宇宙的探索者

  牛頓

  牛頓（1642—1707），英國物理學家、數學家和天文學家，提出萬有引力定律、力學三大定律、白光由色光組成的理論並開創微積分學，著有《自然科學的數學原理》《光學》等。

  1642年聖誕節一大早，英國林肯郡的一家石頭農舍里誕生了一個早產的、虛弱得可憐的男嬰。分娩時，兩個接生婆悲哀地預言，這個孱弱的嬰兒將活不過這一天。結果這嬰兒活到八十四歲，而歷史證明，早年那顆不得不用特製皮衣領支撐住的「可憐、虛弱的小腦袋」，竟然擁有世上所知的最好的頭腦之一。被封為爵士、種種榮譽加身的這顆腦袋的主人後來發了一筆大財。他的名字是，艾薩克·牛頓。

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  這個身體虛弱的小孩的家世里，並沒有誕生天才的任何跡象。他父親一事無成，在牛頓誕生前幾周就去世了，年僅三十七歲。他母親跟伍爾斯索普村子的鄰居們，也沒有任何不同之處。後來，遺傳學家枉費心機地試圖追溯艾薩克·牛頓三代以外的祖先，也並未找出他天賦的線索。

  他的天賦是緩慢出現的。作為學童，牛頓常常是班級最後一名或接近最後一名——直到一次打架戰勝了比他高大的男孩那一天。這男孩學業成績比他強些，牛頓決定打贏這男孩，以證明自己更優秀。注意到他越來越用功，他的一位舅舅建議他必須接受高等教育，並在他十八歲時，讓年輕的艾薩克進入劍橋大學三一學院念書。

  牛頓從劍橋畢業的那一年，一場大瘟疫[318]爆發。這對他一生的成就具有重要影響。在恐怖的三個月間，倫敦十分之一的人口死亡。劍橋大學關門，二十三歲的牛頓回到伍爾斯索普「冥想」。在母親農場十八個月的這些冥想，為他今後的所有成就打下了基礎。孩提時代，牛頓一直被認為是個「心不在焉的人」。這種「心不在焉」的真實性格，在他被強制待在鄉下期間變得很明顯。顯然，這個年輕人具有近乎驚人的注意力。他可以使用這種注意力，連續數小時對付最複雜的問題。與此聯繫在一起的，是另一個偉大的天賦——毫不費勁地深入到問題中心的一種直覺。

  從最久遠的時代，聰明人就已相信，太陽、恆星和行星具有與我們地球很不相同的超凡特性。不這樣認為是很難想像的——直到牛頓出現。伏爾泰[319]後來斷言，很可能見到蘋果的掉落，使牛頓自問吸引蘋果落地的力量，難道不是使月球保持在軌道上的那種力量嗎？對牛頓來說，這種想法似乎比笛卡爾[320]的已被接受的理論更可靠。笛卡爾的理論認為：月球和行星是由渦旋繞著它們的軌道運行。這種渦旋是在被稱為「以太」的一種看不見的、察覺不到的、又無法證明的物質里。牛頓不斷地對這個問題進行研究，雖然他的成果直到二十年後才發表，但他到二十四歲時，已經發現運動定律和萬有引力定律。他還發明了一個新的數學體系來證明他的理論：微積分。

  在這十八個月期間，牛頓開始從事令人驚奇的各種其他研究：他發現了潮汐的規律；通過用花幾便士從鄉村定期集市上買來的三稜鏡，進行了一系列出色的實驗；他證明白光是由光譜中的所有顏色組成的，而每一種顏色通過一個三稜鏡時，以自己特有的程度彎曲；他磨出透鏡和反射鏡，製造了一種新的望遠鏡。他年邁時，人們讚揚他對人類了解宇宙做出重大貢獻。他說道：「我沒有什麼特殊的洞察力——只有耐心思考的能力。」他說，他的發現，是「靠把一個問題不斷地放在我面前，直到第一縷曙光一點點地打開，進入天亮」。

  牛頓對當時在伍爾斯索普的發現三緘其口。這一不宣布自己意圖的習慣，將在後來使他捲入令人氣憤的爭論。1667年，他作為三一學院的研究員回到劍橋。數學教授艾薩克·巴羅認為，他是「一個具有特殊能力和卓越技巧的人」。巴羅1669年辭去教授職位時，安排當時二十六歲的牛頓接替自己。這個職務牛頓日後擔任了三十二年。擔任這個職務不久，英國皇家學會看到牛頓的新的反射望遠鏡，立即選他為皇家學會會員。對皇家學會的熱心感到詫異，牛頓便遞送了一份自己用光做實驗並獲得發明的陳述。

  這份文件觸發了一場風暴——不是因為實驗不精確，也不是從中得出的結論值得懷疑，而是他的研究結果與當時持有的理論不一致，因此激起了種種抗議的聲浪，以致牛頓最後厭惡地大聲說道：「我看出一個人必須要麼什麼新東西都不發表，要麼就成為捍衛它的奴隸。」從那以後，他比以前更不願意公開他的研究結果了。

  牛頓在還是大學本科生時就開始研究微積分，但除了巴羅教授外，他沒有對任何人描述過自己的方法。若干年後，德國偉大的數學家萊布尼茲[321]提出差不多同樣的體系。萊布尼茲起初承認他和牛頓同時研究一個相似的體系。但當爭議發酵時，萊布尼茲的支持者們說，牛頓是採用萊布尼茲的。

