牛顿

伊萨克·牛顿(IssacNewton，1642—1727)，英国著名科学家。他是近代科学的力学奠基人，并在数学、光学、天文学诸领域作出卓越贡献。

1642年12月25日，牛顿诞生在英国林肯郡格兰赛姆区的伍耳索普村。他的父亲名叫伊萨克，有120英亩土地，在牛顿出生前两月去世。他的母亲汉娜把牛顿仍然叫做伊萨克，待他长到两岁，便改嫁给邻村的牧师巴顿，从此牛顿便跟从年迈的外祖母过活。

牛顿到了学龄，被送到当地公立小学读书。放学回家，他喜欢制作各种玩具，总是花样翻新，津津有味，连功课也荒疏了。有一次，他仔细看了磨房后，花了一个星期，做成一架漂亮的水车，拿到学校，同学们都赞不绝口，拿到溪边一试，转得很灵。有个恃强好胜的同学非常妒忌，竭力上来捣乱，不仅把小水车砸个稀烂，连牛顿的腰窝也挨了他一脚，有些同学也趁势起哄，叫他“笨蛋”、“蠢木匠”。牛顿平素温顺和善，这次不禁大怒起来，没命猛冲过去，终于把那个呆霸王打倒。经过这件事，牛顿的顽强精神被唤醒了，同时也从此发愤学习。

12岁时，牛顿来到格兰珊镇上金格斯中学，寄宿在克拉克的药店楼上。牛顿在校并不引人注目，他腼腆怕羞，不爱说话，学习认真，功课作业做得整整齐齐。他还用木箱和玻璃瓶做成水钟，控制时间，每天黎明水钟按时滴水到他的脸上，把他叫醒。

他的母亲汉娜，因巴顿牧师病故，又回到牛顿家里，还带着两个妹妹和一个弟弟。一年之后，她希望牛顿回家放牧耕种。牛顿想，务农也可学习，便回到伍耳索普村。但这个14岁的少年充满理想，不停地思考着各种学习问题，他在自家石墙上雕刻了太阳钟，争分夺秒地学习。有一次，他在暴风雨中跑来跑去测验风力，浇得浑身湿透，他母亲惊呆了，怕他真的疯了，只好同牛顿的舅舅詹姆士商量，仍叫牛顿继续上学。

牛顿回到金格斯中学，克拉克也很喜欢，资助他各种药品和玻璃器械做实验。克拉克的女儿斯特莱是个漂亮的姑娘，用牛顿的诗画帮助他把房间装饰一新，并经常上楼来看他学习和实验，牛顿对她也很倾心。可是斯特莱在牛津大学毕业前不久，却嫁到别的地方去了，婚后的生活并不幸福。牛顿一生不娶，直到84岁，都没有忘却年轻时和斯特莱的友谊，总是帮助她解决各种困难。

1661年，牛顿18岁从金格斯中学毕业，考上剑桥大学特里尼蒂学院。这个从乡下来的青年，站在这所最高学府美丽壮观的校门口，仰望着那用茶色砖砌成的庄严肃穆的校舍，心情激动万分，立下誓言要把毕生精力贡献给科学事业。牛顿读到三年级时，来了一位游历过欧洲大陆的学者巴罗，担任“鲁卡斯数学讲座”的第一任教授，带来了科学的新曙光，把哥白尼、开普勒、伽利略、笛卡儿的近代自然科学理论和研究方法传授给学生。巴罗教授发现牛顿是个人才，举荐他为研究生。 1665年，牛顿从剑桥大学毕业后便留在大学研究室。这一年6月，瘟疫流行，剑桥停课，牛顿回到故乡伍耳索普村。

1665到1666年，牛顿在家同母亲弟妹生活在一起。他在安静的环境中，把大学里学过的内容作了系统的整理和细致的思考。牛顿出生前约两百年以前，欧洲已经历了漫长的中世纪，那时控制着欧洲文化的是教会，学术都是以神学即基督教为中心，因此又叫“神学的婢女”，一切学术活动都根据圣经来解释，谁要违背教义发议论，就要受到教会的迫害。后来，以意大利为中心出现了文艺复兴运动，首先在文学艺术上表现出来，要求人的思想解放，这个运动逐渐发展到整个欧洲。到了1543年，哥白尼发表《天体运行论》，提倡地动说，1584年布鲁诺发表《论无限性、宇宙和世界》支持地动说，1609年开普勒按照观察数据总结出行星运动三大定律，特别是1610年伽利略制成望远镜，果然看到木星的四个卫星绕着木星转动，这时，近代科学与文学艺术、思想解放汇合在一起了。当时在牛顿手里，现成的东西主要有这几方面：天文学有开普勒三大定律和笛卡儿的以太理论，数学有代数、三角、几何以及笛卡儿的把代数和几何联系起来的解析几何，力学有阿基米德静力学和伽利略动力学，主要是落体运动规律，另外还有开普勒、伽利略和笛卡儿等的光学知识。虽说现成，其实头绪纷繁，真伪杂陈，犹如一把乱麻。尽管牛顿在集其大成之后谦逊地说，“那是因为我站在巨人肩上的缘故”，但这决不是轻而易举的事。牛顿认真领会了巨人的科学研究方法，第一步，要从事实出发，以观察和实验为依据，提出概念和概念之间的依从关系;第二步，找到推理方法，主要是数学工具;第三步，把推导结果与实事印证。牛顿很快就产生了二项式定理，制定出微积分，反映瞬时变量关系。他又用三棱镜把白光分解成七色光并确定每种颜色光的折射率。他还继承笛卡儿把地上的力学应用于天体现象的想法来探索行星椭圆轨道问题，试图把苹果落地与月亮绕地联系起来。

