牛頓(1643—1727)是英國(guó)著名的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家，是十七世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠。 1643年1月4日（儒略歷1642年12月25日）牛頓誕生于英格蘭林肯郡的小鎮(zhèn)烏爾斯索普的一個(gè)自耕農(nóng)家庭。12歲進(jìn)入離家不遠(yuǎn)的格蘭瑟姆中學(xué)。 牛頓于1661年以減費(fèi)生的身份進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，1664年成為獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，1665年獲學(xué)士學(xué)位。 1665～1666年倫敦大疫。劍橋離倫敦不遠(yuǎn)，為恐波及，學(xué)校停課。牛頓于1665年6月回故鄉(xiāng)烏爾斯索普。 1667年牛頓返劍橋大學(xué)，10月1日被選為三一學(xué)院的仲院侶，次年3月16日被選為正院侶。當(dāng)時(shí)巴羅對(duì)牛頓的才能有充分認(rèn)識(shí)。1669年10月27日巴羅便讓年僅26歲的牛頓接替他擔(dān)任盧卡斯講座的教授。 1672年起他被接納為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1703年被選為皇家學(xué)會(huì)** 牛頓于1696年謀得造幣廠監(jiān)督職位，1699年升任廠長(zhǎng)，1701年辭去劍橋大學(xué)工作。1705年受封為爵士。 牛頓晚年患有膀胱結(jié)石、風(fēng)濕等多種疾病，于1727年3月30日深夜在倫敦去世，葬在威斯特教堂，終年84歲。人們?yōu)榱思o(jì)念牛頓，特地用他的名字來命名力的單位，簡(jiǎn)稱“牛”。 二、科學(xué)成就 牛頓一生對(duì)科學(xué)事業(yè)所做的貢獻(xiàn)，遍及物理學(xué)、數(shù)學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域。 1．牛頓在物理學(xué)上最主要的成就，是創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)的基本體系，從而光成了物理學(xué)史上第一次大綜合。 2￡對(duì)于光學(xué)，牛頓致力于光的顏色和光的本性的研究，也作出了重大貢獻(xiàn)。 3￡牛頓在數(shù)學(xué)方面，總結(jié)和發(fā)展了前人的工作，提出了“流數(shù)法”，建立了二項(xiàng)式定理，創(chuàng)立了微積分。 4￡在天文學(xué)方面，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，并且用它初步觀察到了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 牛頓在17世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡。它一般被稱為反射望遠(yuǎn)鏡，效果遠(yuǎn)優(yōu)于伽利略所設(shè)計(jì)的著名的折射望遠(yuǎn)鏡。

英國(guó)牧師 約翰·牛頓（John Newton，1725年7月24日–1807年12月21日），英國(guó)牧師。之前從事大西洋上的販奴生意，在皈依基督教并放棄其生意之后，寫出了著名的贊美詩(shī)《奇異恩典》（Amazing Grace）。 1725年7月24日，約翰·牛頓出生于英國(guó)倫敦，是一個(gè)從事地中海貿(mào)易的船長(zhǎng)的兒子。牛頓曾和他父親共同出海6次直到1742年他父親去世。在1743年他應(yīng)征進(jìn)入海軍，在皇家海軍“哈維奇”號(hào)上作為海軍少尉替補(bǔ)軍官服役。 少年牛頓 1643年1月4日，在英格蘭林肯郡小鎮(zhèn)沃爾索浦的一個(gè)自耕農(nóng)家庭里，牛頓誕生了。牛頓是一個(gè)早產(chǎn)兒，出生時(shí)只有三磅重，接生婆和他的親人都擔(dān)心他能否活下來。誰也沒有料到這個(gè)看起來微不足道的小東西會(huì)成為了一位震古爍今的科學(xué)巨人，并且竟活到了85歲的高齡。 牛頓出生前三個(gè)月父親便去世了。在他兩歲時(shí)，母親改嫁給一個(gè)牧師，把牛頓留在外祖母身邊撫養(yǎng)。11歲時(shí)，母親的后夫去世，母親帶著和后夫所生的一子二女回到牛頓身邊。牛頓自幼沉默寡言，性格倔強(qiáng)，這種習(xí)性可能來自它的家庭處境。 大約從五歲開始，牛頓被送到公立學(xué)校讀書。少年時(shí)的牛頓并不是神童，他資質(zhì)平常，成績(jī)一般，但他喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡(jiǎn)單機(jī)械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動(dòng)手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風(fēng)車、木鐘、折疊式提燈等等。 傳說小牛頓把風(fēng)車的機(jī)械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他將老鼠綁在一架有輪子的踏車上，然后在輪子的前面放上一粒玉米，剛好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不斷的跑動(dòng)，于是輪子不停的轉(zhuǎn)動(dòng)；又一次他放風(fēng)箏時(shí)，在繩子上懸掛著小燈，夜間村人看去驚疑是彗星出現(xiàn)；他還制造了一個(gè)小水鐘。每天早晨，小水鐘會(huì)自動(dòng)滴水到他的臉上，催他起床。他還喜歡繪畫、雕刻，尤其喜歡刻日晷，家里墻角、窗臺(tái)上到處安放著他刻畫的日晷，用以驗(yàn)看日影的移動(dòng)。 牛頓12歲時(shí)進(jìn)了離家不遠(yuǎn)的格蘭瑟姆中學(xué)。牛頓的母親原希望他成為一個(gè)農(nóng)民，但牛頓本人卻無意于此，而酷愛讀書。隨著年歲的增大，牛頓越發(fā)愛好讀書，喜歡沉思，做科學(xué)小實(shí)驗(yàn)。他在格蘭瑟姆中學(xué)讀書時(shí)，曾經(jīng)寄宿在一位藥劑師家里，使他受到了化學(xué)試驗(yàn)的熏陶。 牛頓在中學(xué)時(shí)代學(xué)習(xí)成績(jī)并不出眾，只是愛好讀書，對(duì)自然現(xiàn)象由好奇心，例如顏色、日影四季的移動(dòng)，尤其是幾何學(xué)、哥白尼的日心說等等。他還分門別類的記讀書筆記，又喜歡別出心裁的作些小工具、小技巧、小發(fā)明、小試驗(yàn)。 當(dāng)時(shí)英國(guó)社會(huì)滲透基督教新思想，牛頓家里有兩位都以神父為職業(yè)的親戚，這可能影響牛頓晚年的宗教生活。從這些平凡的環(huán)境和活動(dòng)中，還看不出幼年的牛頓是個(gè)才能出眾異于常人的兒童。 后來迫于生活，母親讓牛頓停學(xué)在家務(wù)農(nóng)，贍養(yǎng)家庭。但牛頓一有機(jī)會(huì)便埋首書卷，以至經(jīng)常忘了干活。每次，母親叫他同傭人一道上市場(chǎng)，熟悉做交易的生意經(jīng)時(shí)，他便懇求傭人一個(gè)人上街，自己則躲在樹叢后看書。有一次，牛頓的舅父起了疑心，就跟蹤牛頓上市鎮(zhèn)去，發(fā)現(xiàn)他的外甥伸著腿，躺在草地上，正在聚精會(huì)神地鉆研一個(gè)數(shù)學(xué)問題。牛頓的好學(xué)精神感動(dòng)了舅父，于是舅父勸服了母親讓牛頓復(fù)學(xué)，并鼓勵(lì)牛頓上大學(xué)讀書。牛頓又重新回到了學(xué)校，如饑似渴地汲取著書本上的營(yíng)養(yǎng)。 求學(xué)歲月 1661年，19歲的牛頓以減費(fèi)生的身份進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，靠為學(xué)院做雜務(wù)的收入支付學(xué)費(fèi)，1664年成為獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，1665年獲學(xué)士學(xué)位。 