物理学家杰里米·伯恩斯坦讲述了一个关于奥地利物理学家沃尔夫
冈·保利在1958年访问美国的故事。保利给哥伦比亚大学的观众描述了 一种理论，但在观众席上就座的尼尔斯·玻尔似乎对这个理论有所怀 疑。保利承认第一次见到他的理论时或许会觉得它有些疯狂，但玻尔回 应说，不，问题是这个理论还不够疯狂。听到这句话，保利转向观众席 辩解说：“是的，我的理论足够疯狂！”紧接着玻尔坚持说：“不对，你 的理论还不够疯狂！”“很快这两位著名的物理学家就在观众面前气冲冲 地走来走去，互相叫喊，看起来就像两个五年级的学生。
我提起这个是为了说明所有物理学家以及所有革新家的错误观点比 正确观点还要多，如果他们非常擅长做自己所做的事情，他们也同样拥 有疯狂的想法，而这些才是最好的那种——当然，只要它们是正确的。
从错误观点中甄别出正确观点不是一个容易的过程，需要耗费大量的时 间和精力。因此我们应该对那些拥有古怪想法的人报以同情。实际上， 牛顿就是其中一员：在瘟疫暴发期间取得了这样一个幸运的开局后，他 下半辈子的大部分时间都花在了追逐错误观点上，许多后来研究他工作 的学者都认为这些观点是疯狂的。
事情一开始进展得非常顺利。在1667年春天剑桥大学重新开放后不 久，牛顿回到了三一学院。那年秋天，三一学院举行了一场选举。我 们时不时地都会面对一些会对我们的未来产生巨大影响的互不相关的处 境——个人面临的挑战、改变我们生活的工作面试，以及有可能会对我 们日后的机遇产生重要影响的大学或职业学校的入学考试。对于牛顿来 说，三一学院的选举是所有这些的总和：它的结果将决定这个24岁的年 轻人是留在大学里一个被称为“研究员”的高级职位上，还是回去过一 种“放羊和铲粪”的生活。他的机会并不大，因为三一学院已经三年没进 行过选举了，并且只有9个职位空缺，但候选者却要多得多，他们中的 很多人都有政治背景，有些人甚至还有国王签署的信件，命令一定要选 他们。但牛顿真的被选上了。
现在他的种田生涯被远远地甩在了身后，人们或许会以为牛顿将下 定决心展开工作，把他杂记簿中关于微积分和运动的想法转化成牛顿定 律。但他并没有这么做。相反，在接下来的几年中，牛顿在两个相差甚 远的领域里取得了不俗的成就——光学和数学，特别是代数。后者产生 了很好的回报，他很快就被剑桥大学的数学家小圈子视为天才。结果， 当富有影响力的艾萨克·巴罗从卢卡斯数学教授这个声望很高的职务上 卸任时——史蒂芬·霍金在几个世纪之后担任的就是这个职务——巴罗 有力地安排了牛顿坐上了他的位子。以那个时代的标准来看他的薪水 相当丰厚：牛顿的大学愿意提供给他的工资是他母亲愿意给他的10倍——每年100英镑。
牛顿在光学领域的努力并没有让他获得很好的回报。当他还是学生 时，他就曾阅读过由牛津大学科学家罗伯特·玻意耳（1627—1691）和 罗伯特·胡克（1635—1703）最近撰写的关于光学和光的著作。玻意耳 同时还是化学领域的先驱。罗伯特·胡克“弯腰驼背，面色苍白”，不仅 是一名优秀的理论家，更是一名富有才华的实验家，这一点在他担任玻 意耳的助理时显现无遗。玻意耳和胡克的著作启发了牛顿，尽管他从未 承认这一点。但很快他不只是进行数学运算，他也开始展开实验，比如 通过打磨玻璃来改进望远镜。
