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• 發(fā)布日期：2014-03-10
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人才玉成大講堂

[8]大科學(xué)家艾克薩。牛頓

世界上最偉大的科學(xué)巨匠艾克薩。牛頓，對(duì)自然科學(xué)的巨大貢獻(xiàn)怎么說(shuō)都不算過(guò)分。恩格斯曾高度評(píng)價(jià)牛頓說(shuō)：“牛頓由于發(fā)明了萬(wàn)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(wú)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)。”可以說(shuō)，牛頓是現(xiàn)代天文學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)、高等數(shù)學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)的奠基人。

牛頓1642年生于英國(guó)，他的父親是一個(gè)普通農(nóng)民，在孩子出生三個(gè)月就因病去世了。牛頓生下來(lái)時(shí)只3磅重，他兩歲時(shí)，母親改嫁給鄰村的一個(gè)牧師，牛頓只好在外祖母的撫養(yǎng)下過(guò)日子。

牛頓從小就對(duì)手工創(chuàng)作有濃厚興趣，他把外祖母給的零花錢(qián)買(mǎi)成錘子、鋸子、鉗子，成天敲敲打打。一天，他注意到人影會(huì)隨著時(shí)間的改變而移動(dòng)，便突發(fā)奇想，興致勃勃地做了一個(gè)日晷，這個(gè)玩藝兒四周有刻度，可以看出時(shí)間在幾點(diǎn)幾分。

牛頓12歲進(jìn)入格蘭漢鎮(zhèn)中學(xué)，鎮(zhèn)上有一座高大的風(fēng)車(chē)，牛頓就照它的樣子做了一架小風(fēng)車(chē)，這架小風(fēng)車(chē)加一點(diǎn)麥粒，風(fēng)一動(dòng)，就能磨出面粉來(lái)。風(fēng)車(chē)沒(méi)有風(fēng)就不能轉(zhuǎn)動(dòng)，牛頓就用鐵絲做了一個(gè)鐵輪子，里面關(guān)了一只老鼠。老鼠踩動(dòng)輪子，磨子飛快地轉(zhuǎn)起來(lái)，居然也能磨出面粉。牛頓小時(shí)候別出心裁地制造過(guò)許多東西，但他的學(xué)習(xí)成績(jī)卻很一般，校長(zhǎng)是劍橋大學(xué)畢業(yè)生，常批評(píng)牛頓讀書(shū)不用心，牛頓在手工制作過(guò)程中，也體會(huì)出自己功課不行，尤其數(shù)學(xué)對(duì)于制作機(jī)械是有很大影響。為此，他特別加倍努力學(xué)習(xí)起功課來(lái)，終于取得了好成績(jī)。

牛頓15歲的時(shí)候因繼父去世、家庭貧困而輟學(xué)，幫母親做農(nóng)活、放羊，但他卻不肯放棄學(xué)習(xí)。他常帶著書(shū)，走到哪里看到哪里，以至羊吃了莊稼他都不知道。還有一次，母親讓他去買(mǎi)東西，到了集上，他擺上攤子就看起書(shū)來(lái)，結(jié)果一點(diǎn)兒也沒(méi)賣(mài)掉。

尋根問(wèn)底是牛頓的特質(zhì)。有一次，他聽(tīng)到外面大風(fēng)怒吼，就想：“風(fēng)的力量究竟有多大呢？”他跳出門(mén)去，獨(dú)自在暴風(fēng)中，先順著風(fēng)走，再頂著風(fēng)走，看看快慢相差多少，然后計(jì)算出力的力量。后來(lái)，牛頓復(fù)學(xué)了，中學(xué)畢業(yè)后，考入劍橋大學(xué)三一學(xué)院。畢業(yè)后留校當(dāng)研究生，繼而獲碩士學(xué)位，到27歲時(shí)成為數(shù)學(xué)教授。在這段時(shí)間里，他通曉了當(dāng)時(shí)已知的自然與數(shù)學(xué)知識(shí)，奠定了某些學(xué)科的理論基礎(chǔ)，并轉(zhuǎn)入個(gè)人的專(zhuān)門(mén)研究。他在劍橋大學(xué)一呆就是30年。30年來(lái)，他把絕大部分時(shí)間都用在了實(shí)驗(yàn)室里。他每天要工作十七、八個(gè)小時(shí)。他的腦子里裝得全是那些科研課題，以至為研究一個(gè)課題呆一、兩個(gè)小時(shí)。他的絕大部分成果是在這30年獲得的。

