牛顿的苹果
·方舟子·
我们从小就听说过这个故事。有一天牛顿在一棵苹果树下休息，一个熟透的
苹果掉下来，砸到牛顿的头。牛顿恍然大悟，苹果落地是受到地球引力的吸引，
月亮围绕着地球转也是受到地球引力的吸引，行星围绕着太阳转是受到太阳引力
的吸引……任何物体之间都会有引力相互吸引，他把这叫做万有引力。牛顿因此
发现了万有引力定律。
这称得上是科学史上最重大的恍然大悟，如果这个故事是真的话。那么这个
故事是真的吗？如果牛顿当时把它写下来，那当然是可信的。但是牛顿留下的手
稿里并没有关于这个故事的任何记载。我们只能去找二手的材料。
最早把这个故事写下来发表的，不是英国人，而是法国哲学家伏尔泰。他在
牛顿逝世那年（1727年）写的一篇文章中提到，牛顿在他的花园里散步的时候，
看到一个苹果从树上掉下来，第一次想到了引力理论。当时伏尔泰虽然人在伦敦，
但是并没有见过牛顿，所以他不是从牛顿那里听说的这个故事。1733年，伏尔泰
再次提到这个故事，但是只是泛泛地说牛顿看到了一个果实从树上掉下。不过这
回他提到他的消息来源，是从牛顿的外甥女凯瑟琳·巴顿那里听来的，已经转了
至少一道手。
凯瑟琳·巴顿的丈夫约翰·康丢特是牛顿当王家造币厂厂长时候的助手，在
牛顿的晚年与牛顿关系密切，住在一起。在牛顿死后不久，在1728年间，康丢特
写了一份手稿，讲述牛顿在剑桥时的事迹。手稿里面提到，1666年，由于黑死病
流行剑桥大学关闭，23岁的牛顿回到他母亲在林肯郡的家。牛顿在花园中沉思的
时候想到，让苹果从树上落地的重力不限于地球上，一定能延伸得更远，一直延
伸到月球，如果这样的话就会影响到月球的运动，让月球保持在它的轨道上运转。
在康丢特的叙述中，牛顿并没有看到苹果落地，而只是联想到苹果落地。
康丢特没有说他的信息来源。由于康丢特是牛顿晚年最亲近的人之一，他可
能是亲耳从牛顿那里听来的。也可能是从牛顿晚年的好友、《自然哲学的数学原
理》第三版编辑亨利·彭伯顿那里听来的，他在手稿中提到了彭伯顿在1728年出
版的《牛顿爵士的哲学观》一书前言，但是彭伯顿在该书中只是说牛顿于1666年
在花园中独坐时想到引力问题，没有说见到苹果落地。
牛顿生前好友威廉·斯塔科利倒是说了他亲耳听到牛顿跟他讲了苹果的故事。
1752年，斯塔科利出版了《牛顿生平回忆录》，里面谈到，在1726年4月15日
（牛顿死前前一年），他拜访牛顿。吃完晚饭后，他们坐在花园的苹果树下喝茶。
在交谈中，牛顿说，就是在这样的场合，他从苹果落地开始想到引力的概念：为
什么苹果总是垂直地落到地上，而不是向上、向侧或倾斜地掉落？由此他发现了
万有引力定律，并将它运用来解决天体运行的问题，破解了宇宙之谜。
所以至少有两人从牛顿那里听说了苹果的故事，只不过牛顿并没有说他被苹
果砸到——这个戏剧化的版本是后来在流传过程中被添油加醋改编出来的。牛顿
并没有提到是哪一棵苹果树，不过他母亲家的花园里只有一棵苹果树，它就被当
成了那棵给牛顿带来灵感的圣树。这棵苹果树在1816年被大风吹倒，重新种植后
一直活到现在，成为英国的国宝。
有牛顿的亲口讲述，有树为证，至少这个故事的简单版本——牛顿看到苹果
落地而不是被苹果砸到——应该是真实的吧？未必。从牛顿据称看到苹果落地，
到他开始向别人讲述这个故事，60年已经过去了，而在这60年里，并没有牛顿讲
这个故事的任何记录。如果这个故事对牛顿研究万有引力定律如此重要，为什么
他要沉默60年，到快死了才开始向别人讲述？
据说是苹果垂直落地让牛顿联想到了地球存在引力，但是从古希腊时候起，
哲学家、科学家们就都认为地球存在引力，才会吸引东西掉到地上，牛顿并不需
要通过看到苹果落地重新发现引力。发现万有引力的关键，不在于知道地球存在
引力，而在于由此联想世界万物都存在引力，而这是从苹果落地联想不出来的。
从牛顿声称他见到苹果落地发现了万有引力，到他在1686年写成《自然哲学的数
学原理》首次发表万有引力理论，已经过了20年。既然在看到苹果落地的时候就
已经恍然大悟了，为什么还要研究这么长的时间才发表呢？
按照牛顿自己在1712年写的一份手稿的回忆，他在1666年发现了万有引力定
律之后，就立即用它来计算月球的运行轨道，发现结果“非常好”，那么为什么
当时不发表？按照彭伯顿、康丢特的说法，当时牛顿的计算结果其实并不好。这