17世紀(jì)中葉，劍橋大學(xué)的教育制度還滲透著濃厚的中世紀(jì)經(jīng)院哲學(xué)的氣味，當(dāng)牛頓進(jìn)入劍橋時(shí)，哪里還在傳授一些經(jīng)院式課程，如邏輯、古文、語法、古代史、神學(xué)等等。兩年后三一學(xué)院出現(xiàn)了新氣象，盧卡斯創(chuàng)設(shè)了一個(gè)獨(dú)辟蹊徑的講座，規(guī)定講授自然科學(xué)知識(shí)，如地理、物理、天文和數(shù)學(xué)課程。 講座的第一任教授伊薩克·巴羅是個(gè)博學(xué)的科學(xué)家。這位學(xué)者獨(dú)具慧眼，看出了牛頓具有深邃的觀察力、敏銳的理解力。于是將自己的數(shù)學(xué)知識(shí)，包括計(jì)算曲線圖形面積的方法，全部傳授給牛頓，并把牛頓引向了近代自然科學(xué)的研究領(lǐng)域。 在這段學(xué)習(xí)過程中，牛頓掌握了算術(shù)、三角，讀了開普勒的《光學(xué)》，笛卡爾的《幾何學(xué)》和《哲學(xué)原理》，伽利略的《兩大世界體系的對(duì)話》，胡克的《顯微圖集》，還有皇家學(xué)會(huì)的歷史和早期的哲學(xué)學(xué)報(bào)等。 牛頓在巴羅門下的這段時(shí)間，是他學(xué)習(xí)的關(guān)鍵時(shí)期。巴羅比牛頓大12歲，精于數(shù)學(xué)和光學(xué)，他對(duì)牛頓的才華極為贊賞，認(rèn)為牛頓的數(shù)學(xué)才超過自己。后來，牛頓在回憶時(shí)說道：“巴羅博士當(dāng)時(shí)講授關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)的課程，也許正是這些課程促使我去研究這方面的問題?！?當(dāng)時(shí)，牛頓在數(shù)學(xué)上很大程度是依靠自學(xué)。他學(xué)習(xí)了歐幾里得的《幾何原本》、笛卡兒的《幾何學(xué)》、沃利斯的《無窮算術(shù)》、巴羅的《數(shù)學(xué)講義》及韋達(dá)等許多數(shù)學(xué)家的著作。其中，對(duì)牛頓具有決定性影響的要數(shù)笛卡兒的《幾何學(xué)》和沃利斯的《無窮算術(shù)》，它們將牛頓迅速引導(dǎo)到當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)最前沿～解析幾何與微積分。1664年，牛頓被選為巴羅的助手，第二年，劍橋大學(xué)評(píng)議會(huì)通過了授予牛頓大學(xué)學(xué)士學(xué)位的決定。 1665～1666年嚴(yán)重的鼠疫席卷了倫敦，劍橋離倫敦不遠(yuǎn)，為恐波及，學(xué)校因此而停課，牛頓于1665年6月離校返鄉(xiāng)。 由于牛頓在劍橋受到數(shù)學(xué)和自然科學(xué)的熏陶和培養(yǎng)，對(duì)探索自然現(xiàn)象產(chǎn)生濃厚的興趣，家鄉(xiāng)安靜的環(huán)境又使得他的思想展翅飛翔。1665～1666年這段短暫的時(shí)光成為牛頓科學(xué)生涯中的黃金歲月，他在自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)思潮奔騰，才華迸發(fā)，思考前人從未思考過的問題，踏進(jìn)了前人沒有涉及的領(lǐng)域，創(chuàng)建了前所未有的驚人業(yè)績(jī)。 1665年初，牛頓創(chuàng)立級(jí)數(shù)近似法,以及把任意冪的二項(xiàng)式化為一個(gè)級(jí)數(shù)的規(guī)則；同年11月，創(chuàng)立正流數(shù)法(微分)；次年1月，用三棱鏡研究顏色理論；5月，開始研究反流數(shù)法(積分)。這一年內(nèi)，牛頓開始想到研究重力問題，并想把重力理論推廣到月球的運(yùn)動(dòng)軌道上去。他還從開普勒定律中推導(dǎo)出使行星保持在它們的軌道上的力必定與它們到旋轉(zhuǎn)中心的距離平方成反比。牛頓見蘋果落地而悟出地球引力的傳說，說的也是此時(shí)發(fā)生的軼事。 總之，在家鄉(xiāng)居住的兩年中，牛頓以比此后任何時(shí)候更為旺盛的精力從事科學(xué)創(chuàng)造，并關(guān)心自然哲學(xué)問題。他的三大成就：微積分、萬有引力、光學(xué)分析的思想都是在這時(shí)孕育成形的?？梢哉f此時(shí)的牛頓已經(jīng)開始著手描繪他一生大多數(shù)科學(xué)創(chuàng)造的藍(lán)圖。 1667年復(fù)活節(jié)后不久，牛頓返回到劍橋大學(xué)，10月1日被選為三一學(xué)院的仲院侶(初級(jí)院委)，翌年3月16日獲得碩士學(xué)位，同時(shí)成為正院侶(高級(jí)院委)。1669年10月27日，巴羅為了提攜牛頓而辭去了教授之職，26歲的牛頓晉升為數(shù)學(xué)教授，并擔(dān)任盧卡斯講座的教授。巴羅為牛頓的科學(xué)生涯打通了道路，如果沒有牛頓的舅父和巴羅的幫助，牛頓這匹千里馬可能就不會(huì)馳騁在科學(xué)的大道上。巴羅讓賢，這在科學(xué)史上一直被傳為佳話。 偉大的成就～建立微積分 在牛頓的全部科學(xué)貢獻(xiàn)中，數(shù)學(xué)成就占有突出的地位。他數(shù)學(xué)生涯中的第一項(xiàng)創(chuàng)造性成果就是發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定理。據(jù)牛頓本人回憶，他是在1664年和1665年間的冬天，在研讀沃利斯博士的《無窮算術(shù)》時(shí)，試圖修改他的求圓面積的級(jí)數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)這一定理的。 笛卡爾的解析幾何把描述運(yùn)動(dòng)的函數(shù)關(guān)系和幾何曲線相對(duì)應(yīng)。牛頓在老師巴羅的指導(dǎo)下，在鉆研笛卡爾的解析幾何的基礎(chǔ)上，找到了新的出路?？梢园讶我鈺r(shí)刻的速度看是在微小的時(shí)間范圍里的速度的平均值，這就是一個(gè)微小的路程和時(shí)間間隔的比值，當(dāng)這個(gè)微小的時(shí)間間隔縮小到無窮小的時(shí)候，就是這一點(diǎn)的準(zhǔn)確值。這就是微分的概念。 求微分相當(dāng)于求時(shí)間和路程關(guān)系得在某點(diǎn)的切線斜率。一個(gè)變速的運(yùn)動(dòng)物體在一定時(shí)間范圍里走過的路程，可以看作是在微小時(shí)間間隔里所走路程的和，這就是積分的概念。求積分相當(dāng)于求時(shí)間和速度關(guān)系的曲線下面的面積。牛頓從這些基本概念出發(fā)，建立了微積分。 微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學(xué)成就。牛頓為解決運(yùn)動(dòng)問題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學(xué)理論的，牛頓稱之為"流數(shù)術(shù)"。它所處理的一些具體問題，如切線問題、求積問題、瞬時(shí)速度問題以及函數(shù)的極大和極小值問題等，在牛頓前已經(jīng)得到人們的研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對(duì)以往分散的努力加以綜合，將自古希臘以來求解無限小問題的各種技巧統(tǒng)一為兩類普通的算法——微分和積分，并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系，從而完成了微積分發(fā)明中最關(guān)鍵的一步，為近代科學(xué)發(fā)展提供了最有效的工具，開辟了數(shù)學(xué)上的一個(gè)新紀(jì)元。 牛頓沒有及時(shí)發(fā)表微積分的研究成果，他研究微積分可能比萊布尼茨早一些，但是萊布尼茨所采取的表達(dá)形式更加合理，而且關(guān)于微積分的著作出版時(shí)間也比牛頓早。 在牛頓和萊布尼茨之間，為爭(zhēng)論誰是這門學(xué)科的創(chuàng)立者的時(shí)候，竟然引起了一場(chǎng)悍然大波，這種爭(zhēng)吵在各自的學(xué)生、支持者和數(shù)學(xué)家中持續(xù)了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，造成了歐洲大陸的數(shù)學(xué)家和英國(guó)數(shù)學(xué)家的長(zhǎng)期對(duì)立。