牛顿：站在巨人肩膀上的科学家

站■在巨人肩膀上的科学家——牛顿

1643年1月4日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里，牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为一位震古烁今的科学巨人，并且竟活到了85岁的高龄。

牛顿出生前3个月父亲便去世了。在他2岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强，这种习性可能来自他的家庭处境的影响。

大约从5岁开始，牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但他喜欢读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。

牛顿12岁时，进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，热爱做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，这使他受到了化学试验的熏陶。

牛顿对自然现象有好奇心，例如颜色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的“日心说”等等。他还分门别类地记读书笔记，又喜欢别出心裁。从这些平凡的环境和活动中，还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童。

1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院就读，靠为学院做杂务的收入支付学费，1664年，成为奖学金获得者，1665年，获学士学位。

17世纪中叶，剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味，当牛顿进入剑桥时，那里还在传授一些经院式课程，如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。两年后三一学院出现了新气象，卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座，规定讲授自然科学知识，如地理、物理、天文和数学课程。讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼，看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力，于是将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方法全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。

在这段学习过程中，牛顿掌握了算术、三角，读了开普勒的《光学》、笛卡儿的《几何学》和《哲学原理》、伽俐略的《两大世界体系的对话》、胡克的《显微图集》，还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等。

牛顿在巴罗门下的这段时间，是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁，精于数学和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，认为牛顿的数学才能超过自己。后来，牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。”1664年，牛顿被选为巴罗的助手，第二年，剑桥大学评议会通过了授予牛顿学士学位的决定。

1665年—1666年，严重的鼠疫席卷了伦敦，剑桥离伦敦不远，唯恐波及，学校因此而停课，牛顿于1665年6月离校返乡。在家乡居住的两年中，牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造，并关心自然哲学问题。他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析，其思想都是在这时孕育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。(www.xing528.com)

牛顿一般不愿意发表他的研究成果。早在1669年，他就在他的大多数著作里对基本概念作了系统的阐述，但是他的许多学说却在很久以后才公开发表出来。他公布的第一个发现是有关光的性质，是一项突破性的贡献。牛顿经过一系列认真试验，发现普通光是彩虹所有的不同色光的混合光。他还对光的反射和折射定律的结果做了认真的分析，根据这两个定律，1668年，他设计并真正制造出了第一台反射望远镜，如今大多数天文台都使用这类望远镜。牛顿29岁时，把他的这些发现及其许多其他光学试验结果呈交给英国皇家学会。

仅凭光学方面的成就或许就可以使牛顿在历史中占有一席之地，但是他在这方面的成就比起他在数学或力学方面的成就来，那就微不足道了。他对数学的贡献主要是发明了积分，这一成就可能是他在二十三四岁时作出的，这一发明是当代数学中最伟大的成就，它不仅仅是许多现今数学学说产生的种子，而且也是必不可少的重要工具，没有这一工具，现代科学在随后可能就不会取得进展。

但是牛顿最重要的发现是在力学方面，力学是研究物体运动的科学。伽俐略发明了“第一运动定律”，这一定律描述在没有外力的作用下物体运动的情形。当然，在现实中所有的物体都受外力作用，力学中最重要的问题是这种情况下物体怎样运动。牛顿提出的著名的“第二运动定律”，解决了这个问题，这一定律可能被理所当然地视为经典物理学中最基本的定律。他的第二定律(其数学表达式为F=ma)可表述为:物体运动的加速度(即速度变化率)，与作用在该物体上的合力成正比，与物体的质量成反比。除了这两个定律外，牛顿又提出了著名的“第三运动定律”(这定律可表述为，有作用力即外力就必然有反作用力，且两者大小相等方向相反)和他的科学定律中最著名的定律——“万有引力定律”。这四条定律一起构成一个统一的体系，实际上所有的宏观力学体系都可以利用这一体系来加以研究和预测，从单摆的振动到行星绕日在其轨道上的运动都用得上。牛顿不仅提出了这些力学定律，而且还利用积分这一数学工具说明了如何利用这些基本定律来解决实际问题。

牛顿定律可以而且已被用来解决极其广泛的科学和工程学方面的问题。牛顿在世时，他的定律中最有戏剧性的应用是在天文学领域里。他在这个领域里也处于领先地位。1687年，发表了他的伟大著作《自然哲学的数学原理》(人们通常只称作《原理》)，在该书中他提出了“万有引力定律”和“运动定律”，并说明如何利用这些定律来准确预测行星绕日的运动。牛顿的这一壮举圆满地解决了动力天文学的主要问题，即准确预测星体与行星的位置和运动，因此，牛顿常被认为是所有的天文学家之魁。

应该怎样评价牛顿在科学中的重要地位呢?如果我们翻阅一部科学百科全书的索引，就会看到提到牛顿及其定律和发现的条目比任何其他一个科学家都要多(也许多二到三倍)。况且我们还要考虑其他伟大的科学家对牛顿的评价，莱布尼兹绝不是牛顿的朋友而是与他有过唇枪舌剑之争的对手，他写道:“从有世以来，到牛顿所处的时代，他在数学领域所做的工作占了整个的绝大部分。”伟大的德国科学家拉普拉斯写道:“《原理》一书比任何其他天才的作品都出类拔萃。”拉格朗日常说，“牛顿是曾经出现过的最伟大的天才。”厄恩斯特·马赫在1901年写道:“自从牛顿时代以来所取得的一切成就都是牛顿力学在演绎上、形式上和数学上的进展。”这也许说出了牛顿伟大成就的关键所在:他发现科学是一门由孤立的事实和定律构成的杂学，它能描述一些现象，但只能预测几种现象，他为我们留下了一个统一的定律体系，这个体系能解释大量的物理现象，能用来作准确的预测。

牛顿的研究领域非常广泛，他除了在数学、光学、力学等方面作出卓越贡献外，还花费大量精力进行化学实验。他常常六个星期一直留在实验室里，不分昼夜地工作。他在化学上花费的时间并不少，却几乎没有取得什么显著的成就。为什么同样一个伟大的牛顿，在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢?其中一个原因就是各个学科处在不同的发展阶段。在力学和天文学方面，有伽俐略、开普勒、胡克、惠更斯等人的努力，牛顿有可能用已经准备好的材料，建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。正像他自己所说的那样“如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上”，而在化学方面，因为正确的道路还没有开辟出来，所以牛顿没法走得太远。

牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的:“我不知道在别人看来，我是什么样的人;但在我自己看来，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。”

当然，牛顿也并不是一个完人。晚年的牛顿开始致力于对神学的研究，他否定哲学的指导作用，虔诚地相信上帝，埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时，竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说“上帝统治万物，我们是他的仆人而应敬畏他、崇拜他”。

1727年3月20日，伟大的艾萨克·牛顿逝世。

1942年，爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年而写的文章，对牛顿的一生作了如下的评价:“只有把他的一生看作为永恒真理而斗争的舞台上一幕才能理解他。”