科學巨匠
聰明人之所以不會成功,是由於他們缺乏堅韌的毅力。勝利者往往是從堅持最後五分鍾的時間中得來成功。
如癡如醉研究科學
牛頓的專注精神,在科學界是出了名的。他對科學陷入了一種癡迷的程度,勤奮已不能準確表達他對可學的執著和熱愛了。他幾乎把全部的精力都用在了研究上,甚至在吃飯時,睡覺時,哪怕一分一秒。
正是他的這種對科學的態度,在生活中也鬧出了許多笑話。
有一天,快到吃午飯的時間了,突然有人敲門。
“喂,牛頓,快開門呀!”那人大聲喊著。
牛頓走出來一愣。
“您是?”
那人走過來握著牛頓的手說:
“怎麼,把我給忘了,不認識了?”
牛頓想了一會兒,這才記起這位昔日的朋友,於是,滿臉笑容的說:
“哦,原來是你呀,我們有很長時間沒有見麵了,你還好嗎?”
牛頓與這位朋友很多年沒有見麵了,一定要好好招待他。然後,讓仆人準備了午餐。待要用餐時,牛頓覺得還缺少了什麼,於是對朋友說:
“等我一會兒,我去拿存放了多年的葡萄酒,我們好好的喝一場!”
牛頓站起身就去拿酒了。
牛頓的實驗室,就在客廳和廚房中間。當牛頓路過實驗室時,突然想起還沒做完的小實驗,他情不自禁地走了進去,開始他的研究工作。
過了很久,那個客人坐不住了,牛頓去了這麼久,還不回來,自己一個人吃,又顯得沒禮貌。於是,他決定去看看怎麼回事。
當那個客人推開實驗室的門時,發現牛頓正在那做實驗。客人無奈地笑了笑,牛頓也想起了葡萄酒的事兒,他拍了拍腦門,不好意思的笑了。
牛頓總是認真專研,一絲不苟,很少探親訪友,來訪的人也很少,隻有兩三個人,他們是吉斯的艾裏斯先生,三一學院的羅漢姆先生和維賈尼先生。維賈尼先生是一個化學家。一天晚上來拜訪時,牛頓十分高興。
牛頓沒有什麼娛樂或消遣的活動,也不騎馬兜風、散步、打保齡球,更不做其他任何運動。他覺得凡不是花在研究上的時間,都是浪費了。
牛頓對他的研究絲毫不放鬆,很少離開房間,隻是作為盧卡斯講座教授,每學期要到學校去讀書,但是,他很少到飯廳用餐,除非某些公休日。
有一次,從早晨起就計算一個問題,中午飯都忘記吃了。當他感到肚子餓時,已暮色蒼茫。他步出書房,一陣清風,感到異常的清新。突然想到:我不是去吃飯嗎?怎麼走到庭院中來了!於是他立即回頭,又走進了書房。當他看到桌上攤開的算稿時,又把吃飯的事忘得一幹二淨,立即又伏案緊張地計算起來。
發生在牛頓身上的事太多了,這都是與他的執著的研究分不開的,雖說這些都是笑話,但是若沒有這種踏實、執著、一絲不苟的精神,怎麼會有後來的那些偉大成就。
牛頓也曾說:“不懈的追求使我獲得成功。如果沒有這份執著,成功對我來說,永遠都隻是夢想。”
成為皇家學會會員
1671年,牛頓在原來的研究基礎上對自己製造的天文反射望遠鏡進行了必要的改進,整體計算也精確化了,完成了新的反射望遠鏡的製造工作。
這架新望遠鏡長25英寸,可放大38倍。采用銅錫合金製作的凹麵反射鏡使觀測效果更加清晰,令人滿意。牛頓受到巴羅教授的鼓勵,他將這台望遠鏡送給英國皇家學會,征求他們的意見。
此時,他對行星的觀測已經進行了很長時間,取得了許多寶貴的數據。在此基礎上,牛頓大膽地提出了不同以往的行星運動的規律,更提出了地球並非正球體的設想。
牛頓的望遠鏡以其奇特的設想、新穎的設計和超常的性能,極大地震撼了英國皇家學會。漸漸的,從那台神秘的“魔鏡”開始,人們知道了牛頓這個伍爾索普的年輕人。
此時牛頓的名氣還僅局限於劍橋大學之內,他真正名聲大噪還是在這台反射望遠鏡被送到當時的英國國王查理二世麵前之後。
在18世紀,天文學在英國宮廷內十分受歡迎,正是在這種情況下,牛頓製作的新型反射望遠鏡被英國皇家學院內一班呈給了國王查理二世。在此之前,牛頓的名字已經傳到了他的耳中。查理二世一看到這台望遠鏡便讚不絕口:“好極了!設計很別致嘛,對了……”他抬起頭來問周圍人,“是我們的人發明的嗎?”其實他心裏比誰都清楚。
馬上有人恭謹地回答:“是的,陛下明鑒,是劍橋大學三一學院的盧卡斯數學教授伊薩克·牛頓,家住林肯郡伍爾索普。”
“嗯,很好,我們就是要多多培養和提拔這樣的年輕人。”
牛頓憑借當選盧卡斯數學教授和反射望遠鏡的發明得到了公眾的承認,一時成為大眾的話題,人人都知道這個年輕人發明的新型望遠鏡得到了國王的好評。
牛頓生性不喜名利及阿諛之辭,對外界的反應倒也沒有太放在心上。他隻希望以後能夠有一個更利於科學研究的環境,重要的是他迫切地想與其它科學的先行者進行進一步溝通。
