任少鐸

(東孚中學(xué)，福建 廈門 361000)

2006 年3 月，人們意外發(fā)現(xiàn)了一份已經(jīng)發(fā)黃的手稿，它記錄了1661-1691 年間英國皇家學(xué)會無數(shù)次的內(nèi)部會議[1]，它的作者，就是羅伯特·胡克(1635-1703)。這份長達520 頁的手稿一經(jīng)面世，就引起了科學(xué)界極大的轟動，不僅是因為它被塵封了300 多年，更關(guān)鍵的是因為它見證了自然科學(xué)的起源。

現(xiàn)今，大部分人知道胡克這個人，是因為中學(xué)物理中的胡克定律。其實胡克在多個領(lǐng)域都做出了杰出貢獻，被稱為“英國的達芬奇”。然而他去世后的兩百多年間，關(guān)于他的所有資料幾乎都消失了，人們根本無法知曉那個全面的天才。本文簡單介紹了胡克的生平及其對自然科學(xué)的貢獻，分析了其被抹殺的原因和經(jīng)過。

1 出生貧寒，早年孤苦

羅伯特·胡克(Robert Hooke)，1635 年7 月18日生于英格蘭南海岸懷特島一個叫淡水(Freshwater)的村子，他的父親是一名牧師，收入微薄。在很小的時候，胡克就對機械興趣濃厚，他還癡迷于飛行，并一直思考人類飛行的可能性。少年時的胡克體弱多病，還得過天花，從而在臉上留下了永久的麻子。13歲那年，父親上吊自殺，胡克的生活就變得更困難了。14 歲時，他被送到倫敦，在肖像畫家彼得·李利(1618-1680)那里學(xué)習(xí)了一段時間，胡克有一定的繪畫天分，這段學(xué)習(xí)恰好激發(fā)了他的繪畫潛能，大大提升了他的繪畫水平。后來他進入了威斯敏斯特學(xué)校(Westminster School)，時任校長的是理查德·巴斯比博士，他任校長之職長達55 年，使該校在17 世紀成為歐洲知識界最杰出的學(xué)校。巴斯比博士很快認識到胡克的天才并給予了他很多幫助，據(jù)說胡克只花了一星期就掌握了歐幾里得《幾何學(xué)原理》前六卷，在校期間還發(fā)明了飛行器，學(xué)會了拉風(fēng)琴等。胡克和巴斯比博士保持了終生的友誼，甚至還為巴斯比設(shè)計過私家住宅。因為有一定的風(fēng)琴彈奏能力，18歲時，胡克以合唱團成員的身份來到牛津的基督教會學(xué)院[2]。

孤身在外的胡克，漂泊不定，生活拮據(jù)，甚至當(dāng)過富豪侍從。這樣顛沛流離的經(jīng)歷，或許有助于發(fā)展思維，但對人的心理健康必然不利。胡克性格怪癖，多疑嫉妒，受傷情節(jié)嚴重，與此段凄慘的經(jīng)歷不無關(guān)系。

2 走上自然科學(xué)道路，共建英國皇家學(xué)會

1653-1658 年，胡克在牛津大學(xué)就讀，牛津大學(xué)的平臺大大發(fā)展了他對科學(xué)的興趣。他最初是托馬斯·威利斯(1621-1675) 的助手，威利斯是英國杰出的醫(yī)學(xué)家、腦及神經(jīng)科專家，也是英國皇家學(xué)會的創(chuàng)始成員之一。

對胡克來說，更重要的是他成為了羅伯特·波義耳(1627-1691) 的助手，波義耳是一個多產(chǎn)的科學(xué)家，胡克從他那里學(xué)到了豐富的科學(xué)知識和實驗技巧。在牛津大學(xué)，胡克結(jié)交了許多重要的朋友，包括著名的建筑師克里斯托·萊伊恩、牧師兼學(xué)者約翰·威爾金斯(1614-1672) 和天文學(xué)家塞思·沃德(1617-1689)。這個杰出的團體是后來負責(zé)建立英國皇家學(xué)會的團體之一。

