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主题:物理学家——牛顿

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物理学家——牛顿  发帖心情 Post By:2005-11-1 11:24:42

从“低能儿”到少年发明家    距今 300 多年前,英国一座山村住宅里,诞生了一个体重仅仅 3 磅的婴 儿。接生婆和热心帮忙的人嘀咕着:“我看,孩子没什么存活的希望,但既 然生下来了,也就只好尽力而为吧!”

产妇的不幸不仅来自这个体轻瘦弱的婴儿,而且还来自不久前故去的丈 夫,她再也按捺不住内心的苦楚,她哭了,母亲的眼泪引起了小男婴的共鸣, 他使出浑身力气却只能发出微弱的哭声。

这个先天不足的遗腹子就是后来成为科学巨人的牛顿。

小牛顿两岁后由外婆抚养,6 岁时走进乡村小学。他体弱多病,性格腼 腆,学习成绩全班倒数第几,老师把他看成“低能儿”,顽皮的学生也欺侮 他。但是,牛顿意志坚强,有一股不服输的劲头。据说,一次有位功课拔尖 的调皮大王朝牛顿的肚皮踢了一脚,牛顿遭凌辱后,暗自鼓起勇气,非要从 功课上超过这个小霸王不可。他告诫自己说:“无论做什么事,只要肯努力, 是没有不成功的。”经过刻苦学习,牛顿一跃而为全班第一名。

牛顿对学校老师讽刺、嘲骂甚至鞭笞学生的行为极为不满,他曾对外婆 说:“学校是个奇怪的地方,我很讨厌到学校去。”玷污“学校”这一神圣 名称的所作所为,给牛顿幼小的心灵蒙上一层阴影。他开始把主要精力用于 课余生活,他喜欢亲自动手制作玩具,搞些小发明,也喜欢绘画和作诗。

在牛顿的住房里,锯子、凿子、刨刀、铁锤应有尽有。他就是借助这些 工具,提高了技能,拓宽了知识,还增强了体质。

秋风将树叶和树枝吹得飘落满园,牛顿好奇地捡起一根干树枝,并将它 竖直地插在朝阳的地面上,他每隔一段时间趴下去看看树枝的影子。“小牛 顿,该吃饭了!”外婆亲切地呼叫着自己的外孙,“外婆,我想还不到吃饭 的时间,至少比昨天早 30 分钟。”牛顿十分自信地回应着外婆的呼唤。“你 怎么知道的?”“昨天在这里,今天是在这里啊!”牛顿指着地面上的阴影 说。

冬天到了,庭园里显得那样沉寂和干净,牛顿观察“影子”的工作还没 有停止。他突然发现庭院角落里的几块大石头,从而蒙生了新的念头。放学 以后,牛顿拿起了凿子和锤子在一块石头上“吭吭”地敲凿起来。不怕寒风 刺骨,也不顾石头粉末溅入眼帘的痛苦,牛顿日复一日地敲凿。善良的外婆 看着外孙冻红的小手、伤痕斑斑的脸蛋,再也抑制不住多日来积下的疑问: “小牛顿,大冷的天气你没完没了地敲凿,究意想干什么啊!?”“马上会 知道的,外婆!”牛顿头也不转地回答。小牛顿的耐性和自信,深深打动了 外婆的心。

一天中午放学后,小牛顿飞奔归来并大声呼叫:“外婆!请来帮帮忙。” 一位 9 岁的瘦弱少年和一位年过六旬的老妇,同心协力,成功地把一块石头 圆盘竖立起来,并斜靠在墙上。看着外孙几十天的智慧结晶,外婆绽开了笑 容:“好极了!好极了!它是一个精致的日晷仪。”

牛顿幼年时代制作的日晷仪,至今仍然原状保存在英国柯斯达教会,并 嵌装在教堂的墙壁内。

少年的牛顿十分喜欢 17 世纪欧洲的风车。在那个时候还没有蒸汽机和发 电机,以风车为动力的磨粉机就很复杂了。他曾历尽艰辛、长途跋涉去看风 车。进入风车磨房的牛顿,如饥似渴地观察着机器的每个部分,他看得是那 么入神,那么仔细,似乎想把机器的结构全部印在自己的脑海里。归途中, 朋友与他说话,他竟所答非所问,全神贯注在对风车和磨粉机结构造型的回 忆中。

