幻灯二

《牛顿的故事》(牛顿成长故事牛顿美丽而传奇的人生故事)

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人类探索科学的进程中,有一个至关重要的人物,影响了我们每个人对自然科学的认知。在他的眼里,科学世界是一个美丽,充满未知,神奇,而又不可思议的神奇世界。自他之后,科学开始变得豁然开朗。牛顿,这个文明社会里,每个人都耳熟能详的名字,早已永恒镌刻在了真理的里程碑上。他是撷取皇冠上明珠的智者,他是真理永恒的追求者,他是虔诚的信教徒。

在一个美好的圣诞节,一个瘦弱的婴儿诞生在一个叫沃尔斯索普的村子里。这个算是遗腹子的孩子出生时只有三磅重,人们都担心他活不下来。“他小得甚至能放在杯子里。”母亲必须在他的脖颈上系一块大围巾,以支撑他的小脑袋。谁也没能料到,这颗小小的头颅里孕育着非凡的才智,日后竟会成为科学的巨人!活到了85岁!他就是牛顿。

牛顿最大的贡献在于发现了经典的牛顿力学基础,创设了微积分(流数术),发展了光学,发现了万有引力定律,计算了宇宙的轨道和半径,发现了机械宇宙!以他的纯理性思维和看待客观世界的角度,天体是运动的,并且相互之间的关系是互相转动 ,力是维持物体运动的原因 ,力之间的作用是相互的……

大学的头两年,牛顿的主要精力是攻读数学和物理。导师在授课过程中,很快发现牛顿对当时自然科学和数学的尖端知识有着非凡的理解力,在导师指导下,凭借自身的天赋和勤奋,还是学生的牛顿,便在学术上取得了他的第一项科学成就—二项式定理!

牛顿有更多的时间去研究他所喜爱的科学课题。在三一学院,他一直边读书边做读书笔记,记下了自己的心得和看法,他早期的力学研究成果都记录其中,其中包含重大的力学发现:离心力定律、运动三定律、力的定义等。

在牛顿的回忆录中有这样一段话:“1665年初,我发现近似级数的方法,并得到将任何方次的二项式展开为级数的规则;发现了如何画曲线的切线;发现了流数术的直接法;创立了色彩的理论,得到了流数的反演法……”两年中,他已经确立了积分与微分概念并列出了积分表,把积分法称作“流数法的反求法”。在前人的研究基础上,牛顿才最终创立微积分学理论。牛顿生性谦逊,他经常说自己的成功是因为“站在了巨人的肩膀上”。

他早在剑桥大学学习天文学时,就已经接受了哥白尼的日心说,也了解到了开普勒和伽利略的学说。牛顿一直都在试图破解行星为什么能在自己的轨道上自觉运行这个谜。一颗苹果从树上掉了下来,所以他发现了万有引力定律!

早在牛顿之前,最初的天文望远镜就已经出现了。继伽利略发现木星和卫星之后,17世纪的自然科学家对光学产生了很大兴趣,牛顿当然也在其中。他一向爱好天文学与光学。上大学期间,他就仔细观察了月晕,并在巴罗教授的指导下自学了开普勒的《光学》。在家乡那间几乎与世隔绝的小屋里,牛顿进行了关于棱镜的实验。这样的实验对于他来说是充满乐趣的,在他的日记里,他这样写到“我把自己的房间弄得一片漆黑 ,在百叶窗上来一个小洞,让适量的日光照射进来,再把棱镜放在光线进入处,光线就通过棱镜折射到对面的墙壁上,我认为这是一件很有意义的事情。”通过对光的实验,牛顿惊讶地发现:当太阳光通过棱镜时会发生曲折或折射,折射出来的光变成了一束由各种颜色光组成的光带,这种复色光是由单色光按一定比例混合而成的。这样,牛顿就在他的小房间的墙上制成了光谱。他也由此明白了当时的折射望远镜成像为什么总是模糊不清:光的色差和色散。两年后,牛顿设计并制造了能消除光的色散的反射望远镜,为近代天体物理学提供了重要工具。

牛顿购置了一大堆实验用品—罗盘、磁铁、玻璃以及切割金属的工具,并打算自制一架反射望远镜。在寓所里,牛顿动手为他的反射望远镜打磨了一个金属凹面镜,经过许多天的努力,才磨制成理想中的曲面镜。这个略显粗糙的望远镜加入了他许多崭新的设计。在制成望远镜的当天晚上,牛顿就用他去观测天象,观测结果使他无比激动,他在小小的目镜里看到了清晰明亮的影像—耀眼的木星与它的四颗卫星!接着,他还看见了金星的盈亏现象,这些影像一点也没有收到彩色条纹的干扰。就这样,牛顿成功发明了反射望远镜,这使他闻名于整个欧洲。1672年,牛顿被选举为英国皇家学会会员。一个月后,牛顿正式提交了自己的第一篇科学论文《关于光和色的新理论》。论文论述了他所发现的的光谱现象,这对以后的科学领域产生了巨大影响。在光学领域,牛顿的杰出贡献还有:牛顿环的发现、光的微粒说,光学巨著《光学或光的反射、折射、弯曲与颜色的论述》。只论在光学方面的贡献与成就,就足以让牛顿成为科学史上的卓越人物。

牛顿从小就展现出创造性思维,他爱好制作机械模型一类的东西,如风车、水车、日晷等,曾精心制作了一只高1.22米、计时较准确的水钟,以及可以做一个人的马车。他做的风车放在房顶上能够转动,又别出心裁地制成畜力风车,由老鼠去拉动。从《人工与自然的秘密》一书中,牛顿学到了制作各种机械方法。由此可见,牛顿除了思考能力极佳外,动手能力也很强。这种创造力在他的少年时代就已显露出来。

牛顿在格兰汉姆皇家中学学习,在这期间,他所有学科成绩都是优等,是学校公认的高才生。在人们的印象中,他是一个“头脑清醒,沉默,有思想的小伙子”。为明心志 ,牛顿曾写过一首题为《三顶冠冕》的诗,表达了他献身科学的决心: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之冕,尽管刺得人痛 ,但味道却是甜;我看见光荣之冕在我的面前呈现,它充满幸福,永恒无边。

在科学史上,《自然哲学的数学原理》是经典力学的第一部经典著作 ,也是人类掌握的第一个完整的宇宙论和科学理论体系,它对经典自然科学的所有领域都有着巨大影响。牛顿在本书中所建立的力学体系具有重大意义,它标志着从哥白尼开始的对亚里士多德的世界图像所作转变的最后阶段。因此,它是近代科学开始形成的标志,是人类对自然规律的第一次理论的概括。它总结了近代天体力学和物理力学的成就,为经典力学规定了一套基本概念,提出了力学的三大定律和万有引力定律,从而使经典力学成为一个完整的理论体系。牛顿的这本书标志着经典力学的成熟,其中所建立的经典力学的理论体系成为了近代科学的标尺。

19世纪的物理大师爱因斯坦在谈到牛顿和他的《自然科学的数学原理》时说:“自然在他面前好像是一本内容浩瀚的书,他毫不费力地遨游其中……其伟大之处在于,他集艺术家、实验者、机械师和理论家于一身。”这是对牛顿其人及其贡献的准确评价。

世界的发展离不开牛顿的《自然哲学的数学原理》。现在,牛顿的科学成就已经深入到人类生活的各个方面—驾车、 修路、造船、航行、计时、气象、月球探索、宇宙探险等,他的卓越贡献早已被载入史册,彪炳千秋!

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