1660 年，包括波義爾在內(nèi)的12 位科學(xué)家組建了英國皇家學(xué)會，作為波義耳最得力的助手，胡克自然參與到學(xué)會的日?；I備之中。1662 年，皇家學(xué)會成立專職的實驗機構(gòu)，由于具有很強的觀察能力和動手能力，胡克被選為皇家學(xué)會的第一任實驗策展人，這為他接下來20 多年的實驗探究提供了良好的基礎(chǔ)。1663 年，胡克獲得了牛津大學(xué)文學(xué)碩士學(xué)位，并被選為英國皇家學(xué)會正式會員，同年胡克主筆起草了學(xué)會的章程草案。作為學(xué)會實驗策展人，胡克的職責(zé)是在每次會議上提供三四次實驗，同時還必須隨時對會員們提出的想法作出實驗驗證，胡克在這個位置上，一干就是40 年。這項繁重的任務(wù)并非總能完成，但是胡克在許多演示和評論中表現(xiàn)得非?；钴S，由于在實驗方面能力極強，學(xué)會初期的各項研究都離不開胡克的貢獻，因此，他被稱為學(xué)會的“臺柱”、“雙眼” 和“雙手”。

盡管在皇家學(xué)會的職位沒有報酬，但卻給胡克帶來了很高的榮譽。1664 年，倫敦格雷欣學(xué)院聘請胡克擔(dān)任講師，胡克因此成為了早期的職業(yè)科學(xué)家之一，并從此開始了獨立的科學(xué)研究。胡克的研究涵蓋了各種各樣的主題，包括通過觀測一顆明亮的恒星來研究地球的運動，改進望遠鏡的構(gòu)造，以及彈簧的特性--胡克定律。胡克定律不僅是一個描述彈簧性質(zhì)的定律，更重要的是，它開創(chuàng)了“將復(fù)雜非線性的實際現(xiàn)象進行線性簡化” 這一重要的研究方法，這對自然科學(xué)和機械的研究至關(guān)重要。

從1664 年起，卡特勒先生每年資助胡克30 英鎊，讓其在英國皇家學(xué)會主持一個講座，主講力學(xué)方面的內(nèi)容。胡克在1679 年將這些講演匯集成了一本專著：《卡特勒演講集(1664-1678)》，在這本著作中，宇宙體系理論、力學(xué)一般規(guī)律、胡克定律等胡克自己的研究也被包含在內(nèi)。這本著作不僅是學(xué)會早期的資料，更是17 世紀世界科學(xué)史的寶貴資料。

胡克在1677-1683 年間還擔(dān)任學(xué)會秘書(共兩位秘書)，并負責(zé)出版會刊?；始覍W(xué)會涵蓋的主題范圍非常廣泛，學(xué)會每周的會議都被記錄并印刷出來，即使在今天，這些會議資料也是引人入勝的讀物。

3 涉獵廣泛，在各個領(lǐng)域均有建樹

今天，不少人都知道胡克有胡克定律以及萬有引力方面的貢獻，但胡克的創(chuàng)造性貢獻，遠不止這些。

3.1 對呼吸生理學(xué)貢獻巨大

當(dāng)時，醫(yī)學(xué)界認為肺的運動對生命是必要的，因為它促進了血液循環(huán)，當(dāng)時的觀點是：一旦肺停止運動，動物就會立即窒息而死。

在皇家學(xué)會的歷史記錄中，1667 年10 月24 日的一個條目是這樣寫的：胡克的實驗“向狗的肺部吹氣來保持狗的存活······”，該記錄被閱讀并被命令登記。登記意味著它被收錄在了《倫敦皇家學(xué)會哲學(xué)學(xué)報》上，這份學(xué)報至今仍被保存著。

為了觀察小狗的肺部是如何運動的，胡克用兩組風(fēng)箱產(chǎn)生連續(xù)的氣流給小狗通氣以觀察肺部的具體運作，甚至還切掉了一塊肺進一步觀察，最后發(fā)現(xiàn)并不是肺推動著血液的循環(huán)，于是得出結(jié)論：失去肺的動物，其死亡的直接原因不是血液循環(huán)的停止，而是缺乏充足的新鮮空氣。胡克的實驗得出了一個在當(dāng)時具有顛覆性的結(jié)論:肺的運動并不是生命所必需的。

