• 科学家牛顿的故事都有哪些?

  • 发布时间:2016-12-28 21:54 浏览:加载中
  • 引子


      英国著名诗人波普曾经写过一首赞美牛顿的诗,诗是这样写的:

      自然和自然的规律,隐藏在黑夜里。

      上帝说:“生一个牛顿吧!”

      于是,一切都光明了。

      这首诗的意思是说,过去,人们对许多自然现象和自然规律还不能认识,由于牛顿在科学上的贡献,人们才把这些自然现象和自然规律认识清楚了。这首诗赞颂了牛顿的伟大功绩,说明了他在科学发展史上的重要地位。

      牛顿是17世纪英国伟大的科学家,是近代科学的象征。他的万有引力定律,以及他对光学、数学、化学的研究,为两个多世纪以来的科学发展奠定了坚实基础。

    第一节 苹果掉下来了


      1642年圣诞节的早晨,英国东部林肯郡沃尔斯索普村教堂的大钟敲响了,“嗡嗡”的钟声召唤着村民们去作礼拜。凛冽的寒风把钟声带到了一幢挂满长春藤的二层小楼的楼上;钟声中,一个早产的男孩,急匆匆地“呱呱”坠地了。他的哭声是那么微弱,他的体重还不到3磅。

      邻居一位好心肠的老大娘做了这孩子的接生婆,她看到这个用一只巴掌就能托起的婴儿,自言自语地说:“咳,不幸的孩子,让上帝保佑你吧!”

      婴儿的母亲为纪念几个月以前死去的丈夫,给孩子起了个和他爸爸一样的名字——尹萨克·牛顿。她虔诚地祈祷着:“上帝保佑,让这没有爸爸的宝贝,顺顺利利地长大成人吧!”

      在场的亲友都窃窃私语:“这孩子恐怕难活呀。”

      可谁能料到,这个早产儿,后来竟成了鼎鼎大名的物理学大师。

      牛顿出生两年后,妈妈为贫困所迫,又改嫁给了一个牧师,牛顿只好由外婆扶养。由于长年过着失去母爱和父爱的寂寞生活,牛顿养成了腼腆、孤僻的性格。

      幼年的牛顿并不聪明,在学校里,他学习成绩很差,因此常受到歧视和欺侮。但他有一双巧手,会制作各式各样的玩具。他把外婆给的零花钱都积攒起来,买了锯子、钉锤、凿子等工具。

      一天,牛顿从学校回来,看见村东头的磨坊里正在安装水车。他蹲在旁边看得入了迷,连回家吃饭都忘掉了,以后每天放学,他都跑去看一阵子。水车装好了,牛顿帮外婆背着一口袋麦子去磨面,只见水车带动石磨不停地旋转,雪白的面粉便从石磨周围撒下来。磨坊大叔上下忙活着。

      牛顿走到磨坊大叔跟前,说道:“叔叔,我能到下面看看你的水车吗?”

      “孩子,随便看吧,可就是不能乱伸手!”磨坊大叔亲切地说。

      牛顿在水车跟前仔细地看了一番。在回家的路上,他对外婆说:“外婆,回去我也要做一个水车。”

      牛顿每天放学回家,扔下书包,就钻进屋子里,“叮叮当当”地敲打起来。过了些日子,一架小小的水车果然做成了。外婆看了很高兴,逗他说:“你的水车能磨面吗?”牛顿天真地笑了,外婆也笑了。

      第二天上学,牛顿把他那小小的水车带到学校,摆弄给同学们看。放学后,又拿到小河边去试,水车的轮子转得很灵,牛顿非常得意,同学们也夸奖他做得好。正在这时候,同班的卡特大声说:“牛顿,水车为什么会转,你能讲出道理来吗?”卡特是个学习成绩好而又十分骄傲的孩子。

      “道理?”牛顿从没想过,再加上平时学习差,水车转动的道理,他一时着实说不清楚。卡特看牛顿支支吾吾答不上来,嘲笑着说:“光会做,讲不出个道理来,顶多是个笨木匠。”说罢,一脚把水车踢出好远。一向懦弱不爱说话的牛顿,看着自己费尽心思制作的水车被踢坏了,再也忍不住,他握紧小拳头,用全部力气朝卡特打去,一拳就把卡特揍趴下了。