英國(guó)數(shù)學(xué)在一個(gè)時(shí)期里閉關(guān)鎖國(guó)，囿于民族偏見，過于拘泥在牛頓的“流數(shù)術(shù)”中停步不前，因而數(shù)學(xué)發(fā)展整整落后了一百年。 應(yīng)該說，一門科學(xué)的創(chuàng)立決不是某一個(gè)人的業(yè)績(jī)，它必定是經(jīng)過多少人的努力后，在積累了大量成果的基礎(chǔ)上，最后由某個(gè)人或幾個(gè)人總結(jié)完成的。微積分也是這樣，是牛頓和萊布尼茨在前人的基礎(chǔ)上各自獨(dú)立的建立起來的。 1707年，牛頓的代數(shù)講義經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術(shù)》。他主要討論了代數(shù)基礎(chǔ)及其(通過解方程)在解決各類問題中的應(yīng)用。書中陳述了代數(shù)基本概念與基本運(yùn)算，用大量實(shí)例說明了如何將各類問題化為代數(shù)方程，同時(shí)對(duì)方程的根及其性質(zhì)進(jìn)行了深入探討，引出了方程論方面的豐碩成果，如，他得出了方程的根與其判別式之間的關(guān)系，指出可以利用方程系數(shù)確定方程根之冪的和數(shù)，即“牛頓冪和公式”。 牛頓對(duì)解析幾何與綜合幾何都有貢獻(xiàn)。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出密切線圓(或稱曲線圓)概念，提出曲率公式及計(jì)算曲線的曲率方法。并將自己的許多研究成果總結(jié)成專論《三次曲線枚舉》，于1704年發(fā)表。此外，他的數(shù)學(xué)工作還涉及數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領(lǐng)域。 偉大的成就～對(duì)光學(xué)的三大貢獻(xiàn) 在牛頓以前，墨子、培根、達(dá)·芬奇等人都研究過光學(xué)現(xiàn)象。反射定律是人們很早就認(rèn)識(shí)的光學(xué)定律之一。近代科學(xué)興起的時(shí)候，伽利略靠望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了“新宇宙”，震驚了世界。荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅爾首先發(fā)現(xiàn)了光的折射定律。笛卡爾提出了光的微粒說…… 牛頓以及跟他差不多同時(shí)代的胡克、惠更斯等人，也象伽利略、笛卡爾等前輩一樣，用極大的興趣和熱情對(duì)光學(xué)進(jìn)行研究。1666年，牛頓在家休假期間，得到了三棱鏡，他用來進(jìn)行了著名的色散試驗(yàn)。一束太陽(yáng)光通過三棱鏡后，分解成幾種顏色的光譜帶，牛頓再用一塊帶狹縫的擋板把其他顏色的光擋住，只讓一種顏色的光在通過第二個(gè)三棱鏡，結(jié)果出來的只是同樣顏色的光。這樣，他就發(fā)現(xiàn)了白光是由各種不同顏色的光組成的，這是第一大貢獻(xiàn)。 牛頓為了驗(yàn)證這個(gè)發(fā)現(xiàn)，設(shè)法把幾種不同的單色光合成白光，并且計(jì)算出不同顏色光的折射率，精確地說明了色散現(xiàn)象。揭開了物質(zhì)的顏色之謎，原來物質(zhì)的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛頓把自己的研究成果發(fā)表在《皇家學(xué)會(huì)哲學(xué)雜志》上，這是他第一次公開發(fā)表的論文。 許多人研究光學(xué)是為了改進(jìn)折射望遠(yuǎn)鏡。牛頓由于發(fā)現(xiàn)了白光的組成，認(rèn)為折射望遠(yuǎn)鏡透鏡的色散現(xiàn)象是無法消除的(后來有人用具有不同折射率的玻璃組成的透鏡消除了色散現(xiàn)象)，就設(shè)計(jì)和制造了反射望遠(yuǎn)鏡。 牛頓不但擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)計(jì)算，而且能夠自己動(dòng)手制造各種試驗(yàn)設(shè)備并且作精細(xì)實(shí)驗(yàn)。為了制造望遠(yuǎn)鏡，他自己設(shè)計(jì)了研磨拋光機(jī)，實(shí)驗(yàn)各種研磨材料。公元1668年，他制成了第一架反射望遠(yuǎn)鏡樣機(jī)，這是第二大貢獻(xiàn)。公元1671年，牛頓把經(jīng)過改進(jìn)得反射望遠(yuǎn)鏡獻(xiàn)給了皇家學(xué)會(huì)，牛頓名聲大震，并被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。反射望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明奠定了現(xiàn)代大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)。 同時(shí)，牛頓還進(jìn)行了大量的觀察實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算，比如研究惠更斯發(fā)現(xiàn)的冰川石的異常折射現(xiàn)象，胡克發(fā)現(xiàn)的肥皂泡的色彩現(xiàn)象，“牛頓環(huán)”的光學(xué)現(xiàn)象等等。 牛頓還提出了光的“微粒說”，認(rèn)為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運(yùn)動(dòng)路徑。他的“微粒說”與后來惠更斯的“波動(dòng)說”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。此外，他還制作了牛頓色盤等多種光學(xué)儀器。 偉大的成就～構(gòu)筑力學(xué)大廈 牛頓是經(jīng)典力學(xué)理論的集大成者。他系統(tǒng)的總結(jié)了伽利略、開普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律。 在牛頓以前，天文學(xué)是最顯赫的學(xué)科。但是為什么行星一定按照一定規(guī)律圍繞太陽(yáng)運(yùn)行？天文學(xué)家無法圓滿解釋這個(gè)問題。萬有引力的發(fā)現(xiàn)說明，天上星體運(yùn)動(dòng)和地面上物體運(yùn)動(dòng)都受到同樣的規(guī)律——力學(xué)規(guī)律的支配。 早在牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律以前，已經(jīng)有許多科學(xué)家嚴(yán)肅認(rèn)真的考慮過這個(gè)問題。比如開普勒就認(rèn)識(shí)到，要維持行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)必定有一種力在起作用，他認(rèn)為這種力類似磁力，就像磁石吸鐵一樣。1659年，惠更斯從研究擺的運(yùn)動(dòng)中發(fā)現(xiàn)，保持物體沿圓周軌道運(yùn)動(dòng)需要一種向心力。胡克等人認(rèn)為是引力，并且試圖推到引力和距離的關(guān)系。 1664年，胡克發(fā)現(xiàn)彗星靠近太陽(yáng)時(shí)軌道彎曲是因?yàn)樘?yáng)引力作用的結(jié)果；1673年，惠更斯推導(dǎo)出向心力定律；1679年，胡克和哈雷從向心力定律和開普勒第三定律，推導(dǎo)出維持行星運(yùn)動(dòng)的萬有引力和距離的平方成反比。 牛頓自己回憶，1666年前后，他在老家居住的時(shí)候已經(jīng)考慮過萬有引力的問題。最有名的一個(gè)說法是：在假期里，牛頓常常在花園里小坐片刻。有一次，象以往屢次發(fā)生的那樣，一個(gè)蘋果從樹上掉了下來…… 一個(gè)蘋果的偶然落地，卻是人類思想史的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，它使那個(gè)坐在花園里的人的頭腦開了竅，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物體都受到差不多總是朝向地心的吸引呢？牛頓思索著。