18 像鐘錶一樣運轉的宇宙
一七七六年的美國獨立戰爭、一七八九年的法國革命和一九一七年的俄國革命，紛紛成功地組建了新的政體和新的社會秩序。還有一場很少人聽說過的「牛頓的革命」同樣意義深遠，雖然花了數十年才發揮作用，但產生了巨大的影響。「牛頓的革命」描述了我們生活的世界。
一七二七年，牛頓去世，但艾薩克大人仍是十八世紀的領軍人物。各個領域都有人努力爭做本科專業的「牛頓」。亞當．史密斯[1]想要成為經濟學界的牛頓；有些人稱威廉．庫倫[2]為醫學界的牛頓；傑瑞米．邊沁[3]不遺餘力地要成為社會和政治改革方面的牛頓。他們夢寐以求的是一條可以融會貫通各自專業的定律或者原則，就像牛頓的重力牢牢地托住宇宙一樣，能夠經年累月屢試不爽。詩人亞歷山大．波普[4]曾經戲稱：「自然和自然的法則隱藏在黑夜裡／上帝說，『讓牛頓去吧！』／於是一切豁然開朗。」
作為一個英國人，波普偏向自己的同胞。牛頓生前在法國、德國和義大利已經聲名遠揚、廣受認可，不過，那些地方也延續著各自的科學傳統。在法國，笛卡兒的宇宙機械論餘威不減；在德國，人們對誰是微積分的創始人爭論不休，哥特佛萊德．萊布尼茲（G.W. Leibniz，一六四六－―七一六）的崇拜者們堅稱他對此貢獻比牛頓大得多；在英國，牛頓的魅力引來了無數自稱是「牛頓迷」的追隨者，他們在數學、物理、天文和光學領域實踐著牛頓出眾的洞見。
逐漸地，牛頓的光學實驗和運動定律主導了歐洲的思想。一個最讓人始料不及的支持者提高了他的聲望，這個人就是伏爾泰（Voltaire，一六九四－一七七八）。他是詩人、小說家，最著名的創作是一篇冒險故事裡可愛的主人翁贛第德（Candide）。贛第德生活在接連不斷的災難之中，總是禍不單行，錯上加錯，但他從來沒有忘記自己的哲學：上帝創造的世界「一定」是最棒的。所以他依舊興高采烈，相信無論遇到多難的事，都是「最美世界」的最好結局。（在經歷了膽戰心驚的歷險之後，他終於決定留在家裡打理花園：這還真是個相當不錯的建議。）
《贛第德》是對和牛頓競爭微積分之父地位的哲學家萊布尼茲的暗諷。伏爾泰是牛頓的超級粉絲，一個純英式做派的人。他在英國住過幾年，對那裡的言論自由和思想開放印象深刻。（伏爾泰在法國曾因批判天主教會和國王而被軟禁，所以深知言論自由的重要性。）他離開英國的時候已經對牛頓佩服得五體投地，於是寫了一本通俗易懂的書向法國百姓介紹牛頓的思想。這本書在歐洲讀者如潮，人人都在談論牛頓的數學和物理學說，用它們來解釋天體運行、潮漲潮落、彈道走勢，當然還有蘋果落地。
數學和物理一步步地為牛頓贏得了至高無上的榮譽，這要歸功於他的著作《原理》。數學家、物理學家和天文學家利用這些方法解開了無數牛頓一帶而過的難題。科學研究永無止境，對牛頓來說也不例外。很多人慶幸自己可以站在巨人牛頓的肩膀上。實事求是地講，牛頓的確在很多方面開闊了他們的視野。
牛頓的洞見一一被證實讓我們看三個實例吧：潮汐的起因、地球的形狀，以及太陽系行星的數量及運行軌道。
潮漲潮落，退潮的時候大海「遠去」，要走很遠才能撲進海裡游泳；漲潮的時候大海「湊近」，能沖走你的沙堡。潮水是有每日的規律可循的，這對海員至關重要，因為他們要在漲潮時進港。亞里斯多德曾經繪製出潮汐和月亮的關係。自此之後人們普遍認同地球是轉動的，而且有人把潮汐的湧動比喻成傾斜的水桶裡晃來晃去的水。然而對牛頓而言，重力（引力）才是關鍵。他推斷月亮最靠近地球時「吸引力」最大。（就像地球圍繞太陽轉一樣，月亮圍繞地球做橢圓形運動，它們之間的距離有規律地變化。）月球的重力把海水吸引向自己。隨著地球的轉動，大海的某一區域離月亮漸近，然後漸遠，重力也隨之增強減弱，這樣我們就看到了海水規律性的漲落，也說明了為什麼會有高潮和低潮。牛頓明智地證明了重力才是潮汐的原因。