      牛顿是平生第一次打架。打架虽然野蛮,但从此却改变了同学们对他的态度,以后再没有谁敢欺侮他了。这件事也使他产生了自信心。他想:“只要自己肯做,就没有做不成的。要是努力学习,也决不会落在别人后面。对,我要给他们学出个样儿看看。”

      从此,牛顿发愤学习,一跃而成为班里数一数二的优秀生。

      12岁时,牛顿来到格兰瑟姆镇上金格斯中学,寄宿在一个叫克拉克的开药店的人家里。在中学,他学习挺认真,但在课余时间,仍喜欢捣鼓一些小玩意儿。

      有一天,牛顿看见房东家挂着一幅油画,上面画着风车,于是,就产生了做一架风车的念头。可是他想起了小学时做水车受到耻笑的情景,卡特挖苦他的话至今还刺痛着他的心。

      “这次先把道理弄清,再着手做吧!”他喃喃自语地说。他先做了许多大小、形状不一的风筝,用来研究风力和风向等问题。牛顿掌握了风力和风向的规律后,才动手制作风车。经过一番努力,不久,一架精巧的风车就在克拉克大叔的屋顶上“呼呼”地旋转起来了。镇上人看到了都夸奖说:“嗬!牛顿真是个了不起的孩子。”

      其实,少年时代的牛顿,跟普通的孩子一样,一点也显示不出天才的样子。如果说他和别的同学有什么不同,那就是他热衷于研究任何事物,一旦他对某一事物产生疑问和兴趣,就寻根求源,穷追不舍,直到把这一事物的前因后果搞得一清二楚才罢手。这种性格,在他后来的科学研究活动中,也充分体现出来,这是他取得巨大成就的原因之一。

      1666年初秋,还是在那幢挂满长春藤、长年失修的小楼上,24岁的牛顿,正在翻阅着一本本有关天体运行的著作。牛顿现在已是位于伦敦的、著名的剑桥大学三一学院的研究生了。因为鼠疫正在全国流行,学校被迫放假,他才回到了故乡。

      牛顿已经成年。少年时期,他身体清瘦、孱弱。现在不同了。他,中等身材,浓发披肩,额面宽阔,仪表虽不出众,但是那双灵活、深邃的眼睛却透出了几分“内秀”。

      近几天,牛顿整天趴在二楼那间安静的小屋里,心事重重。占据他心灵的是关于天体运行的问题。所有发表过的有关天体运行的论文,他都仔细读过了,竟没有一篇能使他满意。

      波兰天文学家哥白尼在100多年前曾说:“引力是按照神的意志给予物质各部分的自然属性。因此,物质的各部分都具有聚合成球状的倾向。这种倾向,无论是太阳、月球、地球,同样具备着……”

      德国天文学家开普勒也说过:“月球被地球牵引着;相反,月球也吸引着地球上的海水。从太阳那里,有一只肉眼看不见的巨手,伸向行星,拉着这些行星跟太阳一起旋转……”

      可是,这些说法,都还没有经过证明,还不能算是科学的论断。

      “假如太阳对于行星,地球对于月球,各自给以引力的话,那么,究竟应该怎样来研究这种力呢?”

      牛顿反复思考着的,正是这个问题。

      在屋里待得太久了,他走下楼来,推开后门,来到一片果实累累的苹果园里。

      秋高气爽,金色的阳光透过繁茂的枝叶,斑斑驳驳地洒在树下。成熟了的苹果,被阳光镀上一层金黄的颜色,好看极了。眼前的田园美景,并不能排卸掉盘旋在牛顿脑里的科学问题。他坐在树下的石凳上,又沉浸在苦苦的思索之中。

      太阳偏西了。牛顿仰视天空,那双似乎能看穿九霄云层的眼睛,好像看到了什么,又好像什么也没有看到。一会儿,他又收回目光,无意识地看了看被熔金的夕阳映得通红的苹果。这时,恰巧一个苹果悄然离开树枝,“吧嗒”一声落到地上。

      “苹果掉下来了。”牛顿自语着。立刻一连串的问号在牛顿的大脑里盘旋起来。

      苹果为什么会掉下来呢?