牛顿从各个角度展开光学研究。他用一枚针状的锥子戳自己的眼 睛，用力压它，直到他眼前一片空白，只能看见彩色的圆圈。光线是从 压力中产生的吗？他盯着太阳一直看，直到忍受不了时为止——时间长 到他花了好几天才恢复过来——他注意到当他把视线从太阳上移开时， 他看到的颜色是失真的。光是真实存在的还是想象的结果呢？ 为了在实验室研究颜色，牛顿在他书房仅有的一扇窗户的百叶窗上 钻出一个小孔，可以让阳光透进来。哲学家认为太阳的白光是最纯的那 种光，完全没有颜色。胡克用这样的光照射棱镜，发现从棱镜里出来的 光是带有颜色的。他推断说像棱镜这样的透明物质会产生颜色。牛顿也 同样用光照射棱镜，但他却得出了一个不同的结论。他注意到尽管经过 棱镜的光变成了彩色光，但当用彩色光照射时，棱镜并没有让颜色发生 改变。最终，牛顿推断说玻璃并不会产生颜色，而只是——以不同的角 度弯曲光线会得到不同的颜色——将组成白光的颜色分离出来了而已。
牛顿宣称白光并不是纯净的，它是一种混合光。
这样的观察引导着牛顿在1666年和1670年之间得出一个关于颜色和 光的理论。这个结论的结果是——当胡克将其称为一种假说时牛顿被激 怒了——光是由像原子那样的微粒的光线组成。我们现在知道牛顿理论的细节是错误的。当然，爱因斯坦在几百年后恢复了微粒的概念——今 天它们被称为光子。但爱因斯坦的微粒是量子微粒，它们并不遵循牛顿 理论。
尽管牛顿在望远镜上的工作给他带来了名声，但光线微粒的概念遭 到了人们极大的质疑，就像爱因斯坦的理论在他的时代遭到的质疑一 样。至于罗伯特·胡克，他的理论把光描述成由波构成，这个理论遭到 了人们的反对。并且，胡克抱怨说牛顿只是把他之前所做的实验略作改 动就把它们当成了自己的。
数年间对光学废寝忘食的研究却让牛顿卷入了一场学术战争，并且 很快这场战争就变得激烈和恶毒。更糟糕的是，胡克是个急性子，行事 鲁莽，短短几个小时就可以写出对牛顿的回复，而牛顿是一个一丝不 苟，对所有事情都小心谨慎的人，他感觉有必要投入大量工作来准备他 的答复。他光在一个例证上就花费了好几个月的时间。
个人之间的恩怨暂且放在一边，这是牛顿第一次经历新科学方法的 社会面——公众讨论和观点驳斥。牛顿对此并没有兴趣。他原本就是一 个孤僻的人，他退出了。
由于对数学感到厌倦，并且对他光学理论的批评也让他感到愤怒， 到17世纪70年代中期时，牛顿——才三十出头，却满头灰发，通常还不 梳理——实际上与整个科学界断绝了联系。他在之后的10年一直保持这 种隔绝状态。
对冲突的厌恶并不是他陷入新的、几乎完全孤立的唯一原因——在 过去数年间，甚至当他还在研究数学和光学时，牛顿就开始把他每周 100个小时的工作时间的重心转移到了两个新爱好上，他并不渴望与任 何人讨论这些爱好。这些“疯狂的”研究计划也是他后来一直饱受批评的 原因。而它们也确实不属于主流：以数学和文本分析法来解读《圣 经》，以及炼金术。
对后来的学者来说，牛顿做出投入到对神学和炼金术研究的决定是 无法理解的，就好像他为了给基督教科学派写小册子而放弃了给《自 然》杂志供稿一样。然而，那些评判并没有把这项事业的真实范围考虑 在内，因为把他在研究物理学、神学以及炼金术时所投入的努力统一起 来的目标是一致的：了解世界真相。简单地思考一下这些努力很有意思 ——并不是因为它们被证明是正确的，也不是因为它们证明牛顿精神失 常，而是因为它们凸显了在有成果的科学研究与没有成果的科学研究之 间那条窄窄的分界线。
牛顿相信《圣经》会通过它的某种元素把真相披露给虔诚的信徒， 但简单的文本阅读并不能够参透它。他也同样相信过去那些虔诚的信 徒，包括像瑞士医师帕拉塞尔苏斯这样的伟大炼金术士，拥有上帝赐予 的深刻见解，并把它们以一种加密的形式包含在他们的作品中，以躲避 那些不虔诚的人。在牛顿发现他的重力定律后，他甚至相信摩西、毕达 哥拉斯以及柏拉图在他之前就已经知道了它的存在。鉴于他的天赋，牛顿想把他的观点转化成对《圣经》的数学分析是 可以理解的。他的工作引导着他得出了他认为的创世纪、挪亚方舟，以 及其他《圣经》事件的精确日期。他也对一个基于《圣经》的关于世界 毁灭的预言进行计算并不断对其进行修订。