牛頓逝世299周年 | 他用真理解放我們的頭腦，而不是用武力奴役我們

自然和自然的規律隱藏在茫茫黑夜之中，上帝說：讓牛頓降生吧，于是一片光明。

——英國詩人亞歷山大·蒲柏

229年前的今天，一位超級天才隕落了。

在美國學者麥克·哈特《影響人類歷史進程的100名人排行榜》中，牛頓超越耶穌，排名第二；

在科學史中，愛因斯坦的偉大毋庸置疑，但是所有人都認為，與牛頓相比，他不得不屈居第二。

牛頓對人類核心知識的發現，是古今無人能及的，他對宇宙真理的觸摸，讓人類從愚昧徹底走出，迎來光明。

如今，牛頓早已融入我們的日常生活，成為常識和應用的一部分。他的三大貢獻——運動三定律，中學就學過；萬有引力，人人都知；微積分，大學會學但普通人一輩子也用不到。

然而，牛頓之于我們的價值，不止是科學發現，他更將人類的科學精神內化為一種人文力量，始終啟迪著人類的智慧。他天才發現的一生，始終在告誡我們：要用真理解放頭腦，而非武力奴役世界。

▋天才的成長——

積極思考與強大的行動力

1643年1月4日，牛頓出生于英格蘭林肯郡鄉下的一個小村落 ——伍爾索普村的伍爾索普莊園。

在牛頓出生三個月前，父親就去世了。

由于早產，牛頓出生時只有三磅重。據傳聞，他的母親漢娜·艾斯庫曾說過，牛頓剛出生時小得可以把他裝進一夸脫的馬克杯中。

當牛頓3歲時，他的母親改嫁巴納巴斯·史密斯牧師，將牛頓托付給了他的外祖母瑪。

年幼的牛頓不喜歡他的繼父，并因此對母親一直都很疏遠，牛頓甚至曾經寫下：“威脅我的繼父與生母，要把他們連同房子一齊燒掉。”

11歲時，牛頓的繼父去世，母親帶著與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，這與他的家庭環境不無關系。

▲ 小時候的牛頓

1648年，牛頓開始上公立學校讀書。

實際上，牛頓少年時成績一般，但卻很喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡單機械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發，自己動手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風車、木鐘、折疊式提燈等等。

據說小牛頓把風車的機械原理摸透后，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，就不斷地跑動，于是輪子不停地轉動；又一次他放風箏時，在繩子上懸掛著小燈，夜間村人看去驚疑是彗星出現；他還制造了一個小水鐘。每天早晨，小水鐘會自動滴水到他的臉上，催他起床。

他還喜歡繪畫、雕刻，尤其喜歡刻日晷，家里墻角、窗臺上到處安放著他刻畫的日晷，用以驗看日影的移動。

▲ 模擬牛頓制造的模型

母親原希望他成為一個農民，但牛頓本人卻無意于此，而酷愛讀書。隨著年歲的增大，牛頓越發愛好讀書，喜歡沉思，做科學小實驗。

12歲左右牛頓被送進離家不遠的格蘭瑟姆鎮的金格斯皇家中學讀書，并成為了 該校最出色的學生。

在國王中學時，他寄宿在當地的藥劑師威廉·克拉克家中，在這里，牛頓跟隨克拉克接受了化學試驗的熏陶。

并在19歲前往劍橋大學求學前，與藥劑師的繼女安妮·斯托勒訂婚。之后因為牛頓專注于他的研究而使得愛情冷卻，斯托勒小姐嫁給了別人。

據說牛頓對這次的戀情保有一段美好的回憶，但此后便再也沒有其他的羅曼史，牛頓也終生未娶。

牛頓在中學時代學習成績很出眾，愛好讀書，對自然現象有好奇心，例如顏色、日影四季的移動，尤其是幾何學、哥白尼的日心說等等。

他還分門別類的記讀書筆記，又喜歡別出心裁地做些小工具、小技巧、小發明、小試驗。

從12 歲左右到17歲，牛頓都在金格斯皇家中學學習，在該校圖書館的窗臺上還可以看見他當年的簽名。

1659年，在他的繼父去世后，迫于生活困難，母親讓牛頓停學在家務農，贍養家庭。10月牛頓回到埃爾斯索普村。牛頓雖然順從了母親的意思，但據牛頓的同儕后來的敘述，耕作工作讓牛頓相當不快樂。

