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简介

  艾萨克·牛顿(Sir Isaac Newton FRS,1643年1月4日~1727年3月31日)爵士英国皇家学会会员,是一位英国物理学家数学家天文学家、自然哲学家和炼金术士。他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里,对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律;从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑,并推动了科学革命。在力学上,牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理。在光学上,他发明了反射式望远镜,并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察,发展出了颜色理论。

  他,发展出了颜色的理论。他还系统地表述了冷却定律,并研究了音速。在数学上,牛顿与戈特弗里德·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理,提出了“牛顿法”以趋近函数的零点,并为级数的研究作出了贡献。在2005年,皇家学会进行了一场“谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查中,牛顿被认为比阿尔伯特·爱因斯坦更具影响力。

艾萨克· 牛顿的名言

  ⑴I don't know what I may seem to the world,but,as to myself,Iseem to have been only like a boy playing on the sea shore,anddiverting myself in now and then finding a smoother pebble or aprettier shell than ordinary,whilst the great ocean of truth layall undiscovered before me.

  -------- Newton

  译成中文:我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。

  -------- 牛顿

  ⑵ If I can see a bit farther than some others, it is because I amstanding on the shoulders of giants.

  -------- Newton

  译成中文:如果说我比别人看得更远些,那是因为我站在了巨人的肩上。

  -------- 牛顿

早年

  按照现代的历法,1643年1月4日,艾萨克·牛顿出生于英格兰林肯郡乡下的一个小村落埃尔斯索普村的埃尔斯索普庄园。在牛顿出生之时,英格兰并没有采用教皇的最新历法,因此他的生日被记载为1642年的圣诞节。牛顿出生前三个月,他同样名为艾萨克的父亲才刚去世。由于早产的缘故,新生的牛顿十分瘦小;据传闻,他的母亲汉娜·艾斯库(HannahAyscough)曾说过,牛顿刚出生时小得可以把他装进一夸脱的马克杯中。当牛顿3岁时,他的母亲改嫁并住进了新丈夫巴纳巴斯·史密斯(BarnabusSmith)牧师的家,而把牛顿托付给了他的外祖母玛杰里·艾斯库(MargeryAyscough)。年幼的牛顿不喜欢他的继父,并因母亲嫁给他的事而对母亲持有一些敌意,牛顿甚至曾经“威胁我那姓史密斯的父母亲,要把他们连同房子一齐烧掉……”

  据《大数学家》(Men of Mathematics,E·T·贝尔(E.T. Bell)着)和《数学史介绍》(Anintroduction to the history of mathematics,H·伊夫斯(H. Eves)着)两书记载:“牛顿在乡村学校开始学校教育的生活,后来被送到了格兰瑟姆的国王中学,并成为了该校最出色的学生。在国王中学时,他寄宿在当地的药剂师威廉·克拉克(WilliamClarke)家中,并在19岁前往牛津大学求学前,与药剂师的继女安妮·斯托勒(AnneStorer)订婚。之后因为牛顿专注于他的研究而使得爱情冷却,斯托勒小姐嫁给了别人。据说牛顿对这次的恋情保有一段美好的回忆,但此后便再也没有其他的罗曼史,牛顿也终生未娶。”

  不过据和牛顿同时代的友人威廉·斯蒂克利(William Stukeley)所著的《艾萨克·牛顿爵士生平回忆录》(Memoirsof Sir Isaac Newton'sLife)一书的描述,斯蒂克利在牛顿死后曾访问过文森特(Vincent)夫人,也就是当年牛顿的恋人斯托勒小姐。文森特夫人的名字叫作凯瑟琳,而不是安妮,安妮是她的妹妹(参见ArthurStorer),而且夫人仅表示牛顿当年寄宿时对她只不过是“怀有情愫”的程度而已。

  从12 岁左右到17岁,牛顿都在国王中学学习,在该校图书馆的窗台上还可以看见他当年的签名。他曾从学校退学,并在1659年10月回到埃尔斯索普村,因为他再度守寡的母亲想让牛顿当一名农夫。牛顿虽然顺从了母亲的意思,但据牛顿的同侪后来的叙述,耕作工作让牛顿相当不快乐。所幸国王中学的校长亨利·斯托克斯(HenryStokes)说服了牛顿的母亲,牛顿又被送回了学校以完成他的学业。他在18岁时完成了中学的学业,并得到了一份完美的毕业报告。

  1661年6月,他进入了剑桥大学的三一学院。在那时,该学院的教学基于亚里士多德的学说,但牛顿更喜欢阅读一些笛卡尔等现代哲学家以及伽利略、哥白尼和开普勒等天文学家更先进的思想。1665年,他发现了广义二项式定理,并开始发展一套新的数学理论,也就是后来为世人所熟知的微积分学。在1665年,牛顿获得了学位,而大学为了预防伦敦大瘟疫而关闭了。在此后两年里,牛顿在家中继续研究微积分学光学万有引力定律

中年

  数学

  大多数现代历史学家都相信,牛顿与莱布尼茨独立发展出了微积分学,并为之创造了各自独特的符号。根据牛顿周围的人所述,牛顿要比莱布尼茨早几年得出他的方法,但在1693年以前他几乎没有发表任何内容,并直至1704年他才给出了其完整的叙述。其间,莱布尼茨已在1684年发表了他的方法的完整叙述。此外,莱布尼茨的符号和“微分法”被欧洲大陆全面地采用,在大约1820年以后,英国也采用了该方法。莱布尼茨的笔记本记录了他的思想从初期到成熟的发展过程,而在牛顿已知的记录中只发现了他最终的结果。牛顿声称他一直不愿公布他的微积分学,是因为他怕被人们嘲笑。牛顿与瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒(NicolasFatio de Duillier)的联系十分密切,后者一开始便被牛顿的引力定律所吸引。1691年,丢勒打算编写一个新版本的牛顿《自然哲学的数学原理》,但从未完成它。一些研究牛顿的传记作者认为他们之间的关系可能存在爱情的成分。不过,在1694年这两个人之间的关系冷却了下来。在那个时候,丢勒还与莱布尼茨交换了几封信件。