  為證明這一點，一位著名的瑞士數學家瓊·伯努利[322]公布了兩道題，挑戰任何人一年之內解答它們。萊布尼茲解答出一題，在這一年快結束時他正在解另一道。當牛頓聽人說起這兩道題時，他不到二十四小時便都解出來了。他將答案寄給皇家學會。皇家學會不披露作者姓名將答案發表時，伯努利看到了，悔恨地評論道：「聽其言而知其人。」這次測驗毫無疑問地證明，牛頓確實發明了微積分，否則，他無法解答出這兩個問題。

  牛頓最偉大的著作《自然科學的數學原理》能夠出版，主要是由於機緣。後來成為格林威治天文台台長的年輕聰明的埃德蒙·哈雷[323]，試圖計算行星的運行軌道受阻。他前去找牛頓幫忙，驚奇地獲悉牛頓已經計算出來了。但是搜尋了一番亂糟糟的抽屜，無法馬上找到計算的結果——於是艾薩克·牛頓迅速地重新計算了一遍。

  與此同時，哈雷意識到，牛頓那些被粗心大意地塞進書桌的文件格里、從未發表的研究成果具有很大價值，於是提出由他自己掏錢出版。牛頓同意。於是，《原理》[324]誕生了，它被讚頌為曾經出版過的最偉大的科學書籍。直到我們自己的時代，當艾伯特·愛因斯坦出版了他的相對論，這才有了一部像《原理》這樣對人類思想發展具有重大影響的科學專著。牛頓闡明了宇宙的結構；愛因斯坦揭開了原子的秘密，證明能量和物質的身份。

  在《原理》中，牛頓提煉和闡明他對行星以及它們的衛星的運動所發現的一切。在準備出版這本書的數月間，他常常一動不動地坐數小時，然後衝到書桌狂寫數小時，甚至顧不上拉一張椅子坐下。他的秘書匯報說，他很少夜裡兩點之前睡覺——有時直到早晨五六點才上床，還常常忘記吃飯。他給書加了一個副標題：「世界體系結構。」即使數學家們也都發現這書很難讀，不僅因為論述的問題複雜，而且因為牛頓有意使它難懂——以免他受到「數學上一知半解者們」的打擾。《原理》用當時通用的科學語言拉丁文寫作，在很大程度上由數學公式和方程式組成。兩世紀以來，它一直是世界科學思想的主要指南。

  先前所有的思想家都認為，需要某種不斷的力量，來使行星在它們的軌道上繼續運轉。在《原理》中，牛頓卻認為，一個運動的物體，除非運用某種力量制止，否則它將永遠以直線運行。行星以環形的路線運行，因為太陽的萬有引力正好等於行星穿過太空運動的離心力。由於太空中沒有摩擦力，因此不需要另外的力量來使它們永遠以不變的速度環行。

  牛頓闡釋和探索他的萬有引力定律：宇宙的每個粒子都對其他每個粒子具有地心引力。這種引力與粒子的質量的乘積成比例，而與粒子的距離的平方成反比。他說明如何確定太陽和行星的質量；他確立計算彗星軌道的規則；他證明，月球和太陽的萬有引力產生地球上海洋的潮汐；同時，大潮發生在月球和太陽協力拉動的時候，而小潮出現在它們的力量相反的時候。牛頓說，他在行星系裡發現的如此奇妙的一致性，想必是允許最高造物主（上帝）選擇的結果。

  牛頓一切成就中最偉大的成就，直到他去世後一個多世紀才到來。他的萬有引力定律如此徹底地被接受，以至於當天文學家們發現，天王星有些偏離其預言的位置時，他們並不懷疑這理論的缺陷，而是斷定，天王星一定是受到一顆尚未發現的行星的引力拉動的影響。依靠牛頓的定律，法國的勒威耶[325]和英國的亞當斯，自主地計算出這顆未被發現的行星的位置。勒威耶把他的計算結果寄給德國的加勒。加勒於1846年9月23日收到，當天夜裡就到他的望遠鏡旁觀察，並在指出的確切地點發現了這顆新行星。它被稱為海王星。

  牛頓從未結婚，倘若他一生中有過什麼風流韻事，那麼這種事的痕跡也從未曾出現。他倫敦舒適的家裡的女主人，是他漂亮和活潑的外甥女凱薩琳·巴頓小姐。牛頓中等身材，清秀、輪廓分明、臉色光亮紅潤、眼睛炯炯有神。他的所有生活習慣都是有節制的。有一次，有人問他為什麼不抽菸，他回答說：「因為我不想獲得任何新的生活必需品。」他很有賺錢的天分，股票炒得太成功，以至於留下了十六萬英鎊的遺產，這在當時可是一筆巨款。1705年在劍橋舉行的一個特殊儀式上，安妮女王封他為爵士。牛頓是第一位獲此殊榮的科學家。

  艾薩克·牛頓八十五歲去世，最後安息在威斯敏斯特教堂，受到英國和世界的哀悼。如今，他依然在那兒安息，成為眾多偉人陪伴下的最偉大的名字之一。關於他畢生的研究工作，他寫道：「我不曉得自己在世人看來是什麼樣子，但捫心自問，我似乎一直像個在海濱玩耍的孩童，不時地轉移自己的注意力，雖然有幸找到一塊比平常更光滑的石子，或一枚更好看的貝殼，但真理的浩瀚大海，還都沒有真正擺在我面前呢。」

  羅伯特·斯特羅瑟