依撒克·牛頓(1642~1727年)是有史以來最偉大的天才之一。在數學上,他發明了微積分,在天文學上,他發現了萬有引力定律;在物理學中,他係統總結了三大運動定律;在光學中,他發現了太陽光的光譜,發明了反射式望遠鏡。一個人享有這裏的任何一項成就,就足以名垂千古,而牛頓一個人作出了所有這些貢獻。

牛頓生於1642年,是個遺腹子。年少時,他性情孤僻,上小學時,成績也十分平常;12歲進中學,由於寄宿在一位藥劑師家裏而學會了做化學實驗。

1661年,牛頓進入劍橋三一學院。他閱讀了大量書籍,基本上掌握了當時的全部數學和光學知識。1665年初大學畢業,由於倫敦正鬧瘟疫,他回到他母親的農場裏,度過了兩年。這兩年是牛頓創造發明最為旺盛的時期。他發明了二項式定理和微分運算,研究了顏色理論和積分運算,並繼續思考動力學和引力問題。

1667年,牛頓回到劍橋。1669年,27歲的牛頓當上了劍橋大學的盧卡斯數學教授。1678年,因在光學問題上與胡克爭論,牛頓深受刺激,性格內向的他不再發表文章,光學問題也被擱置一邊,轉而思考天文學問題。1679年,胡克主動與牛頓通信討論引力問題,這也促使牛頓重新研究早年的課題。

1684年1月,胡克向當時的皇家學會主席雷恩和天文學家哈雷聲稱,自己已經發現了天體在與距離平方成反比的力作用下的軌道的運行規律,但他給不出數學證明。雷恩決定懸賞征解。哈雷8月份專程去劍橋,請教牛頓。牛頓於是在11月寫出了《論運動》手稿。

向心力與半徑的平方成反比,牛頓早就得出了這一結論。到了17世紀80年代,胡克、雷恩和哈雷也都獨自發現了這一關係。

但他們都沒能證明其逆命題在平方反比於距離的力的作用下,行星必作橢圓運動。隻有牛頓給出了這一數學證明。

然而,即使確認了橢圓軌道與平方反比作用力之間的這種互推關係,也並不等於發現了萬有引力。萬有引力的關鍵在“萬有”,它是一種普遍存在的力。首先,人們必須證明支配行星運動的那個力與地麵物體的重力是同一種類型的力。牛頓最先想到這一點,著名的蘋果落地的故事說的就是這段曆史。

17世紀60年代就已萌發的思想,為何直到80年代才重提?事實上,牛頓麵臨的一個主要困難是,他不能肯定是否應該由地心開始計算月地距離,因為這牽涉到地球對月亮的引力是否正像它的全部質量都集中在中心點上那樣。

1685年初,情況出現了轉機,牛頓運用微積分證明了地球吸引外部物體時,恰像全部的質量集中在球心一樣。在哈雷的鼓勵下,牛頓全力投入寫作一本著作。花了不到18個月的時間,科學史上最偉大的一部著作——《數學原理》,於1686年完成,並於1687年以拉丁文初版問世。

《數學原理》共分三篇。極為重要的導論部分,包括“定義和注釋”、“運動的基本定理或定律”。定義分別是:“物質的量”、“運動的量”、“固有的力”、“外加的力”以及“向心力”,注釋中給出了絕對時間、絕對空間、絕對運動和絕對靜止的概念。在“運動的基本定理或定律”部分,牛頓給出了著名的運動三定律,以及力的合成和分解法則、運動迭加性原理、動量守恒原理、伽利略相對性原理等。這一部分是牛頓對前人工作的一種空前的係統化,也是牛頓力學的概念框架。

《數學原理》的出版立即使牛頓聲名大振。它開辟了一個全新的宇宙體係。正是從這裏,人們獲得了用理性來解決麵臨的所有問題的自信。《數學原理》出版後,牛頓不再考慮力學問題。1689年,牛頓當選為國會議員。1690年,他開始研究《聖經》。1695年,他被任命為造幣廠督辦,1699年被任命為造幣廠廠長。1701年,牛頓辭去教職。1703年,他當選為皇家學會主席,以後每年連任。1727年,牛頓去世。

“如果我比別人看得遠些,那是因為我站在巨人們的肩上。”“我不知道世人怎麼看,但在我自己看來,我隻不過是一個在海濱玩耍的小孩,不時地為比別人找到一塊更光滑、更美麗的卵石和貝殼而感到高興,而在我麵前的真理的海洋,卻完全是個謎。”從牛頓的名言中,可以窺見他博大深邃的精神境界。