  在1699年初,皇家学会(牛顿也是其中的一员)的其他成员们指控莱布尼茨剽窃了牛顿的成果,争论在1711年全面爆发了。牛顿所在的英国皇家学会宣布,一项调查表明了牛顿才是真正的发现者,而莱布尼茨被斥为骗子。但在后来,发现该调查评论莱布尼茨的结语是由牛顿本人书写,因此该调查遭到了质疑。这导致了激烈的牛顿与莱布尼茨的微积分学论战,并破坏了牛顿与莱布尼茨的生活,直到后者在1716年逝世。这场争论在英国和欧洲大陆的数学家间划出了一道鸿沟,并可能阻碍了英国数学至少一个世纪的发展。

  牛顿的一项被广泛认可的成就是广义二项式定理,它适用于任何幂。他发现了牛顿恒等式、牛顿法,分类了立方面曲线(两变量的三次多项式),为有限差理论作出了重大贡献,并首次使用了分式指数和坐标几何学得到丢番图方程的解。他用对数趋近了调和级数的部分和(这是欧拉求和公式的一个先驱),并首次有把握地使用幂级数和反转(revert)幂级数。他还发现了π的一个新公式。

  他在1669年被授予卢卡斯数学教授席位。在那一天以前,剑桥或牛津的所有成员都是经过任命的圣公会牧师。不过,卢卡斯教授之职的条件要求其持有者不得活跃于教堂(大概是如此可让持有者把更多时间用于科学研究上)。牛顿认为应免除他担任神职工作的条件,这需要查理二世的许可,后者接受了牛顿的意见。这样避免了牛顿的宗教观点与圣公会信仰之间的冲突。

  光学

  从1670年到1672年,牛顿负责讲授光学。在此期间,他研究了光的折射,表明棱镜可以将白光发散为彩色光谱,而透镜和第二个棱镜可以将彩色光谱重组为白光。
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他还通过分离出单色的光束,并将其照射到不同的物体上的实验,发现了色光不会改变自身的性质。牛顿还注意到,无论是反射、散射或发射,色光都会保持同样的颜色。因此,我们观察到的颜色是物体与特定有色光相合的结果,而不是物体产生颜色的结果。

  从这项工作中,他得出了如下结论:任何折光式望远镜都会受到光散射成不同颜色的影响,并因此发明了反射式望远镜(现称作牛顿望远镜)来回避这个问题。他自己打磨镜片,使用牛顿环来检验镜片的光学品质,制造出了优于折光式望远镜的仪器,而这都主要归功于其大直径的镜片。1671年,他在皇家学会上展示了自己的反射式望远镜。皇家学会的兴趣鼓励了牛顿发表他关于色彩的笔记,这在后来扩大为《光学》(Opticks)一书。但当罗伯特·胡克批评了牛顿的某些观点后,牛顿对其很不满并退出了辩论会。两人自此以后成为了敌人,这一直持续到胡克去世。

  牛顿认为光是由粒子或微粒组成的,并会因加速通过光密介质而折射,但他也不得不将它们与波联系起来,以解释光的衍射现象。而其后世的物理学家们则更加偏爱以纯粹的光波来解释衍射现象。现代的量子力学、光子以及波粒二象性的思想与牛顿对光的理解只有很小的相同点。

  在1675年的著作《解释光属性的解说》(Hypothesis Explaining the Properties ofLight)中,牛顿假定了以太的存在,认为粒子间力的传递是透过以太进行的。不过牛顿在与神智学家亨利·莫尔(HenryMore)接触后重新燃起了对炼金术的兴趣,并改用源于汉密斯神智学(Hermeticism)中粒子相吸互斥思想的神秘力量来解释,替换了先前假设以太存在的看法。拥有许多牛顿炼金术著作的经济学大师约翰·梅纳德·凯恩斯曾说:“牛顿不是理性时代的第一人,他是最后的一位炼金术士。”但牛顿对炼金术的兴趣却与他对科学的贡献息息相关,而且在那个时代炼金术与科学也还没有明确的区别。如果他没有依靠神秘学思想来解释穿过真空的超距作用,他可能也不会发展出他的引力理论。(参见艾萨克·牛顿的神秘学研究)

  1704年,牛顿著成《光学》,其中他详述了光的粒子理论。他认为光是由非常微小的微粒组成的,而普通物质是由较粗微粒组成,并推测如果通过某种炼金术的转化“难道物质和光不能互相转变吗?物质不可能由进入其结构中的光粒子得到主要的动力(Activity)吗?牛顿还使用玻璃球制造了原始形式的摩擦静电发电机。

  力学和引力

  1679年,牛顿重新回到力学的研究中:引力及其对行星轨道的作用、开普勒的行星运动定律、与胡克和弗拉姆斯蒂德在力学上的讨论。他将自己的成果归结在《物体在轨道中之运动》(1684年)一书中,该书中包含有初步的、后来在《原理》中形成的运动定律。

  《自然哲学的数学原理》(现常简称作《原理》)在埃德蒙·哈雷的鼓励和支持下出版于1687年7月5日。该书中牛顿阐述了其后两百年间都被视作真理的三大运动定律。牛顿使用拉丁单词“gravitas”(沉重)来为现今的引力(gravity)命名,并定义了万有引力定律。在这本书中,他还基于波义耳定律提出了首个分析测定空气中音速的方法。

  由于《原理》的成就,牛顿得到了国际性的认可,并为他赢得了一大群支持者:牛顿与其中的瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒建立了非常亲密的关系,直到1693年他们的友谊破裂。这场友谊的结束让牛顿患上了神经衰弱。

晚年

  由于受时代的限制,牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者。他认为运动只是机械力学的运动,是空间
位置的变化;宇宙和太阳一样是没有发展变化的;靠了万有引力的作用,恒星永远在一个固定不变的位置上……

  随着科学声誉的提高,牛顿的政治地位也得到了提升。1689年,他被当选为国会中的大学代表。作为国会议员,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时,他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上。

  晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活,1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有,被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长,在他任职的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会。没有他的同意,任何人都不能被选举。

  晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝,埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时,竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。

  1727年3月20日,伟大艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样,他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着:

