第四章
科学的崛起

让我们期盼……一系列发明竞相涌现，如春风雨露降临人间，可以在某种程度上征服并战胜人类的需要和苦痛。

——弗朗西斯·培根《伟大的复兴》，1620年

他们的首要目的仅仅是一种满足感——呼吸更自由的空气，彼此安静地交谈，不沉迷于那个悲凉时代的激情与疯狂。

——托马斯·斯普拉特《皇家学会史》，1667年

1715年，在伦敦某个春光明媚的清晨，一群年轻的科学家，为了满足人们永无止境的好奇心，聚集在世界上最伟大的俱乐部。几周前，天文学家埃德蒙·哈雷大胆地宣称：他仔细研究了星图，计算了太阳和月亮的运动轨迹，并鼓起勇气预言，4月22日早上会有一次日全食吞没整个伦敦市。他向天文学爱好者发出邀请，到鹤苑（Crane Court）的皇家学会来一起见证奇观。

我们听过很多古代占星师预测食相的传闻故事。这些预言通常会预测数月甚至数年之内的食相。但食相并不十分罕见，所以这样的预言也不算十分大胆。然而，哈雷（他是皇家学会成员，能够与恃才放旷的艾萨克·牛顿交往）选择了另外一种方式，他邀请天文学的天才们聚集到这座古老的城市，给出了具体的日期时刻，甚至具体到分钟。自1104年以来，伦敦还没有发生过 日全食 ，而600多年来几乎没有发生任何技术进步。大多数的英国人仍然相信女巫、狼人、独角兽和魔法，尽管日心说和新的数学为有识之士所接受，但这对普通老百姓并没有实际用处。

日全食是圣经中记载的事件。对于那些在万里无云的日子里目睹过一次 日全食 的幸运儿来说，那几分钟的暗无天日非常梦幻，也确实像魔法一般。我们曾经像凝望天空的玛雅人一样，忠诚地与自己的同胞们并肩，一瞬间就被淹没在行星、恒星和卫星的旋涡之中。

哈雷计算了日全食的轨迹，并发布了他的预测图。他希望通过公布这一事件的来临，可以尽量减少恐惧，同时借助不列颠群岛以及整个欧洲大陆的有识之士，得出更多的计算结果。

哈雷拿着羽毛笔，花了数周时间回顾了过去几十年中由“自然哲学家”记录下来的数据表。在1662年之前，学者之间的科学信息是不会共享的，但是《皇家学会哲学汇刊》（ Philosophical Transactions of the Royal Society ）改变了这一切。哈雷能够从多年的天文记录中收集数据，经过反复测定，他确信一场日食即将发生。邀请发出得非常及时，殷实的知识界人士们身穿马甲，头戴假发，在破晓时分到达鹤苑。

鹤苑是伦敦市中心舰队街旁边的一条狭窄小巷，当时的伦敦市区位于现代大伦敦地区的中心地带，被城墙包围。1666年伦敦大火差点烧毁了伦敦的整个核心地带，而鹤苑就处于受灾区域的最外围。坐落于鹤苑尽头的建筑便是皇家学会的会议厅，正是在这里，科学史在阴晴更迭中铸成（见彩插4.1）。

发生日食之前的几个小时里，你是看不到月亮正在接近太阳的，因为它被恒星的亮度盖过，所以肉眼根本看不见它。但可以明显感觉到辐射热的减少，尤其是晴天的时候，会感到一种无风无云的奇特凉意萦绕于身。

天亮后不久，日食就在伦敦发生了，那时刚过早上8点；一个小时后，日全食于9点9分出现。在接下来的三分钟里，黑暗主宰着伦敦，哈雷的预言实现了，而且与他预测的时间分毫不差。因为大量的天文学家和科学家都准备好了器材和记录仪，他们对月亮表面以及日全食的确切持续时间进行了重要的观测。

对于那天在鹤苑的幸运观测者来说，他们的内心一定充满了乐观情绪吧？他们无疑会对哈雷心存感激，并且还有一丝敬畏。人类竟然具有这种预测能力，这也一定让他们欣喜若狂。但他们心中更重要的想法一定是，这世间还有什么是我们无法预测、体验并征服的？

戴维·伍顿对此总结道：“对科学革命的一种基本描述是，它代表了数学家对哲学家权威的成功反抗，而二者又共同反对了神学家的权威。”

亚里士多德哲学的一项基本原理是（天体）不变， 然而最后一批用“肉眼”观测的天文学家如哥白尼、第谷·布拉赫和约翰内斯·开普勒，已经能够观察到恒星的爆发并预测行星的运动。戴维·伍顿认为，第谷发现新星（距离地球8 000光年，在热核反应中融合在一起的两颗恒星）是科学革命开始的切实标志。它不是革命的起因，却吹响了揭竿而起的号角，是反叛开始的标示牌。亚里士多德沉迷以“质”（qualities）来解释世界，提出土、空气、火和水的四大元素说，而第谷辛勤地收集数据和观测天象。科学革命领袖以测量仪器、数字、数据表和计算方法代替了诡辩的对话传统与学术智者的伎俩。简而言之，他们将大自然乃至世界 数学化 了。