3.2 光學(xué)研究成果豐厚

20 歲那年，胡克就提出了光的波動學(xué)說。他還制作了顯微鏡(圖1 和圖2)、望遠鏡等多種光學(xué)儀器。當(dāng)今用于照相機的虹膜光圈就是由胡克首次發(fā)明的[3]。

圖1 胡克的顯微鏡實物圖[3]

圖2 胡克的顯微鏡結(jié)構(gòu)圖[3]

因為胡克對望遠鏡的開發(fā)，人類才得以研究微觀世界和天體運行。為了保持望遠鏡與恒星的對準，胡克發(fā)明了望遠鏡的赤道時鐘驅(qū)動器，用于通過轉(zhuǎn)動支架來抵消地球的旋轉(zhuǎn)，直到今天這個裝置仍被普遍應(yīng)用。用自己制作的望遠鏡，胡克發(fā)現(xiàn)了獵戶星座的第五星(1664 年)，并首次觀測到了火星的旋轉(zhuǎn)和木星大紅斑，還首次觀測到了月球上的環(huán)形山和雙星系統(tǒng)。

3.3 率先發(fā)現(xiàn)細胞

1665 年，年僅30 歲的胡克用他的原始復(fù)合顯微鏡檢查了一片軟木中的結(jié)構(gòu)。胡克從其中看到了細胞壁的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這是細胞死亡后僅存的組織，胡克于同年著成《顯微制圖》(Micrographia) 一書[3](如圖3)。

圖3 顯微制圖首頁[3]

《顯微制圖》是皇家學(xué)會的第一份主要出版物，憑借精美的銅板雕刻，它在當(dāng)時成為一本暢銷書，塞繆爾·佩皮斯(曾任英國皇家學(xué)會會長)稱贊：“這本書是我此生讀過的最具天才的書”，牛頓對《顯微制圖》也贊不絕口。書中不僅論述了顯微技術(shù)，還論述了一些原始光學(xué)理論，還包括根據(jù)觀察手繪完成的精美絕倫、栩栩如生的58 幅圖畫(這與他的繪畫才能密不可分)。胡克制作了一幅精美的蒼蠅頭畫(如圖4)，展示了蒼蠅精致的復(fù)眼，還有一幅跳蚤的詳細圖畫[4](如圖5)，通過對跳蚤的深入觀察，胡克發(fā)現(xiàn)它能跳得如此之高，就是因為它那長長的、多節(jié)的腿。

圖4 胡克筆下的蒼蠅頭畫[4]

圖5 胡克筆下的跳蚤詳細圖[4]

在《顯微制圖》中，胡克創(chuàng)造了“細胞” 這個詞來描述他看到的微小隔間，這是一個重要的發(fā)現(xiàn)，因為在此之前，沒有人知道生物體是由細胞組成的。胡克的顯微鏡提供了大約50 倍的放大倍數(shù)。復(fù)合顯微鏡為科學(xué)家打開了一個全新的世界，標志著細胞生

物學(xué)研究的開始。1670 年，安東·范·列文虎克(一位荷蘭生物學(xué)家)，就是用胡克設(shè)計的復(fù)合顯微鏡首先發(fā)現(xiàn)活細胞的[5]。

3.4 率先提出生物演化

胡克在生物學(xué)上的另一大貢獻就是他對物種滅絕的闡述。在當(dāng)時，并沒有物種滅絕的概念?！妒ソ?jīng)》認為一切生物都是神創(chuàng)造的，據(jù)《圣經(jīng)》所述，地球曾出現(xiàn)過大洪水，不少學(xué)者認為化石是大洪水時期遺留下來的。

通過對化石的仔細觀察和研究，胡克認為，不少化石是生物的尸體形成的，生物的尸體吸收了礦物質(zhì)于是形成了化石，通過化石，人們可以研究地球過去的性質(zhì)從而認識地球的歷史。在1667 年發(fā)表的一篇文章中，胡克提到：以前，存在著許多物種，這些物種現(xiàn)在已經(jīng)無法找到了。圖6 為胡克繪制的化石圖片。

圖6 胡克繪制的貝殼和化石[3]