  让人们欢呼这样一位多么伟大的

  人类荣耀曾经在世界上存在。

大事年表

  1643年1月4日(旧历1642年12月25日)出生于林肯郡乌尔索普。

  1655年 12岁 入格兰瑟姆中学学习。

  1661年 19岁 6月15日剑桥大学三一学院学习。

  1665年 24岁 发现二项式定理。

  1665年~1666年 24岁 因鼠疫流行回到家乡,对光学、力学、数学有多方面的研究和突破。

  1668年 26岁 制成反射式望远镜。

  1669年 27岁 著《论用无限项方程所作的分析》,任卢卡斯讲座教授。

  1671年 29岁 著《级数和流数方法论著》。

  1672年 29岁 1月当选为皇家学会会员,宣读《关于光和颜色的理论》的论文。

  1684年 42岁 会见哈雷,证明引力平方反比定律。

  1686年~1687年 44岁 著《自然哲学的数学原理》。

  1689年 47岁 母亲去世

  1700年 57岁 发明六分仪。

  1727年3月20日 84岁 逝世。

牛顿的成就

  力学方面的贡献

  牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究,总结出了物体运动的三个基本定律(牛顿三定律):①任何物体在不受外力或所受外力的合力为零时,保持原有的运动状态不变,即原来静止的继续静止,原来运动的继续作匀速直线运动。②任何物体在外力作用下,运动状态发生改变,其动量随时间的变化率与所受的合外力成正比。通常可表述为:物体的加速度与所受的合外力成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力的方向一致。③当物体甲给物体乙一个作用力时,
物体乙必然同时给物体甲一个反作用力,作用力和反作用力大小相等,方向相反,而且在同一直线上。这三个非常简单的物体运动定律,为力学奠定了坚实的基础,并对其他学科的发展产生了巨大影响。第一定律的内容伽利略曾提出过,后来R.笛卡儿作过形式上的改进,伽利略也曾非正式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的结果之后得出的。

  牛顿是万有引力定律的发现者。他在1665~1666年开始考虑这个问题。1679年,R·胡克在写给他的信中提出,引力应与距离平方成反比,地球高处抛体的轨道为椭圆,假设地球有缝,抛体将回到原处,而不是像牛顿所设想的轨道是趋向地心的螺旋线。牛顿没有回信,但采用了胡克的见解。在开普勒行星运动定律以及其他人的研究成果上,他用数学方法导出了万有引力定律。

  牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中,创立了经典力学理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律,实现了自然科学的第一次大统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。

  牛顿指出流体粘性阻力与剪切率成正比。他说:流体部分之间由于缺乏润滑性而引起的阻力,如果其他都相同,与流体部分之间分离速度成比例。现在把符合这一规律的流体称为牛顿流体,其中包括最常见的水和空气,不符合这一规律的称为非牛顿流体。

  在给出平板在气流中所受阻力时,牛顿对气体采用粒子模型,得到阻力与攻角正弦平方成正比的结论。这个结论一般地说并不正确,但由于牛顿的权威地位,后人曾长期奉为信条。20世纪,T·卡门在总结空气动力学的发展时曾风趣地说,牛顿使飞机晚一个世纪上天。

  关于声的速度,牛顿正确地指出,声速与大气压力平方根成正比,与密度平方根成反比。但由于他把声传播当作等温过程,结果与实际不符,后来P.-S.拉普拉斯从绝热过程考虑,修正了牛顿的声速公式。

  数学方面的贡献 

  17世纪以来,原有的几何和代数已难以解决当时生产和自然科学所提出的许多新问题,例如:如何求出物体的瞬时速度与加速度?如何求曲线的切线及曲线长度(行星路程)、矢径扫过的面积、极大极小值(如近日点、远日点、最大射程等)、体积、重心、引力等等;尽管牛顿以前已有对数、解析几何、无穷级数等成就,但还不能圆满或普遍地解决这些问题。当时笛卡儿的《几何学》和瓦里斯的《无穷算术》对牛顿的影响最大。牛顿将古希腊以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法:正流数术(微分)和反流数术(积分),反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书中,以及被保存下来的1666年10月他写的在朋友们中间传阅的一篇手稿《论流数》中。所谓“流量”就是随时间而变化的自变量如x、y、s、u等,“流数”就是流量的改变速度即变化率,写作等。他说的“差率”“变率”就是微分。与此同时,他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开定理。牛顿利用它还发现了其他无穷级数,并用来计算面积、积分、解方程等等。1684年莱布尼兹从对曲线的切线研究中引入了和拉长的S作为微积分符号,从此牛顿创立的微积分学在大陆各国迅速推广。

  微积分的出现,成了数学发展中除几何与代数以外的另一重要分支——数学分析(牛顿称之为“借助于无限多项方程的分析”),并进一步进进发展为微分几何、微分方程、变分法等等,这些又反过来促进了理论物理学的发展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲线的解答,这是变分法的最初始问题,半年内全欧数学家无人能解答。1697年,一天牛顿偶然听说此事,当天晚上一举解出,并匿名刊登在《哲学学报》上。伯努利惊异地说:“从这锋利的爪中我认出了雄狮”。

  牛顿在前人工作的基础上,提出“流数(fluxion)法”,建立了二项式定理,并和G.W.莱布尼茨几乎同时创立了微积分学,得出了导数、积分的概念和运算法则,阐明了求导数和求积分是互逆的两种运算,为数学的发展开辟了一个新纪元。

  光学方面的贡献 

  牛顿曾致力于颜色的现象和光的本性的研究。1666年,他用三棱镜研究日光,得出结论:白光是由不同颜色(即不同波长)的光混合而成的,不同波长的光有不同的折射率。在可见光中,红光波长最长,折射率最小;紫光波长最短,折射率最大。牛顿的这一重要发现成为光谱分析的基础,揭示了光色的秘密。牛顿还曾把一个磨得很精、曲率半径较大的凸透镜的凸面,压在一个十分光洁的平面玻璃上,在白光照射下可看到,中心的接触点是一个暗点,周围则是明暗相间的同心圆圈。后人把这一现象称为“牛顿环”。他创立了光的“微粒说”,从一个侧面反映了光的运动性质,但牛顿对光的“波动说”并不持反对态度。1704年,他出版了《光学》一书,系统阐述他在光学方面的研究成果。

  热学方面的贡献 

  牛顿确定了冷却定律,即当物体表面与周围有温差时,单位时间内从单位面积上散失的热量与这一温差成正比。

  天文学方面的贡献 

  牛顿1672年创制了反射望远镜。他用质点间的万有引力证明,密度呈球对称的球体对外的引力都可以用同质量的质点放在中心的位置来代替。他还用万有引力原理说明潮汐的各种现象,指出潮汐的大小不但同月球的位相有关,而且同太阳的方位有关。牛顿预言地球不是正球体。岁差就是由于太阳对赤道突出部分的摄动造成的。