隨後，牛頓迷們改進了大師的計算。瑞士醫生丹尼爾．白努利（Daniel Bernoulli，一七〇〇－一七八二）在一七四〇年做出一個更精確的潮汐分析。他對數學、物理和航海的興趣遠遠勝過醫學，他在弦的顫動（彈吉他時會遇到）和鐘擺（看看祖父的掛鐘）的運動方面也有所貢獻。他還改進了船的設計。在巴塞爾醫學院，他也借用牛頓的力學分析問題，比如他認為人的肌肉以收縮、變短的方式促使四肢運動。那時的學術性學會總是設下問題激勵眾人思考，並獎勵提供最佳答案的人。白努利和其他幾人共同分析了潮汐現象的起因和太陽重力的作用，回答了巴黎科學院的提問，並共同獲獎。使用數學方法說明兩件事物，比如地球和月亮的相互吸引，相對來說比較容易。但現實中，太陽、行星和其他物體的聯繫千絲萬縷，此時數學方法就不那麼遊刃有餘了。
巴黎科學院也參與討論了牛頓學說的第二個重點問題：地球是個圓球嗎？很明顯，它的表面並不像桌球那樣光滑，而是有著高山和峽谷。那麼它的形狀基本上是圓的吧？牛頓的回答是否定的，他證明了在赤道和北歐的重力大小有少許差別。為此，他做了一個鐘擺的實驗，鐘擺受地球重力的影響來回擺動；重力越大，擺動越快，所以完成一個擺動所需的時間越短。船員準確地測量了鐘擺一秒鐘掃過的距離，比較後發現，在赤道地區鐘擺掃過的距離稍短。這個結果告訴牛頓，從赤道到地球中心的距離更遠一些。如果地球是個標準的圓球，那麼任何地方到球心的距離應該相等。牛頓的結論是，地球實際上像被壓過一樣——南北兩極扁，赤道微微隆起。他認為這是地球從液體狀態冷卻成形的最初階段繞南北軸旋轉的結果。牛頓暗示，這意味著地球的年齡超過六千歲，但他從來沒有告訴我們他認為地球到底有多老。
一七三〇年代，法國科學家探討牛頓的結論時，很多人拒絕相信地球的形狀如此怪異。所以法國國王路易十五派出兩支考察隊，一隊前往北極圈附近的拉普蘭，另一隊到赤道附近的祕魯——如此大費周折只是為了驗證一個簡單的事實。他們要分別測量出這兩處緯度一度的準確長度。緯度是地球南北軸的測量標準，赤道是零度，北極是正九十度，南極是負九十度。（一圈正好是三百六十度。）在世界地圖上，你會看到一條條緯線從這邊連到那邊。如果地球是正圓形，所有緯度每一度應該都一樣長。
最後，拉普蘭隊（他們不需要長途跋涉）比祕魯隊早回來九年，測量出的數值也大一些，與牛頓的猜想完全吻合。牛頓因此在歐洲大陸聲名鵲起。
因為牛頓，萬物皆有規律可循全歐洲的天文學者都想透過觀察恆星和行星，來預言它們的運動軌跡和每晚（或者每年）它們即將出現的位置。隨著觀測次數的累積和數學分析法準確率的提高，他們的預測越來越準。天文學家架起更大的望遠鏡看向更遠的太空，發現新的恆星，乃至新的銀河系。其中最著名的是從德國到英國避難的威廉．赫雪爾[5]。他是一名酷愛天文的音樂家。一七八一年的一個晚上，他觀察到一個新東西，他肯定那不是恆星。起初，他猜那可能是一顆彗星，並且向當時居住的巴斯當地天文學團體進行彙報。眾人舉目觀望，很快證實那是一顆新的行星，最終以希臘神話人物將其命名為天王星。