个计算需要用到地球的半径，但是当时牛顿困在母亲家中，身边没有关于地球半
径准确数据的资料，只是采用了以前地理学家和海员用来估计地球半径的一个粗
糙数据，即1纬度等于60英里，算出的结果与预想的差别太大，牛顿认为除了地
球引力还有别的因素在影响月球轨道，就没有再继续研究下去。
彭伯顿、康丢特的说法比牛顿自己的回忆可能更接近事实，但是同样让人疑
惑。1667年牛顿回到剑桥之后，已有条件查到关于地球半径更准确的数据（当时
的数据是1纬度等于69.5英里），但是牛顿并没有重新进行计算。牛顿很显然知
道这个更准确的数据，他在1672年编辑的一本地理学著作中就有这个数据。1672
年，牛顿被选为王家学会会员，在牛顿参加的会议上，王家学会宣布测量地球半
径的一个重大进展：法国天文学家皮卡最近测得1纬度等于69.1英里。康丢特说
牛顿获悉皮卡的测量结果后，就重新用万有引力公式计算月球轨道，得到了预想
的结果。一般人也会预料牛顿这么做。然而牛顿其实并没有。彭伯顿说是胡克的
一封信才让牛顿重新想起研究万有引力的问题，而这距离皮卡的发现又过了7年
之久。
胡克对引力的研究轨迹倒是都有论文为证。他在1666年曾在王家学会宣读过
一篇研究引力的论文，1674年发表论文详述他对引力的研究，提出了关于引力的
三条假设，实际上就是定性描述了万有引力定律。1679年，胡克写信代表王家学
会向牛顿约稿时，进一步提到引力的大小与距离的平方成反比。这就是彭伯顿说
的那封信。也因为这封信，胡克在《自然哲学的数学原理》发表后，向王家学会
指控牛顿的万有引力定律是剽窃他的。牛顿则说，他本人早在大约20年前（1666
年）就发现了这一定律，并写信告诉了他人，并不需要从胡克那里获悉。后来牛
顿勉强承认胡克的信了他重新研究引力问题，并且承认胡克告诉了他一些他
不知道的实验结果。做为妥协，牛顿提出在《数学原理》的有关部分加一条注解，
说明引力反比定律也被雷恩、胡克和哈雷独立地发现。
1665～1666年牛顿被困在母亲家中那一年，被称为牛顿的奇迹年。他研究、
解决了当时物理学的各个重大问题，包括发现运动定律和太阳光是混合光。天体
运动问题是当时备受**************的物理学最重大问题之一，很难想像牛顿会不研究这个
问题，而且对他来说，一旦研究这个问题，发现引力公式并不难，毕竟还有好几
个人也独立发现了。他没有必要从苹果落地才受到启发。所以牛顿说他在1666年
就已经发现了万有引力定律，很可能是事实。然而同样是事实的是，他没有发表
其发现，此后他对引力问题的研究沉寂了十多年。也就是说，即便牛顿曾经因为
看到苹果落地而开始研究引力问题，那么研究结果也被他自己否定掉了，对他在
十几年后重新发现、发表万有引力定律没有关系，苹果落地对其研究万有引力所
起的作用，还比不上十多年后胡克的一封信。
那么为什么牛顿要在晚年向人讲述这个不知真假的苹果故事？此时的牛顿虽
然早已功成名就，被公认为最伟大的科学家，获得了神一般的地位，但是早年被
胡克指控剽窃的阴影并没有就此消除。通过这个苹果故事，他可以表明自己发现
万有引力定律与胡克无关。但是这个故事很可能还有更深层的涵义。牛顿是一个
有很深的宗教情怀和神秘感的人。例如，尽管太阳光通过三棱镜折射后人眼一般
只能分辨出六种颜色，但是牛顿坚持认为有七色，因为“七”是一个神秘数字，
重要天体有七个，一星期有七天，音符有七个，那么色彩也应该有七种。同样，
在西方文化中，苹果是一种神秘的果实，是伊甸园神话里上帝禁止人类品尝的智
慧树的禁果。看到苹果落地而发现万有引力定律，就有了一种天降大命于斯人的
神圣光环。人越老越需要这种光环。牛顿的这个故事无疑讲得非常成功。今天大
部分人都不会记得万有引力公式，但是几乎无人不知有一个苹果砸到牛顿的头，
世界因此而不同。
文献：
John Conduitt, Draft account of Newton's life at Cambridge.
Henry Pemberton, A view of Sir Isaac Newton's philosophy.
William Stukeley, Memoirs of Sir Isaac Newton’s Life.
2016.4.25.
（《科学世界》2016.6.）(SciFans.Net)