胡克的物種滅絕概念毫無疑問是走在時代前列的，直到很多年后，人們才開始接受物種滅絕概念。

3.5 稱為地質(zhì)學(xué)之父和海洋學(xué)之父

1680 年，胡克生了一場病，在休養(yǎng)期間，他試圖研究地震和火山活動對地球重組(地貌改變)的影響，并試圖找到相關(guān)證據(jù)。當(dāng)時沒有人真正考慮過這個問題，但是，他對這個問題非常執(zhí)著。他的研究表明，由于山脈的高度和河流的深度以及海床和其他水體的行為，地球的地貌已經(jīng)完全改變了。胡克甚至聲稱，島嶼完全是重新出現(xiàn)的，也就是說，它們被創(chuàng)造出來，然后消失，就像被施了魔法一樣，周圍的平原和所有其他未被覆蓋的地區(qū)也像被施了魔法一樣。

1663 年，胡克設(shè)計了一種簡單的海洋深度探測器，還開發(fā)了一系列的桶來幫助潛水員的活動，還開發(fā)了一種深海取樣設(shè)備(圖7)。由于對地質(zhì)學(xué)和海洋學(xué)的貢獻巨大，胡克被稱為“地質(zhì)學(xué)之父” 和“海洋學(xué)之父”。

圖7 胡克從不同深度收集水樣的裝置(左圖)胡克的無線探測深度裝置(右圖)[3]

3.6 在建筑學(xué)方面頗有建樹

1666 年，倫敦發(fā)生大火，燒毀了超過13 000 棟房屋和近90 座教堂，其中就包括圣保羅大教堂。胡克密切參與了隨后的重建，他幫助克里斯托·萊伊恩(1632-1723) 設(shè)計了如今屹立的圣保羅大教堂。教堂的一個特點是具有非常大的穹頂，胡克負責(zé)基于懸鏈線的基礎(chǔ)工程設(shè)計，即懸在兩點之間的鏈條的形狀。胡克還設(shè)計了許多其他的建筑，包括圣瑪麗·抹大拉教堂和一個大型的貝瑟倫皇家精神病院(精神病院現(xiàn)在已經(jīng)不在了)。胡克和雷恩設(shè)計的最有趣的建筑之一是大火紀念碑(圖8)，現(xiàn)今它仍然是倫敦的旅游景點[6]。

圖8 大火紀念碑[6]

3.7 對燃燒的研究引領(lǐng)時代

波義耳當(dāng)時需要一個優(yōu)良的抽氣機來研究真空和燃燒理論，即使是馮·格里克(馬德堡市長，因為馬德堡半球?qū)嶒灦劽? 也未能讓波義耳如愿以償。胡克給波義耳制造了一個抽氣機(圖9)，并一起進行了一系列低氣壓生理效應(yīng)實驗，波義耳對這個抽氣機非常滿意，在正式出版的論文中，波義耳將這個抽氣機親切地稱為“我們的抽氣機”。

圖9 胡克制作的抽氣機[3]

在幫助波義耳的同時，胡克自身也對空氣研究產(chǎn)生了濃厚的興趣，17 世紀60 年代早期，胡克還形成了自己的燃燒理論。他認為空氣擁有兩種特性不同的成分：可以與其他物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生燃燒或爆炸的含“氮”成分，這些成分與部分可燃物質(zhì)結(jié)合在一起，剩下的就是惰性物質(zhì)。在這里，他正走在一條可能導(dǎo)致氧氣發(fā)現(xiàn)的道路上。

3.8 被稱為氣象學(xué)的奠基人

同樣引人入勝的是，胡克對氣象學(xué)也有巨大貢獻。胡克最初與雷恩(Wren) 一起研究了可以自動記錄數(shù)據(jù)的氣象儀(圖10)，其數(shù)據(jù)涵蓋了風(fēng)向和強度、濕度、溫度以及降雨量、大氣壓、天氣跟蹤和日照時間等。1675 年，他還增加了兩個吸濕鏡，此時氣象儀的功能已經(jīng)超出了最初的預(yù)期，令人驚訝的是，他還設(shè)計了一個大的鐘擺來驅(qū)動記錄機，記錄是在打孔帶的鼓上進行的，每15 分鐘產(chǎn)生一次痕跡。1679 年初，胡克對這些器材進行了進一步開發(fā)，他很快又增加了一個便攜虹吸式氣壓計和輪式氣壓計，以及一個非常精密的風(fēng)速計。隨后，胡克結(jié)合天氣時鐘和海上導(dǎo)航儀對氣象儀進行了改進，使得導(dǎo)航員可以用其精確地跟蹤船的位置，并測量和記錄其航行的速度和方向，包括其精確的下風(fēng)路。

