? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?西方文明史?科學(xué)界巨匠牛頓

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2020-8-23? ?青野龍吟

伊薩克?牛頓爵士（Sir Isaac Newton，儒略歷1642年12月25日-1727年3月20日 格里歷1643年1月4日—1727年3月31日），數(shù)學(xué)家、科學(xué)家和哲學(xué)家，同時是英國當(dāng)時煉金術(shù)熱衷者。他在1687年7月5日發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里提出的萬有引力定律以及他的牛頓運動定律是經(jīng)典力學(xué)的基石。牛頓還和萊布尼茨各自獨立地發(fā)明了微積分。他總共留下了50多萬字的煉金術(shù)手稿和100多萬字的神學(xué)手稿。

牛頓被譽為人類歷史上最偉大的科學(xué)家之一。他的萬有引力定律在人類歷史上第一次把天上的運動和地上的運動統(tǒng)一起來，為日心說提供了有力的理論支持，使得自然科學(xué)的研究最終掙脫了宗教的枷鎖。

牛頓還發(fā)現(xiàn)了太陽光的顏色構(gòu)成，還制作了世界上第一架反射望遠(yuǎn)鏡。

?

少年時光

1642年的圣誕節(jié)前夜，在英格蘭林肯郡沃爾斯索浦的一個農(nóng)民家庭里，牛頓誕生了。牛頓是一個早產(chǎn)兒，出生時只有3磅重。接生婆和他的雙親都擔(dān)心他能否活下來。誰也沒有料到這個看起來微不足道的小東西會成為了一位震古爍今的科學(xué)巨人，并且活到了竟活到了85歲的高齡。

　　牛頓出生前三個月父親便去世了。在他兩歲時，母親改嫁。從此牛頓便由外祖母撫養(yǎng)。11歲時，母親的后夫去世，牛頓才回到了母親身邊。大約從5歲開始，牛頓被送到公立學(xué)校讀書，12歲時進(jìn)入中學(xué)。少年時的牛頓并不是神童，他資質(zhì)平常，成績一般，但他喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡單機械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風(fēng)車、木鐘、折疊式提燈等等。藥劑師的房子附近正建造風(fēng)車，小牛頓把風(fēng)車的機械原理摸透后，自己也制造了一架小風(fēng)車。推動他的風(fēng)車轉(zhuǎn)動的，不是風(fēng)，而是動物。他將老鼠綁在一架有輪子的踏車上，然后在輪子的前面放上一粒玉米，剛好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不斷的跑動，于是輪子不停的轉(zhuǎn)動。他還制造了一個小水鐘。每天早晨，小水種會自動滴水到他的臉上，催他起床。

后來，迫于生活，母親讓牛頓停學(xué)在家務(wù)農(nóng)。但牛頓對務(wù)農(nóng)并不感興趣，一有機會便埋首書卷。每次，母親叫他同她的傭人一道上市場，熟悉做交易的生意經(jīng)時，他便懇求傭人一個人上街，自己則躲在樹叢后看書。有一次，牛頓的舅父起了疑心，就跟蹤牛頓上市鎮(zhèn)去，他發(fā)現(xiàn)他的外甥伸著腿，躺在草地上，正在聚精會神地鉆研一個數(shù)學(xué)問題。牛頓的好學(xué)精神感動了舅父，于是舅父勸服了母親讓牛頓復(fù)學(xué)。牛頓又重新回到了學(xué)校，如饑似渴地汲取著書本上的營養(yǎng)。

?

求學(xué)歲月

牛頓19歲時進(jìn)入劍橋大學(xué)，成為三一學(xué)院的減費生，靠為學(xué)院做雜務(wù)的收入支付學(xué)費。在這里，牛頓開始接觸到大量自然科學(xué)著作，經(jīng)常參加學(xué)院舉辦的各類講座，包括地理、物理、天文和數(shù)學(xué)。牛頓的第一任教授伊薩克?巴羅是個博學(xué)多才的學(xué)者。這位學(xué)者獨具慧眼，看出了牛頓具有深邃的觀察力、敏銳的理解力。于是將自己的數(shù)學(xué)知識，包括計算曲線圖形面積的方法，全部傳授給牛頓，并把牛頓引向了近代自然科學(xué)的研究領(lǐng)域。

