記念牛頓
一代科學天才的浮生一夢
編：R先生
艾薩克·牛頓，加拿大皇家學會會長，美國知名的化學學家、數學家、天文學家和自然哲學家，高等物理的奠基人，萬有引力的發覺者，精典熱學的開創者。
他的研究涉及數學、化學、天文、地理、哲學、經濟和藝術，所學包括客機制造、船舶設計、火箭魚雷、現代建筑等諸多領域，是迄今為止人類歷史上絕無僅有的“百科全書”式天才。
并著有《自然哲學的物理原理》（現常簡稱作《原理》）、《光學》。
偉大的德國科學家拉普拉斯講到：“《原理》是人類智慧的產物中最卓越的杰作?！?span style="display:none">cso物理好資源網(原物理ok網)
牛頓被譽為人類歷史上最偉大的科學家之一。
他的萬有引力定理在人類歷史上第一次把天上的運動和地上的運動統一上去，為日心說提供了有力的理論支持，促使自然科學的研究最終掙開了宗教的桎梏。
牛頓還發覺了太陽光的顏色構成，制做了世界上第一架反射望遠鏡。
拉格朗日常常說：牛頓是有史以來最偉大的天才。
▌天才的成長過程，積極思索與強悍的行動力
1643年1月4日艾薩克·牛頓出生于西班牙林肯郡鄉下的一個山村落伍爾索普村的伍爾索普山莊。
在牛頓出生三個月前，母親就病逝了。
因為足月，牛頓出生時只有三磅重。據傳言，他的妻子漢娜·艾斯庫曾說過，牛頓剛出生時小得可以把他裝進一夸脫的杯子中。
當牛頓3歲時，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，并因而對丈夫始終都很厭煩，牛頓甚至以前寫下：“威脅我的父親與繼母，要把她們連做愛子一同炸掉?！?span style="display:none">cso物理好資源網(原物理ok網)
11歲時，牛頓的父親過世，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、性格執拗，這與他的家庭環境不無關系。
▲小時候的牛頓
1648年，牛頓開始上私立中學讀書。
實際上，牛頓少年時成績通常，但卻很喜歡讀書，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。
貌似小牛頓把風車的機械原理深諳后，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，于是輪子不停地轉動；又一次他放風箏時，在繩子上懸掛著小燈，夜晚村人看去驚懼是慧星出現；他還制造了一個小水鐘。每晚中午，小水鐘會手動滴水到他的身上，催他睡醒。
他還喜歡畫畫、雕刻，尤其喜歡刻渾天儀，家里墻角、窗臺上四處安放著他描畫的渾天儀，用以驗看日影的聯通。
▲模擬牛頓制造的模型
丈夫原希望他成為一個農戶，但牛頓本人卻無意于此，而酷愛讀書。隨著年歲的減小，牛頓越發愛好讀書，喜歡思索，做科學小實驗。
12歲左右牛頓被送進離家不遠的格蘭瑟姆鎮的金格斯皇家學校讀書。并成為了該校最出眾的中學生。
在國王學校時，他寄宿在當地的藥劑師威廉·克拉克屋內，在這兒，牛頓追隨克拉克接受了物理試驗的薰陶。
并在19歲抵達劍橋學院求學前，與藥劑師的繼子安妮·斯托勒結婚。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。
聽說牛頓對此次的戀情保有一段美好的追憶，但隨后便再也沒有其他的羅曼史，牛頓也終身未娶。
牛頓在學校時代學習成績很出色，愛好讀書，對自然現象有好奇心，比如顏色、日影四季的聯通，尤其是幾何學、哥白尼的日心說等等。
他還分門別類的記讀書筆記，又喜歡別出心裁地做些小工具、小方法、小發明、小試驗。
從12歲左右到17歲，牛頓都在金格斯皇家學校學習，在該校圖書館的陽臺上還可以看到他當初的簽名。
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，父親讓牛頓停學在家務農，撫養家庭。10月牛頓回到埃爾斯索普村。牛頓其實順從了妻子的意思，但據牛頓的同儕后來的表述，耕種工作讓牛頓相當不快樂。
牛頓一有機會便埋頭書卷，因而常常忘了干活。每次，父親叫他同仆人一道上市場，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。
▲康斯太勃爾的畫
有一次，牛頓的祖父起了猜疑，就跟蹤牛頓上市鎮去，發覺他的兒子牛頓伸著腿，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，并鼓勵牛頓上學院讀書。最終，金格斯皇家學校的主任亨利·斯托克斯勸說了牛頓的女兒，牛頓又被送回了中學以完成他的學業。
他在18歲時完成了高中的學業，并得到了一份完美的結業報告。
