提出一條數尺長的青花蛇來。前排的人大吃一驚,忙向後面躲閃。哈維卻微笑著將蛇撫摸
一下,平放桌上,撿起一把小刀,「嘶」地一下,拉開個一寸長的口子。這時他才開講:「我先來講一下心臟在人身上到底有甚麼用。我今天選擇蛇來演試,是因為這類冷血動物心臟收縮間歇長,容易看清,而且心臟露出體外後還能繼續跳動一會兒。你們看,現在它一收縮就變白了,這說明血液被擠出心房,再一擴張時又紅了,這說明血又進了心房。心臟在人體內就是這樣一個小泵,一輩子不停地一收一縮,將血液在全身鼓盪運行。」這時幾個膽大一點的人便真地圍上去看這條心臟還在收縮的蛇。哈維乘大家議論之時,便返身在黑板上寫下:1、心臟的功能。接著,他又從另一隻籠子裡提出一隻兔子,他摸住一個地方說:「這是動脈,心臟收縮,血進入動脈,所以它就變粗。現在我們就來具體觀察一下。」話猶未了,他一刀切開那根動脈管,血就如箭一般地射出來,前排的人又是一驚,一陣騷動。他又轉身在黑板上寫道:2、血在血管里的流動……
下面坐著的不是些小姐少婦,就是達官貴人,還有那街上隨時擠進來的行人,他們何曾見過這種場面,聽過這種演講。只見哈維那雙血淋淋的手,一會操起寒光閃閃的尖刀,一會又拈起粉筆頭。有膽小的早嚇得不敢作聲,有的則悄悄罵這個劊子手醫生,有認真研究問題的便站起來高聲說:「哈維先生,按照蓋侖的說法,血是從肝流到全身後又被吸收的,就算你說是從心臟流出的,又怎麼證明他不是被全身吸收掉了呢?」哈維笑一笑說:「你問得很好,現在我們讓數學來幫醫學的忙吧。你看,這隻兔子的血已經流完,共有這麼一小碗。如果是肉能吸收血的話,只這麼一小會兒怎麼能吸收這麼多呢?我測定過,人的心臟每跳動一次,可以擠出二英兩血,每分鐘跳72次,20分鐘送出的血就相當於一個人的體重,如果這血不循環回去,身體裡那有這樣快的速度來不斷製造它呢?」這時又有一人站起來發問:「哈維先生,你雖然解剖了80多種動物,但人總是和動物不同,你又怎麼能證明人體的血液也是在循環著的呢?」
「請放心,我不會在這裡用刀解剖自己,可是我卻可以證明這個道理。」哈維一邊開著玩笑,一邊拾一根繃帶,在自己的肘下緊緊地扎了一圈,說:「請你們誰來摸摸,你看這動脈血管靠近心臟的一頭是鼓的,另一頭卻是癟的,靜脈血管又正好相反,這不正說明血是從心臟出來,在身上繞了一圈後又返回心臟嗎?」這下教室里突陷入一片沉靜,人們開始相信這個新奇的推論了。哈維見再無人提問,又轉身寫道:3血液的循環路線:
大靜脈→心臟(右心室)→肺動脈→肺靜脈→心臟(左心室)→大動脈
這次演講之後哈維名聲大震。可奇怪的是上門求醫的人反倒突然減少。後來才知道是因為那天他那血淋淋的雙手著實嚇壞了不少人,這個文靜的醫生竟如此刀下無情。也有人說他膽大妄為,靠殺幾隻小動物,搜集一點證據就要來推翻聖人蓋侖,於是乾脆送他一個外號叫「循環醫生」,這個詞在拉丁文里是走江湖賣藥的意思。哈維聽到這些倒並不以為然,他哈哈一笑說:「正好,上門的人少點,我可以騰出手來去寫我的書。」於是他便將十幾年辛苦積累的解剖資料分門別類,悉心推敲,專心著起書來,到1628年,一本《心血運動論》終於問世。別看這本只有67頁的小冊子,卻是一座醫學史上的里程碑,它徹底推翻了蓋侖在醫學界統治了1400多年的理論。後來恩格斯都認為是「哈維發現了血液循環而把生理學(人體生理學和動物生理學)確立為科學」的。這年他正好50周歲。他已經估計到這本書會遭到傳統勢力的反對,所以在書中特別小心地寫了一段聲明:
「關於血液流量和流動原因方面尚待解決的問題是如此新奇獨特,聞所未聞。我不僅害怕招致少數人的嫉恨,而且想到我將因此與全社會為敵,不免不寒而慄。匱乏和習俗已成人類的第二天性,加之過去確立的根深蒂固的理論,還有人們尊古師古的癖性,這些都嚴重地影響全社會。然而木已成舟,義無反顧,我信賴自己對真理的熱愛,以及文明人類所固有的坦率。」
哈維的這本《心血運動論》出版後自然引起一場大轟動,朋友們紛紛祝賀,而蓋侖學派的守舊份子卻群起反攻,不過他們都拿不出什麼證據,哈維倒也不怎麼介意。這天又有一位醫生捧著那本新印出的《心血運動論》上門求教。他一進門就將書「啪」地一聲摔在桌子上,拖長聲調說:「好一個新理論,沒有弄清事實就敢吹什麼發現了循環,真是欺世盜名。」
「你怎麼知道我沒有事實,書中不是清清楚楚地記錄著解剖事實嗎?」哈維以為這又是一個舊經典的衛道士殺上門來,也沒好氣地拍案而起。
「朋友,先不要著急。你說靜脈、動脈它們一頭通過心臟、肺臟來交換相通,那另一頭呢?」
「另一頭像大樹變成細樹枝一樣布滿全身,然後相通。」哈維大聲回答。
「在身上靠什麼相通,請拿出證據。」
這一問不要緊,哈維一下跌坐在椅子上。看來此人真是個行家。他的理論,所有的事實已經拿到九十九分,可是就差這一點他實在捕捉不到,所以到現在也只能算是一個假設,此人怎麼會抓得這麼准。他這想著,不覺心裡一慌,一時又答不出話來,臉上滲出了一層薄汗,就忙客氣地說:「請問貴客尊姓大名?」
來客見狀忍不住「噗哧」一聲笑出聲來,輕輕道出了自己的姓名。哈維一聽驚呼一聲,原來是你。
來人究竟是誰,且聽下回分解。
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第十六回
恍當一聲 千年聖人被推翻,寥寥數語 滿座論敵皆無言
——自由落體定律的發現 上回說到哈維出版了《心血運動論》,發現了血液循環,名噪歐洲。突然有一不速之客登上門來,質問哈維靜脈、動脈相通有何解剖根據。這一問正中哈維的要害,他連忙恭敬地請教來人。讀者各位,你道來者是誰?他是義大利醫生馬爾比基(1628-1694),也是一個積極研究血液循環的人,當下兩人坐下切磋交流一番。直到哈維死後又過了四年,就是這個馬爾比基終於發現了動脈和靜脈之間是靠一種更細的血管相通,他將其命名為「毛細血管」。血液循環理論至此才大功告成。
讀者你想,在十六世紀近代科學興起之後,科學與教會的鬥爭是何等地你死我活,如火如荼。雙方在長長的戰線上,這裡戰鼓如雷,那邊殺聲震天。這裡我先按下生理科學這頭不提,再說說天文和物理那路大軍。
話說1600年2月17日,羅馬宗教裁判所咬牙切齒地將布魯諾燒死在鮮花廣場之後,正慶幸他們制服異端的勝利,卻不知,這時在義大利的比薩城裡,一個比布魯諾更可怕的叛逆已經成長起來,他便是近代物理學的鼻祖伽利略(1564-1642)。
原來,在伽利略之前,一切科學、哲學問題,全部包括在亞里斯多德(前384-322)的學說里。後者可是一位古聖人,他的思想被奉為金科玉律。當時,要是有學生提出一個問題,老師只消一句話:「這是亞里斯多德說的」,問者便不敢再生懷疑。而伽利略卻與眾不同,凡事,不但喜歡多想一想,還要去試一試。他的父親是一位數學家和音樂家,因家境貧寒,不讓他再學不能賺錢的音樂和數學,而送他到比薩大學去學醫。可是,他學醫不用功,卻對數學、物理格外有心。21歲那年,父親見他這樣不聽話,一生氣,再不給他學費,他只好退學。但是,四年之後,因他在數學、物理方面自學的成就,伽利略被母校聘請回去任數學教授。他一登上大學講台,可不是像其他人那樣照宣亞里斯多德的教條,而是大力提倡觀察和實驗。
這在當時的學者看來,簡直是一個不知天高地厚的瘋子。1590年,25歲的伽利略,對亞里斯多德的一個經典理論提出懷疑。亞氏說,如果把兩件東西從空中扔下,必定是重的先落地,輕的後落地。伽利略卻認為是同時落地。這自然沒有人相信他的,於是他決心搞一次實驗,讓人們親自看看。
說也奇怪,這比薩城裡有一座斜塔,拔地之後,卻向一邊斜去。這塔建於1174年,開始還是直的,但建到三層時開始偏斜,只好停工。過了94年後人們終不死心,又繼續施工。最後共修了八層,高54.5米,重一萬四千二百多噸。沒想到這個偶然的施工錯誤,倒造成了世界上獨一無二的名勝。說起義大利的斜塔,誰人不知,何人不曉。
再說這天,年輕的伽利略宣布要進行一次試驗,一班教授大為不滿,便一起到校長面前告他的狀。校長轉念一想,讓他當眾出一次丑,也好殺殺他的傲氣。這時,早有一班喜歡新奇的學生,將他們的老師伽利略擁到塔下。一會,伽利略便爬上斜塔七層的陽台。塔下已是人頭按動,比薩大學的校長、教授、學生,還有許多看熱鬧的市民,將斜塔圍了個水泄不通。就在這時,也還是沒有一個人相信伽利略會是對的。人們正在疑惑,只見伽利略將身子從陽台上探出,左右雙手各拿一個鐵球,一個比另一個要重十倍。當他兩手同時撤開時,只見這兩隻球從空中落下,齊頭並進,眨眼之間,恍當一聲,同時落地。塔下的人,一下子都懵了。先是寂靜了片刻,接著便嗡嗡地嚷作一團。這時,伽利略從塔上走下來,校長和幾個老教授立即將他圍住說:「你一定是施了什麼魔術,讓兩個球同時落地。亞里斯多德是絕對不會錯的。」伽利略說:「如若不信,我還可以上去重做一遍,這回你們可要注意看看。」校長說:「不必做了,亞里斯多德全是靠道理服人的。重東西當然比輕東西落得快,這是公認的道理。就算你的實驗是真的,但它不符合道理,也是不能承認的。」伽利略說:「好吧,既然你們不相信事實,一定要講道理,我也可以來講一講。就算重物下落比輕物快吧,我現在把兩個球綁在一起,從空中扔下,按照亞里斯多德的道理,你們說說看,它落下時比重球快呢?還是比重球慢?」
校長不屑一答地說道:「當然比重球要快!因為它是重球加輕球,自然更重了。」
這時一個老教授忙將校長的衣袖扯了一下,擠上前來說:「當然比重球要慢。它是重球加輕球,輕球拉著它,所以下落速度應是兩球的平均值,介乎重球和輕球之間。」
伽利略這時才不慌不忙地說道:「可是世上只有一個亞里斯多德啊,按照他的理論,怎麼會得出兩個不同的結果呢?」
校長和教授們面面相觀,半天說不出話來。一會兒才突然醒悟到,他們本是一起來對付伽利略的,怎麼能在伽利略面前互相對立起來呢?校長的臉一下紅到脖根,氣急敗壞地喊道:「你這是強辯,放肆!」這時圍觀的學生轟地一聲大笑起來。伽利略還是不動火,慢條斯理地說:「看來還是亞里斯多德錯了!物體從空中自由落下時不管輕重,都是同時落地,就是說物體無論輕重,它們的加速度是相同的。」
正是:
物體從空自由下,輕重沒有快慢差。 你我一個加速度,共同享受九點八。
別看伽利略慢慢說出這句話來,這卻是物理學上一條極重要的定律:自由落體定律。它導致了以後一系列重大的科學發現。請大家記住,這年是1590年。
再說當時校長和那一群教授聽了伽利略的這幾句話,半天竟無人能再想出一句反駁的話來,試驗可以不信,理又講不過這個年輕人,眼看看他們所崇拜的千古聖人亞里斯多德,就這樣,被這個初生牛犢,輕易地推翻了。那一群青年學生,看見自己的老師得勝,轟笑著將伽利略擁載而去。校長和那班教授,在塔下氣得又瞪眼又跺腳,咬著牙,狠狠地說:「等著,有你高興的時候!」
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第十七回
撥雲望月 天上原來沒有天,衣錦還鄉 明人也會做蠢事
——望遠鏡的發明 上回說到25歲的伽利略,年輕氣盛,當眾做了落體實驗,駁得那班老教授們啞口無言。亞里斯多德的信徒們,恨得牙根發癢,真想找藉口把伽利略趕出校門。過了不久,這藉口真叫他們給找到了。這比薩城所在的佛羅倫斯公國公爵是柯斯摩,他有一個私生子,學識不深,卻好出風頭。有一天,這人花巨資製成了一架挖泥機械,要去疏通海港。伽利略看了他的機器,說:「這怕是行不通的。」這一句話得罪了公爵,別人又乘機說了許多壞話,於是伽利略被趕出了比薩大學,教授的飯碗也沒了。
伽利略有不少朋友,靠著大家的幫忙,他來到了威尼斯的帕多瓦大學任教。而威尼斯早被教會摒棄,不受什麼宗教裁判所的限制。義大利不少學者都逃來這裡,自由地討論學問。伽利略一來便廣招門徒,積極社交。他從父親那裡學來的一手好琵琶常常成了晚會上最吸引人的節目。這伽利略風流倜儻,才華橫溢,在他周圍很快形成一個熱鬧活躍的圈子。這時期,他進行了關於地球磁力的研究,發明了複雜的指南針,還有溫度計。成果纍纍,多不勝數。我們現在印象最深的是伽利略發現的那些基本定律,實際上當時人們最崇拜的是他的那些小發明。他玩弄這些東西有如變魔術一般,直把那些凡夫俗子弄得神魂顛倒,嘆為觀止。他愛吃喝,好交際,要搞試驗,常感錢不夠花。於是他又開了一個小鋪子,出售自己發明的天平、腳規、擺錘等,生意極好。他真是名滿威尼斯。