牛頓一有機會便埋首書卷，以至經常忘了干活。每次，母親叫他同傭人一道上市場，熟悉做交易的生意經時，他便懇求傭人一個人上街，自己則躲在樹叢后看書。

▲ 康斯太勃爾的畫

有一次，牛頓的舅父起了疑心，就跟蹤牛頓上市鎮去，發現他的外甥牛頓伸著腿，躺在草地上，正在聚精會神地鉆研一個數學問題。

牛頓的好學精神感動了舅父，于是舅父勸服了母親讓牛頓復學，并鼓勵牛頓上大學讀書。最終，金格斯皇家中學的校長亨利·斯托克斯說服了牛頓的母親，牛頓又被送回了學校以完成他的學業。

他在18歲時完成了中學的學業，并得到了一份完美的畢業報告。

▌所謂天才，

不過是把創造力變成持續輸出的能力

1661年6月3日，牛頓以減費生的身份進入劍橋大學三一學院，靠為學院做雜務的收入支付學費。

在那時，該學院的教學基于亞里士多德的學說，但牛頓更喜歡閱讀一些笛卡爾等現代哲學家以及伽利略、哥白尼和開普勒等天文學家更先進的思想，這些思想當時還被排斥在主流之外，敏銳的牛頓第一時間發現了它們的價值，并用于自己的研究。

1665年，他發現了廣義二項式定理，并開始發展一套新的數學理論，也就是后來為世人所熟知的微積分學。

同年，劍橋大學評議會通過了授予牛頓大學學士學位的決定。

牛頓的廣義二項式定理適用于任何冪。他發現了牛頓恒等式、牛頓法，分類了立方面曲線（兩變量的三次多項式），為有限差理論作出了重大貢獻，并首次使用了分式指數和坐標幾何學得到丟番圖方程的解。他用對數趨近了調和級數的部分和（這是歐拉求和公式的一個先驅），并首次有把握地使用冪級數和反轉（revert）冪級數。他還發現了π的一個新公式。

▲ 歐洲鼠疫

1665～1666年嚴重的鼠疫席卷了倫敦，劍橋離倫敦不遠，為了預防倫敦大瘟疫被迫停課。1665年6月牛頓離校返鄉。

在此后兩年里，牛頓在家中繼續研究微積分學、光學和萬有引力定律。

1666年，他用三棱鏡研究日光，得出結論：白光是由不同顏色（即不同波長）的光混合而成的，不同波長的光有不同的折射率。在可見光中，紅光波長最長，折射率最小；紫光波長最短，折射率最大。

牛頓的這一重要發現成為光譜分析的基礎，揭示了光色的秘密。

▲ 牛頓揭示了光的秘密

牛頓還曾把一個磨得很精、曲率半徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個十分光潔的平面玻璃上，在白光照射下可看到，中心的接觸點是一個暗點，周圍則是明暗相間的同心圓圈。后人把這一現象稱為“牛頓環”。

他創立了光的“微粒說”，從一個側面反映了光的運動性質，但牛頓對光的“波動說”并不持反對態度。

1669年10月27日，巴羅為了提攜牛頓而辭去了教授之職，26歲的牛頓被授予盧卡斯數學教授席位，是擔任該職位的最年輕的人。在此之前，劍橋或牛津的所有成員都是經過任命的圣公會牧師。

巴羅讓賢，也一直被傳為科學史上的一段佳話。

1670—1671年，通過對研究得出結論：任何折光式望遠鏡都會受到光散射成不同顏色的影響，并因此發明了反射式望遠鏡（現稱作牛頓望遠鏡）來回避這個問題。并于1671年在皇家學會上展示了自己的反射式望遠鏡。