圖10 胡克制作的晴雨表[3]

3.9 近乎全才的發(fā)明家

胡克是一流的技術(shù)實驗型物理學(xué)家，胡克設(shè)計、改進或發(fā)明了許多17 世紀使用的科學(xué)儀器，一些權(quán)威人士稱他的發(fā)明超過1000 項。

胡克的動手能力非常強，為波義耳制造或設(shè)計了他所需的全部儀器。胡克還發(fā)明過復(fù)式顯微鏡、格雷高利望遠鏡、平衡擺輪(機械表重要的零件之一)、汽車中的萬向節(jié)[7](如圖11) 等被廣泛使用的器材，改造過風(fēng)速計、氣候鐘、雨量計、驗濕器、水平儀等不計其數(shù)的器材。

圖11 汽車中的萬向節(jié)[3]

4 飛揚跳脫，與牛頓爭議不斷

不少人知道，胡克與牛頓之間關(guān)于“萬有引力定律是誰先發(fā)現(xiàn)的”存在很大爭議。事實上，胡克和牛頓之間的爭議并不只有這一次，幾乎從牛頓踏進科學(xué)的殿堂起，二者就爭議不斷，比較大的爭議至少有三次。

4.1 牛頓與胡克的光學(xué)爭議

牛頓其實是胡克的晚輩。1672 年年初，牛頓因發(fā)明反射式望遠鏡而被選為皇家學(xué)會會員，不久后，牛頓的光學(xué)論文《關(guān)于光和顏色的新理論》(New theory about light and colours) 在英國皇家學(xué)會《哲學(xué)會刊》刊載，牛頓開篇介紹了一個實驗(如圖12 所示)，讓一束光透過三棱鏡，在光屏上所成光帶的長寬之比竟然大于5 (牛頓本來料想光帶應(yīng)當(dāng)是圓形)，牛頓認為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因無非兩種，第一種是外部折射條件不同，另一種是入射光自身的差異。盡管大家都認為前一種原因才是正解，但牛頓通過實驗認為第一種并非正解，并在論證的最后設(shè)置了一個判決性實驗(圖13)，并將該實驗看作是其論文核心中的核心。

圖12 牛頓發(fā)現(xiàn)日光組成的實驗[8]

圖13 牛頓的判決性實驗[8]

在判決性實驗中，牛頓讓光束穿過第一塊三棱鏡(ABC)，并得到縱向分布的光譜，讓這個光譜逐步分次第穿過有小孔(G)的擋板(DE)，接著讓透射光穿過另一塊三棱鏡(abc)發(fā)生二次折射并在墻壁上形成光斑(MN)，實驗表明：經(jīng)第一塊三棱鏡(ABC) 得到的光束，其一端(紫端) 的光線穿過第二個三棱鏡(abc)后偏折得比另一端(紅端)的光線更多。牛頓由此認為：“光斑不是圓形的原因就在于太陽光是由折射能力不同的光組成。”接著，牛頓介紹了自己關(guān)于顏色的理論：顏色不是白光在物體作用下改變了性質(zhì)，也不是由光與影混合導(dǎo)致的，而是單色光本來就具有的[8]。

牛頓用不同顏色微粒的混合與分開去解釋“色散”現(xiàn)象，這種觀點遭到了胡克的猛烈抨擊，胡克認為光是一種波，胡克專門寫了一篇文章評論牛頓的研究。胡克認為，牛頓的理論是“可能的而非唯一的假說”，而且所謂的判決性實驗并沒有其所說的說服力。

為了證明自己的光學(xué)理論是正確的，牛頓在1675-1676 年又向?qū)W會遞交了兩篇論文：《解釋光的性質(zhì)的假說》(An hypothesis explaining the properties of light)和《論觀測》(Discourse of observations)，爭端再次開啟。由于胡克是學(xué)會的實驗室主任，按照程序，這2 篇論文首先被交到了胡克手上，由胡克進行實驗檢驗并向?qū)W會作出評價。令牛頓沒想到的是，這次胡克聲稱自己的《顯微術(shù)》中包含了牛頓所做的工作，牛頓只是在某些細節(jié)方面進行了拓展，但卻提出了錯誤的理論。聽到這樣的觀點，牛頓火冒三丈，說胡克所謂的研究和成果不過是受惠于別人(笛卡爾等)，在很多方面(例如薄盤顏色的精確測量)，胡克一竅不通。