1609年8月21日上午,天氣晴朗,海風習習。伽利略拿著一個一尺來長的圓筒,身後簇擁著一群人,登上威尼斯城的鐘樓。跟在後面的人們都知道十九年前伽利略登高做了一個有名的斜塔實驗,今天大約又要出奇,所以誰也不說話,只是拾級而上。這時他們已到樓頂,極目望去,只見亞德里亞海灣里碧波萬頃,水天一色,這正是觀海的好天氣。伽利略將那固筒架在眼上說:「諸位,可曾看到海上有什麼船隻?」大家齊聲說:「海上乾乾淨淨,並無一帆一船。」伽利略說:「天邊正有兩隻三桅大商船向我們駛來。」說著他將那筒遞給大家。果然,人們從筒中望見兩艘大商船鼓滿風帆,破浪而來,把那些人都驚呆了。他們又將圓筒轉向西邊的市區,透過開著的窗戶,一般人家正在吃飯、下棋、幹活,都看得清清楚楚。一個跟隨伽利略前來的小官僚看此情景,忙將圓筒放下,大叫道:「這個可怕的魔筒,威尼斯城有了它真不可設想,我要回去告訴我的妻子,叫她千萬不要到陽台上去洗澡了。」大家一陣鬨笑。說話間,剛才在筒里看到的那兩隻商船已漸漸在海天之際顯了出來,人們又是驚嘆一番。原來,前些日子,伽利略聽說荷蘭一個眼鏡商將兩片凸凹鏡片疊在一起,製成了一個能放大三倍的望遠鏡,他很快便明白了這其中的道理,又重新作了改進,現在這個望遠鏡已能望遠30倍了,今天他特地到鐘樓上來,向人們演試一番。演試先後,他將這寶物獻給了威尼斯公爵。公爵大喜,隨即下令聘請他為帕多瓦大學的終身教授,年薪五千元。
正是
阿翁有鏡能燒船,伽郎鏡能抓來船。 方信真有縮地法,十里猶如一尺間。
其實,伽利略發明望遠鏡決不是為了玩玩新奇。在暗地裡,他早就是一個哥白尼學說的擁護者,只是還沒得到更多的觀察數據。現在他發明了望遠鏡後,便可把鏡頭直指天空,好去驗證哥白尼講的是否正確。1610年1月10日晚上,天氣格外晴朗,他又架起望遠鏡觀察月亮。有好半天,他的眼睛沒有離開望遠鏡筒。他發現如明鏡般的月亮根本不是我們肉眼所見的那樣光潔,上面竟是山巒起伏,溝壑縱橫。「原來天上地下一個樣啊!」他失聲地大叫起來。幽默的伽利略當即將他觀察到的最高的一座山用阿爾卑斯山來命名。他再將鏡口轉向木星,發現木星也和地球一樣,有月亮似的衛星,而且居然有四個之多。按照傳統的托勒密天文學的觀點和聖經所講,那「天」是一個環繞地球的,里三層外三層晶瑩透亮的天殼。天空的星就分別鑲在各層的殼子裡。可是現在看到的這些星還能繞著別的星轉動,哪裡還有什麼固定的天殼?他再將望遠鏡指向銀河,哪有什麼河,原來是無數的星座,多得數也數不清。伽利略發狂了,他推開望遠鏡大聲喊道:「發現了,發現了,哥白尼是對的,布魯諾是對的,群星在動,地球在動,太陽在動,天上原來並沒有什麼天啊。那些星球上的人看我們的地球也是天上,他們要信上帝的話,一定以為我們這裡的人便是上帝。」和他一起觀天的朋友嚇得不知所措,忙上去堵住他的嘴說:「哎呀!我的老友,你瘋了,你忘了十年前燒死的那個人嗎?你不想活了?看在你兒女的份上,你也少惹點禍吧!」
但是伽利略今天是真正激動了。他更大聲地嚷著:「哥白尼是靠假設,布魯諾是靠計算,而我們有了這個望遠鏡,可以直接觀察,也可以讓那些不相信事實的人來觀察。要知道,他們的亞里斯多德,托勒密當初並沒有望遠鏡啊,可是現在我有了,我有了,看他們還有什麼話可說。」可是那些迂腐的老教授還是有話可說。他們道:「這些衛星既是肉眼看不見的,當然對我們沒有什麼影響,既沒有影響便沒有用處,因此它也就不存在。」這可真是掩耳盜鈴,伽利略也不再理他們了。
伽利略關於星空的大發現又一次轟動了威尼斯城。連日來他到處作報告,到處被人邀請,但是他也沒忘記偷閒參加一些舞會、宴會。這天,在幾個好朋友為他舉辦的一次宴會上,他一進門,大家就起身歡迎,連聲問道:「伽利略先生,這幾日又有什麼新的想法嗎?」伽利略將手套摘下,神秘地說:「我有一個新的發現,就是我突然覺得.我應該回佛羅倫斯去。」滿座賓朋頓時愕然。原來當初把伽利略趕出比薩大學的那個科斯摩公爵已經死去,現在是科斯摩二世即位,於是伽利略動了還鄉之念。他當即掏出一封給新公爵寫好的信,向大家念道:「我請求回到您的身邊,我將用您可貴的姓氏為新發現的星球命名。我是您忠誠恭順的僕人,作為您的臣民降生,乃是我最高的榮耀。我萬分渴望親近您,您是初升的太陽啊,把這個時代照亮。」朋友們聽了這封信很不高興,有的竊竊議論,說這有點近於阿諛了。有的大聲喊道:「您為什麼不繼續留在自由的威尼斯,而要去自投羅網呢?」伽利略說:「我不會忘記,當年我是被趕出來的。現在和那時相比,我已大不一樣,何不回到自己的家鄉,去出出那口惡氣?公爵已經答應我做他的宮廷數學家,那是多麼榮耀的地位,我怎麼能在這裡屈身一輩子呢?」
幾天之後,伽利略不聽朋友們的勸告,收拾行囊,踏上了通往佛羅倫斯的歸程。這是他一生中干的第一件大蠢事。從此他就開始大禍臨頭了。
欲知後事如何,且聽下回分解。
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第十八回
大主教家中宴遠客,伽利略羅馬上大當
——日心說又一次遭禁止 且說伽利略不聽朋友們的勸告,回到佛羅倫斯作了宮廷數學家後,自然是名位顯赫,十分滿意。他仗著自己是公爵請回的客人,又憑著手中掌握的科學證據,便到處演試,到處作報告,毫無一點顧忌。可是他哪裡知道,當年的那班宿敵決不會讓他這樣得意下去。
1616年春天,伽利略突然接到邀請,要他去羅馬講學。教會的主教、神父和許多科學家、神學家給他以盛大歡迎。他那關於新星的發現、銀河的觀察、太陽上黑子的移動等等,是人們聞所未聞。羅馬城裡的人們議論紛紛:「哥倫布發現了新大陸,伽利略發現了新宇宙。」
這年3月6日,在紅衣主教貝拉爾明的家裡,正準備舉行一場化妝舞會。那些有身份的紅男綠女穿著節日禮服,手持用硬紙殼製做的各種動物假面具,有貓,有狗,有羊,有兔,跳舞時便戴在臉上,專要享受那種使對方不知底細的樂趣。舞會前先舉行豐盛的便宴。這時,伽利略在主教和一群教會天文學家、數學家的陪同下步入客廳,全場立即起立鼓掌。貝拉爾明先致辭歡迎:「今天,伽利略先生能從佛羅倫斯遠道來到這裡,真使我們的舞會增光不少。我們知道近來伽利略先生對天體的研究和對聖經的理解又有許多新的觀點,今天還有許多教會學者與伽利略先生同餐共聚,這也是一次神學界的盛會。」隨即他吩咐人拿好酒來,又把伽利略讓至正位。伽利略在羅馬已逗留十多日,他雖到處講演,但還從未正式傾聽過教廷對他這些新發現的態度,所以心裡總有些忐忑不安。酒未三巡,席不暇暖,急躁的伽利略便忍不住了:「主教大人,我送給您的報告,不知可曾看過。如有什麼地方要詢問的,我可隨時向您說明。」貝拉爾明微微呷了一口酒,並不答話。倒是那個作陪的天文學家插進來說:「伽利略先生,我一直想請教一下。您說,根據望遠鏡觀察,金星的位相在不斷變化,這說明行星,也包括我們地球,都在繞太陽轉動。可是這些,我們靠肉眼並看不到啊。上帝給了我們一副明亮的眼睛,既然連眼睛也看不到的現象,那當然是不存在的了。」
「不對!」伽利略放下酒杯說:「上帝給了我們明亮的眼睛,還給了我們聰明的頭腦,眼睛不夠用時,便要想出辦法來去補充它、擴大它。」
「不,只有眼睛才最可靠。你發明的那些望遠鏡,是要給眼睛造成錯覺,是瀆神的玩具,是要讓人們在醜惡的玻璃片中看到一種假的反射。」
「先生,」伽利略有點不悅了,「您如果以為念一念咒就能把這些新發現的星嚇跑的話,那末免太可笑了。「
這時一直沒有說話的大主教貝拉爾明,將酒杯放在桌上慢條斯理地說:「你們不必再爭,是上帝規定眾星繞地球運行。現在伽利略先生提出要讓眾星去繞太陽運行,這就是說,上帝還不如我們中間的一個普通人聰明,而要我們幫他去改正錯誤。」伽利略立即站了起來,用手在胸前畫了十字,恭敬地說:「主教大人,我是教會虔誠的孩子。我想,我們對聖經的理解,有時也會有錯誤。我以我的發現如實地向教會報告,我不敢欺騙上帝。」
貝拉爾明馬上站起身說:「啊,伽利略先生,恕不必緊張。今天我們是在家中跳舞、喝酒、閒談。不過,我以朋友的身份要向您提出一個忠告,關於對聖經的解程,教會的科學家們自然有正確的答案。現在我請您看一件東西。」
他言猶未畢,早有一個文書捧上一捲紙來,打開一看,是教廷昨天晚上才作出的一項新決議:
「太陽不動地居於宇宙中心之說,是虛偽和荒唐無稽的。因為它違背聖經,是異教邪說。同樣,地球不位於宇宙中心,而能晝夜自轉,至少從神學觀點來看也是罪孽深重的。從今天開始,哥白尼的一切著作及擁護他的有關著作一律列為禁書,不得再出版發行。」
伽利略頹然靠在椅子上:「這就是說,今後我,不,所有的人,再也不能進行這方面的研究了?」貝拉爾明微笑地向伽利略敬上一杯酒:「不,只要是不知道的東西,教會認為還可以研究。你可以用數學假設去研究。我今天不過是受教皇之命特地向您轉告教廷的決議。」
他一側身,文書立即遞過一張紙。這是他們剛才的談話記錄。貝拉爾明提起一支筆來:「伽利略先生,還是請您簽個字,保證執行這項決議吧,您說過,您是教會虔誠的孩子。」
伽利略將手中端著的一杯酒一仰脖子倒進肚裡。昔日最愛喝的紅葡萄酒,今天變得又酸又苦。他借著酒勁微皺了一下眉頭,心想,這不是明明往我脖子上套枷鎖嗎?但教廷的旨意那敢抗拒?何況這不過是一紙空文,就權且應諾了吧。他接過鵝毛筆,草草簽了名,這時響起一片掌聲,原來人們早就注意看這邊的談話,見一場爭論了結才都鬆了一口氣。貝拉爾明立即滿面春風:「伽利略先生,請跳舞吧,大家為我們已等候多時了。」說著他自己戴上一隻兔子面具,踏著音樂聲向舞場中心走去。這舞會的場面,伽利略不知經過多少次,今天這優美的音樂卻使他十分煩躁。他隔著人群的肩膀看看那隻來回擺動的「兔子」,白耳朵,紅眼睛,多麼善良的面孔,但誰知面具後面藏著什麼樣的禍心啊。六年前就是他主持將布魯諾活活燒死的。想到這裡不由打了一個寒顫,腳步也越來越亂,他真後悔自己到羅馬來。
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第十九回
施巧計巨人再寫新巨著,弄是非主教又出壞主意
——力學、天文學巨著《對話》的問世 伽利略自從在羅馬簽字保證再不宣傳哥白尼學說回到佛羅倫斯之後,整日悶悶不樂。他想研究的事不能去研究,他想大聲呼喊卻又不敢,只有獨自在屋子裡自問自答,作著各種假設,各種計算。這樣一直過了九年。
這一天,伽利略來到佛羅倫斯郊外的一所修道院。由於這幾年境遇不好,他的身體已大不如前。他在修道院內的林蔭小道上蹣跚地走著,兩眼茫然地看看前面,他的視力也已不佳了。這是因為前幾年他曾得過一次癱瘓病,留下了這些後遺症。和當年在斜塔上做實驗時的那個英俊少年相比,可真是判若兩人。這時修道院二樓上的一扇窗口裡,閃過一個年輕女人的影子。一會兒她便匆匆地奔下樓,向伽利略跑來。她喘著氣,跑到伽利略的面前,一下跪倒在地,拉著他的手吻著,喊著:「爸爸,您怎麼又來看我,您身體不好,跑這麼遠,您看,渾身都汗濕啦。」這是伽利略最喜歡的女兒,叫舍勒斯特。伽利略並未正式成過親,他有一位情婦,為他生了二女一男。其中就數這個舍勒斯特聰明漂亮。她本來已和一位名門子弟訂婚,但是自從伽利略在羅馬被警告後,人家怕受牽連,這門婚事也就突然告吹了。舍勒斯特一夜哭成個淚人,天明之後取出嫁衣,撕得粉碎,便投身到這個修道院裡,做了修女。伽利略總覺得自己對不起這孩子,常來這裡看望她。女兒攙著他虛弱的身子,在修道院的林蔭道上慢慢地走著。突然,一陣鐘聲,修女們一起跑下樓向教堂里跑去。伽利略攔住剛走下樓的修道院長問:「出了甚麼事情?」院長是認識伽利略的。他常來看望女兒,還常幫院裡修修掛鍾,也常給院長送點禮物。可是今天見面,她也來不及問候,便急急答道:「啊,伽利略先生,您還不知道,教皇去世了。烏爾班第八已即位當了新教皇啦。」「甚麼?您說誰即位了?烏爾班第八,可是那個叫巴爾庇里尼的紅衣主教?」「是他,是他,和你一樣,也是個愛占星觀天的人。」伽利略未等院長說完,立即轉身來大聲說:「孩子,我的舍勒斯特,你在這裡靜心住著吧,我們的好日子快來了。」他那雙已渾濁的眼睛,突然放出奇異的光采。他將手臂上掛著的一籃蘋果匆匆遞給院長說:「給您,這是我的學生從鄉下帶來的。」話末說完,便返身大踏步地走了。那矯健的身影,使人感到好像他從未得過病一般。
伽利略一口氣跑回城裡他那間陰暗陳舊的小屋,一把推開了門。桌子上擺滿了地球儀、腳規、望遠鏡,還有幾樣小機械模型,牆上掛滿星表。他的忠實的學生沃雅尼,還有老朋友,佛羅倫斯城裡的一個老鏡片匠,正伏在桌上搞著小試驗。他們一抬頭,見他大汗淋淋的樣子,忙站起來齊聲喊道:「外面出了甚麼事?」
「出了大事啦,出了好事啦!你們可知道,老教皇死了,就是那年在羅馬發布對哥白尼學說的禁令,逼我簽字的那個老教皇死了,這下,我們自由了。我們又可以飛向宇宙了。」
鏡片匠倒不以為然,他擺弄著桌上的望遠鏡說:「老的死了,還會有新的。伽利略先生,您恐怕想得太樂觀了吧!」