▌劍橋生涯與躲避瘧疾，夢啟始的地方亦是另一段人生之路
1661年6月3日，牛頓以減費生的身分步入劍橋學院三一大學，靠為大學做雜務的收入支付雜費。
在那時，該大學的教學基于亞里士多德的學說，但牛頓更喜歡閱讀一些笛卡爾等現代哲學家以及伽利略、哥白尼和開普勒等天文學家更先進的思想，這種思想當時還被敵視在主流之外，敏銳的牛頓第一時間發覺了它們的價值，并用于自己的研究。
1665年，他發覺了廣義二項式定律，并開始發展一套新的物理理論，也就是后來為世人所熟知的微積分學。
同年，劍橋學院評國會通過了授予牛頓學院學士學位的決定。
牛頓的廣義二項式定律適用于任何冪。他發覺了牛頓恒方程、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，并首次使用了多項式指數和座標幾何學得到丟番圖等式的解。他用對數趨近了調和級數的部份和（這是歐拉求和公式的一個先驅），并首次有把握地使用冪級數和反轉（）冪級數。他還發覺了π的一個新公式。
▲歐洲流感
1665～1666年嚴重的霍亂肆虐了巴黎，劍橋離巴黎不遠，為了防治巴黎大瘟疫被迫罷課。1665年6月牛頓離校回鄉。
在隨后三年里，牛頓在家中繼續研究微積分學、光學和萬有引力定理。
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）的光混和而成的，不同波長的光有不同的折射率。在可見光中，綠光波長最長，折射率最?。蛔瞎獠ㄩL最短，折射率最大。
牛頓的這一重要發覺成為波譜剖析的基礎，闡明了光色的秘密。
▲牛頓闡明了光的秘密
牛頓還曾把一個磨得很精、曲率直徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個非常潔白的平面玻璃上，在白光照射下可看見，中心的接觸點是一個壞點，周圍則是疏密相間的同心圓圈。后人把這一現象稱為“牛頓環”。
他創辦了光的“微粒說”，從一個側面反映了光的運動性質，但牛頓對光的“波動說”并不持反對心態。
1669年10月27日，巴羅為了幫襯牛頓而辭去了院長之職，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過委任的圣幫會神父。
巴羅讓位，也仍然被傳為科學史上的一段佳話。
1670—1671年，通過對研究得出推論：任何折光式望遠鏡還會遭到光散射成不同顏色的影響，并為此發明了反射式望遠鏡（現亦稱牛頓望遠鏡）來回避這個問題。并于1671年在皇家學會上展示了自己的反射式望遠鏡。
1672年，牛頓應邀加入皇家學會。
1675年，牛頓在專著《解釋光屬性的解說》中，假設了以太的存在，覺得粒子間力的傳遞是透過以太進行的。
后來，在與神智學家亨利·莫爾接觸后重新點燃了對煉金術的興趣，并改用始于漢密斯神智學中粒子相吸互斥思想的神秘力量來解釋，替換了原先假定以太存在的想法。
擁有許多牛頓煉金術專著的經濟學大師約翰·梅納德·凱恩斯曾說：“牛頓不是理智時代的第一人，他是最后的一位煉金術士。”
但牛頓對煉金術的興趣卻與他對科學的貢獻息息相關，并且在哪個時代煉金術與科學也還沒有明晰的區別。假如他沒有借助神秘學思想來解釋穿過真空的超距作用，他可能也不會發展出他的引力理論。
1676年，牛頓首次公布了他發明的二項式展開定律。牛頓還借助它發覺了其他無窮級數，并拿來估算面積、積分、解多項式等等。
1679年，牛頓重新回到熱學的研究中：引力及其對行星軌道的作用、開普勒的行星運動定理、與胡克和弗拉姆斯蒂德在熱學上的討論。他將自己的成果歸結在《物體在軌道中之運動》（1684年）一書中，該書中包含有初步的、后來在《原理》中產生的運動定理。
1687年7月5日，在埃德蒙·哈雷的鼓勵和支持下《自然哲學的物理原理》正式出版。書中探討了其后兩百年間都被視作真理的三大運動定理。
牛頓使用拉丁詞組“”（沉重）來為現在的引力（）命名，并定義了萬有引力定理。在這本書中，他還基于波義耳定理提出了首個剖析測定空氣中音速的技巧。
牛頓總結了物體運動的三個基本定理（牛頓三定理）：第一定理（即慣性定理），第二定理是力的瞬時作用規律。力和加速度同時形成、同時變化、同時消逝。
第三定理表達式F=-F'（F表示斥力，F'表示反斥力，減號表示反斥力F'與斥力F的方向相反）這三個特別簡單的物體運動定理，為熱學奠定了堅實的基礎，并對其他學科的發展形成了巨大影響。
牛頓的萬有引力定理將月球上的熱學與天體熱學統一到一個熱學體系中，成立了精典熱學理論體系，實現了自然科學的第一次大統一，直接促使現代天文學的誕生。
▌成就傳奇人生
1689年，他連任為眾議院議長。