此時牛頓畢竟是個嶄露頭角的年輕教授，面對前輩的批判他終究無可奈何。牛頓無法忍受胡克的連續(xù)打壓，聲稱要退出學(xué)會，在寫給學(xué)會秘書奧爾登伯格的信中，牛頓寫道：“雖然我很尊重學(xué)會，但我不知道我還能對這個團體作出什么貢獻，況且我離學(xué)會所在地很遠，我也無法從會議中獲益，因此我要求退出學(xué)會”。經(jīng)過學(xué)會秘書的極力勸說，并提出免去牛頓會費，牛頓才答應(yīng)留下來。

這次事情后，牛頓疏遠了學(xué)會，并且不再發(fā)表光學(xué)的研究成果。在胡克去世后的第二年，牛頓出版了自己的光學(xué)論著《光學(xué)》(Opticks)，在這本書中，絲毫不見胡克對薄板顏色研究的貢獻。

4.2 牛頓與胡克關(guān)于運動的爭議

1679 年11 月，胡克主動打破了雙方幾年的僵持，給牛頓寫了一封信。在信里，他介紹了自己的研究計劃，并希望牛頓能夠在行星運動問題上發(fā)表觀點。作為回饋，牛頓對一個自由落體問題作了自己的分析。牛頓認為，如果一物體從高處下落，若不計空氣阻力，物體的落地點會稍向東偏，其下落軌跡呈螺旋線直到地球中心[9](圖14(a))。這是一個嚴重失誤，胡克立刻抓住牛頓的錯誤并回信指出，落體和行星類似，其下落軌跡應(yīng)當(dāng)是橢圓形的(圖14(b))。針對胡克的這封回信，牛頓也寫了回信，在信中牛頓承認軌跡的確不應(yīng)該是螺旋線，但他也不認為胡克的觀點是正確的，他認為如果力是常數(shù)，那么物體下落的軌跡應(yīng)當(dāng)類似圖14(c)。胡克又回信說牛頓錯了，胡克認為力與物體到地球中心的距離的二次方成反比。這次牛頓沒有再回信。

圖14 (a) 牛頓認為的螺旋線；(b) 胡克提出的橢圓線；(c) 牛頓認為力是常數(shù)下的運動軌跡[9]

胡克得意于牛頓的錯誤，在一次皇家學(xué)會的例會中，胡克宣讀了牛頓的信，并對物體下落軌跡進行了分析，同時公開批評了牛頓的觀點。這一做法羞辱了牛頓，使得牛頓非常不滿，這本是一次私人通信，但胡克卻將牛頓的錯誤公布于眾，因為此事牛頓更加反感胡克，也更加疏遠了學(xué)會，他足不出戶地專心研究自己感興趣的問題。

4.3 牛頓與胡克關(guān)于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的

爭議

1673 年，惠更斯提出了離心力公式，此后哈雷(1656-1743) 和雷恩(1632-1723) 都曾根據(jù)開普勒第三定律推導(dǎo)得出過平方反比定律。在一次聚會中，在談?wù)摰轿矬w在平方反比的力場中運行的軌跡時，胡克聲稱，所有天體運動的規(guī)律都能用平方反比關(guān)系證明，雷恩和哈雷也認為，行星的橢圓軌道與引力的二次方反比關(guān)系之間有必然的聯(lián)系，但他們卻無法證明。1684 年8 月，哈雷專程去劍橋拜訪了牛頓，希望從牛頓那里得到答案，牛頓表示自己幾年前就證明過平方反比定律的軌跡問題，只是證明的手稿不見了，但自己愿意重新證明一次。不久后一篇長達9 頁的論文《論軌道上物體的運動》遞到了哈雷手上，這篇論文就是《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(以下簡稱《原理》) 一書的前身，哈雷被這篇文章震驚，認為這篇論文具有劃時代的意義，他建議牛頓把論文擴充為專著。于是牛頓耗時18 個月將自己長達20 多年的研究整理成了《原理》一書[10]。在書中牛頓把天上的力學(xué)和地面上的力學(xué)統(tǒng)一起來了，以牛頓三大運動定律為基礎(chǔ)建立了一套力學(xué)體系，其中也包含著萬有引力定律。

