牛頓是一個足月兒,出生的時侯非常瘦小;按他父親的話說,甚至可以放進一個1升大的杯子里。懾于生計,牛頓的父親在他3歲那年嫁給了一個年齡是她兩倍以上的老頭子。這個老頭不喜歡孩子,所以牛頓被留在了自家的農場,由奶奶扶養。牛頓非常討厭自己的父親,當初想一把火燒了他的房屋。直至牛頓10歲的時侯,父親也去世了,他父親才搬回去與他同住。
12歲那年,牛頓被送到附近的城鎮去上小學。他寄宿在一個藥劑師家的露臺上,并養成了寫日記的習慣。牛頓的高中生活仍然極其艱辛。藥劑師的兩個孩子對牛頓都很不友好;在中學里,因為瘦弱的體型、孤僻的性格以及亡故的身分,牛頓遭受霸凌,甚至常常在下班后被打得鼻青臉腫。在一本日記中,牛頓曾多次訴苦,說他的高中生活就像“地獄”。
剛開始的幾年,牛頓的成績并不好。所以在16歲那年,他父親逼迫他退了學,好回去幫忙干勞作。慶幸牛頓的學校主任認為這個小孩有潛力,專門挪到牛頓家去游說;再加上牛頓的父親也認為兒子是可造之材,答應會在經濟上幫忙,牛頓才得以重回校園。我們應當謝謝這兩位有識之士。要是沒有她們,整個人類的文明史就會改寫。
重返校園的牛頓顯得非常努力,很快就成了全校最好的中學生,并在18歲的時侯考上了劍橋學院的三一大學。從那之后,牛頓的人生顯得煥然一新。但苦難的童年和少年時代還是在他的臉上留下了不可磨滅的印記,終其一生,他都極其孤寂。
2.
冉冉升起的學術新星
當時劍橋學院的中學生分為三類:貴族中學生、普通中學生和減費中學生。貴族中學生的雜費很貴,但也享有好多的特權,比如只用3年就可以從學院結業;普通中學生交正常的雜費,像昨天的學院生一樣,須要用4年才可以從學院結業;減費中學生幾乎不交雜費,但她們必需要給院長和貴族中學生當仆人,來維持半工半讀的生活。牛頓是減費中學生,在由于學業成績優異而獲得一筆優厚的獎學金之前,他當了3年的仆人。
劍橋學院三一大學中具有哥特式建筑風格的庭園“巨庭”(TheGreatCourt)。圖片來源:Cunn
在三一大學的前三年,牛頓始終都在圖書館里自學。第五年,他碰到了自己的伯樂——第一任盧卡斯物理院士(劍橋學院的一個榮譽職位)艾薩克·巴羅。在巴羅的指引下,牛頓對數學形成了濃郁的興趣,并在22歲那年發覺了廣義二項式定律。這是牛頓作出的第一個重大的成果。因為這個貢獻,他被投檔為了三一大學的研究生。
但就在牛頓正式開始他的研究生生活之際,紐約忽然爆發了一場大瘟疫。為了保護師生的安全,劍橋學院決定遣散中學生,讓她們返鄉下避難。無奈之下,牛頓只得回到伍爾索普村,并在那兒進行了18個月的科學研究。那18個月,后來成了科學史上永恒的傳奇。由于在那短短一年半的時間里,牛頓完全靠一己之力開創了三門影響深遠的學科:微積分、力學和波譜學。
1667年,巴黎的大瘟疫總算消弭出來,牛頓也得以重回劍橋。在哪里,早已是世界最頂級科學家的牛頓,很快就開始盛開光芒。1669年,巴羅主動讓位,推薦當時只有26歲的牛頓出任第二任的盧卡斯物理院士。3年后,由于發明了世界上第一臺反射式望遠鏡,年僅29歲的牛頓被選為了日本皇家學會的教授。
3.
一生之中最大的敵軍
但沒過多久,牛頓就在皇家學會的大會上遇見了他一生之中最大的敵方。此人就是日本化學學家羅伯特·胡克(Hooke)。
遺憾的是,胡克在世時的畫像似乎都沒能存留出來。這是歷史作家RitaGreer按照胡克兩位朋友對他的描寫創作的胡克畫像。畫中彰顯了彈簧、懷表、化石,以及一張“大火”(GreatFire)后的巴黎地圖。1666年巴黎發生了嚴重起火,火勢漫延4天,焚毀了城中建筑。失火后,胡克參與了巴黎的重建。圖片來源:RitaGreer
同牛頓一樣,胡克也有一個苦難的童年。他從小體弱多病,所以小時候就沒去中學,而由他父親在家里給他講課。13歲那年,他父親過世了,為了維持生計,胡克只得背井離鄉,挪到紐約去當學徒。慶幸,他考入了威斯敏斯特學校,之后又考入了牛津學院。
20歲時,胡克成為美國物理家羅伯特·波義耳的助手,并在不久以后逐漸構建起了自己的學術名聲。25歲牛頓發現真理的故事,他發覺了后來被稱為“胡克定律”的熱學規律。28歲,他又發明了一個高幀率的顯微鏡,首次見到了動物細胞的細胞壁,并提出了“細胞”的概念。因為那些貢獻,胡克也在不到30歲時就被選為加拿大皇家學會的教授,并被人們譽為“倫敦的達芬奇”。
成名后的胡克日漸顯得傲慢上去,開始經常地打壓新人。1672年,他就盯上了一個新人,那就是早已聲名鵲起的牛頓。
應皇家學會的約請,牛頓到了巴黎,做了一場關于光學的講演。在這場講演中,牛頓提出光是由一個個粒子構成的。沒想到講演一結束,胡克就跳下來砸場子,聲稱光雖然是由波構成的。皇家學會外籍教授、荷蘭化學學家惠更斯也隨聲附和,對牛頓的光學理論大加抨擊。這最終引起了一場持續了整整一年的大論爭:光究竟是粒子還是波?