終于，他發(fā)現(xiàn)了對(duì)人類具有劃時(shí)代意義的萬有引力。 牛頓高明的地方就在于他解決了胡克等人沒有能夠解決的數(shù)學(xué)論證問題。1679年，胡克曾經(jīng)寫信問牛頓，能不能根據(jù)向心力定律和引力同距離的平方成反比的定律，來證明行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。牛頓沒有回答這個(gè)問題。1685年，哈雷登門拜訪牛頓時(shí)，牛頓已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律：兩個(gè)物體之間有引力，引力和距離的平方成反比，和兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積成正比。 當(dāng)時(shí)已經(jīng)有了地球半徑、日地距離等精確的數(shù)據(jù)可以供計(jì)算使用。牛頓向哈雷證明地球的引力是使月亮圍繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力，也證明了在太陽(yáng)引力作用下，行星運(yùn)動(dòng)符合開普勒運(yùn)動(dòng)三定律。 在哈雷的敦促下，1686年底，牛頓寫成劃時(shí)代的偉大著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書?；始覍W(xué)會(huì)經(jīng)費(fèi)不足，出不了這本書，后來靠了哈雷的資助，這部科學(xué)史上最偉大的著作之一才能夠在1687年出版。 牛頓在這部書中，從力學(xué)的基本概念(質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、力)和基本定律(運(yùn)動(dòng)三定律)出發(fā)，運(yùn)用他所發(fā)明的微積分這一銳利的數(shù)學(xué)工具，不但從數(shù)學(xué)上論證了萬有引力定律，而且把經(jīng)典力學(xué)確立為完整而嚴(yán)密的體系，把天體力學(xué)和地面上的物體力學(xué)統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上第一次大的綜合。 站在巨人的肩上 牛頓的研究領(lǐng)域非常廣泛，他除了在數(shù)學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等方面做出卓越貢獻(xiàn)外，他還花費(fèi)大量精力進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)。他常常六個(gè)星期一直留在實(shí)驗(yàn)室里，不分晝夜的工作。他在化學(xué)上花費(fèi)的時(shí)間并不少，卻幾乎沒有取得什么顯著的成就。為什么同樣一個(gè)偉大的牛頓，在不同的領(lǐng)域取得的成就竟那么不一樣呢？ 其中一個(gè)原因就是各個(gè)學(xué)科處在不同的發(fā)展階段。在力學(xué)和天文學(xué)方面，有伽利略、開普勒、胡克、惠更斯等人的努力，牛頓有可能用已經(jīng)準(zhǔn)備好的材料，建立起一座宏偉壯麗的力學(xué)大廈。正象他自己所說的那樣“如果說我看得遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟稀?。而在化學(xué)方面，因?yàn)檎_的道路還沒有開辟出來，牛頓沒法走到可以砍伐材料的地方。 牛頓在臨終前對(duì)自己的生活道路是這樣總結(jié)的：“我不知道在別人看來，我是什么樣的人；但在我自己看來，我不過就象是一個(gè)在海濱玩耍的小孩，為不時(shí)發(fā)現(xiàn)比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常更為美麗的一片貝殼而沾沾自喜，而對(duì)于展現(xiàn)在我面前的浩瀚的真理的海洋，卻全然沒有發(fā)現(xiàn)?！?這當(dāng)然是牛頓的謙遜。 怪異的牛頓 牛頓并不善于教學(xué)，他在講授新近發(fā)現(xiàn)的微積分時(shí)，學(xué)生都接受不了。但在解決疑難問題方面的能力，他卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常人。還是學(xué)生時(shí)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了一種計(jì)算無限量的方法。他用這個(gè)秘密的方法，算出了雙曲面積到二百五十位數(shù)。他曾經(jīng)高價(jià)買下了一個(gè)棱鏡，并把它作為科學(xué)研究的工具，用它試驗(yàn)了白光分解為的有顏色的光。 開始，他并不愿意發(fā)表他的觀察所得，他的發(fā)現(xiàn)都只是一種個(gè)人的消遣，為的是使自己在寂靜的書齋中解悶，他獨(dú)自遨游于自己所創(chuàng)造的超級(jí)世界里。后來，在好友哈雷的竭力勸說下，才勉強(qiáng)同意出版他的手稿，才有劃時(shí)代巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的問世。 作為大學(xué)教授，牛頓常常忙得不修邊幅，往往領(lǐng)帶不結(jié)，襪帶不系好，馬褲也不紐扣，就走進(jìn)了大學(xué)餐廳。有一次，他在向一位姑娘求婚時(shí)思想又開了小差，他腦海了只剩下了無窮量的二項(xiàng)式定理。他抓住姑娘的手指，錯(cuò)誤的把它當(dāng)成通煙斗的通條，硬往煙斗里塞，痛得姑娘大叫，離他而去。牛頓也因此終生未娶。 牛頓從容不迫地觀察日常生活中的小事，結(jié)果作出了科學(xué)史上一個(gè)個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)。他馬虎拖沓，曾經(jīng)鬧過許多的笑話。一次，他邊讀書，邊煮雞蛋，等他揭開鍋想吃雞蛋時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)鍋里是一只懷表。還有一次，他請(qǐng)朋友吃飯，當(dāng)飯菜準(zhǔn)備好時(shí)，牛頓突然想到一個(gè)問題，便獨(dú)自進(jìn)了內(nèi)室，朋友等了他好久還是不見他出來，于是朋友就自己動(dòng)手把那份雞全吃了，雞骨頭留在盤子，不告而別了。等牛頓想起，出來后，發(fā)現(xiàn)了盤子里的骨頭，以為自己已經(jīng)吃過了，便轉(zhuǎn)身又進(jìn)了內(nèi)室，繼續(xù)研究他的問題。 牛頓晚年 但是由于受時(shí)代的限制，牛頓基本上是一個(gè)形而上學(xué)的機(jī)械唯物主義者。他認(rèn)為運(yùn)動(dòng)只是機(jī)械力學(xué)的運(yùn)動(dòng)，是空間位置的變化；宇宙和太陽(yáng)一樣是沒有發(fā)展變化的；靠了萬有引力的作用，恒星永遠(yuǎn)在一個(gè)固定不變的位置上…… 隨著科學(xué)聲譽(yù)的提高，牛頓的政治地位也得到了提升。1689年，他被當(dāng)選為國(guó)會(huì)中的大學(xué)代表。作為國(guó)會(huì)議員，牛頓逐漸開始疏遠(yuǎn)給他帶來巨大成就的科學(xué)。他不時(shí)表示出對(duì)以他為代表的領(lǐng)域的厭惡。同時(shí)，他的大量的時(shí)間花費(fèi)在了和同時(shí)代的著名科學(xué)家如胡克、萊布尼茲等進(jìn)行科學(xué)優(yōu)先權(quán)的爭(zhēng)論上。 晚年的牛頓在倫敦過著堂皇的生活，1705年他被安妮女王封為貴族。此時(shí)的牛頓非常富有，被普遍認(rèn)為是生存著的最偉大的科學(xué)家。他擔(dān)任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，在他任職的二十四年時(shí)間里，他以鐵拳統(tǒng)治著學(xué)會(huì)。沒有他的同意，任何人都不能被選舉。 晚年的牛頓開始致力于對(duì)神學(xué)的研究，他否定哲學(xué)的指導(dǎo)作用，虔誠(chéng)地相信上帝，埋頭于寫以神學(xué)為題材的著作。當(dāng)他遇到難以解釋的天體運(yùn)動(dòng)時(shí)，竟提出了“神的第一推動(dòng)力”的謬論。他說“上帝統(tǒng)治萬物，我們是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。 1727年3月20日，偉大艾薩克·牛頓逝世。同其他很多杰出的英國(guó)人一樣，他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上鐫刻著： 讓人們歡呼這樣一位多么偉大的 人類榮耀曾經(jīng)在世界上存在。

