埃德蒙·哈雷：借天才一臂之力

埃德蒙·哈雷1658年出生于一个富裕的商人之家，在父亲的支持下，他从小就在位于伦敦西北部的圣保罗学校接受一流的教育。年轻的哈雷在天文学上出类拔萃，当他在1673年进入哈佛大学学习之时，就已经拥有了大量的天文学设备，足以建立一个属于自己的高规格观测站。

牛顿在伍尔索普度过将近20年之后，天体运行以及重力的问题仍然困扰着科学家们，其中包括与牛顿和哈雷同一时代最有才华的罗伯特·胡克（显微镜的发明者，随后成为牛顿最恨的对手）及有名的建筑家克里斯托弗·雷恩（Christopher Wren）。哈雷、胡克和雷恩凭直觉相信了重力的存在，但是由于证明重力的存在需要大量的数学运算，即便是这几位著名的人物也对此心存畏惧。

到了17世纪80年代，牛顿的数学天赋已经广为人知了，不幸的是，牛顿与胡克之间的对立也已经大大地升级。胡克声称自己已经掌握了解决这一问题的数学方法，但就是不肯告诉哈雷和牛顿。哈雷并不相信胡克，并去剑桥大学寻求牛顿的建议。

哈雷了解牛顿的重力理论——行星受到太阳的吸引，引力与行星的质量成正比、与行星和太阳之间距离的平方成反比。哈雷向牛顿请教，受到这一引力的影响，天体的运行轨道将是什么样的形状呢？牛顿毫不迟疑地回答道，天体运行的轨道是椭圆的。这一回答使哈雷哑然。像所有同时期的科学家一样，他所学习的是亚里士多德的主张，即轨道是正圆形的。哈雷又接着问牛顿是如何知道轨道是椭圆形的。牛顿回答说，早在20年前当他在伍尔索普的时候就已经计算出来了。传说牛顿当时就拉开了桌子的抽屉，找回自己以前的错误计算，而哈雷很快就指出了地球半径的错误数值，并得出了正确的公式。当时整个学术界都开玩笑地说，全欧洲人都在努力寻找天体运动问题的答案，牛顿却把这个答案给扔了。

很快，天体运行的本质昭然于世。哈雷鼓励牛顿把他的成果出版，甚至还帮他支付印刷费用，这就是大名鼎鼎的《自然哲学的数学原理》。（这更加剧了牛顿和胡克之间的矛盾，胡克指责牛顿抄袭自己的成果。哈雷试图帮助两人和解，但最终失败了。直到1703年胡克去世，这种恶劣的关系才得以结束。后来，牛顿从他手中接掌了皇家协会。）

这些不可思议的成就震撼了整个欧洲。精确的天体预言得到了接二连三的证实。连老天也似乎变得配合起来。如果想要展示当时新科学的威力，最好的例子就是1715年4月22日发生在整个伦敦上空的日食。哈雷分别发表了日食前的预测图和日食后的实际轨迹图。哈雷的第一幅图是在日食前两个星期发表的，图3-4是哈雷第一幅图的复制品，它展示了日食的预测轨迹。这一图形有两层目的。第一个目的，也是最重要的一个目的，即提前告知百姓即将发生日食这一消息，并向他们保证，几个世纪以来英国首次出现的日食只是一种自然现象，而不是上帝发脾气的征兆。发布这幅预测图的目的是：

图3-4 哈雷对1715年日食轨迹的预测

资料来源：经Houghton Library，Harvard University许可转载。

当黑暗突然出现，以及太阳周围可以看见星星时，人们不至于慌乱。如果不对此进行预先的宣传，人们很可能认为这是一种不祥之兆，并将它理解为上帝向他所庇护的尊敬的乔治国王和政府发出的不祥信号。据此宣传，人们就能把它看成一种自然现象，一个由于太阳和月亮的运动而造成的结果……

第二个目的，哈雷想借这次日食，请英国南部的观测家记录日食的过程以及日全食（整个太阳被月亮遮住）的持续时间。哈雷获得了几十份报告，通过这些报告，哈雷可以了解自己预言的准确程度。

通过观察，第二幅图产生了。如图3-5所示，实际的日食与预测的日食几乎是相同的。哈雷的预测几乎是完美的，仅在方向和实际轨迹宽度上存在极其微小的误差。作为额外的收获，第二幅图还展示了下一次日食的轨迹，预计发生在1724年，其轨迹是由西北至东南。

哈雷对日食路径的准确预言震惊了公众。这致命的一击预示着培根归纳科学研究方法的胜利：观察，假设，然后检验。到了18世纪中期，新科学击败了亚里士多德体系和演绎法，同时清除了教会对科学研究的不良影响。

教会和科学的彻底分离至少在100年后才最终实现。像同时期的其他所有人一样，哈雷和牛顿都虔诚地相信上帝早就安排好了天体的运行规律，他们甚至相信《圣经》上所讲的故事。例如，哈雷认为洪水是由于彗星离地球太近所导致的，而牛顿不同意他的看法，他认为洪水是某种行星间的互相碰撞造成的。在18世纪，威廉·惠斯顿（William Whiston）接替牛顿成为卢卡斯数学教授（Lucasian Professor of Mathematics）的继任者，他在伦敦面向大量听众举办了讲座，介绍天文学事件和《圣经》中记载事件之间的关系。即便是牛顿本人也无法完全摆脱中世纪迷信的影响。他的大部分研究生涯和著作都与炼金术有关，他还与当时许多启蒙科学家互通炼金术的心得，包括约翰·洛克以及和他决裂前的罗伯特·波意耳。

图3-5 1715年日食的真实轨迹

资料来源：经Houghton Library，Harvard University许可转载。