  哲学方面的贡献

  牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义,他承认时间、空间的客观存在。如同历史上一切伟大人物一样,牛顿虽然对人类作出了巨大的贡献,但他也不能不受时代的限制。例如,他把时间、空间看作是同运动着的物质相脱离的东西,提出了所谓绝对时间和绝对空间的概念;他对那些暂时无法解释的自然现象归结为上帝的安排,提出一切行星都是在某种外来的“第一推动力”作用下才开始运动的说法。

  《自然哲学的数学原理》牛顿最重要的著作,1687年出版。该书总结了他一生中许多重要发现和研究成果,其中包括上述关于物体运动的定律。他说,该书“所研究的主要是关于重、轻流体抵抗力及其他吸引运动的力的状况,所以我们研究的是自然哲学的数学原理。”该书传入中国后,中国数学家李善兰曾译出一部分,但未出版,译稿也遗失了。现有的中译本是数学家郑太朴翻译的,书名为《自然哲学之数学原理》,1931年商务印书馆初版,1957、1958年两次重印。

  牛顿对自然的兴趣

  由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生极为浓厚的兴趣。就在1665~1666年这两年之内,他在自然科学领域内思潮奔腾,才华迸发,思考前人从未思考过的问题,踏进前人没有涉及的领域,创建前所未有的惊人业绩。1665年初他创立级数近似法以及把任何幂的二项式化为一个级数的规则。同年11月,创立正流数法(微分);次年1月,研究颜色理论;5月,开始研究反流数法(积分)。这一年内,牛顿还开始想到研究重力问题,并想把重力理论推广到月球的运行轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是在此时发生的轶事。总之,在家乡居住的这两年中,牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题。由此可见,牛顿一生的重大科学思想是在他青春年华、思想敏锐短短两年期间孕育、萌发和形成的。

  1667年牛顿重返剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣,次年3月16日选为正院侣。当时巴罗对牛顿的才能有充分认识。1669年10月27日巴罗便让年仅26岁的牛顿接替他担任卢卡斯讲座的教授。牛顿把他的光学讲稿(1670~1672年)、算术和代数讲稿(1673~1683年)《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)的第一部分(1684~1685年),还有《宇宙体系》(1687年)等手稿送到剑桥大学图书馆收藏。1672年起他被接纳为皇家学会会员,1703年被选为皇家学会主席直到逝世。其间牛顿和国内外科学家通信最多的有R.玻意耳、J.柯林斯、J.夫拉姆斯蒂德、D.格雷果理、E·哈雷、胡克、C·惠更斯、G·W·F·von莱布尼兹和J·沃利斯等。牛顿在写作《原理》之后,厌倦大学教授生活,他得到在大学学生时代结识的一位贵族后裔C.蒙塔古的帮助,于1696年谋得造币厂监督职位,1699年升任厂长,1701年辞去剑桥大学工作。当时英国币制混乱,牛顿运用他的冶金知识,制造新币。因改革币制有功,1705年受封为爵士。晚年研究宗教,著有《圣经里两大错讹的历史考证》等文。牛顿于1727年3月31日(儒略历20日)在伦敦郊区肯辛顿寓中逝世,以国葬礼葬于伦敦威斯敏斯特教堂。

  《光学》和反射式望远镜的发明,光学和力学一样,在古希腊时代就受到注意。用于天文观测的需要,光学仪器的制作很早就得到了发展,光的反射定律早在欧几里得时代已经闻名,但折射定律直到牛顿出生之前不久才为荷兰科学家W.斯涅耳所发现。玻璃的制作早已从阿拉伯辗转传入西欧。16世纪荷兰磨制透镜的手工业大兴。把透镜适当组合成一个系统就可成为显微镜或望远镜。这两种仪器的发明对科学发展起了重大作用。在牛顿之前,伽利略首先把他所制作的望远镜用在天象观测上。枷利略式的望远镜是以一片会聚透镜为目镜、一片发散透镜为物镜的望远镜。还有当时盛行的由两片会聚透镜组成的开普勒望远镜。两种望远镜都无法消除物镜的色散。牛顿发明以金属磨成的反射镜代替会聚透镜作为物镜,这样就避免了物镜的色散。当时牛顿制成的望远镜长6英寸,直径1英寸,放大率为30~40倍。经过改进,1671年他制作了第二架更大的反射式望远镜,并送到皇家学会评审。这台望远镜被皇家学会作为珍贵科学文物收藏起来。为了制造反射式望远镜,牛顿亲自冶炼合金和研磨镜面。牛顿自幼爱好动手制模型,做试验,这对他在光学实验上的成功有极大帮助。光的颜色问题早在公元前就有人在作猜测,把虹的光色和玻璃片的边缘形成的颜色联系起来。从亚里士多德以来到笛卡儿都认为白光是纯洁的、均匀的,是光的本质,而色光只是光的变种。他们都没像牛顿那样认真做过实验。

思想

  亚里士多德的哲学讲求事物的和谐,求和谐思想是正确的,但亚里士多德认为天上的日、月、星辰的运行轨道是圆形,因为只有圆运动才是完美的、和谐的,而地上的运动,例如重物直线下落是凡俗的。古希腊哲学家的和谐思想不能在天与地之间连贯。到了17世纪,牛顿用引力理论和运动三定律把天上行星和它们的卫星运动规律,同地上重力下坠的现象统一起来,实现了天上人间的统一,这是牛顿在自然哲学上的伟大贡献。众所周知,牛顿在理解光的本质上持微粒说。但他在同胡、惠更斯等讨论光的本质时,说光具有这种或那种本能激发以太的振动。这意味着以太是光振动的媒
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质(见以太论)。于此,似乎牛顿对光的双重性有所理解;其实不然,他对以太媒质之存在极似空气之无所不在,只是远为稀薄、微细而具有强有力的弹。他又申说,就是由于以太的动物气质才使肌肉收缩和伸长,动物得以运动。他又进一步以以太来解释光的反射与折射,透明与不透明,以及颜色的产生,他甚至于设想地球的引力是由于有如以大气质不断凝聚使然。《原理》第二编第六章诠释的结尾说,从记忆中他曾做实验倾向于以太充斥于所有物体的空隙之中的说法,虽然以太对于引力没有觉察的影响。14、15世纪以来欧洲的学者对以太着了迷,以太学说风靡一时。当时科学巨擘笛卡儿对以太存在深信不疑。他认为行星之运行可以以太旋涡来解释。以太学说成为一时哲学思潮。尊重实验的牛顿也不免卷入这股哲学思潮激流中去,倾向于它存在。当时人们对超距作用看法不一。牛顿曾经指出他的引力相互作用定律,并不认为是最终的解释,而只是从实验中归纳出来的一条规则。因此,牛顿并未就引力本质作出结论。