1610年4月，伽利略·伽利雷的《星际信使》（ Sidereus Nuncius ）一书在出版几周后来到了布拉格，开普勒迫不及待地想要了解伽利略看到了什么。该书的扉页上称伽利略是一位“佛罗伦萨的绅士”、一位“帕多瓦的数学教授”。扉页中间，单独一行写着“PERSPICILLI”一词，伽利略用这个词来称呼望远镜（见彩插4.2）。

在这本书的开头，46岁的伽利略描述了他的望远镜是如何诞生的。10个月前，即1609年5月，伽利略收到一个消息称，一名荷兰人借助透镜和一根管子组装了一个望远镜。经过一番思考，伽利略“最终决定自己潜心钻研望远镜，先探究其原理，明白原理之后，再深入研究折射理论，思考如何找到发明类似器材的方向。我先准备了一根铅管，在管子的两端分别装上了两块玻璃镜片，它们们一侧是平的，而另一侧分别是凸的和凹的”。

在本书中，我们将一次又一次地看到，某个科学领域的突破来自精工巧匠的坚持不懈，他们专注于眼前的问题，并亲自参与工具、器械和测量仪器的制造。望远镜这一创新的出现，首先要依靠透明玻璃工艺在穆拉诺的发展，随后荷兰人和德国人对曲面玻璃的制造进行了完善。伽利略亲自准备镜头，打磨每一块玻璃片的尺寸和形状，想要将一台3倍小型望远镜变成适合天文观测的放大工具。他改进后的望远镜，放大倍数至少为8倍。

伽利略意识到这一观察器材在军事领域大有用途，便前往威尼斯的元老院，那里是最高行政官所在地。在威尼斯圣马可大教堂的钟楼上，他展示了望远镜相对于肉眼的优越性。1609年8月21日，围观的人们本来看不到远方的船只，但是伽利略用他的8倍望远镜，向元老院展示了对威尼斯潟湖地带构成潜在威胁的战舰。望远镜可以及早发现敌军战舰，对于海军来说是极大的优势，元老院对此前景感到非常满意，伽利略获得了双倍的薪资和帕多瓦大学终身教授的职位。后来他又发明出放大20倍的望远镜，用于天文观察。

伽利略在帕多瓦度过了18年（1592—1610年），1599—1602年他与英国人威廉·哈维在这所大学中产生了交集。在刚刚迈入17世纪的意大利大学城里，人类社会的两位科学巨匠共居一方天地：伽利略是世界上第一位物理学家、观测天文学家和实验科学家；哈维是世界上第一位生理学家，解释了血液如何通过我们的血管在体内循环。伽利略和哈维代表着那个时代天壤之别的两种境遇，伽利略是被宗教裁判所审判的最后一批科学家之一，他因为信奉日心说，人生的最后十年都在软禁中度过，而哈维作为詹姆士一世的御医和牛津的“医学博士”（Doctor of Physic）声名鹊起。

“托马斯·霍布斯在1665年写道，他认为在哥白尼之前没有天文学，在伽利略之前没有物理学，在威廉·哈维之前没有生理学。” 哈维和伽利略都以机械运动的眼光来看待世界，觉察到事物按轨道运动或循环。他们洞悉卫星的移动或血液的流动，以及运动物体的轨迹和速度，这些确实非同凡响，但受限于简单的欧几里得几何学。

科学革命已经发起，然而人类社会迫切需要一种惊世骇俗的洞察力，以数学方式来描述和预测世界。在伽利略去世的同一年，在伦敦以北的偏远村庄里，艾萨克·牛顿出生，这位早产的遗腹子也许是人类历史上最伟大的天才，他将以物理学定律和微积分学来丈量我们的世界。

1610这一年，伦敦市成为北海海域的主要港口，城市人口激增，25万人口享受着伊丽莎白时代的英国文艺复兴。威廉·莎士比亚、本·琼森、约翰·多恩等文学巨匠成为舞台上的主角。《麦克白》在环球剧院的演出使众人乐在其中，哪怕3 000名观众连洗手间都没有。在新大陆，詹姆斯敦定居地正在搭建，而詹姆士一世也刚刚发起阿尔斯特种植园（Ulster Plantation）的殖民计划，他还下令将古代《圣经》文稿翻译成英文，并以他的名字来命名英译本。

17世纪的世界十分脆弱，欧洲大都市的居民“极易罹患疾病，承受肉体折磨甚至过早死亡……预期寿命只有三十多岁”。 瘟疫、流行病、饥荒、过密的人口、极度贫困以及恶劣的卫生条件，让伦敦一面富丽堂皇，一面疮痍满目。新式机构崛地而起，传统陋习污秽不堪。