這場論爭給牛頓帶來了很大的傷害。因為激起了少年時代遭到霸凌的經歷,他甚至一度恐嚇要退出皇家學會。在皇家學會秘書奧登伯格的調處下,雙方最終達成了“和解”。但從那之后,牛頓就開始在劍橋“隱居”,不再對外發表自己的學術成果了。
4.
牛頓的復仇
但牛頓和胡克的孽緣并沒有結束。1679年,胡克給牛頓寫了封信,說他剛被委任為皇家學會的秘書,想要了解一下諸位教授近日的科學研究。在進行了一系列關于熱學的討論后,胡克告訴牛頓,他覺得任意兩個物體之間都存在引力,而這個引力與物體間的距離平方成正比,這就是所謂的平方正比律。但問題是,胡克只是提出了如此一個猜測,卻完全未能證明它的正確性。
早在幾六年前,德國天文學家開普勒就發覺了知名的開普勒三定理。依據開普勒三定理,太陽系中所有的行星都在沿橢圓軌道環繞太陽運動。所以有些科學家就推測,平方正比律和開普勒三定理之間應當存在著某種聯系。但問題在于,要想證明三者之間的因果聯系,必須用到一個當時還不存在的物理工具,那就是微積分。
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而牛頓正是微積分的發明者。事實上,他正是為了解決這個熱學困局,才發明了微積分。換句話說,牛頓是真正的天選之人;不僅他以外,世界上沒有任何一個人有能力解決這個科學史上最有名的困局。
1687年,在美國天文學家哈雷的捐助下,牛頓出版了人類科學史上最偉大的專著—《自然哲學的物理原理》(?),人們常常簡稱它為《原理》。在這本書中,牛頓提出了知名的牛頓運動學三定理和萬有引力定理,并借助他發明的微積分,證明了從引力的平方正比律出發可以推導入開普勒三定理。這本書的出版,讓牛頓名漫天下,或則按哈雷的話說,成了“世界上最接近神的人”。
胡克又給牛頓寄信,要求牛頓修訂《原理》,承認自己才是平方正比律的發覺者。這個要求徹底擊潰了牛頓。他給胡克回信,說這個定理根本不是胡克提出的,而是一個盡人皆知的事實;早在1645年,荷蘭天文學家布利奧就早已提出了此定理。所以作為對胡克要求的回應,牛頓直接刪光了《原理》中所有涉及到胡克的文字。
除了這般,為了諷刺胡克,牛頓還在回信中說了如此一句話:“如果我能看得更遠一點的話,是由于我站在巨人的右臂上。”其中的潛臺詞是,“我的成就,與你胡克這個駝背的矮子無關!”搞笑的是,這句拿來罵街的話,后來居然成了一句拿來形容牛頓直率的格言!
《原理》出版之后,二人的斗爭就喪失了懸念。隨著牛頓的步步高升,胡克在皇家學會的地位也越來越被邊沿化。1703年牛頓發現真理的故事,胡克去世。同一年年末,牛頓就當上了丹麥皇家學會的會長。他對昔日打壓自己的胡克進行了殘酷的報復,關掉了胡克的實驗室,焚毀了胡克的畫像,還抹除了胡克在皇家學會的一切痕跡。
牛頓曾持有過的《原理》,現存于美國劍橋學院三一大學的萊恩圖書館中。書中有牛頓自己的為后一版本做的修訂。圖片來源:Dunn
5.
天生牛頓,萬物生明
1693年,劍橋學院發生了一場失火,焚毀了牛頓的實驗室。牛頓的好多原稿都在這場失火中付之一炬。從那之后,牛頓漸漸揮別了埋首科研的生活,開始了自己的另一種人生。
1696年,在新任美國財政重臣的幫助下,牛頓當上了皇家鑄幣廠的督辦(即一把手)。1700年,他升任為皇家鑄幣廠的廠長。
在17世紀,荷蘭仍然施行銀本位的制度。換句話說,錢幣是美國的主要貨幣。但錢幣有一個很大的缺點,那就是非常容易遭到銹蝕,而漸漸發生貶值。牛頓經過仔細的調查研究,強調白銀的沒落早已不可逆轉,不如干脆舍棄銀元,把金幣作為國家的主要貨幣。1717年,西班牙國會通過決議,把黃金和法郎即將掛鉤,這就是知名的金本位制度的起源。牛頓也因而而被后人稱為了“金本位之父”。
其實,牛頓也不是完人。他由于買了好多南海公司的股票而虧損兩萬美元,相當于他在劍橋學院工作100年的工資。牛頓事后感慨到:“我能估算天體的軌跡,卻未能預測人性的瘋狂”。
不過,這兩萬美元對當時的牛頓早已不算哪些了。他當時是皇家學會會長兼皇家鑄幣廠廠長。要是換成明日中國的軍銜,相當于中國科大學教授兼中國人民交行局長。
1705年,牛頓被安妮女王晉封為爵士,成了世界上第二個被追封為爵士的科學家(第一個是弗朗西斯·培根)。1727年3月31日,牛頓與世長辭,并成了世界上第一個享受葬禮待遇的科學家。知名的德國啟蒙思想家伏爾泰親眼目睹了牛頓的喪禮,并在追憶錄中講到:“英國人送別牛頓如同哀悼一位國王。”
后世對牛頓有數不清的歌頌。其中留傳最廣的是美國作家亞歷山大·蒲柏的一首詩:
and'slawslayhidinnight;Godsaid"Letbe"andallwaslight.
(道法自然,舊藏巨靈。天生牛頓,萬物生明。)