  牛顿在科学上的成就须由他的哲学思想和科学方法来寻根求源。牛顿的学生R.科茨曾在《原理》第2版序言中道出了其中的奥妙。古希腊、罗马的哲学家凭着对自然现象的观察和思考(中国先秦时代也有类似之处)总结出论断,例如泰勒斯的学说:万物的根源是水。即使像德谟克利特、卢克莱修的原子论,现在来评价还是很高的。但是他们的方法凭天才的臆测、思维与辩论,称之为思辨哲学。到了中世,经院哲学统治着欧洲。科学、哲学沦为神学的奴婢。到15、16世纪,哥白尼、G.布鲁诺、伽利略等人不畏坐牢、火刑等坚持不屈地向教会作斗争,挣脱了侍奉上帝的桎梏。对自然现象的观察、测量和实验的风气逐渐形成了。在物理学科中伽利略的实验工作是实验物理学的开端,牛顿深受其影响。随后牛顿使作为实验科学的物理学形成一个光辉体系,同时也使科学实验方法闯入了哲学思想的殿堂。

  牛顿认为从现象中可以得出科学原理,或者说科学基本原理可以从现象中导得或推出。牛顿在《原理》和《光学》两书中明白表达他的做学问的方法,即要明白无误地区别猜测、假设和实验结果(及由此而归纳得出的结论),还有从某些假设条件下所得到数学推导。《原理》第一编十四章中处理细微粒子的运动和第二编命题23中设想气体中有相互排斥质点的模型都是牛顿运用具有物理实质性的数学模型的例子,但是他对这些问题缺少实质性的实验证据,未能写出无可辩驳的论述。论者可能认为牛顿只注重从实验运用归纳法得出定律,而无视演绎法的重要性。这是有违事实的。1713年牛顿在出版《原理》第2版时在给他的学生科茨的信中提到运动定律是居于首位的定律或称之为公理,并说它们都是从现象中推断或称演绎而来的,并运用归纳法使之普适化。牛顿说:“这是一个命题在哲学中所能达到最高境界的例证。”诚然,必须看到归纳与演绎不能人为地对立起来。恩格斯指出“归纳和演绎正如分析和综合一样,是必然相互联系着的。不应当牺牲一个而把另一个捧到天上去”。牛顿在此早着先鞭。关于实验与假设之间的关系,牛顿在各种场合都有论述。他在给奥尔登堡的信中说:“进行哲学研究的最好和最可靠的方法,看来第一是勤勤恳恳地探索事物的属性并用实验来证明这些属性。然后进而建立一些假说,用以解释这些事物的本性。”给科茨信中说:“任何不是从现象中推论出来的说法都应称之为假说,而这样一种假说无论是形而上学的还是物理学的,无论属于隐蔽性质的还是力学性质的,在实验哲学中都没有它们的地位。”牛顿这些论述奠定了自然哲学的基础,启开了实验科学的大门,300年来为自然科学的繁荣立下了不朽功勋。牛顿研究事物规律的方法不同于那些只从简单的物理假设出发的人,而是通过逻辑的演绎法得到对事物现象的解释。爱因斯坦指出:“牛顿才第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础,从这基础出发他用数学的思维,逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合。”“在牛顿之前还没有什么实际的结果支持那种认为物理因果关系有完整链条的信念。”牛顿是完整的物理因果关系创始人;而因果关系正是经典物理学的基石。牛顿出身于笃信基督教的家庭。在剑桥求学时代,他就怀着宗教生活里亦如科学实验一样可以自由自在的幻想和工作。《原理》完成后,他便着手有关基督教《圣经》的研究,并开始写这方面的著作,手稿达150万字之多,绝大部分未发表。可见牛顿在宗教著述上浪费了大量时间的精力。关于牛顿在1692~1693年间答复本特莱大主教4封信论造物主(上帝)之存在,最为后人所诟病。所谓神臂就是第一推动出于第四封信中。从现代宇宙学来说,第一推动完全可能在物理框架中解决,而无需“神助”。

  牛顿反对当时的英国国教。他反对三一教义,但不鲜明表白自己的意志,只是隐蔽地表明不愿担任圣职。总之,在对于宗教问题上牛顿比之于他的先驱者如哥白尼、布鲁诺、伽利略等赴汤蹈火而不辞的精神,则逊色多了。

  1942年爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年而写的文章,对牛顿的一生作如下的评价“只有把他的一生看作为永恒真理而斗争的舞台上一幕才能理解他”。此赞语最恰当不过的了。

  牛顿的哲学思想和科学方法:

  牛顿在科学上的巨大成就连同他的朴素的唯物主义哲学观点和一套初具规模的物理学方法论体系,给物理学及整个自然科学的发展,给18世纪的工业革命、社会经济变革及机械唯物论思潮的发展以巨大影响。这里只简略勾画一些轮廓。

  牛顿的哲学观点与他在力学上的奠基性成就是分不开的,一切自然现象他都力图力学观点加以解释,这就形成了牛顿哲学上的自发的唯物主义,同时也导致了机械论的盛行。事实上,牛顿把一切化学、热、电等现象都看作“与吸引或排斥力有关的事物”。例如他最早阐述了化学亲和力,把化学置换反应描述为两种吸引作用的相互竞争;认为“通过运动或发酵而发热”;火药爆炸也是硫磺、炭等粒子相互猛烈撞击、分解、放热、膨胀的过程,等等。

  这种机械观,即把一切的物质运动形式都归为机械运动的观点,把解释机械运动问题所必需的绝对时空观、原子论、由初始条件可以决定以后任何时刻运动状态的机械决定论、事物发展的因果律等等,作为整个物理学的通用思考模式。可以认为,牛顿是开始比较完整地建立物理因果关系体系的第一人,而因果关系正是经典物理学的基石。

  牛顿在科学方法论上的贡献正如他在物理学特别是力学中的贡献一样,不只是创立了某一种或两种新方法,而是形成了一套研究事物的方法论体系,提出了几条方法论原理。在牛顿《原理》一书中集中体现了以下几种科学方法:

