图7.2 牛顿肖像
1642年的旧历圣诞节(新历为1643年1月4日),伊萨克·牛顿(Issac Newton,1643-1627)出生于英国林肯郡的一个中农家庭,他是遗腹子,又是早产儿。12岁时进入当地一所文科中学念书。1656年牛顿第二次结婚的母亲再度成为寡妇,他被召回帮助料理农庄。显然牛顿是一个很蹩脚的农夫,所以又被送回学校。不过他的舅父发现牛顿的学识不凡,极力主张送他到剑桥大学深造。1661年6月牛顿进剑桥三一学院。1665年初毕业,获得文学士学位。
1665年和1666年,为了躲避伦敦的鼠疫,牛顿大部分时间在他母亲的农庄中度过。其间他除了作出一些数学上的发现外,还做了一些关于颜色的实验。一直为人们传诵的牛顿看到一只苹果落到地上从而启发了他发现万有引力定律的著名事件就发生在这个时期。但是由于数学上的一些准备工作还没有做好,当时牛顿没有严格地推导出万有引力的数学表达式。
1667年牛顿回到剑桥之后当选为三一学院的研究员,第二年获得文学硕士学位。1669年27岁的他就任数学卢卡斯教授。在这段时间牛顿恢复了光学研究,并造了第一架反射望远镜,还发现了白光的合成性质。1672年牛顿被选入皇家学会,并向学会报告了他的有关太阳光的分光实验。此后牛顿作了一些数学和化学方面的研究。
牛顿与他的科学界的朋友们的谈话和通信使他的注意力不时回到引力问题上来。1684年8月哈雷造访牛顿,促使牛顿进入对引力问题的紧张研究,并于18个月后写成《自然哲学的数学原理》。
1687年初,牛顿作为剑桥大学的代表之一,到国会就剑桥大学的特权问题与詹姆斯二世(James II,1633-1701,1685-1688年在位)辩论。从这个事件开始牛顿逐渐参与公共事物和社会活动。1689年代表剑桥大学当选为国会议员,据说他在国会从不发言。有一次他站了起来,议会厅顿时鸦雀无声,恭候这位伟人发言。但牛顿只说了句“应把窗子关上,因为有穿堂风”。1690年国会解散后,牛顿回到剑桥,在好几年里花了许多精力致力于《圣经》经文的研究和诠释。他就圣经中最玄虚的章节写了150万字的考证文章,还计算了“开天辟地”的年代,为公元前3500年左右。
1692年,牛顿忙碌的大脑终于衰竭了,他患了精神崩溃症,休息了将近两年。从那以后牛顿的身体状况没有再恢复如初,但在思维敏捷性方面还是抵得上十个常人。譬如,1696年6月约翰·伯努利(Johann Bernoulli,1667-1748)在莱布尼兹(Gottfried Leibniz,1646-1716)的杂志《教师学报》上刊登了一个挑战问题,并给牛顿寄去了一份。据当时与牛顿生活在一起的他的外甥女凯瑟琳·巴顿(Catherine Barton,1679-1739)的记述:
1697年的一天,收到伯努利寄来的问题时,艾萨克·牛顿爵士正在造币局里忙着改铸新币的工作,直到四点钟才筋疲力尽地回到家里,但是,直到解出这道难题,他才上床休息,这时,正是凌晨四点钟。
伯努利在收到牛顿寄去的匿名答案时说:“我从这利爪认出了这头狮子。”
1695年牛顿被任命为造币厂督办,他兢兢业业地操守这个新的职务。当时银币的成色大大降低,督办的职责是监督重铸成色十足的银币,因此事关重大。1699年,在他圆满完成这个任务后,被任命为造币厂厂长,他担任这个职位直到去世。
1699年他还当选为法兰西科学院国外院士。1701年,他辞去了三一学院研究员和卢卡斯教授的职位,但还不时研究一些小的科学问题,以及准备《光学》的出版和《原理》的再版。1703年牛顿当选为皇家学会会长,并年年连选连任,直到去世。1705年安妮女王授封牛顿为爵士。
1727年牛顿在主持一次皇家学会的会议时突然得病,两周以后的3月20日去世,享年85岁。牛顿被安葬在威斯敏斯特教堂,与英国的英雄们葬在一起。总得来说,在早期科学史上,像牛顿这样迅速在国内外得到承认的天才寥寥无几。牛顿的幸运和伽利略相比形成了一个鲜明的对照。
牛顿具有谦虚的美德,他的两句名言为世人所传诵。1676年在给胡克的一封信中,牛顿写道:“如果我比别人看得远些,那是因为我站在巨人们的肩上。”据说他还讲过:“我不知道世人对我怎么看,但我自己看来我就好像只是一个在海滨嬉戏的孩子,不时地为比别人找到一块更光滑的卵石或一只更美丽的贝壳而感到高兴,而在我面前的浩瀚的真理海洋,却还完全是个谜。”
据说拉格朗日常常说:“牛顿是有史以来最伟大的天才!”有一次他加了一句:“也是最幸运的一位天才,因为我们无法再去建立一次世界的体系。”
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