苹果启发了牛顿

伦敦的威斯敏斯特教堂收藏了许多英国不同时期的杰出人物。那些有机会来到这里的人会怀着特别的激动和崇敬，静静地站在刻有“艾萨克·牛顿在此安息”字样的墓碑前，纪念万有引力定律的发现者。牛顿的雕像上刻有古罗马诗人和哲学家卢克莱修的话:“他的智慧是超人”。这句话充分表达了全世界对牛顿天才的钦佩。一些名人曾经这样评价牛顿的科学贡献:“牛顿借助万有引力定律创立了科学天文学，借助光的分解创立了科学光学，借助二项式定理和无穷级数理论创立了科学数学，借助对力的本质的理解创立了科学力学。”诺贝尔物理学奖获得者、丹麦原子物理学家玻尔说:“更准确地说，牛顿不仅把当时所有已知的知识放在一起，而且还是一个非凡的天才，能够预见未来的科学发现和科学的进一步发展。”这些评估一点也不过分，但很恰当。

1642年12月25日早上，一位年轻虚弱的母亲在英格兰北部林肯郡一个叫乌尔斯·索普的村子里生下了一个3磅重的婴儿。接生他的助产士甚至没有想到这个瘦弱、先天不足、脸色苍白的畸形孩子会活下来。她说:“嗯，对于这么小的一个人，我真的可以把他放进一个杯子里！”这就是命运把无所不能的科学家牛顿像一个笑话一样带入世界的方式。牛顿是一个遗腹子。他出生前几个月，他的父亲因病去世。三年后，他的母亲*与一位牧师再婚，并搬到另一个地方，在那里牛顿被他的祖母抚养长大。直到牛顿14岁时，她的母亲再婚，丈夫去世，她才回到家乡，从寄宿学校把牛顿带回家。牛顿少年时喜欢数学，关注周围的事物，尤其喜欢制作各种机械玩具。他从平时的零花钱中购买各种工具，如小锯子和锤子，并开始模仿或设计和制造各种小东西。一天，他对房东药剂师的姐夫说，“我能把那个桶放在地下室吗？我会把它作为一个时钟，我相信你不会再迟到，因为你不知道确切的时间。”所以他开始做一个“水钟”。他在桶上刻了一些线，并在桶底打了一个小洞。每天早上，他往桶里倒适量的水，直到水漏到某一条线上，也就是中午，也就是午饭时间。离他奶奶家不远，有一个风车。牛顿经常去那里仔细观察并彻底了解风车的机械原理。他决定建造一个不同于他自己的风车，它比其他所有的风车都要好。此外，驱动风车旋转的不是风，而是动物。他创造性地将一只老鼠绑在有*的跑步机上，然后在*前放一粒玉米，刚好够不着饥饿的跑步机老鼠。老鼠想吃玉米，所以它一步一步地走，让*不停地转动。牛顿兴奋地喊道:“相信大自然能召唤机器旋转！”高中时，斯托克斯校长发现了牛顿，认为牛顿具有超人的理解和观察能力，非常重视牛顿，牛顿的才华日益显露，在高中时排名第一。牛顿充满了理想，他的头脑总是充满了学习问题。他的母亲让他吃草。他把马牵到山上，边走边想着天空中的太阳。当他到达山顶想骑马时，那匹马已经消失得无影无踪，只剩下一个缰绳。他被告知去放羊。他如此专心致志地在树下看书，以至于羊群把庄稼都打散了。我叔叔让仆人陪他去市场，让他熟悉做生意的业务。然而，每次牛顿走近小镇，他都恳求仆人独自去镇上做一笔交易。他说，“当你回来的时候，你可以来这里找我。我会在灌木丛后面看书。”每笔交易的成功都让牛顿的叔叔对交易的真实性产生了怀疑。有一天，他跟着牛顿到了集镇，发现牛顿伸开双腿躺在草地上，聚精会神地研究一个数学问题。牛顿的叔叔无奈地说，“以撒，回去读你的书！”1658年，牛顿做了第一个物理实验，测量顺风跳和逆风跳之间的距离。为了测试风力，牛顿在暴风雨中跑来跑去，浑身湿透了。他的母亲很害怕，认为他“疯了”。19岁时，勤奋好学的牛顿以优异的成绩被剑桥大学三一学院录取。