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科学巨匠牛顿

被誉为人类历史上最伟大的科学家之一的艾萨克·牛顿,在天文学、力学、光学和数学等众多领域都取得了堪称经典的科学成果。在人类的文明史中,这些科学成果犹如一颗颗恒星散发出璀璨的光芒,将它们的缔造者——牛顿这一科学巨匠载入史册。

伟大的科学家——牛顿

喜爱阅读的少年

1643年,英格兰林肯郡的小镇乌尔斯普,一个普通的自耕农家庭中诞生了一个早产的男婴。这个男婴身体孱弱,体重只有3磅,人们担心这个小家伙可能活不长。可是,就是这个刚刚出生便生命危在旦夕的婴儿身上却发生了奇迹,在后天的不断调养和锻炼下,他不仅维持住了性命,而且身体很强壮,竟然活到了85岁高龄(1643~1727)。而这个男婴在世界科学史上所做出的贡献,犹如他的生命一样也创造了奇迹。这个人便是震古烁今的科学伟人——艾萨克·牛顿。

牛顿出生前的两个月,父亲就离开了人世。几年后,母亲改嫁,将牛顿寄养在外祖母身边。正是因为这样的早年经历,牛顿养成了沉默寡言、倔强执着的性格。面对牛顿日后的种种科学成就,人们往往会觉得他年幼时一定是个神童、天才。可是,事实恰恰相反,少年时的牛顿资质平平,学习成绩一般。但是,他的兴趣帮助了他,他对阅读有着浓厚的兴趣。最初,他喜欢看一些有关简单机械模型制作方 法的书籍,然后自己领会其中的机械原理,动手做出很多有趣的小玩具,如小水钟、风车等。12岁时,牛顿就读于格兰瑟姆中学。虽然成绩依旧平平,但是他的阅读范围愈加广泛且深入,他认真阅读几何学、哥白尼的日心说等,并分门别类地做读书笔记。他常常陷入沉思当中,然后做各种别出心裁的小实验、小发明。也正因为如此,牛顿的老师认为他学习态度不认真,影响了学习成绩,将他的小发明模型打得粉碎。这个小小的挫折激励了牛顿的斗志,由此,他开始发奋苦读。进步之快,令老师和同学们瞠目结舌。

也正是在这段时间,牛顿有过一段珍贵美好的感情。在这所中学就读时,牛顿寄宿在药剂师克拉克的家里。在这里,他不仅受到化学实验的熏陶,同时也与药剂师的女儿斯托雷小姐建立了深厚的感情。他们志趣相投,在一起度过了一段浪漫美好的时光。牛顿被斯托雷小姐深深吸引,但是后来因为种种原因,他们没有结合在一起。这并没有改变牛顿对斯托雷小姐的一往情深,不管日后的她在婚姻与生活上有怎样的际遇,牛顿仍旧对她予以各方面的帮助,而且自己终生未娶。

反射望远镜

牛顿当年就是利用这架望远镜,取得了天文学研究上的一系列成果。

求知之路

牛顿的求学生涯并不是一帆风顺的。牛顿的母亲在第二任丈夫去世后,带着与第二任丈夫的三个孩子回到牛顿身边。迫于生活的压力,牛顿的母亲决定让牛顿休学在家,以便协助她供养家庭。但是,牛顿常常埋头读书,忘了身边的事情。一次,牛顿躲过自己的活计,刻苦钻研一个数学问题时,被做神父的舅舅发现。牛顿小小年纪便具有这般求知若渴的精神深深地打动了舅舅。于是,在舅舅的努力劝说下,牛顿的母亲同意了牛顿复学,牛顿得到继续学习深造的机会,学业有了很大的进步。

1661年,19岁的牛顿迈入了大学殿堂,就读于有着浓郁学术氛围并可以呼吸到自由空气的剑桥大学三一学院。当时的剑桥大学受社会环境的影响,在教育方面仍旧以中世纪的经院哲学为主。直到有着丰富阅历,游历过欧洲大陆的学者巴罗的到来,他为剑桥大学带来了自然科学的清新空气。巴罗教授所担任的讲座中,渗透着科学的思想,并传播着他所钻研过欧洲大陆的各种科学理论和研究方法。这大大开阔了剑桥大学的学生的视 野,这其中的受益者当然也有牛顿。牛顿面对这广阔的科学领域,如醉如痴。牛顿的天赋和努力吸引了巴罗教授的目光,牛顿的才华和对科学的痴迷精神令他大加赞赏,他毫不保留地将自己的数学知识传授给牛顿,并带领牛顿走向近代自然科学的研究领域。此外,牛顿对开普勒、笛卡尔、伽利略、胡克、欧几里得等人的科学著作都进行了深入的研究和学习。1664年,牛顿被巴罗选为自己的助手并获得了奖学金。1665年,牛顿获得了剑桥大学的学士学位。

