英國引以為傲的科學(xué)家

浮遂

牛頓是誰

當(dāng)人們望著蘋果樹上熟透多汁的蘋果想著一百種方法來吃它們的時(shí)候，有一個(gè)人，卻在和“蘋果落地”這件事較勁兒。

此人正是牛頓，全名艾薩克·牛頓，是英國的一名物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家。牛頓生于1643 年，卒于1727 年，他的人生歷程和中國的康熙皇帝在位的時(shí)間（1662—1722） 基本平齊。

在中國，牛頓的名字早已因?yàn)槌霈F(xiàn)在教科書中而變得如雷貫耳。有些人甚至?xí)鎯阂恍爸C音?！保瑢ⅰ芭ｎD”的發(fā)音理解為“牛燉”。但實(shí)際上，“牛頓”只是他的姓氏，英文Newton 的音譯。而牛頓的名——艾薩克，也是他父親的名字。

1642 年10 月，英格蘭林肯郡格蘭瑟姆鎮(zhèn)的自耕農(nóng)老艾薩克·牛頓去世，次年1 月他的兒子才出生。牛頓的母親為了紀(jì)念死去的丈夫，將這位新生兒同樣取名為艾薩克，他便是我們接下來要介紹的科學(xué)家牛頓。

了不起的成就

牛頓的名字雖然很平凡，直接繼承了他去世的父親的名字，但是他的成就無與倫比。他出色的研究將歐洲17 世紀(jì)科學(xué)革命推向了最高峰，更是當(dāng)代一切科學(xué)理論的基石。

在光學(xué)方面，他對(duì)白色光進(jìn)行了分光，從而揭示了白色光中含有多種其他顏色光的現(xiàn)象。他于1704 年出版了系統(tǒng)闡述其光學(xué)研究成果的著作《光學(xué)》，副題為“關(guān)于光的反射、折射、拐折和顏色的論文”，集中反映了他的光學(xué)成就，為近代物理光學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

在力學(xué)方面，他通過萬有引力定律歸納出了物體運(yùn)動(dòng)的三大定律。在數(shù)學(xué)方面，他和德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨在同一時(shí)代創(chuàng)立了微積分的學(xué)說，因此相關(guān)的公式以他們兩個(gè)人的名字共同命名。此外，他另一項(xiàng)被廣為認(rèn)可的成就是二項(xiàng)式定理的提出，這一數(shù)學(xué)規(guī)律與我國南宋時(shí)期就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的“楊輝三角”的規(guī)律不謀而合。

1687 年，牛頓的著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》出版，這本書展示了牛頓在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)域取得的巨大成就，確立了他在科學(xué)史上舉足輕重的地位。因此，人們盛贊牛頓為“科學(xué)界的巨人”。

人生超級(jí)劇場(chǎng)

在孤獨(dú)中成長

由于父親早逝，我的母親在我出生不久后就改嫁了。對(duì)于我的父親，我只知道他是自耕農(nóng)，以及他和我一樣，都叫艾薩克·牛頓。這是他在我生命中唯一的一點(diǎn)兒印記。我的童年時(shí)期，也許是面對(duì)后爸的緣故，我總覺得世界上的一切都是那樣陌生。雖然也會(huì)時(shí)而感到惶恐，但總的來說，我還是好奇這個(gè)世界的一切的。

后來，我上了小學(xué)，但相比于讀書，我更喜歡的是做一些手工。比如風(fēng)車，一種可以讓風(fēng)吹動(dòng)機(jī)關(guān)，從而讓其他機(jī)關(guān)聯(lián)動(dòng)的小玩具。大型風(fēng)車還能用來磨面、抽水。再比如日晷，這是一種展示時(shí)間的小制作。在一天之中太陽東升西落，照在同一根木頭桿上會(huì)留下不同方向的影子。這樣，我們就能通過影子的位置來大致判斷時(shí)間。為了能夠更加準(zhǔn)確地判斷時(shí)間，我還會(huì)在日晷上刻上不同的刻度。如果我刻得密集一些，就能體現(xiàn)出太陽位置的差異，從而能區(qū)別出不同時(shí)間的差異。但是，日晷也有個(gè)缺點(diǎn)，沒有太陽的時(shí)候，就沒有影子，因此也看不到影子在刻度上的指向。在夜晚和陰雨天，也無法用日晷來判斷時(shí)間。

