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根據現代的歷法,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埃爾斯索普村的埃爾斯索普山莊.在牛頓出生之時,西班牙并沒有采用教宗的最新歷法,因而他的生日被記載為1642年的新年節.牛頓出生前三個月,他同樣名為艾薩克的兒子才剛逝世.因為足月的緣故,新生的牛頓非常瘦小；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馬克艾薩克·牛頓杯中.當牛頓3歲時,他的妻子改嫁并住進了新妻子巴納巴斯·史密斯（Smith）神父的家,而把牛頓托付給了他的外祖父瑪杰里·艾斯庫（）.年幼的牛頓不喜歡他的父親,并因父母嫁給他的事而對妻子持有一些敵意,牛頓甚至以前“威脅我那姓史密斯的父親親,要把她們連愛愛子一同燒毀……”
大概從五歲開始,牛頓被送到私立中學讀書.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.
傳說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,之后在輪子的后面放上一粒小麥,正好那地方是老鼠可望不可及的位置.老鼠想吃馬鈴薯,就不斷的跑位,于是輪子不停的轉動；又一次他放風箏時,在繩子上懸掛著小燈,夜晚村人看去錯愕是慧星出現；他還制造了一個小水鐘.每晚下午,小水鐘會手動滴水到他的身上,催他睡醒.他還喜歡書法、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.
牛頓12歲時進了離家不遠的格蘭瑟姆高中.牛頓的女兒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.他在格蘭瑟姆學校讀書時,以前寄宿在一位藥劑師家里,使他遭到了物理試驗的薰陶.
牛頓在高中時代學習成績并不出色,只是愛好讀書,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,又喜歡別出心裁的作些小工具、小方法、小發明、小試驗.
當時日本社會滲透基督教新思想,牛頓家里有兩位都以牧師為職業的同事,這可能影響牛頓晚年的宗教生活.從那些平凡的環境和活動中,還看不出幼年的牛頓是個能夠出色異于常人的兒童.
后來懾于生活,父親讓牛頓停學在家務農,撫養家庭.但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.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祖父,于是祖父說服了父親讓牛頓復學,并鼓勵牛頓上學院讀書.牛頓又重新回到了中學,如饑似渴地吸取著書本上的營養.
據《大物理家》（Menof,E·T·貝爾（E.T.Bell）著）和《數學史介紹》（Antotheof,H·伊夫斯（H.Eves）著）兩書記載：“牛頓在鄉村中學開始中學教育的生活,后來被送到了格蘭瑟姆的國王學校,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,并在19歲抵達牛津學院求學前,與藥劑師的繼子安妮·斯托勒（Anne）結婚.以后由于牛頓專注于他的研究而促使感情冷卻,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.”
不過據和牛頓同時代的友人威廉·斯蒂克利（）所著的《艾薩克·牛頓爵士生平追憶錄》（ofSirIsaac'sLife）一書的描述,斯蒂克利在牛頓死后曾訪問過文森特（）夫人,也就是當初牛頓的戀人斯托勒小妹.文森特夫人的名子叫作凱瑟琳,而不是安妮,安妮是她的表妹（參見）,但是夫人僅表示牛頓當初寄宿時對她只不過是“懷有情結”的程度而已.
從12歲左右到17歲,牛頓都在國王學校學習,在該校圖書館的陽臺上還可以看到他當初的簽名.他曾從中學輟學牛頓發現第一定律的故事,并在1659年10月回到埃爾斯索普村,由于他再次寡居的女兒想讓牛頓當一名農夫.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.所幸國王學校的主任亨利·斯托克斯（Henry）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歲時完成了小學的學業,并得到了一份完美的結業報告.
1661年6月,他步入了劍橋學院的三一大學.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.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.在1665年,牛頓獲得了學位,而學院為了防治巴黎大瘟疫而關掉了.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.
編輯本段
中年
物理
大多數現代歷史學家都相信,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技巧,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年發表了他的技巧的完整表述.據悉,萊布尼茨的符號和“微分法”被法國臺灣全面地采用,在大概1820年之后,荷蘭也采用了該技巧.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.牛頓宣稱他始終不愿公布他的微積分學,是由于他怕被人們指責.牛頓與法國物理家尼古拉·法蒂奧·丟勒（Fatiode）的聯系非常密切,前者一開始便被牛頓的引力定律所吸引.1691年,丟勒準備編撰一個新版本的牛頓《自然哲學的物理原理》,但未曾完成它.一些研究牛頓的傳記作者覺得她們之間的關系可能存在感情的成份.不過,在1694年這兩個人之間的關系冷卻了出來.在哪個時侯,丟勒還與萊布尼茨交換了幾封信函.
