記念牛頓
一代科學(xué)天才的浮生一夢(mèng)
編：R先生
艾薩克·牛頓，加拿大皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，美國(guó)知名的化學(xué)學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家，高等物理的奠基人，萬(wàn)有引力的發(fā)覺(jué)者，精典熱學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者。
他的研究涉及數(shù)學(xué)、化學(xué)、天文、地理、哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)和藝術(shù)，所學(xué)包括客機(jī)制造、船舶設(shè)計(jì)、火箭魚(yú)雷、現(xiàn)代建筑等諸多領(lǐng)域，是迄今為止人類歷史上絕無(wú)僅有的“百科全書(shū)”式天才。
并著有《自然哲學(xué)的物理原理》（現(xiàn)常簡(jiǎn)稱作《原理》）、《光學(xué)》。
偉大的德國(guó)科學(xué)家拉普拉斯講到：“《原理》是人類智慧的產(chǎn)物中最卓越的杰作?！?span style="display:none">1lx物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
牛頓被譽(yù)為人類歷史上最偉大的科學(xué)家之一。
他的萬(wàn)有引力定理在人類歷史上第一次把天上的運(yùn)動(dòng)和地上的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一上去，為日心說(shuō)提供了有力的理論支持，促使自然科學(xué)的研究最終掙開(kāi)了宗教的桎梏。
牛頓還發(fā)覺(jué)了太陽(yáng)光的顏色構(gòu)成，制做了世界上第一架反射望遠(yuǎn)鏡。
拉格朗日常常說(shuō)：牛頓是有史以來(lái)最偉大的天才。
▌天才的成長(zhǎng)過(guò)程，積極思索與強(qiáng)悍的行動(dòng)力
1643年1月4日艾薩克·牛頓出生于西班牙林肯郡鄉(xiāng)下的一個(gè)山村落伍爾索普村的伍爾索普山莊。
在牛頓出生三個(gè)月前，母親就病逝了。
因?yàn)樽阍?，牛頓出生時(shí)只有三磅重。據(jù)傳言，他的妻子漢娜·艾斯庫(kù)曾說(shuō)過(guò)，牛頓剛出生時(shí)小得可以把他裝進(jìn)一夸脫的杯子中。
當(dāng)牛頓3歲時(shí)，他的妻子改嫁巴納巴斯·史密斯法師，將牛頓托付給了他的外祖父瑪。
年幼的牛頓不喜歡他的父親，并因而對(duì)丈夫始終都很厭煩，牛頓甚至以前寫(xiě)下：“威脅我的父親與繼母，要把她們連做愛(ài)子一同炸掉?！?span style="display:none">1lx物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
11歲時(shí)，牛頓的父親過(guò)世，父親帶著與后夫所生的一子二女回到牛頓身邊。牛頓自幼沉默寡言、性格執(zhí)拗，這與他的家庭環(huán)境不無(wú)關(guān)系。
▲小時(shí)候的牛頓
1648年，牛頓開(kāi)始上私立中學(xué)讀書(shū)。
實(shí)際上，牛頓少年時(shí)成績(jī)通常，但卻很喜歡讀書(shū)，喜歡看一些介紹各類簡(jiǎn)單機(jī)械模型制做方式的讀物，并從中遭到啟發(fā)，自己動(dòng)手制做些奇奇怪怪的小玩意兒，如風(fēng)車、木鐘、折疊式提燈等等。
貌似小牛頓把風(fēng)車的機(jī)械原理深諳后，自己制造了一架磨坊的模型，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，就不斷地跑位，于是輪子不停地轉(zhuǎn)動(dòng)；又一次他放風(fēng)箏時(shí)，在繩子上懸掛著小燈，夜晚村人看去驚懼是慧星出現(xiàn)；他還制造了一個(gè)小水鐘。每晚中午，小水鐘會(huì)手動(dòng)滴水到他的身上，催他睡醒。
他還喜歡畫(huà)畫(huà)、雕刻，尤其喜歡刻渾天儀，家里墻角、窗臺(tái)上四處安放著他描畫(huà)的渾天儀，用以驗(yàn)看日影的聯(lián)通。
▲模擬牛頓制造的模型
