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• 發(fā)布日期：2014-03-10
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人才玉成大講堂

[8]大科學家艾克薩。牛頓

世界上最偉大的科學巨匠艾克薩。牛頓，對自然科學的巨大貢獻怎么說都不算過分。恩格斯曾高度評價牛頓說：“牛頓由于發(fā)明了萬有引力定律而創(chuàng)立了科學的天文學，由于進行了光的分解而創(chuàng)立了科學的光學，由于創(chuàng)立了二項式定理和無限理論而創(chuàng)立了科學的數(shù)學，由于認識了力的本性而創(chuàng)立了科學的力學?！笨梢哉f，牛頓是現(xiàn)代天文學、現(xiàn)代光學、高等數(shù)學和現(xiàn)代物理學的奠基人。

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

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

牛頓12歲進入格蘭漢鎮(zhèn)中學，鎮(zhèn)上有一座高大的風車，牛頓就照它的樣子做了一架小風車，這架小風車加一點麥粒，風一動，就能磨出面粉來。風車沒有風就不能轉(zhuǎn)動，牛頓就用鐵絲做了一個鐵輪子，里面關了一只老鼠。老鼠踩動輪子，磨子飛快地轉(zhuǎn)起來，居然也能磨出面粉。牛頓小時候別出心裁地制造過許多東西，但他的學習成績卻很一般，校長是劍橋大學畢業(yè)生，常批評牛頓讀書不用心，牛頓在手工制作過程中，也體會出自己功課不行，尤其數(shù)學對于制作機械是有很大影響。為此，他特別加倍努力學習起功課來，終于取得了好成績。

牛頓15歲的時候因繼父去世、家庭貧困而輟學，幫母親做農(nóng)活、放羊，但他卻不肯放棄學習。他常帶著書，走到哪里看到哪里，以至羊吃了莊稼他都不知道。還有一次，母親讓他去買東西，到了集上，他擺上攤子就看起書來，結(jié)果一點兒也沒賣掉。

尋根問底是牛頓的特質(zhì)。有一次，他聽到外面大風怒吼，就想：“風的力量究竟有多大呢？”他跳出門去，獨自在暴風中，先順著風走，再頂著風走，看看快慢相差多少，然后計算出力的力量。后來，牛頓復學了，中學畢業(yè)后，考入劍橋大學三一學院。畢業(yè)后留校當研究生，繼而獲碩士學位，到27歲時成為數(shù)學教授。在這段時間里，他通曉了當時已知的自然與數(shù)學知識，奠定了某些學科的理論基礎，并轉(zhuǎn)入個人的專門研究。他在劍橋大學一呆就是30年。30年來，他把絕大部分時間都用在了實驗室里。他每天要工作十七、八個小時。他的腦子里裝得全是那些科研課題，以至為研究一個課題呆一、兩個小時。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，據(jù)此，他制作了牛頓色盤。1675年還觀察到了牛頓環(huán)。在天文學方面，他發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，并運用這一定律和行星三大運行定律準確地預測星體繞太陽旋轉(zhuǎn)的規(guī)律。他還創(chuàng)制出第一架天文望遠鏡，并用它初步考察了行星運動規(guī)律，解釋潮汐現(xiàn)象，預言地球非正球體，并以此說明歲差現(xiàn)象。

牛頓創(chuàng)造的微積分及二項式定理使他在數(shù)學領域享有盛名。馬克思、恩格斯給他很高評價，在《數(shù)學手稿》和通信中多次提到他，提到他的二項式定理和微積分，曾說：“牛頓和萊布尼茨，以及他們的大多數(shù)后繼者，一開始就是在微分的土地上進行活動的，因而微分表達式一開始就成為以后求實在等價物的運算式子。”“只有微分才能使自然科學有可能用數(shù)學來不僅僅表明狀態(tài)，并且也表明過程：運動”。力學是牛頓最偉大的發(fā)現(xiàn)，我們在中學課本上接觸到的慣性定律，被人們稱作牛頓第一定律，它科學地描述了力的一種性質(zhì)：力可以使物體由靜止到運動和由運動到靜止，也可以使物體由一種運動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動，那么，只要沒有外力作用，它就仍將保持靜止或繼續(xù)做勻速直線運動。這個定律最早由伽利略發(fā)現(xiàn)。以前人們認為只有在力的作用下物體才會運動，沒有力物體就會靜止。伽利略證明了這個說法的錯誤。他認為如果物體處于靜止或作勻速直線運動，那么，只要沒有外力作用，它就會保持靜止或作勻速直線運動。牛頓對這一原理重新作了解釋并把它作為第一運動定律。在這個基礎上，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似情況下，如何運動的內(nèi)涵。它表明：力能使物體的運動產(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定律被廣泛應用于科學和動力學問題上。但自然界的一切物質(zhì)都在運動和變化中，根據(jù)創(chuàng)新學原理，如果在其它領域中利用這些定律（當然不能機械套用），很可能創(chuàng)出新的奇跡。

牛頓在科學方面的巨大發(fā)現(xiàn)，奠定了他在自然科學方面的首席位置，不僅為人類社會帶來了社會技術、經(jīng)濟方面的革命，而且在政治、宗教、哲學和藝術方面也產(chǎn)生了巨大影響。

研究牛頓成才的過程，可以看到一條明顯的軌跡，那就是：對機械的濃厚興趣，師長的啟蒙和實踐需要使之學好了數(shù)學，勤奮而快樂，愛動腦筋、好提問題，有一股尋根問底的牛勁，鍥而不舍，一流的學校（劍橋大學）——嶄露頭角，成為教授，較早的轉(zhuǎn)入科研課題，任英國皇家學會會長。