「不,烏爾班第八是我的朋友,他也愛好天文、數學。當然,我們也不敢太隨便。當年主教不是說過允許用數學假設去研究嗎?我們這回不要直接講解,而是通過虛構的人物對話,把這幾年的研究成果統統寫出來。只要能公布於世,有頭腦的人一看就會明白。」
「怎麼來安排對話呢?」沃雅尼瞪著一雙又喜又驚的大眼。
「孩子們,你看。就像我們三個人一樣,在這裡閒聊天,一連聊它四天。一天討論一個力學、天文學方面的問題,將這幾年亞里斯多德、托勒密與哥白尼兩個體系的論爭全盤端出。三個人的名字我也想好了,一個叫薩爾維阿稱,他思想深沉,才華過人,代表哥白尼;一個叫沙格列陀,他思路敏捷,言詞犀利,讓他來充當中間裁判人;還有一個叫辛普利耶,是個六世紀時期的歷史人物,他盲目崇拜亞里斯多德,是亞氏著作的權威注釋家。我們就用他的名字,讓他來代表那個頑固的亞里斯多德和托勒密。好,我要讓薩爾維阿蒂和沙格列陀去聯合進攻辛普利耶,要匯集一切能證實哥白尼學說的論據和理由去推翻亞里斯多德和托勒密體系。只是我們自己——作者一定要裝扮得超脫一點。」沃雅尼一聽,一下高興地跳起來,上去一把抱住伽利略:「老師,這回我們可要解解心頭之恨了,可要向亞里斯多德的教廷出出這口憋了九年的怨氣了。」老鏡匠也笑得眉頭舒展,嘴合不攏,說:「伽利略先生,你就快寫起來吧。」
這本取名叫《關於托勒玫和哥白尼兩大世界體系的對話》(簡稱《對話》)的巨著從1624年動手到1632年才寫成。伽利略還很小心地寫了一篇序。果然,此書蒙過了教會的檢查,當年就在佛羅倫斯出版了。這本書一出版,立即像一股旋風,數月之內便橫掃整個義大利。一個被禁止了十六年的幽靈又復活了。人們又到處議論著哥白尼的日心說,傳閱著伽利略的新著,被書中那幾個活靈活現的人物和精闢的哲理所吸引。一時無論是政治文章,文藝作品,甚至街頭賣唱藝人的歌謠,都樂意吸收和宣傳這個新思想,甚至連天文學都成了節日遊行的題目。
這本書當然也早就傳到了教會當局的手裡。這天早晨,教皇烏爾班八世正坐在自己的書房裡翻閱著伽利略的那本《對話》。論私交,伽利略和他是朋友:說學問,他得稱伽利略為老師。這個教皇可真有點特殊。桌上,這頭擺著聖經,那頭擺著數學、物理。牆上掛著聖母像,又貼著星表。他對科學本來是有一些愛好,現在又當了教皇,便決心要用科學解釋聖經,用神學來統帥科學。伽利略的這本新著,他自然要重點研究一下。這時,他正在看一個爭論多年的老問題:如果地球會轉動,那末,人們只要雙腳用力往上一跳,落下時就會不在原來的位置。烏爾班八世將身子更低地伏在案上,用細長的小指甲比著書上一行行的字,急著看伽利略怎樣回答。伽利略在書的字中早有申明,自然不會自己去說,他讓聰明的薩爾維阿蒂講了一個故事:
「你和你的朋友乘一艘大船就要出海旅行了。你們坐在甲板下的大艙里。艙里還帶看幾隻蝴蝶、蒼蠅和幾隻小飛蟲。桌子上有一個大碗,碗裡有幾尾小魚。船還沒有開,魚在自由地游,飛蟲在自由地飛。你雙腳起跳還會落在原地,你給朋友扔東西,不管朝前,還是朝後,都覺得只需要用同樣大的力。這時船開了,它在勻速地航行,而且速度很快,只是不左右搖擺。這時你再拚命往高跳,落下時還在原地。你再向朋友扔東西,無論是順著還是逆著船的航行方向,仍然是只需要用同樣的力。而且那些小飛蟲,也不會因船向前行,便被甩到船尾。
魚在碗裡輕鬆自如地游,也不會顯得向後游時比向前游更費力氣。這就是說,要是站在正在運動著的船上,你我根本無法從其中任何一個現象判斷船是在運動,還是已經停止。」
讀者注意,這就是那個很有名的薩爾維阿蒂大船的故事,它講出了運動和靜止是相對的原理——伽利略相對性原理。當時從根本上動搖了地靜說的基礎,後來又成了愛因斯坦狹義相對論的基本原理之一。這是後話。再說這教皇鳥爾班讀到這裡,不覺拍拍額頭:「這種比喻倒還新奇。」他站起身,在屋裡來回踱著步子,一邊自語著:「薩爾維阿蒂的大船,上帝的地球…,我們這些坐在大艙里的乘客…覺不出地球在動…聖經上說…」
這時一個侍從悄悄進來,低聲說:「陛下,主教貝拉爾明一早就來求見,在外已等候多時。」教皇漫不經心地回了一句:「請吧。」
貝拉爾明進來了,行禮後便急忙奏道:「陛下,羅馬全城都在議論伽利略,比當年他來羅馬時還要可怕。這個老頭子,他當年曾在禁令上籤過字,答應不再宣傳哥白尼的學說,現在又背叛前言,欺騙教廷……」
烏爾班這時正踱回到書桌旁,他打斷主教的話說:「知道了。我正研究他的這本新書,看他在說些甚麼。好像,還講了一點新道理。」
「唉呀,我的陛下,書裡哪有甚麼新東西,除了哥白尼的陰魂,就是……」貝拉爾明突然吞吞吐吐起來,再不肯往下說。
「就是甚麼?」
主教壯了壯膽說:「就是對您的攻擊。」
「胡說,伽利略是我的老友,他還不至於如此放肆。」
「您看,」貝拉爾明趨前幾步,把《對話》翻了幾頁說,「陛下,明眼人一看就知道,這書裡的兩個人薩爾維阿蒂和沙格列陀就是哥白尼和伽利略自己。還有一個辛普利耶,他是您最崇拜的歷史人物,而在書裡卻處處被兩個對手所嘲弄。外面人都在議論著,這個人實際上就是指您啊。」
教皇不覺一驚:「你有甚麼根據?」
貝拉爾明很快又翻到一個地方,看來他早就研究過這本書了。「陛下,請您讀一下他們第一天的這一段對話。」
「薩:你(指辛普利耶)不要去為天和地煩惱,也不要怕把它們攪亂了,或者怕哲學垮台。拿天來說,既然你認為天是不變的,永桓的,那就不必白白地為它坦憂。拿地來說,現在我們這樣努力地把它說成和天體一樣,毋寧說是為了使它變得高貴和完善。不妨說,你的哲學把地球從天上放逐掉,而我們則要它回到天上……」
貝拉爾明又飛快地翻過幾頁:
「沙:我覺得,為了說明地球保持靜止狀態,從而認為整個宇宙運動是不合理的,這正如有人登上你府上大廈的穹頂,想要看一看全城和周圍的景色,但是連轉動一下自己的頭都嫌麻煩,而要求整個城郊繞看它旋轉一樣,這兩者比較起來,前者還要不近情理的多……」
貝拉爾明合上書說:「陛下,誰不知您用自己的學識最完美地解釋了聖經,捍衛了天動地靜說,而伽利略卻借他人之口說您在『為天地煩惱』,說您『連轉動一下自己的頭部都嫌麻煩。』「
教皇的眉頭漸漸皺成一團,他在地上更快地踱著步子,說:「我的主教,這怕有點牽強吧。」
「陸下,這不過是我的一點看法,也許不對。不過全羅馬城已經議論紛紛,有人這樣褻瀆上帝,直接諷刺我皇,這對教廷的威嚴怕是不大好的。」
說完,貝拉爾明退出教皇的書房,但他沒有馬上離去,而是放慢腳步,一步一停地向外邁著。他早看見剛才教皇急皺的眉頭,還看見他煩躁地雙手相握,叭叭地捏響指頭。他對這位以科學家自居,最愛面子的烏爾班,是瞭如指掌的。果然,貝拉爾明還未走出門外的長廊,只聽屋裡一聲悶響,像是甚麼東西重重地摔在桌子上。接看便是一聲怒吼:「來人!」侍從早就貼門而進,貝拉爾明也急行幾步擠進屋裡,俯跪在地:「陛下有何吩咐?」
「告訴宗教裁判所,立即傳伽利略到羅馬來!」
這天是公元1632年2月16日 。
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第二十回
假悔罪 地球其實仍在轉,真宣判 冤獄一定二百年
——科學史上最大的一起迫害案 上回說到大主教貝拉爾明鼓動如簧之舌,在教皇面前搬弄是非,於是伽利略大難臨頭。不幾天,他身戴枷鎖被從千里外的佛羅倫斯押到了羅馬。這時他已到66歲的遲暮之年,諸病纏身,朝不保夕。本來醫生說:「他可能等不到去羅馬,就會在路上消失到另一個世界去。」可是教皇說,就是死了,也要押來受審。他的朋友們曾勸他逃走,並準備好了車馬,可是伽利略說,我是一個虔誠的教徒,我應該到羅馬去當面把這一切說清楚。
這天,伽利略被押到宗教裁判所,顫巍巍地站在被告席上。主教貝拉爾明陰沉著臉坐在案後,還不等伽利略喘過氣來,便拾起一本書在桌上啪地拍了一聲,喝道:「伽利略,這本宣傳異端的東西,可是你寫的嗎?」伽利略不須細看,便知道他摔的正是那本《對話》,便說:「主教大人,書是我寫的,但那並不是甚麼異端邪說。序里開頭說得明白,那不過是一種假想。再者書中的三個人物,各代表一種觀點,自由討論。亞里斯多德的代言人辛普利耶也在充分發言啊!」
主教一聲冷笑,「伽利略,你真會詭辯,你讓辛普利耶代表亞里斯多德說話,可是,你同時又借那兩個狂徒的口百般諷刺挖苦他。你既然是一個虔誠的教徒,為甚麼又攻擊聖經上寫明的道理?」
伽利略有點激動了,他抖動著滿臉銀須,大聲反駁道:「科學發展到今天,從望遠鏡里已經看到許多新證據,我只不過如實將這些寫出來供大家討論,而你連這也不允許,這分明是要一個科學家去背棄自己的感情和那些無可否認的事實。這是你們在製造異端!」
伽利略努力使自己的情緒鎮靜下來。然後,他以自己對教會的虔誠,歷數許多新證據,從各種角度對聖經進行解釋,並且他一再說明,這只是假設,是為了討論問題方便,決無宣傳邪端之意。他說得口乾舌燥,眼睛裡噙著淚花,虔誠之中掩藏著憤怒。他憤怒於胸卻又不敢直陳於口,但是又決不甘於投降認罪。他站在那裡內心矛盾,兩手發抖,腳漲得通紅。他盡腹內所有的學識,努力掌握著一定的分寸,與主教大人進行著馬拉松式的辯論。從上午開庭,一直這樣辯論到暮色蒼茫,直到教堂的天窗上那最後一縷陽光也已消失,還是沒有任何結果。
這時貝拉爾明早按捺不住了,便將桌子一拍,拿出一張紙,惡狠狠地說:「伽利略,這裡有你十六年前在羅馬保證不再宣傳哥白尼學說的親筆簽字,這次你的態度再不好,可是要判。重犯'罪的!」說完便宣布休庭,拂袖而去。
審訊就這樣一直進行了三個多月,毫無結果。教皇大怒,下令對伽利略進行「嚴厲審判」。這「嚴厲」二字卻非同小可,它是宗教裁判所專門對付異端的手段。大致分五個步驟:一、先對犯人提出警告;二、拿出刑具威脅;三、領犯人看別人受刑的慘狀;四、加上刑具,給最後一個招供的機會;五、施刑,如不招供直至折磨至死。這整個施刑過程都是「維里亞」式(意即「不眠」)的。法官四小時換一批,犯人卻不得有片刻的休息。
這天,伽利略在自己心愛的學生沃雅尼和羅馬幾個朋友的攙扶下來到「嚴厲法庭」門口。沃雅尼眼裡含著淚花,望著伽利略那一風便可吹倒的身體,難過地說:「老師,請多保重,看來今天他們要對你下毒手了。」伽利略以手扶著他的肩膀,仰望著教堂頂上的十字架說:「上帝作主,理性是不會屈服的。」幾個老朋友也都眼淚汪汪地圍過來,欲言無語,生離死別。這時伽利略反倒很沉靜,他微笑著,看看天空說:「不管怎樣,地球,我們大家,連同這座教堂,都在圍繞太陽轉動。三十二年前布魯諾為此而獻身,今天又需要我去殉難了。」說罷,他整了整長袍,毅然向裁判所大門裡走去。那大門像一隻張大的虎口,待伽利略的背影一閃進去,虎口喀嚓一聲便合閉了。沃雅尼看著那兩扇滿是鐵釘的大門,哇地一聲哭出來,一下跌坐在門前的台階上再也站立不起來。
伽利略的朋友和學生在裁判所的大門口從早晨等到天黑,那扇大門還是冷冰冰地沒有一點動靜。他們心焦如焚,不知此時老人正在過第幾道關。他那十分衰弱的身軀可經得起那些刑具?他們想著,猜著,看看日落月升,冒著颯颯寒風,直熬到東方發白,又過了一天一夜。第二天早晨,連他們自己也己身心困頓,實在難以支持了。這時那扇黑大門眶當一聲,突然打開。大家一起從地上躍起,但出來的卻不是伽利略,而是一個教士,手裡舉著一紙文書,身後還跟著幾個人。這時教堂上的大鐘也突然噹噹地作響。沃雅尼一下擠到最前頭,他努力向裡面張望,卻看不見他的老師出來。這時鐘聲停了,教堂門口早已黑壓壓地聚來一片人。那個教士手裡舉著一紙文書喊道:「上帝的孩子們!伽利略已經向教廷認罪,承認自己是宣傳了違背聖經的異端邪說,並在悔罪書上簽了字,現在就來宣布他的悔罪書:
『我,伽利略,親臨法庭受審,雙膝下跪,兩眼注視,以雙手按著聖福音書起誓,我擯棄並憎惡我過去的異端邪說…我懺悔並承認,我的錯誤是由於求名的野心和純然無知…我現在宣布並發誓說,地球並不繞太陽而運行。我從此不以任何方法、語言或著作去支持、維護或宣揚地動的邪說。』」
沃雅尼憤怒地喊著:「這不可能,這是誣衊,是捏造,讓伽利略先生親自出來說話,讓……」
這時,伽利略真的出現在教堂門口。他已經被折磨得叫人難以辨認,滿臉銀須被汗水混成一撮一團,臉色白得像一張紙,渾濁的目光直視著前面。沃雅尼一見便撲了上去,半跪著拉住伽利略的長袍:「老師,這是怎麼一回事,你簽字了嗎?這是真的嗎?」
伽利略那蒼白的臉上,泛起一點羞愧的紅暈,他不敢直對沃雅尼的目光,用低得幾乎聽不見的聲音回答:「是真的,我簽了。」