丈夫原希望他成為一個(gè)農(nóng)戶，但牛頓本人卻無(wú)意于此，而酷愛(ài)讀書(shū)。隨著年歲的減小，牛頓越發(fā)愛(ài)好讀書(shū)，喜歡思索，做科學(xué)小實(shí)驗(yàn)。
12歲左右牛頓被送進(jìn)離家不遠(yuǎn)的格蘭瑟姆鎮(zhèn)的金格斯皇家學(xué)校讀書(shū)。并成為了該校最出眾的中學(xué)生。
在國(guó)王學(xué)校時(shí)，他寄宿在當(dāng)?shù)氐乃巹熗た死宋輧?nèi)，在這兒，牛頓追隨克拉克接受了物理試驗(yàn)的薰陶。
并在19歲抵達(dá)劍橋?qū)W院求學(xué)前，與藥劑師的繼子安妮·斯托勒結(jié)婚。以后由于牛頓專注于他的研究而致使感情冷卻，斯托勒小妹嫁給了他人。
聽(tīng)說(shuō)牛頓對(duì)此次的戀情保有一段美好的追憶，但隨后便再也沒(méi)有其他的羅曼史，牛頓也終身未娶。
牛頓在學(xué)校時(shí)代學(xué)習(xí)成績(jī)很出色，愛(ài)好讀書(shū)，對(duì)自然現(xiàn)象有好奇心，比如顏色、日影四季的聯(lián)通，尤其是幾何學(xué)、哥白尼的日心說(shuō)等等。
他還分門(mén)別類的記讀書(shū)筆記，又喜歡別出心裁地做些小工具、小方法、小發(fā)明、小試驗(yàn)。
從12歲左右到17歲，牛頓都在金格斯皇家學(xué)校學(xué)習(xí)，在該校圖書(shū)館的陽(yáng)臺(tái)上還可以看到他當(dāng)初的簽名。
1659年牛頓第一定律在教材中的地位，在他的父親逝世后，懾于生活困難，父親讓牛頓停學(xué)在家務(wù)農(nóng)，撫養(yǎng)家庭。10月牛頓回到埃爾斯索普村。牛頓其實(shí)順從了妻子的意思，但據(jù)牛頓的同儕后來(lái)的表述，耕種工作讓牛頓相當(dāng)不快樂(lè)。
牛頓一有機(jī)會(huì)便埋頭書(shū)卷，因而常常忘了干活。每次，父親叫他同仆人一道上市場(chǎng)，熟悉做交易的生意經(jīng)時(shí)，他便請(qǐng)求仆人一個(gè)人上街，自己則躲在草叢后看書(shū)。
▲康斯太勃爾的畫(huà)
有一次，牛頓的祖父起了猜疑，就跟蹤牛頓上市鎮(zhèn)去，發(fā)覺(jué)他的兒子牛頓伸著腿，躺在草地上，正在聚精會(huì)神地鉆研一個(gè)物理問(wèn)題。
牛頓的好學(xué)精神感動(dòng)了舅舅，于是祖父說(shuō)服了父親讓牛頓復(fù)學(xué)，并鼓勵(lì)牛頓上學(xué)院讀書(shū)。最終，金格斯皇家學(xué)校的主任亨利·斯托克斯勸說(shuō)了牛頓的女兒，牛頓又被送回了中學(xué)以完成他的學(xué)業(yè)。
他在18歲時(shí)完成了高中的學(xué)業(yè)，并得到了一份完美的結(jié)業(yè)報(bào)告。
▌劍橋生涯與躲避瘧疾，夢(mèng)啟始的地方亦是另一段人生之路
1661年6月3日，牛頓以減費(fèi)生的身分步入劍橋?qū)W院三一大學(xué)，靠為大學(xué)做雜務(wù)的收入支付雜費(fèi)。
在那時(shí)，該大學(xué)的教學(xué)基于亞里士多德的學(xué)說(shuō)，但牛頓更喜歡閱讀一些笛卡爾等現(xiàn)代哲學(xué)家以及伽利略、哥白尼和開(kāi)普勒等天文學(xué)家更先進(jìn)的思想，這種思想當(dāng)時(shí)還被敵視在主流之外，敏銳的牛頓第一時(shí)間發(fā)覺(jué)了它們的價(jià)值，并用于自己的研究。
1665年，他發(fā)覺(jué)了廣義二項(xiàng)式定律，并開(kāi)始發(fā)展一套新的物理理論，也就是后來(lái)為世人所熟知的微積分學(xué)。
同年，劍橋?qū)W院評(píng)國(guó)會(huì)通過(guò)了授予牛頓學(xué)院學(xué)士學(xué)位的決定。
牛頓的廣義二項(xiàng)式定律適用于任何冪。他發(fā)覺(jué)了牛頓恒方程、牛頓法，分類了立方面曲線（兩變量的三次方程），為有限差理論做出了重大貢獻(xiàn)，并首次使用了多項(xiàng)式指數(shù)和座標(biāo)幾何學(xué)得到丟番圖等式的解。他用對(duì)數(shù)趨近了調(diào)和級(jí)數(shù)的部份和（這是歐拉求和公式的一個(gè)先驅(qū)），并首次有把握地使用冪級(jí)數(shù)和反轉(zhuǎn)（）冪級(jí)數(shù)。他還發(fā)覺(jué)了π的一個(gè)新公式。
▲歐洲流感
