跨世纪知识城

科学巨匠——牛顿

辉煌四射的近代科学，是以灿烂的牛顿时代为开端的。

牛顿是杰出的物理学家、天文学家和数学家，他在科学上的发明创造重大，对人类和科学的贡献卓著。

1642 年，伟大的科学家伽利略逝世，巧得很，就是这一年，又一位杰出的科学家牛顿诞生了。

1661 年，牛顿考入剑桥大学三一学院。这所大学，集中了全国各地的优秀学生，牛顿虽然是伊耳索浦的高材生，但和其他同学相比，仍然成绩平平。牛顿毫不气馁，学习更勤奋、更刻苦了，别人休息了，他还在努力，这样最终才得以成绩名列前茅。

在三一学院，牛顿遇见了著名数学家巴罗和数学教授路卡斯。路卡斯虽然在数学上没有惊人的成就，但他发现了牛顿，认为牛顿是一个很有才能的人。于是对牛顿格外教导，牛顿不懈地学习，数学成为牛顿最拿手的一门功课。这对他以后的科学探索打下了基础。

1664 年，牛顿被选为三一学院的研究生，1665 年又被选为校委。年轻的牛顿开始步入研究阶段。

就在这年 6 月，伦敦流行鼠疫，一旦传染上这种可怕的疾病后果是可想而知的，剑桥大学决定停课两年，牛顿只好回到了家乡伊耳索浦。但这两年是不平凡的两年，是近代科学史上极光辉的两年，因为牛顿后来发表的三大发现，都是在这两年里萌生的。

牛顿的三大发现是：微积分法、白色光的组成、万有引力定律。

微积分，是微分和积分的合称。微分描述物体运动的局部性质，积分描述物质运动的整体性质。例如，在物质做直线运动时，由运动规律求某一瞬间的运动速度的方法，叫做微分法，简称微分；由某一瞬间的运动速度求物体运动的全部路程的方法，叫做积分法，简称积分。微积分的出现，是变量数学的开端，它标志着古老的数学进入崭新的变量阶段。牛顿把他的微积分论文送给巴罗教授，请他指教。巴罗看后大加赞赏。但可惜的是，这篇论文在巴罗的抽屉里压了长达 40 年之久。它的公布是在 40 年之后牛顿的著作《光学》的附录中出现的。

在这期间，德国数学家莱布尼兹宣布发现了微积分，因此后来发生了究竟谁先创立微积分的问题。经过调查，微积分是他们两人各自单独在前人成就的基础上创立的。

牛顿从学生时代起对望远镜就很感兴趣，他想改进望远镜的性能。牛顿在实验室中，发现一个有趣的现象。一次，牛顿得到一块三棱镜，把它放在一个很暗的房间里，并在房间的窗户上挖开一个小小的圆孔，光线可以从小孔中射进来。从小孔中射进来的阳光穿过棱镜后，落到隔板上，形成的不是一个圆形的圆光点，而是一条光带，这光带不是白色的，而是像天空的彩虹那样分 7 种颜色（这条多颜色的光带叫做光谱），赤色最近，紫色最远。牛顿又在隔板上钻个孔，只取一种颜色的光束，再通过棱镜照射到另外一块隔板上，这时牛顿发现，光虽然发生了折射，但颜色却与前面相同，无法再分了。牛顿又在第一块棱镜的后面再放一块棱镜，中间不放置隔板，这样由第一块棱镜分离出来的光经过第二块棱镜后又合成为原来的白光。根据这些实验，牛顿得出：太阳的白光是由 7 种颜色的光合成的，各种光色无法再分；

不同的光有不同的折射率，其中赤色最小，紫色最大。这是一个非常著名的棱镜分光实验，牛顿自己也称这个实验是“最重要的实验”。

牛顿又是怎样发现万有引力定律的呢？

有关引力，在历史上始终是个谜。天体运动是引力的作用吗？那么引力又是什么呢？牛顿一直在思考这个问题。有一次，牛顿坐在苹果树下苦思冥想时，忽然扑通一声，一个苹果落在了牛顿的脚下。苹果为什么垂直落地？ 为什么不向旁、不向上而总是向着地面落下呢？牛顿觉得这一定是地球吸引它的缘故。牛顿又进行了联想：一个人站在山崖上，把一块石头轻轻地放开， 石头就会照直落到地上；如果他用力把石头抛向远处，石头就会向前飞一段再画一个圆弧落到地上；如果他用的力更大，石头就会落得更远；若力足够大的话，石头就会不再落到地面上，而是围绕地球旋转起来；如果地球没有引力，这石头就会朝着它抛出的方向照直飞去。苹果、石头、月球不都是一样吗？月球围绕地球转，无疑是地球的吸引力像一条看不见的绳索在拉着月球。若果真如此，那地球以及其他一切行星也肯定都被太阳吸引着。那么能否认为，这种引力是作用于任何两个物体之间呢？这是不是物质的普遍性呢？牛顿进行了精确的计算，证明了地球吸引苹果的力和地球使月球围绕自己转动的力，以及太阳使行星围绕自己转动的力，都是相同的。就这样，牛顿完成了人类认识自然的历史中的第一次理论大综合，把人们过去一向认为截然无关的地球上物体的运动与宇宙中的天体运动，概括在一个严密的理论之中。由于牛顿引力定律证明，不论天上地下，任何两物体之间都具有这种引力，所以人们把它叫做万有引力。

牛顿成功了，但他没有把这一重大发现发表出来。直到 20 年后在天文学家哈雷的帮助下，他才把这一发现写成《自然哲学的数学原理》一书，公开发表，此书被称为整个科技史上“最伟大的杰作”。

《自然哲学的数学原理》由 4 部分组成，阐述了 4 条力学定律。第一定律是惯性定律，即“静止的物体，只要不受外力作用，它永远是静止的；运动着的物体，永远按着它运动的方向，以均匀速度在一条直线上运动着。” 它实际上是伽利略惯性定律的推广和扩大。第二定律是落体定律，即“物体受力时产生的加速度的大小，和它所受的外力的大小成正比，和物体本身的质量成反比，加速度的方向与力的方向相同。”这也是伽利略落体定律的推广和扩大。第三定律是作用与反作用定律，即“一个物体对另一个物体施加力的同时，承受力的物体也以同样的力，反作用于对它施加力的前一个物体。”这则是开普勒“月球被地球牵引着；相反地，月球也吸引着地球的海水”这一思想的延伸。第四定律是万有引力定律，即引力与距离成反比定律。它实际上是开普勒引力思想的延伸。这些定律都被写入了所有国家的高中物理课本中。

牛顿在他 44 岁时完成了这部巨作，从此以后，牛顿的名声日益扩大。1696

年，他就任英国造币局局长。从 1703 年开始一直担任皇家学会会长，直到去

世，长达 24 年之久。1727 年 2 月 20 日，80 岁高龄的牛顿因膀胱结石逝世。一颗科学巨星陨落了。

在牛顿逝世的前几天，他躺在病床上，赠给朋友们如下的遗言：“如果我看到的比笛卡尔要远一点儿，那是因为我站在了巨人的肩膀上。”这赠言不仅表现了牛顿伟大的谦虚精神，而且道出了牛顿成功的一大奥秘：善于学习和继承前人的科研遗产，在继承的基础上加以创新。