關於牛頓的蘋果，人們誤會了什麼？_風聞

對於公眾來説，牛頓其人最大的影響力不僅在於眾所周知的幾條定律，還在於一個與之相配的蘋果傳説。在最通俗的演繹裏，故事的核心是牛頓看到蘋果落地（或者被砸到了頭），由此啓發他認為蘋果下落與月球圍繞地球運動背後的道理相同，之後便得出了萬有引力定律……實際上，這則規律是牛頓對物質世界深刻思考並發展數學工具得出的，實乃非人之傑作。而為了向後人，尤其給孩童來介紹牛頓，帶有傳奇色彩的蘋果故事成了不二選擇。可是，這則趣事裏，往往失去了一個關鍵的問題：為什麼蘋果下落就能啓發牛頓？甚至諸多段子引述成“為什麼你被某物砸過只會感到疼“。這是因為，故事往往缺少了那個真正讓牛頓發生“尤里卡”的思考：地球也被蘋果吸引而移動。

撰文 | Rose Villatoro

翻譯 | 二維

作為以幫助人們理解、欣賞物理為職業的人，我實在反感人們談論艾薩克·牛頓尤其是談他是如何發展引力理論的方式。我不是對蘋果有意見，這是故事中非常重要的一部分，甚至從歷史的角度講，也是準確的！讓我備受折磨的是整個故事的脈絡，改編的故事製造了牛頓的觀察和他的洞察力之間的隔閡。這是什麼意思呢？讓我們回顧一下那個我最早被講述的故事。

一天，年輕的牛頓坐在他院子裏的蘋果樹下，看到一個蘋果掉到地面上——某些版本中，為了達到幽默的效果，説他被掉下的蘋果砸暈了腦袋。作為一個非常聰明的，也許輕微腦震盪的思想者，牛頓對這個日常現象背後的原因產生了興趣。就那麼一剎那，他領悟到，肯定有某種力將蘋果拉向大地。他稱這種力為引力，並用一個簡單而令人難忘的格言來描述其原理： 有上必有下（What goes up must come down）。故事通常就在那兒停住了，太短了——幾乎沒有説出任何有意義的事情。

像這樣的一張可上色的卡通圖是很好的出發點，但是牛頓蘋果的故事不能就此停下；教育的挑戰在於以觀眾能理解的級別去溝通，並且不犧牲所要傳達的信息中重要的部分丨圖片來源：APS Physics

這些故事摻雜着對牛頓觀點的扭曲的解釋，聽到這些，孩子只能痛苦的帶着錯誤的科學觀念走開。 “What goes up must come down”不是洞察力，這只是“物體會下降”的不那麼直接的一種説法——它更像是古代語法課中的一節，而非物理學。在那個版本的故事中，牛頓除了給一個現象貼上標籤還做了什麼呢？如果一隻普通松鼠可以説話，它也會告訴你相同的事情。

當然，我並不是建議讓一年級學生從數學公式和平方反比定律入手，但是上面的故事中缺少一個關鍵要素：那就是學習、發現中的愉悦和快感來自於“咔噠”的靈光乍現，是建立某種精神層面的行為。當你用一種不同的方式看待某些熟悉的事物，或者用全新的觀點對待一些奇怪的事情使其變得熟悉，才會有那種感覺。在上述故事的中，沒有任何 “咔噠”的靈光乍現——只是多了一個詞彙，並導致定義陷入循環鏈：重物由於重力而被拉下來，重力是質量的屬性，質量是……好吧……重物，除非你想直接跳到 E = mc2。

那麼，對於年輕的牛頓，那個“咔噠”一點在哪裏呢？他的深刻見解在哪？據記錄，那個男人自己説，他的“尤里卡”時刻確實是在蘋果從樹上掉下來之後才來的。那麼，他通過什麼樣的腦回路，見證這一平凡的現象，並在其中看到了適用太陽系的定律？

答案在以牛頓名字命名的另一條定律中，也是一條簡單的法則，就像“有上必有下”一樣簡單並難以忘記 ：每個動作都有等價相反的動作。就像在中學物理課上學的，你推開某人，你自己也被推開了。

如果我們用這個例子作為故事的開頭，可以在介紹牛頓並講述他的其他貢獻的背景下進行，那麼聆聽者不僅可以欣賞牛頓的天才，而且甚至自己可以做出那個飛躍。當我們再講述牛頓看到蘋果從樹上掉下來的故事時，就可以向聽眾提問一個牛頓絕對會會問自己的問題：“將蘋果拉到地球上的相反動作是什麼？移動它的反作用力來自哪裏？”

答案是整個星球都在移動，無論在多麼微小，地球向着蘋果移動了——隨之而來的是腦海中震耳欲聾的“咔噠”鳴響。對於牛頓而言，這個簡單的想法令他茅塞頓開，打破了空間參照系的大門，儘管這扇門為我們日常生活提供了很好的幫助。原來的框架中，上和下是絕對的，而地球等效於平坦且不動的。而現在，把你的頭調個方向，您會意識到向下 只意味着朝向質量。突然之間，蘋果和地球就不再是水果和天空了，它們只是懸掛在太空中的兩個物體，彼此吸引。

牛頓同時代人寫的手稿的一段，記錄了牛頓所講的蘋果樹故事的版本：“ …因此，蘋果吸引了大地，地球也吸引了蘋果。”丨圖片來源：The Royal Society, Memoirs of Sir Isaac Newton’s Life by Sir William Stukeley

不久之後，牛頓將目光轉向天空中的月球，並再次因為用全新的方式看待熟悉的事物而一次感到激動。在此之前的幾年，天文學家和數學家約翰內斯·開普勒（Johannes Kepler）曾描述過繞太陽公轉的行星軌道， 但這些路徑並未得到正確的解釋。通過發展數學方法，並結合以他自己名字命名的定律，牛頓將他對普遍存在吸引力的想法形成了一個新的理論，他證明了環繞太陽的天體與控制蘋果掉下的力背後遵循相同的規則，在地面發射炮彈所形成軌跡也是同理。

這是理性和想象力的勝利，也是偉大思想誕生的典範。儘管寓言中的“尤里卡”時刻似乎突如其來的，但它必須建立在對整個系統的理解上，牛頓對力和運動的認識為他提供了打開新思維方式的鑰匙。

當我第一次聽牛頓蘋果的故事時，這個故事有點古怪，而且令人困惑：牛頓被砸中了頭，這激發了他給大家都知道的東西取個名字（萬有引力）。但是，如果我們真的努力讓自己站在他的位置上，我們就能看到牛頓頓悟的非凡之處，各個年齡段的聽眾也會受到鼓舞、啓發、拓展思維。

原文鏈接：https://www.physicscentral.com/buzz/blog/index.cfm?postid=6134124980027342730