牛頓（Isaac Newton，1643～1727）偉大的物理學(xué)家、天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家，經(jīng)典力學(xué)體系的奠基人。 牛頓1643年1月4日（儒略歷1642年12月25日）誕生于英格蘭東部小鎮(zhèn)烏爾斯索普一個(gè)自耕農(nóng)家庭。出生前八九個(gè)月父死于肺炎。自小瘦弱，孤僻而倔強(qiáng)。3歲時(shí)母親改嫁，由外祖母撫養(yǎng)。11歲時(shí)繼父去世，母親又帶3個(gè)弟妹回家務(wù)農(nóng)。在不幸的家庭生活中，牛頓小學(xué)時(shí)成績(jī)較差，“除設(shè)計(jì)機(jī)械外沒顯出才華”。 牛頓自小熱愛自然，喜歡動(dòng)腦動(dòng)手。8歲時(shí)積攢零錢買了錘、鋸來做手工，他特別喜歡刻制日晷，利用圓盤上小棍的投影顯示時(shí)刻。傳說他家里墻角、窗臺(tái)上到處都有他刻劃的日晷，他還做了一個(gè)日晷放在村中央，被人稱為“牛頓鐘”，一直用到牛頓死后好幾年。他還做過帶踏板的自行車；用小木桶做過滴漏水鐘；放過自做的帶小燈籠的風(fēng)箏（人們以為是彗星出現(xiàn)）；用小老鼠當(dāng)動(dòng)力做了一架磨坊的模型，等等。他觀察自然最生動(dòng)的例子是15歲時(shí)做的第一次實(shí)驗(yàn)：為了計(jì)算風(fēng)力和風(fēng)速，他選擇狂風(fēng)時(shí)做順風(fēng)跳躍和逆風(fēng)跳躍，再量出兩次跳躍的距離差。牛頓在格蘭瑟姆中學(xué)讀書時(shí)，曾寄住在格蘭瑟姆鎮(zhèn)克拉克藥店，這里更培養(yǎng)了他的科學(xué)實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的藥店就是一所化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。牛頓在自己的筆記中，將自然現(xiàn)象分類整理，包括顏色調(diào)配、時(shí)鐘、天文、幾何問題等等。這些靈活的學(xué)習(xí)方法，都為他后來的創(chuàng)造打下了良好基礎(chǔ)。 牛頓曾因家貧停學(xué)務(wù)農(nóng)，在這段時(shí)間里，他利用一切時(shí)間自學(xué)。放羊、購(gòu)物、農(nóng)閑時(shí)，他都手不釋卷，甚至羊吃了別人莊稼，他也不知道。他舅父是一個(gè)神父，有一次發(fā)現(xiàn)牛頓看的是數(shù)學(xué)，便支持他繼續(xù)上學(xué)。1661年6月考人劍橋大學(xué)三一學(xué)院。作為領(lǐng)取補(bǔ)助金的“減費(fèi)生”，他必須擔(dān)負(fù)侍候某些富家子弟的任務(wù)。三一學(xué)院的巴羅（Isaac Barrow， 1630～1677）教授是當(dāng)時(shí)改革教育方式主持自然科學(xué)新講座（盧卡斯講座）的第一任教授，被稱為“歐洲最優(yōu)秀的學(xué)者”，對(duì)牛頓特別垂青，引導(dǎo)他讀了許多前人的優(yōu)秀著作。1664年牛頓經(jīng)考試被選為巴羅的助手，1665年大學(xué)畢業(yè)。 在1665～1666年，倫敦流行鼠疫的兩年間，牛頓回到家鄉(xiāng)。這兩年牛頓才華橫溢，作出了多項(xiàng)發(fā)明。1667年重返劍橋大學(xué)，1668年7月獲碩士學(xué)位。1669年巴羅推薦26歲的牛頓繼任盧卡斯講座教授，1672年成為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1703年成為皇家學(xué)會(huì)終身會(huì)長(zhǎng)。1699年就任造幣局局長(zhǎng)，1701年他辭去劍橋大學(xué)工作，因改革幣制有功，1705年被封為爵士。1727年牛頓逝世于肯辛頓，遺體葬于威斯敏斯特教堂。 牛頓的偉大成就與他的刻苦和勤奮是分不開的。他的助手H.牛頓說過，“他很少在兩、三點(diǎn)前睡覺，有時(shí)一直工作到五、六點(diǎn)。春天和秋天經(jīng)常五、六個(gè)星期住在實(shí)驗(yàn)室，直到完成實(shí)驗(yàn)。”他有一種長(zhǎng)期堅(jiān)持不懈集中精力透徹解決某一問題的習(xí)慣。他回答人們關(guān)于他洞察事物有何訣竅時(shí)說：“不斷地沉思”。這正是他的主要特點(diǎn)。對(duì)此有許多故事流傳：他年幼時(shí)，曾一面牽牛上山，一面看書，到家后才發(fā)覺手里只有一根繩；看書時(shí)定時(shí)煮雞蛋結(jié)果將表和雞蛋一齊煮在鍋里；有一次，他請(qǐng)朋友到家中吃飯，自己卻在實(shí)驗(yàn)室廢寢忘食地工作，再三催促仍不出來，當(dāng)朋友把一只雞吃完，留下一堆骨頭在盤中走了以后，牛頓才想起這事，可他看到盤中的骨頭后又恍然大悟地說：“我還以為沒有吃飯，原來我早已吃過了”。 牛頓的成就，恩格斯在《英國(guó)狀況十八世紀(jì)》中概括得最為完整：“牛頓由于發(fā)明了萬有引力定律而創(chuàng)立了科學(xué)的天文學(xué)，由于進(jìn)行了光的分解而創(chuàng)立了科學(xué)的光學(xué)，由于創(chuàng)立了二項(xiàng)式定理和無限理論而創(chuàng)立了科學(xué)的數(shù)學(xué)，由于認(rèn)識(shí)了力的本性而創(chuàng)立了科學(xué)的力學(xué)”。（牛頓在建立萬有引力定律及經(jīng)典力學(xué)方面的成就詳見本手冊(cè)相關(guān)條目），這里著重從數(shù)學(xué)、光學(xué)、哲學(xué)（方法論）等方面的成就作一些介紹。 （1）牛頓的數(shù)學(xué)成就 17世紀(jì)以來，原有的幾何和代數(shù)已難以解決當(dāng)時(shí)生產(chǎn)和自然科學(xué)所提出的許多新問題，例如：如何求出物體的瞬時(shí)速度與加速度？如何求曲線的切線及曲線長(zhǎng)度（行星路程）、矢徑掃過的面積、極大極小值（如近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)、最大射程等）、體積、重心、引力等等；盡管牛頓以前已有對(duì)數(shù)、解析幾何、無窮級(jí)數(shù)等成就，但還不能圓滿或普遍地解決這些問題。當(dāng)時(shí)笛卡兒的《幾何學(xué)》和瓦里斯的《無窮算術(shù)》對(duì)牛頓的影響最大。牛頓將古希臘以來求解無窮小問題的種種特殊方法統(tǒng)一為兩類算法：正流數(shù)術(shù)（微分）和反流數(shù)術(shù)（積分），反映在1669年的《運(yùn)用無限多項(xiàng)方程》、1671年的《流數(shù)術(shù)與無窮級(jí)數(shù)》、1676年的《曲線求積術(shù)》三篇論文和《原理》一書中，以及被保存下來的1666年10月他寫的在朋友們中間傳閱的一篇手稿《論流數(shù)》中。所謂“流量”就是隨時(shí)間而變化的自變量如x、y、s、u等，“流數(shù)”就是流量的改變速度即變化率，寫作等。他說的“差率”“變率”就是微分。與此同時(shí)，他還在1676年首次公布了他發(fā)明的二項(xiàng)式展開定理。牛頓利甩它還發(fā)現(xiàn)了其他無窮級(jí)數(shù)，并用來計(jì)算面積、積分、解方程等等。1684年萊布尼茲從對(duì)曲線的切線研究中引入了和拉長(zhǎng)的S作為微積分符號(hào)，從此牛頓創(chuàng)立的微積分學(xué)在大陸各國(guó)迅速推廣。 微積分的出現(xiàn)，成了數(shù)學(xué)發(fā)展中除幾何與代數(shù)以外的另一重要分支——數(shù)學(xué)分析（牛頓稱之為“借助于無限多項(xiàng)方程的分析”），并進(jìn)一步進(jìn)進(jìn)發(fā)展為微分幾何、微分方程、變分法等等，這些又反過來促進(jìn)了理論物理學(xué)的發(fā)展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲線的解答，這是變分法的最初始問題，半年內(nèi)全歐數(shù)學(xué)家無人能解答。