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1642年12月24日，牛顿诞生在英国林肯郡格兰汉镇附近的沃尔斯索普村（Wools Thorpe）。他的父亲在牛顿出生前3个月就去世了。牛顿出世时，据说只有3磅重，瘦小得可怜。接生的女人甚至认为他不会活下来。他妈妈伤心地说，刚出生的婴儿可以放进一个盛2升水的小罐子里。但谁能料到，这个瘦得可怜甚至没指望能活下去的小婴，竟然在日后成了一个叱咤风云的科学巨人！
牛顿出生的故居和门前那棵闻名于世的苹果树。
牛顿2岁时，母亲改嫁了，牛顿被送到外婆家哺养。12岁，他进了公立学堂。14岁，他回到母亲身边，与他的两个异父妹妹和一个异父弟弟生活在一起，这时他的继父已经去世3年。牛顿性格比较孤僻，这可能与他小时离开母亲十多年缺乏母爱有关。母亲想让儿子辍学务农，但牛顿已经迷上了书本。他强烈的求知欲望和顽强的钻研精神，使格兰汉镇中学校长斯托克斯（H. Stokes）十分感动。校长毕业于剑桥大学，热爱教育事业，还有可贵的责任感。在校长和舅舅的劝说和资助下，牛顿于16岁复学，重返中学。
1661年6月，在斯托克斯校长的推荐下，牛顿以减费清寒学生的低微身份考入剑桥大学的三一院。在大学读书期间，牛顿必须做一些杂活，赚一点钱贴补学习之用。这种身份使他内向的癖性更加严重，他常常避开同学，独自努力学习。虽然不大合群，但是在学习中他的数学天赋和无限的好奇心，常常使他的同学和教师们感到惊讶。1665年初，牛顿大学毕业获得学士学位。
剑桥大学三一学院前面的大院。
1665—1666年，欧洲鼠疫大流行，学校停课。牛顿为躲避瘟疫不得不离开剑桥，回到沃尔斯索普暂住。正是在这一段时间里，牛顿显示了无穷的创造力，各种令人惊叹的新思想，如泉水般地涌现出来。
在这短短的18个月里，他初步勾画出解决宇宙万物运动之谜的方向和行动规划；提出了二项式定理；发明了“流数法”（即微积分）；开始了颜色试验……可以说，这段滞留在乡间的时期，是牛顿科学发现的黄金时期，在科学史上被称为“牛顿的奇迹年”，与1905年“爱因斯坦的奇迹年”遥相辉映。
1667年秋鼠疫过去以后牛顿返回剑桥大学，成为剑桥的一名研究人员，第二年他获得硕士学位。1669年，巴罗（I. Barrow，1630—1677）教授认为他的学生牛顿，无论在成就和才能方面都超过了自己，于是他毅然辞去剑桥大学卢卡锡讲座数学教授的席位，把它让给了自己的学生。从这年开始，牛顿担任了剑桥大学数学教授的职位，年薪100磅，这使他彻底解除了经济困难的后顾之忧。巴罗主动让贤的高尚行为实在令人钦佩，直到今天他的这一高尚的行为仍然被作为“伯乐识马”的范例，受到不绝于耳的赞赏。
剑河上的叹息桥。
1672年，牛顿被推选为皇家学会会员。此后，他忙于研究光学，并在这一年的一次皇家学会会议上宣读了自己的光学论文，主张光的本质是一种粒子。这一观点，立即引起了他与胡克（R. Hooke，1635—1703）的激烈争论，胡克主张光是以太的振动，是一种波。牛顿性格孤僻，而且他不大喜欢听到别人的批评。因此，胡克和另一些皇家学会会员对牛顿的光粒子学说提出批评后，他的反应十分激烈，不仅马上撤回了论文，还决定不再发表研究成果。当然，牛顿只是气头上这么说，实际上没那么严格地实行。