英國引以為傲的科學家
——牛頓

浮遂／文

牛頓是誰

當人們望著蘋果樹上熟透多汁的蘋果想著一百種方法來吃它們的時候，有一個人，卻在和“蘋果落地”這件事較勁兒。

此人正是牛頓，全名艾薩克·牛頓，是英國的一名物理學家、數學家、天文學家。牛頓生于1643年，卒于1727年，他的人生歷程和中國的康熙皇帝在位的時間（1662—1722）基本平齊。

在中國，牛頓的名字早已因為出現在教科書中而變得如雷貫耳。有些人甚至會玩兒一些“諧音梗”，將“牛頓”的發音理解為“牛燉”。但實際上，“牛頓”只是他的姓氏，英文Newton 的音譯。而牛頓的名——艾薩克，也是他父親的名字。

1642 年10 月，英格蘭林肯郡格蘭瑟姆鎮的自耕農老艾薩克·牛頓去世，次年1 月他的兒子才出生。牛頓的母親為了紀念死去的丈夫，將這位新生兒同樣取名為艾薩克，他便是我們接下來要介紹的科學家牛頓。

了不起的成就

牛頓的名字雖然很平凡，直接繼承了他去世的父親的名字，但是他的成就無與倫比。他出色的研究將歐洲17 世紀科學革命推向了最高峰，更是當代一切科學理論的基石。

在光學方面，他對白色光進行了分光，從而揭示了白色光中含有多種其他顏色光的現象。他于1704 年出版了系統闡述其光學研究成果的著作《光學》，副題為“關于光的反射、折射、拐折和顏色的論文”，集中反映了他的光學成就，為近代物理光學奠定了基礎。

在力學方面，他通過萬有引力定律歸納出了物體運動的三大定律。在數學方面，他和德國數學家萊布尼茨在同一時代創立了微積分的學說，因此相關的公式以他們兩個人的名字共同命名。此外，他另一項被廣為認可的成就是二項式定理的提出，這一數學規律與我國南宋時期就已經發現的“楊輝三角”的規律不謀而合。

1687 年，牛頓的著作《自然哲學的數學原理》出版，這本書展示了牛頓在物理學、數學、天文學等領域取得的巨大成就，確立了他在科學史上舉足輕重的地位。因此，人們盛贊牛頓為“科學界的巨人”。

人生超級劇場

在孤獨中成長

由于父親早逝，我的母親在我出生不久后就改嫁了。對于我的父親，我只知道他是自耕農，以及他和我一樣，都叫艾薩克·牛頓。這是他在我生命中唯一的一點兒印記。我的童年時期，也許是面對后爸的緣故，我總覺得世界上的一切都是那樣陌生。雖然也會時而感到惶恐，但總的來說，我還是好奇這個世界的一切的。

后來，我上了小學，但相比于讀書，我更喜歡的是做一些手工。比如風車，一種可以讓風吹動機關，從而讓其他機關聯動的小玩具。大型風車還能用來磨面、抽水。再比如日晷，這是一種展示時間的小制作。在一天之中太陽東升西落，照在同一根木頭桿上會留下不同方向的影子。這樣，我們就能通過影子的位置來大致判斷時間。為了能夠更加準確地判斷時間，我還會在日晷上刻上不同的刻度。如果我刻得密集一些，就能體現出太陽位置的差異，從而能區別出不同時間的差異。但是，日晷也有個缺點，沒有太陽的時候，就沒有影子，因此也看不到影子在刻度上的指向。在夜晚和陰雨天，也無法用日晷來判斷時間。

無論風車還是日晷，都是利用各種自然原理工作運轉并為我們的需要而服務的。但是，蘊藏其中的最基本的自然原理到底是什么？每每想到這里，我總會感到頭痛，但又覺得冥冥之中有什么在等待我去解答。

有一天，我攜帶親手制作的風力抽水車來到學校。我把它放在一只水桶旁，隨著風車被風吹動，被傳動的機關把水從水桶中抽了出來，嘩嘩的水聲聽起來悅耳極了。看著這樣奇妙的場景，不少圍觀的同學鼓起了掌，我也感到很快樂。但就在此時，一個成績優秀但態度高傲的同學走上前來，對我說：“你能說出風力抽水車的工作原理嗎？”我平日雖愛讀書，但對此類自然科學知識不甚了解，對具體的原理實在不懂，就沒有答上來。面對我的難堪，同學們的掌聲變成了嘲笑聲，甚至有人跟著那個高傲的同學起哄，管我叫“笨木匠”。從此以后，我知恥而后勇，向書本知識進攻，學習成績也有了明顯的進步。

在孤獨中收獲

1661年，我19歲了。這一年我來到了倫敦，進入了劍橋大學三一學院。在這里，我遇到了講授自然科學知識的教授伊薩克·巴羅。他十分賞識我的觀察力和理解能力，于是將自己所知的數學知識傳授給了我。與此同時，歐幾里得的《幾何原本》、笛卡爾的《幾何學》等書籍也讓我受益匪淺。

1664 年，我成了巴羅的助手，次年我獲得了學士學位。但正在我需要繼續深造的時候，一場可怕的瘟疫席卷了倫敦。為此，我回到家鄉躲避瘟疫。這段時間，雖然遠離了學校，但是我夜以繼日地思考、觀察，歸納之前所有關于世界自然規律的發現。無論是最為常見的小橋流水，還是用望遠鏡看到的天體，我都一一記錄下來。

有一天，我正坐在蘋果樹下思考，一個蘋果砸到了我的頭上，這引起了我的注意。為什么蘋果會掉到地面上，而不是月亮上，也不是向天上飛去？

我通過之前研究得出的行星運行數據，以及掌握的數學知識進行了推算，發現蘋果落地是因為萬物之間存在著相互的吸引力，且蘋果距離地球更近，而距離月亮更遠。蘋果相比于地球，質量小得多，所以，我們站在地面上，會看到蘋果掉到地上。隨后，我發現了月亮和地球、太陽和地球，以及各種星體之間同樣存在著吸引力。這便是我所總結的萬有引力定律，字面意思是“萬物之間都有引力”。

后來我繼續探索研究，繼續觀察現象和學習伽利略等前輩科學家總結的知識，并以我學會的數學方法加以歸納，最終提出了物體運動的三大定律。

第一定律是慣性定律，即所有物體都有慣性，力是物體運動狀況改變的原因。在不受力或者受力平衡的條件下，靜止的物體會繼續保持靜止狀態，而勻速直線運動的物體會繼續按照之前的速度和方向一直運動下去。

第二定律，即對物體施加力量會讓物體產生加速度，而加速度與力的大小成正比，與物體質量的大小成反比。

第三定律，即力的作用是相互的，物體施力于其他物體，則必然會受到來自受力物體的大小相等、方向相反的力。

這樣，通過對一系列運動現象的總結，我終于探究出了到底什么是“力”，以及物體的運動和力的關系。