1697年，一天牛頓偶然聽說此事，當(dāng)天晚上一舉解出，并匿名刊登在《哲學(xué)學(xué)報(bào)》上。伯努利驚異地說：“從這鋒利的爪中我認(rèn)出了雄獅”。 （2）牛頓在光學(xué)上的成就 牛頓的《光學(xué)》是他的另一本科學(xué)經(jīng)典著作（1704年）。該書用標(biāo)副標(biāo)題是“關(guān)于光的反射、折射、拐折和顏色的論文”，集中反映了他的光學(xué)成就。 第一篇是幾何光學(xué)和顏色理論（棱鏡光譜實(shí)驗(yàn)）。從1663年起，他開始磨制透鏡和自制望遠(yuǎn)鏡。在他送交皇家學(xué)會(huì)的信中報(bào)告說：“我在1666年初做了一個(gè)三角形的玻璃棱鏡，以便試驗(yàn)?zāi)侵念伾F(xiàn)象。為此，我弄暗我的房間……”接著詳細(xì)敘述了他開小孔、引陽(yáng)光進(jìn)行的棱鏡色散實(shí)驗(yàn)。關(guān)于光的顏色理論從亞里士多德到笛卡兒都認(rèn)為白光純潔均勻，乃是光的本色?！吧饽耸前坠獾淖兎N。牛頓細(xì)致地注意到陽(yáng)光不是像過去人們所說的五色而是在紅、黃、綠、藍(lán)、紫色之間還有橙、靛青等中間色共七色。奇怪的還有棱鏡分光后形成的不是圓形而是長(zhǎng)條橢圓形，接著他又試驗(yàn)“玻璃的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“將棱鏡放在外邊”再通過孔、“玻璃的不平或偶然不規(guī)則”等的影響；用兩個(gè)棱鏡正倒放置以“消除第一棱鏡的效應(yīng)”； 取“來自太陽(yáng)不同部分的光線，看其不同的入射方向會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響”；并“計(jì)算各色光線的折射率”，“觀察光線經(jīng)棱鏡后會(huì)不會(huì)沿曲線運(yùn)動(dòng)”；最后才做了“判決性試驗(yàn)”：在棱鏡所形成的彩色帶中通過屏幕上的小孔取出單色光，再投射到第二棱鏡后，得出核色光的折射率（當(dāng)時(shí)叫“折射程度”），這樣就得出“白光本身是由折射程度不同的各種彩色光所組成的非勻勻的混合體”。這個(gè)驚人的結(jié)論推翻了前人的學(xué)說，是牛頓細(xì)致觀察和多項(xiàng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)與思考的結(jié)果。 在研究這個(gè)問題的過程中，牛頓還肯定：不管是伽利略望遠(yuǎn)鏡（凹、凸）還是開普勒望遠(yuǎn)鏡（兩個(gè)凸透鏡），其結(jié)構(gòu)本身都無法避免物鏡色散引起起的色差。他發(fā)現(xiàn)經(jīng)過仔細(xì)研磨后的金屬反射鏡面作為物鏡可放大 30～40倍。1671年他將此鏡送皇家學(xué)會(huì)保存，至今的巨型天文望遠(yuǎn)鏡仍用牛頓式的基本結(jié)構(gòu)。牛頓磨制及拋光精密光學(xué)鏡面的方法，至今仍是不少工廠光學(xué)加工的主要手段。 《光學(xué)》第二篇描述了光照射到疊放的凸透鏡和平面玻璃上的“牛頓環(huán)”現(xiàn)象的各種實(shí)驗(yàn)。除產(chǎn)生環(huán)的原因他沒有涉及外，他作了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)所能想到的一切實(shí)驗(yàn)，并作了精確測(cè)量。他把干涉現(xiàn)象解釋為光行進(jìn)中的“突發(fā)”或“切合”，即周期性的時(shí)而突然“易于反射”，時(shí)而“易于透射”，他甚至測(cè)出這種等間隔的大小，如黃橙色之間有一種色光的突發(fā)間隔為 1／89 000英寸（即現(xiàn)今 2 854×10-10米），正好與現(xiàn)代波長(zhǎng)值5 710×10-10米相差一半！ 《光學(xué)》第三篇是“拐折”（他認(rèn)為光線被吸收）即衍射、雙折射實(shí)驗(yàn)和他的31個(gè)疑問。這些衍射實(shí)驗(yàn)包括頭發(fā)絲、刀片、尖劈形單縫形成的單色窄光束“光帶”（今稱衍射圖樣）等10多個(gè)實(shí)驗(yàn)。牛頓已經(jīng)走到了重大發(fā)現(xiàn)的大門口卻失之交臂。他的31個(gè)疑問極具啟發(fā)性，說明牛頓在實(shí)驗(yàn)事實(shí)和物理思想成熟前并不先作絕對(duì)的肯定。牛頓在《光學(xué)》一、二篇中視光為物質(zhì)流，即由光源發(fā)出的速度、大小不同的一群粒子，在雙折射中他假設(shè)這些光粒子有方向性且各向異性。由于當(dāng)時(shí)波動(dòng)說還解釋不了光的直進(jìn)，他是傾向于粒子說的，但他認(rèn)為粒子與波都是假定。他甚至認(rèn)為以太的存在也是沒有根據(jù)的。 在流體力學(xué)方面，牛頓指出流體粘性阻力與剪切率成正比，這種阻力與液體各部分之間的分離速度成正比，符合這種規(guī)律的（如、空氣與水）稱為牛頓流體。 在熱學(xué)方面，牛頓的冷卻定律為：當(dāng)物體表面與周圍形成溫差時(shí)，單位時(shí)間單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。 在聲學(xué)方面，他指出聲速與大氣壓強(qiáng)平方根成正比，與密度平方根成反比。他原來把聲傳播作為等溫過程對(duì)待，后來 P.S.拉普拉斯糾正為絕熱過程。 （3）牛頓的哲學(xué)思想和科學(xué)方法 牛頓在科學(xué)上的巨大成就連同他的樸素的唯物主義哲學(xué)觀點(diǎn)和一套初具規(guī)模的物理學(xué)方法論體系，給物理學(xué)及整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展，給18世紀(jì)的工業(yè)革命、社會(huì)經(jīng)濟(jì)變革及機(jī)械唯物論思潮的發(fā)展以巨大影響。這里只簡(jiǎn)略勾畫一些輪廓。 牛頓的哲學(xué)觀點(diǎn)與他在力學(xué)上的奠基性成就是分不開的，一切自然現(xiàn)象他都力圖力學(xué)觀點(diǎn)加以解釋，這就形成了牛頓哲學(xué)上的自發(fā)的唯物主義，同時(shí)也導(dǎo)致了機(jī)械論的盛行。事實(shí)上，牛頓把一切化學(xué)、熱、電等現(xiàn)象都看作“與吸引或排斥力有關(guān)的事物”。例如他最早闡述了化學(xué)親和力，把化學(xué)置換反應(yīng)描述為兩種吸引作用的相互競(jìng)爭(zhēng)；認(rèn)為“通過運(yùn)動(dòng)或發(fā)酵而發(fā)熱”；火藥爆炸也是硫磺、炭等粒子相互猛烈撞擊、分解、放熱、膨脹的過程，等等。 這種機(jī)械觀，即把一切的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式都?xì)w為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，把解釋機(jī)械運(yùn)動(dòng)問題所必需的絕對(duì)時(shí)空觀、原子論、由初始條件可以決定以后任何時(shí)刻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的機(jī)械決定論、事物發(fā)展的因果律等等，作為整個(gè)物理學(xué)的通用思考模式?？梢哉J(rèn)為，牛頓是開始比較完整地建立物理因果關(guān)系體系的第一人，而因果關(guān)系正是經(jīng)典物理學(xué)的基石。 牛頓在科學(xué)方法論上的貢獻(xiàn)正如他在物理學(xué)特別是力學(xué)中的貢獻(xiàn)一樣，不只是創(chuàng)立了某一種或兩種新方法，而是形成了一套研究事物的方法論體系，提出了幾條方法論原理。在牛頓《原理》一書中集中體現(xiàn)了以下幾種科學(xué)方法： ①實(shí)驗(yàn)——理論——應(yīng)用的方法。牛頓在《原理》序言中說：“哲學(xué)的全部任務(wù)看來就在于從各種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象來研究各種自然之力，而后用這些方去論證其他的現(xiàn)象?！笨茖W(xué)史家 I.B.Cohen正確地指出，牛頓“主要是將實(shí)際世界與其簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)表示反復(fù)加以比較”。