可是,就在这时,瘟疫席卷了伦敦市区。为了学生们的生命安全,剑桥大学不得不停止授课,遣散学生。1665年的夏天,牛顿回到了自己的家乡。恐怖的气氛并没有影响到牛顿的心情,回到家乡后的两年里,安静的环境为牛顿专心致志地思考与研究科学问题提供了良好的条件。牛顿秉持着在剑桥所培养的自然科学和数学钻研精神,开始了进一步的跨越前人的思考。1665年,23岁的牛顿发现了数学中著名的“二项式定理”,建立了微分学,而后又建立了积分学。1666年,牛顿研究光学,用三棱镜研究颜色理论,成为第一个发现太阳光谱的人。他还对重力问题进行研究,并想把重力理论推广到月球的运行轨道上去,从开普勒定律中他推导出使行星保持在它们轨道上的力与它们到旋转中心的距离平方成反比。此外,牛顿看到苹果落地而联想到的地球引力的故事,也是发生在这一时期。

辉煌的科学硕果

1667年年初,疫情渐渐得到控制。牛顿也接到了剑桥大学开学的通知。他告别了家乡、亲人和这段充实安静的岁月,重返剑桥。回到剑桥后,牛顿暂时未公开自己的科研成果,但是他刻苦的科研精神和显露出的科研才能已经引起了校方的高度重视。1669年,牛顿被授予剑桥大学的教授职务,并接替巴罗教授担任了鲁卡斯讲座的第二代教授。此时的牛顿,年仅27岁。

牛顿重返剑桥之后,第一个研究成果是反射式望远镜,这个望远镜长约152厘米,却可以将目标放大40倍,没有色差,比折射式望远镜更加清晰,能够观测到木星以及四个卫星、金星和月球表面的山谷。牛顿激动地将这一发明告诉了他的导师巴罗教授,得到了巴罗教授的大加赞赏。一次,已经辞去教授职位,并担任皇家教堂祭司的巴罗教授,将牛顿的这一发明告诉了前来拜访的同样是皇家学会重要成员的国王查理二世,查理二世对这架望远镜表现出了浓厚的兴趣,这件事同时也吸引了整个皇家学会的重视。1672年1月,牛顿的这架反射式望远镜通过了皇家学会主席的考察,皇家学会吸收牛顿为会员,当时牛顿不满30岁。

作为对皇家学会的回报,1672年2月,牛顿将他几年来对光学的研究成果撰写成题为《关于光与颜色的理论》的论文递交给皇家学会,其中有他的另一项光学 发现——光的颜色理论。这再一次引起了科学界的广泛关注,此后对光的本性的论证长达数年之久,最终以牛顿粒子说的胜利而告一段落。这也给牛顿在学术界带来了极高的声望。此外,牛顿还出版了《自然科学的数学原理》一书。此书籍堪称巨著,奠定了经典力学的基础,并完成了力学革命,同时确立了牛顿在科学史上举足轻重的地位。1703年,牛顿被选为皇家学会主席。

除了对科学领域的钻研,牛顿还担任了社会职务,涉足政界。鉴于英国当时币制混乱的局面,牛顿受英国财政部的聘请,出任“皇家造币厂监督”这一要职,运用他长期以来对炼金术的研究,在短短3年间就完成了全国货币的更新。此外,牛顿还两次当选为议会议员。1705年安妮女王亲自授予牛顿爵士头衔,使他成为英国历史上第一位被封爵的学者。此时,牛顿的声望遍及全国。

晚年的牛顿,开始笃信宗教神学,他把上帝看成是宇宙万物第一推动力的来源。1727年3月20日,这位85岁高龄的科学巨匠走完了他的一生。英国政府为其举办了隆重的国葬,将他安葬在伦敦威斯敏斯特教堂。

威斯敏斯特教堂中的牛顿墓

威斯敏斯特教堂是英国历代国王加冕登基、举行婚礼庆典的地方,也是英国王室的陵墓所在地。大科学家牛顿也安葬在这里。 s9xL1BbNaFRf3TSGsrOiIBRo8mYfMzw9G49xfGJNNG/IFSAQTF8sbfgb/86pHBZ+

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