本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
作为夏洛克·福尔摩斯的铁杆粉丝，我有时羡慕我的（现已离职的）SciAm联合博主玛丽亚·康尼科娃，她想出了如何将她对福尔摩斯的热爱与她的心理学领域相结合（参见她的畅销书Mastermind: How To Think Like Sherlock Holmes（《像夏洛克·福尔摩斯一样思考的智力》））。所以你可以想象当我 Jen-Luc Piquant 上周偶然发现一篇关于 arxiv 的短篇论文，其中洞察了詹姆斯·莫里亚蒂教授——夏洛克的头号宿敌——的虚构科学论文的选定标题时，我是多么高兴。佛罗里达州立大学的作者亚历杭德罗·詹金斯试图回答一个迫切的问题，即为什么莫里亚蒂将他的论文命名为“小行星动力学”（单数），而不是使用现代用法中更常见的复数形式。
以下是夏洛克在 1914 年的短篇小说《恐怖谷》（实际背景设定在 1888 年）中对莫里亚蒂的评价
他不是《小行星动力学》的著名作者吗？据说这本书达到了如此稀薄的纯数学高度，以至于科学界没有人能够批评它吗？
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福尔摩斯经典中没有提供关于这部开创性著作的其他信息——这是一种旨在服务于叙事目的的细节，即确立主要反派作为值得尊敬的对手的天才——但这并没有阻止具有极客倾向的铁杆粉丝试图充实细节。
大约在故事发生的时代，一位以刻薄行为而闻名的美国天文学家西蒙·纽康，撰写了几本关于太阳系行星运动的书籍。印度数学家斯里尼瓦萨·拉马努金据称在 1913 年给他在剑桥大学的同行寄了信，概述了他自己的工作，但发现没有人能理解。（至少，G.H.哈代承认了他的才华，但承认这些信“完全击败了我；我以前从未见过任何类似的东西。”）当柯南·道尔创作莫里亚蒂这个角色时，这两个人可能都成为了灵感来源。
但这并没有真正解决为什么标题中“小行星”是单数而不是复数的问题。有人推测，这可能是指高斯在 1821 年撰写的关于小行星动力学的专著（使用至今的方法）。艾萨克·阿西莫夫在 1985 年写了一篇短篇小说《终极犯罪》，其中断言莫里亚蒂的专著可能描述了一颗特定的小行星，一颗行星，科学家们曾经认为这颗行星可能“分解成当前的小行星带”，根据詹金斯的说法。阿西莫夫认为，“摧毁整个世界将是一个吸引莫里亚蒂病态天才的主题。”
然而，詹金斯认为这可能只是反映了那个时代常见的科学用法。 我给詹金斯发了电子邮件，想了解更多关于他这篇有趣的论文的背景故事，并且毫不惊讶地发现他是一位长期的福尔摩斯粉丝，从小就研读所有经典作品。他的特殊版本（Bantam）以洛伦·埃斯特曼的一篇文章开头，詹金斯说，这篇文章“让我了解了将[故事]当作真实事件的记述来写作的做法。”
但刘易斯·卡罗尔被证明是本文的中心灵感——卡罗尔，以及 2011 年的夏洛克·福尔摩斯电影《诡影游戏》。我知道，我知道，它与本尼迪克特·康伯巴奇主演的 BBC 重启版相比相形见绌，但这部电影的一个关键情节是利用莫里亚蒂的学术兴趣——在这种情况下，是一本关于园艺的书——来解码这位恶棍的秘密日记，其中概述了他所有统治世界的邪恶计划。
事实上，这部电影中有很多偶然的数学知识，这要归功于两位牛津数学家阿兰·戈里利和德里克·莫尔顿的努力，他们咨询了并分享了他们的思考过程，一旦电影上映。莫里亚蒂的学术地位是另一项关于二项式定理的工作的结果，该工作在他 21 岁时完成（如“最后一案”中所述）——这是经典中引用的关于莫里亚蒂学术成就的唯一其他内容。因此，戈里利和莫尔顿决定，“考虑到他对二项式定理的痴迷，我们为他创建的代码基于帕斯卡三角形。该代码有三个要素：公钥、编码公式和密码。”