　　后來，牛頓在回憶時說道：“巴羅博士當(dāng)時講授關(guān)于運動學(xué)的課程，也許正是這些課程促使我去研究這方面的問題?！?/span>

　　當(dāng)時，牛頓在數(shù)學(xué)上很大程度是依靠自學(xué)。他學(xué)習(xí)了歐幾里德的《幾何原本》、笛卡兒的《幾何學(xué)》、沃利斯的《無窮算術(shù)》、巴羅的《數(shù)學(xué)講義》及韋達(dá)等許多數(shù)學(xué)家的著作。其中，對牛頓具有決定性影響的要數(shù)笛卡兒的《幾何學(xué)》和沃利斯的《無窮算術(shù)》，它們將牛頓迅速引導(dǎo)到當(dāng)時數(shù)學(xué)最前沿——解析幾何與微積分。1664年，牛頓被選為巴羅的助手，第二年，劍橋大學(xué)評議會通過了授予牛頓大學(xué)學(xué)士學(xué)位的決定。

正當(dāng)牛頓準(zhǔn)備留校繼續(xù)深造時，嚴(yán)重的鼠疫席卷了英國，劍橋大學(xué)因此而關(guān)閉，牛頓離校返鄉(xiāng)。家鄉(xiāng)安靜的環(huán)境使得他的思想展翅飛翔，以整個宇宙作為其藩籬。這短暫的時光成為牛頓科學(xué)生涯中的黃金歲月，他的三大成就：微積分、萬有引力、光學(xué)分析的思想就是在這時孕育成形的?？梢哉f此時的牛頓已經(jīng)開始著手描繪他一生大多數(shù)科學(xué)創(chuàng)造的藍(lán)圖。

?

晚年時光

隨著科學(xué)聲譽的提高，牛頓的政治地位也得到了提升。1689年，他被當(dāng)選為國會中的大學(xué)代表。作為國會議員，牛頓逐漸開始疏遠(yuǎn)給他帶來巨大成就的科學(xué)。他不時表示出對以他為代表的領(lǐng)域的厭惡。同時，他的大量的時間花費在了和同時代的著名科學(xué)家如胡克、萊布尼茲等進(jìn)行科學(xué)優(yōu)先權(quán)的爭論上。

　　晚年的牛頓在倫敦過著堂皇的生活，1705年他被安妮女王封為貴族。此時的牛頓非常富有，被普遍認(rèn)為是生存著的最偉大的科學(xué)家。他擔(dān)任英國皇家學(xué)會會長，在他任職的二十四年時間里，他以鐵拳統(tǒng)治著學(xué)會。沒有他的同意，任何人都不能被選舉。

　　晚年的牛頓開始致力于對神學(xué)的研究，他否定哲學(xué)的指導(dǎo)作用，虔誠地相信上帝，埋頭于寫以神學(xué)為題材的著作。當(dāng)他遇到難以解釋的天體運動時，竟提出了“神的第一推動力”的謬論。他說“上帝統(tǒng)治萬物，我們是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。

　　1727年3月20日，偉大艾薩克?牛頓逝世。同其他很多杰出的英國人一樣，他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上鐫刻著： 讓人們歡呼這樣一位多么偉大的人類榮耀曾經(jīng)在世界上存在。

?

偉大的成就

在牛頓的全部科學(xué)貢獻(xiàn)中，數(shù)學(xué)成就占有突出的地位。他數(shù)學(xué)生涯中的第一項創(chuàng)造性成果就是發(fā)現(xiàn)了二項式定理。據(jù)牛頓本人回憶，他是在1664年和1665年間的冬天，在研讀沃利斯博士的《無窮算術(shù)》并試圖修改他的求圓面積的級數(shù)時發(fā)現(xiàn)這一定理的。

　　微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學(xué)成就。牛頓為解決運動問題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學(xué)理論的，牛頓稱之為'流數(shù)術(shù)'。它所處理的一些具體問題，如切線問題、求積問題、瞬時速度問題以及函數(shù)的極大和極小值問題等，在牛頓前已經(jīng)得到人們的研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對以往分散的努力加以綜合，將自古希臘以來求解無限小問題的各種技巧統(tǒng)一為兩類普通的算法——微分和積分，并確立了這兩類運算的互逆關(guān)系，從而完成了微積分發(fā)明中最關(guān)鍵的一步，為近代科學(xué)發(fā)展提供了最有效的工具，開辟了數(shù)學(xué)上的一個新紀(jì)元。

