《數理化通俗演義》摘登

29、門縫里牛頓玩弄三棱鏡小旅店歌德細看美少女——顏色本質的第一次突破(接上期)

前面說過，牛頓在劍橋大學有一位恩師叫巴羅，他們生尊師愛，情同魚水，結下了忘年之交。這巴羅幾日不見牛頓出來走動，一天便到房里來找牛頓。他見門虛掩著，屋里靜悄悄的不像有人，便推門而進。不想一頭正撞在一個人身上。巴羅剛從陽光下走進這間暗屋里，他一時看不清是誰，只聽有人喊了一聲“老師”，將他扶住，又一把扯下窗戶上的床單——原來是牛頓。巴羅說：“你又在搞什么名堂，幾天不露面，我還以為你病了呢。”牛頓卻笑嘻嘻地如此這般地說了一遍。巴羅也大為驚喜，連聲埋怨他何不早說。第二天，他就給牛頓又弄來一塊三棱鏡，布置起一個真正的暗室。他們先讓一束光穿過一個黑色木板上的小孔，用三棱鏡將它分成七條不同的彩色光，再用一個有孔的木板擋住分解后的光，讓每條單色光逐一從孔里通過，木板后再放一個三棱鏡。這時新的發現出現在粉墻上：一是這單色光通過三棱鏡時不會再分解，二是各色光束經過三棱鏡時折射的角度不同。憑著數學天才和實踐才能，牛頓很快就計算出紅、綠、藍三色光的折射指數。這一實驗不久，1669年底牛頓便接替巴羅老師，開始在劍橋大學向學生們開設光學課了。可惜學生們聽不大懂他在講些什么。

1672年2月6日，牛頓向皇家學會寫了一封詳細的信——《光和顏色的新理論》，歸納r十三個命題。他指出：我們平常看見的白光不過是發光體發出的各種顏色光的混合。白光可以分解成從紅到紫的七色光譜。一切自然物體的顏色是因為它們對光的反射性能不同。對哪一種光反射的更多些，就是哪種顏色。按這個理論，虹的問題解決了，它不過是白光讓空中的水滴(相當于三棱鏡)分成七色而已。物體的顏色不同不過是因為各自的反射性能不同。這又是一大發現。牛頓并因此而創立了光譜理論。后來恩格斯說：“牛頓由于進行光的分解，而創立了科學的光學。”

說到顏色，各位讀者，容我這里插上一筆。這個問題在當時，從17至19世紀的一二百年間實在是一個難題，也是一個熱門問題。比牛頓晚一些的還有一位大名鼎鼎的人物——德國詩人歌德，他以詩人的氣質，到處靠眼睛去觀察各種顏色：冬季爬上陰森寒冷的山頂，看落日溶金，積雪變紅；黃昏走進小鐵鋪，看鐵匠的大錘下金黃的火星炸開又漸漸裹攏來的夜幕。他像一個獵人到處獵取各種顏色奇觀，分析和研究各種顏色現象。甚至見了臉白唇紅的少女也要盯住研究一番，使人奇怪這個快60歲的老頭兒是否正常。在他的《色彩學》里就有這樣一節記載：

有一天，我走進一個小旅館的房間里，一個美艷的少女向我走來。她的臉色潔白而有光澤，頭發烏黑，身上穿一件緋紅色的緊身衣裙。當她在距我稍遠的地段站定時，我在微暗的黃昏光線下對她注視了一會兒。她離開時，我在對面的白色墻上，看到一個被發亮的光暈包圍著的黑色臉龐。那件裹著極其苗條體型的衣裙，竟是美麗的海水綠色。

歌德的研究進入另一個領域，他已經提出了視覺生理上的補色問題。我們看的實物突然從紅的波段過渡到白的混合波段時，視神經系統不能一下適應，會在中間綠波段上停一會兒。這正符合牛頓的光譜學說。但可惜牛頓的弟子們極力嘲笑歌德老頭兒的非實驗室研究。所以后人都同情這位詩人在科學上費力不討好的遭遇。