1672年，牛頓應邀加入皇家學會。

1675年，牛頓在著作《解釋光屬性的解說》中，假定了以太的存在，認為粒子間力的傳遞是透過以太進行的。

后來，在與神智學家亨利·莫爾接觸后重新燃起了對煉金術的興趣，并改用源于漢密斯神智學中粒子相吸互斥思想的神秘力量來解釋，替換了先前假設以太存在的看法。

擁有許多牛頓煉金術著作的經濟學大師約翰·梅納德·凱恩斯曾說：“牛頓不是理性時代的第一人，他是最后的一位煉金術士?！?/strong>

但牛頓對煉金術的興趣卻與他對科學的貢獻息息相關，而且在那個時代煉金術與科學也還沒有明確的區別。如果他沒有依靠神秘學思想來解釋穿過真空的超距作用，他可能也不會發展出他的引力理論。

1676年，牛頓首次公布了他發明的二項式展開定理。牛頓還利用它發現了其他無窮級數，并用來計算面積、積分、解方程等等。

1679年，牛頓重新回到力學的研究中：引力及其對行星軌道的作用、開普勒的行星運動定律、與胡克和弗拉姆斯蒂德在力學上的討論。他將自己的成果歸結在《物體在軌道中之運動》（1684年）一書中，該書中包含有初步的、后來在《原理》中形成的運動定律。

1687年7月5日，在埃德蒙·哈雷的鼓勵和支持下《自然哲學的數學原理》正式出版。書中闡述了其后兩百年間都被視作真理的三大運動定律。

牛頓使用拉丁單詞“gravitas”（沉重）來為現今的引力（gravity）命名，并定義了萬有引力定律。在這本書中，他還基于波義耳定律提出了首個分析測定空氣中音速的方法。

牛頓總結了物體運動的三個基本定律（牛頓三定律）：第一定律（即慣性定律），第二定律是力的瞬時作用規律。力和加速度同時產生、同時變化、同時消逝。

第三定律表達式　F=-F'（F表示作用力，F'表示反作用力，負號表示反作用力F'與作用力F的方向相反）這三個非常簡單的物體運動定律，為力學奠定了堅實的基礎，并對其他學科的發展產生了巨大影響。

牛頓的萬有引力定律將地球上的力學與天體力學統一到一個力學體系中，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，直接促成現代天文學的誕生。

▌當科學天才步入政壇，

依然是天才

1689年，他當選為國會議員。

牛頓在1689年到1690年和1701年是皇家科學院的成員，在1703年成為皇家學會會長，并任職24年之久，在歷任會長中僅次于約瑟夫·班克斯，同時也是法國科學院的會員。

1696年，牛頓通過了當時的財政大臣查爾斯·孟塔古的提攜遷到了倫敦作皇家鑄幣廠的監管，一直到去世。他主持了英國最大的貨幣重鑄工作，此職位一般都是閑職，但牛頓卻非常認真的對待。

身為皇家鑄幣廠的主管官員，牛頓估計有大約20%的硬幣是偽造的。

為那些惡名昭著的罪犯定罪是非常困難的；不過事實證明牛頓做得很好。

牛頓為此當上了太平紳士。

▲ 議員牛頓

▋最高級的認可，

往往來自最強的對手

在1699年初，皇家學會的其他成員們指控萊布尼茨剽竊了牛頓的成果，爭論在1711年全面爆發了。

牛頓所在的英國皇家學會宣布，一項調查表明了牛頓才是真正的發現者，而萊布尼茨被斥為騙子。

但在后來，發現該調查評論萊布尼茨的結語是由牛頓本人書寫，因此該調查遭到了質疑。這導致了激烈的牛頓與萊布尼茨的微積分學論戰，并破壞了牛頓與萊布尼茨的生活，直到后者在1716年逝世。

