科學巨匠牛頓

艾薩克·牛頓(isuac newton,1643—1727),英國偉大的數學家、物理學家、天文學家和自然哲學家,其研究領域包括了物理學、數學、天文學、神學、自然哲學和煉金術。牛頓的主要貢獻是發明了微積分,發現了萬有引力定律和經典力學,設計並實際製造了第一架反射式望遠鏡等,被譽為人類曆史上最偉大、最有影響力的科學家。為了紀念牛頓在經典力學方麵的傑出成就,“牛頓”後來成為衡量力的大小的物理單位。

1643年1月4日,牛頓誕生於英格蘭林肯郡的小鎮烏爾斯索普的一個自耕農家庭。在他出生之前,父親就已去世。牛頓生而孱弱,過了3年,母親再嫁給一位牧師,於是牛頓被留在他祖母身邊撫養。8年之後,牧師病故,牛頓的母親帶著後夫所生的一子二女又回到烏爾斯索普。牛頓自幼沉默寡言,性格倔強,這種習性可能來自他的家庭環境。

牛頓少年時代喜歡擺弄機械小技巧。傳說他做過一架磨坊的模型,動力是小老鼠;有一次他放風箏時,在繩子上懸掛著小燈,夜間村人看去驚疑是彗星出現。他喜歡繪畫、雕刻,尤其喜歡刻日晷,家裏牆角、窗台上到處安放著他刻劃的日晷,用以驗看日影的移動,以知時刻。12歲時,牛頓進入離家不遠的格蘭瑟姆中學。牛頓的母親原希望他成為一個農民,能贍養家庭,但牛頓本人卻無意於此而酷愛讀書,以致經常忘了幹活。隨著年歲增大,牛頓越發愛好讀書,喜歡沉思、做科學小試驗。他在格蘭瑟姆中學讀書時,曾寄居在一位藥劑師家裏,使他受到化學實驗的熏陶。

牛頓在中學時代學習成績並不出眾,隻是愛好讀書,對自然現象有好奇心,例如顏色、日影四季的移動,尤好幾何學、哥白尼的日心說等。他還分門別類地記讀書心得筆記,還喜歡別出心裁地做些小工具、小技巧、小發明、小試驗。當時英國社會滲入基督教新教思想,牛頓家裏有兩位都以神父為職業的親戚,這可能影響了牛頓晚年的宗教生活。從這些平凡的環境和活動中,看不出幼年的牛頓是一個才能出眾異於常人的兒童。

然而,格蘭瑟姆中學的校長j.斯托克斯,以及牛頓的一位當神父的叔父w.艾斯庫別具慧眼,鼓勵牛頓上大學讀書。牛頓於1661年以減費生的身份進入劍橋大學三一學院,1664年成為獎學金獲得者,1665年獲學士學位。

17世紀中葉,劍橋大學的教育製度還浸透著濃厚的中世紀經院哲學的氣味。當牛頓進入劍橋大學時,那裏還在傳授一些經院式課程,如邏輯、古文、語法、古代史、神學等。兩年之後,三一學院出現了新氣象。h.盧卡斯創設了一個獨辟蹊徑的講座,規定講授自然科學知識如地理、物理、天文和數學課程。講座的第一任教授i.巴羅是一位博學的科學家。就是這位教師把牛頓引向自然科學。在這段學習過程中,牛頓掌握了算術、三角,學習了歐幾裏得的《幾何原理》。他又讀了開普勒的《光學》、笛卡爾的《幾何學》和《哲學原理》、伽利略的《兩大世界體係的對話》、r.胡克的《顯微圖集》,還有皇家學會的曆史和早期的《哲學學報》等。

牛頓在數學家巴羅門下的學習,是他學習的關鍵時期。巴羅比牛頓大12歲,精於數學和光學,他對牛頓的才華極為讚賞,認為牛頓的數學才能超過自己。

1665—1666年倫敦大疫。劍橋離倫敦不遠,為恐波及,學校停課。牛頓於1665年6月回到故鄉烏爾斯索普。

由於牛頓在劍橋受到數學和自然科學的熏陶和培養,對探索自然現象產生了極為濃厚的興趣。就在1665—1666年這兩年之內,他在自然科學領域內思潮奔騰,才華迸發,思考了前人從未思考過的問題,踏進了前人沒有涉及的領域,創建了前所未有的驚人業績。1665年初,他創立級數近似法以及把任何冪的二項式化為一個級數的規則。同年11月,創立正流數法(微分);次年1月,研究顏色理論;5月,開始研究反流數法(積分)。這一年內,牛頓還開始想到研究重力問題,並想把重力理論推廣到月球的運行軌道上去。他還從開普勒定律中推導出使行星保持在它們軌道上的力必定與它們到旋轉中心的距離平方成反比。牛頓見蘋果落地而悟出地球引力的傳說,說的也是在此時發生的軼事。總之,在家鄉居住的這兩年中,牛頓以比此後任何時候更為旺盛的精力從事科學創造,並關心自然哲學問題。由此可見,牛頓一生的重大科學思想是在他青春年華、思想敏銳的短短兩年時間內孕育、萌發和形成的。

1667年,牛頓重返劍橋大學,10月1日被選為三一學院的仲院侶,次年3月16日被選為正院侶。當時巴羅對牛頓的才能有充分認識,1669年10月27日,巴羅便讓年僅26歲的牛頓接替他擔任盧卡斯講座的教授。牛頓把他的光學講稿、算術和代數講稿、《自然哲學的數學原理》(以下簡稱《原理》)的第一部分,還有《宇宙體係》等手稿送到劍橋大學圖書館收藏。1672年起,牛頓被接納為皇家學會會員,1703年被選為皇家學會主席直到逝世。其間牛頓和國內外科學家通信最多的有r.玻意耳、j.柯林斯、j.夫拉姆斯蒂德、d.格雷果裏、e.哈雷、胡克、c.惠更斯、萊布尼茲和j.沃利斯等。牛頓在寫作《原理》之後,厭倦大學教授生活,他得到在大學學生時代結識的一位貴族後裔c.蒙塔古的幫助,於1696年謀得造幣廠監督職位,1699年升任廠長,1701年辭去劍橋大學工作。當時英國幣製混亂,牛頓運用他的冶金知識,製造新幣。因改革幣製有功,1705年牛頓受封為爵士。