沃摧尼一下跳了起來,用手狠狠地擦了一把眼角的淚水,喊道:「伽利略先生,你真的投降了嗎?你是我的導師,是人們心中的神,你在比薩斜塔上,在威尼斯鐘樓上,在羅馬廣場上,都以自己偉大的發現征服過愚頑的惡勢力,贏得了眾人的愛。你堅信自己的學說,終身宣揚自己的學說,你說過,誰不知真理,他只是個傻瓜,但誰如果知道真理,卻把真理說成謊言,那他就是一個罪犯。你今天向教廷認了罪,可是對真理,對您自己卻犯了大罪啊!」沃雅尼急了,瘋了,現在最難受的好像不是伽利略,而是沃雅尼。他淚光閃閃,盯著伽利略的眼睛,拉著他的袖子,搖著,問著,他希望這一切都是假的。伽利略仍用幾乎聽不見的聲音說:「孩子,真理我當然不會拋棄,悔罪自然是假的,但是我真的簽了字,你們罵我吧,我已再不屬於那個科學的世界,已不配做你們的老師。」沃雅尼眼中冒出怒火,一下摔掉他的衣袖,憤憤地說:「你去認罪吧,地球還在轉動!」
正是:
實驗證據千千萬,獨闢蹊徑向峰端。 可惜只缺犧牲志,偉人憾留污一點。
這時突然鐘聲又重新響起,大主教貝拉爾明從教堂里走了出來。他向台階下傲視一圈,舉手在胸前畫了個十字,做出一種莊嚴的腔調,開始大聲宣布法庭對伽利略的判詞:
「本神聖法庭要阻止引起神聖的信仰遭受毀滅和愈益擴大的混亂和毒害。根據教皇和最高的世界異端法庭各位樞機主教的命令,兩個原理——太陽靜止和大地運行——受到神學家的審查如下:
太陽是世界中心而且靜止的原理,在哲學上是荒謬的,虛偽的,而且形式是異端的,因為它和聖經上說的相矛盾。
大地不是世界的中心,而且不是靜止的,也是晝夜運行的原理,在哲學上也是荒謬和虛偽的,在神學上至少是信仰的錯誤。
為了處分你這樣嚴重和有害的錯誤與罪過,以及為了使你今後更加審慎和給其他人作個榜樣和警告,我們宣布,用公開的命令禁止《對話》一書。判處暫時把你正式關入監獄內。根據我們的同意,以及使你得救的懺悔,在三年內,每周讀七個懺悔聖歌……」
教廷對伽利略的這項宣判,直到二百多年後的一九八○年,才又經羅馬教廷複議平反,宣布取消。這是科學史上時間拖得最長的一起冤案。
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上士 九级 |
第二十一回
佛羅倫斯 意公爵難堪,勒根斯堡 德皇帝受驚
——大氣壓強的發現 說到伽利略被教廷宣布監禁,但因為他身體實在過分虛弱,便由他的一些老朋友作保,監外執行,到佛羅倫斯郊外樹林裡找了一間小屋,悄悄地隱居起來,於是他也就慢慢地被人忘了。
讀者或許還不知,你道這佛羅倫斯是何等熱鬧的地方,公元十四世紀前後,他正處於義大利南北通大道上,人口以達十萬,手工業工廠發達,僅毛紡場就達三百多家,而且並不是自產自銷,原料來自義大利,染料來自埃及,產品又銷到英、法。世界各地的商人南來北往好不熱鬧。要說文化,這裡又是文藝復興的重要基地,一些有名氣的代表人物都是這裡的人氏。伽利略就不用說了,還有寫《神曲》的詩人但丁,畫《蒙娜麗莎》的達•芬奇,製作《大衛》雕像的米開朗琪羅,建了著名的無柱圓頂教堂的建築師伯魯列斯基。這裡雖是扼殺了一些如伽利略那樣的新文化名人,但是就連那些上層貴族人物也不能抗拒著個新文明衝突。一些上層人物也是總想把自己打扮成有知識的樣子,想把自己的庭院裝修得更華麗些,好向市民們和外國商人炫耀一下自己。
現時這佛羅倫斯的大公爵塔斯坎寧別出心裁,要在自己家的院子裡建一個大噴水池。他想,這種闊氣誰能比?錢是不發愁的,至於設計,他要親自動手。他安排了水池、噴頭、假山,還在池山之間種了國外引進的奇花異樹,建了庭廊,亭間廊邊遍設燭台,為的是夜間一樣可以
飲暢遊。為了加大水量,他又特別吩咐管家找來了打井工人,為噴水池專挖一口井。那井也挖好了,抽水機也裝好了,只差機子一轉,就可珠滾荷葉,銀落水面,人們便可以隔著水簾,披著濕霧,跳化妝舞了。但這般光景公爵不準備一個人獨享,這是一次向全市炫耀自己學識、財富、才華和風度的好機會。這天,他選了一個良辰吉日,遍請了市內的頭面人物,大工場場主,教授,藝術家,還有那些從波斯、西班牙等東西方來的富商大賈,還特地邀請著名的諾爾魯神父來光臨新水池「開噴典禮」。這天剛日壓西天,公爵家的大門口就車塞馬鳴,門內廊上庭上也早美酒侍候,佳餚等人了。不一會兒紅燭高照、華燈齊放,樂聲輕輕地漫上了樹梢屋頂。這時塔斯坎寧公爵舉起一杯紅酒笑容滿面地說:
「各位先生,今天本公爵親自設計的噴水池竣工,特邀你們來參觀一下我的傑作,並參加我們家庭慶祝舞會,我和我的夫人及全家表示非常的感謝。讓我們大家為這項庭院工程的勝利竣工來干一杯。」
接著就聽一陣酒杯相碰的叮噹之聲。然後公爵向早就在庭外侍候地工匠一揮手:「開始抽水!」
可是這水井裡的水半天也抽不到地面上,更不用說從噴頭裡噴出來了。那些工匠搖著抽水機的搖把累的滿頭大汗,只聽那水好像是提到了半腰,可是咕嚕一聲,就向人噎了氣一樣,又下去了,公爵忙命工匠仔細檢查一遍,每一個螺絲都看過了,機器完好,設計看不出有問題。現在就連公爵自己臉上也汗津津的了。
這時從貴賓席上走出一位年輕人來,他略帶嘲弄地將公爵看了一眼說:「不要費勁了,今天這井裡的水是不會上來了。」
「你怎麼知道?」
「伽利略說的。」
這一句話就像是有人突然在席間放了一顆炸彈,頓時大家都驚呆了。伽利略不是早就被教會監禁了嗎?怎麼他的幽靈今天又出現在這裡。
這青年看著這些吃驚的人們,哼了一聲說:「你們當然把他忘了,可是不管你們忘不忘,地球照樣還在轉,這水照樣不會聽你們的話,上到地面來。下午,我剛從郊外回來,他老人家知道這裡在打井,說,只要超過十米,水就別想上來!」
「為什麼?」
「因為抽水是靠抽掉水管里的空氣,生成真空,外面的大氣壓強發生作用才把水從管子裡壓上來。但是這壓強是個死數,管子長了,它沒有那麼大的勁,自然就壓不上來了。」
「什麼?你說什麼真空?裡面什麼也沒有?這是不可能的。」這時在座的一個神父立即站起來與他辯論。
「是的,什麼也沒有,連上帝也不存在。」年輕人好像很高興有人出來應戰。
「你是誰?」
「我是伽利略的學生。一個伽利略分子。「
這個青年叫托里拆利(1608-1647),他崇拜伽利略,到處自稱是伽利略分子,比伽利略更直率地宣傳他的學說。
大公和神父,萬沒想到今天這個場合能冒出一個伽利略的學生,真使他們掃興,便惱怒地說:「既然你發現了什麼真空,就當眾拿出來給大家看看。」他們冷笑著,很為自己出了這麼個絕好的難題而自豪。想瞧這青年的難堪。
青年不慌不忙的說:「這很容易,我先做一個實驗,拿來『真空』讓你們看看。不過在看以前先講個條件:要是實驗做成了,高貴的大公,還有尊敬的神父,你們得當眾承認伽利略的學說是對的。」
「要是做不成呢?」大公連想也不想他會做成,急著反問。
「任你麼怎樣處置。」
「好,那就馬上把你送到羅馬教廷去審判。」神父急忙宣布。
他知道從伽利略被監禁後,又有一個叫佛羅倫斯中心實驗會的青年團體,還在到處實驗,宣傳伽利略的學說,教廷已經抓了一些。那次有一個青年拒捕,還跳樓死了。想不到今天在這裡又碰見一個這樣大膽妄為的毛頭小子。
「好,一言為定!」
只見托里拆利從桌上拉過一個又細又扁的黑匣子,打開取出一個水銀和一根有一米長,一頭開口的細玻璃管,管上有刻度。他又隨手拉過一隻小碗,倒滿了水銀,再把玻璃管理也灌滿,用拇指按緊開口,然後一下倒過來連手指浸入碗中,再抽出手指。只見那細管中的水銀開始下滑,但是當液面落倒76厘米處時便不再動了。托里拆利指著76厘米以上的那一截管子說:「各位先生,請看,這管子裡就是真空,空的連空氣也沒有了。」
「可是為什麼水銀不再下落,讓管子裡再空一點呢?」客人中有人顯然對此已發生興趣,忙插話提問。
「對,為什麼水銀不再下落了呢?正是由於空氣的壓強。這壓強就像能把井水壓上來一樣,它能把水銀正好托在這個高度。水銀的比重是13.6克/厘米3,因此這水銀住的壓強就是13.6×76=1.0336(公斤),這就是空氣的壓強。那水的比重是1。 10米深的井管,水柱就有1×1000=1000(克),差不多正是大氣壓強,你想,井深超過十米那水還能壓上來嗎?幸虧公爵打的是一口水井,要是一口水銀井,怕井深不到一米就要報廢了。」托里拆利說完,以嘲諷的眼神向公爵看了一眼。他就是這樣年輕氣盛,成心要讓這班貴人難堪。
這時客人中有人點頭稱是,有人津津有味地聽著這個聞所未聞的新課題。
諾爾魯神父眼看著這場面竟要讓這個毛頭小子左右了,也顧不得體面,忽地一下站起來說:「你這是變魔術。你又怎麼能證明上面那截管子裡真的是空的呢?怎麼能證明這水銀柱真的是空氣的壓強托著呢?」
「別忙!」托里拆利向神父一笑,然後又從黑匣里抽出一根ㄚ形管子。這是一根直管兒,在頂頭上彎出一個彎,形成一個鉤子,又像根拐杖。彎頭處開了個洞。只見托里拆利用一個指頭堵住小洞,彎朝下,灌滿水銀,倒過來和剛才一樣浸在水銀碗裡,這樣長直管理又是個76厘米的水銀柱,而那彎兒底部也存下一截水銀,上面卻出現了真空。這一個連通管里就有兩截水銀,兩截真空了。托里拆利向大家掃了一眼,說:「現在只要我手指一離開這個小洞,由於空氣進來生成壓強,長管里的水銀就會全部落入碗裡,小彎里的水銀就會被空氣托倒管頭上去。這正好說明剛才這裡確實是沒有空氣的,你們信不信?」
「不信!」公爵忿忿地應著。
只見托里拆利將手一抬,那直管里的水銀柱像是空中的懸物斷了線,唰地一下跌落碗裡,而那個彎管底部的水銀倒像有一個無形的手在下面推擠,眼睜睜地升上了管的頂頭,像貼在管子上一樣不再下來。這時全場的人都顧不得佳餚、美酒了,一個個伸長了脖子,都看著這根魔管。有的人還在胸前劃著十字,輕輕地喊著:「啊,上帝! 「托里拆利這時揚起頭很認真但又像是在開玩笑地說了一句:「那不是上帝,是空氣!」而公爵呢,看著這個像變魔術一樣的場面,一邊掏手帕擦汗,一邊說:「可能伽利略真的是對的。」
托里拆利見公爵終於說出這句話,便收拾起他的黑匣子,一個鞠躬,飄然離去。這時半天沒有插上嘴的公爵夫人看著這個掃興的場面,才想起把管家叫來,怒斥道:「他是怎麼混進來的?」管家怯生生地說:「我見他夾個匣子,還以為是樂隊裡的人呢。」
這就是1643年進行的有名的托里拆利真空實驗。水銀柱上的那段真空也就被後人稱為「托里拆利真空」,而那種玻璃管也被叫作「托里拆利管」。
在說這真空試驗的消息立即不脛而走。人們都競相演示這個實驗。消息傳到法國數學家布萊斯帕斯卡(1623-1662)不但在家裡作實驗,還到山上、山下對比著做。他發現空氣的壓強與海拔是相關的。在海拔2000米以內每升高12米,托里拆利管中的水銀就要下降1毫米。消息傳到法國,法國馬德堡市的市長奧托格里克竟也放下繁重的公務來做這個科學遊戲。他想的主意更為新奇,他用領個鐵製的直徑有20厘米的半球扣在一起,並不作任何焊接,只見裡面的空氣抽掉,於是無論多麼強壯的大力士,一人抓住一半拉也拉不開。人們簡直不敢相信這球的魔力。
1654年法國勒根斯堡郊外村日融融,綠草如茵。這天,山坡下的空場上圍了有上千人。草地上又是跳舞又是賽馬,好不熱鬧。沿山坡臨時搭起了台子,上面旗杖華麗,鼓樂齊鳴。原來今天皇帝、皇后也在這裡與民同樂,一會兒,奧托格里克一手拿著一塊他設計的半球來叩見皇上,請求為陛下表演一個科學遊戲。皇上正在興頭上便欣然允許。只見他雙手將這兩個半球啪地往一起一合,助手遞上一個小唧筒,三下兩下,就將裡面的空氣抽光了。這球的半徑不過20厘米,裡面的空間頂多也只能裝三個拳頭。然後奧托格里克將兩根又粗又結實的絲繩系在半球兩邊的環上,招手叫過兩個大漢一邊一個拔起河來。只見他們臉漲得由紅變紫,雙方或左或右,互有進退,而那球的兩個半塊倒是平平穩穩地相抱一起。皇帝、皇后看得發呆了,剛才明明是兩個隨便合起來得半球,怎麼會吸得這麼緊?這時奧托格里克又命令兩邊各加到兩人,加到三人。鐵球呢,倒像越拉越緊。草地上千人之眾鴉雀無聲。奧托格里克了一聲:「住手。」然後乾脆牽過兩匹馬來,一邊套上一匹,兩個馭手揮起鞭子,兩匹馬仰天長嘶一聲,四蹄扣地向兩邊拉起來。可是那球還是依然如故。奧托格里克又將兩邊在各加一匹,一會又加一匹,這樣一直各加到七匹健馬,還是不見分曉。這時皇后早忘了她那在臣民面前應保持的尊容,雙唇大開,右手緊緊抓住皇帝的手腕。奧托格里克又命令兩邊各加一馬,馭手的鞭子甩的如爆竹炸響,馬嘶嘯嘯,塵土飛楊,圍觀的人群也沸騰起來,各喊加油。只聽「砰」的一聲,鐵球終於裂成兩半,兩邊的八匹馬各帶著半塊小球一下衝出幾百米遠。這時皇后才閉口鬆手,喘出一口氣來,皇帝的手腕也早被捏出五個指頭印來。他忙將奧托格里克召至台上問:「你變的是什麼魔術?這兩個小半球,怎麼會有這麼大的吸力?」
「啟奏陛下,這小球上的力不是吸力,是空氣對它的壓力。」
「你知道這壓力有多大嗎?
