第七章第三节 科学的兴起

  3. 科学的兴起

哥白尼的日心说，算是他灵机一动。一大帮专业业余的天文学家，那么多人，那么多烦复枯燥的观测运算，日复一日，年复一年，才弄出来这么个灵感，想想就知道该有多不容易。他的地球绕太阳转的说法，算行星轨道的人，有的同意，有的不同意。 同意是因为算法简单了不少，不同意是因为老办法算不准，新办法其实还是算不准。 比如普鲁士国家天文台的台长，叫第谷 (Tycho), 就不怎么同意。他搞折衷主义，让行星绕太阳，太阳绕地球。不过他的观测数据，全世界最全最好，这些数据，他死后传到了开普勒 （Kepler）手上。

开普勒把哥白尼的灵机一动，弄成了没人能反对的科学理论。说起开普勒，也是奇葩。罗素在《西方哲学史》里，对开普勒的评价很有趣。他说一个人，没什么聪明才智，凭着勤奋努力一根筋，再加上好运气，能有什么样的成就，就看开普勒。人类上万年，只要问什么最完美，答案肯定是圆。所以地心说也好，日心说也罢，大家想都不想，就认定了天体做匀速圆周运动。开普勒不知道为什么，不爱足球偏爱橄榄球，异想天开，拿着从第谷那儿得来的数据，用椭圆去描行星的轨道。不成想还真被他蒙对了，这一描，描出了开普勒行星运动的三大定律。 第一大定律，行星绕太阳转，轨道不是圆，是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上；第二大定律，一定的时间段，行星和太阳连线，扫过的面积是固定的；第三大定律，行星绕太阳一周用的时间， 是由它的椭圆轨道的长轴决定的。这三大定律，是近代科学史上开天辟地的大事。行星的位置，用这三大定律，怎么算怎么对，没人能不同意。但是你要是问为什么就有这三大定律，回答是定律就是定律，没有为什么这一问，其实是没人答得上。事情到这里，都还没牛顿什么事。

前面讲了伽利略的两件事，有一件是从比萨斜塔上往下扔重量不同的球。他的结论，第一，地球对所有物体都有吸引力， 这个伽利略就知道，不用等苹果掉到牛顿头上；第二，地球对表面物体的吸引力产生的加速度，与物体的重量无关。有了这两条，能想到太阳对地球也有吸引力，用不着是天才。问题是这个吸引力有多大，这个再想想其实也容易，质量越大，引力越强，距离越远，吸引力就越小，自然不过。 所以后来胡克 （Hook）说万有引力定律是牛顿从他那儿听去的，也不是没有可能。当时他是英国皇家科学院的院长，老资格，牛顿是他的后辈。

力和加速度成正比，又是从伽利略那儿来的。这时候已经有了微积分，加速度是二阶导数，牛顿就写了个方程式。 方程式写下来，解起来不难，但是解出来一看，了不得。地球的轨道，是椭圆，开普勒的三大定律，轻而易举都从这个方程式里溜了出来。一个人在纸上写了一行，倒来倒去，居然一点不差推出了行星运动的三大定律。关键是这几行，给学过微积分的大学生写在白板上，简简单单，大家都看得明白。

你要是说大学生都看得明白，没什么大不了，你就错了。一个人从幼儿园学数数开始，小学五年，加减乘除，分数小数；初中三年，几何代数，高中又是四年，直角坐标三角函数，才到微积分，一环扣一环，想想看是多大的一个工程。

科学的兴起，现代天文学是当仁不让的里程碑。虽然行星绕太阳转，地球降了格，不再是世界的中心。但是人非但没有感到失落，反而从新兴的科学理论中，找到了前所未有的自信。人在神面前不再卑微，在自然的力量面前感到的，不再是恐惧。人类能够应用自己的聪明才智，去理解驾驭自然。培根 （Francis Bacon）说知识就是力量的时候，他表达的，是人类从科学的兴起中新取得的强大无比的自信。 知识就是力量，是人类对大自然的宣战书。

科学的智慧，不是一个或者是一小群天才的智慧。科学作为人类最博大精深的智识成就，从量变到质变，是人类智慧几千年的积攒沉淀。就说牛顿吧，微积分是他发明的，经典力学是牛顿力学，万有引力定律是牛顿万有引力定律，了不得。 其实呢，他不过是集大成者， 哪一样，也不是非他不可。微积分，没有他也有莱布尼茨 (Leibniz)，力学的牛顿三定律，前两条，是伽利略的发明。万有引力定律，也有胡克跟他争发明权。说这些，不是要贬低牛顿对科学，对人类的贡献。他对人类的贡献，远大于近代史上的任何杰出人物。

人和动物不同，是因为人有智识，人类智识的最高成就，是微积分，经典力学，万有引力定律。我们现在生活在其中的这个物资精神无比丰富多彩的世界，都是从这三样来的。 大学生必须学微积分，是因为这样宏大完美的智识成就，你为人一世，不学不懂，怪可惜的。不管以后用到用不到，至少要让你见识一下。