回到家中,牛顿一头躲进自己的住房,要把白天看到的一切画在图纸上, 直至深夜这一工作才完成。他把图张贴在墙上,心满意足地观赏着一天的劳 动成果,在暗淡的烛光中,牛顿显露出难得的笑容。    

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鼠疫的影响    正当牛顿在大学这一王国里创立了“数学花园”,并令他陶醉在数学迷 宫中的时候,英国发生了一件大事:鼠疫流行。这种令人惶恐的传染病传播 起来非常迅速,死者成千上万。

1665 年 8 月一个酷热的日子,牛顿的同窗好友威尔士从伦敦返回剑桥大 学。一进宿舍,就摇着正在专心读书的牛顿的肩膀喊着说:“事情不好了! 伦敦正因鼠疫陷入大混乱!”“数学花园”的主人缓缓抬起头来,楞楞地看 着惊惶的室友:“这是伦敦的事情,与我们有什么关系?”牛顿低下头去, 仍沉缅在攻读之中。“伦敦离我们很近啊!这座几十万人口的大都市,街道 上静悄悄的不见人影,大家都躲在家里不敢外出。上周就死了 7400 多人。” 威尔士就耳闻目睹,愈谈愈激烈。牛顿终于不得不抬起头来,脑中却同时想 着“光的色散”和“鼠疫流行”这两件事。

恐怖的黑死病(即鼠疫)风暴在横扫伦敦之后,蔓延到了剑桥,学校不 得不关闭而停课。牛顿随着逃难的队伍回到自己的家乡沃尔索浦。

随着剑桥大学的关闭,研究学问之火也暂告熄灭。有的教授和学生被鼠 疫夺去了宝贵的生命,活着的人也是在乡下过着无聊的生活。牛顿则不同, 他在家乡研究学问的劲头一点也不亚于大学。他回到家乡的第二天,就把住 房变成了实验室。从剑桥大学带来的棱镜、凸透镜、凹透镜、平面镜、球面 镜、方解石、望远镜等等,真是应有尽有,琳琅满目。牛顿等不及阳光从窗 口射入,便开始了“光的分解”的实验,一束白光透过三棱镜变成红、橙、 黄、绿、蓝、靛、紫七色光,映射到雪白的墙壁上,格外生辉。

牛顿不赞成某些学者从理论到理论的研究方法,而是想方设法制作仪 器,用观察和实验的手段去探索规律,检验理论。为了深入了解天空中“虹” 的成因,他靠勤劳的双手和精巧的技艺硬是把一块铜板磨洼而成凹面镜,并 制造出放大 40 倍的望远镜。科学界为了纪念他,决定将这种构型的望远镜定 名为:牛顿反射式望远镜。

富有浪漫主义色彩的“苹果落地”的故事,据说也发生在牛顿的家乡沃 尔索浦。在鼠疫流行的第二年夏季的一天,天气酷热,牛顿来到庭院,坐在 一棵苹果树下思考着地球的引力问题,突然一个苹果从树上掉下来。对于这 种理所当然的事情,竟激起他思潮翻滚,他想苹果在空间,哪一个方向都可 飞去,为什么偏偏坠向地面。地球与苹果是相互吸引的,整个宇宙万物间都 应有这种引力的作用。

大概是“因祸得福”吧!牛顿回乡的 18 个月,竟成为他一生中最丰产的 “季节”。在回忆这一段生活时,牛顿曾经写道: “1665 年,我发明了极数近似法,以及把任何幂的二项式化为这样一个 极数的法则。同年,我还发明了格雷戈里和斯卢塞乌切线法。11 月,我发明 了正流数(微分)法。次年元月,发现了颜色理论;5 月,开始研究反流数 (积分)法。还是在这一年,我开始想把重力推广到月球的运行轨道上去,…… 并得出引力与中心距离平方成反比的规律。所有这一切都是在 1665~1666 年鼠疫流行的年代里取得的。因为那两年我有充沛的精力去搞发明创造,而 且比以后任何时候,我都更致力于数学和哲学的研究。”