牛顿得益于优越的教学设备，众多的书籍和材料，浓厚的学术氛围和许多有声望的教师。在大学期间，他更加努力地学习，并认真学习数学、光学和天文学，为后来的重大科学发现奠定了坚实的基础。巴罗教授在学院里发现牛顿有非凡的才能，推荐他成为研究生，并为他指明了攀登科学高峰的方向。1664年，经过检查，巴罗任命牛顿为他的助手。第二年，牛顿获得了剑桥大学的学士学位。大学毕业后，牛顿留在大学研究室，开始了他的研究生涯。1665年6月，一场可怕的瘟疫在伦敦蔓延，迫使剑桥大学停课。牛顿因此回到了他的家乡。在家乡躲避瘟疫的18个月可以说是牛顿一生中最重要的时期。在此期间，他系统地整理了在大学里学到的知识，集中精力研究开普勒、笛卡尔、阿基米德、伽利略等高级科学家的主要著作，并进行了许多科学实验。几乎他所有最重要的发现:万有引力定律、经典力学、微积分、光学等等都在这个时期萌芽。万有引力定律的发现是牛顿在自然科学中最辉煌的成就。当牛顿在农村时，他非常注意太阳、月亮和星星的运动。在我的脑海里，我经常想了很久:天体的运动可以从动力学的角度来解释吗？1666年的一天，牛顿坐在花园里的一棵苹果树下，专注地思考着地球的引力。突然，一个熟透的苹果从树上掉下来，砸在牛顿的头上，然后掉进草地上的一个小坑里。牛顿不在乎擦被苹果弄伤的头，而是被苹果掉到地上这一非常普遍的自然现象所吸引。他问自己，为什么苹果落到地面而不是天空？如果苹果有重量，重量是如何产生的？牛顿进一步思考了苹果和地球之间的吸引力。他想，地球大概有某种力量，可以吸走它的一切。物体的重量可能是其重力的一种表现。这表明苹果和地球之间存在相互吸引，这种吸引可能存在于整个宇宙中。他带领人们的想象力从苹果落地到星星移动。牛顿想，他想:如果地球的引力不停止，那么月球会被地球吸引吗？月亮总是沿着一定的轨道绕着地球转，不会跑掉。难道这不是地球吸引它的结果吗？他进一步推断，行星围绕太阳旋转的原因一定是太阳对它们的吸引力。牛顿在探索苹果落地的奥秘后得出结论:“宇宙的法则是质量和质量之间的吸引力。”从一颗行星到另一颗行星，从一颗恒星到另一颗恒星，这种相互吸引和相互作用遍布无尽的空间，使得宇宙中的一切都按照其给定的轨道在给定的时间向给定的位置移动。牛顿称这种存在于整个空间的相互吸引为“万有引力”。从1665年开始，牛顿开始使用严格的数学方法来进一步研究物体运动的规律和理论。从动力学的角度来看，他认为开普勒的行星运动三定律是万有引力的结果。因此，牛顿从这些定律开始，通过一系列数学推论用微积分证明:开普勒第一定律表明，太阳作用在行星上的力是有吸引力的，它与行星到太阳中心的距离的平方成反比；开普勒第二定律表明，作用在行星上的力是沿着行星和太阳之间的线，这种力只能来自太阳。开普勒第三定律表明，太阳对不同行星的吸引力遵循平方反比关系。然后，牛顿从天体运动的分析中推导出万有引力定律。牛顿在发现万有引力定律后并没有立即发表这个理论。他仍在冷静地思考和研究它。一方面，他必须对这个定律的每一个环节进行严格的数学论证；另一方面，有必要对这一理论进行切实可靠的检验。牛顿克服了巨大的困难，花了10多年的心血。1687年，在英国著名天文学家哈雷等人的支持和赞助下，牛顿不朽的杰作《自然哲学的数学原理》终于出版了。在这部500页的杰作中，它包含了极其丰富的内容。牛顿讨论了科学研究的方法。木星、月亮、彗星和其他天体的运动；海水的涨落；振动和声波的性质等问题，但贯穿全书并构成全书核心的是三大力学定律和万有引力定律。《自然哲学数学原理》的出版标志着经典力学体系的建立。