关于牛顿的苹果，人们误会了什么？

对于公众来说，牛顿其人最大的影响力不仅在于众所周知的几条定律，还在于一个与之相配的苹果传说。在最通俗的演绎里，故事的核心是牛顿看到苹果落地（或者被砸到了头），由此启发他认为苹果下落与月球围绕地球运动背后的道理相同，之后便得出了万有引力定律……实际上，这则规律是牛顿对物质世界深刻思考并发展数学工具得出的，实乃非人之杰作。而为了向后人，尤其给孩童来介绍牛顿，带有传奇色彩的苹果故事成了不二选择。可是，这则趣事里，往往失去了一个关键的问题：为什么苹果下落就能启发牛顿？甚至诸多段子引述成“为什么你被某物砸过只会感到疼“。这是因为，故事往往缺少了那个真正让牛顿发生“尤里卡”的思考：地球也被苹果吸引而移动。

撰文 | Rose Villatoro

翻译 | 二维

作为以帮助人们理解、欣赏物理为职业的人，我实在反感人们谈论艾萨克·牛顿尤其是谈他是如何发展引力理论的方式。我不是对苹果有意见，这是故事中非常重要的一部分，甚至从历史的角度讲，也是准确的！让我备受折磨的是整个故事的脉络，改编的故事制造了牛顿的观察和他的洞察力之间的隔阂。这是什么意思呢？让我们回顾一下那个我最早被讲述的故事。

一天，年轻的牛顿坐在他院子里的苹果树下，看到一个苹果掉到地面上——某些版本中，为了达到幽默的效果，说他被掉下的苹果砸晕了脑袋。作为一个非常聪明的，也许轻微脑震荡的思想者，牛顿对这个日常现象背后的原因产生了兴趣。就那么一刹那，他领悟到，肯定有某种力将苹果拉向大地。他称这种力为引力，并用一个简单而令人难忘的格言来描述其原理： 有上必有下（What goes up must come down）。故事通常就在那儿停住了，太短了——几乎没有说出任何有意义的事情。

像这样的一张可上色的卡通图是很好的出发点，但是牛顿苹果的故事不能就此停下；教育的挑战在于以观众能理解的级别去沟通，并且不牺牲所要传达的信息中重要的部分丨图片来源：APS Physics

这些故事掺杂着对牛顿观点的扭曲的解释，听到这些，孩子只能痛苦的带着错误的科学观念走开。 “What goes up must come down”不是洞察力，这只是“物体会下降”的不那么直接的一种说法——它更像是古代语法课中的一节，而非物理学。在那个版本的故事中，牛顿除了给一个现象贴上标签还做了什么呢？如果一只普通松鼠可以说话，它也会告诉你相同的事情。

当然，我并不是建议让一年级学生从数学公式和平方反比定律入手，但是上面的故事中缺少一个关键要素：那就是学习、发现中的愉悦和快感来自于“咔哒”的灵光乍现，是建立某种精神层面的行为。当你用一种不同的方式看待某些熟悉的事物，或者用全新的观点对待一些奇怪的事情使其变得熟悉，才会有那种感觉。在上述故事的中，没有任何 “咔哒”的灵光乍现——只是多了一个词汇，并导致定义陷入循环链：重物由于重力而被拉下来，重力是质量的属性，质量是……好吧……重物，除非你想直接跳到 E = mc2。

那么，对于年轻的牛顿，那个“咔哒”一点在哪里呢？他的深刻见解在哪？据记录，那个男人自己说，他的“尤里卡”时刻确实是在苹果从树上掉下来之后才来的。那么，他通过什么样的脑回路，见证这一平凡的现象，并在其中看到了适用太阳系的定律？

答案在以牛顿名字命名的另一条定律中，也是一条简单的法则，就像“有上必有下”一样简单并难以忘记 ：每个动作都有等价相反的动作。就像在中学物理课上学的，你推开某人，你自己也被推开了。

如果我们用这个例子作为故事的开头，可以在介绍牛顿并讲述他的其他贡献的背景下进行，那么聆听者不仅可以欣赏牛顿的天才，而且甚至自己可以做出那个飞跃。当我们再讲述牛顿看到苹果从树上掉下来的故事时，就可以向听众提问一个牛顿绝对会会问自己的问题：“将苹果拉到地球上的相反动作是什么？移动它的反作用力来自哪里？”

答案是整个星球都在移动，无论在多么微小，地球向着苹果移动了——随之而来的是脑海中震耳欲聋的“咔哒”鸣响。对于牛顿而言，这个简单的想法令他茅塞顿开，打破了空间参照系的大门，尽管这扇门为我们日常生活提供了很好的帮助。原来的框架中，上和下是绝对的，而地球等效于平坦且不动的。而现在，把你的头调个方向，您会意识到向下 只意味着朝向质量。突然之间，苹果和地球就不再是水果和天空了，它们只是悬挂在太空中的两个物体，彼此吸引。

牛顿同时代人写的手稿的一段，记录了牛顿所讲的苹果树故事的版本：“ ...因此，苹果吸引了大地，地球也吸引了苹果。”丨图片来源：The Royal Society, Memoirs of Sir Isaac Newton's Life by Sir William Stukeley

不久之后，牛顿将目光转向天空中的月球，并再次因为用全新的方式看待熟悉的事物而一次感到激动。在此之前的几年，天文学家和数学家约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）曾描述过绕太阳公转的行星轨道， 但这些路径并未得到正确的解释。通过发展数学方法，并结合以他自己名字命名的定律，牛顿将他对普遍存在吸引力的想法形成了一个新的理论，他证明了环绕太阳的天体与控制苹果掉下的力背后遵循相同的规则，在地面发射炮弹所形成轨迹也是同理。

这是理性和想象力的胜利，也是伟大思想诞生的典范。尽管寓言中的“尤里卡”时刻似乎突如其来的，但它必须建立在对整个系统的理解上，牛顿对力和运动的认识为他提供了打开新思维方式的钥匙。

当我第一次听牛顿苹果的故事时，这个故事有点古怪，而且令人困惑：牛顿被砸中了头，这激发了他给大家都知道的东西取个名字（万有引力）。但是，如果我们真的努力让自己站在他的位置上，我们就能看到牛顿顿悟的非凡之处，各个年龄段的听众也会受到鼓舞、启发、拓展思维。

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