牛顿
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牛顿
牛顿（
Isaac Newton
，<
/p>
1643
～
1727
）伟大的物理学家、
天文学家和数学家，经典力学体系的奠基人。
< br>
牛顿
1643
年
1
月
4
日（儒略历
1642
年
12
月
25
日）诞生于
英格兰东部小镇乌尔斯索普
一个自耕农家庭。出生前八九个
月父死于肺炎。自小瘦弱，孤僻而倔强。
3
岁时母亲改嫁，
由外祖母抚养。
11
岁时继父去世，
母亲又带
3<
/p>
个弟妹回家务
农。在不幸的家庭生活中，牛顿小学时成绩较差，“
除设计
机械外没显出才华”。
牛顿自
小热爱自然，
喜欢动脑动手。
8
岁时积
攒零钱买了锤、
锯来做手工，他特别喜欢刻制日晷，利用圆盘上小棍的投影
显示时刻。
传说他家里墙角、
窗台上到处都有他刻划
的日晷，
他还做了一个日晷放在村中央，被人称为“牛顿钟”，一直
用到牛顿死后好几年。他还做过带踏板的自行车；用小木桶
做过滴漏水钟；放过自做
的带小灯笼的风筝（人们以为是彗
星出现）
；用小老鼠当动力做
了一架磨坊的模型，等等。他
观察自然最生动的例子是
15
岁时做的第一次实验：为了计
算风力和风速，他选择狂风时做顺风跳
跃和逆风跳跃，再量
出两次跳跃的距离差。牛顿在格兰瑟姆中学读书时，曾寄住
在格兰瑟姆镇克拉克药店，这里更培养了他的科学实验习
惯，因为当时的
药店就是一所化学实验室。牛顿在自己的笔
记中，将自然现象分类整理，包括颜色调配、
时钟、天文、
第
1
页
几何问题等等。这些灵活的学习方
法，都为他后来的创造打
下了良好基础。
牛顿曾因家贫停学务农，在这段时间里，他利用一切时间自
学。放羊、购物、农闲时
，他都手不释卷，甚至羊吃了别人
庄稼，他也不知道。他舅父是一个神父，有一次发现牛
顿看
的是数学，
便支持他继续上学。
1
661
年
6
月考入剑桥大学三
一学院。作为领取补助金的“减费生”，他必须担负侍候某
些富家子弟的
任务。
三一学院的巴罗
（
Isaac
Barrow
，
1630
～
1677
）教授是当时改革教育方式主持自然科学
新讲座（卢卡
斯讲座）的第一任教授，被称为“欧洲最优秀的学者”，对
牛顿特别垂青，
引导他读了许多前人的优秀著作。
16
64
年牛
顿经考试被选为巴罗的助手，
1665
年大学毕业。
在
1665
～
1666
年，
伦敦流行鼠疫的两年间，牛顿回到家乡。
这两年牛顿才华横溢，
作出了多项发明。
1667
年重返剑桥大
学，
1668
年
7
< br>月获硕士学位。
1669
年巴罗推荐
26
岁的牛顿
继任卢卡斯讲座教授，
1672
年成为皇家学会会员，
1703
年
成为皇家学会终身会长。
1699
年就任造币局局长，
1701
年
他辞
去剑桥大学工作，
因改革币制有功，
1705
< br>年被封为爵士。
1727
年牛顿逝世于肯辛顿，遗体葬于
威斯敏斯特教堂。
牛顿的伟大成就与他的刻苦和勤奋是分不开
的。
他的助手
H.