牛顿发现万有引力定律是他在自然科学中最辉煌的成就。从苹果落地到《万有引力定律》的发表，经历了十多年，体现了牛顿的心血。后世一直认为苹果落地的故事是牛顿发现这一伟大定律的标志。在牛顿的花园里，砸在牛顿头上的苹果树经过了后世的精心照料，吸引了无数的游客。1820年，这棵树死后也被视为珍贵的纪念碑。它被分成几个部分，保存在皇家学会和其他地方。“苹果落地”的故事已经成为科学史上的一个好故事，并在人们中间广为流传。牛顿在科学史上的崇高地位是公认的。在他的一生中，他不仅奠定了经典力学的基础，还在热学、光学、天文学、数学等领域做出了杰出的贡献。

在光学方面，牛顿用棱镜分析阳光。结果表明，当一束太阳光穿过棱镜时，会产生折射，白光会分散成七种不同颜色的光:红色、橙色、黄色、绿色、绿色、蓝色和紫色。他还发现，当任何一种颜色的光通过第二个棱镜时，它不会分散到其他颜色的光中。阳光透过雨和雾产生的彩虹也是如此。经过反复实验和仔细观察，牛顿得出结论，阳光是由有色光组成的，从而为现代光谱学奠定了基础。1704年，牛顿出版了《光学》一书，该书汇集了他在研究光现象方面的所有成就。这本书仍然是对物理实验模型的精确描述，三棱镜实验已经成为经典的实验项目，并一直应用于物理学。在研究光学的基础上，牛顿发明了世界上第一台反射望远镜，把人类对天体的观察带到了一个新的阶段。1668年，牛顿的第一台反射望远镜长6英寸，直径只有1英寸，但它可以放大40倍。一般来说，4英尺的望远镜没有他的小望远镜长。后来，他做了一个更大的望远镜，并把它交给了伦敦皇家学会，上面写着:“艾萨克·牛顿发明了它，并于1671年亲自制作了它。”同年，牛顿被选为英国皇家学会的成员。目前，世界上最大的望远镜就是这种反射望远镜。尽管它几乎比牛顿的反射望远镜大100倍，但它的结构几乎和牛顿的一模一样。牛顿于1703年当选为皇家学会主席。在1727年3月20日去世之前，他每年都连任。牛顿独自生活，从未结过婚。年轻时，他曾爱上他的表弟。有一次，他轻轻地握着表妹的手，深情地看着这位美女。在这个关键时刻，他的思想突然溜到了另一个世界，在他的头脑中只留下了无穷多个二项式定理。此时此刻，他已经心不在焉的思想又开始游荡了。像做梦一样，他的手抓住了他爱人的一根手指，把它误认为是一根管子连接杆，并把它塞进了管子。他的表弟疼得大叫。牛顿醒来，羞愧地连连道歉:“啊！亲爱的，原谅我！我知道，这不好。看来我应该一辈子单身！”因为牛顿太专注于研究知识，所以他无法解决他一生的问题。牛顿疯狂地学习和研究，一生中开了许多玩笑。有一次，牛顿一边读书一边煮鸡蛋。当他想吃鸡蛋的时候，他打开锅，发现里面煮的是他的怀表。原来他总是在思考要研究的问题。他没有把鸡蛋放进锅里，而是把怀表扔了进去。另一次，牛顿的家人找到了一个已经分居很久的好朋友。牛顿非常高兴，邀请他的朋友一起吃晚饭。盘子已经摆好了。牛顿记得他家里还有一瓶好酒，于是对他的朋友们说:“我有一瓶很好的酒。让我来拿，一起喝吧！”他让他的朋友等一会儿，自己去拿酒。然而，等了很久之后，我的朋友仍然没有看到牛顿回来。所以，一个朋友去找牛顿，发现他正专心于实验室的研究。原来牛顿在喝酒时突然想起了一个问题。他需要测试它，却忘了带酒和邀请朋友吃饭。伟大的科学家牛顿为人类科学建造了一座纪念碑，他在去世前谦虚地说:“在科学的道路上，我只是一个在海边玩耍的孩子，偶然捡到一块美丽的石头。至于真理之海，我还没有找到！”“如果我比笛卡尔更有洞察力，那也是因为我站在过去伟人的肩膀上，可以看得更远！”