他其中一个最终的预言说 世界将会在2060~2344年之间的某个时间毁灭。（不知道这会不会被证 明是真的，但奇怪的是，这确实和地球气候变化的某些场景非常吻 合。） 此外，牛顿开始怀疑《圣经》中某些章节的真实性，并相信一个巨 大的骗局破坏了早期教会的遗产，就是为了支持耶稣作为上帝的观点 ——他认为这个观点是偶像崇拜。简而言之，他并不相信三位一体，这 很讽刺，因为他就是三一学院的教授。这同样也很危险，因为他极有可 能会丢掉他的职位，或许更要命的是，他把他的这些观点告诉了不应该 告诉的人。但当牛顿致力于重新解读基督教时，他却对让外界知道他的工作非常慎重——尽管牛顿把他在宗教方面的工作，而不是他在科学领 域革命性的工作视为他最重要的成就。
牛顿在那些年的另一项热爱——炼金术——也同样耗费了他大量的 时间和精力，并且那些研究还将持续30年，这比他投入到物理学研究上 的时间多得多。它们同样也耗费资金，因为牛顿建造了一个炼金实验室 和图书馆。在这里，我们同样也会错误地把他的努力简单地视为非科学 行为，因为就像他的其他追求一样，他的研究进行得非常认真仔细，并 且，鉴于牛顿根深蒂固的信仰，这些研究都进行了详尽的论证推理。牛 顿又一次得出一个对于我们来说难以理解的结论，因为他的推理论证是 在一个更大的、我们根本就不熟悉的背景下展开的。
今天我们会把炼金术士想象成穿着长袍，留着长须，念着咒语试图 把肉豆蔻变成黄金的人。我们目前所知最早的炼金术士是一个名叫孟地 斯的波洛斯的埃及人，他生活在公元前200年左右，每一次当他结束“实 验”时他都会念咒语：“一种本性在另一种本性中得到快乐。一种本性毁 灭另一种本性。一种本性控制另一种本性。” 这听起来就好像是两个 人结婚时，他在把有可能发生的不同事情罗列出来。但波洛斯口中所说 的本性其实是化学物质，他也确实对化学反应有一定的了解。牛顿相信 在遥远的过去，像波洛斯这样的学者已经发现了深奥的真理，虽然它们 都已失传，但可以通过分析希腊神话来复原它们，牛顿相信在希腊神话 里有以密码形式写成的炼金术秘方。
在研究炼金术时，牛顿依然保持着他一丝不苟的科学态度，无数次 仔细地展开实验，并详尽地做笔记。所以这位未来《数学原理》——通 常被称为科学史上最伟大的著作——的作者同样花费了数年时间在笔记 本里记满了在实验室中观察到的现象，比如：“把不稳定的绿狮溶入维 纳斯的盐中进行蒸馏。这种精油是绿狮，绿狮维纳斯的血。用毒液杀死 了一切的巴比伦恶龙，被狩猎和月亮女神戴安娜的鸽子战胜，它是墨丘 利的黏合剂。”
当我开始我的科研生涯时，我把所有惯常的英雄都视为偶像——像 牛顿和爱因斯坦那样的历史人物，以及像费曼那样的当代天才。对于一 个年轻的科学家来说，进入一个出现过所有那些伟大人物的领域会带来 巨大的压力。我第一次收到加州理工的任命时就感觉到了这种压力。那种感觉就好像是我第一天上高中的前夜，当时我很担心上体育课，尤 其是我要在所有其他男孩子的面前洗澡。因为在理论物理学领域你暴露 自己——不是身体，而是智商，其他人真的会看，并且他们也会评头论 足。
很少会有人和别人提起或者分享这种不安全感，但它们却是普遍存 在的。每个科学家都不得不找到自己应对压力的办法，如果他们想取得 成功的话，有一种结果每个人都会避免，那就是害怕犯错的倾向。托马 斯·爱迪生有一句建议常被人提起：“想有一个伟大的点子，那就多去想 些点子。”确实如此，任何一个革新家在走上金光大道之前都会钻进更 多的死胡同，所以如果担心走错方向而停滞不前，你永远不会到达某个 有意思的地方。因此在我的职业舞台上，我非常乐意去了解牛顿所有的 错误观点以及浪费的光阴。
