不管是哪門學(xué)科，牛頓都想出手

Sarp

蘋果落地或許很尋常，但從中發(fā)現(xiàn)引力卻只有天才才能做到。如果說今天的我們站在了巨人的肩膀上，那么，或許一切的開端就是牛頓的那句“為什么”。

艾薩克·牛頓于1642年出生在英格蘭伍爾索普的一個(gè)貧苦農(nóng)家。他的父親是一個(gè)富裕的農(nóng)場主，但英年早逝后家道中落。作為一個(gè)遺腹子，牛頓繼承了父親的名字。艾薩克這個(gè)名字源于希伯來語（Yitzhak），意思是“笑的人”或“快樂的人”。在《圣經(jīng)·舊約》中，艾薩克是亞伯拉罕的長子。

從12歲到17歲，他在藥劑師威廉·克拉克手下工作。在這里，他對(duì)化學(xué)和它的偽科學(xué)煉金術(shù)都產(chǎn)生了興趣。許多牛頓的傳記作者都指出，正是從克拉克身上學(xué)到的東西激發(fā)了牛頓對(duì)化學(xué)的興趣。

他還在格蘭瑟姆的國王學(xué)校學(xué)習(xí)拉丁語。最初他表現(xiàn)很差，但他在短時(shí)間內(nèi)提高了成績。他設(shè)計(jì)了一個(gè)日晷，在學(xué)校里出了名。他所做的一切都是為了向那個(gè)欺負(fù)他的校霸證明自己的實(shí)力。這件事實(shí)際上是他整個(gè)人生的一個(gè)寫照。不打敗所有挑戰(zhàn)他的人，他是不會(huì)罷休的。

1661年，牛頓順利從中學(xué)畢業(yè)，進(jìn)入英國劍橋的三一學(xué)院學(xué)習(xí)。在這時(shí)，牛頓還籍籍無名，他還沒有取得真正的成功。和他在大學(xué)里的同學(xué)們一樣，他并不僅僅局限于亞里士多德的學(xué)說。他還研究了現(xiàn)代物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家——如哥白尼、伽利略和開普勒——的理論。

在三一學(xué)院的四年里，牛頓對(duì)數(shù)學(xué)和物理的興趣迅速增長。特別是當(dāng)時(shí)天文學(xué)還處于起步階段，但牛頓的幾何知識(shí)不足，不足以理解恒星的運(yùn)動(dòng)，因此他去買了歐幾里得的傳奇著作《幾何原本》。

在這期間，他繼續(xù)快速地充實(shí)自己。特別是，他對(duì)光學(xué)的興趣與日俱增。在他每天都泡在實(shí)驗(yàn)室觀察光線時(shí)，當(dāng)時(shí)發(fā)生了一件相當(dāng)糟糕的事情：1665年黑死病席卷倫敦，這無意中為他最著名的一個(gè)見解奠定了基礎(chǔ)。

由于瘟疫導(dǎo)致的大量死亡和社交隔離，三一學(xué)院暫時(shí)關(guān)閉，牛頓回到了家鄉(xiāng)。

沒有可靠的資料記載蘋果確實(shí)掉在了牛頓的頭上，但是牛頓的觀察使他思考為什么蘋果總是直直地落在地上（而不是向側(cè)面或向上），并啟發(fā)他最終提出了萬有引力定律。盡管如此，他還是花了近20年的時(shí)間才把這個(gè)想法變成一個(gè)成熟的理論。

牛頓認(rèn)為這種引力與地球和蘋果無關(guān)。事實(shí)上，天空中所有的天體都應(yīng)該表現(xiàn)出這種力。然而，有一個(gè)小問題：那時(shí)的數(shù)學(xué)還不能解釋這些運(yùn)動(dòng)。因此，牛頓發(fā)展了他自己的數(shù)學(xué)，也就是我們所知的微積分，并因此成為最早的理論物理學(xué)家之一。

1666年，23歲的牛頓在微積分、運(yùn)動(dòng)學(xué)、光學(xué)和引力方面做出了革命性的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，但他并未發(fā)表過其中任何一項(xiàng)。這一年也被稱為牛頓觀察到蘋果落下的一年。1664-1667年被稱為牛頓的“奇跡年”，這對(duì)他來說是一段美好的歲月。

與此同時(shí)，牛頓開始挑戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)主義的界限。他甚至走得更遠(yuǎn)，有一次他把一根長而鈍的縫衣針插進(jìn)眼睛和骨頭之間的眼窩里，記錄下在研究光線時(shí)看到的彩色圓圈和其他視覺現(xiàn)象。

