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。” (责任编辑：中国历史网) |