第一节 牛顿第一定律

牛顿和他对科学的贡献

  　牛顿是一位极富传奇色彩的科学家，他的出生甚至就带有传奇性．1643年1月4日，牛顿在英国英格兰的林肯郡的偏僻农村——乌耳索浦的一个农民家里出生了．英国著名诗人波普有一句诗说道：“自然和自然的规律隐藏在黑夜之中，上帝说‘牛顿降生吧！’”．牛顿的父亲在结婚后仅几个月就去世了，留下了怀胎仅3个月的牛顿．牛顿出生时才3磅（1磅=0.907市斤）．接生婆说，我简直可以把他塞到奶瓶子里去．她没有料到他能够活下来，更没有料到他能够活到85岁高龄，而且是世上出类拔萃的科学家．

　　牛顿几乎创立了现代物理学，从而对文明生活方式影响之深远超过一些国家的兴衰存亡，凡是有资格作判断的人都一致认为，牛顿是人类历史上曾出现的极少数几个超天才之一．但他在人生的道路上却历尽艰辛．

　　牛顿3岁时，他的母亲改嫁给一个叫巴顿的牧师，从此牛顿就由外祖母抚养，和表兄妹一处长大．由于环境的影响，他从小就养成沉默寡言的性格．12岁进中学，开始成绩并不突出，但他喜欢动手做玩具．巴顿去世后，他的母亲领了两个妹妹和一个弟弟回到家．为生活所困的母亲希望他能放牧耕种，因此14岁的牛顿便停学在家．

　　1661年，在舅舅和中学校长的支持下，牛顿考进了世界上著名的大学——剑桥大学三一学院．1665年，牛顿毕业后被留在学校里．这一年的6月，鼠疫流行，学校关门，牛顿回到家里．回家这两年，他才智横溢，风华正茂，作出了人类思想史上无与伦比的发现：指数为负数和分数的二项式级数；微分学和积分学；作为了解太阳系钥匙的万有引力定律的萌芽；用三棱镜把白光分解为可见光谱，借此解释彩虹的由来．1667年3月，他回校当了巴罗教授的研究生，他的老师巴罗是这样明确无误地认清了他那独一无二的才能，竟使他在1669年毅然辞去他的教授职位而让给他的学生（这在学术界是空前绝后之举！）．此后 27年间就安身立命于剑桥大学．

　　1684年8月，牛顿的同学哈雷（即哈雷彗星的发现者）在研究天体运动时对天体的椭圆形轨道的结果无法解释，发觉牛顿早已解决了这个问题．但却找不到这个手稿．哈雷资助了出版费用，1687年7月出版了《自然哲学的数学原理》（以下简称《原理》）．这本被誉为影响世界的十本书之一的科学巨著，在科学史上享有极高的威望，它标志着经典物理学建立．牛顿胜利完成了哥白尼、开普勒和伽利略所开创的学说，这一胜利是如此的全面，以致使此后200年间，这一领域内最伟大科学家的工作，相形之下，显得只不过是这部巨著的一些脚注．由于他使用语言的讳涩难懂，《原理》一书成为物理学上的一席盛宴，他的后继者只能慢慢地勉为其难地加以消化．

　　麻烦终于发生了，首先，在万有引力定律的发现权上，与皇家学会的创始人之一的胡克发生了激烈的争论．最后还是牛顿作出了让步，答应在第三卷之后将胡克与别人一起提了一下．紧接着在微积分的发明权上又与德国的莱布尼兹发生了争论．公正地说，他们是各自独立地发明了微积分．其实，牛顿和莱布尼兹曾有过友好的书信往来，而后出于民族的偏见，在牛顿和莱布尼兹的门徒之间，展开了一场绵延100多年的无谓争论．德国人挖苦英国人，说他们不是什么科学家，只是冒牌货：“英国人声称他们在月球上发现了一只象，而事实上，他们看到的不过是望远镜头上的一只苍绳”．