和我一样，有些人会因为知道那些聪明无比的人有时也会犯错误而 感到安慰，对于像我们这样的人来说，甚至是牛顿那样的天才也有可能 误入歧途，知道这一点让人深感宽慰。他或许能弄懂热量是微小颗粒运 动产生的结果，他相信所有物质都是由这种微小颗粒构成的，但当他以 为自己患上肺结核时，他却会喝一种由松节油、玫瑰水、蜂蜡和橄榄油 制成的“药剂”。（这种药剂同样还被认为对于胸痛和被疯狗咬伤有好 处。）是的，他发明了微积分，但他也认为在耶路撒冷那座遗失的所罗 门王圣殿的平面图上包含有世界毁灭的数学提示。
为何牛顿会如此偏离航道呢？当人们研究这种状况时，一个因素从 所有其他因素中跳了出来：牛顿的孤立。正如中世纪阿拉伯世界的学术 孤立导致伪科学的扩散一样，同样的事情似乎也束缚着牛顿，尽管他的孤立是自己选择的，因为他把他的宗教信仰和炼金术当作秘密隐藏起 来，不愿意被嘲笑或是在学术辩论中遭受责难。这里并没有一个“好牛 顿”和一个“坏牛顿”，一个理性和一个非理性的牛顿，牛津大学哲学家 W. H.牛顿-史密斯写道。 相反，牛顿误入歧途是因为他没有把自己的 观点付诸讨论，并“在公共论坛中”接受挑战，而这是“科研机构常态”中 最重要的活动之一。
由于对批评过敏，牛顿也同样不愿意分享他在瘟疫发生期间完成的 关于运动物理学的革命性研究。在他担任卢卡斯教授的15年时间里，那 些观点一直没有对外发表，也一直没有最终完成。结果，到了1684年， 在他41岁的时候，这个像疯子一般勤奋的前神童仅仅只出产了一堆毫无 条理的关于炼金术和宗教的笔记和短文，一个充斥着尚未完成的数学论 文的研究课题，以及一个依然混乱和不完整的运动理论。牛顿曾在很多 领域都展开过细致的研究，但并没有得出合理的结论，这些遗留下来的 数学和物理学观点就像一杯过于饱和的盐水：内容很多，但却尚未结 晶。
这就是那个时期牛顿的工作状态。历史学家韦斯特福尔说：“假如 牛顿在1684年就死了，而他的论文保留了下来，我们只能从这些论文中 得知有一位天才曾经生活过。 21 然而，我们并 不会把他誉为塑造现代 学术的标志性人物，我们至多会在只言片语中哀 叹他未能获得最终的 圆满。” 这之所以没有成为牛顿的命运，不是由于他有意识地决定去完成并 发表他的著作。恰恰相反，在1684年，科学的历史进程被一个几乎是偶 然的碰面改变了，与一位同事的互动为牛顿提供了他急需的观点和动 力。如果没有那次碰面，科学史以及今天的世界将会大不一样，并且不 会变得更好。
* * *
那是一个炎热的夏末，牛顿与一位恰巧路过剑桥的同事见了一面， 于是，那颗成长为世人前所未见的科学史上最伟大进步的种子开始萌发 了。
在充满宿命意味的那一年的1月，天文学家埃德蒙德·哈雷——以彗 星闻名——参加了伦敦皇家学会的一次会议，与他的两位同事讨论当时 的一个热点问题。皇家学会是一个致力于科学研究的富有影响力的学术 社团。几十年前，使用由丹麦贵族第谷·布拉赫（1546—1601）收集的 具有前所未见精确度的行星数据，约翰尼斯·开普勒发现了三条似乎可 以用来描述行星轨道的定律。他宣布说行星的轨道是以太阳为其中一个 焦点的椭圆，并且说他识别出了那些轨道遵循的某些定律——例如，行 星完成一次轨道运行所需时间的平方和它与太阳之间平均距离的立方成 正比。从某种意义上说，他的定律很完美，而且对行星如何在太空中运 行有着简明的描述。但从另一个层面说，它们只是空洞的观测，纯粹的 陈述，并没有为行星为何要沿着这样的轨道运行提供深刻见解。
哈雷和他的两位同事怀疑开普勒的定律反映出一些更深层次的真 相。特别是，他们推测，假设太阳用一种作用力将每一颗行星拉向自 己，而这种作用力会随着行星距离平方的增加而逐渐减弱，在这种情况 下开普勒的定律会不会依然适用？这种数学形式被称为“平方反比定 律”。