此外，他還用鏡子發(fā)明了歷史上第一個(gè)反射望遠(yuǎn)鏡——牛頓望遠(yuǎn)鏡。因此，牛頓能夠更好地跟蹤天空中的物體，從而揭示它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由于所有這些成就，他在1669年取代艾薩克·巴羅成為劍橋大學(xué)的盧卡斯數(shù)學(xué)講席教授。

1671年，他發(fā)表了一篇論文，指出白色是其他顏色的混合物，顏色是由白光折射形成的。當(dāng)時(shí)，人們認(rèn)為顏色是光明和黑暗的混合，棱鏡使光線上色。羅伯特·胡克是這種顏色理論的支持者。胡克在他的文章中嚴(yán)厲批評(píng)牛頓和他的方法未能很好地解釋實(shí)驗(yàn)工作。同時(shí)，科學(xué)界的這些批評(píng)是牛頓多年來遲遲不發(fā)表他關(guān)于萬有引力的觀點(diǎn)的主要原因。

牛頓遠(yuǎn)離了科學(xué)研究，由于他保守的家庭背景，他開始癡迷于解開圣經(jīng)的秘密。

牛頓拒絕接受基督教“圣父、圣子、圣靈三位一體”的理論。對(duì)他來說，這是魔鬼的謊言。然而，他所任職的三一學(xué)院就是以這一理論而得名。這迫使他多年來將自己的宗教信仰和作品隱藏起來。雖然牛頓出生在一個(gè)圣公會(huì)家庭，也是一個(gè)虔誠但非正統(tǒng)的基督徒，但在他三十多歲的時(shí)候，如果他公開自己所持有的基督教信仰，就不會(huì)為主流基督徒接受。他寄給約翰·洛克的一份質(zhì)疑三位一體的手稿從未出版。

萬有引力解釋了行星的運(yùn)動(dòng)，但它不能解釋是誰使行星運(yùn)動(dòng)的。

2002年底，人們發(fā)現(xiàn)了牛頓的一張手稿，上面計(jì)算出了世界末日的年份。在他根據(jù)宗教文獻(xiàn)進(jìn)行的復(fù)雜計(jì)算中，牛頓選擇了公元800年的一天作為一個(gè)重要的日子。這是“神圣羅馬帝國”的成立日期。在這一天，他加上了經(jīng)過復(fù)雜計(jì)算得到的數(shù)字1260，得到了2060年。在耶路撒冷希伯來大學(xué)展出的1704年的一封信中，牛頓描述了他的“發(fā)現(xiàn)”：

“所以可以估算時(shí)間。按12個(gè)月為一年、30天為一個(gè)月的原始?xì)v法計(jì)算，半個(gè)周期是42個(gè)月，或者說1260天或三年半。天上一天，人間一年。如果從公元800年三個(gè)王國被完全征服算起，世界末日將會(huì)在公元2060年到來。世界可能會(huì)晚些毀滅，但我看不出有什么理由會(huì)早一點(diǎn)結(jié)束?！?/p>

他非常重視神學(xué)，直到他去世，神學(xué)占他著作的27%。這個(gè)比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于他寫的數(shù)學(xué)、天文和物理書籍。

在他的書中，幾乎有10%的篇幅是關(guān)于煉金術(shù)的。事實(shí)上，如果牛頓沒有因?yàn)楹硕兊脙?nèi)向，也許他就不會(huì)接觸那么多煉金術(shù)、化學(xué)和神學(xué)。在這些領(lǐng)域所耗費(fèi)的精力使得他完成引力理論的時(shí)間推遲了。

牛頓并不是理性時(shí)代的第一人。

他是最后一個(gè)魔法師，最后一個(gè)巴比倫人和蘇美爾人，最后一個(gè)偉大的頭腦。他用同樣的眼睛看著可見的和知識(shí)的世界，就像那些一萬年前的先哲一樣。

他那些不科學(xué)的工作幾乎讓他英年早逝。事實(shí)上，人們認(rèn)為他在追求通過煉金術(shù)改變元素時(shí)遭受了汞中毒。他開始有了非常嚴(yán)重的精神問題。

事實(shí)上，如果不是天文學(xué)家埃德蒙·哈雷在1684年拜訪了牛頓，我們今天可能只知道牛頓是個(gè)普通的科學(xué)家。哈雷把大部分時(shí)間花在月球觀測上，但他對(duì)引力問題也很感興趣。引起他注意的一個(gè)問題是開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的證明。哈雷來問牛頓為什么行星的軌道是橢圓而不是圓的。1684年8月，他去劍橋與牛頓討論這個(gè)問題。這次訪問將牛頓從他的狂熱崇拜中解放出來，使他再次轉(zhuǎn)向科學(xué)，回到他的生活中。

