• 牛顿简介:站在巨人肩上的顶峰人物

  • 发布时间:2017-08-20 22:38 浏览:加载中
  •   伊萨克·牛顿(1642—1727)是17世纪科学革命的顶峰人物,著名的英国物理学家、天文学家和数学家。他在力学上提出作为近代物理学基础的力学三大定律和万有引力定律;他关于白光由色光组成的发现为物理光学奠定了基础;他还是数学上微积分的创始人。他的《自然哲学的数学原理》是近代科学史上最重要的著作。

      牛顿出身于英国北部林肯郡的偏僻农村乌耳索浦的一个贫苦农民家庭。在他出生前两个月,父亲伊萨克就去世了,但他母亲仍然给他取了一个与父亲同样的名字伊萨克。牛顿两岁时,因母亲改嫁给一个名叫巴顿的牧师,于是牛顿就被其外祖母收养。到了上学的年龄,牛顿进入了一所公立学校,他资质平常,学习成绩一般,但是他对手工制作的兴趣很浓,外祖母给他的零花钱舍不得用,积攒下来全买了锤子、锯子、钳子等工具,成天敲敲打打,自己动手制作一些小玩具,其精巧程度,常常令人惊讶。

      12岁,牛顿进了格兰汉镇中学读书。他对手工和机械方面的爱好得到了继续发挥。他仿造镇上磨坊磨面动力的大风车,也做了一架小风车,风一吹叶片就转动,加点麦粒进去就像大风车一样磨出面粉来。他还根据滴漏的原理,制作成一个小水钟,每天早晨会自动将水珠滴到脸上催促他起床。继父病故后,母亲带着两个妹妹、一个弟弟回到了家。由于家境贫困,母亲希望牛顿能分担些家庭重担,刚14岁的牛顿休学回家开始了放牧耕种。

      牛顿身在家里,但他的头脑却充满了理想,思考着各种学习问题。为了学习,他到了如醉如痴的地步,常常将一切置于脑后,不是走失了马,就是跑散了羊群。有一次,他在暴风雨中测量风速,浑身被淋得透湿,母亲简直惊呆了,怕他为此精神失常,只好让他重新回到学校读书。

      1661年,牛顿以优异的成绩考上了剑桥大学特里尼蒂学院。学院教授巴罗认定牛顿是个人才,推荐他当研究生。1665年,牛顿从剑桥大学毕业后留校研究室深造。是年6月,鼠疫流行,学校关门,牛顿只好回到家乡。在这期间,牛顿把主要精力集中于科学研究。他系统地整理了大学里学习过的功课,潜心研究了开普勒、笛卡儿、阿基米德伽利略等前辈科学家的主要论著,还进行了许多科学试验。1666年,牛顿找到了一块三角玻璃棱镜,用它来进行把白光分解成各种有色光的试验,经反复实验证实:白色光线所以能散射成彩色光谱;绝不是偶然现象,而是由于它本身就是由折射率不同的各种彩色光线混合组成的。当它透过三棱镜时,紫色光线的折射率最大,其次是蓝色……折射率最小的是红色光线,以至在三棱镜后面,形成了彩色光谱。太阳光透过蒙蒙雾气时,产生出美丽的七色彩虹,也是相同的原理。牛顿的这一成功实验和结论,从而纠正了有色光只是棱镜的折射、光本身并不能分解的错误认识,为后来科学家创立光谱学开辟了道路。

      1667年3月,牛顿又回到大学里当研究生,1668年,获得硕士学位。牛顿在研究光分解的同时,还对改进折射望远镜产生了兴趣,并发现了球面像差和色差现象,成功地研制了反射望远镜,成为反射望远镜的发明人之一。早先罗马人祖基、法国的默森和苏格兰的格里戈里都进行过有关反射望远镜的设计,但都没有成功,牛顿是第一个制造反射望远镜的人。

