名人故事——牛頓
少年牛頓
1642年的新年節前夜,在西班牙林肯郡沃爾斯索浦的一個農戶家庭里,牛頓誕生了。牛頓是一個足月兒,出生時只有3磅重。接生婆和他的雙親都害怕他能夠活出來。誰也沒有料到這個看上去微不足道的小東西會成為了一位震古爍今的科學巨人,但是活到了竟活到了85歲的高齡。
牛頓出生前三個月女兒便逝世了。在他兩歲時,父親改嫁。自此牛頓便由外祖父扶養11歲時,父親的后夫逝世,牛頓才回到了丈夫身邊。大概從5歲開始,牛頓被送到私立中學讀書,12歲時步入高中。少年時的牛頓并不是神童,他資質平時,成績通常,但他喜歡讀書喜歡看一些介紹各類簡單機械模型制做方式的讀物,并從中遭到啟發,自己動手制做些奇奇怪怪的小玩意兒,如風車、木鐘、折疊式提燈等等。藥劑師的房屋附近正建造風車,小牛頓把風車的機械原理深諳后,自己也制造了一架小風車。推進他的風車轉動的,不是風,而是植物。他將老鼠綁在一架有輪子的踏車上,之后在輪子的上面放上一粒小麥,正好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃花生,就不斷的跑位,于是輪子不停的轉動。他還制造了一個小水鐘。每晚中午,小水種會手動滴水到他的身上,催他睡醒。
后來,懾于生活,媽媽讓牛頓停學在家務農。但牛頓對務農并不感興趣,一有機會便埋頭書卷。每次,父親叫他同她的仆人一道上市場,熟悉做交易的生意經時,他便請求仆人一個人上街,自己則躲在草叢后看書。有一次,牛頓的勇父起了猜疑,就跟蹤牛頓上市鎮去,他發覺他的兒子伸著腿,躺在草地上,正在聚精會神地鉆研一個物理問題。牛頓的好學精神感動了舅舅,于是祖父說服了父親讓牛頓復學。牛頓又重新回到了中學,如饑似渴地吸取著書本上的營養。他寫了一首題為《三頂冠冪》的詩,抒發了他為實現獻身科學的理想而甘心承受苦悶的心態:
凡俗的冠冕啊,我痛恨他就像腳下的塵士;
它是沉重的,而最佳也只是一場空虛;
然而如今我愉快的歡迎一頂荊棘冠冕;
雖然刺得人痛,但口感主要的是甜;
我看到光榮之冠在我的面前呈現;
它飽含著幸福,永恒無邊。
求學時光
牛頓19歲時步入劍橋學院,成為三一大學的減費生,靠為大學做雜務的收入支付雜費。在這兒,牛頓開始接觸到大量自然科學著作,時常出席大學開展的各種講堂,包括地理、物理、天文和物理。牛頓的第一任院長伊薩克巴羅是個博學多才的學者。那位學者頗具慧眼,看出了牛頓具有深沉的觀察力、敏說的理解力。于是將自己的物理知識,包括估算曲線圖形面積的方式,全部傳授給牛頓,并把牛頓引向了近代自然科學的研究領域。
后來,牛頓在追憶時說道:巴羅博士當時講授關于運動學的課程,其實正是這種課程使得我去研究這方面的問題。
當時,牛頓在物理上很大程度是借助自學。他學習了歐幾里德的《幾何起初》、笛卡兒的《幾何學》、沃利斯的《無窮算術》、巴羅的《數學課件》及韋達等許多物理家的著作。其中,對牛頓具有決定性影響的要數笛卡兒的《幾何學》和沃利斯的《無窮算術》,它們將牛頓迅速引導到當時物理最前沿——解析幾何與微積分。1664年,牛頓被選為巴羅的助手,第二年,劍橋學院評國會通過了授予牛頓學院學士學位的決定。
正當牛頓打算留校繼續深造時,嚴重的霍亂肆虐了日本,劍橋學院因而而關掉,牛頓離校回鄉。故鄉安靜的環境促使他的思想振翅翱翔,以整個宇畝作為其桎梏。這短暫的歲月成為牛頓科學生涯中的黃金時光,他的三大成就:微積分、萬有引力、光學剖析的思想就是在這時蘊育成型的。可以說此時的牛頓早已開始著手描畫他一生大多數科學創造的新藍圖。
奇特的牛頓
