牛頓是英國(guó)著名的物理學(xué)家,百科全書式的“全才”。牛頓是科學(xué)史上的一位偉人,一生科學(xué)貢獻(xiàn)卓越, 他是近代科學(xué)的鼻祖, 他開(kāi)拓了向科學(xué)進(jìn)軍的新紀(jì)元。

從小我們便對(duì)“一個(gè)蘋果砸在牛頓腦袋上”而引起他力學(xué)思考的軼事耳熟能詳。事實(shí)上,他在物理,數(shù)學(xué),天文學(xué)和化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域都做出了卓越貢獻(xiàn),幫助引領(lǐng)了科學(xué)革命。雖然蘋果落在他腦袋上很可能是假的,但他的貢獻(xiàn)確確實(shí)實(shí)改變了我們看待和理解我們周圍世界的方式,產(chǎn)生了極大影響。
在《影響人類歷史進(jìn)程的100名人排行榜》中,艾薩克·牛頓名列第2位,僅次于穆罕默德。書中指出:在牛頓誕生后的數(shù)百年里,人們的生活方式發(fā)現(xiàn)了翻天覆地的變化,而這些變化大都是基于牛頓的理論和發(fā)現(xiàn)。牛頓的一生是天才的一生,戰(zhàn)斗的一生,也是孤獨(dú)的一生。一輩子沒(méi)有朋友,也沒(méi)有結(jié)過(guò)婚。
1642年,牛頓出生于農(nóng)民家庭,在他出生前三個(gè)月,父親就病逝了,牛頓是早產(chǎn)兒,眼看就要死了。母親名叫哈拿,她在絕望中想起圣經(jīng)上也有位名叫哈拿的女子,曾在困苦中向神禱告:“萬(wàn)軍之耶和華阿,你若垂顧婢女的苦情,眷念不忘婢女,賜我一個(gè)兒子,我必使他終身歸與耶和華,不用剃頭刀剃他的頭?!?/p>
后來(lái)圣經(jīng)里的哈拿女子就生了撒母耳。牛頓的母親便發(fā)出了同樣的禱告,神讓牛頓活下來(lái)了。而之后,牛頓終身未婚,成全了母親“終身歸與耶和華”的禱告,用畢生精力向世人見(jiàn)證神的大能。
1661年6月3日,他進(jìn)入了劍橋大學(xué)的三一學(xué)院。 在那時(shí),該學(xué)院的教學(xué)基于亞里士多德的學(xué)說(shuō),但牛頓更喜歡閱讀一些笛卡爾等現(xiàn)代哲學(xué)家以及伽利略、哥白尼和開(kāi)普勒等天文學(xué)家更先進(jìn)的思想。1665年,大學(xué)為了預(yù)防倫敦大瘟疫而關(guān)閉了。在這兩年多無(wú)課可上的日子里,牛頓習(xí)慣于在花園里長(zhǎng)時(shí)間地禱告和默想,習(xí)慣于在信仰中思索科學(xué),在科學(xué)中深思信仰。
據(jù)他的好友斯蒂克利說(shuō),他確實(shí)是由于花園里一個(gè)掉落的蘋果想到了萬(wàn)有引力,并引發(fā)了一系列永遠(yuǎn)改變科學(xué)界的事件,以致于蘋果后來(lái)成了萬(wàn)有引力的標(biāo)志。但是,蘋果,以及其它任何的水果,都不能保證他一定發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力,真正導(dǎo)致他有此偉大的發(fā)現(xiàn),是他的信念,以及他在花園里禱告和默想的習(xí)慣。
牛頓是怎樣改變現(xiàn)代世界的?