1610年3月，伽利略的《星际信使》问世，没多久这本书就来到了伦敦四大“律师学院”之一的格雷律师学院（Gray’s Inn）。那里是诉讼律师及法官的专业协会，总部设在伦敦市中心的石砖建筑群内，看上去与常春藤院校的宿舍楼相仿，已经有几百年的历史了。即使在今天，观光客漫步其中，也很可能遇见头戴白色假发、身穿红色衣袍的诉讼律师前往附近的法院出庭。这就像在华尔街附近遇到西装革履的年轻经纪人，或在麻省总医院附近遇到彻底无眠、不修边幅的住院医师在连轴加班后踉跄着回家。确实，衣装就是识人的标准，甚至是人的标志。

《星际信使》来到了诉讼律师和大法官们顶冠束带的权力世界。伽利略这部作品的主角是超新星，然而对于格雷律师学院中的某位政治哲学家来说，这位意大利天才本人才是信使。那位大律师便是弗朗西斯·培根，他自己从未做过科学实验，却被大多数人尊为实证科学之父。

弗朗西斯·培根出身显赫。1561年，他出生于泰晤士河畔的一座恢宏宅邸之中。这位小神童12岁那年就进入剑桥大学学习。天资超常的培根使其肖像画家在画布上题写道：“唯愿绘其所想。”才华横溢的美誉伴随着培根的一生。培根喜欢静默深思，在科学上充满求知欲，是一位“志向高远、视野广阔” 的思想家。他身兼专业律师、政治家、国王的廷臣与顾问等众多角色，他也战战兢兢、不遗余力地为人类社会的进步而奋斗着。

培根“过着活跃的公共生活，在伊丽莎白女王和詹姆士一世执政时致力于政治事务和法律改革。1618年，培根担任大法官这一要职，直到他被指控贪污而遭罢免。在人生最后的那些年，他如痴如狂地写作，产出了大量有关自然哲学、政治和历史的作品”。 这些文字大部分写于他的晚年，那时的他已经被朋友、妻子和国王统统抛弃了。

培根在三部伟大的著作中完成了“重新思考我们的思考方式”这一课题，最后一部在其去世之后才出版。当时的大学教育深陷在亚里士多德学说徒劳无益的泥淖中，已经无力产生新的知识。更糟糕的是，大学里的哲学思想以亚里士多德的“第一性原理”（first principles）为基础，根本无法挑战这些哲学家的结论。“培根拒绝接受一切不利于新发现以及无法帮助改变世界的既有知识。”

当制图师在空白处画下新大陆，太阳系也向人类展露出新的行星和卫星，有识之士面前出现了一系列新的现实。文艺复兴晚期思维开放，“‘发现’［真理］这一概念与探索、进步、独创性、真实性和新颖性等思想密不可分地联系在一起”。 几个世纪以来，所谓“学术”只是亚里士多德的猜想的汇聚，几乎没有新的知识出现，只有一些对其结论的新评注。培根意识到这种世界观带有极大的局限性，他在《学术的进展》（ The Advancement of Learning , 1605年出版）和《伟大的复兴之新工具论》（ The Great Instauration, New Organon , 1620年出版）中揭示，“当今的逻辑思维方式无法产生科学发现或发明新科学”。

培根认为我们发现知识的过程存在缺陷，并着手提出一种发掘新真理的 方法论 。这一条理清晰的思考方式将引导我们走向 科学方法 ——未来的科学家会将臆测转变为假说，然后进行系统的观察和测量，从而得出结论，最终发展为 以实验结果为基础 的综合性理论，而这些理论又将引导科学家们走向新的假说和新的实验。没有人比培根更强调方法论， 甚至笛卡儿也比不过他，也正是培根提出了“阐释”（interpretation）的概念。 古老的占星术和炼金术将转化为现代的天文学、物理学和化学，从神秘莫测甚至超乎寻常的非科学技艺转变为采用科学方法的技术学科。然而医学革命还要再等一个多世纪，直到19世纪后期才能彻底摆脱希波克拉底和盖伦的束缚。

批判旧式哲学家时，培根“将经验主义者比作蚂蚁，说他们‘只会收集和使用’，而理性主义者相当于蜘蛛，‘从体内抽丝，在身外织网’。他又将这两种昆虫与蜜蜂做对比，蜜蜂既从花园山野中采集原料，‘又将原料通过自身力量转化并消化和吸收’。他接着说道，哲学家的工作是去效仿蜜蜂”。 如此深刻的见解出自一位文人学者，他没有科学教育背景，也完全不了解数学和实验室。培根冥冥之中感到会有更多的科学发现，探测到更多的行星，也会有更多的观点得到表达。虽然他不太可能想象到微积分、电力或者载人飞行的发明，不过有意思的是，他确实想象过一种新药。