  ①实验——理论——应用的方法。牛顿在《原理》序言中说:“哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力,而后用这些方去论证其他的现象。”科学史家I.B.Cohen正确地指出,牛顿“主要是将实际世界与其简化数学表示反复加以比较”。牛顿是从事实验和归纳实际材料的巨匠,也是将其理论应用于天体、流体、引力等实际问题的能手。

  ②分析——综合方法。分析是从整体到部分(如微分、原子观点),综合是从部分到整体(如积分,也包括天与地的综合、三条运动定律的建立等)。牛顿在《原理》中说过:“在自然科学里,应该像在数学里一样,在研究困难的事物时,总是应当先用分析的方法,然后才用综合的方法……。一般地说,从结果到原因,从特殊原因到普遍原因,一直论证到最普遍的原因为止,这就是分析的方法;而综合的方法则假定原因已找到,并且已经把它们定为原理,再用这些原理去解释由它们发生的现象,并证明这些解释的正确性”。

  ③归纳——演绎方法。上述分析一综合法与归纳一演绎法是相互结合的。牛顿从观察和实验出发。“用归纳法去从中作出普通的结论”,即得到概念和规律,然后用演绎法推演出种种结论,再通过实验加以检验、解释和预测,这些预言的大部分都在后来得到证实。当时牛顿表述的定律他称为公理,即表明由归纳法得出的普遍结论,又可用演绎法去推演出其他结论。

  ④物理——数学方法。牛顿将物理学范围中的概念和定律都“尽量用数学演出”。爱因斯坦说:“牛顿才第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础,从这个基础出发他用数学的思维,逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合”,“只有微分定律的形式才能完全满足近代物理学家对因果性的要求,微分定律的明晰概念是牛顿最伟大的理智成就之一”。牛顿把他的书称为《自然哲学的数学原理》正好说明这一点。

  牛顿的方法论原理集中表述在《原理》第三篇“哲学中的推理法则”中的四条法则中,此处不再转引。概括起来,可以称之为简单性原理(法则1),因果性原理(法则2),普遍性原理(法则3),否证法原理(法则4,无反例证明者即成立)。有人还主张把牛顿在下一段话的思想称之为结构性原理:“自然哲学的目的在于发现自然界的结构的作用,并且尽可能把它们归结为一些普遍的法规和一般的定律——用观察和实验来建立这些法则,从而导出事物的原因和结果”。

  牛顿的哲学思想和方法论体系被爱因斯坦赞为“理论物理学领域中每一工作者的纲领”。这是一个指引着一代一代科学工作者前进的开放的纲领。但牛顿的哲学思想和方法论不可避免地有着明显的时代局限性和不彻底性,这是科学处于幼年时代的最高成就。牛顿当时只对物质最简单的机械运动作了初步系统研究,并且把时空、物质绝对化,企图把粒子说外推到一切领域(如连他自己也不能解释他所发现的“牛顿环”),这些都是他的致命伤。牛顿在看到事物的“第一原因”“不一定是机械的”时,提出了“这些事情都是这样地井井有条……是否好像有一位……无所不在的上帝”的问题,(《光学》,疑问29),并长期转到神学的“科学”研究中,费了大量精力。但是,牛顿的历史局限性和他的历史成就一样,都是启迪后人不断前进的教材。

宗教观点

  力定律是牛顿最著名的发现。牛顿警告,不可用此发现把宇宙看成只是机器,犹如一个大时钟。他说:“重力解释行星的运行,但不能解释谁使行星运行。上帝治理万物,知道一切可做或能做的事。”

  虽然牛顿在科学上享有大名,但《圣经》才是他的最大的激情。比于科学他致力了更多时间于《圣经》的研究,并且说:“我根本上相信《圣经》是作为上帝的话语,由那些被灵感的人写成。我每天也学习《圣经》。”

  牛顿是上帝一位论和亚流学说信奉者,并不同意上帝是三位一体的教会教条。若这秘密在他有生之年被揭露,按当时的法律会撤除他剑桥大学教授一职。有关他在这题目上的文字写作,只以遗作形式出版。

  他试图找出暗藏在《圣经》之内的信息,但始终未能取得成功。

牛顿与中国

  牛顿生活的年代相当于明亡之前一年到清雍正5年,《自然哲学的数学原理》一书发表的时间相当于康熙25年。从牛顿《原理》发表的1687年到1840年的150余年间,牛顿物理学和天文学知识几乎没有介绍到中国。《原理》一书的基本内容直到鸦片战争之后才在中国传播。

  哥白尼的太阳中心说、开普勒的椭圆轨道、牛顿的万有引力三者相继传入中国,它们和中土奉为圭臬的“天动地静”、“天圆地方”、“阴阳相感”的传统有天壤之别。这就不能不引起中国人的巨大反响。牛顿学说在中国的传播决不只是影响了学术界,唤醒了人们对于科学真理的认识。更重要的是,也为中国资产阶级改革派发起的戊戌变法1898年)提供了一种舆论准备。这个运动的主将康有为、梁启超和谭嗣同等人,都无例外地从牛顿学说中寻找维新变法的根据,尤其是牛顿在科学上革故图新的精神鼓舞了清代一切希望变革社会的有志之士。

轶事

  苹果落地

  一个偶然的事件往往能引发一位科学家思想的闪光。这是1666年夏末一个温暖的傍晚,在英格兰林肯州乌尔斯索普,一个腋下夹着一本书的年轻人走进他母亲家的花园里,坐在一棵树下,开始埋头读他的书。当他翻动书页时,他头顶的树枝中有样东西晃动起来。一只历史上最著名的苹果落了下来,打在23岁的牛顿的头上恰巧在那天,牛顿正苦苦思索着一个问题:是什么力量使月球保持在环绕地球运行的轨道上,以及使行星保持在其环绕太阳运行的轨道上?为什么这只打中他脑袋的苹果会坠落到地上?正是从思考这一问题开始,他找到了这些的答案——万有引力理论。由于牛顿的《自然哲学的数学原理》一书用的是欧几里德几何学的表述方式,它是一个严密的、完美的体系,书中没有叙述苹果落地的故事,致使许多人对苹果落地一说持保留意见。实际上,牛顿的亲戚和朋友多次证实苹果落地的故事。法国文学家、科学家伏尔泰曾追忆过,他在牛顿去世前一年,即1726年去英国时,听牛顿的继姊妹说过,一天,牛顿躺在苹果树下,忽然看到一个苹果落地,引起了他的思考。牛顿灵机一动,脑中突然形成一种观点:苹果落地和行星绕日会不会由同一宇宙规律所支配的?悟出了万有引力定律。牛顿晚年的一位密友斯多克雷也明确提到,在1742年4月的一天,和牛顿共进午餐后,一起来到牛顿家后园,并在苹果树下饮茶。在谈话中“他(指牛顿)告诉我正是在过去同样情况下,注意引力的思想出现在他的脑海里,那是在一棵苹果树下偶然发生的,当时他处于沉思冥想之中。”