一个像太阳的遥远天体，它从各个方向产生的作用力应该随着你与 这个天体之间距离平方的增加而逐渐减弱，这可以通过几何学来证明。
设想出一个巨大的球体，它大到在它的中心太阳看起来仅仅只是一个 点。这个球体表面上所有的点与太阳的距离都相等，因此，只要人们还 具备推理能力去相信这一点，他们就会猜到太阳的物理影响——实质 上，它的“力场”——应该以相同的强度延伸到球体的表面。
现在再设想出一个球体，比如，两倍大的。几何定律告诉我们球体 半径增加一倍它的表面积会增加到原来的4倍，所以现在太阳吸引力的延伸距离是原来的4倍。那么，在那个更大的球体上任意指定一点，太 阳吸引力的强度将会是原来的1/4，这就可以说得通。这就是“平方反比 定律”如何发挥作用的：当你走得更远，作用力会随着你的距离平方的 增加而降低。
哈雷和他的同事怀疑平方反比定律是否支持开普勒的定律，但他们 能证明它吗？他们其中一个——罗伯特·胡克——说他可以。另一位同 事名叫克里斯托夫·雷恩，他在今天以建筑家的身份闻名，但他其实也 是一位著名的天文学家。他为胡克提供一笔奖金来交换他的证明。但胡 克拒绝了。人们都知道他的性格很执拗，但他给出的理由却很值得怀 疑：他说他会推迟披露证明的时间，这样其他人在无法解决这个问题时 就会意识到它的难度。或许胡克确实解决了那个问题。或许他还设计出 了一架可以飞往金星的飞船。但不管怎样，他从没有提供他的证明。
那次会面7个月之后，哈雷来到了剑桥大学，决定去看望一下孤独 的牛顿教授。和胡克一样，牛顿说他已经完成了可以证明哈雷推测的工 作。也和胡克一样，他并没拿出他的证明。他翻找了一些论文，但没有 发现他的证明，于是承诺说他会继续找，等找到之后会寄给哈雷。几个 月过去了，哈雷什么也没收到。人们禁不住想知道哈雷脑子里在想什 么。他问两个成熟的成年人是否可以解决一个问题，一个说：“我知道 答案但我就是不告诉你！”而另一个却理直气壮地说：“我的家庭作业让 狗吃了。”雷恩保留了他的奖金。
牛顿的确找到了他要找的证据，但当他再一次检查时，发现它有问 题。但牛顿并没有放弃——他重新修改了他的观点，最终他成功了。那 年11月，他给哈雷寄去了一份9页的论文，证明开普勒的三条定律的确 是吸引力的平方反比定律的数学结果。他把这篇短文称为《论天体在轨 道上的运动》（ De Motu Corporum in Gyrum ）。 哈雷非常激动。他认定牛顿的论述方法是革命性的，他想要皇家学 会发表它。但牛顿不同意。“我现在还在研究这个课题，”他说，“在我发表我的论文之前我很想知道它的根源。”牛顿“很想知道”？因为接 下来他所付出的巨大努力产生的或许是人类有史以来最重要的学术发 现，所以这几个词构成了历史上最保守的话之一。通过证明在行星轨道 问题之下隐藏的是一个普遍的运动和作用力理论，牛顿找到了“它的根 源”。这个理论适用于所有物体，包括天上的和地上的。
接下来的18个月，牛顿除了扩充他的论文之外什么也没做。这篇论 文最终将会变成《数学原理》。他就像一台物理学机器。他一直的习惯 就是当他忙于某个课题时，他会省略掉吃饭甚至睡觉的时间。据说他的 猫由于老吃他留在盘子里的食物而变得肥硕起来，他的大学室友报告说 他经常在早上看到牛顿还在他头一天晚上待着的那个地方，依然还在解 决同一个问题。但这一次牛顿甚至更加极端。他完全切断了与所有人的 实际接触。他很少离开他的房间，只是偶尔去一趟学校餐厅，通常只是 站着随便吃一点东西，然后马上回到他的住处。
牛顿最终关闭了他炼金实验室的大门，把他的神学研究搁置一边。
他的确还按照要求继续讲课，但讲课的内容却怪异晦涩并且无法听懂。
人们后来才发现其中的原因：牛顿只是在上课时出现在课堂上，朗读他 《数学原理》的草稿。