「按托里拆利的計算,大氣對物體的壓力是每平方厘米一公斤。這小球的截面積是半徑的平方乘上圓周率,等於1256平方厘米,所以它身上的壓力就有1256公斤,每邊八匹馬,各要使出157公斤的力才能將拉開呢。「
皇帝聞聽半信半疑。他想了一會兒說:「這樣一個拳頭大的球就要受大氣的千斤壓力,那朕的皇宮不早就被壓垮了嗎?」
「陛下不用擔心。鐵球拉不開是因為裡面抽成了真空,只外面受壓力,陛下的皇宮高門大窗,空氣自由出入,自然不會真空,上下壓力也就互相抵消了。」
「那我們這些人每天生活在大氣里不也要被壓癟了嗎?」
「是的,我們一般人的身體面積約兩平方米,它晝夜不停地受著二萬公斤的壓力呢。可是陛下也不用擔心,我們有口鼻可以呼吸,所以肚子裡也決不會形成真空的。」
皇帝聽到這裡才知道自己是一場虛驚,大可不必為此擔心,臉上也有了輕鬆的笑容,嘉許道:「想不到你這個市長還知道這麼多新知識。」說罷又傳令擺酒,要借這明媚春光與奧托格里克及臣子們痛飲一場。草地上又鼓樂齊奏,舞姿翩翩。
這正是:
人頭朝下隨地轉,人身受壓有萬斤。 世代千年竟不知,只緣身在此事中
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上士 九级 |
第二十二回
恨未能觀天窮底 第谷氏臨終相托,死盯住火星不放 克卜勒出奇制勝
——克卜勒第一、第二定律的發現 前面說到伽利略為了天上那遙遠的星星竟被判刑受罪。其實在那茫茫星海的探索中,蒙受同樣遭遇的何止他一個。1601年,在奧國的布拉格一座古堡里正氣息奄奄地躺著一個人,他叫第谷•布拉赫((1546-1601),丹麥人。14歲那年,第谷正在哥本哈根大學讀書。這年天文學家預告8月21日將有日蝕發生,果然那天他看到了這個現象。他奇怪,那些天文學家何以能妙算如神,便決心去觀天,究其原因。他從小由伯父收養,老人原想讓他學法律,但是任性的他哪聽這些,每晚只睡幾個小時,其餘時間都在舉目夜空,直到天亮。到17歲時,他已發現了許多書本上記載的行星位置有錯誤,決心要繪製一份準確的星表。腓德烈二世把離首都不遠的赫芬島撥給他,建造起一座當時世界上最先進的天文台供他使用。20年後新王即位,逼迫他離開了這座辛苦經營的基地。幸好1599年奧地利國王魯道夫收留了他,並給他在布拉格又重修了一座天文台,他才得以繼續自己的工作。第谷能言善辯,恃強好鬥。年輕時他曾為一個數學問題的爭執與人相約決鬥,被對方一劍削掉了鼻子,所以不得不裝上一個金銀合金的假鼻子。別看他鼻子有傷,眼睛卻極好,20多年來,他觀察各行星的位置誤差不超過0.67度。就是數百年後有了現代儀器的我們也不能不驚嘆他當時觀察的準確。他一生的精力就是觀天,就是記錄星辰。但現在他再也不能爬起來工作了,因此急忙從德國招來一個青年繼承他的事業。這人叫克卜勒(1571-1630),身體瘦弱,眼睛近視又散光,觀天自然很不合適,但是他有一個非常聰明的數學哲學頭腦。第谷在1596年就看到他出版的《宇宙的奧秘》一書,感到他是一個天才。
在這個古堡式的房間裡,當地擺著一個巨大的半圓軌道,軌上有可移動的准尺,對準對面牆上的洞眼。屋裡擺滿儀器,牆上是三張天體示意圖(托勒玫體系、哥白尼體系和第谷體系)。第谷老人費力地睜開眼睛,對守護在他身邊的克卜勒說:「我這一輩子沒有別的企求,就是想觀察記錄一千顆星,但是現在看來不可能了,我一共才記錄了750顆。這些資料就全留給你吧,你要將它編成一張星表,以供後人使用。為了感謝支持過我們的國王,這星表就以他的名字,尊敬的魯道夫來命名吧。」第谷說著喘了口氣,看著周圍那陪伴他一生的儀器,還有牆上的圖表,又招了招手,讓克卜勒更湊近些:「不過你得答應我一件事,你看,這一百多年來人們對天體眾說紛紜,各有體系。我知道你也有你的體系,這個我都不管,但是你在編制星表和著書時,必須按照我的體系。」克卜勒心中突然像有什麼東西敲擊了一下,但他還是含著眼淚答應了這個垂危老人的請求。老人又微微轉過頭對守在床邊的女婿滕格納爾說:「我的遺產由你來處理,那些資料,你就全交給他吧。」說完便磕然長逝,屋裡一片靜默。克卜勒用手擦掉掛在腮邊的淚水。他從外地辛苦跋涉來拜見這位天文學偉人,才剛剛一年,想不到老師便辭他而去,哪能不潸然落淚。這時滕格納爾卻突然轉身在那個大資料箱上「卡嚓」一聲上了一把鎖,便走出門外。
第谷一死,克卜勒本應實現諾言,著手《星表》的編制出版,但是當時連年戰爭,加之滕格納爾又爭名奪利,不交出全部資料,所以克卜勒只好暫停《星表》的編著,轉向了火星的研究。
無論是托勒玫還是哥白尼,儘管體系不同,但都認為星球是作著圓周運動。起初克卜勒自然也是這樣假設的。他將第谷留下的關於火星的資料,用圓周軌道來算,直算得頭昏眼花,心慌神煩,但是連算了幾個月還是毫無結果。這天他的夫人走進房間,看到這些畫滿大小圓圈的紙片,氣得上去一把抓過,揉作一團,指著他的鼻子直嚷:「你自己是不準備過日子了,可是還有我們母女。自跟上你就沒過上一天舒心的日子,你每天晚上看星星,白天趴案頭,我窮得只剩下最後一條裙子,你還在夢想你的天體,天體。我早就說過,不要到布拉格來尋找這個老頭子。他這一死給你留下這個亂攤子,錢沒有錢,人沒有人,看你怎麼收拾。」說著便嗚嗚咽咽地抹起淚來。克卜勒是個天性柔弱之人,很少會與人頂嘴,而且他也自覺對不住妻子。這女人本是個富有的寡婦,克卜勒娶她是為能得點財產來補助研究的,不想分文沒有得上,反倒拖得她也成了貧家婦女。克卜勒看了看桌上牆上那亂七八槽的樣子,無可奈何地唉嘆了一聲,便提筆寫起來:「我預備征服馬爾斯(指火星),把它俘擄到我的星表中來,我已為它準備了枷鎖。但是我忽然感到毫無把握。這個星空中狡黠的傢伙出乎意料地扯斷了我給它戴上的用方程序連成的枷鎖,從星表的囚籠中衝出來,逃往自由的宇宙空間去了。」克卜勒有一個好習慣:他常常及時將自己的研究進展、喜悅、苦惱記錄下來。這些可貴的記錄給我們留下了追溯它思路的線索,成了科學史上難得的第一手資料,這是後話。
卻說,火星越是從克卜勒的圓圈裡溜掉,克卜勒就越是不厭其煩地尋找新的圓圈。這天布拉格來了一位老翁,叫馬斯特林,是克卜勒的恩師、摯友。當年克卜勒在圖賓根神學院臨畢業時,正是這位數學教師保舉位列格拉茨去教數學,使他從此離開神學步入了科學領域。多年來他們一直保持通信,探討天文、數學、物理。這次他遠道而來,見到克卜勒屋子裡許多亂七八槽的圓圈,便奇怪地問他:「朋友,我不知道你這些年到底在幹什麼?」
「我想弄清行星的軌道。」
「這個問題從托勒玫到第谷,不是都毫無疑問了嗎?"」
「不對,現在的軌道和第谷的數據還有8分之差。」
馬斯特林摸著一頭白髮不禁失聲叫了起來:「哎呀,8分,這是多麼小的一點啊。它只不過相當於鐘盤上秒針在0.02秒的瞬間走過的一點角度。我的朋友,你面前是浩渺無窮的宇宙啊,難道連這一點誤差也要引起愁思?難道你就不懷疑第谷會記錯嗎?」克卜勒雖然神色疲倦,但是口氣卻十分堅決地說:「是的。我已經查遍了第谷關於火星的資料,他二十多年如一日的觀察數據完全一致--火星軌道與圓周運動有8分之差。感謝上帝給了我這樣一位精通的觀測者。這8分決不敢忽視,我決心從這裡打開缺口,改革以往所有的體系。」
「既然第谷的那許多觀測都是對的,為什麼他自己沒有對行星軌道提出懷疑?」
「老師,我對第谷的尊敬決不亞於對您。請容我直言一句:第谷是個富翁,但是他不懂得怎樣來正確地使用這些財富。」
正是:
搜求證據莫無邊,證據還須理來穿。 縱然摸瓜百十千,不如抓住藤一端。
老師不說話,他想,幾年不見,他變得固執狂妄了。
妻子的反對,老師和朋友們的反對,周圍人的不理解,沒有使克卜勒動搖。他沒有像第谷那樣決心要研究一千個星,而他相信規律只有一個,便緊緊盯住了一個火星,解剖現象,探求規律。他不僅是一個天文工作者,而且也是一個熱愛數學,又教過多年數學的人。幾何學要來幫天文學的忙了。克卜勒從那許多圓圈裡找到了蛛絲馬跡。古希臘的阿基米德就知道世界上不只是有一個圓,還有更複雜的圓錐曲線。克卜勒終於發現,火星的軌道不是圓,而是橢圓。他用這副籠頭去套那個火星烈馬,就範了。第谷的數據天衣無縫。這件天文史上劃時代的大事出現在公元1605年。這個發現就是後來稱之為克卜勒第二定律的橢圓定律。這之後,他還發現了第一定律:行星繞太陽作圓周運動在一定時間內掃過的面積相等,即等面積定律。
正是:
人說大海撈針難, 更有撈針宇宙間, 探微察變須認真, 一洞進去是桃園。
為甚麼一個看來很簡單的題目拖了千百年後才由克卜勒揭曉呢?尊敬的讀者,容我這裡補敘幾筆。圓有一個圓心,橢圓有兩個焦點。橢圓度到底有多大全靠兩個焦點距離(焦距)與橢圓的長直徑(長徑)來決定。即e=c/a,可以看出,當兩個焦點越來越近,直到重合時,c=0,因此e=0,橢圓就是圓。所以圓實際上是橢圓的特殊形式。但是,茫茫宇宙中,行星繞太陽轉的那個無形的圈子e值是很小的,所以,以往的天文學家都把行星軌道當作圓來看待。這首先要感謝第谷那二十年來精確的觀測,還有克卜勒精明的計算。更幸運的是,他又正好選中火星這個典型來解剖,而火星恰是太陽系中橢圓度最大的星,這個天機終於被他看破了。
再說克卜勒發現了火星的橢圓軌道,真是高興得如癲如狂。他立即寫信給他的恩師、老友馬斯特林。不想馬斯特林對他這一新發現置之不理,而歐洲其他有名的天文學家對他更是公開的嘲笑。這讓他想起一個人來,就是義大利的伽利略。在伽利略最困難的時候,克卜勒曾寫信支持他說:「伽利略,鼓起勇氣,站出來!我估計歐洲重要的數學家中只有少數幾個會反對我們。真理的力量無比強大。」而伽利略對他卻很冷淡,連信也不回一封,連他一再想要一架伽利略新發明的望遠鏡也沒有得到。而這同時,伽利略卻寫信給科斯特公爵,把他捧為太陽,願去做他的宮廷數學家。後人猜測,伽利略可能是忌妒他的發現。反正,伽利略的這種沉默成了科學史上的一個謎。克卜勒興沖沖地取得這個發現,又冷冰冰地碰了這許多壁,此後便閉門不出,一人為寫書來。過了些日子,一本記錄有他的這個偉大發現的《新天文學》便完稿了。這天他將手稿裝訂好,放在案頭,像打了一個勝仗一樣高興。雖然家境日趨窮寒,他還是連呼妻子預備一點酒菜,要自我慶祝一番。妻子見他這樣,臉上也泛出一點笑意。正當全家人難得高興一會兒時,突然有人「噹噹當」叩了三下門。克卜勒連忙起身開門,門還末完全打開,他倒暗自叫起苦來,剛才做臉上的那點喜氣霎時也無蹤無影。來人也不與主人寒暄,進門走到桌旁大聲喊道:「克卜勒,你好大膽子,不經我的同意,你就敢偷偷出書?」
究竟來人是誰,且聽下回分解。
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第二十三回
智達宇宙 有權立法束眾星,貧病一身 無錢餬口死他鄉
——克卜勒第三定律的發現 上回說到克卜勒在第谷死後經過四年的辛苦研究,終於弄清了行星的橢圓軌道,剛寫成《新天文學》一書準備出版,突然有人闖進家來橫加干涉。來人正是第谷的女婿滕格納爾。他拿出當年第谷臨終時的話來要挾克卜勒,並以第谷遺產繼承人的身份提出:要出書,也得署上他的大名。克卜勒氣得半天說不出話來。他曾答應過第谷,以後寫書用老師的觀點。可是他現在的認識已比老師進步許多,怎好再後退回去?這樣,書只好不出。又拖了四年,直了1609年,雙方互相讓步,答應可以讓滕格納爾寫一篇文章放在書的正文前頁,這本書才算出版。在這篇文章里,這個女婿對克卜勒的新體系進行了一通攻擊,大喊克卜勒對他岳父如何背叛。但是不管怎樣,書總算出了,作為現代天文學奠基石的克卜勒第一、第二定律也總算正式問世。
克卜勒在研究火星軌道問題時,心中無時不在惦念著第谷託付的《魯道夫行星表》。可是,整個國家政局不穩,宗教鬥爭嚴重,炮火連天,哀鴻遍野。克卜勒被迫離開首都布拉格,居住在多瑙河邊的一個叫林茨的小城裡,任數學教師。
這天早晨,他憑桌傍窗而生,望著窗外多瑙河面上粼粼水波,不覺犯了愁思,直瞅著那河,像個木頭人似的呆坐了很久。過去是決沒有這種情況的,只要一靠近桌子,就像磁石見鐵一樣埋頭寫作、計算,而近來他有說不出的煩躁和淒涼。他這個數學家已名存實亡。他想起1611年——那個最使他辛酸的年頭。這年2月29日,他最心愛的小女兒夭折;3月24日,政變部隊擁進首都,他的靠山魯道夫皇帝不久身亡;7月8日,他的夫人去世……而新皇帝不喜歡他,他只好離開首都來到這個小地方。家破人亡,靠山倒台,他的境遇十分艱難。恩人魯道夫死了,但以他的名字命名的《星表》還未編成。他本想隱居此地埋頭整理《星表》,但是1618年開始了一場「三十年戰爭」。他的薪水總是一再欠拖。他窮得連一個助手也雇不起。現在第谷的那些資料,倒是都已在他的手中,那個總是搗亂的滕格納爾也家境敗落,自顧不暇,不再找他糾纏。可是身無分文,連那個他視為知己的伽利略,近來也拒絕與他通信了……他這樣對著多瑙河想了一番心事,嘆了幾口氣,也無可奈何,又提起筆,對著第谷留下的那一堆數字去動腦子。
行星是在作著橢圓運動,但是它們繞太陽一周到底要多少時間,為什麼有的快,有的慢呢?這茫茫宇宙是無法丈量的。多病、窮困但又十分聰明的克卜勒想出了一個妙法,它將人們最熱悉的地球到太陽間的距離R定為1,地球繞太陽的公轉周期T是1年,這樣以此為標準,再換算其他行星的周期和距離,便得到這麼一堆數字:
行星 T R
水星 0.241 0.387
火星 1.881 1.524
金星 0.615 0.723
木星 11.862 5.203
地球 1.000 1.000
土星 29.457 9.539
他們之間到底有甚麼聯繫?克卜勒看來看去,這些數字四散在桌子上,它們之間就像多瑙河裡的魚,桌上的蠟與天花板上的塵土一般,看不出一點的聯繫。但是克卜勒堅信宇宙是一個和諧的整體。他和數學家畢達哥拉斯一樣,認為世間一切物體都有一定的和諧的數量關係。於是他使將這一堆數字互加、互減、互乘、互除、自乘、自除,翻來倒去,想碰碰能否發現它們之間的規律。這樣變了一陣「魔方」,但終究還是亂麻一團。
大約有很多日子,他就這樣,一直在亂麻堆里尋求和諧。現在出入書房送茶倒水侍候他的,自然已不是先前那位跟著他吃盡苦頭的貴族出身的夫人了,而是一位年齡與他相差甚大的少婦。原來,克卜勒的原配夫人死後,由於他的名望,立即有11位姑娘來做他的夫人候選人。這個極講和諧的科學家選夫人卻也有趣。他自知自己瘦削,所以第一個高大強健的女子便被淘汰;第二個矮胖女人也不在入選之列;直到最後,他選了一位不高不矮,身體略瘦的木匠的女兒。他選結婚的日子,也很特殊,得在「天文學的精靈藏匿不見的月蝕那一天」。1613年10月30日他們終於完婚(其實由於計算不准,這日子比月蝕晚兩天)。從此,在克卜勒絞盡瑙汁追求天體和諧的日日夜夜裡,就是這位與他的體形、性格都和諧的年輕夫人服侍著他。
一天早晨,紅日照進書房,一夜沒有離開桌子的克卜勒正把頭埋在稿紙堆里,夫人輕輕走了進來,先吹滅桌子的蠟,又伸手去推窗戶。突然克卜勒霍地從椅子上彈了起來,一把拉住夫人,「啊,我親愛的,我找見了,我發現了。感謝上帝將你賜給我,我們是這樣的和諧,宇宙是這樣的和諧。啊,發現了!弄清了!」他說著甩開夫人,自己上去一把推開窗戶.多瑙河上帶有霧氣的涼風吹了進來,拂動他蓬亂的頭髮。妻子以為他累瘋了,忙喊:「克卜勒,親愛的,你怎麼了?」克卜勒甚麼也不說,忙將一張紙片遞給妻子,這張紙上是這樣幾行數字:
行星 T R T2 R3
水星 0.241 0.387 0.058 0.058
金星 0.615 0.723 0.378 0.378
地球 1.000 1.000 1.000 1.000
火星 1.881 1.524 3.54 3.54
木星 11.862 140.7 140.7 140.7
土星 29.457 867.7 867.7 867.7
木匠的女兒自然不懂這些數字。但是現在我們卻可以看出最後兩列數字一模一樣。克卜勒做了那麼多加減乘除之後,終於碰著了天體上的一個電鈕,漆黑的宇宙在他的眼前忽然大放光彩。原來行星繞太陽運轉時,其運轉周期的平方等於它與太陽間平均距離的立方:T2=R3。這就是後來所稱的「克卜勒第三定律」。這是一個天文史上極偉大的發現,克卜勒的「和諧「思想找到了根據,它說明太陽與其他行星決不是一室烏合之眾,而是一個極嚴密的系統-太陽系。
再說克卜勒的妻子將這張紙片拿在手裡正不知何意,卻見克卜勒不言不語,早伏在案頭,又奮筆寫起他的筆記:
「…這正是我十六年以前就強烈希望探求的東西。我就是為這個而同第谷合作……現在我終於揭示出它的真相,認識到這一真理,這已超出我的最美好的期望。大事告成,書已寫出,可能當代就有人讀它,也可能後世才有人讀它,甚至可能要等一個世紀才有讀者,就像上帝等了六千年才有信奉者一樣,這我就管不著了。」
正是:
耗盡心血流盡汗,踏破鐵鞋翻群山。 十年求得一個數,浸卷稿紙喜若癲。
克卜勒寫完這段話,把筆一甩,拉著妻子,便推門向外跑去。陽光燦爛,清風徐徐,多瑙河波光粼粼。他驚訝地發現大自然這樣美好。多少年來,他一直是在黑洞洞的宇宙里探索,今天才有空兒留心一下自己所生活的地球,所傍依多年的多瑙河。克卜勒將他的「第三定律」等成果寫成一本書《宇宙諧和論》於1619年出版。克卜勒發現的這三條定律可真是非同小可,它使那雜亂的宇宙星空頓然井井有序,克卜勒自己也被後人譽為天空立法者。為了便於記億這三條重要規律,單有一首打油詩唱道:
第一定律限面積,第二定律畫橢圓, 周期半徑歸第三,天上從此再不亂。
發現第三定律後,克卜勒一生的最後目標便是趕快完成《星表》了。但是戰亂不斷,他只好離開林茨,坐船逆多瑙河而上來到雷根斯堡,然後將妻兒留在那裡,一人到烏爾姆組織印刷,後來又舉家遷到薩岡。1627年,他將這本書的樣本送給皇帝。他在致皇帝的呈詞中這樣傾訴自己的辛酸:「……經過二十六年的艱辛完成了奉獻給陛下的這部著作…,我能說些甚麼呢?我就像一個坐著一艘外國輪船的人一樣,船在那兒靠岸我也只能在那兒上岸。僅此而已,別無他求。」1629年,這部《星表》終於開始印刷,但是克卜勒這時已經窮得揭不開鍋了。這天晚上,他把家人叫到一起,說:「我這一輩子研究天體,總算找到了他們和諧關係,可地球上總是這樣亂鬨鬨的。我雖然有發現,有著作,可是現在卻沒有能養活你們的麵包。我這一生的研究就到此為止了。明天一早,我就離開這裡到林茨去,去給你們尋飯吃。那是我生活了多年的地方,那裡的國會還欠我一大筆薪金,他們總不能這樣拖到我死才還吧。你們在家裡安心等著,我去些日子就會回來。」說完,他特別把他的女婿,也是他最信任的助手巴爾奇叫到跟前:「孩子,這是我過去寫的兩行詩,假如我死去不能再歸,就請用它做我的墓碑碑文吧。」這兩行詩是:
我欲測天高,現在量地深。 上天賜我靈魂,凡俗的肉體安睡在地下。
第二天全家人泣涕而別。
11月初,克卜勒到達雷根斯堡。三天後,他突然發燒,在大路旁的一間小旅館裡,這位會使天上的眾星都俯首聽命的偉人就這樣在孤獨和飢餓中死去。這天是公元1630年11月15日。
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第二十四回
千里投書 億萬里外獵新星,百年假說 一夜之間變成真
--海王星的發現 上回書說到克卜勒以畢生精力剛弄清天體運動的規律,便窮途潦倒死於他鄉。當時人們已經逐漸發現太陽系有水、金、地、火、木、土六大行星。1781年3月13日,赫歇耳又發現了第七顆行星——天王星。人們將這些行星按照克卜勒的軌道一一擺開,倒也運轉得服服貼貼。各位讀者,前面我們講過,自從哥白尼1543年出版《天體運行論》,提出「日心說」以來,這新天文學經歷了許多苦難。布魯諾被焚身,伽利略被判刑,克卜勒又是這般下場。幾代人以血淚汗水和泥終於築成這座科學假設之大廈,嘔心瀝血,現在總算摸住了規律。他們的辛苦沒有白費,就是我這寫書人也在替他們感到無限的欣慰。
但是,到1821年有個法國人布瓦德,將1781年以來四十年的天王星資料進行了一番細細推算。這一算不得了,這天王星總也進不了克卜勒的軌道。他又將1781年以前的觀察資料(當時人們是將它錯當恆星記錄的)再算一遍,又是另一個軌道。事情又過了十年即1830年,有人將天王星的軌道再算一遍,卻又是第三種樣子。這下,已平靜二百來年的天文界又譁然起來,難道是哥白尼的假設、克卜勒的「立法」都錯了?如果不錯,那只有一種解釋,就是天王星外還有一顆未發現的新星通過引力在影響它的軌道。但是經過八十年的探索,卻杳無蹤影。你想,天王星距太陽約28億公里,繞太陽一周,要用84年,如果它的軌道外再有一顆星,找起來真是大海撈針了。
19世紀40年代,幾乎全世界的天文學家都在為找這個暗藏的調皮鬼而絞盡腦汁。原來在宇宙中,這一顆星會對附近的另一顆星的運行軌道發生影響,這叫攝動。根據克卜勒等人在理論上的發現,在當時對已知星計算攝動是不成問題的。現在要反過來,靠這麼一點點的攝動就要去推算那顆未知的新星,這裡面有許多的未知數,簡直無從下手。所以尋找這顆新星既像是要去抱一個金娃娃使人急不可待;又像是要去捉一隻虎,叫人想而生畏。一時整個天文界,整個天文體系,都讓這顆星攪得心神不安。1846年9月23日,德國柏林天文台的老台長加勒正坐在自己的辦公室里,侍者送進來一封信。此信是從法國寄來的,落款是一個陌生的名字:勒維烈。是誰又來向他求教甚麼呢?可是當他仔細一讀,不覺大吃一驚:
「尊敬的加勒台長:請你在今天晚上,將望遠鏡對準摩羯座δ星(中文壘壁陣四)之東約5°的地方,你就會發現一顆新星。它就是你日夜在尋找的那顆末知行星,它小圓面直徑約3角秒,運動速度每天后退69角秒。(一周天360度,1度=60角分,l角分=60角秒。)……」
滿頭銀髮的加勒讀完信,不禁有點發愣。他心裡又驚又喜,是誰這麼大的口氣,難道他已觀察到這顆星?不可能,這個未出名的小人物不會有多麼好的觀察設備,可是他又怎麼敢預言得這麼具體?