牛頓在1689年到1690年和1701年是皇家科大學的成員，在1703年成為皇家學會會長，并任職24年之久，在現任會長中僅次于約瑟夫·班克斯，同時也是美國科大學的會員。
1696年，牛頓通過了當時的財政重臣查爾斯·孟塔古的幫襯遷到了紐約作皇家造幣廠的監管，仍然到過世。他主持了美國最大的貨幣重鑄工作，此職位通常都是閑職，但牛頓卻十分認真的對待。
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；不過事實證明牛頓做得挺好。
牛頓因此當上了太平紳士。
▲議員牛頓
在1699年初，皇家學會的其他成員們指控萊布尼茨抄襲了牛頓的成果，爭辯在1711年全面爆發了。
牛頓所在的德國皇家學會宣布，一項調查表明了牛頓才是真正的發覺者，而萊布尼茨被斥為騙局。
但在后來，發覺該調查評論萊布尼茨的結語是由牛頓本人書寫，因而該調查受到了指責。這引起了激烈的牛頓與萊布尼茨的微積分學論爭，并破壞了牛頓與萊布尼茨的生活，直至前者在1716年去世。
這場爭辯在美國和西歐臺灣的物理家間劃出了一道鴻溝，并可能妨礙了美國物理起碼一個世紀的發展。
牛頓與萊布尼茨獨立發展出了微積分學，并為之創造了各自獨到的符號。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年曾經他幾乎沒有發表任何內容，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年發表了他的方式的完整表述。
據悉，萊布尼茨的符號和“微分法”被法國臺灣全面地采用，大概在1820年后，美國也采用了該方式。萊布尼茨的電腦記錄了他的思想從早期到成熟的發展過程，而在牛頓已知的記錄中只發覺了他最終的結果。
牛頓宣稱他仍然不愿公布他的微積分學，是由于他怕被人們抨擊。
萊布尼茨并不是牛頓的同學，她們之間甚至有過特別激烈的爭辯。但他后來寫道：“從世界的開始直至牛頓生活的時代為止，對數學發展的貢獻絕大部份是牛頓作出的。”
牛頓的微積分理論，被恩格斯稱為人類精神最偉大的勝利，被廣泛的應用于自然科學的各個領域。
1704年，牛頓著成《光學》，系統闡釋他在光學方面的研究成果，其中他闡述了光的粒子理論。他覺得光是由特別微小的微粒組成的，而普通物質是由較粗微粒組成。牛頓還使用玻璃球制造了原始方式的磨擦靜電發電機。
次年，被安妮女王封為爵士，他是第一位獲此佳績的科學家。
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。
他得出了多項式的根與其判定式之間的關系，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教堂，1579年，西班牙女王伊麗莎白一世將西敏寺改為大學，市長由德國君主委任。
西敏寺的即將名稱因而改為“威斯敏斯特圣彼得大學修道院”，其后三個世紀，作家亞歷山大·波普為牛頓寫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"讓牛頓來吧！"于是，一切變為光明。
牛頓一生科學貢獻卓越，研究的領域十分廣泛，而且都取得了開創性的成就。他是近代科學的鼻祖，他開拓了向科學涉足的新紀元。他是人類歷史上第一個獲得授勛的自然科學家。
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初在世界上存在。
不管牛頓的生平有過多少懸案和爭議，但這都不足以增加他的影響力。
1726年，伏爾泰曾說過牛頓是最偉大的人，由于“他用真理的力量統治我們的腦子，而不是用武力奴役我們”。
牛頓是我們最熟悉的一個陌生人，說起牛頓兩個字，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果。
世界上最知名的有三個蘋果，一個誘惑了夏娃，一個啟發了牛頓，一個捆綁了喬布斯。
然而除此之外，我們似乎對牛頓就知之很少了。
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歷，以及那位科學偉人所處的歷史概貌。
牛頓的思想是怎么一步步產生的？在哪個古老的、直覺的、煉金術的宇宙牛頓第一定律在教材中的地位，是哪些蘊育了“牛頓物理”？牛頓在哲學、物理學、光學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？
作者生動描畫了一位科學天才內心的矛盾沖動和人格的微妙之處，讓我們認識了那位遠見膽略的“偉人”和“怪人”的一生，與他所努力理解的宇宙一樣非凡。
這是科學界最偉大的人物之一——牛頓的一生，一代科學天才的浮生一夢。
