影響世界的百位名人

第七十六章 站在巨人肩上的頂峰人物——牛頓

　　伊薩克·牛頓（1642—1727）是17世紀科學革命的頂峰人物，著名的英國物理學家、天文學家和數學家。他在力學上提出作為近代物理學基礎的力學三大定律和萬有引力定律；他關於白光由色光組成的發現為物理光學奠定了基礎；他還是數學上微積分的創始人。他的《自然哲學的數學原理》是近代科學史上最重要的著作。

　　牛頓出身於英國北部林肯郡的偏僻農村烏耳索浦的一個貧苦農民家庭。在他出生前兩個月，父親伊薩克就去世了，但他母親仍然給他取了一個與父親同樣的名字伊薩克。牛頓兩歲時，因母親改嫁給一個名叫巴頓的牧師，於是牛頓就被其外祖母收養。到了上學的年齡，牛頓進入了一所公立學校，他資質平常，學習成績一般，但是他對手工製作的興趣很濃，外祖母給他的零花錢舍不得用，積攢下來全買了錘子、鋸子、鉗子等工具，成天敲敲打打，自己動手製作一些小玩具，其精巧程度，常常令人驚訝。

　　12歲，牛頓進了格蘭漢鎮中學讀書。他對手工和機械方麵的愛好得到了繼續發揮。他仿造鎮上磨坊磨麵動力的大風車，也做了一架小風車，風一吹葉片就轉動，加點麥粒進去就像大風車一樣磨出麵粉來。他還根據滴漏的原理，製作成一個小水鍾，每天早晨會自動將水珠滴到臉上催促他起床。繼父病故後，母親帶著兩個妹妹、一個弟弟回到了家。由於家境貧困，母親希望牛頓能分擔些家庭重擔，剛14歲的牛頓休學回家開始了放牧耕種。

　　牛頓身在家裏，但他的頭腦卻充滿了理想，思考著各種學習問題。為了學習，他到了如醉如癡的地步，常常將一切置於腦後，不是走失了馬，就是跑散了羊群。有一次，他在暴風雨中測量風速，渾身被淋得透濕，母親簡直驚呆了，怕他為此精神失常，隻好讓他重新回到學校讀書。

　　1661年，牛頓以優異的成績考上了劍橋大學特裏尼蒂學院。學院教授巴羅認定牛頓是個人才，推薦他當研究生。1665年，牛頓從劍橋大學畢業後留校研究室深造。是年6月，鼠疫流行，學校關門，牛頓隻好回到家鄉。在這期間，牛頓把主要精力集中於科學研究。他係統地整理了大學裏學習過的功課，潛心研究了開普勒、笛卡兒、阿基米德和伽利略等前輩科學家的主要論著，還進行了許多科學試驗。1666年，牛頓找到了一塊三角玻璃棱鏡，用它來進行把白光分解成各種有色光的試驗，經反複實驗證實：白色光線所以能散射成彩色光譜；絕不是偶然現象，而是由於它本身就是由折射率不同的各種彩色光線混合組成的。當它透過三棱鏡時，紫色光線的折射率最大，其次是藍色……折射率最小的是紅色光線，以至在三棱鏡後麵，形成了彩色光譜。太陽光透過蒙蒙霧氣時，產生出美麗的七色彩虹，也是相同的原理。牛頓的這一成功實驗和結論，從而糾正了有色光隻是棱鏡的折射、光本身並不能分解的錯誤認識，為後來科學家創立光譜學開辟了道路。

　　1667年3月，牛頓又回到大學裏當研究生，1668年，獲得碩士學位。牛頓在研究光分解的同時，還對改進折射望遠鏡產生了興趣，並發現了球麵像差和色差現象，成功地研製了反射望遠鏡，成為反射望遠鏡的發明人之一。早先羅馬人祖基、法國的默森和蘇格蘭的格裏戈裏都進行過有關反射望遠鏡的設計，但都沒有成功，牛頓是第一個製造反射望遠鏡的人。

