第49章 世界科学的巨人依撒克·牛顿
依撒克·牛顿(1642～1727)，是世界科学史上的一位巨人，他在物理学、光学、热学、天文
学、数学等科学领域的研究，都取得了辉煌的成果。
荫庇恩师解读科学
依撒克·牛顿1642年12月25日出生在英国林肯郡格兰汉镇附近沃尔斯索普村的一个农民家里
。牛顿的父亲在儿子出生前2个月就因病去世了。牛顿2岁时，母亲改嫁，他由外祖母艾斯库
和舅舅詹姆斯抚养长大。
在小学读书时，牛顿擅长数学，其它功课成绩一般，没有引起老师的重视。牛顿12岁时就进
了格兰汉镇格兰瑟姆文科中学。在他14岁时，他的继父不幸去世，牛顿只得辍学。但他并没
有放下书本，他利用一切机会吸收知识。
在当时格兰汉镇中学的校长享利?斯托克斯的资助下
牛顿重返校园，并在那里读了3年书。他各方面的才华开始显露出来
。
1661年6月，牛顿以“减费生”的身份，考入了英国剑桥大学三一学院。牛顿在大学期间，
如饥似渴地学习各方面的知识。为今后的科学研究打下了坚实的基础。
1663年，亨利?卢卡斯在三一学院开设了一门自然科学讲座，第一个任教的是伊萨克?巴罗
。巴罗博学多才，曾担任过希腊文、哲学和数学教授，后被任命为剑桥大学三一学院院长。
牛顿在自然科学和数学方面的非凡的理解分析能力引起了巴罗的重视。巴罗不但给牛顿传播
知识，也把他引向近代自然科学，特别是光学和数学领域。巴罗极力向校方推荐牛顿，为他
创造教学
科研的有利环境。1664年，牛顿还没毕业，巴罗经过严格的考试把他选为自己的助手。1665
年，牛顿大学毕业，获得了学士学位。这时欧洲发生毁灭性的鼠疫，学校停课，牛顿不得不
离开学校，回到故乡居住两年。
1667年复活节，牛顿返回剑桥大学。那年秋天，他被选为“选修课研究员”，当了大学教师
。一年以后，牛顿又被任命为“主修课研究员”，被授予硕士头衔。1669年，他的恩师推荐
他当剑桥大学数学教授。牛顿在剑桥大学从事了30多年的科学研究和教学活动，并取得了巨
大成就。他在自然科学的许多领域都留下了探索创新的足迹。
伟大成就科学瑰宝
在牛顿的科学发明中，成就卓越的是光学、数学、物理学等方面。
牛顿在僻居故乡期间，曾磨制三棱镜用它来研究日光的作用。
1666年初，牛顿布置了一间暗室，经过反复实践，牛顿证实：白色光线之所以能散射成彩色
光谱，决不是偶然现象，而是由于
它本身就是由折射率不同的各种彩色光线混合而成的。各种光线混合在一起，超过星际之间
和大气而呈现白光。白光可以说是不同色的各种微粒的合成体，棱镜把他们各自分开了。折
射是由于从玻璃的粒子所发出的力作用于光的粒子上所至。这些力对不同颜色的微粒所起的
作用也不同，对紫色的力量大，其次是蓝色，对红色的力最小。在光离开棱镜以后，各种颜
色的微粒就会沿着不同的路线折射而互相分开，形成彩色光谱。雨后产生七色彩虹，也是同
样原理。牛顿的反复实验和论证，为后来的科学家创立光谱学开辟了道路。
在对光线折射的研究过程中，牛顿还认为，望远镜里出现的妨碍视线的各种色彩，正是由于
色光线透过透镜时产生的。他为了进一步探索折射原理，精心设计和制作了反射望远镜。这
架望远镜可以放大40倍。它的清晰程度，大大超过了同样大小的折射望远镜。1671年，牛顿
做了一架更大的反射望远镜，这是当时世界上最好的一架望远镜。
反射望远镜的发明，引起了人们的极大兴趣。牛顿被提名为皇家学会的候补委员，1672年1
月，当选为皇家学会会员。与此同时牛顿发表了第一篇论文《白色光的组成》，总结了他在
