【大宇宙小故事】07 蘋果．蘋果．蘋果

撰文｜葉李華

西方文化中有三個家喻戶曉的蘋果，一個在伊甸園，一個在魔法森林，另一個在英國鄉間。這三個蘋果，真實性可說一個比一個高。

第一個蘋果是標準的神話，而且《聖經》只提到那是善惡知識樹上的果子，也就是俗稱的禁果，根本沒說它是蘋果還是石榴或是無花果……

第二個蘋果雖然出自童話，但根據近人的考據，背後可能有真人真事當作靈感來源。

而在大多數人心目中，牛頓(Isaac Newton, 1643-1727)被蘋果砸到腦袋則是正史。不過真是這樣嗎？且讓我們好好追根究柢一番。

●蘋果的瑕疵

關於那個蘋果，流傳最廣的故事大致是這樣的：

公元1665年秋，牛頓二十二歲，剛從劍橋大學畢業。由於城市爆發大瘟疫，他回到鄉下老家避難，一待就待了將近兩年。在此期間，他經常坐在蘋果樹下沉思。有一天，一顆蘋果砸到他頭上(一說落在他身旁)，讓他靈感大發，隨即悟出萬有引力定律。

這個故事之所以家喻戶曉，一來因為簡單明瞭，二來因為生動有趣，三來還有心理勵志的色彩。但是就科學史而言，它卻充滿瑕疵，堪稱負面教材的經典。

瑕疵之一：沒有任何第一手的證據。在現存的牛頓早期手稿中，完全找不到「萬有引力」的相關內容。雖然根據好友(William Stukeley)的轉述，牛頓在晚年親口講過蘋果的故事，但這無論如何只是二手資料。

瑕疵之二：暗示著在此之前，未曾有人思考過蘋果為何落地。事實上，牛頓之前的學者早就知道物體墜落是受到大地的吸引，只是對於「地心引力」的本質欠缺定論。

瑕疵之三：還暗示著牛頓當下便寫出萬有引力的公式。事實上，即使牛頓真是在這種機緣下想出萬有引力定律，要寫出簡練的公式也絕非一朝一夕的事。

瑕疵之四……

●不同的靈感來源

因此之故，比較嚴謹的科普文獻(例如BBC的科普影集)採用下面這個版本：

公元1684年，四十出頭的牛頓已在劍橋大學任教多年。有一天，他的朋友哈雷(沒錯，就是「哈雷彗星」的預言者)前來請教他一個天體力學問題，牛頓表示自己早就研究過了，但並未說明是什麼時候的事。

雖然牛頓未能當場找出相關手稿，但幾個月後，他就重寫了一份寄給哈雷(這份手稿流傳至今)。其後兩三年，牛頓將這份手稿大幅擴充，寫成傳世之作《自然哲學的數學原理》，詳細闡述「力學三大定律」以及「萬有引力定律」的相關理論。

這個版本暗示一件事：牛頓或許年輕時就想到了萬有引力定律，但是一直沒有公開，甚至沒有任何作為。多年後，由於哈雷的造訪，才讓牛頓重新燃起這方面的興趣，而且一發不可收拾。

因此我們可以說，在這個版本中，哈雷取代了蘋果的角色。而且顯而易見，這個「哈雷版」有史可考，自然要比「蘋果版」更貼近史實。

話說回來，只要我們肯花點心思，仔細鑽研可靠的文獻，就會驚覺「哈雷版」問題也不小，竟然遺漏了一個關鍵性的人物。

這個關鍵人物是誰呢？他就是名氣遠遜於牛頓的胡克(Robert Hooke, 1635-1703)。如果你盡力回想，也許能把他的名字和「彈簧」或「細胞」聯想在一起。但恐怕你並不知道，這位胡克其實是萬有引力定律的共同發現者。

(萬一你對「胡克」毫無印象，請改用「虎克」在腦海中重新搜尋一遍。)

●重力研究的先鋒

先討論一個名詞問題：「萬有引力」和「重力」到底有何差別？

正確答案是毫無差別，而且嚴格說來，「萬有引力」(universal gravitation)應該改譯為「萬有重力」才正確。「萬有」這個形容詞其實可有可無，只是為了強調「凡是物質都會發出這種力量」而已。