他们还为莫里亚蒂在 1885 年左右的讲座想出了一个合适的主题，并将《小行星动力学》作为起点。他们借鉴了亨利·庞加莱关于 N 体问题的现实工作，以及乔治·希尔在 1878 年对限制性三体问题的解决方案（具体细节可以在链接的文章中找到），以及保罗·潘勒韦在 1895 年左右关于碰撞体的工作。（两人对最终的电影印象不深，但仍然得出结论，福尔摩斯“本可以成为一名优秀的应用数学家。”）
但我们离题了。这部电影让詹金斯想起了刘易斯·卡罗尔写过的一篇不寻常的模仿作品，嘲讽牛津大学的学术政治，名为“粒子动力学”。他还一直在研读一些较旧的英国科学文本，为教授分析力学课程做准备，并记得一本名为Dynamics of a Particle, With Numerous Examples（《粒子动力学，附大量例题》）的专著——在柯南·道尔的故事发生的时代——是经典力学入门课程的标准教材。他得出结论，柯南·道尔很可能已经意识到这些文本，并认为这本可能是莫里亚蒂虚构杰作的灵感来源。
詹金斯说：“[莫里亚蒂]研究小行星并非那么奇怪，因为天体力学一直是纯数学许多重大发展的源泉，” 他补充说，这与混沌理论的发展也有有趣的联系。庞加莱因其在 N 体问题上的工作而获得了奥斯卡二世国王颁发的特别奖，这促使庞加莱撰写了一系列关于该主题的三本书（《天体力学新方法》），于 1892 年出版。但是庞加莱在第一版中犯了一个错误，正如戈里利和莫尔顿在他们的文章中指出的那样——“导致了数学中对初始条件和混沌的敏感性的发现。”
事实上，詹金斯在将他的论文发布到 arxiv 后收到的第一批回复之一就提出了同样的观点。这意味着莫里亚蒂非常聪明，如果他的专著是真实的，他本可以在庞加莱之前 25 年开创混沌理论。詹金斯告诉我：“如果小行星的轨道与附近一颗大型行星的轨道共振，则小行星的轨道可能会变得混乱。“这现在是小行星带中‘柯克伍德空隙’的公认解释：在某些狭窄的带中，小行星轨道由于与木星的相互作用而变得混乱，最终与火星碰撞并被移除循环。”
詹金斯并不是第一个对福尔摩斯和天文学进行文学侦探的学者。他引用的作品包括布拉德利·谢弗1993 年发表的一篇论文，详细介绍了柯南·道尔经典作品中的各种天文联系。他对这一点并不感到惊讶。“天文学是真正的第一门科学，”詹金斯说。“所有科学的基本思想，即自然服从我们可以通过观察和推理来弄清楚的规则，历史上都来自天文学。我认为侦探故事与天文学和科幻小说有亲和力并不奇怪，侦探故事的吸引力恰恰在于展示推理使秩序重回被犯罪威胁的世界。”
当然，对于福尔摩斯据称的智力水平，他曾公开表示对哥白尼太阳系一无所知——你知道，地球绕太阳而不是相反方向运行的那个。这是一个经典的福尔摩斯典故，但在经典作品中的其他故事中，也有其他例子表明福尔摩斯实际上对天文学了解很多。“也许他只是在第一次见到华生时开玩笑说他对太阳系一无所知，”詹金斯沉思道。或者这可能只是这位伟大侦探百科全书式知识中的一个令人尴尬的漏洞。
参考文献:
阿西莫夫，艾萨克。《终极犯罪》，《黑寡妇俱乐部的更多故事》。纽约州花园城：Doubleday，1967 年，第 166-80 页。
戈里利，阿兰和莫尔顿，德里克，E. (2012) “《福尔摩斯：诡影游戏》背后的数学”，《SIAM 新闻》，45: 3。
詹金斯，亚历杭德罗。(2013)。“关于莫里亚蒂的《小行星动力学》的标题”，arxiv（预印本）。
谢弗，B.E. (1993) “夏洛克·福尔摩斯和一些天文联系”，《英国天文学会杂志》103: 30-34。
泰特，P.G. 和斯蒂尔，W.J. 粒子动力学专著，附大量例题，第 7 版。伦敦和纽约：麦克米伦，1900 年。