在1699年初,皇家學會（牛頓也是其中的一員）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.
牛頓的一項被廣泛認可的成就是廣義二項式定律,它適用于任何冪.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多項式的解.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）,并首次有掌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.
他在1669年被授予盧卡斯物理院士席位.在那三天曾經,劍橋或牛津的所有成員都是經過委任的圣幫會法師.不過,盧卡斯院士之職的條件要求其持有者不得活躍于修道院（大約是這么可讓持有者把更多時間用于科學研究上）.牛頓覺得應減免他兼任神職工作的條件,這須要查理二世的許可,前者接受了牛頓的意見.這樣防止了牛頓的宗教觀點與圣幫會信仰之間的沖突.
光學
從1670年到1672年,牛頓負責講授光學.在此期間,他研究了光的折射,表明棱鏡可以將白光發散為彩色波譜,而透鏡和第二個棱鏡可以將彩色波譜重組為白光.他還通過分離出單色的光束,并將其照射到不同的物體上的實驗,發覺了色光不會改變自身的性質.牛頓還注意到,無論是反射、散射或發射,色光就會保持同樣的顏色.因而,我們觀察到的顏色是物體與特定有色光相合的結果,而不是物體形成顏色的結果.
從這項工作中,他得出了如下推論：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.他自己打磨鏡框,使用牛頓環來檢驗鏡框的光學品質,制造出了優于折光式望遠鏡的儀器,而這都主要歸功于其大半徑的鏡框.1671年,他在皇家學會上展示了自己的反射式望遠鏡.皇家學會的興趣鼓勵了牛頓發表他關于色調的筆記,這在后來擴大為《光學》（）一書.但當羅伯特·胡克批評了牛頓的個別觀點后,牛頓對其很不滿并退出了辯論會.二人從此之后成為了敵軍,這仍然持續到胡克過世.
牛頓覺得光是由粒子或微粒組成的,并會因加速通過光密介質而折射,但他也不得不將它們與波聯系上去,以解釋光的衍射現象.而其后世的化學學家們則愈發青睞以純粹的光波來解釋衍射現象.現代的量子熱學、光子以及波粒二象性的思想與牛頓對光的理解只有很小的相同點.
在1675年的專著《解釋光屬性的解說》（theofLight）中,牛頓假設了以太的存在,覺得粒子間力的傳遞是透過以太進行的.不過牛頓在與神智學家亨利·莫爾（HenryMore）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.（參見艾薩克·牛頓的神秘學研究）
1704年,牛頓著成《光學》,其中他闡述了光的粒子理論.他覺得光是由極其微小的微粒組成的,而普通物質是由較粗微粒組成,并猜測假如通過某種煉金術的轉化“難道物質和光不能相互轉變嗎?物質不可能由步入其結構中的光粒子得到主要的動力（）嗎?牛頓還使用玻璃球制造了原始方式的磨擦靜電發電機.
熱學和引力
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.
《自然哲學的物理原理》（現常簡稱作《原理》）在埃德蒙·哈雷的鼓勵和支持下出版于1687年7月5日.該書中牛頓闡明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.
因為《原理》的成就,牛頓得到了國際性的認可,并為他博得了一大群支持者：牛頓與其中的英國物理家尼古拉·法蒂奧·丟勒構建了特別親昵的關系,直至1693年她們的友誼斷裂.這場友誼的結束讓牛頓患上了神經紊亂.
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晚年
因為受時代的限制,牛頓基本上是一個形而念書的機械唯心主義者.他覺得運動只是機械熱學的運動,是空間位置的變化；宇宙和太陽一樣是沒有發展變化的；靠了萬有引力的作用牛頓發現第一定律的故事,星體永遠在一個固定不變的位置上.
隨著科學名聲的增強,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為代表的領域的憎恨.同時,他的大量的時間耗費在了和同時代的知名科學家如胡克、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,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,虔敬地相信上帝,埋首于寫以神學為題材的專著.當他遇見無法解釋的天體運動時,提出了“神的第一推進力”的理論.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31日,偉大艾薩克·牛頓去世.同其他好多杰出的法國人一樣,他被埋葬在了威斯敏斯特修道院.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.