　　《原理》出版后的一天，牛顿独自到剑桥大学附近的一个幽静的旅馆里休息一下，但他怎么也静不下来．见到人家洗衣盆里的肥皂泡在阳光下呈现美丽的色彩，寻思着这里究竟是怎样的一个光学原理．于是，他就用麦杆吹起肥皂泡来．店主看了，颇为他婉惜：“一位快50岁的挺体面的先生，竟疯成这样，整天在吹肥皂泡”．他很快在光学领域里取得了进展，发现包括光的色散在内的很多现象，只凭他在光学上的贡献，就可称得上是一位伟大的科学家．

　　他在《光和颜色的新理论》一文中提出了光的粒子性，与胡克的波动说发生了冲突，于是引起了一场大论战（这场论战持续了近300年，一直到本世纪20年代光被认为具有波粒二象性才告一段落）．

　　1688年，牛顿被选为议员，可是他缺少辨才．在一次关于宪政论会上，牛顿只发过一次言——要求会场中招待员关一关窗户．后来因英国的货币制度混乱，在国内外失去信用．1696年，当时任财政大臣的牛顿的同学蒙特洛请他当造币局的副局长，牛顿极尽职守，工作很有成效，1699年被提升为造币局局长．

　　虽然他的兴趣和环境有了这些变化，但他那无比的智力丝毫未见减退．例如，一天下午，他在造币局忙碌了一天回到家中，获悉约翰·伯努利的速降线问题——“向全世界最精明的数学家”挑战的一个问题，他在睡觉前就解了出来．而当时全世界只有4个人解出了这个题目，这就是牛顿、莱布尼兹、约翰·伯努利本人和他的哥哥雅可布·伯努利．

　　像牛顿这样聪明的人也有糊涂的时候，传说牛顿在盖房子时，坚持要留大小两个猫洞，好让大猫走大洞、小猫走小洞．当然，这只是个传说，不足为据．不过牛顿喜欢养猫倒是真的．由于牛顿终身未婚，猫成了他生活中不可缺少的伙伴，但猫也给他惹了不小的麻烦，1692年牛顿母亲去世使他极其痛苦．一天早晨，他为了平静一下，到剑桥大学礼拜堂做礼拜时，忘了熄灭蜡烛，可能是猫闯的祸，蜡烛翻倒后，把摆在桌上的光学、化学手稿和其他论文化为灰烬．

　　1703年，即胡克去世的这一年，60岁的牛顿被推选为英国皇家学会的会长．1704年他又整理出版了《光学》，在这本书的探讨部分，有这样两句话：“物体能否从远处对光起作用，并通过这种作用使光线弯曲？”以及“发亮的物体和光是不是可以转化呢？”他在给一个朋友的信中有这样一句难以捉摸的话：“根据我获得这一认识的源泉，它对我是一清二楚的，但我不愿着手去证明它以使别人相信”．

　　晚年，牛顿埋头写了大量神学著作，并提出了“神的第一推动”的说法．最后牛顿终于又回到科学的轨道上来，他总算清楚了，“生命的价值，不是能以一个人平生能搜集到的小玻璃陈列品的总量来衡量的；人类智慧这面棱镜是不能用铸造的金币来交换的”．他已经意识到自己的贡献不在宗教，也不在政治，而在科学上．1727年2月28日，他拖着衰弱的身体还会主持皇家学会的例会，例会后突然病倒，于3月30日去世．作为有功于国家的伟人，被葬在威斯敏斯特教堂．他逝世前以一种从未有过的谦虚说：“我不知道世人怎样看我，但我自己以为我不过像一个在海边玩耍的孩子，不时为发现比寻常更为美丽的一块卵石或一片贝壳而沾沾自喜，至于展现在我面前的浩翰的真理海洋，却全然没有发现……，如果说我所看的比笛卡尔更远一点，那是因为站在巨人肩上的缘故”．

   选自<<科力华备课系统>>