      这么广阔无垠的空间,苹果为什么不飞向天空,却偏要落到地面上呢?

      一切事物都有重量,都能从高处落到地面,可这重量是哪里来的呢?

      牛顿思索着,久久地凝视着滚到脚前的苹果。这苹果像月球那样在牛顿的脑海里旋转起来,一圈、二圈、五圈、十圈……越转越快,他感到眼花缭乱——一会儿,牛顿的头脑忽然开窍了,眼里闪出兴奋的光彩。

      “苹果落在地上,是因为地球的吸引力,这种吸引力也同样到达月球。月球之所以能以一定距离围绕地球转动,是因为月球总是向地球方向下落的缘故。就像苹果落下来一样,同样,月球也是向着地球下落。”

      推想开来,各行星之所以围绕太阳运转,也是受到太阳引力作用的缘故。宇宙中一切物体间,都存在着一种相互吸引的力。

      “万有引力”的思想诞生了。

      穷追不舍,寻根求源,是牛顿的性格,他没有让思想暂停一步。“地球吸引着月亮,太阳引着行星,可为什么它们不像苹果落向地面那样,落向地球,落向太阳呢?”

      这时他想起儿时做过的游戏:把一小桶牛奶系在绳子上,抓紧绳子的另一头,用力拉起来,快速地旋转,牛奶能一滴不洒,若速度慢了就会洒一脖子。这不就是因为一种向里拉引的力和一种向外挣脱的力,相互对抗而又互相平衡的结果吗?这种挣脱的力,是由物体横向运动的速度而产生的。

      牛顿设想:如果有一个巨人站在地球的一座最高的山顶上,沿水平方向扔石头。如果石头的横向运动速度小,石头就会沿一个抛物线轨迹而落向地面;假如石头的速度很大很大,石头运行轨迹的弯曲程度和地球表面弯曲的程度相同,那么,石头就永远不会落在地面上。这块石头就像月球那样,永远就绕着地球旋转下来。

      牛顿抓住“苹果落地”这个自然现象不放,他思索、计算,终于成功地发现了万有引力定律。

    第二节 “我已经吃过了”


      牛顿不修边幅,不讲究,很少为生活方面的事情分心。当他专心致志地扑到某项研究课题上的时候,他能忘记睡觉,忘记吃饭。有时清晨起床,刚穿上一只袖子,忽然想起一个问题,他能就那样吊着一只袖子痴呆呆地坐在床沿上沉思一整天。

      1685年,他开始著述《自然哲学的数学原理》一书。一天,一个伤脑筋的问题,折腾得他坐卧不安。给他做饭的老太太请他去餐厅吃饭,他也忘了个一干二净。

      “先生,我把饭菜端到实验室来吧?”老太太因为牛顿一天没吃饭,又走进实验室,心疼地问。牛顿这时正聚精会神地演算着什么,老太太的话根本没听见。

      老太太只好静立一旁。当她看到牛顿算完一个步骤,稍微欠了欠身子的时候,就赶紧凑上去说:“先生,饭是端来,还是……”

      “谢谢您,我马上就去餐厅。”

      可是,他没有马上站起来,而是又思索起下一个步骤来。他望着天花板,好久好久,忽然歪了歪头对着刚才老太太站过的地方,说:“就去吃饭。”老太太这时早已离去了。

      他的实验室有两个门,一个通后院,一个通餐厅。牛顿起身去餐厅,谁知迷迷糊糊地打开了通向后院的门。夜幕已经垂下,轻风凉爽宜人。他伸了伸懒腰,长舒了一口气,发现走错了门,就又走回屋内。当他折回来时,他连坐也不坐,又计算起来。

      老太太在餐厅里等得焦心,就又来叫他。牛顿说:“我已经吃过了。我不需要什么啦,谢谢。”说着,又埋头干起来。

      还有一次,牛顿请他的朋友司徒克博士吃午饭。朋友到了,老太太也已经把饭菜摆上桌子了。这时,牛顿忽然想起什么似的,离开了摆满香喷喷饭菜的餐桌,慌忙走向实验室,只留下一句:“好朋友,请等一等。”