培根的最后一部作品是《新大西岛》（ New Atlantis ），于1627年也即他去世后的第二年出版，这是一部未完之作。他在书中“构筑了引人瞩目的科学乌托邦主义”。 培根总结道，对人类有用的伟大事业包括“延长生命、逆龄生长、永葆青春、治愈绝症和缓解疼痛”。 为此，显微镜观察必须得到发展，病菌必须得到了解，化学必须精进，流行病学也要基本形成。在即将到来的几个世纪中，疫苗和对疾病的预防将产生意义深远的影响，但是要达到从“逆龄生长”到“缓解疼痛”等一系列目标，人类还需要很多突破来引发植入革命。

培根惊人地预言，未来的社会将由仁慈的哲学家领导，而科学家将发挥主导作用。他向往新式学府，那将是一座伟大的研究所，“一所设施齐备的科学机构，能够对自然的奥秘进行广泛调查研究”。 这位法学家描述的基本上就是现代的研究型大学。在外伦敦地区偏远的圣奥尔本斯镇高兰伯里（Gorhambury），有一座大型砖石府邸，炉火的温暖笼罩四周，烛光静静地闪亮，培根曾在这里梦想过一座新式学府和一种新颖的思维方式。如今的高兰伯里府邸躺在废墟中，但是通过一条私人所有的“许可路线”可以进入那片拥有450年历史的断壁残垣。当我置身于废墟中，凝望青翠起伏的山丘上牛羊遍布，古树斑驳，脑海中浮现出一个问题：培根会如何看待今时今日的高等教育和科学研究，比如查尔斯河南北两侧的哈佛大学和麻省理工学院，又比如带领人类社会进入太空时代的工程学、DNA（脱氧核糖核酸）研究、癌症治疗、计算机编程以及飞速发展的人工智能？

弗朗西斯·培根将自己设想的这种机构命名为“所罗门宫”（Solomon’s House）。的确，几十年来他沉浸于哲学讨论和法律辩论，然而就像世界上的其他所有学者，他缺少一种“对自然的秘密进行研究的机构”。仅在两代人之后，培根设想的“所罗门宫”就会因为皇家学会的组成而成为现实，而它出现在伦敦也并非偶然；但这两代人要一路经历内战，将国王斩首，偶然地汇聚一堂，还要经历一次王权复辟，才能创造出世界上第一个天才协会（genius society）。

几个世纪以来，英格兰的君主们不断地增强王权，扩大影响力，终于在亨利八世、伊丽莎白女王及其继任者詹姆士一世统治时期，实现了君主的最高统治权。教会和国家统一起来，土地和资产由国王控制，对君权神授的鼓吹达到了前所未有的程度。1625年，国王詹姆士一世的儿子查理一世继承王位，国王与议会之间的局势日趋紧张，最终议会遭到解散。议会与国王开战，结果查理一世于1649年被斩首。英格兰由奥利弗·克伦威尔及其内阁统治了十年左右，但是议会在1660年恢复了君主制并拥立查理二世为国王。下议院和上议院的权力从未如此强大，至今仍享有统治整个英国的权威。

在查理二世登上王位之前的半个世纪中，罗马天主教会仍然在欧洲大陆上迫害着具有异端科学思维的基督徒，而英格兰的天主教徒也面临着类似危及生命的迫害。由于君主制复辟以及英国人对天主教的反感，再加上新国王对知识话题的兴趣，那些勇于探索新知识的哲学家终于找到了他们效忠的对象。

这短暂的几年中，伦敦风平浪静。英格兰政权在经历了王位空缺的过渡期后终于找到了政治和理智上都能被接受的平稳态势。就像历史多次证明的那样，革命 期间 和革命 之后 出现的哲学进步往往是意义重大的。

弗朗西斯·培根曾经为科学写下檄文。“因此，培根最主要也最为深远的贡献在于，他是一位针对科学的思考者。他思考什么是对科学发展有利的条件，什么是确保科学不断进步的变革和进程，科学将如何开启全新的知识领域，还有科学在改善人类生存状况过程中的技术实现与道德实现。” 所罗门宫渐渐地走进了现实。1660年11月28日，三十几人来到伦敦格雷沙姆学院（Gresham College）听28岁的克里斯托弗·雷恩（Christopher Wren）讲授天文学。当晚出席会议的人士是那个世纪中一些重要思想家，包括罗伯特·波义耳（Robert Boyle）和亨利·奥尔登堡（Henry Oldenburg）。

查理二世适时地为新兴科学家们颁布了特许令，于是这一团体被称为“皇家学会”，全称为“伦敦皇家自然知识促进学会”（The Royal Society of London for the Improving of Natural Knowledge）。早期的成员们很快就意识到这一“尊贵的学术团体”肩负重任，是世上“最好的俱乐部” ；学会不久便开始在伦敦定期举行会议，办讲座，做报告，国王查理二世也经常出席，尤其是在做科学展示或解剖演示的时候。“关于我们的任务，”一位皇家学会成员在1674年匿名写道，“我们一致同意，或者都应该同意，不是粉刷旧房子，而是建造新房子。”革命就是除旧布新。