牛顿说过，
“他很少在两、
三点前睡觉，
有时一直工作到五
、
六点。春天和秋天经常五、六个星期住在实验室，直到完成
第
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页
实
验。”他有一种长期坚持不懈集中精力透彻解决某一问题
的习惯。他回答人们关于他洞察
事物有何诀窍时说：“不断
地沉思”。这正是他的主要特点。对此有许多故事流传：他<
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年幼时，曾一面牵牛上山，一面看书，到家后才发觉手里只
有一根
绳；看书时定时煮鸡蛋结果将表和鸡蛋一齐煮在锅
里；有一次，他请朋友到家中吃饭，自
己却在实验室废寝忘
食地工作，再三催促仍不出来，当朋友把一只鸡吃完，留下
一堆骨头在盘中走了以后，牛顿才想起这事，可他看到盘中
的骨头后又恍
然大悟地说：“我还以为没有吃饭，原来我早
已吃过了”。
<
/p>
牛顿的成就，恩格斯在《英国状况十八世纪》中概括得最为
完整：
“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文
学，由于进行了光的分解而创立了科
学的光学，由于创立了
二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力
的本性而创立了科学的力学”。
（牛顿在建立万有引力定律
及经典力学方面的成就详见本手册相关条目）
，这里着重从
数学、光学、哲学（方法论）等方面的成就作一些介绍。
（
1
）牛顿的数学成就
17
世纪以来，
原有的几何和代数已难以解决当
时生产和自然
科学所提出的许多新问题，例如：如何求出物体的瞬时速度
与加速度？如何求曲线的切线及曲线长度（行星路程）
、矢
径扫过的面积、极大极小值（如近日点、远日点、最大射程
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等）
、体积、重心、引力等等；尽管牛顿以前已有对数、解
析几何、无穷级数等成就，但
还不能圆满或普遍地解决这些
问题。当时笛卡儿的《几何学》和瓦里斯的《无穷算术》对
牛顿的影响最大。牛顿将古希腊以来求解无穷小问题的种种
特殊
方法统一为两类算法：
正流数术
（微分）
和反流数术
（积
分）
，
反映在
1669
年的
《运用
无限多项方程》
、
1671
年的
《流
数术与无穷级数》
、
1676
年的
《曲线求积术》
三篇
论文和
《原
理》一书中，以及被保存下来的
1666
年
10
月他写的在朋友<
/p>
们中间传阅的一篇手稿《论流数》中。所谓“流量”就是随
时间而
变化的自变量如
x
、
y
、
s
、
u
等，“流数”就是流量
的改变速度即变化率，写作等。他说的“差率”“变率”就<
/p>
是微分。与此同时，他还在
1676
年首
次公布了他发明的二
项式展开定理。牛顿利甩它还发现了其他无穷级数，并用来
计算面积、积分、解方程等等。
1684
年莱布
尼兹从对曲线的
切线研究中引入了和拉长的
S
< br>作为微积分符号，从此牛顿创
立的微积分学在大陆各国迅速推广。
微积分的出现，成了数学发展中除几何与代数以外的另一重
< br>要分支──数学分析（牛顿称之为“借助于无限多项方程的
分析”）
，并进一步进进发展为微分几何、微分方程、变分
法等等，这些又反过来促进
了理论物理学的发展。例如瑞士
J.
伯努利曾征求最速降落曲线
的解答，这是变分法的最初始
问题，半年内全欧数学家无人能解答。
1697
年，一天牛顿偶
第
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页
然听说此事，
当天晚上一举解出，
并匿名刊登在
《哲学学报》
上。伯努利惊异地说：“从这锋利的爪中我认出了雄狮”。
（
2
）牛顿在光学上的成就
牛顿的《光学》是他的另一本科学经典著作（
1704
年）
。该
书用标副标题是“关于光的反射、折射
、拐折和颜色的论
文”，集中反映了他的光学成就。
第一篇是几何光学和颜色理论（棱镜光谱实验）
。从
1663
年
起，他开始磨制透镜和自制望远镜。在他送交皇
家学会的信
中报告说：“我在
1666
年初做了一个三角形的玻璃棱镜，
以便试验那著名的颜色现象。为此，我弄暗我的房间…
…”
接着详细叙述了他开小孔、引阳光进行的棱镜色散实验。关
于光的颜色理论从亚里士多德到笛卡儿都认为白光纯洁均
匀，乃是光的本色。“色光乃是
白光的变种。牛顿细致地注
意到阳光不是像过去人们所说的五色而是在红、
黄、
绿、
蓝、
紫色之间还有
橙、靛青等中间色共七色。奇怪的还有棱镜分
光后形成的不是圆形而是长条椭圆形，接着
他又试验“玻璃
的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“将棱镜放在外
边”再通过孔、“玻璃的不平或偶然不规则”等的影响；用
两个棱镜正倒放置
以“消除第一棱镜的效应”；取“来自太
阳不同部分的光线，看其不同的入射方向会产生
什么样的影
响”；并“计算各色光线的折射率”，“观察光线经棱镜后
< br>会不会沿曲线运动”；最后才做了“判决性试验”：在棱镜
第
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