牛頓的成就首先表現(xiàn)在光學(xué)方面，他發(fā)現(xiàn)普通白光是由七色光組成的，成為光譜分析的基礎(chǔ)，據(jù)此，他制作了牛頓色盤(pán)。1675年還觀察到了牛頓環(huán)。在天文學(xué)方面，他發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，并運(yùn)用這一定律和行星三大運(yùn)行定律準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)星體繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的規(guī)律。他還創(chuàng)制出第一架天文望遠(yuǎn)鏡，并用它初步考察了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，解釋潮汐現(xiàn)象，預(yù)言地球非正球體，并以此說(shuō)明歲差現(xiàn)象。

牛頓創(chuàng)造的微積分及二項(xiàng)式定理使他在數(shù)學(xué)領(lǐng)域享有盛名。馬克思、恩格斯給他很高評(píng)價(jià)，在《數(shù)學(xué)手稿》和通信中多次提到他，提到他的二項(xiàng)式定理和微積分，曾說(shuō)：“牛頓和萊布尼茨，以及他們的大多數(shù)后繼者，一開(kāi)始就是在微分的土地上進(jìn)行活動(dòng)的，因而微分表達(dá)式一開(kāi)始就成為以后求實(shí)在等價(jià)物的運(yùn)算式子?！薄爸挥形⒎植拍苁棺匀豢茖W(xué)有可能用數(shù)學(xué)來(lái)不僅僅表明狀態(tài)，并且也表明過(guò)程：運(yùn)動(dòng)”。力學(xué)是牛頓最偉大的發(fā)現(xiàn)，我們?cè)谥袑W(xué)課本上接觸到的慣性定律，被人們稱(chēng)作牛頓第一定律，它科學(xué)地描述了力的一種性質(zhì)：力可以使物體由靜止到運(yùn)動(dòng)和由運(yùn)動(dòng)到靜止，也可以使物體由一種運(yùn)動(dòng)形式變化為另一種形式。他闡明，如果物體處于靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)，那么，只要沒(méi)有外力作用，它就仍將保持靜止或繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這個(gè)定律最早由伽利略發(fā)現(xiàn)。以前人們認(rèn)為只有在力的作用下物體才會(huì)運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力物體就會(huì)靜止。伽利略證明了這個(gè)說(shuō)法的錯(cuò)誤。他認(rèn)為如果物體處于靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)，那么，只要沒(méi)有外力作用，它就會(huì)保持靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)。牛頓對(duì)這一原理重新作了解釋并把它作為第一運(yùn)動(dòng)定律。在這個(gè)基礎(chǔ)上，牛頓相繼發(fā)現(xiàn)了第二定律、第三定律。第二定律揭示的是物體在類(lèi)似情況下，如何運(yùn)動(dòng)的內(nèi)涵。它表明：力能使物體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化，產(chǎn)生加速度，而且力越大，加速度越大；質(zhì)量越大，加速度越小。用公式可直接表示為：F=MA（M為物體質(zhì)量，F(xiàn)代表力，A代表加速度）。第三定律表明：兩個(gè)物體間的作用力總是大小相等方向相反。牛頓提出的三大力學(xué)定律被廣泛應(yīng)用于科學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題上。但自然界的一切物質(zhì)都在運(yùn)動(dòng)和變化中，根據(jù)創(chuàng)新學(xué)原理，如果在其它領(lǐng)域中利用這些定律（當(dāng)然不能機(jī)械套用），很可能創(chuàng)出新的奇跡。

牛頓在科學(xué)方面的巨大發(fā)現(xiàn)，奠定了他在自然科學(xué)方面的首席位置，不僅為人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了社會(huì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的革命，而且在政治、宗教、哲學(xué)和藝術(shù)方面也產(chǎn)生了巨大影響。

研究牛頓成才的過(guò)程，可以看到一條明顯的軌跡，那就是：對(duì)機(jī)械的濃厚興趣，師長(zhǎng)的啟蒙和實(shí)踐需要使之學(xué)好了數(shù)學(xué)，勤奮而快樂(lè)，愛(ài)動(dòng)腦筋、好提問(wèn)題，有一股尋根問(wèn)底的牛勁，鍥而不舍，一流的學(xué)校（劍橋大學(xué)）——嶄露頭角，成為教授，較早的轉(zhuǎn)入科研課題，任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。