好不容易,加勒和助手們熬到天黑,便忙將望遠鏡對準那個星區。果然發現一個亮點,和信中所說的位置相差不到一度。他眼睛緊貼望遠鏡,一直看了一個小時,這顆星果然後退了3角秒。「哎呀!」這回加勒台長跳了起來。那個陌生人竟預言得1角秒不差!大海里的針終於撈到,加勒和助手們狂呼著擁抱在一起。幾天後他們向全世界宣布;又一顆新行星發現了!它的名字取做:海王星。
一個月後,加勒匆匆趕到巴黎,按著地址找到一個實驗室里,急切地要見那個叫勒維烈的寫信人。這裡,桌邊一位30歲左右的小伙子羞澀地站起說:「如果我沒有猜錯。你就是從柏林來的加勒先生,我就是給你寫信的勒維烈。」加勒這回更加驚詫,萬沒料到指導他發現海王星的竟是這麼一個年輕人。他一下撲上去,和他緊緊地擁抱,然後迫不及待地說:「你太偉大了,太了不起了,請讓我參觀一下你的儀器,你的設備。」小伙子還是羞澀地笑了笑,從抽屜里取出一大本計算稿紙說:「我是用筆算出來的。」
「請您介紹一下您的算法。」
「其實也沒有甚麼。我研究了一下其他行星與太陽的距離,木星、土星和天王星軌道的半徑差不多後一個都是前一值的二倍,假設未知星半徑也是天王星的兩倍,列出方程。算出的結果和觀察當然有誤差,經過修正,再算、再修正、再計算,逐步逼近。」
「算了多長時間?」
「我也記不清了,大概有好幾年。」
「就這樣直算到誤差小到一角秒?」
「嗯,」勒維烈又是羞澀地點了一下頭。
「小伙子,有毅力。這顆星終於讓你摘去了。「加勒仔細地審查了這堆稿紙:共33個方程。這位老天文學家流淚了。他冒著寒風在星空下觀察了一輩子而不得其果,這個未出芽廬的小伙子卻用一支筆將結果精算於帷幄之中。科學的假設,科學的理論一旦建立,竟有如此偉大的神力啊!
正是:
大海拉網苦辦法, 明人順藤來摸瓜。 巧用理論去指南, 豈肯盲人騎瞎馬。
發現海王星的消息傳開,英國皇家天文台急急忙忙查找自己的資料,這時才發現正好也是一年前的9月里就有個叫亞當斯的青年計算出這顆新星的位置,並將結果轉告給台長。但這位皇家台長瞧不起這個23歲的無名小卒,根本沒有做認真的觀察,以至在這場重要的競爭中,使法國人和德國人捷足先登(不過後來在科學史上倒也承認這海王星是他們兩家同時發現的,勒維烈和亞當斯也成了好友。他們後來分別擔任了巴黎天文台和劍橋大學天文台的台長)。哥白尼、克卜勒的學說終因他們這一偉大的發現而站穩了腳跟。後來恩格斯論及此事時特別感嘆地說:「哥白尼的太陽系學說有300年之久一直是一種假說,這個假說有百分之九十九,百分之九十九點九,百分之九十九點九九的可靠性,但畢竟是一種假說,而當勒維烈從這個太陽系學說所提供的數據,不僅推算出一定還存在一個尚未知道的行星,而且還推算出這個行星在太空中的位置的時候,當後來加勒確實發現了這個行星的時候,哥白尼的學說就被證實了。」
至此,天文學確實進入了一個新階段。
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上士 九级 |
第二十五回
河邊一夢 繁星點點指坐標,船上一覺 幾個數字縛海盜
——直角坐標系的創立 上回說到1846年9月23日夜,柏林天文台長加勒靠著千里外一封來信的指點,順利地找見那顆全球天文學家都感到頭疼的海王星。這到底用的甚麼方法呢?要說清這事,還得再退回226年。
1620年深秋,萊茵河畔的馬爾姆小鎮紮下一排軍用帳蓬。入夜,萬籟俱寂,唯有秋風輕輕,雲破月來樹弄影。這時帳蓬里,一個年輕士兵翻來覆去怎麼也睡不著。他就是後來聞名於世的大哲學家、數學家笛卡兒。這年他24歲,正服軍役。說來好笑,笛卡兒一生有兩種怪癖,一是睡懶覺,二是旅遊。他出生在法國北部都蘭城的一個議員家庭。因從小體弱,很受家庭寵愛。後來上了學,校長見他瘦小而聰明,又礙著他父親的面子,便特許他早晨想甚麼時候起床就甚麼時候起床。想不到,這倒使他慢慢養成一個習慣:躺在被窩裡思考問題。這天晚上,在這個陌生的地方,他一時難以入睡。多瑙河細碎的浪聲.天窗外點點的繁星,原野里秋天枯草的香味,湊成一個美妙的環境。笛卡兒想著最近研究的幾何與代數的結合,眼前這些星星像豆子一樣,滿天亂撒,如果用數學方法,怎麼表示它們的位置呢?當然最好是書一張圖。但這是幾何的方法。古埃及人在尼羅河邊丈量土地時就學會使用這個辦法了。但這紛亂的星空多麼複雜,就算畫出來,當你要指給人看一顆星時,還得拿出整個一張圖。可又有甚麼方法只用幾個數字就能標清它們的位置呢?他又想,自己隨軍到處奔波,前幾天還在多瑙河右岸,今晚又到左岸,時而在上游,時而在下游,要是給上級報告部隊的位置,該怎樣表示呢?……
笛卡兒正這樣躺在被窩裡做著研究,忽然門口傳來踏踏的腳步聲。排長查鋪了,他慌忙將被子往頭上一蒙,兩耳側起,聽著震動。可是奇怪,腳步聲到門口又折回去了。他猜想,一會兒還會回來,於是不再探頭,繼續進行圖與數的冥想。
過了一陣,果然排長又來了。他闖進帳篷,揭開被子,一把拉起笛卡兒我向外拖去。笛卡兒想喊喊不出,想披件衣服,可手又被攥得緊緊的。等到走出帳外,排長才說:「你不是整日研究,想用數學來解釋自然和宇宙嗎?乘現在夜深人靜,這荒野曠地不會有誰偷聽,我告訴你個妙法,你要切切記在心中。」說著,排長從身後抽出了兩支箭,拿在手裡搭成一個「十」字。箭頭一個朗上,一個朝右。他將十字舉過頭說:「你看,假如我們把天空的一部分看成一分平面,這個平面就分成四個部分。我這兩支箭能射無限遠,天上這麼多星,隨便那一顆,你只要向這兩支箭上分別引兩條垂直線,就會得出兩個數字,這位置就被表示得一清二楚了。」笛卡兒說:「你慌慌張張地把我拉出來,我還當有甚麼新鮮玩藝兒。畫坐標圖,古希臘人就會使用。現在最難的是那些抽象的負數,人看不見摸不著,顯示不出來就不好說服人。「排長向笛卡兒肩上打了一拳哈哈笑道:「我說,你這麼聰明,怎麼這層窗紙就沒有捅破。你看,將這兩支箭的十字交叉處定為零,向上向右是正數,向下向左不就是負數嗎?這烏爾姆鎮是交叉點,多瑙河上游是正,下游是負,右岸是正,左岸是負。我們行軍在鎮的東西南北,不是隨時就可用正負兩個數字表示出來嗎?」笛卡兒高喊道:「這是個好主意!」他一下撲上前去想抓過箭來看看,不想排長忽地將箭往身後一藏,不悅道:「你就知道每天睡懶覺,自己不會去做一副嗎?」說著便向河邊跑去,眼見到了岸邊,他竟踏水而過,如履平地。笛卡兒也一腳踏上水面,卻撲通一聲跌入河中,忙大喊救人。突然,他覺得屁股上重重挨了一腳,睜眼一看,帳蓬里已射進陽光。排長正站在他的身邊喊道:「你這個懶鬼,又不起床,還在做甚麼美夢!」笛卡兒眨了眨眼,一骨碌爬起,雙手抓住排長的肩膀直搖:「你說甚麼?你剛才對我講了些甚麼?」排長罵道:「神經病!」又去催別人起床。笛卡兒卻像突然發了瘋似地從枕頭下抽出一個本子和半截鉛筆。他先畫了一條豎線,標明為y;又畫了一條橫線,標明為x。在這兩條軸上又標出許多正負刻度,如夢中見到的一樣。外面集合的號聲答答地吹響,他慌亂套上衣服,提起槍便衝出帳外。後人都說笛卡兒的坐標系真的是這樣從夢中得來的,時間是1620年11月10日,地點是烏爾姆鎮(260年後愛因斯坦就誕生在這個小鎮上)。
再說笛卡兒當了一段兵後,漸漸覺得厭煩,便離開軍隊去遊歷德國、哥本哈根、波蘭等許多地方。這天在一個小港灣,他帶著僕人和一大箱書,登上一艘不大的荷蘭商船,準備回到祖國。笛卡兒躺在又窄又暗的艙里,被昏沉沉地搖了一個晚上,早晨醒來身骨像散了架一樣,按照懶習慣他只是翻了個身,不想立刻起床。僕人可能到甲板上吸海風去了。突然隔壁有誰在說話。他將耳朵貼在木板縫上聽。原來,船長和船副在用荷蘭話密談。船長說:「……客人中要數那個法國大兵了,你注意到他那隻大箱子了吧?僕人扛時被壓彎了腰。」船副說:「估計天黑前到卡斯島,上岸後就會有人接應。」「噓--小聲點,那傢伙是當過兵的,漏了風不好對付。「不怕,我試探過了,他聽不懂荷蘭話。」笛卡兒突然全明白了,他是上了海盜船。這可怎麼脫身?他先冷靜下來,腦子裡閃出卡斯島的位置。過去當兵時他會去過那裡,那是一座荒島,現在看來是他們的老窩了。他不敢有任何動靜,就在被子裡悄悄地掏出一個小小羅盤,測定了船現在的經緯度,眉頭一皺,腦海里閃出一幅這一帶海域的坐標圖。根據經緯度在坐標系裡的位置,他輕易的算出了卡斯島的距離。根據航速,船今晚無論如何也駛不到那裡,相反,沿途倒是有一個已有住人的小島。盤算已定,笛卡兒整天都躺在被窩裡裝著若無其事,只是僕人送到飯時,他才悄悄告訴僕人要做準備。
夕陽斜照,笛卡兒到甲板上散步。他悠閒地眺望天際。海面像一匹綠綢子柔和地飄向天邊,海鷗掠著浪花翻飛,時而條地栽下來點一下水,又突然翻身沖向天空。他心裡在祝福,但願他的計算不會有錯。船長也來到甲板上。他先用含混不明的表情,掃了一眼笛卡兒腰間的佩劍,隨即用法語與笛卡兒交談起來,但同時焦急地搜視著海面。笛卡兒心裡說:「你的島?至少後半夜再說吧!」遠方慢慢出現一個小島的輪廓。船長臉上顯出喜色,對笛卡兒說:「天氣真熱!先生,我們靠岸島上少歇一會好嗎?」笛卡兒也偷偷打量著這島:上面一片寂靜。他不由地心裡直打鼓:難道我算錯了嗎?漸漸島上的樹木、房屋現出來了,這是一座島,但不是那座荒島,上面有漁村,這是一座救命的島啊!
