物理学大师牛顿–在海边寻找贝壳的人

牛顿--在海边寻找贝壳的人

 

张文亮著

 

編者：本文转载于《我听见石头在歌唱》一书，台湾校园书房出版社出版，作者张文亮弟兄为台湾大学生物环境系统工程学系教授；承蒙校园出版社及张文亮弟兄允准本刊微信转发，特此致谢。

  

　　爱因斯坦说：『在人类的历史上，能够结合物理实验、数学理论、机械发明成为科学艺术的人，只有一位--那就是牛顿。』

 

　 　牛顿发现万有引力定律；发明微积分；首先提出可见光是由红橙黄绿蓝靛紫七个分光组成；他将数学导入科学，使物理、化学成为更精确的学问；在牛顿的运动力 学三定律里，奠定了数学成为描述宇宙运动的语言。种种杰出成就，为他赢得今日『历史上最杰出的科学家』与『近代物理学之父』的尊称。

 

　　市面上有许多牛顿的传记，大多歌颂牛顿的科学成就或是提到那颗掉到地上的苹果，却遗漏或扭曲了牛顿的信仰。

 

　　例如牛顿在解释宇宙间为什么会存在万有引力，他基于科学的假设说：『宇宙间可能有一种物质叫乙太(ether)，是引力的传导。』结果有本书中翻译成：『宇宙间存在有诸神，诸神是引力的传达。』硬是把牛顿扭曲成了多神教徒。

 

　　本文的目的在于：根据牛顿自己的手稿，说明信仰在牛顿科学生涯中所占的地位。

〖 哈拿的祷告〗

 

　　牛顿(1saac Newton)生于一六四二年十二月二十五日午夜，是一个早产儿。在那个婴儿死亡率很高的年代，一个早产儿能够活下来是很少有的事。牛顿的父亲是不识字的 农夫，与个性坚强的妻子哈拿艾思克(HannahAyscough)一起经营在英国乌斯托普(Woolsthorpe) 的小农场，夫妻俩都属于『清教徒』--一群信仰坚定的基督徒。

 

　　在牛顿出生前三个月，他的父亲病逝，缺乏人力的小农场没有收成，家境更是贫穷。等到牛顿出生时，家徒四壁，哪有钱去购买营养品来喂养这个早产儿?哈拿才死了丈夫，眼看惟一的孩子也要死了，在最绝望的时候想起圣经上也有一个名叫哈拿的女子，在难过时向上帝的祷告：

 

　　『你若垂顾婢女的苦情，

　　眷念不忘婢女，

　　赐我一个儿子，

　　我必使他终身归与你。』

        (撒母耳记上一章11节)

　　牛顿的母亲怀抱着她的早产儿，向上帝发出同样的祷告。

 

〖 笔记间的沉思记录〗

 

　　在牛顿的一生中，母亲的这个祷告对于他的个性与信仰有很深刻的影响。牛顿成长过程留下的最早记录就是他的祷告，他经常在课堂笔记空白处记下祷告，例如在一六六二年，他大学二年级时写下：

 

　　上帝啊!

　　若我心偏于邪恶，请勿成全我；

　　不容我单靠自己的信念去生活；

　　不以爱上帝做我不爱人的藉口；

　　不是为得祝福来跟随你；

　　不是只在教会中渴慕你……

　　让我做个敬畏你的人，

　　且因着敬畏你，

　　而不畏惧人。

 

　　牛顿经常思索上帝当年听他母亲的祷告，上帝让他活下来，一定有些事是要他去完成的。

 

　　到牛顿三岁时，因为家里实在太穷了，母亲只好再嫁给邻村一位六十三岁的鳏夫--巴拿巴·史密斯(BarnabsSmith)牧师。史密斯牧师靠着微薄的薪水把牛顿养大，八年后过世，母子俩领了一些抚恤金，牛顿下课后还要替人看牛管马才够生活。

 

〖 牛顿的风筝〗

 

　 　原来牛顿住的乌斯托普村，是英国生产马车最有名的地方。这里的小孩长大后的愿望大多是做个马车夫。牛顿可不同，他的个性安静，尤其史密斯牧师给他留下一 大堆包括圣经、神学、诗歌、数学、历史、法律、机械等类的书籍，成为他家里最好的宝藏。他经常在藏书的阁楼看书，连看牛看马时也带着书去看。他的母亲在 一旁静静地观察，发现这小孩真有点不同。