新發現改變了赫雪爾的人生，促使他全心致力於天文學。英國國王喬治三世的家族也出自德國王室，很關注赫雪爾的研究。在他的贊助下，全世界最大的望遠鏡得以問世，赫雪爾搬到了靠近溫莎皇家城堡的地方定居。從那以後，赫雪爾一心全在天文上，從沒有錯過一次夜間觀測。赫雪爾的妹妹卡羅琳（Caroline Herschel，一七五〇－一八四八）是他的得力助手，後來也成為天文學家。他的兒子約翰．赫雪爾（John Herschel，一七九二－一八七一）子承父業。赫雪爾一家成了名副其實的天文之家。
威廉．赫雪爾不但觀測恆星、行星和其他天體，而且還對它們進行深入分析。他擁有當時最先進的望遠鏡，所以看得更遠。他編寫的星表更全面更準確，史無前例。他察覺到我們所處的銀河系不是宇宙中的唯一；他鍥而不捨地分析「星雲」——天空中模糊的白色絮狀帶。肉眼在晴朗的夜晚偶爾可以看見其中的幾塊，而赫雪爾透過望遠鏡能看到更多。如果我們目不轉睛地盯著銀河系深處，它就變成了模糊一片，因此天文學家一直認為星雲就只是恆星群集。赫雪爾卻宣稱，也許有一些是，但其他的則是星雲在太空深處翻滾的龐大氣團；他看見的「雙星」——兩顆離得很近的恆星（是的，它們很「近」。不過別忘了我們比較的範圍），證明這是重力相互吸引的結果：牛頓提出的重力由此被延伸到外太空。
牛頓的重力理論和運動定律、對力（能量）的數學分析、加速度和慣性（保持物體直線運動的趨勢）成為十八世紀自然哲學家的指導原則。有一個法國人把這些理論運用得爐火純青，無人能及，他就是皮耶－西蒙．拉普拉斯[6]。拉普拉斯在法國革命中毫髮無損，比他的同行拉瓦節（Lavoisier，我們把這個人放在第二十章介紹）幸運得多。由於受到拿破崙的器重，他主導了法國科學界長達半世紀之久。拉普拉斯結合牛頓運動定律和自己的數學方法來證明，人們能在天空中看到的就是能被解釋的，行星、恆星、彗星和小行星的運動趨勢也可以被準確預測。他發展了一套包括太陽和其行星在內的太陽系理論：太陽系誕生於幾百萬年前的一次超級大爆炸，之後太陽一直釋放出大量炙熱的氣體，這些氣體逐漸冷卻形成行星（和它們的衛星）。他將其稱作「星雲假說」，並用相當複雜的數學計算加以論證。拉普拉斯描述的正是我們所說的「大爆炸」（參閱第三十九章）。當然現在的物理學家比他知道的豐富得多。
拉普拉斯對牛頓運動定律推崇備至，他認為，倘若我們抓住時機知道宇宙每一個微粒的位置，那麼就能預測出整個宇宙的最終歸宿。然而他明白這是不可能實現的。他只不過是要說明萬物皆有規律可循，宇宙的運轉就像一座精緻的大鐘，分秒不差。他這個「宇宙鐘錶機械論」影響了此後一百年間的科學家。
亞當．史密斯（Adam Smith，一七二三－一七九〇），蘇格蘭哲學家及經濟學家，被公認為現代經濟學的創立者。——譯注
威廉．庫倫（William Cullen，一七一〇－一七九〇），蘇格蘭醫生，他首次提出神經官能症的疾病概念。——譯注
傑瑞米．邊沁（Jeremy Bentham，一七四八－一八三二），英國的法學家、功利主義哲學家和社會改革者。他是一個政治激進分子，亦是英國法律改革運動的先驅。——譯注
亞歷山大．波普（Alexander Pope，一六八八－一七四四），十八世紀英國最偉大的詩人。——譯注
威廉．赫雪爾（William Herschel，一七三八－一八二二），英國天文學家、音樂家，被譽為恆星天文學之父，為英國皇家天文學會第一任會長。——編注
皮耶－西蒙．拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace，一七四九－一八二七），法國數學家、天文學家和物理學家。以對太陽系穩定性的研究以及關於磁、電和熱傳導的理論而聞名。——編注
