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  • 1 # 小馬瞎過河

    艾薩克·牛頓(Isaac Newton)是英國偉大的數學家、物理學家、天文學家和自然哲學家,其研究領域包括了物理學、數學、天文學、神學、自然哲學和鍊金術。牛頓的主要貢獻有發明了微積分,發現了萬有引力定律和經典力學,設計並實際製造了第一架反射式望遠鏡等等,被譽為人類歷史上最偉大,最有影響力的科學家。為了紀念牛頓在經典力學方面的傑出成就,“牛頓”後來成為衡量力的大小的物理單位。

      中文名: 艾薩克·牛頓

      外文名: Isaac Newton

      國籍: 英國

      出生地: 英格蘭林肯郡埃爾斯索普村

      出生日期: 1643年1月4日

      逝世日期: 1727年3月20日

      職業: 教授、科學家、鍊金術士

      畢業院校: 英國劍橋大學

      信仰: 基督教

      主要成就: 發明微積分

      發現萬有引力定律

      建立經典力學

      發明反射式望遠鏡

      發現光的色散原理

      代表作品: 《自然哲學的數學原理》

      逝世地: 英格蘭倫敦肯辛頓

      牛頓於1643年1月4日生於英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村。1661年進入英國劍橋大學聖三一學院,在1665年他發現了二項式定理,1665年獲文學士學位。

      牛頓爵士

      隨後兩年在家鄉躲避鼠疫,他在此間制定了一生大多數重要科學創造的藍圖。1667年牛頓回劍橋後當選為劍橋大學三一學院院委,次年獲碩士學位。1669年任劍橋大學盧卡斯數學教授席位直到1701年。1696年任皇家造幣廠監督,並移居倫敦。1703年擔任英國皇家學會會長。1706年受英國女王安娜封爵。在晚年,牛頓潛心於自然哲學與神學。1727年3月31日,牛頓在倫敦病逝,享年84歲。

      (備註:牛頓誕辰日期是儒略曆1642年12月25日,即格里曆(陽曆)1643年1月4日;逝世日期是儒略曆1727年3月20日,即格里曆(陽曆)1727年3月31日。)

      少年牛頓

      1643年1月4日,在英格蘭林肯郡小鎮沃爾索浦的一個自耕農家庭裡,牛頓誕生了。牛頓是一個早產兒,出生時只有三磅重,接生婆和他的親人都擔心他能否活下來。誰也沒有料到這個看起來微不足道的小東西會成為了一位名垂千古的科學巨人,並且竟活到了84歲的高齡。

      牛頓出生前三個月父親便去世了。在他兩歲時,母親改嫁給一個牧師,把牛頓留在外祖母身邊撫養。11歲時,母親的後夫去世,母親帶著和後爸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,這種習性可能來自他的家庭處境。

      大約從五歲開始,牛頓被送到公立學校讀書。少年時的牛頓並不是神童,他資質平常、成績

      童年的牛頓

      一般,但他喜歡讀書,喜歡看一些介紹各種簡單機械模型製作方法的讀物,並從中受到啟發,自己動手製作些奇奇怪怪的小玩意,如風車、木鐘、摺疊式提燈等等。

      傳說小牛頓把風車的機械原理摸透後,自己製造了一架磨坊的模型,他將老鼠綁在一架有輪子的踏車上,然後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,於是輪子不停的轉動;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;他還製造了一個小水鍾。每天早晨,小水鍾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,家裡牆角、窗臺上到處安放著他刻畫的日晷,用以驗看日影的移動。

      牛頓12歲時進了離家不遠的格蘭瑟姆中學。牛頓的母親原希望他成為一個農民,但牛頓本人卻無意於此,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。他在格蘭瑟姆中學讀書時,曾經寄宿在一位藥劑師家裡,使他受到了化學試驗的薰陶。

      牛頓在中學時代學習成績並不出眾,只是愛好讀書,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,又喜歡別出心裁的作些小工具、小技巧、小發明、小試驗。

      當時英國社會滲透基督教新思想,牛頓家裡有兩位都以神父為職業的親戚,這可能影響牛頓晚年的宗教生活。從這些平凡的環境和活動中,還看不出幼年的牛頓是個才能出眾異於常人的兒童。

      後來迫於生活,母親讓牛頓停學在家務農,贍養家庭。但牛頓一有機會便埋首書卷,以至經常忘了幹活。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,自己則躲在樹叢後看書。有一次,牛頓的舅父起了疑心,就跟蹤牛頓上市鎮去,發現他的外甥伸著腿,躺在草地上,正在聚精會神地鑽研一個數學問題。牛頓的好學精神感動了舅父,於是舅父勸服了母親讓牛頓復學,並鼓勵牛頓上大學讀書。牛頓又重新回到了學校,如飢似渴地汲取著書本上的營養。

      求學歲月

      牛頓(10張)