1667年3月，牛顿回到剑桥大学，在巴罗教授指导下继续研究，在自己的房间后面设立了一个实验室。他制成放大40倍的反射望远镜，可以清楚看到木星的四个卫星，还在数学上提出非线性方程的解法。他是那样专心致志，所以经常在他的朋友和亲属中流传着一些趣闻轶事，例如：有次煮鸡蛋，竟把怀表当作鸡蛋煮了。1669年10月29日，由巴罗教授推荐，26岁的牛顿继任“鲁卡斯数学讲座”教授。他担任这个职务直到53岁，共26年。

1672年，牛顿被推选为伦敦皇家学会会员。为了表达谢意，他向学会干事巴格提交了一篇论文，研究光色来源，认为光是与以太相互作用产生波的高速度粒子流。这是牛顿公开发表的第一篇论文，刊载于《皇家学会哲学杂志》上。不料，他的论点直接同皇家学会创始人之一，大科学家胡克倡导的波动说冲突，引起了一场大论战。波动说认为光是以太的纵向振动，振动频率决定光色，波动说不久又得到荷兰大科学家惠更斯的强力支持。有关光的本性问题，波动说和微粒说一直争论到二十世纪，才以光的波粒二象性为结论告一段落，也就是说，光既有波动性又有粒子性。牛顿看到争论没完没了，厌烦极了，在写给一位朋友的信里说：“因为我发表了先前的论文，引起了许多非议，使我精神上受到沉重打击。我失去了平静而有意义的幸福生活，而被这无聊的争吵弄得心绪烦乱。这真是无聊透顶，我越来越后悔，不该轻率地发表那篇论文。”

这位新会员渴望着友谊交往却表现得孤僻，渴望着温暖体贴却表现得冷漠，他只有躲进实验室小天地，拥抱他那无声的朋友：科学。牛顿专心研究，夜以继日，虽不怎么健壮，但身心安宁，从来没有得过一次大病，只有白发欺人，不到30岁的牛顿须眉毛发尽白。青年牛顿“很少在夜间两三点钟以前睡觉，有时一直要工作到清晨五六点钟，……特别是春天或落叶时节，他常常六个星期不离开实验室，不分昼夜，炉火总是不熄……”。可是，现成的实验室技术主要是炼金术，波义耳刚刚提出怀疑，拉瓦锡、道尔顿的化学还是一百多年以后的事。牛顿闭门摸索，被拖得精疲力尽，一无所成，心急如焚。1677年，他的恩师巴罗和皇家学会干事巴格相继去世，牛顿悲从中来，泪落炉边，停止了研究。

皇家学会新干事胡克是有很大成就的科学家，他倡导光的波动说，得到国内外公认，又用显微镜成功地观察到软木中的细胞壁，创立细胞学说，还发现形变和应力成正比的固体弹性定律。1679年，胡克意识到引力的平方反比定律，但没法证明，便写信给早已默默无闻的论敌牛顿，探听牛顿在引力问题上的虚实。牛顿漫不经心作了回答，胡克看到牛顿这样胡涂，心中大喜，把牛顿尽情嘲弄了一番。殊不知牛顿经过多年的深思熟虑，科学硕果日渐成熟。

要证明引力定律，绝非一蹴而成之举，必须使天文学、力学和数学发生质变性飞跃并熔于一炉才能铸就。牛顿首先实现了在现象的动态研究上的突破，创制了表达因果性物理定律的必要工具——微积分，把反映物理量瞬时变化的运动规律赋予微分方程的形式并找出求解方法;其次把伽利略的实验结果，惯性原理和落体定律抽象外推，上升成为理论，提出牛顿三大定律，把表达时间、空间、质量和力四个独立概念的运动方程建立起来;最后，依据开普勒观察总结的行星运动三大定律推出万有引力定律，把地球吸引重物推广到地球吸引月球、太阳吸引行星、进而推广到一切天体运动。