光学方面的实验和理论，提出了光的本质是微粒的见解。
此后，牛顿继续从事光的现象和本质的研究，进行了许多光学实验。如牛顿在实验中首次发
现的“牛顿圈，”亦称“牛顿环”。牛顿环可以用来测量透镜的曲率半径，在加工光学元件
时，广泛用于检查平面或曲面的面型准确度。
牛顿在僻居故乡期间，十分注意研究解析几何。
牛顿在总结前人经验的基础上
，认真研究了实际生活中常常遇到的如自由落体或上抛物体时速度的变量问题，建立了微积
分的计算方法。
与此同时，德国的数学家莱布尼茨，也从不同的概念出发，独立地进行了对微积分的研究，
得出了同样的结论和计算法则。他们都成为微积分的创始人。微积分的产生是数学发展中的
重要里程碑。它的创立和广泛的应用，对其它科学的发展作出了重大贡献。
对很多人习以为常的现象，牛顿总是细心观察，反复思考，深入研究。1666年，牛顿回乡避
鼠疫时，一个从树上掉下来的苹果引发了他开始思考天体行星的问题。
当时，很多科学家也在研究究竟是什么力量在支配着天体行星的运动等问题，并取得了一些
成就。牛顿最后完成了万有引力定律的证明。
根据万有引力定律，牛顿创立了科学的天文学。他指出，正是由于万有引力，月球不会飞离
地球，地球或其他行星也不会飞离太阳，它们都以一定的速度在作近似圆形的椭圆轨道运动
，引力成了这一运动的向心力。
万有引力定律的诞生，对后世的科学发展产生了巨大的影响。根据这一定律，科学家们准确
地测量出地球的形状，解释了慧星运动规律，发现了海王星等。
牛顿的万有定律，引起了人们的普遍关注。在哈雷的劝说与帮助下，牛顿将《自然哲学的数
学原理》一书出版。这本书是牛顿的科学巨著，该书的出版轰动了整个世界。
《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)一书的内容，包括了牛顿的哲学思想、物体运
动理论和关于万有引力理论的讨论。
在《原理》中，他阐述了动力学
原理，并给“质量”和“力”等物理概念下了科学定义。牛顿根据自己的发现，提出了运动
三定律是物理学的基础。
牛顿在前人研究的基础上，创造性地把物体的运动规律归结为三条运动基本定律和一条万有
引力定律，创立一个完整的力学理论体系，从而把过去一向认为是截然无关的地球上的运动
规律和天体的运动规律概括在一个严密的统一理论体系之中，在人类对自然的认识史上实现
了第一次理论大综合。
献身科学沉迷宗教
牛顿是一位伟大的科学家和发明家。他能取得举世瞩目的成就，天赋当然重要，但勤奋绝不
可缺。他一天通常只睡四、五个小时，有时接连几个
星期一直都在化学实验里，不分昼夜，炉火不熄。
牛顿为科学献身的精神，后世的人们十分饮佩。据最近研究考证，牛顿曾在无数次的科学实
验过程中，经常品尝铅、汞、锑等金属。他的实验笔记里。有108页记载着亲口尝过各种
质的味道。研究人员将保存了200年的四束牛顿的头发进行化验分析，从中找到了过量的铅
、汞、锑。他在晚年一直受到慢性金属中毒的困扰。为了科学研究，牛顿付出了沉重的代价
。
牛顿从45岁起就终止了他的科学生涯。1696年，牛顿离开了剑桥大学迁居伦敦。因为他在科
学上的成就符合新兴资产阶级的利益，所以他便受资产阶级的重用，从此和官场拉上关系，
生活也发生了巨大的变化。他升任厂长，年俸二千英镑，他被英国女王授予爵士称号，并被
推为英国皇家学会会长。牛顿已由一个自然科学家变成了资产阶级政治活动家。
晚年时期，牛顿的思想陷入了神学和炼金术的幻想之