1707年，牛頓的代數(shù)講義經(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（通過解方程）在解決各類問題中的應(yīng)用。書中陳述了代數(shù)基本概念與基本運算，用大量實例說明了如何將各類問題化為代數(shù)方程，同時對方程的根及其性質(zhì)進(jìn)行了深入探討，引出了方程論方面的豐碩成果，如，他得出了方程的根與其判別式之間的關(guān)系，指出可以利用方程系數(shù)確定方程根之冪的和數(shù)，即“牛頓冪和公式”。

?

　　牛頓對解析幾何與綜合幾何都有貢獻(xiàn)。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出密切線圓（或稱曲線圓）概念，提出曲率公式及計算曲線的曲率方法。并將自己的許多研究成果總結(jié)成專論《三次曲線枚舉》，于1704年發(fā)表。此外，他的數(shù)學(xué)工作還涉及數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領(lǐng)域。

　　牛頓是經(jīng)典力學(xué)理論理所當(dāng)然的開創(chuàng)者。他系統(tǒng)的總結(jié)了伽利略、開普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的萬有引力定律和牛頓運動三定律。

　　牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律是他在自然科學(xué)中最輝煌的成就。那是在假期里，牛頓常常來到母親的家中，在花園里小坐片刻。有一次，象以往屢次發(fā)生的那樣，一個蘋果從樹上掉了下來。一個蘋果的偶然落地，卻是人類思想史的一個轉(zhuǎn)折點，它使那個坐在花園里的人的頭腦開了竅，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物體都受到差不多總是朝向地心的吸引呢？牛頓思索著。終于，他發(fā)現(xiàn)了對人類具有劃時代意義的萬有引力。他認(rèn)為太陽吸引行星，行星吸引行星，以及吸引地面上一切物體的力都是具有相同性質(zhì)的力，還用微積分證明了開普勒定律中太陽對行星的作用力是吸引力，證明了任何一曲線運動的質(zhì)點，若是半徑指向靜止或勻速直線運動的點，且繞此點掃過與時間成正比的面積，則此質(zhì)點必受指向該點的向心力的作用，如果環(huán)繞的周期之平方與半徑的立方成正比，則向心力與半徑的平方成反比。牛頓還通過了大量實驗，證明了任何兩物體之間都存在著吸引力，總結(jié)出了萬有引力定律：

　　F=G（m1m2 / r 2）（m1和m2是兩物體的質(zhì)量，r為兩物體之間的距離）。在同一時期，雷恩、哈雷和胡克等科學(xué)家都在探索天體運動奧秘，其中以胡克較為突出，他早就意識到引力的平方反比定律，但他缺乏象牛頓那樣的數(shù)學(xué)才能，不能得出定量的表示。

　　牛頓運動三定律是構(gòu)成經(jīng)典力學(xué)的理論基礎(chǔ)。這些定律是在大量實驗基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，是解決機械運動問題的基本理論依據(jù)。

　　1687年，牛頓出版了代表作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，這是一部力學(xué)的經(jīng)典著作。牛頓在這部書中，從力學(xué)的基本概念（質(zhì)量、動量、慣性、力）和基本定律（運動三定律）出發(fā)，運用他所發(fā)明的微積分這一銳利的數(shù)學(xué)工具，建立了經(jīng)典力學(xué)的完整而嚴(yán)密的體系，把天體力學(xué)和地面上的物體力學(xué)統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了物理學(xué)史上第一次大的綜合。

　在光學(xué)方面，牛頓也取得了巨大成果。他利用三棱鏡試驗了白光分解為的有顏色的光，最早發(fā)現(xiàn)了白光的組成。他對各色光的折射率進(jìn)行了精確分析，說明了色散現(xiàn)象的本質(zhì)。他指出，由于對不同顏色的光的折射率和反射率不同，才造成物體顏色的差別，從而揭開了顏色之迷。牛頓還提出了光的“微粒說”，認(rèn)為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運動路徑。他的“微粒說”與后來惠更斯的“波動說”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。此外，他還制作了牛頓色盤和反射式望遠(yuǎn)鏡等多種光學(xué)儀器。

牛頓的研究領(lǐng)域非常廣泛，他在幾乎每個他所涉足的科學(xué)領(lǐng)域都做出了重要的成績。他研究過計溫學(xué)，觀測水沸騰或凝固時的固定溫度，研究熱物體的冷卻律，以及其他一些只有在與他自己的主要成就想比較時，才顯得遜色的課題。

?