1671年,國王查理二世當著眾多科學家的麵邀請牛頓加入皇家學會。
但是說起來容易,做起來難。皇家學會是一個不受政府管製的科學團體,因此,國王的邀請隻能算是一種介紹,並不一定成功,要想成為皇家學會的會員,必須要有一位德高望重的科學家或是社會名流的推薦,然後,經主席團討論後,再由全體會員投票通過才當選。
要想得到委員們的信任和認可,必須要本人把自己的成就告訴他們,而此時的牛頓,仍然不喜歡表達自己,甚至不敢和那些反對者去理論。此時,又是巴羅幫了他大忙。
巴羅首先在他做祭司的皇家教堂說服了索爾茨伯裏主教,成為牛頓的推薦人。索爾茨伯裏主教是英國教會最德高望重的人,他在社會上享有很高的聲望,也是著名的社會學家。
隨後,巴羅又和牛頓找到了當時天文學界的著名科學家,牛津大學的瓦爾德教授,做為牛頓入選皇家學會的學術推薦人。
然後,牛頓經過精心的準備,在皇家學會的全委員會上做了關於反射式天文望遠鏡的學術報告,並取得了圓滿成功。
這樣,牛頓就被提名為英國皇家學會的候補委員。
1672年1月6日,在巴羅的鼓勵下,牛頓給皇家學會的秘書長奧爾登伯格寫了封信:“我對索爾茨伯裏主教和瓦爾德教授提議我為候選人感到十分榮幸,我希望這份榮幸將因被選入皇家學會而繼續伴隨我。”他又接著寫道:“如果事如所願,我保證,將盡我的最大努力,為促進你們的哲學計劃的實現,竭力證明我的謝意。”
1672年1月11日,在幾乎全票通過的情況下,牛頓當選為英國皇家學會的新會員。這使他同英國科學的領導機構有了密切的聯係,而他本人也加入了英國最有名望的學者行列,從此正式踏入學術界。
英國皇家學會是英國資助科學發展的組織。成立於1660年。並於 1662年、1663年、1669年領到皇家的各種特許證。英女皇是學會的保護人。全稱“倫敦皇家自然知識促進學會”。
英國皇家學會是一個獨立的社團,不對政府任何部門負正式責任,不必經過政府批準。但它與政府的關係是密切的,政府為學會經營的科學事業提供財政資助。
學會沒有自己的科研實體,它的科學研究、谘詢等職能主要通過指定研究項目、資助研究、製訂研究計劃、通過會員與工業界聯係及開展研討會等實現。 皇家學會會員候選人必須由至少6名責任會員提名和推薦。英國皇家學會每年的11月30日召開學會年會,每年3月第三個星期三召開選舉年會。
皇家學會在每年三月份選舉,根據章程,每年提名的“外國會員”人數不得超過4人。 皇家學會共分兩大學科領域,即物質學科領域(包括數學,通稱A類)和生物學科領域(通稱B類),下邊又分設12個學部委員會。學會成員分為皇家會員、英籍會員、外籍會員三類。皇家會員隻產生於皇族,不定期選舉;英籍會員每年至多選出40名;外籍會員每年至多選出4名。會員有極高的社會榮譽。 領導機構是理事會,由21名理事組成,每年要改選其中的10名,除工作人員外,理事均不得連任兩年以上,學會會長及外事秘書任期不得超過五年。
學會主要是促進自然科學的發展。它是世界上曆史最長而又從未中斷過的科學學會。它促進了英國科學的飛速發展。
作為一個嶄露頭角的新人,牛頓對成為該學會的新會員感到很興奮。
牛頓這個時候不過30歲,這是所有學者夢寐以求的最高榮譽,曾經引來不少羨慕的眼光。
牛頓成為皇家學會會員後,不能再像以前那樣一個人獨來獨往了,他必須經常和其他學者作學術上的交流。但是從小就獨來獨往的牛頓,一向不善於與人交往,因此開始時非常不習慣這種生活方式,不過久了以後也就習以為常了。
牛頓加入學會對今後的科學研究有很大的影響,從1672年之後,牛頓通過皇家學會的活動,從個人的研究走向了社會,與很多的國外科學家建立了聯係。雖然也受到過批評,但從中也得到了不少啟發、幫助。
1672年2月8日,牛頓應邀在皇家學會宣讀他的論文《關於光和顏色的理論》,並在19日的《哲學會報》上發表。從而首次將自己在以往的發現公之於眾。
這篇論文迎來了熱烈的掌聲,但卻沒有獲得一致讚同。最大的反對者是在皇家學會很有威望的羅伯特·胡克和他的追隨者科爾斯琴·惠更斯,他們直截了當地反對。
“牛頓先生,我們很讚許您以前的發明,您付出了艱苦的努力,我們很欽佩您。”胡克先生在寂靜的大會議室,慢條斯理地說。“但是,我們認為,您的實驗還很不夠,沒有一項是不能否定的。”
胡克剛說完,惠更斯便站起來,很嚴肅地說:“牛頓先生,你敢肯定你的方法可以解釋所有的顏色現象嗎?”