同时期也有其他的天才学会成立，例如法国科学院（Academie des Sciences，1666年由路易十四建立）；但是创刊于1665年、至今的仍在发行的《哲学汇刊》，毫无疑问是世界上最早的科学出版物。“皇家学会发明了科学成果的发表机制和同行评审机制。它使英语代替了拉丁文，成为科学话语的主要语言。它使实验研究系统化，鼓励甚至十分坚持以清晰的表达方式代替浮夸的修辞。它将世界各地最好的思想汇集在一起，开创了现代科学。”

《哲学汇刊》的副本以学报的形式刊印，自然是寄往牛津和剑桥，最后终于来到一位年轻人的手中。他孤独而执着，节制有度而天生专注力非凡。他便是艾萨克·牛顿。

现在看来，艾萨克·牛顿的降生就如同救世主下凡。圣诞日的早上，他出生在一座农庄石砖宅邸的卧房中。他的父亲是个不识字的自耕农，继承了当地一座精心修筑的灰白色石灰岩宅邸和周围的谷仓。但他在艾萨克出生的几个月前就去世了。

从伦敦驱车往北，经由A1高速公路，三个小时后就能到达林肯郡的耕地和森林，那里坐落着一座小村庄，名叫伍尔斯索普（Woolsthorpe）。牧场和连绵起伏的山丘围绕着一群群的人家，就像遍布在英国乡村的成千上万个小村庄和教区一样。然而，在村落的东南角，一组石砖建筑显得与众不同，被完好地保存了几个世纪。这便是伍尔斯索普庄园，艾萨克·牛顿爵士的出生地和故居。附属建筑和谷仓在东面，朝西而坐的古式石宅前有一座苹果园，其中一棵不同寻常的老树仍然结着果实。这棵树历经瘟疫、大火、雷击和动乱，和它曾经那位著名的主人一样，经受了时间的考验。

石灰岩庄园宅邸有两层楼，牛顿的卧室在楼上，室内一扇大窗面朝苹果园。低矮的门廊、用于烹调的宽敞壁炉、吱吱作响的不平整地面，不断提醒着我们这座建筑的年龄。大窗外的苹果树虽然颇具艺术气息，但论科学实用性则远不如房间里的另一扇小玻璃窗。这扇朝南的小窗让太阳照射进来，让牛顿在英国漫长的冬季，特别是他需要一缕缕不间断的白光时，也能获得充足光线。“现代世界的总建筑师” 就是在这间简朴的乡舍中构想着未来。

母亲的再婚给了艾萨克的成长沉重的一击。他的母亲嫁给了附近教区的一名圣公会牧师，而结婚的条件是抛下年幼的艾萨克。艾萨克由外祖母在伍尔斯索普抚养长大，不知道他性情孤僻且一生不愿与人交往是否来自童年的创伤。他终身未婚，缺少深厚的友情关系，让人怀疑他是否患有自闭症或者其他社交障碍问题。艾萨克10岁时，他的母亲再度丧偶，她带着与艾萨克继父生的三个孩子回到了农庄。然而，艾萨克并没有在伍尔斯索普融入家庭生活，而是被送往8英里之外的格兰瑟姆（Grantham）的寄宿学校。

在格兰瑟姆，牛顿开始熟读勒内·笛卡儿的作品。这位杰出的法国哲学家与培根一样是新西方哲学的主要奠基人之一。“我思故我在”是笛卡儿最广为人知的名言，但是他在数学和物理方面的贡献产生了更为深远的影响；最重要的是，他坚持机械唯物主义的世界观和宇宙观，坚持实证调查并强调科学的研究方法，这与培根的观点不谋而合。在不久的未来，牛顿将借助笛卡儿的技术发展自己的理论。

随着牛顿一天天长大，人们越来越清楚地发现他不适合做农场主。就像亚伯拉罕·林肯和阿尔伯特·爱因斯坦一样，艾萨克也经常因为“胡思乱想”而被他人批评。幸好艾萨克被剑桥大学录取了。经过三天的旅程，他一路向南，于1661年6月在剑桥大学三一学院安顿下来，全心投入他的学术使命。到三年级时，牛顿已经没有可学的东西了。这对于现代人来说简直不可思议，但是牛顿在剑桥短短几年间就学完了当时的数学和物理。

接着在1664年，一场骇人听闻的剧变席卷英格兰。瘟疫，这种古老的天灾，开始在南方地区夺走生命并散播恐惧。由于黑死病的肆虐，全英国的城市和大学变得空空荡荡，剑桥大学也于1665年关闭。艾萨克回到了伍尔斯索普的家，第一次与自己的母亲和同母异父的妹妹们一起生活。面对大流行病，中世纪人的本能让人离群索居，独自生活，所以牛顿称得上有史以来最伟大的“独奏艺术家”。