趣聞軼事

1667年復(fù)活節(jié)后不久，牛頓返回到劍橋大學(xué)，10月被選為三一學(xué)院初級院委，翌年獲得碩士學(xué)位，同時成為高級院委。1669年，巴羅為了提攜牛頓而辭去了教授之職，26歲的牛頓晉升為數(shù)學(xué)教授。巴羅讓賢，在科學(xué)史上一直被傳為佳話。

　　牛頓并不善于教學(xué)，他在講授新近發(fā)現(xiàn)的微積分時，學(xué)生都接受不了。但在解決疑難問題方面的能力，他卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常人。還是學(xué)生時，牛頓就發(fā)現(xiàn)了一種計算無限量的方法。他用這個秘密的方法，算出了雙曲面積到二百五十位數(shù)。他曾經(jīng)高價買下了一個棱鏡，并把它作為科學(xué)研究的工具，用它試驗了白光分解為的有顏色的光。開始，他并不愿意發(fā)表他的觀察所得，他的發(fā)現(xiàn)都只是一種個人的消遣，為的是使自己在寂靜的書齋中解悶。他獨自遨游于自己所創(chuàng)造的超級世界里。后來，在好友哈雷的竭力勸說下，才勉強同意出版他的手稿，才有劃時代巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的問世。

　　作為大學(xué)教授，牛頓常常忙得不修邊幅，往往領(lǐng)帶不結(jié)，襪帶不系好，馬褲也不紐扣，就走進(jìn)了大學(xué)餐廳。有一次，他在向一位姑娘求婚時思想又開了小差，他腦海了只剩下了無窮量的二項式定理。他抓住姑娘的手指，錯誤的把它當(dāng)成通煙斗的通條，硬往煙斗里塞，痛得姑娘大叫，離他而去。牛頓也因此終生未娶。

牛頓從容不迫地觀察日常生活中的小事，結(jié)果作出了科學(xué)史上一個個重要的發(fā)現(xiàn)。他馬虎拖沓，曾經(jīng)鬧過許多的笑話。一次，他邊讀書，邊煮雞蛋，等他揭開鍋想吃雞蛋時，卻發(fā)現(xiàn)鍋里是一只懷表。還有一次，他請朋友吃飯，當(dāng)飯菜準(zhǔn)備好時，牛頓突然想到一個問題，便獨自進(jìn)了內(nèi)室，朋友等了他好久還是不見他出來，于是朋友就自己動手把那份雞全吃了，雞骨頭留在盤子，不告而別了。等牛頓想起，出來后，發(fā)現(xiàn)了盤子里的骨頭，以為自己已經(jīng)吃過了，便轉(zhuǎn)身又進(jìn)了內(nèi)室，繼續(xù)研究他的問題。

?

牛頓的大事年表

1642年 8月，英國內(nèi)戰(zhàn)爆發(fā)，戰(zhàn)爭持續(xù)到1649年。

1643年 1月4日，伊薩克?牛頓出生于英國烏爾斯索普，母親是漢納?牛頓。他的父親3個月前就去世了。

1655年 牛頓12歲，開始上格蘭瑟姆文法學(xué)校。

1661年 6月牛頓18歲，進(jìn)入劍橋大學(xué)。

1664年 春天，牛頓21歲，開始進(jìn)行光的實驗。

1665年 牛頓拿到文學(xué)士學(xué)位，并開始發(fā)展他自己的高等數(shù)學(xué)。倫敦流行大鼠疫，并擴(kuò)散到其他城市。牛頓離開劍橋，回到伍爾斯索普。

1666年 牛頓在引力定律方面取得了重大突破。

1667年 3月，牛頓返回劍橋大學(xué)。6個月內(nèi)，他被推選為三一學(xué)院的研究員。

1669年 7月，牛頓的作品《分析論》開始發(fā)行。10月，牛頓被任命為劍橋大學(xué)盧卡西講座的數(shù)學(xué)教授，年僅26歲，是擔(dān)任該職位的最年輕的人。

