《光学》出版发行

牛顿非常敬重克拉斯琴·惠更斯，说他是“德高望重的惠更斯”。惠更斯是荷兰数学家、物理学家和天文学家，他对光学有着很深的研究，对牛顿产生过深刻的影响。

惠更斯在访问伦敦时期和牛顿结识，而他和牛顿在光学上的争论也推进了科学研究的深入，给后人以许多启迪。

当时光的波动说和微粒说之争的胜负关键，在于哪种学说能够更多地解释有关现象。两种学说在这方面各有优点，也各有不能解释的缺点。

牛顿出版的成熟著作《光学》第三编最后一个部分，提出了各种各样的疑问。在疑问中牛顿提出：“光线是否是发光物质发射出来的很小的物体？因为这样一些物体能直线穿过均匀媒质而不会弯到影子区域里去，这正是光的本性。”接着他又指出：“它们也能具有几种特性，并将在穿过不同媒质时保持它们的这些特性，这是光线的另一条件。”

《光学》中的疑问都是牛顿深思熟虑但仍有怀疑的问题。从这些地方可以看出牛顿对光的本性是真正理解的。

在当时，关于光的本性问题并没有得出结论，而在他们死后这个问题仍一直争论不休。

18世纪，这两派物理学家争论的结果是微粒说胜利了，部分原因是惠更斯没有能够用足够的数学严密性来发展他的观点，另一部分原因是由于牛顿在他的同辈人中的权威超过了惠更斯，使之无力可击。

到了19世纪，光的波动说在大量事实的支持下，不但被人们重新提出，而且占据了统治地位。在这些事实中，英国物理学家托马斯·杨发现的光的干涉现象起了关键性作用。

然而到了20世纪初，爱因斯坦提出的光量子理论，他对光的本性做了结论，结束了这个持续两百年之久的争论。

《光学》是牛顿对早期研究成果的总结。在任造币局局长和皇家学会会长工作之余，他就把自己关进书房，苦心钻研，终于将自己一直以来对光学的研究集结成书。

《光学》的手稿还曾一度被焚烧。之所以它能够再次成书，完全得归于牛顿惊人的耐力和毅力。

从《光学》的梗概可见，牛顿首先着力于对光现象之实验观察结果的唯象描述，在此基础上再提出命题或问题，总结成公理和定理，以作为对光现象的理性描述；而对于命题、公理、定理，主要还是通过实验观察予以证明和进一步的探讨。

所以，《光学》是一部典型的实验科学之优秀范本。恰如为该书撰写导言的惠塔克的赞语：该书体现了“理论功夫与实验本领的奇妙结合”，其中有“天才直觉的至高无上的范例”；而爱因斯坦称该书作者“把实验家、理论家、工匠和著作能手兼于一身”，书中的“每句话和每幅图都显示出他的创造乐趣和精微的准确性”。

《光学》是牛顿最重要的著作。虽然这部巨著是在1704年出版的，但实际上它的主要思想和基本理论都是在1666至1676年这一段时期形成的。

牛顿之所以推迟发表，主要原因可能是因为不愿当胡克在世的时候因他发表任何东西而引起无谓的争论。他与胡克之间有着很深的成见，既聪明乖巧又充满嫉妒心的胡克对牛顿提出的论文，尤其是光学方面的，总要加以非难，甚至说牛顿剽窃了他的思想，对此牛顿感到非常烦恼。

1703年胡克在长期患病后与世长辞。第二年，牛顿就决定发表他的这部巨著。在序言里，牛顿写道：“为了避免对这些论点的无谓争论，我推迟了这部书的公开发行，如果没有朋友们的敦促，可能还要推迟一段时间。”

《光学》的全名是《光学或光的反射、折射、弯曲与颜色的论述》，它探讨了“迄今为止光学中谈论过的一切”。

《光学》详尽地诠释了这“光色理论”，除给予色散现象以科学解释、并对虹霓作出定量分析外，还剖解了视觉（包括色感）的成因和眼睛的作用机制，而且在验证光分解的同时又用实验表明光的再合成（彩色光混合成白光）；所有这些，都成为牛顿之后十分完善的颜色理论以及光谱学的主要基石。当然，书中又明确阐述了光的反射定律和折射定律，以及关于全反射、透镜成像等现象的一系列原理。

《光学》的语言和行文质朴而平实，记录了牛顿在光学研究上的全部“个人活动”。全书共分为三编。第一编首先列举“定义”和“公理”，然后讨论一般的折射与反射，太阳光谱与反光望远镜。从八个定义和八个公理开始，按顺序对他关于光和色的主要发现和理论进行了阐述。