無論風(fēng)車還是日晷，都是利用各種自然原理工作運(yùn)轉(zhuǎn)并為我們的需要而服務(wù)的。但是，蘊(yùn)藏其中的最基本的自然原理到底是什么？每每想到這里，我總會(huì)感到頭痛，但又覺得冥冥之中有什么在等待我去解答。

有一天，我攜帶親手制作的風(fēng)力抽水車來到學(xué)校。我把它放在一只水桶旁，隨著風(fēng)車被風(fēng)吹動(dòng)，被傳動(dòng)的機(jī)關(guān)把水從水桶中抽了出來，嘩嘩的水聲聽起來悅耳極了?？粗@樣奇妙的場(chǎng)景，不少圍觀的同學(xué)鼓起了掌，我也感到很快樂。

但就在此時(shí)，一個(gè)成績優(yōu)秀但態(tài)度高傲的同學(xué)走上前來，對(duì)我說：“你能說出風(fēng)力抽水車的工作原理嗎？”我平日雖愛讀書，但對(duì)此類自然科學(xué)知識(shí)不甚了解，對(duì)具體的原理實(shí)在不懂，就沒有答上來。面對(duì)我的難堪，同學(xué)們的掌聲變成了嘲笑聲，甚至有人跟著那個(gè)高傲的同學(xué)起哄，管我叫“笨木匠”。從此以后，我知恥而后勇，向書本知識(shí)進(jìn)攻，學(xué)習(xí)成績也有了明顯的進(jìn)步。

在孤獨(dú)中收獲

1661 年，我19 歲了。這一年我來到了倫敦，進(jìn)入了劍橋大學(xué)三一學(xué)院。在這里，我遇到了講授自然科學(xué)知識(shí)的教授伊薩克·巴羅。他十分賞識(shí)我的觀察力和理解能力，于是將自己所知的數(shù)學(xué)知識(shí)傳授給了我。與此同時(shí)，歐幾里得的《幾何原本》、笛卡爾的《幾何學(xué)》等書籍也讓我受益匪淺。

1664 年，我成了巴羅的助手，次年我獲得了學(xué)士學(xué)位。但正在我需要繼續(xù)深造的時(shí)候，一場(chǎng)可怕的瘟疫席卷了倫敦。為此，我回到家鄉(xiāng)躲避瘟疫。這段時(shí)間，雖然遠(yuǎn)離了學(xué)校，但是我夜以繼日地思考、觀察，歸納之前所有關(guān)于世界自然規(guī)律的發(fā)現(xiàn)。無論是最為常見的小橋流水，還是用望遠(yuǎn)鏡看到的天體，我都一一記錄下來。

有一天，我正坐在蘋果樹下思考，一個(gè)蘋果砸到了我的頭上，這引起了我的注意。為什么蘋果會(huì)掉到地面上，而不是月亮上，也不是向天上飛去？

我通過之前研究得出的行星運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及掌握的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行了推算，發(fā)現(xiàn)蘋果落地是因?yàn)槿f物之間存在著相互的吸引力，且蘋果距離地球更近，而距離月亮更遠(yuǎn)。蘋果相比于地球，質(zhì)量小得多，所以，我們站在地面上，會(huì)看到蘋果掉到地上。隨后，我發(fā)現(xiàn)了月亮和地球、太陽和地球，以及各種星體之間同樣存在著吸引力。這便是我所總結(jié)的萬有引力定律，字面意思是“萬物之間都有引力”。

后來我繼續(xù)探索研究，繼續(xù)觀察現(xiàn)象和學(xué)習(xí)伽利略等前輩科學(xué)家總結(jié)的知識(shí)，并以我學(xué)會(huì)的數(shù)學(xué)方法加以歸納，最終提出了物體運(yùn)動(dòng)的三大定律。

第一定律是慣性定律，即所有物體都有慣性，力是物體運(yùn)動(dòng)狀況改變的原因。在不受力或者受力平衡的條件下，靜止的物體會(huì)繼續(xù)保持靜止?fàn)顟B(tài)，而勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)繼續(xù)按照之前的速度和方向一直運(yùn)動(dòng)下去。

第二定律，即對(duì)物體施加力量會(huì)讓物體產(chǎn)生加速度，而加速度與力的大小成正比，與物體質(zhì)量的大小成反比。

第三定律，即力的作用是相互的，物體施力于其他物體，則必然會(huì)受到來自受力物體的大小相等、方向相反的力。

這樣，通過對(duì)一系列運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的總結(jié)，我終于探究出了到底什么是“力”，以及物體的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。