船靠岸了,船長向島上張望看,他一定在尋找來接應的同夥。大概他也發現不對勁,正在猶豫不定。這時笛卡兒卻大聲地笑著說:「船長先生,我們去喝一杯吧,我請客!」船長臉上努力裝出一種隨便的樣子,順著長長的木板走下船來。他的雙腳剛剛站到岩石上,忽聽後面「嗖」的一聲,一回頭,卻見笛卡兒右手的劍尖正頂著他的鼻尖,左手裡的一隻手槍也瞄準了他的胸口。船長愣住了,只聽這個法國人用荷蘭話大聲喊著:「快命令你的水手把我的箱子送下岸來!先生,您下錯了地方!」「哎呀!他原來會說荷蘭話啊!」船長心裡想,再一細看這個小島,山上有幾戶漁民,此外並沒有甚麼自己人前來接應。他頓時頭上滲出一屏冷汗。法國大兵的箱子送下來了,笛卡兒說:「船長,請看看我的金銀財寶吧。」打開一看,都是些書,還有一堆手稿,上面滿是弩彎曲曲的線條、數字。笛卡兒哼了一聲對又失望又恐慌的海盜船長說:「你大概沒想到吧,今天俘虜你的就是這些數字。天黑前你只能到這裡就擒,我給你計算得一點不差!」這時,笛卡兒的僕人也在船上用火槍頂住了船副,並叫其他幾位乘客趕快下船。船長跪在岩石上,直求饒命。笛卡兒輕蔑地說道:「我不會讓你的血污了我的劍,不過以後再出來做海盜時,別忘記船上該雇個數學家!」
卻說這次笛卡兒歷險之後回到祖國,就將他那在軍營里,在車上、船上所思所想的東西整理成一本書,書中專有《幾何》一篇。他第一次將幾何和代數聯繫起來,創立了坐標系,這樣,在坐標系裡只要知道一個點,這個點的軌跡,不管它是直線、曲線、圓、橢圓,都可以通過相應的方程序精確地推出。這一下,變數進入數學、物理、化學、天文等領域,一切運動的過程都可以在這個坐標系裡得到明了的綜合描述。正因為有這一步,才有後來牛頓一系列的重大發現。所以,人們常說笛卡兒是牛頓的人梯。近代科學漸漸地就要迎來一個新高潮。
欲知後事如何,且聽下回分解。
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第二十六回
無形學院研究無形物,有識之人腳下有新路
——波義耳定律、化學科學的確立 上回說到那個笛卡兒終日冥思苦想,在數學上終於取得重大成就,創立了坐標系。其實這人才高智廣,何止在數學領域,他對於物理、天文、生理、醫學、化學也都無所不通。他認為「世界是一本大書」,為讀這本大書他終生不肯閒下來而遊歷各國,與當時歐洲的一些名士學者切磋學術。這天他又遊歷到英國的斯泰爾橋。不過這次他倒不是來討論甚麼學問,而是拜訪他的老朋友萊尼拉芙夫人的。卻說他叩門入內,落座接茶。萊尼拉芙夫人見是老友光臨,早跑前跑後,又是取水果茶點,又是吩咐僕人備飯。笛卡兒仰坐在椅子裡仔細打量起朋友的住所來。這是一座漂亮的私人莊園。窗外紅樓綠樹,白木柵欄,室內牆上留看精細的浮雕:有鼓著雙翅的小天使,有嫻靜美麗的淑女。這時外面地一陣羊叫,幾聲鞭響,他探頭一望,只見如血的夕陽從群羊的背上抹過,一團白雲紅霧飄過綠草青水,好一幅牧歸圖。他這個四海為家終生飄零的人不由得頓生歸根之念,他下意識地摸摸自己斑白的鬢角,真是學海無邊,何日是岸啊。自己要能有這樣一座莊園,讓他這隻孤舟也能傍岸暫歇一時多好。這時萊尼拉芙夫人也已忙完,笑盈盈地坐在他對面,說:「怎麼,看上我這個世外莊園了?」
「是啊,這裡太清靜了。」
笛卡兒話音未落,忽聽樓上腳步雜沓,人聲鼎沸,像是開會,又像是吵架。他剛才隱隱升起的閒適之感頓消雲外,忙問:「上面在幹甚麼?」
萊尼拉芙夫人無可奈何地一笑,說道:「世外莊園也不清靜啊,一群毛頭小子,整日議論甚麼世界,甚麼物質,一個個都想當你這麼大的科學家呢。」
不想這麼一說,笛卡兒倒忽然來了精神,旅途的疲勞一掃而光,說:「快領我上去看看。「萊尼拉芙夫人笑道:「你呀,天生是個跳不出苦海的人。」
他們上到二樓,一推門,只見七、八個年輕人,有的坐在桌子上,有的趴在沙發里,還有的依在窗前,正指手劃腳,脖粗臉脹地辯論。桌上書本倒扣,紙張亂疊。他們見有陌生人進來才趕快打住話頭。萊尼拉芙夫人指著當地站著的一個二十來歲的小伙子說:「你還沒見過,這就是我的小弟弟波義耳,這些都是他們組織里的人。」又回過頭說:「你們也認識一下,這就是我的老朋友,你們常議論的大人物笛卡兒。」小伙子們不禁大吃一驚,喜悅得如遇著上帝下凡一般,一起圍了上來。笛卡兒說:「你們在議論甚麼?」
「還不是亞里斯多德老頭早就講的那個老問題,世界到底是甚麼。是水,是人?還是土,是氣?」他們亂鬨鬨地一齊回答。又有人補充道:「最近還流行甚麼『三原質』說,說是一切物質遇火都要分解成三種元素:硫磺、水銀、鹽。說木頭點著火後,火苗是硫磺,冒的煙是水銀氣,留下的灰是鹽。」
「這都是些胡說。」一扯到這個話題,波義耳又恢復了剛才咄咄逼人的架勢,忘記了面前新來的這位貴客,「物質遇火不一定都是分解,有時反倒是合成。如灰和沙子經火一燒倒成了玻璃。再說,就是那『三原質』也不是不可再分的東西。如他們的鹽里就有鹼和酸。從亞里斯多德以來,人們總是在這些無形的東西上辯論來辯論去,其實真正解決問題的方法還是要實驗,要一樣一樣地去試,這些無形的東西就可以看得見摸得看了。他們至少有三樣特點:形狀、大小和運動。」
笛卡兒在一旁聽著,覺得這些年輕人確實有膽有識,一切經過實驗,這不是培根提倡的方法嗎?他們敢於反對舊的經院式研究去闖自己的新路,便又問:「剛才聽說你們還有個組織,叫甚麼名字?」
「無形學院。」
「甚麼意思?」
「我們自願結合到一起討論問題,無拘無束,無形無體,不就是無形學院嗎?」
笛卡兒聞聽哈哈大笑:「好,好,有意思,你們比牛津的那些學院並不差分毫啊,真是後生可畏。」
再說這波義耳(1627~1691)也真是說到做到。他父親是一位保皇的伯爵,前不久在與克倫威爾革命軍作戰中剛剛陣亡,留下了這筆家產。他就用這些錢在領地里修起冶煉大鐵爐,買來瓶瓶罐罐,雇了工人、秘書。波義耳是個百科全書式的學者,物理、化學、生物、醫學、哲學、神學無所不愛,無所不去研究。這些實驗大都是由他精心設計,由別人去做,他分析記錄,研究規律,然後口授論文。這天他正在實驗室里巡視,助手威廉報告剛從國外買來兩瓶鹽酸。波義耳說:「拿來讓我看看。」這時老花匠剛采了一大籃子紫羅蘭,紮成一束束正向各房間裡分插。波義耳聞著沁人心脾的芳香,看看那紫里透藍的花瓣,不覺隨手從籃子裡抽了一束,拿在手裡一邊玩,一邊看威廉往一個燒瓶里倒鹽酸。那淡黃色的液體一流出瓶口,便冒著滾滾的濃煙,緩緩地在瓶子周圍滾動。波義耳和助手都感到一陣刺鼻地難受,他忙用花束下意識地扑打了幾下,又把花舉到鼻下。等看過新買的鹽酸,他舉著花束又歡快地回到書房,這時花上還在冒著輕煙。多嬌好的花朵,不幸竟也沾上了鹽酸的飛沫。他趕忙將花浸到一個有水的玻璃盆里,然後在地上一趟一趟地踱著步子,開始給秘書口授文章。不知這樣走了第幾趟,他偶一抬頭,突然發現玻璃盆里的花變成紅色的了,他以為是玻璃與陽光的作用,忙上去一把抽出來。剛才這花明明還是藍茵茵的一瓣一瓣,怎麼轉眼就成了紅艷艷的一朵一朵?秘書聽他不說話,一抬頭見波義耳正在那裡對著一束水淋淋的鮮花發愣,他正要問話,波義耳卻大喊道:「快到花園裡去再采一大把紫羅蘭,還有藥草、苔鮮、五倍子,各種花草樹皮都采一點來。」
原來聰明的波義耳立即悟到是鹽酸使紫羅蘭變成紅色。那麼對其他花草會怎樣呢?他將各種花草製成浸液,然後用酸鹼一一去試,果然有的遇鹼變色,有的遇酸變色,而更有趣的是用石蕊苔鮮製成的一種紫色浸液卻是遇酸變紅,遇鹼變藍,一身兼二性,實在妙極了。他用這浸液將紙泡濕,然後再烘乾,以後遇到新的液體不知是酸是鹼,只要剪上一條這種試紙,投入液中,或紅或藍,酸鹼立判分曉。
正是:
有色有味紫羅蘭,任人品嗅任人看。 一朝落入知己手,卻為化學來指南。
我們現在中學生在課堂上用的指示劑,原來就是這樣發明的。
卻說這波義耳發明了指示劑後就更認真地要分出各種物質的特性。他早已不相信那關於水、土、氣、火是最簡單的物質的說法,而認為世界走出一些最小的微粒組成,但是微粒是怎樣結合在一起,他又要親自來試一試。這天波義耳又和自己的新助手羅伯特.胡克將一些不同的反應物放在一個U形管里,管的一頭密封,再從另一頭加壓。波義耳說:「我想壓力提高,這些微粒的結合就會更快。請將壓力平衡管提高,增大壓力一倍。」胡克將壓力慢慢升高一陪,波義耳去看U形管的刻度,他驚奇地發現:氣體體積縮小了一半。他喊道:「再加大一倍。」體積又縮小了一半。這回他親自操作,壓力慢慢減少,當小到等於最初壓力時,氣體的體積也正好恢復到原來的大小。他立即揮筆在本子上記下一句話:
氣體的體積和它的壓強成反比。
這就是1662年發現的,著名的波義耳定律。
現在波義耳手中已掌握了大量的實驗材料,於是他集中精力開始寫一本新書《懷疑的化學家》。他在這本書裡力排眾議,把過去認為化學就是鍊金術,就是製藥之道,元素是四種或三種的說法批駁得體無完膚。他別指新路,認為化學應當說明化學過程和物質的結構,元素就是再不能分解的物質。
近代化學出現了。恩格斯說,是「波義耳把化學確立為科學」。
波義耳就是這樣從親自做實驗入手,積累了資料,又上升到理論著書立說。現在他暫時離開了燒瓶、熔爐,而每天以墨水紙張作伴。這天波義耳正專心致志地寫書,胡克突然慌慌忙忙地推門進來,高喊著:「好消息,好消息。波義耳先生,倫敦來信了!」
究竟倫敦來信帶來甚麼消息,且聽下回分解。
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上士 九级 |
第二十七回
蘋果月亮 天上地下一個樣,痴男傻女 你東我西難成雙
——萬有引力定律的發現 上回說到波義耳正在家裡安心寫書,忽然胡克跑進來大喊有好消息。原來是倫敦來信,要成立皇家學會,請波義耳去主持。波義耳一聽也喜上眉梢,不久他便帶上胡克等前往倫敦。這無形學院真的發展成一所有形的皇家學會了。近代科學浪潮滾滾,科學隊伍人才輩出也實在需要一個組織將大家團結起來,這皇家學會集很多學術團體而成。另一方面,當時在各學科研究領域已出現很多重要人物和重要的科學成就,如伽利略在力學上的發現,克卜勒對天空的立法,笛卡兒在數學上的發明……真是各路英雄風雲際會,各個領域百花齊放,這時也實在需要一個更高的偉人出來,將這些新成果總結一番,歸納出一個解釋自然世界的總法則。說也奇怪,就剛好在伽利略逝世的1642年,牛頓(公元1642-1727)來到人間。
真是天降大任於斯人,必先苦其心志,勞其筋骨。這牛頓末出娘腹,父親便去世;不到兩歲,母親又改嫁。在舅舅和外祖母的撫養下,他從小體弱多病。1661年6月,他以「減費生」身份考入劍橋大學三一學院。他比一般同學都大四、五歲,但他從小有個好習慣,就是愛親自動手做小機械之類的玩藝兒,手極巧。入學後遇著一個叫巴羅的好老師的悉心栽培,這遲熟的牛頓茅塞頓開,學業進步很大,經常提出一些自然和數學方面的問題,使巴羅又驚又喜。誰知好景不長,學習不到三年,便發生了席捲全國的大瘟疫,倫敦在1665年一個夏天便死了二萬多人。學校只好放假,牛頓卷著鋪蓋又回到老家沃爾斯索普村。
這時的牛頓腦子裡已裝了許多天文、數學知識,和當時在村里割草鋤地時自然不同。他大部分時間用在閉門讀書上,或有時到田間、樹下仰頭作著誰也猜不透的冥想。好在離他家不遠住著一位斯托里小姐,這是他青梅竹馬的女友。他倆常在一塊說話,倒也不算寂寞。
這天夜幕初降,晚餐過後,牛頓在自己的房間裡剛捧起伽利略的《對話》,忽聽窗外有風由遠及近,簌簌颯颯,搖著那些樹葉,奏起一陣秋聲。不一會兒「撲通」一下,輕輕地像有甚麼東西落在院裡,接著又是一下。牛頓合上《對話》,披衣推門而出。院裡月光如水,落葉滿地,他在樹下踱著步子,想著剛才那聲音。忽然又是「撲通」一聲,一個東西擦著他的肩膀,跌落在自己的腳邊。他吃了一篇,忙蹲下一看,是一個熟透的蘋果,再向地上摸了摸,早落下有五、六個了。牛頓心裡一喜,將蘋果拾到衣襟里,想:我現在我給斯托里送去,讓她高興高興。自我回家以來,她常常給我送些果醬呀,草莓呀,我卻沒有回謝過人家。牛頓蹲下拾蘋果時這樣想著,可是當他兜著衣襟直起身時,抬頭看見了那輪明月,不免又犯起尋思來:蘋果熟了就會落到地上,那月亮為甚麼不會落下來呢?再者,這蘋果為甚麼不會與月亮一樣,飄上天卻非要往地上落不可呢?為甚麼月亮繞著地球轉,也不會飛走?伽利略說,物體不管輕重落地時是一樣快的,這月亮與蘋果為甚麼不一樣?「月亮、蘋果……」他這樣一路念叨著,不覺已走到斯托里小姐家的門前。響聲驚動了小姐,她掀起窗簾,一看那個瘦高的身影,慌忙一陣風似地跑出來:「啊!親愛的,怎麼你來了?」她知道每天晚上牛頓是關門讀書的。牛頓笑了笑,捧出衣襟里的蘋果。斯托里想不到他還會這樣多情,忙將他請到屋裡,心頭高興得怦怦直跳。她忙著又搬椅子又倒茶,而牛頓放下蘋果,轉身便走。斯托里忙追上去:「好不容易來我家一趟,也不多坐一會兒?」牛頓卻答非所問:「親愛的,外面月色正好,你說月亮為甚麼不會掉下來?」「唉呀!你又中甚麼邪了,每天盡和我說這些怪問題,我才不管呢!我只知道月亮下面我倆好散步。」斯托里格格地笑道。其實她是很喜歡聽牛頓講這些怪問題的,雖然她聽不懂,但能和他在一起心裡總覺得熱乎乎的。這時她將那隻溫柔的小手伸在牛頓的大手裡,牛頓不再說話,他們就這樣默默地走著,一會兒又回到牛頓家那棵蘋果樹下。牛頓這才如夢初醒,說:「斯托里,我再送你回家吧。」「你今晚這樣痴痴呆呆的,送走我,怕你也找不見家了。」斯托里笑了笑,忙抽出手來,轉身疾走著回去了。
一連三天,牛頓沒有出門。他把在巴羅老師身邊學的知識全部調動出來,又翻出伽利略、克卜勒的書來。他每天睡得很晚,又起得很早,起床後常常是剛穿上一隻袖子,就拿起筆來伏案計算,直到外祖母來喊他吃午飯,才發覺衣服還未穿好。他和前人不一樣,他們是靠觀察,靠測數據,而他覺得關鍵是要找出這些已知材料之間的聯繫。他要靠思考,靠數學推導來攻這個蘋果與月亮是不是一樣的難題。他想那月亮繞地球飛行的速度v月應該是它的繞地軌道長除以繞地球周期(v(月)=2πr/T),月亮的向心加速度a月=v(月)2/r=4π2r/T2=0.0027米/秒2(T=27.3天=2.36×10^6秒,v=3.8×10^8米)。這是天上的規律。那麼地球吸引蘋果呢?它的加速度就是自由落體加速度g=9.8米/秒2。根據克卜勒三定律可推出兩行星間的吸力與它們間的距離平方成反比。天上地下的規律一個樣,那麼這個比例是成立的a(月)/g=R2/v2(R是地球半徑,即蘋果到地心距離;r是地月間距離)。g=9.8,r=60R,所以a(月)=9.8×(1/60)2=0.0027米/秒2。妙極了,從不同的途徑推出了一樣的結果,這就證明天上地下,蘋果月亮原來一個樣啊。物體間都是一種同樣的吸力,其所以大小不同只是由於它們的質量和相互間的距離不同。F=GMm/r2。這種力是不分天南海北,春夏秋冬,天上地下,到處都有的萬有引力啊。
正是:
事物彼和此,都有相似點。 可貴在聯想,舉一可反三。
這天深夜,當牛頓呆坐在他那間房子裡,腦子裡頓時開了竅,他發現了宇宙。他真不敢相信,從1543年哥白尼發表《天體運行》到1642年伽利略死,兩代巨人奮鬥了整整一百年;從第谷十七歲起在赫芬島一直不停地觀察星座,到他的學生克卜勒1630年完成《星表》不久病死他鄉,多少人前赴後繼呀。而他自己,這個才23歲的大學生,不過為躲瘟疫,退居鄉下,竟因為看到幾顆蘋果落地,就這樣幸運地窺見了宇宙的奧秘。他不敢相信這是真的,他面對桌上紛亂的稿紙,抬頭眺望夜空,真有點替伽利略可惜-你為甚麼不願承認克卜勒的橢圓定律,再用你非凡的才智去計算一下呢?還有克卜勒,你那開闊的思路囊括宇宙,檢索眾星,怎麼忘記將這地上之物也查一查呢?還有笛卡兒……啊,這許多巨人將肩膀支起,是等我來踩看攀登啊!上帝在那天晚上將蘋果摔落地上,是啟示我的啊!