牛頓是從事實(shí)驗(yàn)和歸納實(shí)際材料的巨匠，也是將其理論應(yīng)用于天體、流體、引力等實(shí)際問題的能手。 ②分析——綜合方法。分析是從整體到部分（如微分、原子觀點(diǎn)），綜合是從部分到整體（如積分，也包括天與地的綜合、三條運(yùn)動(dòng)定律的建立等）。牛頓在《原理》中說過：“在自然科學(xué)里，應(yīng)該像在數(shù)學(xué)里一樣，在研究困難的事物時(shí)，總是應(yīng)當(dāng)先用分析的方法，然后才用綜合的方法……。一般地說，從結(jié)果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直論證到最普遍的原因?yàn)橹?，這就是分析的方法；而綜合的方法則假定原因已找到，并且已經(jīng)把它們定為原理，再用這些原理去解釋由它們發(fā)生的現(xiàn)象，并證明這些解釋的正確性”。 ③歸納——演繹方法。上述分析一綜合法與歸納一演繹法是相互結(jié)合的。牛頓從觀察和實(shí)驗(yàn)出發(fā)?！坝脷w納法去從中作出普通的結(jié)論”，即得到概念和規(guī)律，然后用演繹法推演出種種結(jié)論，再通過實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)、解釋和預(yù)測(cè)，這些預(yù)言的大部分都在后來得到證實(shí)。當(dāng)時(shí)牛頓表述的定律他稱為公理，即表明由歸納法得出的普遍結(jié)論，又可用演繹法去推演出其他結(jié)論。 ④物理——數(shù)學(xué)方法。牛頓將物理學(xué)范圍中的概念和定律都“盡量用數(shù)學(xué)演出”。愛因斯坦說：“牛頓才第一個(gè)成功地找到了一個(gè)用公式清楚表述的基礎(chǔ)，從這個(gè)基礎(chǔ)出發(fā)他用數(shù)學(xué)的思維，邏輯地、定量地演繹出范圍很廣的現(xiàn)象并且同經(jīng)驗(yàn)相符合”，“只有微分定律的形式才能完全滿足近代物理學(xué)家對(duì)因果性的要求，微分定律的明晰概念是牛頓最偉大的理智成就之一”。牛頓把他的書稱為《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》正好說明這一點(diǎn)。 牛頓的方法論原理集中表述在《原理》第三篇“哲學(xué)中的推理法則”中的四條法則中，此處不再轉(zhuǎn)引。概括起來，可以稱之為簡(jiǎn)單性原理（法則1），因果性原理（法則2），普遍性原理（法則3），否證法原理（法則4，無反例證明者即成立）。有人還主張把牛頓在下一段話的思想稱之為結(jié)構(gòu)性原理：“自然哲學(xué)的目的在于發(fā)現(xiàn)自然界的結(jié)構(gòu)的作用，并且盡可能把它們歸結(jié)為一些普遍的法規(guī)和一般的定律——用觀察和實(shí)驗(yàn)來建立這些法則，從而導(dǎo)出事物的原因和結(jié)果”。 牛頓的哲學(xué)思想和方法論體系被愛因斯坦贊為“理論物理學(xué)領(lǐng)域中每一工作者的綱領(lǐng)”。這是一個(gè)指引著一代一代科學(xué)工作者前進(jìn)的開放的綱領(lǐng)。但牛頓的哲學(xué)思想和方法論不可避免地有著明顯的時(shí)代局限性和不徹底性，這是科學(xué)處于幼年時(shí)代的最高成就。牛頓當(dāng)時(shí)只對(duì)物質(zhì)最簡(jiǎn)單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)作了初步系統(tǒng)研究，并且把時(shí)空、物質(zhì)絕對(duì)化，企圖把粒子說外推到一切領(lǐng)域（如連他自己也不能解釋他所發(fā)現(xiàn)的“牛頓環(huán)”），這些都是他的致命傷。牛頓在看到事物的“第一原因”“不一定是機(jī)械的”時(shí)，提出了“這些事情都是這樣地井井有條……是否好像有一位……無所不在的上帝”的問題，（《光學(xué)》，疑問29），并長(zhǎng)期轉(zhuǎn)到神學(xué)的“科學(xué)”研究中，費(fèi)了大量精力。但是，牛頓的歷史局限性和他的歷史成就一樣，都是啟迪后人不斷前進(jìn)的教材

牛頓一、生平簡(jiǎn)介 牛頓(1643—1727)是英國(guó)著名的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家，是十七世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠。1643年1月4日（儒略歷1642年12月25日）牛頓誕生于英格蘭林肯郡的小鎮(zhèn)烏爾斯索普的一個(gè)自耕農(nóng)家庭。12歲進(jìn)入離家不遠(yuǎn)的格蘭瑟姆中學(xué)。 牛頓于1661年以減費(fèi)生的身份進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，1664年成為獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，1665年獲學(xué)士學(xué)位。1665～1666年倫敦大疫。劍橋離倫敦不遠(yuǎn)，為恐波及，學(xué)校停課。牛頓于1665年6月回故鄉(xiāng)烏爾斯索普。1667年牛頓返劍橋大學(xué)，10月1日被選為三一學(xué)院的仲院侶，次年3月16日被選為正院侶。當(dāng)時(shí)巴羅對(duì)牛頓的才能有充分認(rèn)識(shí)。1669年10月27日巴羅便讓年僅26歲的牛頓接替他擔(dān)任盧卡斯講座的教授。1672年起他被接納為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1703年被選為皇家學(xué)會(huì)**牛頓于1696年謀得造幣廠監(jiān)督職位，1699年升任廠長(zhǎng)，1701年辭去劍橋大學(xué)工作。1705年受封為爵士。牛頓晚年患有膀胱結(jié)石、風(fēng)濕等多種疾病，于1727年3月30日深夜在倫敦去世，葬在威斯特教堂，終年84歲。人們?yōu)榱思o(jì)念牛頓，特地用他的名字來命名力的單位，簡(jiǎn)稱“?！?。

二、科學(xué)成就牛頓一生對(duì)科學(xué)事業(yè)所做的貢獻(xiàn)，遍及物理學(xué)、數(shù)學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域。1．牛頓在物理學(xué)上最主要的成就，是創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)的基本體系，從而光成了物理學(xué)史上第一次大綜合。2￡對(duì)于光學(xué)，牛頓致力于光的顏色和光的本性的研究，也作出了重大貢獻(xiàn)。3￡牛頓在數(shù)學(xué)方面，總結(jié)和發(fā)展了前人的工作，提出了“流數(shù)法”，建立了二項(xiàng)式定理，創(chuàng)立了微積分。4￡在天文學(xué)方面，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，并且用它初步觀察到了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。牛頓在17世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡。它一般被稱為反射望遠(yuǎn)鏡，效果遠(yuǎn)優(yōu)于伽利略所設(shè)計(jì)的著名的折射望遠(yuǎn)鏡。