1686 年，牛頓將《原理》交給學(xué)會審閱，胡克在會議上指出，引力反比定律是他先發(fā)現(xiàn)并告訴牛頓的(依據(jù)就是那次私人通信)，牛頓應(yīng)該在書中提到他的貢獻。牛頓不僅拒絕了胡克的要求，還把書中所有涉及他的引用都刪掉了。這使胡克非常氣憤，此時胡克正擔(dān)任著學(xué)會的秘書長，于是，《原理》的出版就因資金不足而被擱置。后來，經(jīng)過哈雷的協(xié)調(diào)，牛頓承認了引力反比定律確實在他與胡克的通信中出現(xiàn)過，但胡克對引力反比定律的描述并不準確，牛頓聲稱，自己在大約20 年前(1666 年) 就發(fā)現(xiàn)了引力反比定律，還寫信告訴了別人，因此引力反比定律并不需要從胡克那里知道。通過對歷史資料的分析發(fā)現(xiàn)，牛頓并沒有說謊，萬有引力定律在1665 年就已經(jīng)被牛頓發(fā)現(xiàn)了，由于當(dāng)時沒有可靠的地球半徑數(shù)據(jù)，所以牛頓用萬有引力定律去計算月球運行軌道的嘗試并沒有取得可靠的成果，于是他不得不暫時將這個研究擱置。1670 年，牛頓又重新開始了這一研究，因為此時地球半徑有了更準確的數(shù)據(jù)。

事實上，“萬有引力” 這個詞確實是胡克首先使用的。胡克早在1674 年曾經(jīng)發(fā)表過一篇有關(guān)引力的論文《從觀察角度證明地球周年運動的嘗試》，在這篇文章中，胡克首先使用了“萬有引力” 這個詞，胡克還提出了三條假設(shè)：(1) 任何天體都有引力，不僅吸引天體本身的各部分，還吸引其他天體；(2) 如果不受引力，天體將做勻速直線運動；(3) 距離引力中心越近，所受的引力也越大。這幾乎就是萬有引力定律的定性描述。胡克等人于1677 年在實驗中發(fā)現(xiàn)了引力，并證明了“如果行星運行的軌道是圓形，那么太陽對行星引力的大小就與彼此距離的二次方成反比”。此時胡克距離萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)非常近了，只是缺乏定量的表述和論證。牛頓的過人之處，在于他用強大的數(shù)學(xué)能力解決了萬有引力定律的數(shù)學(xué)論證問題，這是胡克等人沒有能夠解決的。

在萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)方面，胡克對于牛頓確實有所幫助。從胡克與牛頓的通信中人們發(fā)現(xiàn)，牛頓直到1679 年仍沒有解決天體運動的問題。胡克于1679 年曾寫信給牛頓，問他能否根據(jù)引力的平方反比關(guān)系和向心力定律來證明行星的橢圓軌道，直到1685 年牛頓仍然沒能解決這個問題。胡克的著作及其寫給牛頓的信中闡明的一些觀念(一些基本的、很類似最終的萬有引力定律的觀念)，對牛頓也有很明顯的影響。在與哈雷的通信中，牛頓自己也承認，在與胡克通信之后，他才計算了行星運行的軌道，繼而得出行星運行的軌道是橢圓。事實上，現(xiàn)代物理學(xué)家們認為，胡克對牛頓最重要的影響，或許是使他重新思考圓周運動，從而發(fā)現(xiàn)了原來的錯誤概念，并最終形成了正確的解釋：圓周運動是由向心力導(dǎo)致的。一旦牛頓突破了錯誤觀念，他就可以依靠自己天才般的數(shù)學(xué)能力迅速建立正確的天體力學(xué)理論。

遺憾地是，胡克草率并公開指責(zé)牛頓剽竊自己的成果，讓牛頓非常憤怒。并且，胡克似乎也并不非常清楚他對牛頓的具體影響，卻極力聲稱引力的平方反比形式來自于他自己，這自然遭到了牛頓的反駁。事實上，在此之前很多人都猜想過平方反比定律，史料已經(jīng)證實牛頓很早之前也得出過平方反比定律，在這個問題上確實并不需要胡克幫助。