和那些科學巨人比,牛頓真覺得自己還是一個毛頭小孩,他也不敢一下子相信自己的發現(這原理直到22年後才正式公布),只是這勝利鼓舞著他。他又終日伏案,將那些太陽、土星、木星一一地去作著推算。
再說,斯托里幾天不見牛頓露面,心裡總覺空落落的,牛頓雖總有那樣一種傻氣,但她內心對他還是一片痴情。這天早晨,她從自家雞舍里新收了十幾個雞蛋,用頭巾包著便來看望牛頓。牛頓見她來了自然十分高興,便也離開書桌在床邊坐下,握著她的小手興奮地講著月亮和蘋果的關係,這回又說到數學計算,她自然更是難懂,不過還是依在他的身旁勉強聽著。一會兒大概牛頓自己也覺得沒有合適的聽眾,突然停下不說了,斯托里倒真願這樣和他一起安安靜靜地坐一會兒。她將身子更靠近他一些,臉卻不去看他。這時牛頓從桌上拿起一個木雕的大菸斗。自從來到鄉下,他對鄉下人抽的這種菸斗很感興趣,舅舅特意雕一個送他。這時他手拿菸斗,腦子裡不知又在想著什麼。這樣靜坐了一會兒,斯托里將一隻手伸向他,眼睛只管看著窗外,她等著他捧著她的手指去吻一下,想著,自己的手指就要觸著他那溫柔的嘴唇了。忽然她感到手指被擠得生疼,便不由尖叫了一聲,扭頭看時,牛頓將她的小指頭下意識地往那個大菸斗里填,眼睛卻不知看著哪裡。她就大喊道:「伊薩克,難道你要把我的手指揉成菸葉嗎?」牛頓這才如夢初醒,紅著臉忙不迭地道歉。斯托里又故意喊幾聲疼,笑了一陣。她看屋裡這個狼狽樣子,知道牛頓肯定還未吃早點,就去幫他生火。
這個小房間也真夠亂了,塵土封窗,碎紙滿地,床上被子末疊,盆裡衣服未洗。斯托里先一把推開窗戶,一股新鮮空氣撲面而來,她又打了一盆水去擦窗台,這時火爐上的鍋已經開得嘩嘩直響。她回過頭來,招呼一聲牛頓:「親愛的,我那頭巾里包著雞蛋,請你煮到鍋里去。」「是,謝謝。」牛頓說了一聲,很認真地站起,掀開鍋蓋,將雞蛋放入鍋里。過了一會,斯托里一邊揉著衣服,又一邊說:「親愛的,熟蛋快熟了,你得先準備一碗涼水,才好往出撈的。」牛頓說:「是,應該的。」身子卻沒有動一下,還在紙上畫著什麼。斯托里看看他的背影不覺笑了起來:「你呀!沒人管準會餓死。」便起身拿了一把勺子到鍋里去撈雞蛋。這一撈不要緊,她臉上的笑容頓然消失。她將牛頓推了一把,說:「先生,你就吃這個嗎?」牛頓一回頭,原來鍋里煮的是懷錶!這回,斯托里可真生氣了。她還是幫他收拾著房間,又重新煮了幾個雞蛋,但是卻一句話也不說。牛頓自知今天在女友面前出了這許多洋相,實在不體面,忙將桌上的書呀,紙呀,一起堆起,想,我今天真該陪她坐一會兒才是。但是他無論說什麼,斯托里美麗的臉上卻總泛不出一點笑容。他們就這樣默默地煮熟雞蛋,吃完。斯托里拿起自己的頭巾,道了聲「再見!」便悄悄地離去。
第二天,小姐讓人送來一封簡訊:「親愛的,也許我與您的來往打擾了您的工作,也許您本來是屬於整個宇宙,不會屬於我。我想,我們要是在一起生活,說不定哪一天您也會將我錯當雞蛋煮到鍋里。再見。」直到這時,牛頓才知道這個禍已是闖得不小,忙又是回信求情,又是當面謝罪。
到底斯托里小姐態度如何?且等下回分解。
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上士 九级 |
第二十八回
胡克妒賢 皇家學會大失策,哈雷識貨 又當伯樂又賺錢
——萬有引力定律的公布 上回說到牛頓在家鄉一邊研究萬有引力,一邊與斯托里小姐談戀愛,可是他對於科學未免太痴,以至於怠慢和惹惱了愛他的姑娘。他雖然想挽回局面,重叔舊情,但鏡已破碎,終難再回。這是牛頓的第一次戀愛,也是他一生的最後一次戀愛。以後他總認為自己是不善於戀愛和組織家庭的,所以終身未娶。
1667年,可怕的瘟疫剛消失,牛頓便重返校園,翌年獲碩士學位。不知是膽怯還是出於慎重,他對自己在鄉間從蘋果落地而得出的萬有引力定律,再未張揚。在這時,倫敦物理界的幾個優秀人物也在做同類研究。他們是胡克(1635-1703)、波義耳(1627-1691)、哈雷(1656-1742),還有雷恩等。這裡面胡克是當時皇家學會的負責人,又算當時物理界赫赫有名的權威、泰斗。哈雷,則迷戀於研究慧星。一天,大家又湊到一塊,討論那令人傷腦筋的天體運行問題。雷恩拍拍手中一本價值40先令的厚書說:「誰能把行星軌道證明出來,我願以這本書為酬謝。」胡克說:「我想,我們居住的這一部分宇宙,太陽一定是有一種引力,將地球和其它星球吸引權繞它旋轉。地球也有這種引力。」
「那麼,你能用數學方法具體地證明嗎?」哈雷急切地插問。胡克回答:「克卜勒定律不是已經講清楚了嗎?你為什麼要具體的證明呢?」
「胡克先生,你知道我正在研究那奇怪的慧星。他出沒無常,要能知道天體運行的計算方法,是多麼重要呀!」
「哈哈,原來如此。」胡克扭動來肥胖的身軀,看看這坐在對面此自己小21歲的年輕人,得意地說:「年輕人,這個證明我早已完成,但暫不拿出來。等那些不知天高地厚的人在這個問題上碰得頭破血流後,我才肯拿出自己的證明。」哈雷立時感到一種莫大的嘲諷,他忽地站了起來,大聲說道:「胡克先生,你指的是誰?」胡沒有想到對方這樣敏感,忙說:「請坐,請坐,哈雷先生,我指的當然不是你們。」
「胡克先生,請您珍重晚輩對您的尊敬。」哈雷說完便摔門而去。
哈雷當然知道胡克影射的不是他,而是牛頓。胡克和牛頓雖也常有學術來往,但已多年不和,事情定由光學研究引起的。1672年2月8日,牛頓在皇家學會上宣讀了《光和顏色的新理論》的論文,其觀點與胡克不同,這便首先結下了學術冤讎,兩人長期打氂筆墨官司。後來牛頓又搞起蘋果和月亮的研究,這對冤家又在天文學的陣地上相遇。年輕的哈雷看不慣胡克的蠻橫,便轉而求助於牛頓。
1684年8月,在與胡克爭吵了七個月後,哈雷來到劍橋。
在那間仍然是衣服、茶具與稿紙相混雜的房間裡,己身為教授的牛頓拖; 一雙掉到腳跟的襪子,起身迎接來訪的哈雷。這位不修邊幅的教授,待人卻溫和文雅。
「哈雷先生,您最近在研究些甚麼?」
「尊敬的牛頓教授,我最近在研究雪星。這種拖一條大尾巴的星星,一直是傳說的災星。一百五十多年前,韃靼人正在和基督教徒打仗,這顆星突然出現在天空,基督教徒就慌忙對天商告:主啊,請快來解救我們吧。'這以前,還有一次,英王赫羅德正與來犯的威廉姆霸王激戰,突然這星又出現在天空,赫羅德說:這是不祥之兆,怕要失敗了!部下聽言,便先失鬥志,果然他也軍敗身死。我現在也正被這顆災星纏得坐臥不安。1680年我觀察到一顆,我懷疑它就是前幾次有記載的那一顆,這傢伙又轉回來了。但是,我無法計算它的軌道與周期,因此也不能確定它們是不是就是同一顆星。」
牛頓眨了眨那雙智慧的眼睛,微笑敬說:「這倒是一個很有趣的問題。」
這時哈雷激動地站起來:「我此行就是專門為這件大事前來求教的,你說假如一顆星受到太陽的吸引,這引力是以與他們距離的平方成反比來遞減,它是以甚麼曲線運行呢?」
牛頓十分平靜地答出了兩個字:「橢圓。」
可是這種平靜反倒使哈雷大為震驚。他大瞪眼睛問:「怎麼得出的?」
「算出來的。」牛頓的聲音還是那樣平靜。這時他在微積分方面的研究已在計算上大大幫了他的忙。
「這是真的嗎?你知道胡克先生說他早已算出,不過不願公布罷了。親愛的牛頓先生,快將你的證明給我,我要向皇家學會匯報,這是一件天大的事情啊。」
這年12月,在哈雷的鼓動下,牛頓的《論運動》送到皇家學會,二年後公布有萬有引力的巨著《自然哲學的數學原理》第一編也送到皇家學會。在審查這些論文的會上,牛頓與他的冤家不得不再次相見。胡克這次不是得意地嘲諷,而是暴跳如雷了,他指著牛頓說:「你這是剽竊我的成果,人家早已解決了的問題,你又來著書立說,真是一種無恥的行徑。」
牛頓拍案而起,這個本來很溫和的教授,今天也控制不住自己:「你自己一事無成,卻好意思指責別人。我倒真想剽竊一點東西,可是你那計算的手稿到如今也不敢拿出來,以至於我真不知該到哪裡去剽竊。我不知一個只知吹牛撒謊的人,怎樣會混到這樣的身份。」
哈雷見事情已弄得很僵,慌忙起來圓場,他在倫敦與劍橋之間已穿梭多次做「紅娘」,今天能有這部書稿擺在案頭,已是成績不小了。他提議說:「我們還是討論一下這部書的出版問題吧。請學會能考慮撥一筆出版費,使這個《原理》儘快問世。」
胡克一聽火冒三丈:「對不起,皇家學會現在經費困難,拿不出一個先令來印甚麼原理。」說完夾起皮包轉身出門,臨到門口,又補了一句:「我宣布,以後拒不參加任何一次這樣的會議!」牛頓也早已氣得發抖,他將手中的筆往桌上一摔,說:「算了!後面幾編我看也沒有必要再寫了。」
正是:
莫道政界仇難消,學界恨火卻更高。 本是一致封自然,偏要你我見分曉。
幾個月後,哈雷又來到了劍橋大學牛頓那間雜亂的房間裡。一進門,他就大聲說:「牛頓先生,請您加快寫作,您的書可以出版了。」
「怎麼,皇家學會又有錢了?」
「不,用不的它的錢,我已借到一筆錢,以個人名義來出版這本書!」
牛頓看這個比自己小十四歲的青年天文學家,一時不知說甚麼才好。他從小孤苦伶仃,頓覺面前的哈雷就像自己的小兄弟一般,忙喊僕人快去拿酒,又摟著哈雷的肩膀在沙發上坐下。哈雷也趕快取出特地為他帶來的資料,說:「牛頓先生,你看,這是格林威治天文台新測的月球與地球距離的數據,這是巴黎天文台最新測得的地球子午線數據……」
「啊,好極了,好極了。有了這些,我們的推導、計算就可以更精確了。」牛頓將這些資料捧在懷裡,也不問問哈雷一路是否辛苦,就像餓漢搶麵包一樣地翻閱起來。哈雷也不介意,他接過僕人送來的酒杯,斜靠在沙發上,慢慢地呷味。忽然他的目光停在門下角的兩個一大一小的洞口上,再一看對面通向臥室的那扇門上也有兩個。他用手碰碰牛頓問道:「牛頓先生,為甚麼每扇門下都要開兩個一大一小的洞呢?」牛頓將目光從資料堆里移過來看了看門,很認真地解釋道:「噢,哈雷先生,你知道我有一隻漂亮的大花貓。為了能讓它自由出入,我在門上開了一個大一點的洞,可是最近它又生下一窩小貓,於是,我又讓僕人再在旁邊開了一個小洞。」哈雷不聽猶可,這一聽,笑得前仰後合,杯子裡的酒也差一點酒到地下。牛頓很詫異,忙問為何發笑。哈雷說:「尊敬的牛頓教授,蘋果和月亮都能同享一個你發現的萬有引力,難道你開的那個大一點的洞,就只許大貓走,而不許小貓走嗎?」牛頓聽完不覺自己也哈哈大笑起來,隨即將資料放到桌上說:「先吃飯,吃飯。」兩人手挽吃手向餐室走去。
1687年夏天,這部科學史上劃時代的巨你《自然哲學的數學原理》終於由哈雷的主持和資助出版了。牛頓對哈雷的幫助非常感激,他在書的前言中特別寫了一段:
「埃德蒙•哈雷,是目光敏銳,博學多才的學者,為本書的出版付出了艱辛的勞動。他不僅為勘誤和製版操勞,而且從根本上來說,他也是鼓動我撰寫本書的人。因為正是他要我論證天體軌道的形狀,正是他要我把這項論證呈報皇家學會。」
《原理》剛剛出版就被搶購一空,以後又接連再版三次(但是牛頓的《光學》一書硬是等到胡剋死後的第二年,即1704年才正式出版),這本書的問世可以與歐幾里德的《幾何》,伽利略的《對話》媲美。許多人爭相購買,有人買不到書,竟將這五百頁的巨著親手來抄一遍。人們狂熱地希望弄懂牛頓提出的新道理。有一位貴族問牛頓:「要讀懂這本書,是不是一定要懂數學?」牛頓答:「除此外,別無它法。」這位貴族立即花錢雇了一位數學教師。《原理》熱一時遍及歐洲。
哈雷出版這本書,原是出於一種對科學事業的正義感。但是他萬萬沒有想到書會這樣暢銷,因此,作為發行人的他也賺了一大筆錢。到底賺了多少,這自然是他的一個不便公布的秘密。
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