蘋果與月亮
走出前設的詢問「為什麼」

黃定維口述   陳韻琳執筆                                               

網頁製作：鄭佩宜


        為了預測準確，人們不停尋找各種可能的方法，而繪出天體圖，是很重要的步驟。

        我們現今人絕無法想像，當時天體圖有很長一段時間，因受限於柏拉圖 亞里士多德時代的天體圖觀念，而將星體軌跡畫成正圓形。正圓，在柏拉圖觀念中是「完美」，既然天是完美的，星體運行就該是正圓形。當時的人對正圓視為理所當然，如果不是圓，還可能是什麼呢？

以地球為中心

      於是當時的天體圖，地球在中間，其他行星以正圓形環繞地球旋轉。他們其實也發現行星運行的軌跡路線很怪，但他們就用大圓套小圓的方法（類似我們在兒童樂園玩的旋轉咖啡杯）嘗試把「怪」路線放進正圓形裡。所有軌跡路線「怪」的星體，都變成大圓套小圓的圖形。大圓套小圓，地球為中心的天體圖們稱之為周轉圓（ Epicycle ）。 當然，這樣畫天體圖是非常複雜也存在很多不準確的預測的，科學家不甘心的，一直嘗試要解決這些問題。

以太陽為中心

     於是出現了哥白尼（ 1473-1543 ）。 哥白尼說，這種大圓套小圓的天體圖體圖太複雜了，如果用太陽作中心來畫天體圖，會少掉很多很多大圓套小圓的麻煩，只剩下唯一的星球得用大圓套小圓的方法來處理，這個星球就是月亮。

        哥白尼提出太陽中心說，其實只是為了繪圖的方便。他的預測準確與否就科學角度來說，並沒有非常大的突破，因為他仍確信星球軌跡是正圓形，而當太陽地球其實都在動的情況下，星體圖是太陽中心還是地球中心，根本沒有什麼差別。

        不過，哥白尼多少具備了跳開地球、從外太空看星體的前瞻視野。

克卜勒繪的行星模型，想像中的六行星

      是到了克卜勒（ 1571-1630 ）， 才提出「真的是圓形的嗎？」的反問。      

      克卜勒的時代，已經有更多的觀察實驗數據與數學訓練。他和哥白尼一樣，從一開始就假定宇宙現象可以用數學來解釋，數學和宇宙一樣都是和諧的，最簡單的解釋，一定就是最真確的解釋！為了這個假定，他甚至推論「宇宙一定有六個行星，因為完美的立方體有五種，將這完美的立方體一個套 完美多面體只有五種一個的套在一起，由內到外可以插入六個圓球，所以宇宙應當也有六個行星，連地球就是六個。」 

        當然我們現在知道，他這「偉大的預設」之下對宇宙的推論不怎麼高明。但是克卜勒卻以其數學驗算的實事求是的態度，說出行星運行軌道應當是橢圓的。克卜勒計算火星運行軌道，怎麼算都有八分差距，他怎麼努力都無法解釋這一現象，最後他只好另外對其他形式的軌道進行試驗，直到接觸到橢圓形軌道，問題突然迎刃而解。克卜勒終於建立了克卜勒三大定律。我們今天知道，克卜勒的偉大是在這根據觀察實驗數據與數學演算建立出來的三大定律，而不是他預設的宇宙屬於「美學」形式的立方體學說。

        談過天體研究，現在得先處理一下重力研究，我們才能談偉大的牛頓。很久以前，人們就知道東西在手上，手若一放，東西會往下掉。

        但是到了文藝復興時代，有個人觀察研究，發現東西越往下掉速度越快， 而數字 12345 正好表達出越來越大的概念，所以推論東西往下掉時單位時間內的移動必定是「 1、2、3 、4、5 」，這個人就是頂頂有名的達文西。後來伽利略修正為：「 1、3、5、7、9 」，竟然給他矇對了!真正開始用實驗與數學計算的方法把重力研究科學化的人是伽利略（1564-1642 ）。

        現在我們來談牛頓（ 1642-1727 ）。 牛頓被譽為「世界史上最偉大的科學家」，愛因斯坦卻只能被稱為「二十世紀最偉大的科學家」。為什麼呢？

牛頓、蘋果與月亮

      我們現在來想像一下。當牛頓坐在蘋果樹下時，一棵蘋果掉下來打到他的頭，而被打到的同時，他正望著遙遙升起的月亮。這個圖景偉大在哪裡？何以這個圖景產生出世界史上最偉大的科學家？因為牛頓將兩個分屬不同領域--「力學」與「天文學」的科學，問出 牛頓、蘋果樹與月亮關連性的問題來：「為什麼樹上的蘋果往下掉？為什麼天上的星體軌跡是圓的？這兩者間有什麼關係？」

        所有的科學家都是在求預測準確當中，不斷修正前人的看法，但卻無法拋棄某些想當然爾的前設，只有牛頓走出預設的限制，問出大家都覺得再合理不過無須再問的問題，並將兩個隸屬不同領域的問題，問出關連性問題來。牛頓開了科學綜合的先河，把力學與天文學構建出「牛頓空間」來。儘管牛頓之前有非常多人在努力，牛頓也必須站在前人的努力上，才能有如此驚人的發現。但是不可否認的，詢問早已不需再問的前設，尋找互不相干的事物之間的關連，然後用數學證實其理論，正是他讓人驚嘆之點。

        很多人都說，科學的產生是有人在問為什麼。牛頓讓我們知道，偉大的 牛頓的家與蘋果樹科學家，不是只在問「為什麼」，而是問對「為什麼」，這是需要走出自我限制的。