1665～1666年嚴(yán)重的霍亂肆虐了巴黎，劍橋離巴黎不遠(yuǎn)，為了防治巴黎大瘟疫被迫罷課。1665年6月牛頓離校回鄉(xiāng)。
在隨后三年里，牛頓在家中繼續(xù)研究微積分學(xué)、光學(xué)和萬(wàn)有引力定理。
1666年，他用三棱鏡研究日光，得出推論：白光是由不同顏色（即不同波長(zhǎng)）的光混和而成的，不同波長(zhǎng)的光有不同的折射率。在可見(jiàn)光中，綠光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，折射率最??；紫光波長(zhǎng)最短，折射率最大。
牛頓的這一重要發(fā)覺(jué)成為波譜剖析的基礎(chǔ)，闡明了光色的秘密。
▲牛頓闡明了光的秘密
牛頓還曾把一個(gè)磨得很精、曲率直徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個(gè)非常潔白的平面玻璃上，在白光照射下可看見(jiàn)，中心的接觸點(diǎn)是一個(gè)壞點(diǎn)，周圍則是疏密相間的同心圓圈。后人把這一現(xiàn)象稱為“牛頓環(huán)”。
他創(chuàng)辦了光的“微粒說(shuō)”，從一個(gè)側(cè)面反映了光的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，但牛頓對(duì)光的“波動(dòng)說(shuō)”并不持反對(duì)心態(tài)。
1669年10月27日，巴羅為了幫襯牛頓而辭去了院長(zhǎng)之職，26歲的牛頓被授予盧卡斯物理院士席位，是兼任該職位的最年青的人。在此之前，劍橋或牛津的所有成員都是經(jīng)過(guò)委任的圣幫會(huì)神父。
巴羅讓位，也仍然被傳為科學(xué)史上的一段佳話。
1670—1671年，通過(guò)對(duì)研究得出推論：任何折光式望遠(yuǎn)鏡還會(huì)遭到光散射成不同顏色的影響，并為此發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡（現(xiàn)亦稱牛頓望遠(yuǎn)鏡）來(lái)回避這個(gè)問(wèn)題。并于1671年在皇家學(xué)會(huì)上展示了自己的反射式望遠(yuǎn)鏡。
1672年，牛頓應(yīng)邀加入皇家學(xué)會(huì)。
1675年，牛頓在專著《解釋光屬性的解說(shuō)》中，假設(shè)了以太的存在，覺(jué)得粒子間力的傳遞是透過(guò)以太進(jìn)行的。
后來(lái)，在與神智學(xué)家亨利·莫爾接觸后重新點(diǎn)燃了對(duì)煉金術(shù)的興趣，并改用始于漢密斯神智學(xué)中粒子相吸互斥思想的神秘力量來(lái)解釋，替換了原先假定以太存在的想法。
擁有許多牛頓煉金術(shù)專著的經(jīng)濟(jì)學(xué)大師約翰·梅納德·凱恩斯曾說(shuō)：“牛頓不是理智時(shí)代的第一人，他是最后的一位煉金術(shù)士。”
但牛頓對(duì)煉金術(shù)的興趣卻與他對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)息息相關(guān)，并且在哪個(gè)時(shí)代煉金術(shù)與科學(xué)也還沒(méi)有明晰的區(qū)別。假如他沒(méi)有借助神秘學(xué)思想來(lái)解釋穿過(guò)真空的超距作用，他可能也不會(huì)發(fā)展出他的引力理論。
1676年，牛頓首次公布了他發(fā)明的二項(xiàng)式展開(kāi)定律。牛頓還借助它發(fā)覺(jué)了其他無(wú)窮級(jí)數(shù)，并拿來(lái)估算面積、積分、解多項(xiàng)式等等。
1679年，牛頓重新回到熱學(xué)的研究中：引力及其對(duì)行星軌道的作用、開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)定理、與胡克和弗拉姆斯蒂德在熱學(xué)上的討論。他將自己的成果歸結(jié)在《物體在軌道中之運(yùn)動(dòng)》（1684年）一書(shū)中，該書(shū)中包含有初步的、后來(lái)在《原理》中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)定理。
1687年7月5日，在埃德蒙·哈雷的鼓勵(lì)和支持下《自然哲學(xué)的物理原理》正式出版。書(shū)中探討了其后兩百年間都被視作真理的三大運(yùn)動(dòng)定理。