他越說越激動,眼睛死死地盯著牛頓說:“不,不能!那是不可能的。”
胡克接著說:“但是,別的理論是可以解釋這一切的呀!”胡克的話很明顯地暗示牛頓,他的波動說是可以做到這一點的。
牛頓聽了胡克的話,便立刻以實驗的證明,將他的波動理論推翻了。然後,牛頓將自己與胡克學說不同的地方,一一列舉出來。使得胡克無話可說,這場爭論才暫時信息。
雖然牛頓和胡克的辯論已經停止,可是那些嫉妒牛頓成就的學者,便趁此機會對他的其他學說加以批評。
開始時,牛頓還能忍耐下去,到後來,他認為這樣辯論下去,也不會有什麼好的結果,並會因此而浪費時間,把時間花在這上麵,沒有什麼意義,還不如做我的研究。因此,他退出了這場辯論,把全部精力都用在了對化學的研究與探索上。
由於這次爭論的經曆,使牛頓對發表自己研究成果的態度更加嚴謹,因此,當時的人民很少看到這些偉大的成果。
牛頓的心中一直沒有平複第一次爭論留給他的創傷,但是,真正的學術討論也使牛頓對一些問題的認識變得更加深入,尤其是關於光的本性的思想逐漸趨於具體化。
力薦有貢獻的新人
在荷蘭德爾夫特有一家服裝店,雷恩霍克是這家店的主人,在平時,他除了照管店裏的生意外,與家人見麵的機會比較少,很少與家人溝通,也不和鄰居往來。
雷恩霍克沒有學到多少知識,也沒有接受過什麼科學訓練,但他對新奇事物非常感興趣。
有一天,他從朋友那裏得知,荷蘭最大的城市阿姆斯特丹的眼鏡店可以磨製放大鏡,用放大鏡可以把肉眼看不到的東西放大。他聽到朋友這樣說,對這個放大鏡產生了強烈的興趣,但他又買不起。自此以後,他經常到這家眼鏡店裏,認真觀察磨製鏡片的流程,暗暗地學習著磨製鏡片的技術。
很快,他就學會了這項技術。回到家後,他就開始工作了,隻要有一點空閑時間,他就拿著磨石,蹲在地上專心地磨玻璃鏡片,所以他在多數人眼裏是一個瘋子。
他絲毫不在乎別人的看法,他隻埋頭於自己的工作中,每天辛勤地磨製鏡片。
1665 年,雷恩霍克終於魔製成了一塊直徑隻有 0.3 厘米的小透鏡,還做了一個支架,把這塊小透鏡鑲在支架上,又在透鏡下邊放一塊銅板,銅板的上麵鑽有一個小孔,使光線從這裏射進而反射出所觀察的東西。透過鏡片,他發現了一個令他讓他為之震驚的世界。
1675 年,在一個雨天裏,雷恩霍克從院子裏接了一杯雨水用這個儀器進行觀察。
雷恩霍克突然歡呼起來,並在房間裏蹦著跳著,他19歲的女兒瑪麗聽到屋裏的動靜,趕忙跑過看看是怎麼回事,當瑪麗推開門一看,隻見父親一麵看著鏡片,一麵興奮地大喊:
“啊!看到了,我看到了!”
瑪麗感到很奇怪,快步走到跟前,問道:
“爸爸,你看到什麼了?”
“瑪麗,你快來看,你看水滴裏有東西在動呢!”