1665年，如日中天的皇家协会正在准备出版物；而艾萨克·牛顿则躲在伍尔斯索普庄园二楼的卧室里。未知的谜团像瘟疫一样困扰着牛顿，他开始了长达18个月的课题研究，这将成为有史以来，理论家所进行的最富成果的震惊世人的课题。牛顿用蝇头小字一丝不苟地写下笔记，这些珍贵的纸张来自以前一位导师的遗赠。在这段孤独的时光里，他一个人解开了光的奥秘、万有引力的意义和热力学定律，还有积分和导数的微积分概念，由此，一切现代数学和现代科学得以实现。

是什么使月亮一直悬挂于高空？它为什么没有坠落到地面，或者干脆飞走？为什么所有物体都有一定的重量将它们拉向地面，又为什么总是垂直下落？古希腊和文艺复兴早期的哲学家们尝试揭开轨道和物体的奥秘，却徒劳无果；牛顿运用了当时所有的数学知识，并进一步发掘出更多的知识。

太阳直径是月亮直径的400倍，而太阳与地球的距离也刚好是月亮与地球距离的400倍，这一惊人的巧合解释了为什么它们在天空中看起来大小差不多，并且从数学的角度解释了出现日全食的可能性。天体从升起到降落跨越的地平线为180度，这两个天体在空中所占的弧度对应的角度则是0.5度，这意味着你可以在整个天空中排列出360个相连的月亮。也许是巧合，也许是天意，如果你躺在伍尔斯索普的苹果园里，凝望那棵古老的苹果树，一颗苹果在天空中所占弧度对应的角度也是0.5度。牛顿关于物体下落的思想实验和月亮受地球牵引的思想实验都是在伍尔斯索普开始的，后来他又初步简单计算了月亮的大小、月亮与地球的距离、运行的速度，思考了牵引的力量是什么，这都对他的思想实验起到了促进作用。尽管他还需要很多年才能创造关于万有引力和热学定律的综合术语，但是在林肯郡乡村的那段日子里，牛顿凝望着月亮，有时甚至直视太阳，他在那片土壤中播下了未来的种子。

起初，皇家学会缺少自己的正式聚会场所，但是聪慧的成员们并没有原地等待，而是时刻谨记拉丁语格言——切勿轻信人言（ Nullius In Verba ）。这座当代“所罗门宫”将一切新知识建立在证明的基础上。知识界采用了培根提出的经验主义思考过程，质疑旧观念，检验新理论，报告新发现。学会从最一开始的中心人物就是罗伯特·波义耳，他是一位又高又瘦的爱尔兰贵族，毕生致力于科学实验。现在每个化学专业的学生都非常熟悉他解释气体状态的波义耳定律，而这在17世纪是异常深刻的见解。波义耳长期以来的实验室助手是英国人罗伯特·胡克，他是一位杰出的技术科学家、器械和仪器的制造者，也是个脾气暴躁的搭档。

从一开始就参与其中的还有克里斯托弗·雷恩，一位博学的解剖学家、天文学家、物理学家，但他最著名的还是建筑师的身份。1666年，雷恩的无穷精力和精巧的建筑学知识得到了实践的机会，一场大火将伦敦市中心的所有建筑夷为平地，而一些占卜师在此之前曾因为惧怕这个年份中“666”的隐喻，预言了那年将有火灾发生。

学会中天才荟萃，没人宣称自己是顶尖科学家或者哲学神童，令他们与众不同的是这里集合了行业专家，属于世界首创的科学组织。“早期科学更多是依靠协作而不是孤独的深思”， 这话说得没错，不过伍尔斯索普的那位年轻人属于例外。

不论是在伍尔斯索普还是在剑桥，或是在后来的伦敦，牛顿的非同寻常之处都是他的专注力。一个崇拜者问他如何想到引力的概念，牛顿答道：“不断地思考。”遇到理论瓶颈时，他真的会废寝忘食。他不喜欢运动，也没有业余爱好，对吃喝玩乐或是兄弟会都没有什么兴趣；唯有知识探索引诱着他。他破解了潮汐的秘密，却从来没有见过大海——这是多么不可思议的事；然而他清心寡欲的生活方式却创造出对物理运动、光和引力的深刻见解。在现实世界中，他对世界运转机制的那份强烈求知欲，就从来没有超出以他为中心半径100英里的范围。

在伍尔斯索普，牛顿在学术上是孤独的。1665年，他开始探索数学课题和哲学课题，首先是证明二项式定理，而二项式定理直到今天仍是数学的基础。这位23岁的年轻人做了多少农活和家务？我们不清楚，但是很明显他进行了巨量的脑力劳动。