為了避免落后于科學(xué)界，牛頓出版了《原理》，在這本書中，他列出了著名的牛頓三大定律，這些定律將徹底改變物理學(xué)，他還解釋了自己的微積分和萬有引力。牛頓在1687年首次發(fā)表了萬有引力原理，該原理指出，宇宙中的每一個(gè)物體都被另一個(gè)物體吸引，這種引力與它們的質(zhì)量乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。因此，我們所知的經(jīng)典力學(xué)這一物理學(xué)分支正式誕生了，這是物理學(xué)的一場革命。

羅伯特·胡克在《原理》出版后開始給牛頓寫信，他的批評(píng)使牛頓退縮到自我中。胡克聲稱，他比牛頓早幾年發(fā)現(xiàn)了萬有引力，因此應(yīng)該在《原理》中引用。胡克正在犯他一生中最大的錯(cuò)誤。

英國皇家學(xué)會(huì)本來懸掛有胡克的一幅肖像，但牛頓毀了它。因?yàn)榕ｎD的貪婪，我們今天不知道羅伯特·胡克究竟長什么樣。直到他去世三個(gè)世紀(jì)后，人們才了解他的重要性，歷史學(xué)家開始稱這位多才多藝的天才為“英國的列奧納多·達(dá)·芬奇”。

當(dāng)時(shí)，英國硬幣很容易被偽造，國家正處于金融危機(jī)之中。牛頓對(duì)煉金術(shù)的興趣在這里派上了用場。事實(shí)上，1696年春天，在財(cái)政大臣查爾斯·蒙塔古的推薦下，牛頓被任命為皇家造幣廠的廠長。牛頓修正了貨幣的重量等特征，讓英國松了一口氣。

由于這些成就，他繼續(xù)擔(dān)任造幣廠管理者，直到去世。我們今天稱牛頓為“爵士”不是因?yàn)樗诳茖W(xué)上的成就，而是因?yàn)樗谠鞄艔S的職位。盡管這些成就為他打開了皇家學(xué)會(huì)的大門，但事實(shí)上，牛頓又一次遠(yuǎn)離了科學(xué)。他又對(duì)神學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，認(rèn)為自己是在把先知的年齡加起來計(jì)算世界的年齡。他甚至聲稱這個(gè)計(jì)算比他的許多發(fā)現(xiàn)都重要。此外，牛頓對(duì)權(quán)力和名聲也十分癡迷。

與此同時(shí)，萊布尼茨被皇家學(xué)會(huì)指控抄襲。然而，當(dāng)時(shí)牛頓即將成為皇家學(xué)會(huì)主席，對(duì)萊布尼茨的指控絕非公正。更奇怪的是，牛頓自己準(zhǔn)備了剽竊指控的報(bào)告。1712年，人們認(rèn)定牛頓是微積分之父。今天，人們普遍認(rèn)為這兩人是各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)微積分的。

牛頓死前的最后一個(gè)錯(cuò)誤就是得了FOMO（錯(cuò)失恐懼癥 ，F(xiàn)ear of missing out）。當(dāng)時(shí)，英國與法國達(dá)成協(xié)議，英國免除對(duì)方債務(wù)，并在南海建立了南美的航運(yùn)壟斷公司。這個(gè)被稱為南海公司的壟斷公司將股份提供給英國國債的持有人，來抵扣政府債券。牛頓也是購買該公司股票的人之一，事實(shí)上，他的股票在很短的時(shí)間內(nèi)增長了十倍。牛頓抓住這個(gè)機(jī)會(huì)賣掉了他的股份，賺了一百萬美元。然而，由于股價(jià)在出售后繼續(xù)上漲，牛頓擔(dān)心錯(cuò)失賺錢機(jī)會(huì)，也就是所謂的FOMO，這促使他在股票處于創(chuàng)紀(jì)錄高位時(shí)購買了更多。

這是金融史上最早的經(jīng)濟(jì)泡沫之一，被稱為南海泡沫。泡沫破裂后，牛頓的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過他之前的收益。牛頓無法接受自己的失敗，那天他說：我能計(jì)算天體的運(yùn)動(dòng)，卻無法計(jì)算人的瘋狂。

當(dāng)艾薩克·牛頓于1727年3月20日去世時(shí)，他留下了超過800萬字的手稿。他是第一個(gè)葬在西敏寺的科學(xué)家。牛頓死后，人們檢查了他的頭發(fā)，發(fā)現(xiàn)他的頭發(fā)中含有汞，這可能是他追求煉金術(shù)的結(jié)果。

在牛頓的一生中，成就與抱負(fù)之間的細(xì)微差別是顯而易見的。如果沒有哈雷，也許他會(huì)沉迷于煉金術(shù)和神學(xué)。但他現(xiàn)在確實(shí)就是物理學(xué)之父。

（摘自微信公眾號(hào)“中科院物理所”）