1667年復活節后不久,牛頓返回到劍橋學院,10月被選為三一大學中級院委,盟年獲得碩士學位,同時成為中級院委。1669年,巴羅為了幫襯牛頓而辭去了院長之職,26歲的牛頓晉升為物理院士。巴羅讓位,在科學史上仍然被傳為佳話。
牛頓并不擅于教學,他在講授新近發覺的微積分時,中學生都接受不了。但在解決疑難問題方面的能力,他卻遠遠超過了常人。還是中學生時,牛頓就發覺了一種估算無限量的方式。他用這個秘密的方式,算出了雙曲面積到二百五十位數。他以前高價買下了一個棱鏡,并把它作為科學研究的工具,用它試驗了白光分解為的有顏色的光。開始,他并不樂意發表他的觀察所得,他的發覺都只是一種個人的閑暇,為的是使自己在靜寂的書齋中解悶。他孤身邀游于自己所創造的超級世界里。后來,在好友哈雷的全力說服下,才勉強同意出版他的原稿,才有劃時代巨著《自然哲學的物理原理》的問世。
作為學院院長,牛頓經常忙得不修邊幅,常常西服不結,襪帶不系好,長褲也不鈕扣,就走入了學院飯店。有一次,他在向一位女孩告白時思想又開了小差,他腦海了只剩下了無窮量的二項式定律。他捉住女孩的拇指,錯誤的把它當作通煙斗的通條,硬往煙斗里塞,痛得女孩大喊,離他而去。牛頓也因而終身未娶。
牛頓從容不迫地觀察日常生活中的小事,結果做出了科學史上一個個重要的發覺。他馬虎拖背,當初鬧過許多的笑話。一次,他邊讀書,邊煮豬肉,等他揭露鍋想吃豬肉時,卻發覺鍋里是一只懷表。還有一次,他請同學喝水,當飯菜打算好時,牛頓忽然想到一個問題,便只身進了內堂,朋友等了他很久還是不見他下來,于是同學就自己動手把那份雞全吃了,雞腿骨留在碟子,不告而別了。等牛頓想起,下來后,發覺了碟子里的腿骨,以為自己早已吃過了,便轉身又進了內堂,繼續研究他的問題。
偉大的成就
在牛頓的全部科學貢獻中,物理成就占有突出的地位。他物理生涯中的第一項創造性成果就是發覺了二項式定律。據牛頓本人追憶,他是在1664年和1665年間的冬天,在通讀沃利斯博士的《無窮算術》并企圖更改他的求圓面積的級數時發覺這一定理的。
微積分的成立是牛頓最卓越的物理成就。牛頓為解決運動問題,才成立這些和數學概念直接聯系的物理理論的,牛頓稱之為流堪輿。它所處理的一些具體問題,如切線問題、求積問題、瞬時速率問題以及函數的極大和極小值問題等,在牛頓前早已得到人們的研究了。但牛頓趕超了前人,他站在了更高的角度,對往年分散的努力加以綜合,將自古埃及以來求解無限小問題的各類方法統一為兩類普通的算法微分和積分,并確立了這兩類運算的互逆關系,進而完成了微積分發明中最關鍵的一步,為近代科學發展提供了最有效的工具,開辟了物理上的一個新紀元。
1707年,牛頓的代數課件經整理后出版,定名為《普遍算術》。他主要討論了代數基礎及其(通過解多項式在解決各種問題中的應用。書中陳述了代數基本概念與基本運算,用大量實例說明了怎樣將各種問題化為代數等式,同時對多項式的根及其性質進行了深入剖析,引出了多項式論方面的豐碩成果,如,他得出了多項式的根與其判斷式之間的關系,強調可以借助多項式系數確定多項式根之冪的和數,即牛頓冪和公式。
牛頓對解析幾何與綜合幾何都有貢獻。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心,給出密切線圓(或稱曲線圓概念,提出曲率公式及估算曲線的曲率技巧。并將自己的許多研究成果總締結專論《三次曲線枚舉》,于1704年發表。據悉,他的物理工作還涉及數值剖析、概率論和初等圖論等諸多領域。
牛頓是精典熱學理論理所其實的開創者。他系統的總結了伽利略、開普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的萬有引力定理和牛頓運動三定理。