对于那些曾经在高中和大学的微积分课程中苦苦挣扎的读者来说，一个人先后发明出微分和积分的过程是有些惊人的。（关于发明微积分的先后顺序，牛顿和德意志人莱布尼茨争论了很久，牛顿从未将这一荣誉拱手相让。）牛顿发展了微积分数学，以处理他思考行星运动和引力的性质时所面对的复杂计算。接着他抛开新制造的数学武器，又转去研究自己在剑桥外乡村集市上购买的玻璃三棱镜。

天空中的彩虹始终具有相同的颜色排布（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）；但除此顺序之外，人们对其一无所知。它们为什么总是以相同的颜色顺序出现呢？牛顿回到自己楼上的卧室，他在木板上开了一个小孔，用木板覆盖住室内那扇朝南而开的小窗，这样就能够分离出一束射入暗室的光线。这一束午后的日光，尤其是在阳光明媚的冬日，会穿过棱镜，衍射成一道彩虹洒落在远处的墙上。牛顿的神来之笔是，他在分离出来的一条光束路径上放了 第二个 棱镜，想观察会不会出现第二次色散，出现另一道彩虹。亲爱的读者，你猜是会出现另一道彩虹，还是光束保持了它原本的颜色，又或者变成另一种颜色？

答案是，第二个棱镜折射出的是相同的颜色。根据这一结果以及其他的一些表现，牛顿得出结论，阳光或白光，是由彩虹的颜色组成的。为了确定这一点，他设计了一个实验，设置好一系列棱镜或镜面的角度，使光线最终聚焦在一点。当不同颜色的光汇聚在一起，就产生了白光。“牛顿的日光色散实验仅由两个棱镜折射完成，如此精妙的构思，如此小心的操作，再加上精确的描述，堪称科学史上的里程碑。它确立了有关自然的伟大真理，也为从观察到理论的推导艺术提供了榜样；它如同来自往昔的灯塔投来的一束光，令皇家学会同时期的其他活动都黯然失色。”

在伍尔斯索普的“奇迹之年”里，牛顿还进行了有关引力理论的基础研究：探索月亮为什么在高速行进和自转的同时，仍然能够高悬在我们头顶，没有飞走或者坠入地面。他仅仅通过基本的估算和新的数学知识，就能够向自己证明所有的物体都有引力，有史以来第一次理解了物体为什么会下落，水为什么会流动，炮弹射出后为什么在空中划出弧线，以及天体为什么能在空中运行。这些概念在后来的几年中支持了他的热力学定律，但是此时，当牛顿漫步于庄园，他更喜欢仰望月亮，他终于明白是什么力量使它悬于高空，这让他心中充满快乐。

至此，牛顿所见之处的一切已可令他心满意足。月球在空中沿着轨道运行；阳光照射在伍尔斯索普农场的小溪上，让水面波光粼粼；苹果“咚”的一声掉在果园的草地上；邻家男孩儿扔出的石子划出一道弧形轨迹；甚至就连他自己眼睛的功能都符合他正在探索的力学定律。牛顿是一个非常虔诚的人，他的这些观察使他相信，周遭的一切都符合自己提出的“机械宇宙观”的概念，那是一种有秩序的现实，只要他潜心研究，其中道理皆可知晓。他后来总结道：“在1665—1666年瘟疫大流行的那段日子里……我的数学与哲学创造性思维正值巅峰。”在林肯郡的那片荒野中，牛顿对地球的看法转向了一种新的哲学理解。在对知识的考察中，“这是思想史上独一无二的”。 牛顿清楚， 只有他自己 理解了机械运动的规律，这使他格外快乐。直到多年后，他才迫不得已将自己的发现透露给皇家学会成员。

牛顿在自己的奇迹之年取得了重大的研究成果——创造出现代数学、光学和力学；之后，他回到了剑桥，因为导师艾萨克·巴罗（Isaac Barrow）退休，他接替了巴罗的席位，迅速晋升为卢卡斯数学教授。（最近一位为我们熟知的卢卡斯教授是斯蒂芬·霍金。）巴罗是皇家学会早期成员之一，他离开了剑桥，前往伦敦，成为学会和他的剑桥门生之间的纽带。多年来，巴罗一直敦促牛顿与伦敦及其他各地的多位成员取得联系，但是这位隐居避世的教授竭尽全力避免与他人联络。十年后，1675年，艾萨克·牛顿终于在皇家学会的一次会议中露面。

随着时间的流逝，牛顿克服了孤僻和嫉妒心理。起初，他坚决不透露自己的发现，但是一小圈信得过的朋友，例如艾萨克·巴罗、罗伯特·波义耳和埃德蒙·哈雷，劝说他揭开那层遮住秘密的朦胧面纱。人们初次领略他的天才是试用他亲手制作的望远镜。后来，牛顿有关科学研究的文章开始如涓涓细流，经年累月，陆续传递到奥尔登堡手中。对于一个致力于信息传播的学会来说，这些来自身边智者的记录拨弄着每一个人的心弦，令他们眼前一亮，同时也感到自愧不如。

