《自然哲学之数学原理》(简称《原理》)是牛顿一生中最重要的科学著作,成书于1687年。《原理》的初版初印于12月14日拍卖,最后拍出了3719500美元的天价,成为史上最贵的一本印刷科学著作。《原理》初版初印仅有400册,其中只有80本是“欧陆版”,专为欧洲大陆的卖家打造,跟英国本土的有细微差别。这次拍卖的书籍就是欧陆版之一。
为什么这本书那么值钱呢?下面是它的故事。
我不知道世界会怎样看待我,但我认为自己不过像个在海滩上玩耍的男孩,不时地寻找到一些较光滑的卵石和漂亮的贝壳,并以此为乐,而关于摆在我面前的真理的汪洋大海,我还一无所知。
——牛顿
1687年,牛顿出版了他的旷世之作《原理》。它阐述了牛顿的万有引力和运动定律,以及详细推导了这些定律导致的后果。牛顿在书中并不只是描述一些很显而易见的内容,比如行星运动定律和摩擦,而是花费了大量复杂的细节,去解释地球如何在自转的时候被压扁,分点岁差,海洋的潮汐力,以及利用摄动理论去研究太阳-地球-月亮的三体问题等等。简而言之,牛顿解释了当时已知的一切运动形式和现象。我们可以认为这是理论物理学的开端。
《原理》是牛顿经过20年的思考、实验研究、大量的天文观测和无数次数学演算的结晶。他的大多数成就都发生在1665年,当时英国流行大鼠疫,剑桥的师生都被疏散,牛顿回到家乡Grantham。在这段时间内,牛顿度过了他一生中最富有创造力的阶段。
牛顿并不是当时唯一一个在思考引力的科学家。在伦敦,有三个非常聪明的人都在思考这个问题,他们是哈雷(Edmund Halley)、雷恩(Christopher Wren)和胡克(Robert Hooke)。
在1670年末,这三个人大约同时猜到引力的平方反比关系——引力随着距离的平方递减——与行星的椭圆轨道之间有必然联系,但他们都无法证明这一点。
在这更早的几十年前,开普勒就写下了他的三大定律来描述行星的运动。第一定律描述了所有的行星轨道都是椭圆的。第二和三定律告诉我们行星沿着椭圆轨道的运行速度。如果轨道是圆形的,那么开普勒第三定律就等同于引力的平方反比定律。
困难在于,要如何证明开普勒的第一定律,即证明引力的平方反比关系与行星椭圆轨道之间的对应关系。是否可以用一个简单的数学定律就描述这样关系?比如像胡克的弹性定律。
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