大约在1667年,牛顿开始研究传统的化学,但后来就转向了他认为更刺激的炼金术领域。1669年底,牛顿开始炼金实验。在其后近30年的时间中,即他离开剑桥赴造币厂上任之前,牛顿投入大量的时间与精力从事炼金术研究。即使在《原理》的写作期间,他也没有停止炼金术的研究。1669年,牛顿成为剑桥三一学院研究员,卢卡斯数学和自然哲学讲座教授,年薪约200镑,这给牛顿研究炼金术提供了财力支持。1727年,牛顿在临死之前,曾亲手烧毁过一些未发表的论文,许多学者都猜测它们可能与炼金术或魔法有关。
在牛顿的那本旷世巨著《自然哲学的数学原理》中第1版第3编中,有一条与全书内容不协调的炼金术假设,即“假设Ⅲ”,那是一条有关炼金术的假说:“每一种物体均可嬗变为任何另一种物体,可以具备一切中间程度的性质”。让人疑惑不解的是,在这样一部物理学的鸿篇巨著中,怎么会出现这种类似于非科学的假设?
1727年当牛顿去世以后,他的朋友们发现他留下了关于炼金术研究的百万字手稿,169册关于化学及炼金术的书籍。1936年,牛顿的大批“不具科学价值”的手稿在英国索斯比拍卖行被拍卖,人们重新发现了这些炼金术手稿。手稿中包含着大量牛顿从事炼金术研究的记录,各种炼金术实验设计、炼金的设备、研究的成果、牛顿独特的思考应有尽有。随着这些被早期牛顿研究者忽视的文件的曝光,传统的牛顿形象遭到质疑,作为“理性化身”的牛顿除从事科学研究外,难道真的曾狂热而持久地投身于大量非科学方面的研究吗?
艾萨克·牛顿是曾出现过的最伟大、最有影响的科学家。他于1642年圣诞节出生在英格兰伍尔斯索蒲村,这一年正值伽利略与世长辞。和穆罕默德一样,牛顿也是一个遗腹子。
童年时代的牛顿就显示出巨大的力学天赋。他有一双非常灵巧的小手。他聪明伶俐,但对功课却总是粗心大意,在学校并未引起特别的重视。十几岁时,母亲让他辍学,希望他能成为一位象样的农民。幸亏他的母亲被说服了,她相信了儿子的主要天赋不在于务农,而是另有所为。十八岁的牛顿进入剑桥大学后,迅速地掌握了当时的科学和数学知识,很快就开始进行独立的研究工作。他在21到27岁期间为科学理论奠定了基础,使随后的世界发生了革命性的变化。
十七世纪中期是一个科学鼎盛的时期,该世纪初期望远镜的发明,使天文学的研究发生了彻底的革命。英国哲学家弗朗西斯·培根和法国哲学家勒内·笛卡尔都极力劝告所有欧洲的科学家,再不要依赖亚里士多德的权威,而要亲自做观察和实验。培根和笛卡尔的倡导为伟大的伽俐略所实践。他用新发明的望远镜所做的天文观测给天文学带来了革命,他的力学试验建立了现在人称的牛顿第一运动定律。
他公布的第一个发现是有关光的性质的一项突破性的贡献。牛顿经过一系列认真的试验,发现普通光是彩虹所有的不同色光的混合光。他还对光的反射和折射定律的结果做了认真的分析,根据这两个定律,1668年他设计并真正制造出了第一台反射望远镜,如今大多数天文台都使用这类望远镜。牛顿29岁时把他的这些发现及其许多其他光学试验结果呈交给英国皇家学会。
仅就光学方面的成就或许就可以使他在本书中占有一席之地,但是他在这方面的成就比起他在数学或力学方面的成就来,那就相形见绌了。他对数学的贡献主要是发明了积分,这一成就可能是他在二十三、四岁时做出的,这一发明是当代数学中最伟大的成就,它不仅仅是许多现今数学学说产生的种子,而且也是必不可少的重要工具,没有这一工具现代科学在随后就不会取得进展。如果牛顿仅仅发明了积分而别无所获,也可以使他在本册中排到相当高的名次。
但是牛顿最重要的发现是在力学方面,力学是研究物体运动的科学。伽俐略发明了第一运动定律,这一定律描述在没有外力的作用下物体运动的情形。当然在现实中所有的物体都受外力作用,力学中最重要的问题是这种情况下物体怎样运动。牛顿提出的最著名的第二运动定律,解决了这个问题,这一定律可能被理所当然地视为经典物理学中最基本的定律。他的第二定律(其数学表达式为F=ma)可表述为:物体运动的加速度(即速度变化率),与作用在该物体上的合力成正比,与物体的质量成反比。除了这两个定律外,牛顿又提出了著名的第三运动定律(这定律可表述为,有作用力即外力就必然有反作用力,且两者大小相等方向相反)和他的科学定律中最著名的定律──万有引力定律。这四条定律一起构成一个统一的体系,实际上所有的宏观力学体系都可以利用这一体系来加以研究和预测,从单摆的振动到行星绕日在其轨道上运动都用得上。牛顿不仅提出了这些力学定律,而且还利用积分这一数学工具说明了如何利用这些基本定律来解决实际问题。
牛顿定律可以而且已被用来解决极其广泛的科学和工程学方面的问题。牛顿在世时,他的定律的最有戏剧性的应用是在天文学领域里。他在这个领域里也处于领先地位。1687年发表了他的伟大著作《自然哲学的数学原理》(人们通常只称作《原理》),在该书中他提出了万有引力定律和运动定律,并说明如何利用这些定律来准确预测行星绕日的运动。牛顿的这一壮举圆满地解决了动力天文学的主要问题,即准确预测星体和行星的位置和运动。因此牛顿常被认为是所有的天文学家之魁。