 

　　牛顿进中学时，开始显出他的特殊天才。

 

　　学校要做风筝，许多学生立刻动手去裁纸、绑支架，牛顿却先在书桌上放一张纸，仔细设计风筝的尺寸，计算一番才开始动手做。他的风筝交得最慢，但是一试飞，让全班同学连老师司托克斯(Stokes)都吓一跳：牛顿的风筝怎么飞那么高又那么快?

 

　　事后司托克斯老师对牛顿的母亲说，无论如何要让这个孩子去念大学。哈拿微微一笑：她早就准备好这孩子的大学学费了。

 

　 　一六六一年六月牛顿进剑桥大学。当时剑桥大学的纨绔学生流行喝酒、打牌，称这是『单纯的娱乐』。牛顿是个穷学生，母亲存的钱只够付学费，他必须为老师做 实验的助手，才能赚取生活费。如此，无意中使他接近当时剑桥的优秀教授，承袭了这些教授一生的研究精华，成为牛顿后来的名言：

 

　　『我看的比别人远是因我站在巨人的肩头上。』

 

　　一所大学的优秀，决定于三个条件：一、老师的素质，二、图书馆与仪器设备，三、学校的建筑物与校园的气质。其中尤以第一项最为重要。许多人进了大学，不曾漫步在大学的回廊，不曾徜佯在大学草地上呼吸学术的自由，真是浪费大学的资源。

 

　　好学的牛顿在剑桥大学不但不浪费任何资源，还遇到了影响他一生的好老师。

 

〖 牛顿的读书法〗

 

　　亨利·摩尔(Henry More)是影响牛顿科学与信仰最深的老师。

 

　　摩尔是数学家，也是位敬虔的基督徒，他说：『上帝创造这个世界的目的，是要使人认识它，寻求祂， 感谢它。若有人轻看这世界奇妙的受造物，要看到世界所没有的才算神迹，那是自大。』摩尔认为把数学放在教育中的目的在于：『教育是一种道德与思考的培育， 数学课程的设立是为了训练学生，使他们的思考更精密。 长期受数学教育，对学生是一种有压力的操练，为的是要激发一个人有刻苦的心志。有刻苦的心志才能使人长期持守道德的准则，而道德的准则来自上帝。因此数学 教育与信仰是相辅相成的。』

 

　　摩尔教授以一个老师对学生的敏锐直觉，一下子就发现牛顿的不同。他发现牛顿在每学期开学以前，先利用假期，将要上课的所有课本都看完，等到上课时，牛顿已经在看比那门课更进阶的研究报告了。

 

　　牛顿自己也写道：『当我走进教室上课时，常发现对上课内容的了解深度，已经超过了我的老师。』这种读书法会令一般老师倍受压力，摩尔却找牛顿来，给他更深的书，像开普勒(Kepler)的『光学』、桑德森(Sanderson)的『逻辑学』，并且把自己拥有的一千八百本藏书，成为『随时向牛顿开放的图 书馆』。摩尔也长期支付牛顿的生活费。

 

　　除了读书方法与人不同之外，牛顿因为家里贫穷，仔细记录他的支出，他认为『用钱谨慎是基督徒生活的基本学习』。

 

　 　牛顿经常在日记中或课本空页写下自己的祷告，有些记载仍保存在大英博物馆中。他写道：『企图光以迫切祷告祈求上帝的祝福，来取代自己所该付出的努力，是 一种不诚实的行为，是出于人性的懦弱。』我想牛顿大概不会做那种『祷告后，考试都考到我昨夜刚读到的』之类的见证，因为这样，上帝对平时用功的学生就太 不公平了。踏实的信仰绝非寻找成功的捷径。

 

　　金钱的享受对一个穷学生是一种莫大的吸引，牛顿写下：『主啊，赦免我!因为我的心想以赚钱为乐，多于渴想你的同在……但是在主日擘饼(圣餐)聚会里，我的心又重新与你联合。』牛顿和他的室友魏克金斯(JohnWickins)经常在校外分发圣经给穷人，向他们传福音，购买要分发的圣经成为牛顿学生生涯中除了房租与伙食费外最大的花费。

