牛頓傳記

       導(dǎo)讀：最后的煉金術(shù)士，也是曾出現(xiàn)過的最偉大、最有影響的科學(xué)家。

　　艾薩克·牛頓是曾出現(xiàn)過的最偉大、最有影響的科學(xué)家。他于1642年圣誕節(jié)出生在英格蘭伍爾斯索蒲村，這一年正值伽利略與世長辭。和穆罕默德一樣，牛頓也是一個(gè)遺腹子。童年時(shí)代的牛頓就顯示出巨大的力學(xué)天賦。他有一雙非常靈巧的小手。他聰明伶俐，但對功課卻總是粗心大意，在學(xué)校并未引起特別的重視。十幾歲時(shí)，母親讓他輟學(xué)，希望他能成為一位象樣的農(nóng)民。幸虧他的母親被說服了，她相信了兒子的主要天賦不在于務(wù)農(nóng)，而是另有所為。十八歲的牛頓進(jìn)入劍橋大學(xué)后，迅速地掌握了當(dāng)時(shí)的科學(xué)和數(shù)學(xué)知識，很快就開始進(jìn)行獨(dú)立的研究工作。他在21到27歲期間為科學(xué)理論奠定了基礎(chǔ)，使隨后的世界發(fā)生了革命性的變化。

　　十七世紀(jì)中期是一個(gè)科學(xué)鼎盛的時(shí)期，該世紀(jì)初期望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，使天文學(xué)的研究發(fā)生了徹底的革命。英國哲學(xué)家弗朗西斯·培根和法國哲學(xué)家勒內(nèi)·笛卡爾都極力勸告所有歐洲的科學(xué)家，再不要依賴亞里士多德的權(quán)威，而要親自做觀察和實(shí)驗(yàn)。培根和笛卡爾的倡導(dǎo)為偉大的伽俐略所實(shí)踐。他用新發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡所做的天文觀測給天文學(xué)帶來了革命，他的力學(xué)試驗(yàn)建立了現(xiàn)在人稱的牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律。

　　其他偉大的科學(xué)家，如發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)的威廉·哈維和發(fā)現(xiàn)行星繞日運(yùn)動(dòng)定律的約翰尼斯·開普勒都為科學(xué)領(lǐng)域提供了新的基本知識，而且純科學(xué)成了知識分子的一種消遣，但還無法證明弗朗西斯·培根的預(yù)言：當(dāng)科學(xué)被運(yùn)用到技術(shù)領(lǐng)域時(shí)，就會(huì)使人類的全部生活方式發(fā)生革命。

　　雖然哥白尼和伽俐略澄清了古代科學(xué)中的一些錯(cuò)誤觀念，為人類更好地了解宇宙作出了貢獻(xiàn)，但是還沒有一套系統(tǒng)的定律來把這些似乎是互不相干的發(fā)現(xiàn)變成可以做科學(xué)預(yù)測的統(tǒng)一學(xué)說。是艾薩克·牛頓提出了這種統(tǒng)一的學(xué)說，從而使現(xiàn)代科學(xué)進(jìn)入了它一直所遵循的航程。

　　牛頓一般不愿意發(fā)表他的研究成果。早在1669年他就在他的大多數(shù)著作里對基本概念作了系統(tǒng)的闡述，但是他的許多學(xué)說卻在很久以后才公開發(fā)表出來。他公布的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)是有關(guān)光的性質(zhì)的一項(xiàng)突破性的貢獻(xiàn)。牛頓經(jīng)過一系列認(rèn)真的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)普通光是彩虹所有的不同色光的混合光。他還對光的反射和折射定律的結(jié)果做了認(rèn)真的分析，根據(jù)這兩個(gè)定律，1668年他設(shè)計(jì)并真正制造出了第一臺反射望遠(yuǎn)鏡，如今大多數(shù)天文臺都使用這類望遠(yuǎn)鏡。牛頓29歲時(shí)把他的這些發(fā)現(xiàn)及其許多其他光學(xué)試驗(yàn)結(jié)果呈交給英國皇家學(xué)會(huì)。

　　僅就光學(xué)方面的成就或許就可以使他在本書中占有一席之地，但是他在這方面的成就比起他在數(shù)學(xué)或力學(xué)方面的成就來，那就相形見絀了。他對數(shù)學(xué)的貢獻(xiàn)主要是發(fā)明了積分，這一成就可能是他在二十三、四歲時(shí)做出的，這一發(fā)明是當(dāng)代數(shù)學(xué)中最偉大的成就，它不僅僅是許多現(xiàn)今數(shù)學(xué)學(xué)說產(chǎn)生的種子，而且也是必不可少的重要工具，沒有這一工具現(xiàn)代科學(xué)在隨后就不會(huì)取得進(jìn)展。如果牛頓僅僅發(fā)明了積分而別無所獲，也可以使他在本冊中排到相當(dāng)高的名次。

　　但是牛頓最重要的發(fā)現(xiàn)是在力學(xué)方面，力學(xué)是研究物體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)。伽俐略發(fā)明了第一運(yùn)動(dòng)定律，這一定律描述在沒有外力的作用下物體運(yùn)動(dòng)的情形。當(dāng)然在現(xiàn)實(shí)中所有的物體都受外力作用，力學(xué)中最重要的問題是這種情況下物體怎樣運(yùn)動(dòng)。牛頓提出的最著名的第二運(yùn)動(dòng)定律，解決了這個(gè)問題，這一定律可能被理所當(dāng)然地視為經(jīng)典物理學(xué)中最基本的定律。他的第二定律(其數(shù)學(xué)表達(dá)式為F=ma)可表述為：物體運(yùn)動(dòng)的加速度(即速度變化率)，與作用在該物體上的合力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。除了這兩個(gè)定律外，牛頓又提出了著名的第三運(yùn)動(dòng)定律(這定律可表述為，有作用力即外力就必然有反作用力，且兩者大小相等方向相反)和他的科學(xué)定律中最著名的定律——萬有引力定律。這四條定律一起構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的體系，實(shí)際上所有的宏觀力學(xué)體系都可以利用這一體系來加以研究和預(yù)測，從單擺的振動(dòng)到行星繞日在其軌道上運(yùn)動(dòng)都用得上。牛頓不僅提出了這些力學(xué)定律，而且還利用積分這一數(shù)學(xué)工具說明了如何利用這些基本定律來解決實(shí)際問題。