  
被称为牛顿苹果树后代的一颗苹果树
还有牛顿晚年的另一位密友潘伯顿在有关追忆牛顿的著作中,也谈及因苹果落地而引起验证引力平方反比关系的故事。牛顿在晚年再次讲述当时苹果的故事,那是离苹果落地时已经是60年过去了,为什么一个老人对此事记忆那么深刻,我认为有两个原因:首先是因为万有引力定律是一项举世瞩目的辉煌的成果,当事人对触发灵感的事件当然是深深的激动和怀念的;其次是与胡克的争执也留下深深的记忆,牛顿就从一个侧面澄清事实真相,应该认为苹果落地一说的事实是成立的。

  牛顿与伪币

  作为英国皇家铸币厂的主管官员,牛顿估计大约有20%的硬币是伪造的。伪造货币在英国是大逆罪,会被处以车裂的极刑。尽管这样,为那些恶名昭著的罪犯定罪是异常困难的;不过,事实证明牛顿胜任这项任务。

  他通过掩饰自己的身份而搜集了许多证据,并公之于酒吧和客栈里。英国的法律保留了古老且麻烦的习惯,以给起诉设置必要的障碍,并将政府部门从司法中分离开来。牛顿为此当上了太平绅士,并在1698年6月到到1699年圣诞节间引导了对200名证人、告密者和嫌疑犯的交叉讯问。牛顿最后得以胜诉,并在1699年2月执行了10名罪犯的死刑。后来,他下令将所有的讯问记录予以销毁。

  也许牛顿最伟大的胜利是以国王法律代理人的身份与威廉·查洛纳(WilliamChaloner)对质。查洛纳密谋策动一起假的天主教阴谋活动,然后检举那些不幸被他诱骗来共谋者。在向国会的请愿中,查洛纳控告铸币厂有偿地将工具提供给了造伪币者,并请求国会允许他检查铸币厂的生产过程以证明他的控告。他还请求国会采纳他所谓的“无法伪造的造币过程”,以及同时打击假币的计划。牛顿被激怒了,并开始着手调查,以查出查洛纳做过的其他事。在调查中,牛顿发现查洛纳参与了伪币制造。他立即起诉了查洛纳,但查洛纳先生在高层有一些朋友,因此他被无罪释放了,这让牛顿感到不满。在第二次起诉中,牛顿提供了确凿的证据,并成功地使查洛纳被判处大逆罪。1699年3月23日,查洛纳在泰伯恩行刑场被车裂

  科学研究的痴情

  牛顿对于科学研究专心到痴情的地步。据说有一次牛顿煮鸡蛋,他一边看书一边干活,糊里糊涂地把一块怀表扔进了锅里,等水煮开后,揭盖一看,才知道错把怀表当鸡蛋煮了。还有一次,一位来访的客人请他估价一具棱镜。牛顿一下就被这具可以用作科学研究的棱镜吸引住了,毫不迟疑地回答说:“它是一件无价之宝!”客人看到牛顿对棱镜垂涎三尺,表示愿意卖给他,还故意要了一个高价。牛顿立即欣喜地把它买了下来,管家老太太知道了这件事,生气地说:“咳,你这个笨蛋,你只要照玻璃的重量折一个价就行了!”

  终身未婚之谜

  牛顿少年时代在一首诗里表白自己的远大抱负:

  世俗的冠冕啊,我鄙视它如同脚下的尘土,

  它是沉重的,而最佳也只是一场空虚;

  可是现在我愉快地欢迎顶荆棘冠冕,

  尽管刺得人痛,但味道主要的是甜;

  我看见光荣之冠在我的面前呈现,

  它充满幸福,永恒无边。

  可以说,每一个伟大的科学家,都是富的激情、富有理想的诗人,但牛顿是一个追求用科学中的光线谱来解释他的理想的特殊类型的诗人。他让他的思想展翅飞翔,以整个宇宙作为藩篱。在他的整个心田里,填满了自然、宇宙。也许这是他终身未娶的最根本原因。不过,牛顿并没有完全与爱情绝缘。他一生中甚至有过两次恋爱。牛顿23岁正在剑桥大学求学时,由于剑桥发生了瘟疫,学校放假。牛顿回到乡下,住在舅父家里。在那里,他一次爱上了美丽、聪明、好学、富有思想的表妹。表妹也很喜欢这个学识渊博、卓见非凡的大学生。他们常常一起散步。牛顿喜欢即兴发表长篇讲话,他的讲话内容又多是他正在学习和研究的问题。表妹虽听不懂,但她还是耐心地听,似乎觉得很有趣。牛顿在心里想:“这样一个可爱的女子,对于我所讲的觉得这样有味,我一定很不错。当然,她的脑筋一定也很好,是个不平凡的女子。如果能得到她的帮助,解决我的许多困难问题,与我共同工作,那该多好啊!”

  但是牛顿生性腼腆,并未及时向表妹表白心中的爱情。等他回到剑桥大学后,又聚集会神地沉浸到科学研究中去了。他早已忘记了远方的乡村还有一位美丽的少女在等着他。他对个人生活一直不予重视,而她的表妹却误以为牛顿对她冷淡,便择夫,令醉心于科学研究而耽误了一次爱情的大好时机。牛顿实在太忙了,他连做梦想是宇宙、世界。他往往领带不结,鞋带不系好,马裤也不扣好,就走进大学餐厅。尽管如此,牛顿毕竟是个年轻人,还有一颗浪漫的心。有一次,“青春迫不及待的激情”,催使他向一位年轻姑娘求婚。他轻轻地握着她的手,含情脉脉地看着这位美人。正在这紧要关头,他的心思忽地溜到另一个世界去了。他的头脑中只剩下无穷量的二项式定理。他象做梦似的,下意识地抓住情人的一个手指,把它当成是通烟斗的通条,硬往烟斗里塞。姑娘痛得大叫一声,他才清醒过来。面对吃惊的姑娘,他连忙象只绵羊似的柔声道歉:“啊,亲爱的,饶恕我吧!我知道,我是不行了。看来,我是该打一辈子光棍!”