這場爭論在英國和歐洲大陸的數學家間劃出了一道鴻溝，并可能阻礙了英國數學至少一個世紀的發展。

牛頓與萊布尼茨獨立發展出了微積分學，并為之創造了各自獨特的符號。根據牛頓周圍的人所述，牛頓要比萊布尼茨早幾年得出他的方法，但在1693年以前他幾乎沒有發表任何內容，并直至1704年他才給出了其完整的敘述。其間，萊布尼茨已在1684年發表了他的方法的完整敘述。

此外，萊布尼茨的符號和“微分法”被歐洲大陸全面地采用，大約在1820年后，英國也采用了該方法。萊布尼茨的筆記本記錄了他的思想從初期到成熟的發展過程，而在牛頓已知的記錄中只發現了他最終的結果。

牛頓聲稱他一直不愿公布他的微積分學，是因為他怕被人們嘲笑。

萊布尼茨并不是牛頓的朋友，他們之間甚至有過非常激烈的爭論。但他后來寫道：“從世界的開始直到牛頓生活的時代為止，對數學發展的貢獻絕大部分是牛頓做出的?！?/strong>

▋他用真理的力量統治我們的頭腦，

而不是用武力奴役我們

牛頓的微積分理論，被恩格斯稱為人類精神最偉大的勝利，被廣泛的應用于自然科學的各個領域。

1704年，牛頓著成《光學》，系統闡述他在光學方面的研究成果，其中他詳述了光的粒子理論。他認為光是由非常微小的微粒組成的，而普通物質是由較粗微粒組成。牛頓還使用玻璃球制造了原始形式的摩擦靜電發電機。

次年，被安妮女王封為爵士，他是第一位獲此殊榮的科學家。

1707年，牛頓的代數講義經整理后出版，定名為《普遍算術》。他主要討論了代數基礎及其（通過解方程）在解決各類問題中的應用。

書中陳述了代數基本概念與基本運算，用大量實例說明了如何將各類問題化為代數方程，同時對方程的根及其性質進行了深入探討，引出了方程論方面的豐碩成果。

他得出了方程的根與其判別式之間的關系，指出可以利用方程系數確定方程根之冪的和數，即“牛頓冪和公式”。

▲牛頓數學筆記

1727年3月31日，偉大的艾薩克·牛頓逝世，英國人將他葬于西敏寺。西敏寺的前身是一個修道院，1579年，英國女王伊麗莎白一世將西敏寺改為學院，校長由英國君主任命。

西敏寺的正式名稱因此改為“威斯敏斯特圣彼得學院教堂”，其后三個世紀，詩人亞歷山大·波普為牛頓寫下了以下這段墓志銘：自然與自然的定律，都隱藏在黑暗之中；上帝說"讓牛頓來吧！"于是，一切變為光明。

牛頓一生科學貢獻卓越，研究的領域非常廣泛，并且都取得了開創性的成就。他是近代科學的鼻祖， 他開拓了向科學進軍的新紀元。他是人類歷史上第一個獲得國葬的自然科學家。

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在世界上存在。

不管牛頓的生平有過多少謎團和爭議，但這都不足以降低他的影響力。

1726年，伏爾泰曾說過牛頓是最偉大的人，因為“他用真理的力量統治我們的頭腦，而不是用武力奴役我們”。

牛頓曾說：“我不知道這個世界會如何看我，但對我自己而言，我僅僅是一個在海邊嬉戲的頑童，為時而發現一粒光滑的石子或一片可愛的貝殼而歡喜，而我面前偉大的真理的海洋依然未經探索。”

毫無疑問，牛頓已經成為人類歷史上最偉大的一個存在。他還說：“如果我比別人看得更遠，那是因為我站在巨人的肩上?！倍ｎD，就是巨人本身，我們如今的世界，無不是站在牛頓的肩膀上建立起來的。我們今人，也得以在牛頓的肩上，用牛頓帶給我們的視野，來眺望世界。

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