      1661年,19歲的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,1664年成為獎學金獲得者,1665年獲學士學位。

      17世紀中葉,劍橋大學的教育制度還滲透著濃厚的中世紀經院哲學的氣味,當牛頓進入劍橋時,那裡還在傳授一些經院式課程,如邏輯、古文、語法、古代史、神學等等。兩年後三一學院出現了新氣象,盧卡斯創設了一個獨闢蹊徑的講座,規定講授自然科學知識,如地理、物理、天文和數學課程。

      講座的第一任教授伊薩克·巴羅是個博學的科學家。這位學者獨具慧眼,看出了牛頓具有深邃的觀察力、敏銳的理解力。於是將自己的數學知識,包括計算曲線圖形面積的方法,全部傳授給牛頓,並把牛頓引向了近代自然科學的研究領域。

      在這段學習過程中,牛頓掌握了算術、三角,讀了開普勒的《光學》,笛卡爾的《幾何學》和《哲學原理》,伽利略的《兩大世界體系的對話》,胡克的《顯微圖集》,還有皇家學會的歷史和早期的哲學學報等。

      牛頓在巴羅門下的這段時間,是他學習的關鍵時期。巴羅比牛頓大12歲,精於數學和光學,他對牛頓的才華極為讚賞,認為牛頓的數學才華超過自己。後來,牛頓在回憶時說道:“巴羅博士當時講授關於運動學的課程,也許正是這些課程促使我去研究這方面的問題。”

      當時,牛頓在數學上很大程度是依靠自學。他學習了歐幾里得的《幾何原本》、笛卡爾的《幾何學》、沃利斯的《無窮算術》、巴羅的《數學講義》及韋達等許多數學家的著作。其中,對牛頓具有決定性影響的要數笛卡兒的《幾何學》和沃利斯的《無窮算術》,它們將牛頓迅速引導到當時數學最前沿~解析幾何與微積分。1664年,牛頓被選為巴羅的助手,第二年,劍橋大學評議會通過了授予牛頓大學學士學位的決定。

      1665~1666年嚴重的鼠疫席捲了倫敦,劍橋離倫敦不遠,為恐波及,學校因此而停課,牛頓於1665年6月離校返鄉。

      由於牛頓在劍橋受到數學和自然科學的薰陶和培養,對探索自然現象產生濃厚的興趣,家鄉安靜的環境又使得他的思想展翅飛翔。1665~1666年這段短暫的時光成為牛頓科學生涯中的黃金歲月,他在自然科學領域內思潮奔騰,才華迸發,思考前人從未思考過的問題,踏進了前人沒有涉及的領域,建立了前所未有的驚人業績。

      1665年初,牛頓創立級數近似法,以及把任意冪的二項式化為一個級數的規則;同年11月,創立正流數法(微分);次年1月,用三稜鏡研究顏色理論;5月,開始研究反流數法(積分)。這一年內,牛頓開始想到研究重力問題,並想把重力理論推廣到月球的運動軌道上去。他還從開普勒定律中推匯出使行星保持在它們的軌道上的力必定與它們到旋轉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,說的也是此時發生的軼事。

      總之,在家鄉居住的兩年中,牛頓以比此後任何時候更為旺盛的精力從事科學創造,並關心自然哲學問題。他的三大成就:微積分、萬有引力、光學分析的思想都是在這時孕育成形的。可以說此時的牛頓已經開始著手描繪他一生大多數科學創造的藍圖。

      1667年復活節後不久,牛頓返回到劍橋大學,10月1日被選為三一學院的仲院侶(初級院委),翌年3月16日獲得碩士學位,同時成為正院侶(高階院委)。1669年10月27日,巴羅為了提攜牛頓而辭去了教授之職,26歲的牛頓晉升為數學教授,並擔任盧卡斯講座的教授。巴羅為牛頓的科學生涯打通了道路,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馳騁在科學的大道上。巴羅讓賢,這在科學史上一直被傳為佳話。

      建立微積分

      在牛頓的全部科學貢獻中,數學成就佔有突出的地位。他數學生涯中的第一項創造性成果就是發現了二項式定理。據牛頓本人回憶,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》時,試圖修改他的求圓面積的級數時發現這一定理的。

      笛卡爾的解析幾何把描述運動的函式關係和幾何曲線相對應。牛頓在老師巴羅的指導下,在鑽研笛卡爾的解析幾何的基礎上,找到了新的出路。可以把任意時刻的速度看是在微小的時間範圍裡的速度的平均值,這就是一個微小的路程和時間間隔的比值,當這個微小的時間間隔縮小到無窮小的時候,就是這一點的準確值。這就是微分的概念。

      微積分的創立是牛頓最卓越的數學成就。牛頓為解決運動問題,才創立這種和物理概念直接聯絡的數學理論的,牛頓稱之為

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