【歐華作協專欄】『 莫佩爾笛:法國的牛頓? 』法國楊翠屏
地球的形狀像什麼?
1672年法國天文學家利謝爾 (Jean Richer,1630-1692),到法國海外行省圭亞那 (Guyane,位於中美洲) 省都開雲 (Cayenne) 時,注意到擺鐘速度比在巴黎慢。1676年英國天文學家哈雷 (Edmond Halley,1656-1742)到聖赫勒那島 (Sainte-Hélène,位於大西洋,拿破崙被放逐於此島)時,亦經歷同樣情況。這證明荷蘭天文學家惠更斯 (Christian Huygens,1629-1695,亦是數學家及物理學家) 的假設:接近赤道地心引力減弱。後來幾次探險皆發生同樣現象。此種觀察讓牛頓於1687年,惠更斯1690年先後認為由於離心力 (centrifuge),地球的形狀是近扁球形的 (兩端是扁平的)ˊ。
1736-1737年,法國科學家莫佩爾笛 (Pierre-Louis Moreau de Maupertuis,1698-1759)率領一支探險隊,到斯堪地那維亞半島北部地區拉普尼(Laponie)測量,證實地球的扁球形狀。
『 從聖馬羅到科學院』
1698年7月8日,莫佩爾笛在法國西部布列顛尼 (Bretagne) 聖馬羅 (Saint Malo)出生,父親是私掠船船長 (corsaire)。16歲時到巴黎學習哲學與數學,騎馬、 劍術,閱讀形而上學及科學方面的書籍,也學習跳舞與音樂,嘗試各種樂器,最後選擇吉他,甚至拜師宮廷音樂家,學習作曲。
在北部里爾(Lille)當了三年的騎兵隊員,此閒差事讓他有時間研究數學與物理學。23歲時想征服巴黎,認識文人與菁英。去當時巴黎著名的兩家咖啡館普羅可布 (Le Procope,1686年開設,1890年關閉,現是餐館)與卡都 (Gradot)。前者文人聚集,後者則是科學界人士。莫佩爾笛喜歡這種自由發言、無所不談的氣氛,包括文學、哲學、道德、政治、歷史、神學、醫學、法學、數學。他經常在中午與晚上去,其敏捷答辯、精確思想及愉悅心情,很快就引人注意,受到賞識 。他細心經營擁有獨特精神、高智能及數學才華,而逐漸擴大的聲望。
『 到倫敦取經』
25歲進入科學院。牛頓於1727年3月底過世,法國科學界一直拒絕接受他的"萬有引力"理論。1728年5月他想去英國就近探個究竟。在倫敦的咖啡館遇見住在此城的重要法國人士,他被引介與倫敦菁英相識,尤其是牛頓往昔的工作夥伴或親信,包括傳奇人物哈雷 (哈雷彗星發現者),皆讓他印象深刻。倫敦的科學界欣賞他的思想開放,毫不猶豫稱他為『牛頓主義者』。但有點驚訝為何他不像大多數法國同胞一樣,捍衛笛卡兒 (René Descartes, 1596-1650 )的理論?莫佩爾笛的態度是不太尋常。他到英國,除了鑽研科學,亦想建立人脈。
『 傳播牛頓的理論』
從英國歸國後,莫佩爾笛撰寫『 論不同星球的形狀』 (Discours sur les différentes figures des astres ),比較笛卡兒與牛頓相異的理論、機制。他想借助此書,去除對牛頓及萬有引力的偏見。其新書讓很多人信服牛頓的觀點,相信地球兩端是扁平的。
法國三代天文學家卡西尼家族 (Cassini, Jean-Dominique,1625-1712, Jacques, 1677-1756, César-Francois,1714-1784 ) 則持相反論調。18世紀初起,他們負責繪製法國地圖。1718年完成測量子午弧(arc de méridien,後來證實是錯誤的),歸納出地球中間是扁平,兩端則隆起,像檸檬一樣。
自從" 論不同星球的面貌"一書出版後,科學院受到壓力,分成兩派。真理在那裡?數學計算或地理測量?在此種熱熾氣氛下,1734年春天,路易十五世決定派遣一支探險隊,到西班牙人管轄的祕魯基多省 (Quito,是當今厄瓜多首都,離赤道僅24公里)。法國國王同意贊助此考察任務,除了科學院士的研究成果有助於科學進步,讓航海更準確、容易,亦有利於商業。1735年5月,由數學家高登 (Louis Godin, 1704-1760 ) 、天文學家布格 (Pierre Bouguer, 1698-1758 )、 地理學者拉康達敏 (Charles Marie de la Condamine,1701-1774 )、 醫生兼博物學家朱西尤 (Joseph de Jussieu,1704-1779) 率領的團隊,離開巴黎前往南美。
『 拉普尼之行』
在地球另一地區進行不同測量,莫佩爾笛向他父親的朋友亦是海運部長,陳述組成第二支考察隊之必要:若不能決定地球的形狀,就無法改善航海儀器。他慷慨激昂的論據,及彈吉他唱歌撫慰在康復中的海運部長,後者被說服,進而稟告國王。