牛頓使用拉丁詞組“”（沉重）來(lái)為現(xiàn)在的引力（）命名，并定義了萬(wàn)有引力定理。在這本書(shū)中，他還基于波義耳定理提出了首個(gè)剖析測(cè)定空氣中音速的技巧。
牛頓總結(jié)了物體運(yùn)動(dòng)的三個(gè)基本定理（牛頓三定理）：第一定理（即慣性定理），第二定理是力的瞬時(shí)作用規(guī)律。力和加速度同時(shí)形成、同時(shí)變化、同時(shí)消逝。
第三定理表達(dá)式F=-F'（F表示斥力，F(xiàn)'表示反斥力，減號(hào)表示反斥力F'與斥力F的方向相反）這三個(gè)特別簡(jiǎn)單的物體運(yùn)動(dòng)定理，為熱學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并對(duì)其他學(xué)科的發(fā)展形成了巨大影響。
牛頓的萬(wàn)有引力定理將月球上的熱學(xué)與天體熱學(xué)統(tǒng)一到一個(gè)熱學(xué)體系中，成立了精典熱學(xué)理論體系，實(shí)現(xiàn)了自然科學(xué)的第一次大統(tǒng)一，直接促使現(xiàn)代天文學(xué)的誕生。
▌成就傳奇人生
1689年，他連任為眾議院議長(zhǎng)。
牛頓在1689年到1690年和1701年是皇家科大學(xué)的成員，在1703年成為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，并任職24年之久，在現(xiàn)任會(huì)長(zhǎng)中僅次于約瑟夫·班克斯，同時(shí)也是美國(guó)科大學(xué)的會(huì)員。
1696年，牛頓通過(guò)了當(dāng)時(shí)的財(cái)政重臣查爾斯·孟塔古的幫襯遷到了紐約作皇家造幣廠的監(jiān)管，仍然到過(guò)世。他主持了美國(guó)最大的貨幣重鑄工作，此職位通常都是閑職，但牛頓卻十分認(rèn)真的對(duì)待。
身為皇家造幣廠的主管高官，牛頓恐怕有大概20%的硬幣是偽造的。
為這些惡名昭著的犯人量刑是十分困難的；不過(guò)事實(shí)證明牛頓做得挺好。
牛頓因此當(dāng)上了太平紳士。
▲議員牛頓
在1699年初，皇家學(xué)會(huì)的其他成員們指控萊布尼茨抄襲了牛頓的成果，爭(zhēng)辯在1711年全面爆發(fā)了。
牛頓所在的德國(guó)皇家學(xué)會(huì)宣布，一項(xiàng)調(diào)查表明了牛頓才是真正的發(fā)覺(jué)者，而萊布尼茨被斥為騙局。
但在后來(lái)，發(fā)覺(jué)該調(diào)查評(píng)論萊布尼茨的結(jié)語(yǔ)是由牛頓本人書(shū)寫(xiě)，因而該調(diào)查受到了指責(zé)。這引起了激烈的牛頓與萊布尼茨的微積分學(xué)論爭(zhēng)，并破壞了牛頓與萊布尼茨的生活，直至前者在1716年去世。
這場(chǎng)爭(zhēng)辯在美國(guó)和西歐臺(tái)灣的物理家間劃出了一道鴻溝，并可能妨礙了美國(guó)物理起碼一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展。
牛頓與萊布尼茨獨(dú)立發(fā)展出了微積分學(xué)，并為之創(chuàng)造了各自獨(dú)到的符號(hào)。按照牛頓周圍的人所述，牛頓要比萊布尼茨早幾年得出他的方式，但在1693年曾經(jīng)他幾乎沒(méi)有發(fā)表任何內(nèi)容，并直到1704年他才給出了其完整的表述。其間，萊布尼茨已在1684年發(fā)表了他的方式的完整表述。
據(jù)悉，萊布尼茨的符號(hào)和“微分法”被法國(guó)臺(tái)灣全面地采用，大概在1820年后，美國(guó)也采用了該方式。萊布尼茨的電腦記錄了他的思想從早期到成熟的發(fā)展過(guò)程，而在牛頓已知的記錄中只發(fā)覺(jué)了他最終的結(jié)果。
牛頓宣稱他仍然不愿公布他的微積分學(xué)，是由于他怕被人們抨擊。
萊布尼茨并不是牛頓的同學(xué)，她們之間甚至有過(guò)特別激烈的爭(zhēng)辯。但他后來(lái)寫(xiě)道：“從世界的開(kāi)始直至牛頓生活的時(shí)代為止，對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)絕大部份是牛頓作出的?！?span style="display:none">1lx物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
