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牛顿差一点儿就没能成为科学家，至少不会成为一个受过大学教育的科学家和皇家学会的会员。他于1642《辞海》，牛顿生于1643年——编注年的圣诞日生于林肯郡格兰瑟姆附近的伍尔西索普。他是一个早产儿，非常小，体弱多病，人们认为他可能活不下来，他的确差点儿没活过一星期。他的父亲，也叫艾萨克，在牛顿出生前就死了，但这被证明对牛顿的未来似乎是有好处的。牛顿出生后三年，母亲再嫁，住到了邻村北威特姆，艾萨克和他的外祖父母生活在一起。在艾萨克以前，牛顿家没有人受过教育，如果他父亲，一个连自己名字都不会写的农民还活着的话，他也极不可能例外。但他母亲的家庭——艾斯库家，比牛顿家的社会地位要高一些。牛顿的外祖父吉姆斯·艾斯库是一位绅士，牛顿的母亲汉娜有一个叫威廉的兄弟，是剑桥三一学院的毕业生，他是附近一个教区的神职人员。
牛顿童年十分孤独，他继父从不带他去自己家，但牛顿进入了本地学校，接受了启蒙教育，见识了另外一种生活方式，较之于做农民，艾萨克·牛顿的儿子要高尚得多。当他继父1653年死后，小艾萨克的母亲回到伍尔西索普，牛顿也回到母亲身边。团聚的快乐是有限的，毕竟他现在有一个弟弟和两个妹妹来分享母亲的感情，只过了两年，当他12岁时，牛顿被送到格兰瑟姆的中学，他寄宿在一位叫克拉克的药剂师的家里。
孤独和与母亲不断的分离，加上他根本没有见过父亲，这些必然对牛顿不幸的人格是有影响的，牛顿神神秘秘，坏脾气，疑神疑鬼，并且经常卷入优先权和抄袭指控等学术争吵之中。虽然牛顿在学校的成绩很好，很聪明（也很怪），但他仍要克服一个困难才能坚定地走上通向神秘科学殿堂的路。17岁时，母亲把他接回家，让他学习着照顾农场，希望将来替她照顾农场。牛顿在这项工作中毫无指望，正当汉娜对培养儿子成为农夫感到绝望的时候，她兄弟威廉劝她让牛顿回到学校，准备上大学。格兰瑟姆学校的校长也劝她这样做，并同意让牛顿回来后住到自己家里并减少学费。1660年，汉娜让步了，同意艾萨克回格兰瑟姆继续学习，也就是在这一年，查理二世在长达11年的议会制时代后重新登上王位。一年后的六月里，牛顿向剑桥进发，现在他已经不会再回头了。
在17世纪60年代，剑桥的官方课程仍然是基于古希腊哲学家，特别是亚里士多德的思想。牛顿对规定的课程看来颇为勤奋，于1665年获得学位。但他也阅读了当代思想家，如开普勒、伽利略和笛卡儿等人的著作，用16世纪中期的新科学来教导自己。1665年伦敦暴发瘟疫，剑桥大学也关闭了，牛顿回到了林肯郡的家乡，在那里待了两年，发展了自己对世界如何运作的见解。正是在这两年中，他发明了微积分，发展了自己的引力理论以及光与颜色的理论。但是所有这些在很长的时间里都没有公布，对牛顿来说为了自己满意而解决问题就足够了，每次同事们知道他的某项成果后，都要费很大的力气才能说服他将其发表，让人们都能看到他的成果。
到17世纪60年代，关于光有两个相互争议的理论。其中之一，受法国物理学家皮埃尔·伽桑狄（1592—1655年）的支持，认为光是一束粒子，以无法想象的高速运动。另一个由笛卡儿提出，认为光并非什么从一处运动到另一处的物理实体，宇宙中充满了某种物质（称为“空间充满物”），这种物质对眼睛产生压力。这种压力或“运动的趋势”是产生视觉的原因。像太阳这样的明亮物体，其作用是向外推。这种推力是即时传送的，能使观察明亮物体的眼睛感受到光。
两种观点都有问题。如果光是一束微粒，那么当两个人面对面站在一起，互相对视对方眼睛时会发生什么呢？如果视觉是由“空间充满物”对眼睛的压力导致的，那么正如牛顿在他的笔记中所指出的，一个在夜间奔跑的人能够看到东西，因为他的运动会使“空间充满物”挤压他的眼睛。
牛顿倾向于光是由粒子（或微粒）构成的观点。这必然与他用自己的动力学定律能够成功解释粒子运动有关。他认为无论是行星绕太阳的运动、炮弹的运动，还是光中粒子的运动，根本规律都是一致的。从某种意义上讲，他正试图建立一种物理学的统一理论，超前了时代300年。但是，在1661年牛顿去剑桥时，笛卡儿的理论开始显得更有前途。
在他的原创形式中，笛卡儿设想有一种稳定的压力作用在眼睛上。将这一假设稍微复杂化一点，新理论涉及从明亮物体发出的一种脉冲压力，这种脉冲压力会导致波——它并不像池塘中振荡的水波，而像用手拍击池塘水面所产生的压力在水中传播时的那种波。像我们现在所知道的那样，声音就是以这种压力波的形式传播。在17世纪60年代早期，至少有两个人开始沿这个方向前进，走向一个全面成熟的波动理论，一个是英国的罗伯特·胡克，另一个是荷兰的克雷斯蒂安·惠更斯。胡克将在后文中出现，惠更斯作为那个时代仅次于牛顿的大科学家，在这里需要更多的笔墨。当然这里并非指成就，毕竟，牛顿至今仍被认为是所有科学家中最伟大的。