牛頓發覺萬有引力定理是他在自然科學中最輝煌的成就。那是在暑假里,牛頓經常來到父親的屋內,在東苑里小坐片刻。有一次,象往年屢屢發生的那樣,一個蘋果從樹上掉了出來.一個蘋果的碰巧落地,卻是人類思想史的一個轉折點,它使那種坐在東苑里的人的腦子開了竅,導致他的思索:到底是哪些誘因使一切物體都遭到差不多總是朝向地心的吸引呢?牛頓沉思著。總算,他發覺了對人類具有劃時代意義的萬有引力。他覺得太陽吸引行星,行星吸引行星,以及吸引地面上一切物體的力都是具有相同性質的力,還用微積分證明了開普勒定理中太陽對行星的斥力是吸引力,證明了任何一曲線運動的質點,若是直徑指向靜止或勻速直線運動的點,且繞此點掃過與時間成反比的面積,則此質點必受指向該點的向心力的作用,假如環繞的周期之平方與直徑的立方成反比,則向心力與直徑的平方成正比。牛頓還通過了大量實驗,證明了任何兩物體之間都存在著吸引力,總結出了萬有引力定理:F=G(m1m2/r2)(m1和m2是兩物體的質量,r為兩物體之間的距離)。在同一時期,雷恩、哈雷和胡克等科學家都在探求天體運動奧秘,其中以胡克較為突出,他早就意識到引力的平方正比定理,但他缺少象牛頓那樣的物理能夠,不能得出定量的表示。
牛頓運動三定理是構成精典熱學的理論基礎。這種定理是在大量實驗基礎上總結下來的是解決機械運動問題的基本理論根據。
1687年,牛頓出版了代表作《自然哲學的物理原理》,這是一部熱學的精典著作。牛頓在這部書中,從熱學的基本概念(質量、動量、慣性、力)和基本定理(運動三定理)出發運用他所發明的微積分這一銳利的語文工具,構建了精典熱學的完整而嚴密的體系,把天體熱學和地面上的物體熱學統一上去,實現了化學學史上第一次大的綜合。
在光學方面,牛頓也取得了巨大成果。他借助三棱鏡試驗了白光分解為的有顏色的光,最早發覺了白光的組成。他對各式光的折射率進行了精確剖析,說明了色散現象的本質。他強調,因為對不同顏色的光的折射率和反射率不同,才導致物體顏色的差異,因而揭露了顏色之迷。牛頓還提出了光的微粒說牛頓第一定律是牛頓提出的嗎,覺得光是由微粒產生的,但是走的是最快速的直線運動路徑.他的微粒說與后來惠更斯的波動說構成了關于光的兩大基本理論。據悉,他還制做了牛頓色盤和反射式望遠鏡等多種光學儀器。
牛頓的研究領域十分廣泛,他在幾乎每位他所進軍的科學領域都作出了重要的成績。他研究過計溫學,觀測水沸騰或融化時的固定體溫,研究熱物體的冷卻律,以及其他一些只有在與他自己的主要成就想比較時,才變得遜色的課題。
牛頓晚年
隨著科學名聲的提升,牛頓的政治地位也得到了提高。1689年,他被連任為議會中的學院代表。作為議會議長,牛頓漸漸開始厭煩給他帶來巨大成就的科學。他不時表示出對以他頭代表的領域的仇視。同時,他的大量的時間耗費在了和同時代的著名科學家如胡克、萊布尼茲等進行科學優先權的爭辯上。
晚年的牛頓在巴黎過著堂皇的生活,1705年他被安妮女王封為貴族。此時的牛頓十分富于牛頓第一定律是牛頓提出的嗎,被普遍覺得是生存著的最偉大的科學家。他兼任加拿大皇家學會會長,在他任職的二十四年時間里,他以鐵拳統治著學會。沒有他的同意,任何人都不能被改選。
晚年的牛頓開始旨在于對神學的研究,他否定哲學的指導作用,虛誠地相信上帝,埋首于寫以神學為題材的著作。當他遇見無法解釋的天體運動時,竟提出了神的第一推進力的謬誤。他說上帝統治萬物,我們是他的奴仆而崇敬他、崇拜他。
1727年3月20日,偉大艾薩克牛頓去世。同其他好多杰出的美國人一樣,他被埋葬在了威斯敏斯特修道院。他的草碑上銘刻著:
讓人們歡呼這樣一位多么偉大的人類榮耀當初在世界上存在。