這段插曲說過，還說牛頓向皇家學會送上的那封信后，皇家學會立即成立了一個專門評議委員會來評議這個新理論的價值。真是冤家路窄，這個委員會主度，又是在學術上與牛頓不和的胡克。虹的現象，顏色現象，就算牛頓說清楚了，但光本身，不管紅光還是綠光，本質又是什么?牛頓也有他的看法，說光就是一些高速運動的粒子，它能按直線前進，碰到物體過不去，就投下了影子；鏡子能反射光，是因為那些小粒子碰到鏡面就彈了回來。但是胡克卻很干脆地否定了牛頓的微粒說，而提出振動說，就是連白光中包括了其它顏色這一點胡克也不承認。他們兩人的怨恨越結越大，牛頓想：你不承認我的微粒說，由你去吧，反正我是對的。他這樣安慰著自己，也就不再去生這份閑氣。但沒過多久，一條爆炸性消息又使他大為吃驚。1678年荷蘭人惠更斯又提出一個“波動說”。這個惠更斯著實厲害，但他不像胡克那樣蠻橫，卻以冷靜的分析卡住了牛頓微粒說的咽喉：你不是說光是小粒子嗎?那么兩束光交叉時，那些小粒子為什么互不干擾?而波動說卻能解釋：因為波是不會相互干擾的，我們常見的水面上兩個波就可以交叉通過。胡克等人也覺得這下子可借來了生力軍，高興得忘乎所以。牛頓急忙起而申辨：你們說光是波，那為什么它不能像水波那樣繞開障礙物前進呢?胡克又來駁難：你說光都是一樣的粒子，為什么不同顏色的光在同一物體中卻有不同的折射角度呢?

正是：

公說公有理，婆說婆有理。

是波是粒子，難分高和低。

牛頓這人在科學發現上算是運氣不錯。一個接一個，個個順利。但好事多磨，他與別人的爭論也一個接一個，個個難纏。從此，物理學上便開始了一場粒子說和波動說的大爭論，一爭就是一個世紀。

到底結果如何，且聽下面慢慢分解。

30，崇上帝巨人甘心當仆人

入歧途半生聰明半生愚

——神是第一推動的妄說

話說牛頓由于在光學和引力方面的成就。立即使他名噪歐洲，成了科學界的一顆新星。他本想一鼓作氣再完成一系列的課題，但90年代初卻出現了使他最難過的歲月。由于為《自然哲學的數學原理》的寫作付出了巨大的勞動，他的身體漸漸不支，患了嚴重的憂郁癥。他又不斷因科學發現權而與人打官司；在光學問題上與胡克爭吵，在天文方面與格林威治天文臺長弗拉姆斯蒂德鬧翻了，在微積分的發明權上更是與萊布尼茨鬧得全歐洲都議論紛紛。不久他的母親去世，更使他心痛欲絕。他長期在學校教書，工資不高，又不會管理生活。工作、學術、生活絞成一團亂麻，真使他傷透了腦筋。他早沒有心思再看一頁書，整天在那間雜亂的工作室里坐立不安，若有所失。這天，正當他又心神不寧時，仆人送進一封信來，他忙拆開，先看信后的落款，是財政部長查爾斯·蒙塔古。這人比牛頓小19歲，也是三一學院的學生，但早就混入官場，今天突然來信有什么大事?只見信是這樣寫的

“先生：

我非常高興，因為我終于能對我們的友誼以及國王的賞識，給你一個良好的證明。造幣廠督辦歐佛頓被任命為海關督辦，國王已應允我任命牛頓先生為造幣廠督辦。這個職位對你最合適，是造幣廠的主管，年俸約有五六百英鎊，而且事情不太多，不必費心照料……”

牛頓現在最缺的就是錢，這真是瞌睡給了個枕頭，牛頓立即走馬上任。1696年3月29日，他連家也搬到了倫敦。三年后他又正式升為造幣廠廠長。

倫敦這個地方是歐洲最大的都會，當然與那安靜的劍橋學府又自不同。牛頓在這里整天交結宮廷權貴，參與政界、財界大事，忙忙碌碌，好不熱鬧。而且自從升任廠長后，他的年薪又長高到二千英鎊，他現在已經一躍而為大富翁了。他住的房子富麗堂皇，而且常有貴人登門，他也再不便那樣邋遢，于是便把他的侄女凱瑟琳·馬頓接來，專門給他料理家務。由于《原理》一出版即已脫銷，牛頓又請了一位年輕的數學家羅杰·科茨來做他的助手，準備二版書的出版。他在這個新地方又開始了新的工作秩序。(接下期)