三、趣聞?shì)W事1￡關(guān)于蘋果落地的故事一個(gè)偶然的事件往往能引發(fā)一位科學(xué)家思想的閃光。這是1666年夏末一個(gè)溫曖的傍晚，在英格蘭林肯郡烏爾斯索普，一個(gè)腋下夾著一本書的年輕人走進(jìn)他母親家的花園里，坐在一棵樹下，開始埋頭讀他的書。當(dāng)他翻動(dòng)書頁(yè)時(shí)，他頭頂?shù)臉渲χ杏袠訓(xùn)|西晃動(dòng)起來。一只歷史上最著名的蘋果落了下來，打在23歲的伊薩克牛頓的頭上恰巧在那天，牛頓正苦苦思索著一個(gè)問題：是什么力量使月球保持在環(huán)繞地球運(yùn)行的軌道上，以及使行星保持在其環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道上？為什么這只打中他腦袋的蘋果會(huì)墜落到地上？正是從思考這一問題開始，他找到了這些的答案——萬有引力理論。由于牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書用的是歐幾里德幾何學(xué)的表述方式，它是一個(gè)嚴(yán)密的、完美的體系，書中沒有敘述蘋果落地的故事，致使許多人對(duì)蘋果落地一說持保留意見。實(shí)際上，牛頓的親戚和朋友多次證實(shí)蘋果落地的故事。法國(guó)文學(xué)家、科學(xué)家伏爾泰曾追憶過，他在牛頓去世前一年，即1726年去英國(guó)時(shí)，聽牛頓的繼姊妹說過，一天，牛頓躺在蘋果樹下，忽然看到一個(gè)蘋果落地，引起了他的思考。牛頓靈機(jī)一動(dòng)，腦中突然形成一種觀點(diǎn)：蘋果落地和行星繞日會(huì)不會(huì)由同一宇宙規(guī)律所支配的？悟出了萬有引力定律。牛頓晚年的一位密友斯多克雷也明確提到，在1726年4月的一天，和牛頓共進(jìn)午餐后，一起來到牛頓家后園，并在蘋果樹下飲茶。在談話中“他（指牛頓）告訴我正是在過去同樣情況下，注意引力的思想出現(xiàn)在他的腦海里，那是在一棵蘋果樹下偶然發(fā)生的，當(dāng)時(shí)他處于沉思冥想之中?！边€有牛頓晚年的另一位密友潘伯頓在有關(guān)追憶牛頓的著作中，也談及因蘋果落地而引起驗(yàn)證引力平方反比關(guān)系的故事。牛頓在晚年再次講述當(dāng)時(shí)蘋果的故事，那是離蘋果落地時(shí)已經(jīng)是60年過去了，為什么一個(gè)老人對(duì)此事記憶那么深刻，我認(rèn)為有兩個(gè)原因：首先是因?yàn)槿f有引力定律是一項(xiàng)舉世矚目的輝煌的成果，當(dāng)事人對(duì)觸發(fā)靈感的事件當(dāng)然是深深的激動(dòng)和懷念的；其次是與胡克的爭(zhēng)執(zhí)也留下深深的記憶，牛頓就從一個(gè)側(cè)面澄清事實(shí)真相，應(yīng)該認(rèn)為蘋果落地一說的事實(shí)是成立的。2．科學(xué)研究的癡情牛頓對(duì)于科學(xué)研究專心到癡情的地步。據(jù)說有一次牛頓煮雞蛋，他一邊看書一邊干活，糊里糊涂地把一塊懷表扔進(jìn)了鍋里，等水煮開后，揭蓋一看，才知道錯(cuò)把懷表當(dāng)雞蛋煮了。還有一次，一位來訪的客人請(qǐng)他估價(jià)一具棱鏡。牛頓一下就被這具可以用作科學(xué)研究的棱鏡吸引住了，毫不遲疑地回答說：“它是一件無價(jià)之寶！”客人看到牛頓對(duì)棱鏡垂涎三尺，表示愿意賣給他，還故意要了一個(gè)高價(jià)。牛頓立即欣喜地把它買了下來，管家老太太知道了這件事，生氣地說：“咳，你這個(gè)笨蛋，你只要照玻璃的重量折一個(gè)價(jià)就行了！”3．喜歡養(yǎng)貓傳說牛頓在蓋房子時(shí)，堅(jiān)持要留大小兩個(gè)貓洞，好讓大貓走大洞、小貓走小洞。當(dāng)然，這只是個(gè)傳說，不足為據(jù)。不過牛頓喜歡養(yǎng)貓倒是真的。由于牛頓終身未婚，貓成了他生活中不可缺少的伙伴，但貓也給他惹了不小的麻煩，1692年牛頓母親去世使他極其痛苦。一天早晨，他為了平靜一下，到橋大學(xué)禮拜堂做禮拜時(shí)，忘了熄滅蠟燭，可能是貓闖的禍，蠟燭翻倒后，把擺在桌上的光學(xué)、化學(xué)手稿和其他論文化為灰燼。4．終身未婚之迷牛頓少年時(shí)代在一首詩(shī)里表白自己的遠(yuǎn)大抱負(fù)：世俗的冠冕啊，我鄙視它如同腳下的塵土，它是沉重的，而最佳也只是一場(chǎng)空虛；可是現(xiàn)在我愉快地歡迎頂荊棘冠冕，盡管刺得人痛，但味道主要的是甜；我看見光榮之冠在我的面前呈現(xiàn)，它充滿幸福，永恒無邊?？梢哉f，每一個(gè)偉大的科學(xué)家，都是富的激情、富有理想的詩(shī)人，但牛頓是一個(gè)追求用科學(xué)中的光線譜來解釋他的理想的特殊類型的詩(shī)人。他讓他的思想展翅飛翔，以整個(gè)宇宙作為藩籬。在他的整個(gè)心田里，填滿了自然、宇宙。也許這是他終身未娶的最根本原因。不過，牛頓并沒有完全與愛情絕緣。他一生中甚至有過兩次戀愛。牛頓23歲正在劍橋大學(xué)求學(xué)時(shí)，由于劍橋發(fā)生了瘟疫，學(xué)校放假。牛頓回到鄉(xiāng)下，住在舅父家里。在那里，他一次愛上了美麗、聰明、好學(xué)、富有思想的表妹。表妹也很喜歡這個(gè)學(xué)識(shí)淵博、卓見非凡的大學(xué)生。他們常常一起散步。牛頓喜歡即興發(fā)表長(zhǎng)篇講話，他的講話內(nèi)容又多是他正在學(xué)習(xí)和研究的問題。表妹雖聽不懂，但她還是耐心地聽，似乎覺得很有趣。牛頓在心里想：“這樣一個(gè)可愛的女子，對(duì)于我所講的覺得這樣有味，我一定很不錯(cuò)。當(dāng)然，她的腦筋一定也很好，是個(gè)不平凡的女子。如果能得到她的幫助，解決我的許多困難問題，與我共同工作，那該多好??！”但是牛頓生性靦腆，并未及時(shí)向表妹表白心中的愛情。等他回到劍橋大學(xué)后，又聚集會(huì)神地沉浸到科學(xué)研究中去了。他早已忘記了遠(yuǎn)方的鄉(xiāng)村還有一位美麗的少女在等著他。他對(duì)個(gè)人生活一直不予重視，而她的表妹卻誤以為牛頓對(duì)她冷淡，便擇夫另嫁了。牛頓因醉心于科學(xué)研究而耽誤了一次愛情的大好時(shí)機(jī)。牛頓實(shí)在太忙了，他連做夢(mèng)想是宇宙、世界。他往往領(lǐng)帶不結(jié)，鞋帶不系好，馬褲也不扣好，就走進(jìn)大學(xué)餐廳。盡管如此，牛頓畢竟是個(gè)年輕人，還有一顆浪漫的心。有一次，“青春迫不及待的激情”，催使他向一位年輕姑娘求婚。他輕輕地握著她的手，含情脈脈地看著這位美人。正在這緊要關(guān)頭，他的心思忽地溜到另一個(gè)世界去了。他的頭腦中只剩下無窮量的二項(xiàng)式定理。他象做夢(mèng)似的，下意識(shí)地抓住情人的一個(gè)手指，把它當(dāng)成是通煙斗的通條，硬往煙斗里塞。姑娘痛得大叫一聲，他才清醒過來。面對(duì)吃驚的姑娘，他連忙象只綿羊似的柔聲道歉：“啊，親愛的，饒恕我吧！我知道，我是不行了?？磥?，我是該打一輩子光棍！”姑娘饒恕了牛頓，卻無法理解他，愛情又成了泡影?？茖W(xué)上許多新的問題不斷撲向牛頓的腦海，他整個(gè)熱情都集中到了科學(xué)事業(yè)上。此后那種“青春的熱情”再也沒有涌現(xiàn)《多彩的旋律》5、名言(1)“我不知道世人怎樣看我，但我自己以為我不過像一個(gè)在海邊玩耍的孩子，不時(shí)為發(fā)現(xiàn)比尋常更為美麗的一塊卵石或一片貝殼而沾沾自喜，至于展現(xiàn)在我面前的浩翰的真理海洋，卻全然沒有發(fā)現(xiàn)?！?2)“如果說我所看的比笛卡爾更遠(yuǎn)一點(diǎn)，那是因?yàn)檎驹诰奕思缟系木壒省薄?/p>

6、牛頓學(xué)說在中國(guó)傳播及其影響牛頓學(xué)說在中國(guó)的傳播牛頓生活的年代相當(dāng)于明亡之前一年到清雍正5年，《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書發(fā)表的時(shí)間相當(dāng)于康熙25年。從牛頓《原理》發(fā)表的1687年到1840年的150余年間，牛頓物理學(xué)和天文學(xué)知識(shí)幾乎沒有介紹到中國(guó)?！对怼芬粫幕緝?nèi)容直到鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)之后才在中國(guó)傳播。牛頓學(xué)說對(duì)中國(guó)的影響哥白尼的太陽(yáng)中心說、開普勒的橢圓軌道、牛頓的萬有引力三者相繼傳入中國(guó)，它們和中土奉為圭臬的“天動(dòng)地靜”、“天圓地方”、“陰陽(yáng)相感”的傳統(tǒng)有天壤之別。這就不能不引起中國(guó)人的巨大反響。牛頓學(xué)說在中國(guó)的傳播決不只是影響了學(xué)術(shù)界，喚醒了人們對(duì)于科學(xué)真理的認(rèn)識(shí)。更重要的是，也為中國(guó)資產(chǎn)階級(jí)改良派發(fā)起的戊戌變法（1898年）提供了一種輿論準(zhǔn)備。這個(gè)運(yùn)動(dòng)的主將康有為、梁?jiǎn)⒊妥T嗣同等人，都無例外地從牛頓學(xué)說中尋找維新變法的根據(jù)，尤其是牛頓在科學(xué)上革故圖新的精神鼓舞了清代一切希望變革社會(huì)的有志之士。