  姑娘饶恕了牛顿,却无法理解他,爱情又成了泡影。科学上许多新的问题不断扑向牛顿的脑海,他整个热情都集中到了科学事业上。此后那种“青春的热情”再也没有涌现《多彩的旋律》。

名言

  “我不知道这个世界会如何看我,但对我自己而言我仅仅是一个在海边嬉戏的顽童,为时不时发现一粒光滑的石子或一片可爱的贝壳而欢喜,可与此同时对我面前的伟大的真理的海洋熟视无睹。

  “自然和自然律隐没在黑暗中;神说,让牛顿去吧!万物遂成光明。”

  “无知识的热心,犹如在黑暗中远征。”

  “你该将名誉作为你最高人格的标志。”

  “我能算出天体运行的轨道,却算不出人性的贪婪。”

科学巨人的另一面

  在中小学教科书中,学生们肯定不止一次接触到牛顿这一非同凡响的名字。正如人们所熟知的那样,他是英
牛顿的晚年画像-1712年
国伟大的物理学家、数学家和天文学家,提出过万有引力定律、力学三大定律、白光由各色光组成的理论,并开创了微积分学,等等。在迈克尔·怀特所著的《影响人类历史进程的100名人》一书中,艾萨克·牛顿(1642~1727年)被列为最具影响力人物之第二,排在穆罕默德之后,耶稣基督之前。他之所以能够获得如此殊荣,当然是因为他对科学发展的杰出贡献。

  人们往往倾向于把科学史上具有划时代意义的伟大科学家看作是品德高尚的天才和圣人,无数荣誉和光环围绕着他们,使人们难以了解他们作为普通人的真实性情。新近出版的《牛顿传:最后的炼金术士》,通过大量翔实的资料和原始档案,还原了一个真实的牛顿。

  这位站立在巫术终结和科学兴起的历史转折点上的天才,通过对未知世界永无止境的探索,使他成为有史以来最伟大的科学家之一,也使他将自己一生中更多的精力花费在炼金术上,牛顿总共留下50多万英文单词的炼金术手稿和100多万单词的神学手稿,而这些工作与他的科学发现很难说是毫无关联的。除此之外,他还专门研究过治疗想像中他所患疾病的药物。

  此书作者基于科学发生学的视角,提出了牛顿痴迷炼金术与奠立近代科学基础之间的重大关联。他借助牛顿遗留下来的重要信件和从未发表过的笔记,阐释了牛顿从事炼金术和神学研究对于他发现万有引力,以及后来进行的统一场论研究的作用。

  值得一提的是,直到1936年,牛顿真实的另一面才逐渐显露出来,而这要归功于20世纪的经济学大师、牛顿研究者约翰·梅纳德·凯恩斯。当时有一批牛顿遗留下来的文件在苏富比拍卖公司拍卖,这些文件是大约50年前由剑桥大学所接受的捐赠中被认为“不具科学价值”的一部分收藏品。结果,凯恩斯在拍卖中购得这批文件。

  凯恩斯在研读这批从未向世人公布过的秘密文件后,于1942年在英国皇家学会发表演说,将历史上这位最著名和最崇高的科学家描绘成一个受到争议的性格偏执者。凯恩斯对牛顿的重新评价值得我们正视和思考:“从18世纪以来,牛顿一向被认为是第一个,也是最伟大的近代科学家,是一个理性主义者,他教导我们作出冷静的思考和无偏的推理。可是现在我要说,我不认为如此,我不认为任何人在看完那一箱文件之后,还会把他看成是那样一位道德高尚的伟人。”

  莱布尼茨和牛顿各自独立地创造了微积分,尽管牛顿发现微积分要比莱布尼茨早若干年,但他很晚才出版自己的著作。于是,谁是微积分的第一创造者,成了当时科学界争吵的一件大事。牛津大学教授基尔在《哲学通报》上发表一篇讨论离心力的文章,文中把发明微积分的主要功劳记在牛顿名下,同时也提到了莱布尼兹。《哲学通报》到达莱布尼兹手上,立即惹怒了他。莱布尼兹寄信给皇家学会,要求收回那种说法。当莱布尼兹在《教师学报》上写了一篇评论,严厉批评牛顿的工作时,立场坚定的争论就开始了。莱布尼兹使用的外交手段,是把自己隐藏在无所不知的编辑名义下,匿名写下这篇评论的,而《教师学报》是莱布尼兹本人在1682年创办并自任主编的杂志。那并非一场公开的战争。莱布尼兹一方面在大众面前赞扬牛顿,一方面唆使别人,特别要约翰。伯努利写信攻击牛顿来为他辩护,伯努利照他的意思去做,没有在信上署名。莱布尼茨请求英国皇家学会予以裁定,而作为皇家学会会长的牛顿指定了一个公正的委员会来审查,皇家学会发表结论,正式谴责莱布尼茨剽窃。

  至于牛顿为什么痴迷于炼金术,我们要考虑他所处的时代背景。在17世纪,炼金术和化学掺杂在一起,因为这时的化学还没有从炼金术中脱离出来,一个人要想研究化学而不接触炼金术是不可能的。因为没有人可以找出一本17世纪的没有炼金术内容化学著作。而牛顿对于化学一定充满了求知欲。所以他像研究数学物理那样去研究化学,而可以供他参考自学的书只有炼金术著作,所以他不得不选择炼金术。其实试图把化学从炼金术中分离出来的就是牛顿,因为他曾经写过一本名叫《化学》的书,后来在那次大火中被烧毁了,所以他对化学的贡献我们一无所知。留下的只是他学习过程中的一些手稿,一些没有经过分离的炼金术资料。

  如果我们以今天的眼光来审视炼金术,我们应当承认它至少带来了一些有用的技术和工具。并且炼金术可能或多或少地激发了牛顿的灵感,有助于他在科学领域中的探索和发现。

  科学巨人同样可能走向歧途,他们的人格或个性也可能存在着这样或那样的缺陷,但是他们对世界文明的贡献是第一位的,而这些有利于人类社会进步的探索永远不会被贬低或者忘却。

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