 

〖 苹果与花园〗

 

　　一六六四年，牛顿开始利用课余进行自己的研究。他首先以三棱镜研究光的结构，发现光的分光有不同的折射率。

 

　 　一六六五年至一六六七年，英国发生可怕的黑死病，死了许多人。大学宣布停课，政府并且下令所有人不准离家远行，以免传播或感染黑死病。当全国笼罩在黑死 病的阴影下，风声鹤唳之际，牛顿事后写道：这两年多没课可上、没地方可去，是他『人生思想迈向颠峰的时刻』。在这时他由无穷等比级数的解法里创立了一门 很重要的数学--微积分。

 

　　事后有人问牛顿，为什么他能够有这么伟大的发现，牛顿答道：『我始终把思考的主题像一幅画般摆在面前，再一点一线的去勾勒，直到整幅画慢慢的凸显出来。这需要长期的安静与不断的默想。』

 

　　牛顿对科学的思索与他的祷告生活有密不可分的关系。他常在信仰的思索里想到科学，在科学的思索里想到信仰。在一六六六年他开始思索地球在轨道上的运转，并且计算运转时的重力与离心力的关系，一六六九年他在笔记上写下他的发现--万有引力定律(Law ofGravity)。你知道吗?宇宙里如果没有这一条不变的定律，所有的物体，小至一粒沙，大至一个星球，都将乱飞乱撞，成为混沌(chaos)。

 

　　牛顿是在什么情况下发现万有引力定律的呢?他的好友史塔克利(Stukeley)答道：『牛顿经常在花园散步，有一天中午他回来了，对我说他看到一粒 苹果掉到地上，想到了万有引力。』这粒苹果后来成为牛顿发现万有引力的标志，其实更重要的是，牛顿有独自来到花园祷告与默想的习惯。

 

　　纽约大学历史系教授曼纽(Manuel)，一九六八年在他所著的《牛顿传》中写下：『近代的科学是源自牛顿对上帝的默想』

 

〖 啊，原理! 〗

 

　　当时许多科学家、教授都看不懂牛顿的杰出发现，甚至讥讽为：『又是一套解释天体论的陈腔滥调。』幸好这时有贝若(Isaac Barrow)的支持。

 

　 　贝若是当时欧洲的光学泰斗，剑桥大学首屈一指的数学与天文教授，是少数能仔细验证牛顿数学与物理观念的人，也是一位基督徒。他找牛顿来，对这个最优秀的 学生，私下给与最严格的要求。贝若要求牛顿：『回到物理学上最基本的假设，精密地验证每个假设，一次、一次又一次，几乎无止境地反复验证，并把所有的精 力都投入，以免浪费在无用的芝麻小事上。』然后贝若申请退休，让才二十七岁的牛顿接续他的职位，成为剑桥大学的教授。

 

　　剑桥的教职并不是牛顿的桃花源。当时贝若的职位有多少人在背后垂涎，牛顿一接任，立刻尝到号称学术自由、独立的大学里面，众多的派系纷争、人事倾轧；喜欢安静思考、不爱交际的牛顿，也被排挤成为权力圈外的边缘人。

 

　　牛顿的老友魏克金斯写下：『牛顿看起来更孤独、沉默，三十岁不到，头发已经半白。』

 

　　牛顿立志不涉入这些纠纷，他定睛永恒，不管人家怎么论断、怎么中伤他，只把努力放在科学的研究，与对基督的信仰上，而不陷入被中伤后的自怜中。牛顿写下：『我的心经常是认真与安静，不陷入忧郁。』

 

　　慢慢地，他将更深的思索与实验结果写成旷世名作《原理》(Principle)一书。这本书不只记载牛顿的科学发现，也反复提到他的『机械论』与神的关系，他说真神与假神的差别是假神没有掌管宇宙，没有不变的旨意，没有最后的判决，属于必朽坏的受造之物。

 