瑪麗接過來一看,果然看見水中有數不清的東西在蠕動,令人看了眼花紛亂,不禁好奇地問道:
“爸爸,這是什麼東西呀?看起來挺可怕的。”
“我也不清楚這是什麼東西,但我敢肯定這是一種生物。”
雷恩霍克發現這種細微的生物後,給它們取了一個名字“可憐的小蟲”,後來科學家稱它們為微生物,而雷恩霍克用來觀察微生物的儀器也就被稱為了顯微鏡。
水中的微生物到底是從哪裏來的呢?這個問題一直困擾著雷恩霍克,他下定決心一定要找到這個問題的答案。於是,他找來一個幹淨的碗,放在屋外接雨水。觀察結果發現雨水中並沒有任何的微生物。雖然如此,雷恩霍克仍不放棄觀察。終於在四天後發現雨水中開始有生物遊動了。
在一滴雨水中,這些小生物要比當時全荷蘭的人數還多出許多倍。
雷恩霍克每天拿著顯微鏡進行觀察,這在其他人看來,是無法接受的,都認為他精神不正常。也就在這個時候,克拉夫醫生卻不這樣看。
雷恩霍克把自己的發現告訴克拉夫醫生時,克拉夫醫生高興地拉著他的手說:
“這是了不起的偉大發現,你要盡快向倫敦皇家科學會做了報告吧!”
把資料整理好後,立刻向學會做出了報告。不久,雷恩霍克竟然收到學會的邀請卡,請他出席會議。
雷恩霍克接到學會的邀請後,便興奮地帶著他那架顯微鏡趕往倫敦,參加皇家科學會的會議。他在會議中熟練操作顯微鏡,並解說發現的經過,每一位會員看到鏡片下的微生物,都不禁感到震驚,異口同聲地說:
“這真是一件偉大的發明啊!”
大多數會員看到這個結果後,都極力推薦雷恩霍克成為會員,其中最熱心的就是牛頓。可是仍有一些會員認為,隻發明一架顯微鏡,就把讓他成為皇家科學會會員,這也太草率了,但牛頓卻認為完全可以,並說服其他人通過議案。他說:
“科學這種東西,不是立了假說,在紙上談兵就可以辦到的,而是先要了解物質的本體,伽利略發明望遠鏡,等於是為我們開啟世界的秘密之門。現在,雷恩霍克發明了顯微鏡,才使我們能看到微觀的世界。
現在,如果不讓雷恩霍克先生成為會員,對於他個人並沒有多大損失,但卻是皇家科學會的一大恥辱。”
通過牛頓一番努力,其他會員也表示同意了,雷恩霍克終於成為皇家科學會的會員。皇家科學會一直很希望雷恩霍克能將顯微鏡捐給學會,可是皇家學會無論怎麼努力,他都不願意捐出,直到1723年去世前,才讓他的好朋友,將他視為寶貝的顯微鏡贈給皇家科學會。
這個時候,牛頓剛好擔任學會的會長,他聽到這個消息後,微笑著說:“以前,雷恩霍克拒絕捐贈顯微鏡,卻在臨終前,做了一件讓人敬佩的事。”
在光學上的成就
牛頓最初成名主要是靠光學上的偉大成就。他在自然科學上的發明與發現,最早成熟的是關於光學的思想和研究,當他成為盧卡斯講座教授侯,第一次授課的題目並不是《論無窮級數分析》,而是光學。
牛頓在上大學期間,已經開始了對光的研究。1672年,牛頓把自己的研究成果發表在《皇家學會哲學雜誌》上,這是他第一次公開發表的論文。
牛頓在發表論文前,曾為此準備了光學講課,曾仔細地做了關於兩個平麵玻璃之間和曲麵玻璃與平麵玻璃之間充以空氣或水的折射實驗。他把曲率半徑很大的凸透鏡放在平板玻璃上,當用白光照射它時,見到透鏡與玻璃板接觸處出現一組彩色同心環,當用單色光照射時,則在接觸點處出現一組明暗相間的同心環,均勻照射卻得到了不均勻的光強分布。這便是光的幹涉中的有名的牛頓環實驗。他在《光學講義》中寫道:
“凸透鏡與平麵玻璃之間的空氣或水當受到壓力時,不僅在尖部屈服於壓力,而且也相繼地在尖部周圍產生幾個輕微的同心圓圈,這種同心圓圈也可能由玻璃狀液體的缺陷產生,因此薄膜變得鬆弛,或許由其它的原因也可產生,然而會小些。
它們仍能將光線折射到視網膜上,於是顯示出不同的色環。色環的周期是隨著薄膜厚度產生質的變化,而同一周期內的色環序列因薄膜厚度的增加而由紫向紅遞次量變。對於同一周期的同一種彩色光環來說,空氣的最寬,水的次之,玻璃的最窄。”