探索大自然奥秘的兴趣，走上科学之路

一、大自然是一本打开的书

1642年圣诞节牛顿出生在英国伦敦不远的一个乡村——伍尔索普（Woolsthorpe）的一户农家，家境清贫。由于是早产儿，牛顿从小身体虚弱。他的父亲在他诞生前3个月就因病去世，他的母亲性格坚强、勤劳能干，带着小牛顿艰难度日。3年后因为生活所逼，母亲改嫁，3岁的牛顿由他的外祖母和舅舅艾斯库牧师（剑桥大学三一学院的毕业生）抚养和照顾。由于从小失去父亲，又得不到母爱，加上家庭贫穷，牛顿逐渐养成了沉默寡言、内向孤独的性格，这也使他有更多的时间沉醉于对大自然的观察和思考。

爱因斯坦在牛顿著作《光学》第四版1931年重印本的序言中写道：“幸运的牛顿，快乐的科学的童年！谁要是有闲暇和宁静来读这本书，就会重新生活于伟大的牛顿在他青年时代所经历过的那些奇妙的事件当中。对于他，大自然是一本打开的书，一本他读起来毫不费力的书”。（［1］，p7；［7］，p215）确实，牛顿从小就有一股强烈的探索大自然奥秘的兴趣和欲望。正是大自然赋予了他灵性与才智。在小学和中学期间，他不只喜爱观察大自然，还喜欢动手做小制作。9岁时，他就做了一个能测量时间的仪器——日晷。他在石盘的边缘标上刻度，在盘中心插上一根小木棒。放在太阳下时，从太阳在刻度上留下的木棒的影子位置就可知相应的时间。由于用这种日晷测时间的精度很差，中学阶段他在沙漏计时的启发下，利用箱子的木板制作了一个4英尺高的水漏时钟。其原理大致如下：将一个大箱子隔成上下两部分，成为两个水槽。上面水槽底部开一个小洞，打开此洞，上水槽中的水会慢慢从洞口滴到下面水槽中，其中有一块木块将随槽内水量增加而上浮。在浮板上装有一连杆，此杆与容器外的一个圆形钟盘（类似现代钟面）中心处的钟轴通过机械传动相连。随浮板上升，连杆将使钟轴转动，从而通过与钟轴相连的指针指示出相应的时间。牛顿的这个水漏时钟至今还陈列在博物馆里。除此以外，他还按书中图示制作了一个磨坊的模型，里面还装了可以快速旋转的碾磨机，应用了齿轮、转轮、杠杆等物理原理。他的精巧手工得到周围邻居和学校师生的赞赏，也为他后来在实验方面取得重大成果打下良好基础。（［1］，p8；［2］，p12）

书是死的，自然是活的。读书是间接求学，读自然书乃是直接的求学。只知道书，不知道自然的人，是书呆子。

中国地质学家、教育家李四光（1889—1971）（［9］，p61）

心语　此名言取自李四光在北大任教时，针对“死读书”现象所发表的文章《读书与读自然书》。大自然将会给人以无限的遐想，给人以宽广的胸怀，给人以无穷的力量。

图2－1　牛顿12岁时的肖像，它十分逼真地捕捉住少年牛顿沉思和脱俗的神态

二、兴趣广泛，爱读书、爱记笔记

6岁开始上学的牛顿，在学校里起初成绩并不好，加上身体瘦弱、性格内向，常受同学冷淡和欺侮。但是他像母亲一样性格倔强，有时会握紧拳头进行反抗。尤其是聪明的小牛顿，意识到只要成绩好，同学和老师就不会小瞧他。在强烈的上进心的推动下，他上课集中精力，课后认真完成作业，有时一道数学题要想出几种解法才肯罢休。休假日也常用来补课。渐渐他的成绩上去了，在班上名列前茅，得到同学的尊敬和老师的喜欢。

小学毕业，牛顿进入了离伍尔索普10千米远的格兰瑟姆中学，并寄宿在母亲的好友、药剂师克拉克先生家的顶楼，得到克拉克夫妇的关心。值得一提的是牛顿进入中学也不忘把他的锤子、锯子、刨刀、绘画颜料等制作工具一一装进口袋，带到格兰瑟姆克拉克先生的家中，前面讲的水漏时钟、磨坊模型等都是在这里制作的。

兴趣是最好的导师，兴趣是科学探索的动力。对探索大自然有广泛兴趣的牛顿，就逐渐爱上了读书。从上中学起，他就把读书学习看作一种乐趣，一种有价值的追求。并且逐步养成把观察到的、听到的有兴趣的问题，以及在所读书本中值得进一步思考和探索的内容记在笔记本中的良好习惯。这也是牛顿长期来积累知识、留下自己学习心得、列出新的研究课题以及记下重要计算的方法。他甚至还自创了一些速记符号，使抄写既快而又省纸。平时他总是省下母亲给他的零用钱来买书和笔记本。

在牛顿14岁那年，继父病故，母亲带着与继父所生的两个妹妹和一个弟弟回到了伍尔索普的娘家。读中学的牛顿表面孤独，内心实际也需要亲情，他很快与弟妹关系融洽，一到周末学校放假就盼望早点回家。1659年的秋天，因为母亲体弱多病，不堪沉重的家庭负担，16岁的牛顿毅然决定辍学，回家帮助妈妈干农活养活全家，他带着心爱的书和制作工具又回到了家乡当一个农民。

三、辍学期间，不忘读书和思考

痴迷科学的牛顿对大量农活实在没兴趣，但他还是努力去做。可是热衷读书和思考问题的牛顿常在干活时闹出笑话。有一次，牛顿一边牵着马，一边思考问题。当他回过神来时，发现手里拿着的竟是一截空绳，还好脱掉缰绳的马自己跑回了马厩。又一次，放羊的牛顿，由于躺在草地上专心致志地读书而忘记了一切，羊群四处跑散，他也全然不知。正巧，他舅舅艾斯库从那里经过，看到此景训斥了牛顿。当牛顿赶紧丢下书本去追赶跑散的羊群时，艾斯库拿起草地上那本厚厚的书，发现竟是一本高深的数学书。舅舅被牛顿这种刻苦学习、热爱科学的精神深深打动，思考再三，认为他的这个外甥不应是一个普通农民。于是，他说服了牛顿的母亲，决定送牛顿读完中学并继续深造。1660年秋天，牛顿复学。不负众望的牛顿复学不到一年，就以优秀的成绩中学毕业，他的母亲和舅舅非常高兴地参加了毕业典礼。校长史托克在毕业典礼上称赞牛顿是“最使学校感到自豪的学生。”不久，校长史托克就保荐牛顿到剑桥大学三一学院继续学业。