至於「地心引力」則是指地球所發出的萬有引力，換言之就是地球附近的重力。在太空時代之前，它是人類唯一能夠感受到和直接測量的重力。

接下來，我們舉出三個擲地有聲的證據，為胡克爭取遲來的正義。

證據之一：出版於1665年初的《顯微圖誌》是胡克最有名的科學著作。顧名思義，本書的主題是顯微鏡下的世界(所有圖像都是胡克手繪，精確度令人嘆為觀止)。不過在本書最後一章，胡克順便畫了一幅望遠鏡中的月球表面，然後根據月球的地形結構，參照地質學理論，推測其上也有類似「地心引力」的力量。這意味著重力並非地球表面的專利，亦即重力可能具有放諸宇宙皆準的普適性。

通常我們都以為，在牛頓之前未曾有人把地心引力和天文現象聯想在一起。例如哥白尼和伽利略大致繼承了亞里斯多德的學說，認為「天上」和「地下」分屬兩種不同的物理律。但從上面這個證據，可以肯定胡克早在牛頓尚未畢業時，已經做了「天上也有重力」的大膽假設。

證據之二：胡克曾於1666年在英國皇家學會以《論重力》為題發表演說。在這場演說中，他提到距離越近重力應當越強(但並未寫出精確的關係式)，並詳述了自己所做的實驗(比較物體在塔頂與在地表的重量)，結論是差異太小，以致無從判定。

證據之三：1679年底至1680年初，胡克和牛頓曾經密集通信，討論天體力學問題(相關信件流傳至今，由此可知牛頓所說的「早就研究過了」應該是指這段時期)。其間胡克主動提到重力的強度反比於距離的平方，亦即重力應當服從「平方反比律」。這代表胡克在十幾年後，對重力的認識更上一層樓，從定性進步到了定量。

雖然由於缺乏反證，我們無法排除「牛頓在年輕時就寫下萬有引力公式」的可能性，但若摒棄一切傳聞，只准證據說話，就得承認這個公式是牛頓和胡克的共同創作，而且是胡克在前面衝鋒陷陣，牛頓則負責擴大戰果。

●真相與真理

希望大家現在都已經相信，第三個版本(胡克版)比前兩個版本更貼近史實。但是，我們能否認為它就是百分之百的歷史真相呢？答案當然是否定的！

原因之一，你永遠無法肯定還會不會有更正確的史料出現。

原因之二，任何歷史論述──無論是用文字、圖表、影音、模型──都只能對歷史事件做出簡單的素描，用「掛一漏萬」來形容也絕不為過。

凡是瞭解歷史的人都知道，「還原歷史真相」只是一種理想，實際上不可能做到。因此就正確性而言，歷史論述的優劣都是相對的，正所謂「只有更好，沒有最好」。

打個比方，我們絕不能認為「胡克版」是最正確的歷史，正如同不能認為「登上金氏世界紀錄的蘋果」就是古往今來最大的蘋果。

有趣的是，就這個角度而言，歷史學和自然科學有著驚人的相似性。不過這麼說恐怕太過抽象，乾脆用現成的例子來做個說明。

關於牛頓發現萬有引力的事蹟，我們已經知道至少有三個版本：「蘋果版」、「哈雷版」和「胡克版」，這三個版本一個比一個更貼近史實。

關於重力的科學理論也至少有三個版本：「克卜勒版」、「牛頓版」和「愛因斯坦版」。

第一個版本是克卜勒在十七世紀初提出的，認為星體間存在著類似磁力的吸引力，後來它被「牛頓版」取而代之，從此便乏人問津。可是牛頓的萬有引力定律也並非萬能，在一些特殊的天文現象中，「牛頓版」會變得荒腔走板，這時就必須請愛因斯坦出場救援。由此可知，這三個版本一個比一個更貼近真實。

「愛因斯坦版」的正式名稱是廣義相對論，然而，我們能否斷言它就是重力現象的終極理論呢？答案當然是否定的！

物理學家早就知道廣義相對論暗藏著瑕疵，總有一天會被更好的理論取代，只不過這個理論恐怕尚未誕生。有人認為可能是「弦論」，但抱持負面看法的物理學家不在少數，只是比較沉默罷了。

推而廣之，在自然科學中，「找到終極理論」只是一種理想，實際上不可能做到。因此自然科學理論的優劣同樣是相對的，正如任何定律都可能被推翻，而更一針見血的說法則是「自然科學中並沒有真理」。