1736年5月2日,莫佩爾笛、瑞典天文學家攝爾修斯 ( Anders Celsius,1701-1744,攝氏溫標由他提出 )、克萊羅(Alexis Clairaut,1713-1765,數學天才、天文學家、地球物理學家)、勒莫尼耶 (Pierre Charles Le Monnier,1715-1799,天文學家),及五位僕人、一位廚師等一行十四人,從敦克爾克港 (Dunkerque)出發,5月20日抵達斯德哥爾摩。
他們往北至芬蘭拉普尼 (Laponie),以貝羅(Pello)為基地。 北極探險千辛萬苦,令人精疲力絕,夜晚受到蚊子侵襲,苦不堪言。幸虧 莫佩爾笛是個好領隊,經常顧慮到隊員的安全與舒適。他們做天文觀察,測量北極角度。證實地球兩端扁平現象,牛頓的理論是正確的。貝羅為他建造一個金字形紀念碑,是當今的觀光景點。
法國18世紀的啟蒙時期 (siècle des Lumières),使它成為世界強權之一。北極探險凱旋歸來, 莫佩爾笛成了國家英雄,幾乎所有歐洲科學院皆邀請他成為院士。他出版 『地球的形狀』一書 (La figure de la terre)。巴黎沙龍紛紛談論他的功績,但忌妒他的人,則稱他為『彈吉他的幾何學家』。
『 接受普魯士國王的邀請 1740-1759』
普魯士國王腓得烈大帝 (Frederic II,1712-1786)是個很獨特的君主,人文素養高,興趣廣泛:美術、文學、詩歌、音樂、哲學、科學皆有涉獵,法文說得比德文還好。當他還是王子時就仰慕莫佩爾笛,稱他是『 最有靈性的人』,一旦登基,馬上邀請他來柏林,成立一個新的科學院。
1740年他來到柏林,任務是吸引、聘請外國的科學人才,只邀請到瑞士著名的數學家、物理學家歐拉 (Léonard Euler,1707-1783),效果不彰;主持科學院會議,建造一個化學實驗室,開闢一個植物園,種植數千株桑樹以養蠶。這些皆需經費,但普魯士王吝於給付。完成經濟學家的壯舉,讓他疲勞過度,咳嗽不止,數度往返柏林-巴黎-故鄉聖馬羅,與老友會面、調養身心。
『 與伏爾泰的關係』
『 論不同星球的形狀』出版不久,伏爾泰對莫佩爾笛讚譽有加,從此展開一段深厚的友誼。雖然兩人個性迥異,但也有共同點,年齡相近(伏爾泰比莫佩爾笛大四歲),皆有抱負及野心,兩人的聯盟是互惠,伏爾泰受利於科學家的支持,其叛逆的知識份子聲譽更響亮。莫佩爾笛則被引入巴黎上流社會的沙龍。
『地球的形狀』這本書,讓伏爾泰把莫佩爾笛捧上天:你的運算像阿基米德,勇氣像哥倫布,描述托爾尼奧 (Tornea,芬蘭靠近瑞典邊境的一座城市)的雪像米開蘭基羅,北極光像阿爾巴尼 (義大利畫家Francesco Albani,1578-1660)。
1750年6月,伏爾泰接受腓得烈大帝之邀請,前往柏林。國王還在波茨坦 (Potsdam)的忘憂宮 (Sans-Souci),特別為他保留一個房間。伏爾泰想成為國王唯一的寵幸者,於是開始施詭計、策畫陰謀,宮廷氣氛僵硬,分成派系:伏爾泰的朋友與敵人。伏爾泰出版一本隱喻評擊莫佩爾笛的小冊子,國王憤怒柏林科學院院長被毀謗,下令沒收、焚毀書籍。請求伏爾泰離開普魯士。此樁事件突顯伏爾泰陰暗的一面。
『莫佩爾笛的其他貢獻』
– 莫佩爾笛最先表述『最小作用量原理』(Principe de la Moindre Action,英文Least action principle),我拾起一塊石頭,往遠處丟,它在空間(與時間)通過一定的軌線而著地。石頭在移動時,花費了最小的作用量。莫佩爾笛試驗、證實此原理、
– 拒絕相信上帝創造萬物說,提出後生說 (漸成說) (l’épigénèse)。
– 新生兒的形成,父母具有同樣重要的角色 (受精過程125年後才被闡明)。認為遺傳現象的重要性。
– 物種的形成、進展,偶然與意外扮演重要角色,它們是更新、創新的原動力,提出『生物演化論』(transformism)的概念。
『人生舞台謝幕』
要趕赴柏林,1758年秋天,莫佩爾笛拖著病體來到瑞士巴塞爾 (Basel),在友人伯努利 (Daniel Bernoulli,1700-1782,醫生、物理學家、數學家)家療養。1759年春天,起初由普魯士王入侵薩克森(Saxe),演變成歐洲各國皆參與的『七年戰爭』(1756-1763)。他極想6月去柏林,朋友勸他還是留在原地。1759年7月27日,於他熱愛的兩個國家半途中, 莫佩爾笛在巴塞爾撒手人寰。
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