牛頓開創的科學新紀元(上)

伽利略去世了，1643年，牛頓誕生了。有人曾把這事兒講給相信靈魂轉世者。當然，這只是個巧合，但這一巧合也太富有象征意義了。是這兩個巨人，一前一后聯手打造了近代科學。徹底改變了人類對世界的認識，伽利略率先在科學的各個領域引入和創立了近代科學的概念和研究方法；牛頓用這些概念、方法，加上他個人的天才發揮，建起了近代科學的理論大廈。

艾薩克·牛頓出生在英格蘭林肯郡沃爾索普村的一個普通農家，沒出世父親就死了。牛頓是個早產兒。剛生下時還不到3斤，瘦小虛弱，和前面講的開普勒、笛卡兒倒是很像。兩歲時他母親又改嫁了，而他則留在了外祖母家，所以童年的牛頓注定和幸福無緣。幼時的境遇讓牛頓從小就沉默寡言、孤獨倔強，還有點神經質。牛頓長大后雖當選為英國國會議員，但開會時從未發過言，一次他突然站起來，大家以為大名鼎鼎的牛頓終于要發言了，就都洗耳恭聽。結果他只是說了一句“風太大，應該把窗子關上”就又坐下了。

牛頓在學校學習成績一般，沒有人會把他與未來的科學巨匠和數學大師聯系起來。但他有兩點與眾不同，似乎預示著這是位科學奇才。

第一是他喜歡擺弄一些小玩意兒，盡管只是自娛自樂，卻很有水準。據說小牛頓制造了一個風車的模型，他將老鼠綁在一架有輪子的踏車上。然后在輪子的前面放上一粒玉米，那剛好是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就得不斷地跑，于是輪子就不停地轉動。他制作的風箏尾巴上懸掛著一個小燈籠，夜間風箏放飛后，村里人看到時還懷疑是彗星出現。他還制造了一個小水鐘，每天早晨，小水鐘會自動滴水到他的臉上，催他起床。

第二是他酷愛讀書，喜歡思考，而且常常進入物我兩忘的境界。長大后的牛頓依然如此，有兩個小故事曾廣為流傳。一個是說有一天他一邊讀書，一邊在火爐上煮雞蛋。等他揭開鍋想吃雞蛋時，卻發現鍋里煮的是一個懷表。還有一次他燉了一只雞。請朋友來吃。雞快燉好時他突然想到一個問題，便立即進了書房。朋友等了好久不見他出來。就自己把雞全吃了，殘存的雞骨頭留在盤子里，然后朋友就不辭而別。牛頓出來后看到盤子里的雞骨頭，就自語道：“哦，原來我已經吃過了。”便轉身又進了書房。

牛頓12歲進了離家不遠的一所中學，但16歲時就輟學了，因為他的母親在第二任丈夫去世后又回到了他身邊，同時還帶回了一筆遺產，其中包括一大塊土地需要人打理。牛頓自然是母親的首選。盡管這時的牛頓已經不是小孩兒了，但他顯然不具備這種能力。他無論干什么都要揣本書，而且一讀就什么都忘了。當牧師的舅舅艾斯庫和牛頓的老師史托克，似乎看到了牛頓孤單的外表下面潛在的東西，就努力說服牛頓的母親，把他送到了劍橋大學三一學院，這也是艾斯庫曾經就讀的學校。這時的牛頓已經18歲了。

在劍橋大學，牛頓吸收了學校所教的古典著作和思想，包括亞里士多德的滿是錯誤的定性物理，以及歐幾里得的幾何。除了冷漠，他無異于其他同學。然而沒人知道，臨近畢業時，牛頓已經精通了當時學校還鮮有觸及的哥白尼、開普勒、伽利略、笛卡兒的最新成就，并開始超越。向未經探索的領域推進了。但他將這一切都收藏在筆記本里，從不張揚且終生如此，用他寫在第一個筆記本上的座右銘來形容似乎再恰當不過：真理是我最好的朋友。但是他這種謹慎的低調后來也給他添了不少的麻煩。