      “啊,先生的老毛病又犯了。”老太太絮叨着。

      “也许,牛顿先生是去拿好酒了吧!”司徒克博士说。

      等了很长时间,还不见牛顿出来。司徒克博士说:“这么久了,牛顿先生怎么还不回来?”司徒克饿得实在撑不住了。

      “恐怕先生把吃饭的事,早忘得一干二净啦。你别等他了,自己吃吧。”老太太说道。

      因为是老朋友,不必客气,司徒克博士就自己吃起来。老太太出去办事了,司徒克吃完后,只好自己动手把吃剩的鸡骨头放在餐盘里,靠在沙发上打起盹来。

      又过了好大一阵儿,牛顿才兴冲冲地从实验室走出来。他叫醒了朋友,一面连声道歉,一面准备吃。当看到餐盘里的鸡骨头和用过的餐具时,便拍着脑门笑着说:“哦!已经吃过了,我还以为我们没有吃饭呢!”

      司徒克博士在一旁看了,不禁捧腹大笑。

      就这样,牛顿废寝忘食地苦干了两年,终于在1687年7月完成了《自然哲学的数学原理》这部光芒四射的巨著,为以后自然科学的发展奠定了基石。

    第三节 手稿被烧以后


      1692年的一个晚上,年近半百的牛顿在书房里,把终于写完了的光学手稿装订起来。望着这由一点一滴心血凝聚而成的著述,他的脸上露出了笑意。这是牛顿在母亲故去以后的第一次微笑,笑得那么天真,但又似乎夹杂着苦涩的味道。

      牛顿没有妻子儿女,唯一的亲人就是母亲。失去母亲以后的这一年多的日子里,他一直沉浸在悲痛之中。

      光学著作写完了,他不由地又想起了母亲。他仰坐在椅子上,回忆着20多年前,他刚刚开始研究光学的时候,用三棱镜给母亲做分解阳光光色实验的情景……

      那还是1666年初的事。在一个晴朗的日子里,因鼠疫流行从剑桥大学回家度假的牛顿,吃过午饭,笑嘻嘻地对妈妈说“妈妈,到我屋子里去吧!我给您看一个挺有趣的玩艺儿。”

      “什么玩艺儿,你的数学公式我可不看。”妈妈回答说。

      牛顿拉着妈妈和几个同母异父的弟弟、妹妹,爬上他的那间小屋。推门进去,屋里一片漆黑,门窗被毯子、棉褥遮得严严实实,一丝光也射不进来。但在天窗上却留有一个小孔,一束明亮的光射进来,照在墙壁上。

      “这是干什么呀?”妈妈吃惊地问。

      牛顿说:“妈妈,您往墙上那个光点上看。”说着,他从口袋里拿出一块三棱镜,斜插在那条光线上。这时,墙壁上出现了一条红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光带。

      “彩虹!彩虹!”弟弟、妹妹高兴地嚷着。

      “哎呀,真好看。白色的阳光怎么变成七种颜色了呢?”妈妈说。

      “妈妈,我研究的正是这个问题。”

      ……

      20多年过去了,牛顿一直继续着对光学的研究工作,取得了一个又一个成果:

      他分解了白光,证明白色的阳光实际是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色组成;

      他证明了世界上各种物体的颜色都和阳光的颜色有关;阳光照射在物体上,哪种颜色反射出来的多,物体就呈现出哪种颜色;

      他还运用光学研究的成果,发明了反射式望远镜,开拓了人类的视野。

      现在,他终于把几十年来研究光学所取得的成果整理出来了。他想,如果母亲在天之灵知道了这件事,大概也会感到快慰吧!

      他感到有些疲倦了,于是走出书房,到后院去活动一下身体。也许他还沉浸在对往事的回忆之中,脑子有些迷糊,出去时也没有把蜡烛吹灭。

      后院的小路由碎石铺垫而成。如水的月光泻在路面的碎石上,碎石就像一块块棱镜,发出一闪一闪的光亮。牛顿沿着小路散了会儿步,清新的空气使他感到振作了许多,于是他又走了回来。透过书房的窗子,他感到室内有些异常,他的思路从遥远的往事收了回来。他冲进门去,但是已经迟了,被小猫碰倒的烛火正在吞噬着他的书稿。他急忙脱下上衣,扑打起来。火扑灭了,但几十年心血的结晶也随着浓烟飘散了。

      牛顿疲惫地瘫在沙发上,闯了祸的小猫跳到他的膝上,“喵”、“喵”、“喵”地叫个不停,像是在忏悔自己的过错。这小猫是牛顿心爱的“小伙伴”,他叫它“金刚钻”。平时,它常常蜷伏在书桌上,看着主人工作。

      牛顿抚摸着这只顽皮、无知的小猫,没有责备它,只是心不在焉地说:“难道你真的一点也不理解吗?我是多么心疼啊!”