应该怎样评价牛顿在科学中的重要地位呢?如果我们翻阅一部科学百科全书的索引,就会看到提到牛顿及其定律和发现的条目比任何其他一个科学家都要多(也许多二到三倍)。况且我们还要考虑其他伟大的科学家对牛顿的评价。莱布尼兹决不是牛顿的朋友而是与他进行过唇***齿剑之争的对手,他写道:“从有世以来,到牛顿所处的时代,他在数学领域所做的工作占了整个的绝大部分。”伟大的德国科学家拉普拉斯写道:“《原理》一书比任何其他天才的作品都出类拔革。”拉格朗日常说牛顿是曾经出现过的最伟大的天才。厄恩斯特·马赫在1901年写道:“自从牛顿时代以来所取得的一切成就都是牛顿力学在演绎上、形式上和数学上的进展。”这也许说出了牛顿的伟大成就的关键所在:他发现科学是一门由孤立的事实和定律构成的杂学,它能描述一些现象,但只能预测几种现象,他为我们留下了一个统一的定律体系,这个体系能解释大量的物理现象,能用来做准确的预测。
虽然会认定牛顿是曾出现过的最伟大、最有影响的科学家,但仍然很多人会提出为什么把牛顿排在这么靠前。小编认为:尽管政治变化是重大的,但仍大多数人在公元前后3000年间的生活方式也没有发生变化。但是在过去的500年中,随着现代科学的出现,大多数人的日常生活发生了彻底的变化。但是与1500年的人们相比,我们的吃喝穿戴有了变化,我们的娱乐活动也有了很大的改观。科学发现不仅仅使技术和经济发生了革命,而且使政治、宗教思想、艺术和哲学发生了彻底的变化。科学革命使人类所有的活动方式均有变化。正因为如此,许多科学家和发明家才被列入本册。牛顿不仅仅是无与伦比的科学家,而且是科学理论发展中最有影响的人物,因此在任何一部世界上最有影响的人物册上,他名列前茅是当之无愧的。
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首先说明,本文并非用标题博取关注量,而是用今天的话讲,人类历史上最伟大的科学家之一,艾萨克·牛顿在当时的17世纪确实算是个富二代,更确切地说,应该是富几代,这一切还得从牛顿的家族说起。
牛顿的大部分族人散居于一个名叫格兰瑟姆的市镇一带,这个市镇位于英格兰东部的林肯郡,值得一提的是,英国唯一的女首相撒切尔夫人也出生于格兰瑟姆。
在当时,这个氏族的地位就已经高于当地的一般百姓了,这一切都要归功于牛顿的高曾祖父——约翰·牛顿,通过努力,他将自己的地位从农民提升到了自耕农,并且获得了相当多的财富,他留给子女很多财产,其中给牛顿的曾祖父理查德·牛顿的仅土地就有24公顷,这是位于伍尔索普村的一片肥沃的土地,而伟大的牛顿,就出生于这个宁静祥和的村子。
尽管从牛顿的曾祖父开始,一直到牛顿的父亲为止,这些后代的子孙并没有取得像牛顿的高曾祖父那样的成就,但由于牛顿家族中的男子都有不错的姻亲关系,再加上老约翰给家族打下的殷实的底子,牛顿家族在自耕农阶层中仍然还是逐渐上升的,但就是没有一个人接受过正规的教育,牛顿的父亲老艾萨克和其他很多自耕农一样,连自己的名字也不会写。
牛顿的父亲老艾萨克不仅继承了24公顷的良田,还有他的父亲买下的一栋庄园,大概在当时,老艾萨克是族人中最富裕的了。
用不太好听的话讲,老艾萨克是个文盲,尽管如此,他也能顺利娶到一个书香家庭的大家闺秀——汉娜·艾斯库,即牛顿的母亲。
汉娜·艾斯库出生于一个贵族家庭,艾斯库家族中的男子都曾在牛津大学或剑桥大学读书,工作也都是牧师、教员之类的文职。身属贵族家庭的汉娜下嫁到老艾萨克家当然也是有原因的,出于一些变故,汉娜的家族不仅经济困难,社会地位也可能不保,所以下嫁给经济富裕、有钱有地的自耕农老艾萨克也没什么大惊小怪的。
1642年,老艾萨克在儿子还没出生就病故了,留给这对孤儿寡母的所有财产一共大概值459英镑,还有几百只绵羊、几十头牛,以及几谷仓的粮食,而当时当地的居民平均留给后代的遗产不到100英镑、绵羊只有几十只,所以说牛顿在出生的时候是个富家公子,一点也不为过。
牛顿的祖上基本没有一个接受过正规教育,但这完全没有阻碍牛顿成为人类历史上最伟大的科学家之一,所以向内发力,提升自己,才是拯救这个世界的唯一途径。
在牛顿出生以前,老艾萨克就去世了,可以说,在这个世界上,他的母亲汉娜理应是他最亲的人,但牛顿却十分愤恨他的母亲,这是怎么回事呢?请看下篇。
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每个聪明人终有一天会发现:向内发力,提升自己,才是拯救这个世界的唯一方法。
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参考书目:《牛顿传》迈克尔·怀特著
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