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多年的“修炼”

1661 年 5 月,一辆马车驶进剑桥大学。马车里有三位乘客:衣饰标致的 高尚绅士,衣着华丽的年轻女士,另一位是衣着破旧的乡下青年。这位乡下 青年——牛顿,满怀希望地走下马车,开始了他的大学生涯。

牛顿是以“减费生”的身份考入剑桥大学的。“减费生”,这是人们给 那些得到某些优惠的穷学生的尊称。为此,他们得按照校方规定,殷勤地为 那些富家子弟服务。牛顿上大学时的年龄比一般大学生大 4~5 岁,人们把他 称为晚熟的人。

牛顿的大学生涯并不舒心,可以说是坎坷不平。从入学的当天晚饭起, 牛顿便开始了工读生的劳动。“牛顿同学,请布置餐桌。”一位老工读生对 他说。身着白色长袍,腰系围裙的牛顿,从另一位工读生那里接来堆得高高 的 42 张盘子。厨房里冒出的蒸汽弥漫全屋,由于光线太暗,牛顿抱着盘子不 敢走动。一个人厉声喊道:“快拿蜡烛去吧!”在这里,工读生的一举一动、 一言一行都要十分小心。为了求得学问,牛顿认为当工读生也是值得的。

由于学校经费紧张,房屋得不到修缮,工读生的宿舍阴暗潮湿。回宿舍 的路上,牛顿在迂回弯曲的走廊里怯怯地走着,好像通往一个永远黑暗的世 界。牛顿对于剑桥大学的向往与亲临目睹的现实形成强烈的反差。但是,所 有这些,对于习惯于贫穷的牛顿构不成任何威胁。最令他烦恼的却是学习愿 望得不到满足,牛顿本来是抱着学习“力和运动方面”的知识来到大学的, 当时的剑桥大学却没有人能讲授这门课,牛顿只好先学数学。

走廊的阴暗,食宿的低劣,劳动的艰苦很快被牛顿置于脑后。他的心在 衡量,看学校里的哪个人最令他“惊异”。……,牛顿推开房门,巴罗教授 满脸笑容地迎接他。巴罗教授好像预感到牛顿的心思,便以安慰的口吻对他 说:“学校是靠会员的会费维持的。由于革命的动乱,失去了许多大力支持 的会员,去年复归王政,情况才稍有好转。不过,要恢复昔日盛况,恐怕得 花几十年工夫呢!”“老师,我觉得学欧几里得几何,简直是多余的。”牛 顿把话题一下子转移到意外的方向。教授以锐利的目光注视着牛顿的眼色。

不久,牛顿引起了巴罗教授的注意。牛顿最突出的地方,是他对当时自 然科学和数学的尖端成就有着快得出奇的理解能力。巴罗教授十分谦虚地说 过,他对数学虽略有造诣,但和牛顿相比,只能算是一个小孩。

巴罗教授不愧是一位多才多识的“伯乐”,他发现了牛顿;牛顿也找到 了令他“惊异”的人。师生协作得很好,巴罗教授指导牛顿先后钻研了开普 勒的《光学》、欧几里得的《几何学原本》等名著。牛顿的非凡才华和惊人 的毅力,使得他在光学、几何学的研究方面取得一些突破性进展。1665 年牛 顿大学毕业,取得学士学位,在巴罗教授的举荐下,牛顿留校做研究工作。

正当牛顿夜以继日、通宵达旦地学习和研究,并即将取得硕果的时候, 一场鼠疫灾难席卷英国,牛顿被迫回到家乡。 1667 年复活节前后,牛顿重返剑桥大学,当年秋天他被选为选修课研究 员;1668 年 3 月被任命为主修课研究员;同年被授予硕士头衔;1669 年成为 数学教授,时年 27 岁;同年,巴罗教授为了让牛顿晋升而辞去自己的职务, 牛顿担任了卢卡斯讲座教授这一崇高的职位。