　　书中不断提到『掌管』(dominant)这个字，他认为这是神的属性里，最神圣又是最奇妙的，让寻求它的人可以明白；机械论就是神掌管宇宙的法则，是神摆在宇宙里让人明白它能力的法则。爱因斯坦说：『宇宙里最奥秘的，就是人竟然可以去明白这个宇宙。』

 

　　牛顿在《原理》一书中写着：

　　如同生来瞎眼的人不了解光，

　　我们无法明白神的智慧与全能。

　　神的形像没有人看到、听到、接触到，

　　更不是世上必朽坏的假神所能代表……

　　我们只能在祂所创造的万物中了解祂，

　　神仍在掌权，

　　我们都在神的掌管下。

　　而假神没有掌管的权柄，

　　没有永远的看顾，

　　没有创世的起初，

　　不过是虚无、有限，与大自然一样……

　　因着神的掌权，我们称祂是主(Lord)。

　　我们是祂的仆人，不过是有限与不完全。

〖 死荫的幽谷〗

 

　　一六七二年牛顿加入英国皇家科学协会--全国最高的科学研究协会。《原理》的出版，对全欧洲的科学界是一大震撼，引来称赞也招来攻击。虽然如此，牛顿仍在皇家科学会里提出『星球运转椭圆轨道的原理』(1676-1677年)，与『万有引力的数学证明』(1680-1684年)。

 

　　牛顿的学生艾斯顿(Aston)后来写道：『牛顿讲话慎重、缓慢。他尽量避免意气之争，不见利忘义，不奉承人，宁愿默默忍受侮辱，也不愿披挂着一身的 装甲去与人争战。牛顿说『一个人如果控制不了自己的脾气，脾气将控制你。』引导牛顿一生的，是信仰而非起伏不定的脾气。』

 

　　牛顿并非是科学研究上的常胜军。他从一六六九年至一六九一年长期研究实验化学，并没有获得什么发现，不过因此结识了有『近代化学之父』之称的波义耳(Boyle)，两人通信长达十六年。

 

　　年长敬虔的波义耳，不仅帮助牛顿研究工作，而且在牛顿遭受猛烈抨击的时候，他的榜样更坚固了牛顿的信仰。

 

　　牛顿身为一个杰出的科学家，喜欢公开表白自己的信仰，又有个不擅与人交际、喜爱独自安静工作的个性，现实的社会对像他这种善良、单纯的人，有时是非常残酷的。

 

　 　当时宗教分子攻击他有一流的科学，却有三流的神学；科学分子攻击他有一流的神学，却有三流的科学；政治分子攻击他的科学、神学、人际关系都属三流；有人 看他孝顺母亲又终身未婚，就中伤他心理不健全，现今还有人说牛顿有恋母情结；有人看他对学生好，就说他有同性恋。这种种无情的攻击搞得牛顿几乎发疯。

 

　　一六九二年，日内瓦来的拜特(Biot)教授大力抨击牛顿，谑称他是『伦敦先知』(Prophet of London)，说：『牛顿的万有引力定律是来自对宗教的默想，而非科学的发现……他必须撇清，如果这是科学就不要写到上帝如何如何，如果是与上帝有关的就不要放入科学范畴。』

 

　　拜特一开炮，许多人就群起围攻牛顿。平常没有想到防备的牛顿几乎赤裸裸地站在科学的刑场上，接受无情的攻击。一六九三年九月三十日牛顿写下：『我陷在极端的难过中。过去十二个月，我无心进食也无法安稳地入睡，我心动摇，无法思想。』

 

　　无情攻击持续下去，一六九四年有人黑函中伤牛顿与女人乱搞性关系；一六九五年牛顿几乎精神失常，各地都传闻牛顿死了。牛顿百口莫辩，更退出人群；他写道：『史宾塞(JohnSpencer)著的《希伯来的律法》(The laws of Hebrews)一书成为我困难中的安慰。』

 

　　在英国国王出面，任命他为『英国皇家协会会长』(Presidency Of theRoyal Society)后，这些攻击就突然消失了。

 

　　牛顿在以后数十年，根据过去两年半受中伤的经验，坚持给科学界建立『诚实的体系』，而他本身就是最好的模范。

 

　　成为一个诚实的科学家，是波义耳在死前(1691年)给牛顿及以后所有科学家最好的劝导，波义耳写道：

 