第二编研讨薄膜的颜色，中心论题是讨论被称为“牛顿圈”的现象，实际上是讨论光的干涉效应。同时还对自然物体的永久颜色以及它们和薄透明板的颜色之间的类似性做了讨论，作出了物质的最小的不可能再细分的组成部分一定是透明的，它们的大小可以用光学方法推断出来。

第三编讨论光的衍射、晶体内部折射和一般哲学问题，最后列举了31个“疑问”。

在全书末尾，牛顿专门论述了自然哲学的两种研究方法：分析法和综合法。与《原理》相比，《光学》更偏重于分析；牛顿有时把光学归于“实验哲学”。

牛顿指出，对于困难的研究课题，“总是应当先用分析法，然后才用综合法”。分析的方法“包括做实验和观察，用归纳法从中作出普遍的结论”；用分析法论证，“一般总是从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，一直论证到普遍的原因为止”。

至于综合的方法，则“假定原因已经找到，并且把它们立为原理，再用原理去解释由它们发生的现象，同时证明这些解释的正确性”。

尽管牛顿声称：“在实验哲学中不应当考虑什么假说”，但在《光学》一书里，关于他自己所作的假说（例如微粒说以及附加说明）、并用以解释种种光学现象的文字比比皆是。

实际上，无论在分析和归纳的过程中，还是在综合和演绎的过程中，都需要理论思维和数学工具，都必须寻根究底和解析因果；在寻找普遍原因或论证普遍法则和一般定律时，都必须凭借于科学的假说。

牛顿确是这样做的，但他又强调不把“虚构假说”作为主要依据，反过来却是竭力谋求证实所作假说的可靠性。

因此他着重探讨光的本性、追究引力等吸引作用的起因，其目的在于揭示宇宙的普遍规律与和谐结构，解决一些力学和光学的基本问题。

在1717年的第二版中，他又对他在这里所说的“原则”加了这样一段话：“这些原则我不认为带着什么神秘性，而是使万物形成的自然法则，虽然人们还没有发现真理都是用想象昭示人们。现象是客观的，只是引起现象的原因显得有点神秘。

这些话表明了牛顿写作这部著作的指导思想和思维方法。牛顿的《光学》一书在科学史上占有非常重要的位置。不仅是由于他论述了“迄今为止光学中谈论过的一切”，从理论上进行了概括和总结，还在于他的科学探索精神。

这种探索精神集中体现在《光学》出版第二版时，他在结尾部分加的疑问上。他写道：“在第三编的末尾我加进了一些问题，我之所以用提问的方式把它说了出来，乃是因为缺乏实验，我对它尚不感到满意的缘故。”

这些问题虽然名为疑问，实际上却是牛顿多年研究的结果，是他深思熟虑但感到仍必须深入探讨的一些问题，范围之广超过了光学，涉及到自然界诸多的其它现象。

后人认为，疑问是这部著作的特色所在。疑问带有猜想的性质，对后来的科学研究有很大的启发。

科学的发展证明，牛顿的这些天才猜想很多都是正确的，或者提供了极为有益的启发。

尽管有些被证明是不正确的，但是，这是由历史的局限性造成的，对任何一个伟大人物都是不可避免的。

如果不是这样，反倒令人感到不可思议了。《光学》出版之后，于1717年、1721年和1730年分别修订再版。

现今流行的版本是根据牛顿逝世前最后一次修订的第四版重印的。

爱因斯坦为这个版本写了前言，对牛顿及其光学成就做了高度的评价：“幸运啊牛顿，幸福啊科学的童年！谁要是用闲暇和宁静来读这本书，就会重新生活于伟大的牛顿在他青年时代所经历的那些奇妙的事件当中。他把实验家、理论家、工匠和并非最不重要的讲解能手兼于一身。他在我们面前显得很坚强，有信心，而又孤独；他的创造乐趣和细致精密都显现在每一个词名和每一幅插图之中。”

《光学》一书不仅是牛顿对于光学诸多建树的确切记录，而且也是他所崇尚的科学研究方法的真实反映，更是他那探索大自然的“内心思想活动”所透视出来的“伟人智慧光芒”的可贵敛聚。其文字纵然质朴，闪光点却十分亮丽；再过多少年，余辉依然不会泯灭。

《光学》对于后来的科学研究者影响之大超乎人们的想象，而且，它的科学影响不只局限于光学领域，其它领域的研究也不同程度受到它的启发和引导。因而，《光学》一书的价值是难以估量的。