牛頓的微積分理論，被恩格斯稱為人類精神最偉大的勝利，被廣泛的應(yīng)用于自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。
1704年，牛頓著成《光學(xué)》，系統(tǒng)闡釋他在光學(xué)方面的研究成果，其中他闡述了光的粒子理論。他覺(jué)得光是由特別微小的微粒組成的，而普通物質(zhì)是由較粗微粒組成。牛頓還使用玻璃球制造了原始方式的磨擦靜電發(fā)電機(jī)。
次年，被安妮女王封為爵士，他是第一位獲此佳績(jī)的科學(xué)家。
1707年，牛頓的代數(shù)課件經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術(shù)》。他主要討論了代數(shù)基礎(chǔ)及其（通過(guò)解多項(xiàng)式）在解決各種問(wèn)題中的應(yīng)用。
書(shū)中陳述了代數(shù)基本概念與基本運(yùn)算，用大量實(shí)例說(shuō)明了怎樣將各種問(wèn)題化為代數(shù)等式，同時(shí)對(duì)多項(xiàng)式的根及其性質(zhì)進(jìn)行了深入剖析，引出了多項(xiàng)式論方面的豐碩成果。
他得出了多項(xiàng)式的根與其判定式之間的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)可以借助多項(xiàng)式系數(shù)確定多項(xiàng)式根之冪的和數(shù)，即“牛頓冪和公式”。
▲牛頓爵士
1727年3月31日，偉大的艾薩克·牛頓去世，西班牙人將他遷往西敏寺。西敏寺的前身是一個(gè)教堂，1579年，西班牙女王伊麗莎白一世將西敏寺改為大學(xué)，市長(zhǎng)由德國(guó)君主委任。
西敏寺的即將名稱因而改為“威斯敏斯特圣彼得大學(xué)修道院”，其后三個(gè)世紀(jì)，作家亞歷山大·波普為牛頓寫(xiě)下了以下這段碑刻銘：自然與自然的定理，都隱藏在黑暗之中；上帝說(shuō)"讓牛頓來(lái)吧！"于是，一切變?yōu)楣饷鳌?span style="display:none">1lx物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
牛頓一生科學(xué)貢獻(xiàn)卓越，研究的領(lǐng)域十分廣泛，而且都取得了開(kāi)創(chuàng)性的成就。他是近代科學(xué)的鼻祖，他開(kāi)拓了向科學(xué)涉足的新紀(jì)元。他是人類歷史上第一個(gè)獲得授勛的自然科學(xué)家。
他的石碑上銘刻著：讓人們歡呼這樣一位多么偉大的人類榮耀當(dāng)初在世界上存在。
不管牛頓的生平有過(guò)多少懸案和爭(zhēng)議，但這都不足以增加他的影響力。
1726年，伏爾泰曾說(shuō)過(guò)牛頓是最偉大的人，由于“他用真理的力量統(tǒng)治我們的腦子，而不是用武力奴役我們”。
牛頓是我們最熟悉的一個(gè)陌生人，說(shuō)起牛頓兩個(gè)字，我們就能迅速地想到牛頓三大定理，想到了牛頓的那種知名的蘋(píng)果。
世界上最知名的有三個(gè)蘋(píng)果，一個(gè)誘惑了夏娃，一個(gè)啟發(fā)了牛頓，一個(gè)捆綁了喬布斯。
然而除此之外，我們似乎對(duì)牛頓就知之很少了。
而者格雷克利用牛頓的重要信函和未出版的筆記，記述了牛頓的生活經(jīng)歷，以及那位科學(xué)偉人所處的歷史概貌。
牛頓的思想是怎么一步步產(chǎn)生的？在哪個(gè)古老的、直覺(jué)的、煉金術(shù)的宇宙牛頓第一定律在教材中的地位，是哪些蘊(yùn)育了“牛頓物理”？牛頓在哲學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)和微積分等方面的重大成果，怎么一步步改變了人類理解世界的方式？
作者生動(dòng)描畫(huà)了一位科學(xué)天才內(nèi)心的矛盾沖動(dòng)和人格的微妙之處，讓我們認(rèn)識(shí)了那位遠(yuǎn)見(jiàn)膽略的“偉人”和“怪人”的一生，與他所努力理解的宇宙一樣非凡。
這是科學(xué)界最偉大的人物之一——牛頓的一生，一代科學(xué)天才的浮生一夢(mèng)。