　　牛頓定律可以而且已被用來解決極其廣泛的科學(xué)和工程學(xué)方面的問題。牛頓在世時(shí)，他的定律的最有戲劇性的應(yīng)用是在天文學(xué)領(lǐng)域里。他在這個(gè)領(lǐng)域里也處于領(lǐng)先地位。1687年發(fā)表了他的偉大著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(人們通常只稱作《原理》)，在該書中他提出了萬有引力定律和運(yùn)動(dòng)定律，并說明如何利用這些定律來準(zhǔn)確預(yù)測行星繞日的運(yùn)動(dòng)。牛頓的這一壯舉圓滿地解決了動(dòng)力天文學(xué)的主要問題，即準(zhǔn)確預(yù)測星體和行星的位置和運(yùn)動(dòng)。因此牛頓常被認(rèn)為是所有的天文學(xué)家之魁。

　　應(yīng)該怎樣評價(jià)牛頓在科學(xué)中的重要地位呢?如果我們翻閱一部科學(xué)百科全書的索引，就會(huì)看到提到牛頓及其定律和發(fā)現(xiàn)的條目比任何其他一個(gè)科學(xué)家都要多(也許多二到三倍)。況且我們還要考慮其他偉大的科學(xué)家對牛頓的評價(jià)。萊布尼茲決不是牛頓的朋友而是與他進(jìn)行過唇槍齒劍之爭的對手，他寫道：“從有世以來，到牛頓所處的時(shí)代，他在數(shù)學(xué)領(lǐng)域所做的工作占了整個(gè)的絕大部分。”偉大的德國科學(xué)家拉普拉斯寫道：“《原理》一書比任何其他天才的作品都出類拔革。”拉格朗日常說牛頓是曾經(jīng)出現(xiàn)過的最偉大的天才。厄恩斯特·馬赫在1901年寫道：“自從牛頓時(shí)代以來所取得的`一切成就都是牛頓力學(xué)在演繹上、形式上和數(shù)學(xué)上的進(jìn)展。”這也許說出了牛頓的偉大成就的關(guān)鍵所在：他發(fā)現(xiàn)科學(xué)是一門由孤立的事實(shí)和定律構(gòu)成的雜學(xué)，它能描述一些現(xiàn)象，但只能預(yù)測幾種現(xiàn)象，他為我們留下了一個(gè)統(tǒng)一的定律體系，這個(gè)體系能解釋大量的物理現(xiàn)象，能用來做準(zhǔn)確的預(yù)測。

　　由于篇幅有限，不能把牛頓所有的發(fā)明都一一包羅進(jìn)來，因此他的小發(fā)明就其本身來看雖然也是重要的成就，但這里只好忽略不提了。牛頓對熱力學(xué)(對熱的研究)和聲學(xué)(對聲的研究)都作出了重大的貢獻(xiàn)：他提出了極其重要的物理學(xué)定律：動(dòng)量守恒定律和角動(dòng)量守恒定律;他發(fā)現(xiàn)了數(shù)學(xué)中的二項(xiàng)式定理;他第一次對星體起源作出了令人信服的解釋。

　　現(xiàn)在讀者雖然會(huì)認(rèn)定牛頓是曾出現(xiàn)過的最偉大、最有影響的科學(xué)家，但是仍然會(huì)提出為什么把牛頓排在如亞歷山大大帝和華盛頓這樣重大的政治人物以及如耶穌·基督和喬達(dá)摩·佛倫這樣重大的宗教人物之前呢?我自己的觀點(diǎn)是：盡管政治變化是重大的，但仍有理由認(rèn)為在亞歷山大之死前后1000年間的大多數(shù)生活方式并沒有發(fā)生變化。同樣，就主要的日常活動(dòng)而論，大多數(shù)人在公元前后3000年間的生活方式也沒有發(fā)生變化。但是在過去的500年中，隨著現(xiàn)代科學(xué)的出現(xiàn)，大多數(shù)人的日常生活發(fā)生了徹底的變化。但是與1500年的人們相比，我們的吃喝穿戴有了變化，我們的娛樂活動(dòng)也有了很大的改觀�？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)不僅僅使技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)生了革命，而且使政治、宗教思想、藝術(shù)和哲學(xué)發(fā)生了徹底的變化�？茖W(xué)革命使人類所有的活動(dòng)方式均有變化。正因?yàn)槿绱耍�許多科學(xué)家和發(fā)明家才被列入本冊。牛頓不僅僅是無與倫比的科學(xué)家，而且是科學(xué)理論發(fā)展中最有影響的人物，因此在任何一部世界上最有影響的人物冊上，他名列前茅是當(dāng)之無愧的。

　　1727年，牛頓這顆巨星隕落了，他安葬在西敏寺大教堂①，是被賜予這種榮譽(yù)的第一位科學(xué)家。

　　注釋：①西敏寺大教堂：位于西敏寺的哥德式建筑。10世紀(jì)仟海王愛德華所建，此后曾重建多次。歷代君主的加冕儀式皆在此舉行，內(nèi)有許多君主、政治家、軍人、詩人等的墓。

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