　　1669年，牛頓由巴羅教授推薦，當上了數學教授。1671年被選舉為皇家學會會員，他提交給學會的論文《光和顏色的新理論》，提出了光的粒子性，這是牛頓的第一篇論文。不料，他的論點同皇家學會創始人之一、大科學家胡克的波動說衝突，於是引發了一場大論戰。這場論戰一直持續了近300年，直到20世紀初才以光的波粒二象性為結論而告一段落。牛頓在光學方麵進行了多方麵的研究，他還發現了牛頓圈，描寫了光的衍射現象，特別是還研究了光的振動理論，提出了所謂光的“猝發的間隔”，這與後來波動說中的波長相似。牛頓在光學方麵取得如此成就，以至有人說，單憑光學方麵的貢獻，牛頓就可以稱得上是一位偉大的科學家。

　　牛頓在自然科學中最輝煌的成就是發現了萬有引力定律。這一時期許多科學家都在探索天體運動的奧秘。1679年胡克已認識到引力平方反比定律，但始終沒法證明，為此他還寫信給牛頓，探詢他在這個問題研究方麵的進展。1684年，雷恩、哈雷、胡克等人又提出要推動這一問題的研究，希望能從天體間引力的平方反比關係得到橢圓軌道的結果。同年8月，哈雷專門拜訪了牛頓，發現牛頓已解決了這個難題。11月，當牛頓把重新計算過的稿紙及有關材料寄給哈雷時，哈雷興奮而激動地看完了計算底稿，竭力勸說牛頓將其發表。《關於運動》一文的發表，立即在皇家學會引起巨大的反響。1685年，牛頓完成了劃時代的巨著《自然哲學的數學原理》，可是皇家學會卻以經費不足暫緩出版，後在熱心的哈雷慨然幫助下，資助了全部出版費用，這樣才使這部劃時代的著作於1687年得以出版。《自然哲學的數學原理》的出版，標誌著經典力學體係的建立。它集中表現了以空間、時間、質量和力四個絕對化的概念為基礎，以運動基本三定律為核心，以萬有引力定律為最高綜合，並用微積分來描述物體運動的因果律。它把天體力學和地麵上的物體的力學統一起來，是物理學史上的第一次大綜合，是一個立足於實驗和觀察的基礎上的、結構嚴謹、邏輯嚴密的科學體係。

　　牛頓在出版了《自然哲學的數學原理》一書後，就投入了政治活動。1688年，他被選為國會議員。由於英國貨幣混亂，1696年，任財政大臣的同學蒙特洛請牛頓出任造幣局副局長，他恪盡職守，工作十分出色。1699年，升任為造幣局局長。1703年，胡克逝世，61歲的牛頓被推選為皇家學會會長。1704年，牛頓的《光學》一書問世。同年，又出版了《三次曲線枚舉》、《利用無窮級數求曲線的麵積和長度》、《流數術》（微積分）等一批數學著作。1705年，英國女王授予牛頓爵士頭銜。1711年，牛頓發表了《使用級數、流數等等的分析》。1727年3月，年已85歲的牛頓在出席了皇家學會的例會後突然發病，於當月28日逝世。作為對國家有功的偉人，牛頓被安葬於威斯敏斯特教堂。

　　牛頓在自然科學領域內做出了奠基性的貢獻，但他的思想屬於自發的唯物主義。他否定哲學的指導作用，虔誠地信奉上帝，特別是到了晚年，埋頭於神學題材的著作，在唯心主義的道路上越走越遠，以致墮落成一個宗教狂。當他無法解釋行星的切向運動時，竟提出了“神的第一推動”的謬論。牛頓在臨終前曾說了一段令人深思的話：“我不知道在別人看來，我是什麽樣的人；但在我自己看來，我不過就像是一個在海濱玩耍的小孩，為不時發現比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常更為美麗的一片貝殼而沾沾自喜，而麵對展現在我們麵前的浩瀚的真理的海洋，卻全然沒有發現。”“如果我所見的比笛卡兒要遠一點，因為我是站在巨人們的肩膀上的緣故。”

　　牛頓逝世後，科學又有了極大的發展。特別是在物理學領域，200年後，愛因斯坦的狹義相對論已突破了牛頓經典力學的體係。但是，不可否認，牛頓是近代物理學的集大成者，是物理學發展過程中的一塊堅實柱石。直至今天，人造衛星、宇宙飛船等運行軌道的計算，仍以他發現的萬有引力為依據。