另一种新发现在此不久之前降临英伦海岸：咖啡。伦敦的第一家咖啡馆在1652年开业，到1663年，伦敦的古罗马城墙内已经有82家咖啡馆。 正当皇家学会兴起之时，“咖啡出现了，它被称为醉酒、暴力和欲望的解药，一种纯粹思考、思辨和智慧的催化剂”。 启蒙运动正在这座城市中生机勃勃地展开，在大街小巷的咖啡馆，在家家户户的屋檐下，牛顿等人成为争论的焦点。

1687年，艾萨克·牛顿出版了他的杰作《自然哲学的数学原理》。我们人类非常幸运，因为善于社交的哈雷能够循循善诱，说服本不情愿的牛顿分享其力学和数学的想法。《自然哲学的数学原理》是牛顿的一部力作，是科学史上最重要的著作之一。在这部著作中，牛顿以无人能及的聪明才智，精心讲解了物理定律、引力原理、天体运行以及物体运作背后的原因。这本书为科学革命做好了准备。

牛顿后来升任皇家学会会长和英格兰王室铸币厂总监。他于84岁时与世长辞，终身未婚，没有子嗣。他虔诚地信奉宗教并潜心研究炼金术，曾经被经济学家约翰·凯恩斯描述为“最后一位魔法师、最后一个巴比伦人和苏美尔人、最后一位伟大的思想者，以一双发现的慧眼观察着有形的知识世界，人类还不及万年的知识遗产，最初也是在这样的目光下建立起来的”。 无论牛顿多么渴望探究宗教和魔法，他发现的都是一个新的“世界体系”，这个体系为未来所有的高级运算提供了基础的数学结构，包括发射宇宙飞船去探索彗星和其他行星所需要的数学知识。

本书在这里要讲的并不是彗星和宇宙飞船，而是科学的诞生，它为医学的兴起提供了支持，奠定了基础。正是17世纪的科学家们从理论上说明，我们能够以科学方法调查研究并系统整理这个世界。其中最著名的科学家就是培根、笛卡儿和牛顿。“在西方哲学家中，培根或许是最早给自然科学中的有意义发现赋予‘自然法则’这一概念的人。当他在定义中提到‘法则’（law）的概念，这种法则既非出自一位神圣的立法者之手，也非上天的安排或监视，更不为目的论服务。” 笛卡儿和牛顿以充分的理由宣称他们的发现是普遍真理和定律。这种思维方式将打开医学现代化之路的大门。牛顿去世不过几十年后，又一名不平凡的人物抵达伦敦，成为世界上第一位讲科学方法的外科医生。

虽然皇家学会才成立短短几年，但其成员立即意识到灵感和变革的浪潮将彻底改变他们的人生。于是他们决定撰写学会的创办史，这是一个大胆的举动，甚至有些浮夸。1667年，学会获得国王的特许刚过五年，托马斯·斯普拉特就撰写了《皇家学会史》（ The History of the Royal Society of London for the Improving of Natural Knowledge ）。卷首插图为国王查理二世的半身像被戴上桂冠的版画，两侧为弗朗西斯·培根和学会第一任会长威廉·布隆克尔（William Brouncker）。

在《皇家学会史》的序言中，斯普拉特声明将此书献给他们的王室资助人查理二世，将人类从“谬误的束缚”中解放出来的荣耀应当归于国王。接下来，斯普拉特反思了古人对旧时哲学家的看法：

显而易见，古人对取得自然发现者充满敬意，他们赋予其神圣的荣誉…… 自然的探索者、思辨学说的传授者，乃至自然的征服者本身都应享有高贵的声誉 。［引文强调部分为引用者所加］

最后，斯普拉特提出，荣誉和纪念不仅仅属于发明家，还应该属于国王。他总结道：

真神本身并未忘记向我们指明世俗技艺的价值。从亚当到挪亚，世界上第一代君主的历史中并没有提到他们的战争或者胜利。记录下来的却是，在他们生活的许多年里，教会了子孙后代牧羊、耕作、种植葡萄、搭帐篷、建造城市、弹竖琴和风琴、制作铜器和铁器。如果他们因一项自然发现或机械发明而得到神圣的纪念， 那么陛下肯定会因为创立了发明家一脉相承的传统而流芳百世 。［引文强调部分为引用者所加］

如其所言。皇家学会的会员们发现了原子裂变、氢、双螺旋结构和电子。他们发明了万维网，创立了同行评议制度。这个世界上的首个科学组织，是一座真正的所罗门宫，它为现代科学的发展铺砌出未来之路，从而为医学在19世纪转变为科学学科奠定了基础。不过，我们首先看到的是，一位性格粗犷的苏格兰人来到伦敦，他从未接受过正式教育，却不可思议地成为世界上第一位讲究科学方法的外科医生。 qgYkd1dN6ZCDxuyvlsPc82W97OeAuxY0FSi4aIszZ783wxvLN8qDTHWdd09Odq/C