簡明科學史(8):牛頓 作為人類智商巔峰的他,到底牛在哪?

悲慘童年:開啟天才的一生、孤獨的一生

1643年1月4日,艾薩克·牛頓在英格蘭林肯郡鄉下的一個小村莊出生,他的童年相當悲慘。

在牛頓出生前三個月,他的父親就病逝了。作為早產兒的他,剛剛出生時非常瘦小,他的母親很快就改嫁了,並且一改嫁就把他扔在了姥姥家。

牛頓打小就恨繼父、煩祖父,不喜歡母親和祖母,喜歡獨處,不喜歡與人交往。雖然如此,天資聰穎的他還是被送到了離家不遠的格蘭瑟姆中學學習。

在學校,他認真學習了拉丁文,但他似乎更喜歡機械,他花了大把的時間製作鐘錶模型、機械零件和日晷。中學時代的牛頓已經顯露出非一般人的天才本性,他愛讀書、對自然現象有強烈的好奇心。

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劍橋的聖三一學院


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紀念牛頓的蘋果樹

1661年,牛頓進入劍橋的聖三一學院,依舊我行我素。本應認真學習亞里士多德等先賢著作的他,卻把心思放在了笛卡爾、波義耳等新科學領域,他為此還設計了很多實驗。

最體現他天才之處的是他極高的數學能力,這使他手中緊握著開啟深層宇宙奧秘的鑰匙。

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牛頓的奇蹟年(1665-1666年):倫敦瘟疫年

1665年到1666年,是倫敦瘟疫盛行的年代,劍橋大學的學生停課放假。剛從劍橋大學拿到學位的牛頓回到了母親在林肯郡伍爾索普的家中。

休假期間,他忙於各種科學研究:

數學方面:在牛頓之前,伽利略、笛卡爾等許多科學家就在促使數學作為一門獨立學科出現,因為當時的數學水平已經明顯不夠用了。在描述物體運動和重力的時候,必須考慮到非常短的時間和運動單位,也就是無窮小。

才20多歲的牛頓就用自己的數學能力創造了一門高等數學:微積分,1666年,在他完成一篇相關論文時,他知道自己已經站在了歐洲數學的巔峰,無奈曲高和寡,他沒有立刻將之公之於眾,僅僅與幾個熟人進行了分享。

光學方面:在數學方面登頂後,牛頓開始研究起了光學。他拜讀了笛卡爾關於光線的書籍,反覆進行著實驗,他利用三稜鏡將一束日光通過漆黑的房間,折射後打在大約7米外的牆上,他眼前出現了一條色彩斑斕的寬帶。他踏上了揭秘之路。

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他將最初的光學論文寄給英國皇家學會,可是不巧的是論文被轉交給做過相同研究的胡克進行評審,胡克給出的評語讓牛頓頗為惱火,從此牛頓和胡克便結下樑子。

力學方面:在這段時間裡,他常常坐在母親的花園裡,看著成熟的蘋果紛紛落地(事情也許沒有傳說中那樣具有戲劇性),他聯想到一個問題:為什麼所有東西都會落在地上?運動定律逐漸在他的草稿中、筆記中成形。

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英國皇家學會會長、爵士和皇家鑄幣廠廠長

1669年,回到劍橋後的牛頓很快被授予盧卡斯數學教授席位,他帶著這個頭銜度過了二十多年。不幸的是他的學生們聽不懂牛頓在講什麼,有時候,牛頓的課堂空無一人,他侃侃而談的光學和運動讓學生們如聽天書。

在這段時間裡,牛頓筆耕不輟,但是出版成書的卻寥寥無幾,因為他認為科學作品是寫給自己的,或者作為遺產留給後人。與此同時,牛頓開始迷戀上了神學和鍊金術。

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牛頓手稿


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牛頓手稿


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牛頓手稿

1684年,哈雷到劍橋拜訪了牛頓,這次到訪中斷了牛頓對神學的迷戀,他又轉入正軌,於是科學史上最偉大的書籍《自然哲學的數學原理》橫空出世。牛頓在這本書中,闡述了其後兩百年間都被視為真理的三大運動定律,並定義了萬有引力定律。