1665年8月，一場瘟疫襲擊了倫敦，為了避難，劍橋大學開始無期限地放假，牛頓就回到了他母親的農場，這里比較偏僻，相對安全。可能是鄉下的寧靜特別有益于思考，他利用這段難得的閑暇開始整理他的思想，在以后的18個月中，他竟然在不同的領域都獲得了極為深刻的發現，數學微積分的發明，對光和顏色的研究，三大運動定律和萬有引力定律的發現，這些革命性的工作，都是牛頓獨立完成的。以至于有學者把這段時間稱為是科學史上的“神奇年代”。

初期，牛頓先是牛刀小試，在數學上研究出二項式定理，使之成為微積分早期級數研究的得力工具，接下來，牛頓在不到一年的時間內，就將他前期的積累轉化成了微分學和積分學。微積分的發明是數學史上罕有的偉大成就，意義非凡，它使數學從常量時代進入到變量時代，從而極大地促進了科學的研究和發展，牛頓發明微積分后，并沒有急于發表，而是首先用于證明他所發現的萬有引力定律。但是德國的數學家萊布尼茨后來也獨立地發明了微積分，并且立即出版，這讓牛頓坐不住了，由此引發了兩人曠日持久的關于微積分發明權的一場爭戰。這場爭戰不僅慘烈而且壯觀，兩人的朋友和學生都身陷其中，連兩國的皇室和外交官也卷了進來，畢竟這也關乎國家的榮譽。最終的結果還算公允，大家公認牛頓和萊布尼茨都是獨立發明了微積分，兩個人應該平分秋色，共享發明權。

回到家鄉的第二年，牛頓的微積分研究尚在朦朧之中時，他卻首先在光學上有了意外的重大發現。有一天，他在一個市場閑逛，見到一對三棱鏡，出于好奇就買下了。回家后，按照他自己的說法：“……我把房間弄得很暗，在百葉窗上開一個小洞，讓適量的陽光照射進來，把我的棱鏡放在光線進入處，光線就透過棱鏡折射到對面的墻上。一開始這是件很愉快的消遣。”或許，當初牛頓就是為了消遣，就像小時候扎個風箏、做個水鐘一樣。但是后來的結果讓牛頓大感意外：折射到墻上的光線竟然變成了美麗的七色光：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。后來，他又拿一個開有狹縫的擋板，只讓一種顏色的光(譬如紅色的光線)通過狹縫，射在第二個棱鏡上，而通過第二個棱鏡折射后的光線則仍然只是這種顏色。這次不經意間的消遣讓牛頓發現了光的重大秘密，原來普通的光是由七種顏色的光組合成的。后來，他又用實驗將這些不同顏色的光合成還原為普通光，進一步證實了普通光的結構組成。

牛頓在家鄉時最有意義的發現是萬有引力，據說是牛頓看到蘋果落地引發的。蘋果熟了從樹上落到地上。這是一個再平常不過的事情。沒人會對此產生疑問。牛頓卻想：蘋果為什么是向下掉落而不能飛向天空?漸漸地牛頓明白了，蘋果落地和月亮繞著地球轉，看似沒有任何關系的兩件事兒，卻都是因為受到了地球的吸引。最終，牛頓將這點微不足道的觀察逐漸放大成萬有引力定律。這個定律，成了后來衛星上天、飛船登月的基石。

1667年牛頓又回到了劍橋大學，這時的牛頓可謂是“士別三日當刮目相看”。他不僅順利畢業，拿到碩士學位，并留校任教，兩年后就成了劍橋大學最年輕的教授。這些得益于他回到劍橋大學后就公開了他對光的研究，但其他的研究還是秘而不宣，可能他認為還不夠成熟吧。更讓他名聲遠播的是于1668年改造的反射式望遠鏡。不僅比伽利略的折射式的更小巧，而且更好用。現在在英國皇家學會還珍藏著一架牛頓親手為英國皇室制作的望遠鏡，上面標有“牛頓爵士親手制作”的字樣。這一貢獻很快就讓他獲得了英國皇家學會會員的殊榮，當時他還不足30歲。

(未完待續)

責任編輯：胡云志、