自 1661 年牛顿进入大学起,至 1696 年离开大学止,他一直生活在剑桥 大学,在这漫长的 35 年中,牛顿写下了许多名著。1687 年出版的《自然哲 学的数学原理》,开创了自然科学发展史的新时期。牛顿工作勤奋,很少在 半夜两三点钟以前睡觉,并且 35 年如一日。他的助手汉弗莱在回忆牛顿时 说:“在他看来,如果时间不用在学问上,那简直是犯罪”。他整天钻在研 究室里,很少出来。牛顿沉默寡言,终生没有结婚。    

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谦卑的品格    令人厌烦的英国国会内动乱,使牛顿情绪很坏。牛顿决心超脱纷繁复杂 的环境,埋头科学研究。历史上最伟大的著作《自然哲学的数学原理》,就 是在政情不稳、困难重重的情况下写出的。

《原理》问世的那一年,国王决定把剑桥大学的名誉博士授予跟剑桥毫 无关系的天主教教士佛朗西斯,剑桥的大多数评委屈服于强权,准备对佛朗 西斯破格授衔。平时一言不发的牛顿,居然起来反对,诘难国王不当。由于 牛顿的勇气,才使剑桥大学保持了其权威。牛顿在关键时刻不畏强权、刚正 不阿的精神,受到公众舆论的赞赏。

正是由于牛顿在科学上功勋卓著,人际上正直坦诚,威信倍增。1703 年 11 月 30 日,牛顿被选为英国皇家学会会长,并年年连选连任,直到去世。

正当牛顿的事业腾飞之际,一件不幸的事件发生了!一日,牛顿和往常 一样,深夜工作,整理有关光学近千次实验的数据,撰写论文。天色渐亮, 疲惫不堪的牛顿急促地吹熄了蜡烛,休息片刻后,启程参加星期天礼拜。在 祈祷的时候,他突然想起烛火可能没有完全熄灭。果然余烬烧着了桌上的纸, 把堆积的重要原稿烧成了灰烬,幸而未酿成火灾。从教会赶回来的牛顿,见 到满屋烟雾,吃了一惊,再看看那一堆纸灰,牛顿觉得吃不消了。他哀叹: 苦心整理的光学讲义的原稿,这下子全完了。

这件事给了牛顿沉重的打击,牛顿的精神迟疑,眼光失去了昔日的光彩, 加之过度劳累,脑力耗尽,他倒下了。

牛顿的精神刚刚复苏,永不停止思考的他,又着手地球、月球引力问题 的研究。

牛顿有和凡人一样的酸甜苦辣,他也有精力耗尽的时候。1727 年 3 月 4 日,牛顿参加完皇家学会会议回到家里时,病又发作了,这次发作是他的致 命之因。3 月 20 日凌晨,牛顿结束了光辉灿烂的 84 年的生涯。

在刻有肖像的纪念碑上,铭刻着后人对牛顿一生的评价:

“埃萨克·牛顿爵士于此安眠。以自己发明的数学方法以及神般的智慧, 揭示了行星的运动、彗星的轨道、海洋的潮汐;探究了任何人没预想到的光 的分解和色的本性;解释了自然界运动的性质。他一生过着朴素的生活。这 位值得夸赞的人物,岂不是全人类的光荣。”

与上述评价相映生辉的是牛顿的自我评价:

“我之所以能够取得一点成就,那是由于我站在巨人们的肩上的原故;” “我不知道,在世人眼里我是什么样的人,但是在我自己看来,我不过 像是在海边玩耍的孩子,为不时拣到一块比较光滑的卵石、一只比较漂亮的 贝壳而喜悦,而真理的大海在我面前,却一点也没有被发现。”

这是何等谦恭的语言,对比科学巨人牛顿的所作、所为、所言,我们活 着的人还有什么理由过高地评价自己,从而丧失锐意进取、奋勇拼搏的精神 啊!

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