      牛顿像掉进一个见不到底的深渊里,他痛苦得近于绝望。亲爱的妈妈刚刚离去,比自己生命还宝贵的研究成果又烧毁了。命运女神,你难道是故意断送牛顿的科学生涯吗?

      可是,在低潮的心情过去以后,牛顿又振作起来,他决心重整旗鼓,向光学发起第二次“进攻”。他曾感叹地说:“自然科学是一个厚颜无耻的好斗女人,哪个人和她搭上了,就休想脱身。”

      为了恢复身心健康,牛顿到了离剑桥大学不远的一个幽静的旅馆去休养,并想在这里重新开始自己的研究工作。

      一个晴朗的早晨,太阳刚刚升起,牛顿在客人稀少的院子里,用麦秆吹起肥皂泡。他吹了一个又一个,一串又一串。吹过之后,就仔细地观察一番。肥皂光在空中飘动着,闪现出五颜六色的光彩。店主疑惑地盯着这个老头,低声地唠叨:“这位客人真是古怪透了!多体面的绅士,五六十岁了,竟像孩子似地吹肥皂泡!真好笑!”

      1704年,牛顿终于出版了重新整理起来的巨著《光学》。在这期间,他还有其他许多重要的发明和发现。

      是的,科学在常人眼里,是艰苦的象征;而在牛顿眼里,则是一朵美丽的鲜花,他不能不看,也不能不摘取。

    第四节 荆棘冠冕


      人生的道路是曲曲折折、迂回坎坷的。当牛顿年过半百的时候,他竟放弃了科学研究,而走上了做官的道路。这是因为,先是在微积分的发明权上,他与德国的莱布尼茨发生了争论;紧接着,在万有引力定律的发现权上,又和皇家学会创始人之一的虎克,发生了激烈的争论。这样的争论,使得牛顿感到懊丧和从未有过的疲倦,他想解脱。因此,他弃“科”从“政”,先当了国会议员,后又做了铸币大臣。

      但做官并不能发挥他的才干,这使他经常心烦意乱,感到生活乏味。于是,他在乡下买了一所庄园,常常去散散心。

      一次,在庄园里遇到了一群中学生,牛顿和他们闲聊起来。有个学生让牛顿随便出道题,测验他们。牛顿高兴地为他们出了一道方程应用题。一个学生毛毛躁躁地算错了,另一个学生是在苦苦思索之后终于算出来的。

      牛顿满意地说:“对!解题,一定要善于思考。就说我以前的科学发现吧,也都是长时间地、热心地考虑得来的。”

      牛顿看着这一群善于思考的中学生渐渐远去了。朝阳的金辉笼罩在他们身上,把他们照得犹如一群铜铸的雕像。这情景牵动了牛顿的思绪,使他忆起了自己“金色”的童年。忽然,少年时代写的一首题为《三顶冠冕》的诗跳入脑海:

      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一顶荆棘冠冕,

      尽管刺得疼痛,但味道主要是甜;

      我看见光荣之冠在我的面前呈现,

      它充满着幸福,永恒无边。

      他又思索起来:如今,我怎么会害怕起“荆棘冠冕”而去追逐。我应该戴着“荆棘冠冕”,一直走到生命的尽头。

      晚年的牛顿终于又回到科学的轨道上来。1727年3月初,他拖着衰弱的病体还去参加了皇家学会的例会。

      20日,在肯吉敦家里的病榻上,牛顿病逝了。他留给世界的最后一段话是:

      “我不知道世人怎么看我。但我自以为我不过像一个在海边玩耍的孩子,不时为发现比寻常更为美丽的一块卵石或一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我们面前的浩翰的真理海洋,却全然没有发现……如果说我所见的比笛卡儿多一点,那正是因为我是站在巨人肩膀上的缘故。”
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