他的運(yùn)動(dòng)定律為經(jīng)典力學(xué)奠定了基礎(chǔ)
一個(gè)東西在靜止或運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,除非有外力作用其上,不然的話它會(huì)始終保持靜止或運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這項(xiàng)法則,他幫助我們解釋為什么汽車在撞到墻壁時(shí)會(huì)停下來(lái),但車內(nèi)的人體將繼續(xù)以相同的恒定速度移動(dòng),直到車身撞擊外力,如儀表板或安全氣囊。力等于質(zhì)量乘以加速度,或者表述為F=ma。這就很好地解釋了為什么需要更大的力來(lái)移動(dòng)或改變較大或較重的物體,紅綠燈路口,摩托車啟動(dòng)甚至比轎車更快,以及為什么用棒球棒擊打小物體會(huì)比用相同的球棒撞擊大物體產(chǎn)生更大的傷害等現(xiàn)象。
第三定律是對(duì)我們周圍的世界具有簡(jiǎn)單的對(duì)稱性地一個(gè)創(chuàng)造性理解:對(duì)于每一個(gè)動(dòng)作,都有一個(gè)平等而相反的反應(yīng)。這在生活中是非常常見(jiàn)的。當(dāng)你坐在椅子上時(shí),你正在向椅子施加力量,但椅子正在施加相同的力量讓你保持直立。當(dāng)火箭發(fā)射到太空時(shí),這要?dú)w功于火箭對(duì)氣體的向后的力以及氣體對(duì)火箭的向前的推力。
同樣是在該書中,他提出了萬(wàn)有引力的想法。根據(jù)廣為流傳的說(shuō)法,這與他家果園一個(gè)有靈性的蘋果有關(guān)。雖然這個(gè)故事是否屬實(shí)已經(jīng)無(wú)從考證,但這仍然不失為一個(gè)用來(lái)解釋引力背后科學(xué)的有趣故事。牛頓通過(guò)計(jì)算得出,如果重力能將蘋果從樹(shù)上拉下來(lái),那么重力也可能會(huì)在很遠(yuǎn)的距離上對(duì)物體施加拉力。
牛頓的理論有助于證明所有物體,無(wú)論是像蘋果一樣小,還是像行星一樣大,都受到引力的影響。正是由于萬(wàn)有引力的存在,行星才會(huì)保持圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),河流和潮汐的起伏的產(chǎn)生也歸因于此。這一定律還指出,較大質(zhì)量較大的物體會(huì)產(chǎn)生更大的引力,這就是為什么在較小的星球上行走時(shí),人會(huì)感受到失重感。
他推動(dòng)了微積分的發(fā)展
為了幫助更好地解釋他的引力和運(yùn)動(dòng)理論,牛頓在前人的研究基礎(chǔ)上,創(chuàng)造了一種新的,抽象的,專業(yè)化的數(shù)學(xué)形式。這種形式最初被稱為“流數(shù)”,也就是現(xiàn)在的微積分,它以現(xiàn)有代數(shù)和幾何不能做到的方式描繪了物體連續(xù)變化的自然狀態(tài)。在他的研究之后,微積分逐漸被人們接受、重視起來(lái),不僅僅在運(yùn)動(dòng)方面,在數(shù)學(xué)、工程等各領(lǐng)域都有重要作用,奠定了它的歷史地位。
他創(chuàng)造了現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡
在牛頓之前,已經(jīng)有標(biāo)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡了,它提供放大倍率但有很大缺點(diǎn)。這種儀器使用的玻璃鏡片在不同的角度會(huì)改變不同顏色的方向。這導(dǎo)致通過(guò)這種鏡頭觀察物體會(huì)存在“色差”,而且在周圍產(chǎn)生模糊的離焦區(qū)域。牛頓不斷研磨自己的鏡片,經(jīng)過(guò)大量的改進(jìn)和測(cè)試,終于找到了解決方案。他用鏡像鏡頭取代了原來(lái)的鏡頭,他發(fā)明的新望遠(yuǎn)鏡包括一個(gè)用于顯示主要圖像的大型凹面鏡,以及一個(gè)用于向眼睛反射該圖像的較小的平面鏡。他在1668年建造的第一個(gè)模型只有6英寸長(zhǎng),但可以將物體放大40倍。后來(lái)他把這個(gè)模型捐贈(zèng)給了英格蘭皇家學(xué)會(huì)。
他幫助提出光譜分析法
在他之前,科學(xué)家們主要堅(jiān)持古代的色彩理論,認(rèn)為所有的顏色都來(lái)自輕盈和黑暗。但是牛頓不這么認(rèn)為。他進(jìn)行了一系列看似無(wú)窮無(wú)盡的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明他的理論:在他昏暗的房間里工作時(shí),白光穿過(guò)墻上的水晶棱鏡,將其分成我們現(xiàn)在知道的七種顏色。科學(xué)家已經(jīng)知道許多這些顏色存在,但他們相信棱鏡本身將白光轉(zhuǎn)化為這些顏色。但是,當(dāng)牛頓將這些相同的顏色射回另一個(gè)棱鏡時(shí),它們形成白光,證明白光實(shí)際上是彩虹所有顏色的組合?,F(xiàn)如今我們?cè)谟旰筇烨绲臅r(shí)候看到彩虹想到其成因,或許還要感慨、感謝一下牛頓的貢獻(xiàn)呢。

無(wú)論初中高中還是大學(xué)階段,無(wú)論在課堂上還是考試中,你我可能都感受過(guò)被微積分、運(yùn)動(dòng)定律支配的恐懼。他在光學(xué)、天文學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域同樣有所建樹(shù)。不可否認(rèn)的是,經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)的時(shí)間和實(shí)踐證明,牛頓的創(chuàng)造為大家的研究、計(jì)算提供了很好的方法、思路和工具,讓數(shù)學(xué)家、科學(xué)家、工程師們大大提高了工作效率和深度,這些無(wú)疑是無(wú)價(jià)之寶。這位17世紀(jì)的百科全書式奇才至今依然深深影響著現(xiàn)代世界。
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