最終，在哈雷的調(diào)解下，牛頓的態(tài)度出現(xiàn)了松動，承認自己在胡克啟發(fā)下重新思考了引力，也承認一些實驗結(jié)果是胡克告訴自己的，他同意在書中的相關(guān)內(nèi)容處加一條注釋，說明哈雷、胡克和雷恩都獨立地發(fā)現(xiàn)過引力反比定律。這樣，在哈雷的資助下，1687 年《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》正式出版(圖15為第一版封面)。

圖15 牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第一版封面[10]

《原理》發(fā)表后，胡克仍然不依不饒，他一直聲稱平方反比定律是自己先發(fā)現(xiàn)的，并要求牛頓承認這點，至少在《原理》的前言里，自己的“功績”(啟發(fā)牛頓)有必要被提及。對此，牛頓并沒有回應(yīng)。于是，在1693 年的一次英國皇家學(xué)會會議上，胡克再次正式提出萬有引力是自己優(yōu)先發(fā)現(xiàn)的。面對胡克一而再再而三的“挑釁” 行為，牛頓暴跳如雷，他認為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)完全是自己的功勞，盛怒之下把《原理》中涉及胡克的大部分引用都刪掉了，實在無法避免的，用詞也都改為了不顧基本禮儀的“胡克”而非之前的“非常尊敬的胡克先生”。

由于《原理》的出版，牛頓聲名鵲起，這讓胡克越發(fā)覺得自己對萬有引力定律的貢獻沒有獲得應(yīng)有的承認。胡克對此耿耿于懷，在1689 年2 月15 日的日記中，他仍在抱怨“利益沒有良心”。1690 年2 月，在英國皇家學(xué)會的一次演講中，胡克仍不忘為自己打抱不平，他嘲諷地說道：“由我多年前首先發(fā)現(xiàn)的引力性質(zhì)，被牛頓當(dāng)成了他的發(fā)明并寫成專著發(fā)表，因此牛頓幫了我一個大忙”。后來，胡克還寫了一篇備忘錄，詳盡地記錄了牛頓與他爭執(zhí)的“真相”，但這篇備忘錄并未出版。盡管胡克一直在執(zhí)著地爭取，但幾乎無人理睬他的“抱怨”，這件事情對胡克影響很大，他變得越來越多疑、抑郁和忌妒。

5 晚年凄苦，去世后被抹殺所有成就

由于終身未婚，胡克晚年非常孤獨，經(jīng)常只能以注釋奧維德的《變形記》自娛自樂，1703 年3 月3 日，雙目失明的胡克逝世于倫敦格雷欣學(xué)院(Gresham College)，終年68 歲。

幾個月后，牛頓當(dāng)選皇家學(xué)會會長，并計劃給學(xué)會找一個新地址。這對于胡克來說幾乎是致命的打擊，據(jù)俄勒岡州立大學(xué)教授艾倫·唐·德雷克(Ellen Tan Drake)考據(jù)得出，胡克設(shè)計的上千種實驗裝置、化石標本及模型均在牛頓擔(dān)任皇家科學(xué)院院長期間被直接或間接地銷毀，牛頓的支持者甚至銷毀了胡克唯一的一張畫像[11]，以至于胡克的真實面目無法被后世得知，經(jīng)常被大眾認為是胡克的那張畫像(圖16)，經(jīng)證實并不是胡克本人。

圖16 被誤傳的胡克畫像[3]

2003 年(胡克逝世300 周年)，眾多學(xué)者發(fā)表了關(guān)于胡克的數(shù)十本新書和論文，以此為胡克向牛頓復(fù)仇。然而，這般輪回，多少有些悲涼。

胡克逝世后的兩百多年中，他被描述成了一個由于天生身體上的缺陷而導(dǎo)致心理變態(tài)的人，一個沉默孤僻、多疑多病、難共事、愛爭功的人。誠然，“胡克在做人方面確實不算成功，但這足以成為將這個天才抹殺掉的理由嗎？”這樣的問題，在三百多年后的今天，依然振聾發(fā)聵。