      1669年,牛顿由巴罗教授推荐,当上了数学教授。1671年被选举为皇家学会会员,他提交给学会的论文《光和颜色的新理论》,提出了光的粒子性,这是牛顿的第一篇论文。不料,他的论点同皇家学会创始人之一、大科学家胡克的波动说冲突,于是引发了一场大论战。这场论战一直持续了近300年,直到20世纪初才以光的波粒二象性为结论而告一段落。牛顿在光学方面进行了多方面的研究,他还发现了牛顿圈,描写了光的衍射现象,特别是还研究了光的振动理论,提出了所谓光的“猝发的间隔”,这与后来波动说中的波长相似。牛顿在光学方面取得如此成就,以至有人说,单凭光学方面的贡献,牛顿就可以称得上是一位伟大的科学家。

      牛顿在自然科学中最辉煌的成就是发现了万有引力定律。这一时期许多科学家都在探索天体运动的奥秘。1679年胡克已认识到引力平方反比定律,但始终没法证明,为此他还写信给牛顿,探询他在这个问题研究方面的进展。1684年,雷恩、哈雷、胡克等人又提出要推动这一问题的研究,希望能从天体间引力的平方反比关系得到椭圆轨道的结果。同年8月,哈雷专门拜访了牛顿,发现牛顿已解决了这个难题。11月,当牛顿把重新计算过的稿纸及有关材料寄给哈雷时,哈雷兴奋而激动地看完了计算底稿,竭力劝说牛顿将其发表。《关于运动》一文的发表,立即在皇家学会引起巨大的反响。1685年,牛顿完成了划时代的巨著《自然哲学的数学原理》,可是皇家学会却以经费不足暂缓出版,后在热心的哈雷慨然帮助下,资助了全部出版费用,这样才使这部划时代的著作于1687年得以出版。《自然哲学的数学原理》的出版,标志着经典力学体系的建立。它集中表现了以空间、时间、质量和力四个绝对化的概念为基础,以运动基本三定律为核心,以万有引力定律为最高综合,并用微积分来描述物体运动的因果律。它把天体力学和地面上的物体的力学统一起来,是物理学史上的第一次大综合,是一个立足于实验和观察的基础上的、结构严谨、逻辑严密的科学体系。

      牛顿在出版了《自然哲学的数学原理》一书后,就投入了政治活动。1688年,他被选为国会议员。由于英国货币混乱,1696年,任财政大臣的同学蒙特洛请牛顿出任造币局副局长,他恪尽职守,工作十分出色。1699年,升任为造币局局长。1703年,胡克逝世,61岁的牛顿被推选为皇家学会会长。1704年,牛顿的《光学》一书问世。同年,又出版了《三次曲线枚举》、《利用无穷级数求曲线的面积和长度》、《流数术》(微积分)等一批数学著作。1705年,英国女王授予牛顿爵士头衔。1711年,牛顿发表了《使用级数、流数等等的分析》。1727年3月,年已85岁的牛顿在出席了皇家学会的例会后突然发病,于当月28日逝世。作为对国家有功的伟人,牛顿被安葬于威斯敏斯特教堂。

      牛顿在自然科学领域内做出了奠基性的贡献,但他的思想属于自发的唯物主义。他否定哲学的指导作用,虔诚地信奉上帝,特别是到了晚年,埋头于神学题材的著作,在唯心主义的道路上越走越远,以致堕落成一个宗教狂。当他无法解释行星的切向运动时,竟提出了“神的第一推动”的谬论。牛顿在临终前曾说了一段令人深思的话:“我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就像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,而面对展现在我们面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。”“如果我所见的比笛卡儿要远一点,因为我是站在巨人们的肩膀上的缘故。”

      牛顿逝世后,科学又有了极大的发展。特别是在物理学领域,200年后,爱因斯坦的狭义相对论已突破了牛顿经典力学的体系。但是,不可否认,牛顿是近代物理学的集大成者,是物理学发展过程中的一块坚实柱石。直至今天,人造卫星、宇宙飞船等运行轨道的计算,仍以他发现的万有引力为依据。
  • (责任编辑:中国历史网)
    微信公众号
历史追学网

夏商周 春秋战国秦汉三国晋·南北朝隋唐宋元明清民国