但是這本書晦澀難懂,在牛頓的有生之年,只有為數不多的幾個人能輕鬆讀懂。但是書中的三大定律把早期科學家困惑的所有問題綜合到了一起,藉助牛頓的力量,大到行星到小到箭離弦的運動都有了解釋。

他把地球上物體的力學和天體力學統一到一個基本的力學體系中,創立了經典力學理論體系,實現了自然科學的第一次大統一。

這是人類對自然界認識的一次飛躍。

《自然哲學的數學原理》被奉為蘊含著無限能量的天才之作,它把離群索居的牛頓變成了名人。

1689年,牛頓成為皇家科學院成員;1696年,牛頓被任命為皇家鑄幣廠廠長,他忘我得投入到這項工作中,並搬到倫敦;1703年,胡克去世後,牛頓成為皇家學會會長,並任職24年之久;1705年,牛頓被安妮女王封為爵士。

1727年,年近85歲的牛頓逝世了,被葬在了威斯敏斯特教堂。他是第一個獲得爵士頭銜的科學家,也是第一個獲得國葬的科學家。他出殯時,成千上萬的市民為他送行,抬棺槨的是兩位公爵、三位伯爵和一位大法官。


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爭議

萬有引力:

1679年,胡克在給牛頓的信中正式提出了引力與距離平方的關係,但他數學水平有限,給不出證明過程。而牛頓在潛心研究出微積分後,運用它輕而易舉得解決了以往無法解決的許多問題,並用太陽、地球、月亮、行星和地球物體上的運動實例加以驗證。

所以“萬有引力定律”的發現理所應當歸於牛頓名下。

微積分:

霍金在他的著作《時間簡史》中曾寫道:

“萊布尼茨和牛頓各自獨立地發展了叫做微積分的數學分支,它是大部分近代物理的基礎。雖然現在我們知道,牛頓發現微積分要比萊布尼茨早若干年,可是他很晚才出版他的著作。”

關於他倆誰是第一個發現微積分的人,科學家們曾激烈地為雙方做辯護。達成共識的是:萊布尼茨在理論上影響深遠,而牛頓在應用上更進一步,他把微積分作為工具來解釋物理問題,得到了重大的科學發現。


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牛頓到底牛在哪?

縱觀牛頓的一生,他聰明絕頂,智商堪稱人類巔峰,卻脾氣暴躁,幾乎對所有人都嗤之以鼻;他的曲高和寡使他看上去神秘、自負;他雖然不能算是一個可愛的人,但他是一個偉大的人。

牛頓的“萬有引力”牢牢地托住了宇宙,能夠經年累月屢試不爽。詩人亞歷山大曾戲稱:

“自然和自然的法制隱藏在黑夜裡

上帝說,‘讓牛頓去吧!’

於是一切豁然開朗。”

《自然哲學之數學原理》牛頓這本震古爍今的著作,直截了當得告訴人們:從樹上掉下來的果子、海邊的潮汐、地球和月亮,一切都井然有序,所有的自然現象都可以用數學原理進行描述。

牛頓告訴人們,萬物皆有規律可循,宇宙的運轉就像一座精緻的大鐘,分秒不差。

在牛頓之前,人類相信神力,牛頓之後,人類相信自己。牛頓將匍匐在神像前的人類扶了起來。

他奠定的物理基礎一直被科學界沿用到20世紀,直到愛因斯坦等人證明宇宙間還有更多他沒有考慮到的事情為止。

對牛頓,愛因斯坦的評價是:

“在牛頓以前,並沒有一個關於物理因果性的完整體系,能夠表示經驗世界的任何深刻特徵。

在他以前和以後,都還沒有人能像他那樣決定著西方的思想、研究和實踐的方向。”

——愛因斯坦 《愛因斯坦文集(第一卷)》

簡明科學史(8):牛頓 作為人類智商巔峰的他,到底牛在哪?

“現在,我將展示世界體系的框架。”

——1687年 艾薩克·牛頓 《自然哲學的數學原理》第三卷序言


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