1978年,英格蘭銀行開始發行D序列英鎊,其中1英鎊紙幣的正面圖案是英女王伊莉莎白二世,反面是著名的物理學家艾薩克·牛頓。被認為是人類智商巔峰的他真的有那麼偉大嗎?還是像有些人認為的,他僅僅是竊取了別人的勞動果實?
1643年1月4日,艾薩克·牛頓在英格蘭林肯郡的一個小村莊出生,他的父親在他出生前就去世了,他的母親生下他以後也很快就改嫁了。童年的不幸讓牛頓變得孤僻、敏感,這甚至影響了他一生。
牛頓從小就展現出了非一般的天才本性,他愛讀書、對自然現象有強烈的好奇心,最重要的是他擁有超強的數學能力。
他的母親曾經希望他能成為一個農民,導致他中學上到一半就輟學回家務農了。幸運的是,他的中學校長認為天資聰穎的牛頓如果成為農民的話實在可惜,於是找到牛頓的母親並最終說服她讓牛頓順利完成了中學學業。
1661年,18歲的牛頓進入劍橋的聖三一學院並於四年後獲得學位。這時他迎來了他的(也是世界科學史上的)奇蹟之年。
劍橋聖三一學院中紀念牛頓的蘋果樹
1665年,倫敦發生大瘟疫,劍橋大學停課放假,牛頓也只好回到了母親的家中。在躲避瘟疫的十八個月裡,牛頓埋頭忙於各種研究,並取得了奇蹟般的成就:
微積分:在研究物體運動軌跡、重力、加速度時,必須考慮到非常短的時間和運動單位,也就是無窮小。牛頓利用自己超高的數學能力創造了一門現在還令無數學子頭痛的高等數學:微積分。
有了這個數學工具,所有的物理問題也就迎刃而解了。1666年,他完成了一篇相關論文,但沒有立刻發表,僅僅與幾位朋友進行了分享。
牛頓手稿
光的性質:牛頓在拜讀了笛卡爾關於光的書籍後,反覆進行試驗。最著名的實驗是:他利用三稜鏡將一束日光折射後打在一面雪白的牆上,牆上出現了一條色彩斑斕的寬帶。
牛頓手稿
萬有引力:休假期間,他常常坐在母親的花園裡,靜靜地看著蘋果樹上的蘋果掉落在地上,思考著現象背後的物理規律。於是牛頓的三大運動定律漸漸在他的筆記上成型。
牛頓手稿
1669年,牛頓回到劍橋,因其在數學上的成就,他被授予了盧卡斯數學教授席位。此後,他一邊研究科學,一邊研究神學。
1687年,牛頓將自己的研究成果整理出版,於是著名的《自然哲學的數學原理》橫空出世。在這本書中,牛頓闡述此後兩百年內都被視為真理的三大運動定律和萬有引力定律。
自此,牛頓創立了經典力學理論體系,實現了自然科學的第一次大統一,讓人類對自然界的認識有了質的飛躍。
1689年,46歲的牛頓成為了英國皇家學會成員;1696年,他被任命為皇家鑄幣廠廠長;1703年,胡克去世後,他成為了英國皇家學會會長;1705年,他被英女王封為爵士。
牛頓曾在給胡克的信中寫道:
「(關於光學)笛卡爾往前邁出很好的一步。您在很多方面又使其錦上添花……如果我能看得更遠的話,那也是因為我站在您這樣巨人的肩膀上。」
他在信中所說的巨人到底是誰呢?他到底有沒有竊取他人的勞動果實?
伽利略:
伽利略在1638年完成的著作《兩門新科學》中不僅分析了自由落體的加速運動、預見了重力的存在、確定了加速度是可以測量的,還開闢了分析空中物體飛行路徑的新思路。
他是最早對動力學進行定量研究的人,他是名副其實的、牛頓口中的「巨人」。
胡克:
胡克曾與牛頓結下了不小的梁子。
在光學方面,他支持光的波動學說,而牛頓則認為光是粒子。
胡克曾在給牛頓的信中提出了引力與距離平方成反比的觀點,但由於自己的數學能力有限,他給不出證明過程。
當牛頓利用自己超高的數學能力研究出微積分後,輕而易舉解決了這個問題,給出了證明的過程後,胡克卻認為牛頓抄襲了他的觀點而寫信質問牛頓。
萊布尼茨:
關於牛頓和萊布尼茨到底是誰先發明了微積分,科學界一直是有爭議的。霍金在他的著作《時間簡史》中曾寫道:
「萊布尼茨和牛頓各自獨立地發展了叫做微積分的數學分支,它是大部分近代物理的基礎。雖然現在我們知道,牛頓發現微積分要比萊布尼茨早若干年,可是他很晚才出版他的著作。」
不論是誰先發明的,微積分的作用卻是在牛頓的手中被發揮到了極致,是他將微積分作為工具來解釋物理問題,從而得到了改變人類認知的科學發現。
牛頓脾氣暴躁、孤傲自負卻又聰明絕頂,他算不上一個可愛的人,但對人類來說,他的的確確能稱得上偉大。
他告訴人們萬物皆有規律可循,在他之前,人們相信神力,在他之後,人們相信自己。他創立的經典物理學一直被科學界沿用到二十世紀,直到愛因斯坦等人證明宇宙間還有許多牛爵爺沒有考慮到的事情。
1687年,牛頓在他的《自然哲學的數學原理》第三卷序言處寫下:
「現在,我將展示世界體系的框架。」