1670—1671年 牛頓研制出他的反射望遠(yuǎn)鏡。

1672年 牛頓應(yīng)邀參加皇家學(xué)會，這是一個由資深科學(xué)家組成的團(tuán)體。2月，牛頓向?qū)W會遞交了他的入會后的第一篇論文。

1684年 牛頓開始撰寫他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，該書通稱為《原理》。

1686年 4月28日，《原理》一書的摘要在皇家學(xué)會宣讀。該書被視為科學(xué)界的經(jīng)典作品。

1689年 牛頓被推選為劍橋大學(xué)代表，參加英國“國會會議”。

1693—1696年 牛頓患了一種奇怪的病。

1696年 3月，牛頓病體康復(fù)，接受皇家造幣廠的監(jiān)造員一職。

1699年 12月，47歲的牛頓被任命為皇家造幣廠廠長。

1701年 牛頓被選為代表劍橋大學(xué)的英國下議院議員。

1703年 11月30日，牛頓被選為皇家學(xué)會主席。

1704年 牛頓有關(guān)光的研究的著作《光學(xué)》出版。

1705年 牛頓被安妮女王封為爵士。他是第一位獲此殊榮的科學(xué)家。

1727年 3月30日，牛頓爵士逝世，享年84歲。

?

總結(jié)：

牛頓的一生，碩果累累，對科學(xué)的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步做出了重要的貢獻(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)了潮汐的規(guī)律，證明了月亮和太陽的引力造成了地球上的海洋潮汐，從而為人類認(rèn)識和利用潮汐奠定了基礎(chǔ)。

他創(chuàng)立了微積分學(xué)，為近代自然科學(xué)研究和工程技術(shù)的發(fā)展提供了有力的數(shù)學(xué)工具。

他分解了白光，發(fā)現(xiàn)了光色的秘密，證明了白色光線中含有光譜的所有光色，而且每一種光線通過三棱鏡時其折射率各不相同。他還發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡，大大開拓了人類認(rèn)識自然和觀測宇宙現(xiàn)象的視野。

他總結(jié)出機械運動的三個基本定律，建立了古典力學(xué)體系，為解決繁多的機械運動問題奠定了理論基礎(chǔ)。

他發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，建立了天體力學(xué)理論體系，把天上的世界與地上的世界統(tǒng)一起來，使人類對于宇宙的認(rèn)識又大大地加深了一步。

牛頓為人們提供了一種使用數(shù)理對自然界理解和描述的思想方式，使得人們從一種模糊的方式轉(zhuǎn)變?yōu)榍逦臄?shù)理來分析自然規(guī)律。

牛頓理論的建立由此而產(chǎn)生了人類思維的革命，可以毫不夸張地說，現(xiàn)有的自然科學(xué)界都是牛頓思想的受益者，物理科學(xué)界都是牛頓思想的延續(xù)。

?

牛頓在自然科學(xué)方面為人類作出了重大的貢獻(xiàn)，但他也難免具有時代和階級的局限性。牛頓是一個形而上學(xué)的機械唯物論者，也是一個有神論者。他在一些關(guān)鍵問題上，例如天體運動的本質(zhì)、天體橫向速度的來源等，不了解或無法解釋，于是把上帝請進(jìn)了他的科學(xué)體系。他說:“沒有神力之助，我不知道自然界中還有什么力量竟能促成這種橫向運動”，“沒有神的力量就決不能使它們作現(xiàn)在這樣的繞太陽而轉(zhuǎn)的圓周運動?！彼踔列麚P上帝“是非常精通力學(xué)和幾何學(xué)的”。

到了晚年，牛頓還寫了150萬字的有關(guān)宗教神學(xué)的著作。牛頓從一個杰出的自然科學(xué)家最后競沉迷于宗教是當(dāng)時英國資產(chǎn)階級同封建貴族妥協(xié)的一個縮影，是1689年所謂“光榮革命”在牛頓身上的反映。哥白尼向神學(xué)寫了挑戰(zhàn)書，從而開始了自然科學(xué)上的革命時期。而牛頓的這種倒退無疑是對哥白尼以來自然科學(xué)上的革命的一個反動。牛頓關(guān)于神的第次推動的假設(shè)，標(biāo)志著這個時期的結(jié)束。