在伦敦的皇家学会干事胡克，还有会员雷恩和哈雷，都想到了这个定律，但是都证明不了。1684年夏，*哈雷不信牛顿已经胡涂，从伦敦来到剑桥大学拜访牛顿，他发现牛顿已在两年前解决了这个问题，虽然手稿已经遗失。牛顿第二天重新写出一遍，连同许多旁的材料一并送给住在伦敦的哈雷。哈雷心情激动地看完牛顿的计算底稿，自己长时间没有解决的难点，牛顿却解释得一清二楚。哈雷高兴极了，又跑到剑桥大学，极力劝说，牛顿终于动了心，写成《关于运动》的论文发表，在皇家学会引起巨大反响。哈雷更加热心劝说，牛顿最后下了决心。1685年春，牛顿夜以继日写作，一口气完成巨著初稿。哈雷为他来回奔波调停，联系、交涉并资助全部出版费用。1687年7月，《自然哲学的数学原理》这部划时代的作品，终于问世了。牛顿对哈雷说：“哈雷，为了这部书的出版，你也费了不少心啊!没有你的努力，也许就没有这部书。幸亏没有给你带来什么麻烦，总算放心了。”

《原理》以牛顿三大运动定律和万有引力定律为基础，建立了完美的力学理论体系，说明了当时人们所能理解的一切力学现象，解决了行星运动、落体运动、振子运动、微粒运动、声音和波、潮涨潮落以及地球的扁圆形状等各种各样的问题。在二百多年中，再也没有人补充任何本质士的东西。直到二十世纪量子论和相对论出现，才使力学范畴扩大。

在《原理》书末，牛顿有一句名言：“我不要假说”，充分说明牛顿的唯物主义哲学思想基础。他认为科学的基础在于实验，而不能根据思辩性假说或当时一切哲学体系。科学研究方法应当从实验所观察到的效果或规律出发，经过物理——数学演绎，得出其他可观察效果的解释或预言。牛顿力学的建立是科学上的第一次大综合，标志着人类科学时代的开始，对于以后各门科学相继烂漫开花，起了光辉典范作用。

《原理》的出版，是科学史上的重大事件，对于各个文化领域也带来巨大影响，使中世纪流传下来的宗教神学和经院哲学那种崇尚教义玩弄诡辩的种种伎俩逐渐受到怀疑，为唯物主义哲学、进步的文学艺术的健康发展提供了坚实的基础。

《原理》出版后，牛顿正当中年，精力旺盛，科学热情不断高涨。有一次，他强迫自己住到剑桥大学附近的一个幽静旅馆去休息一下，但怎么也静不下来，用麦杆吹着肥皂泡，观察肥皂泡薄膜的色彩。店主疑惑：“这是一位多么古怪的客人，一位快要50岁的挺体面的先生，竟整天吹肥皂泡!”

1688年英国发生了“光荣革命”，剑桥大学推他作国会议员，不久母亲汉娜病逝，牛顿仍一直不停研究光学。1692年光学手稿整理告一段落，他又从机械力学体系提出经典宇宙学说。 1696年，牛顿的同学蒙特格任财政大臣，当时英国货币制度非常混乱，在国内国外失掉信用，蒙特格便请牛顿来担任造币局副局长，解决货币困难。牛顿到职后从不马虎，经两三年努力，终于完成货币改革工作。1699年牛顿任造币局长。1703年60岁的牛顿被推选为皇家学会会长。

1704年，牛顿的《光学》一书问世，此书副标题是“关于光的反射、折射、弯曲和颜色的论述”，书中总结了牛顿的研究成果，也是牛顿对前人一切原理和定律的综合。同年又出版《三次曲线枚举》、《利用无穷级数求曲线的面积和长度》、《流数法》等数学著作。其中《流数法》在1734年特别受到主观唯心论者巴克莱的攻击，巴克莱的论文题目是《分析学者——致不信神的数学家》。1705年，英国女王授给他爵士头衔，表示对科学家的推崇。1711年牛顿发表《使用级数、流数等等的分析》。他的一生充满追求真理、无限热爱科学的精神。

革命导师恩格斯在《英国状况》一文中指出：“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学。”①牛顿在自然科学领域做出了奠基性的贡献，在科学史上有重要的崇高地位。

1727年3月，84岁的牛顿出席了皇家学会例会以后，这位一直不知疲倦的科学家突然发病，回到伦敦附近的肯吉敦的家里，于3月20日拂晓前溘然长逝，后葬于威斯敏斯特教堂。他的临终遗言是：

“我不知道世上的人对我怎样评价。我却这样认为：我好象是在海滨上玩耍的孩子，时而拾到几块莹洁的石子，时而拾到几片美丽的贝壳并为之欢欣。那浩瀚的真理的海洋仍展现在面前。”

科学是使人们的精神变得勇敢的最好途径。

——布鲁诺

没有大胆的猜测就作不出伟大的发现。

——牛顿