　 　『我老了，这该是我将所知的化学知识写下来的时候了。这些知识，有的是经过多年的实验；有的是与别人仔细讨论而得。我认为是确实的，就尽力地写下来；有 些是困难不易明白的，我尽可能的写清楚，好让后来的人能够仔细判断。我把每个研究细节一一写下，透过真实无伪的记载，将知识有效地传递下去。

 

　　但是，尽管我尽了所有的努力，我仍然无法窥得知识的全貌。现今，我把一生的成果放在你们的手中，愿你们像鉴赏家鉴定艺术品一般。在那一刻，是我呈现对人类与化学深爱的献礼。』

 

〖 不让别人的错误成为自己的绊脚石〗

 

　　苦难并没有离开牛顿。当时间的脚步进入十七世纪末，忽然有些基督徒自称是上帝派来的先知，到处呼喊『世界末日就要来了』。

 

　　这波『世界末日说』传自法国Cevennes，野火般地烧遍英国各大城。许多人起来附和，声称看到异象：有一艘满载鲜血的船在英国大街上飞过；有人说看到许多人浴血倒卧沙滩边，说这是上帝要来审判的先兆。

 

　　短时间内成千上万的贩夫走卒跟随末世先知，连皇家科学院的一些优秀科学家也趋之若鹜，因为一名优秀的科学家，也可能因着对宗教的无知，而陷入异端的泥沼。

 

　 　牛顿本人是基督徒，他长期的研究圣经但以理书与启示录，相信圣经里提到的这个世界有结束的一天，那是基督耶稣要来审判的时候，但是没有人知道那是哪一 天，而且面对末世正确的态度，应该是感恩多于恐惧，坦然多于逃避。因此他不赞同这些到处宣传末世的先知。他认为敬虔的信仰是在热忱中带着节制而非放纵，真 正的被圣灵充满，是由上帝的灵主动，而不是出于自称先知者近乎催眠与暗示的教导。

 

　　牛顿对这批先知的反对，立刻引来许多偏激基督徒苦毒的批评与责骂。这种误解实在伤透牛顿的心。牛顿的一生中有一段漫长的信仰动摇期 (1698-1707年)就是在这个时候。对基督徒而言，来自其他基督徒无情的咒诅，比被一般人伤害更难受。伤害容易使人走向极端，后来许多人要证明牛顿是无神论者或不可知论者，就是引自牛顿这段时期的言行。不过信仰的成长，本来就不是一帆风顺的，难免常经忧患。

 

　　一七O七年英国国王下令，这批所谓的无知，已经利用宗教得到太多不法利益，便把他们送入伦敦监狱。世界的末日尚未来到，他们的末日倒先来到。自此，末世之风才逐渐平息。

 

〖 捡贝壳的男孩〗

 

时 间往往是最佳的疗伤剂。牛顿从苦境中转回，他的信仰又逐渐坚固，并且能区分信仰的真实与偏激，能够分别顺服在圣经真理前与在人话语前的不同，且重新思索物 理、数学与光学。他在再版的《原理》上写着：『让人知道我是带着对神的信仰来完成这浩大的工作，是我出版这本书最大的喜悦。』

 

　 　牛顿晚年名满欧洲，贡献普获肯定。他老年最大的乐趣就是跟小孩一起玩耍，有一天他对他的小侄儿讲：『我不知道这个世界将来怎么看我，对我而言，我只像海 滩边玩耍的男孩，偶然间发现了一粒比较圆的石头，和一粒比较漂亮的贝壳，就觉得很愉快，但是在我前面，尚未被发现的石头、贝壳仍然多如大海。』

          牛顿死于一七二七年三月二十日，晚年写下：

 

　　『不管任何环境下，要守住耶稣基督救赎的真理与最大的诫命--爱人如己。』

 

 

〖 参考书目 〗

 

Manuel, FrankE.1968. A Portrait Of Isaac Newton. A Da Capo Paperback, New York, U.S.A.

Bell, E.T.1965. Men Of Mathematics. On theseashore., pp.90~116. Simon＆Schuster, U.S.A.

Pearcey, Nancy R.and Charles B. Thaxton. 1994. The Soul Of Science. Crossway Books, U.S.A.