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牛顿:两个伊萨克人的故事

年轻的牛顿

1642年,在平安夜,牛顿出生在英国林肯郡沃索普的一个农民家庭。牛顿是个早产儿,出生时只有3磅重。助产士和他的父母担心他是否会活下来。谁也没想到这个看似微不足道的小东西会成为科学巨人,活到了85岁。

他的父亲在牛顿出生前三个月去世了。他两岁时,母亲再婚。牛顿从此由祖母抚养长大。11岁,牛顿在丈夫去世后回到母亲身边。牛顿从5岁开始被送到公立学校,12岁进入中学。牛顿少年时不是神童。他资质一般,成绩一般,但他喜欢看书,喜欢看介绍各种简单机械模型制作方法的书,在这些书的启发下,他自己制作了一些奇怪的小玩意,比如风车、木制钟表、折叠灯笼等等。药剂师家附近正在建造风车。牛顿了解风车的机械原理后,自己造了一个小风车。驱动风车转动的不是风,而是动物。他把老鼠绑在有轮子的跑步机上,然后把一粒玉米放在轮子前面,刚好是老鼠够不着的地方。老鼠想吃玉米的时候就一直跑,所以轮子一直转。他还做了一个小水钟。每天早上,小水都会自动滴到他脸上,催他起床。

后来,迫于生活所迫,母亲休学牛顿,在家工作。但是牛顿对农业不感兴趣,一有机会就把书埋了。每次他妈妈叫他和仆人一起去市场熟悉做生意的行当,他都是一边躲在灌木丛后面看书,一边求仆人一个人上街。有一次,牛顿的叔叔起了疑心,跟着牛顿到了镇上。他发现侄子伸开腿躺在草地上,聚精会神地研究一道数学题。牛顿好学的精神打动了他的叔叔,于是他说服母亲让牛顿复学。牛顿又回到了学校,吞噬着书本上的营养。他写了一首名为《三冠》的诗,表达了他为了实现献身科学的理想而甘愿忍受痛苦的态度:

世界之冠啊,我藐视他,如同脚下的尘土。

很重,最好的只是一个空虚拟;

但现在我很高兴迎接荆棘王冠。

虽然刺痛,但味道以甜为主;

我看到荣耀的王冠在我面前展开,

它充满了幸福和永恒。

受教育年限

牛顿19岁进入剑桥大学,成为三一学院的一名减收学费的学生。他用为大学做家务的收入来支付学费。在这里,牛顿开始接触大量自然科学著作,并经常参加学院举办的各种讲座,包括地理、物理、天文、数学等。艾萨克&米德多,牛顿的第一任教授;巴罗是一位博学的学者。这位学者有着独特的眼光,看到了牛顿深刻的观察和敏锐的理解。于是他把自己所有的数学知识都教给了牛顿,包括计算曲线和图形面积的方法,把牛顿引向了现代自然科学的研究领域。

后来,牛顿在回忆中说:& ldquo当时巴罗博士教的是运动学方面的课程,这可能促使我去研究这个问题。

当时牛顿在数学上非常依赖自学。他研究了欧几里得的《几何原本》、笛卡尔的《几何》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》以及许多数学家的著作,如大卫。其中,笛卡尔的《几何》和沃利斯的《无穷算术》对牛顿产生了决定性的影响,迅速将牛顿引向了当时数学的前沿& mdash& mdash解析几何和微积分。1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学理事会通过了授予牛顿学士学位的决定。

在牛顿准备留在学校深造的时候,严重的瘟疫席卷英国,剑桥大学停课,于是牛顿离开学校回国。家乡安静的环境让他的思绪以整个宇宙为屏障飞翔。这短暂的时间成了牛顿科学生涯的黄金时代,他的三大成就:微积分、引力和光学分析就是在这个时候孕育形成的。可以说牛顿已经开始绘制他一生中大多数科学创造的蓝图。


怪异的牛顿

1667年复活节后不久,牛顿回到了剑桥大学。10月当选为三一学院大专委员会委员。第二年,他获得硕士学位,成为一名高级学院委员会委员。1669年,巴罗为了提拔牛顿辞去了教授一职,26岁的牛顿被提拔为数学教授。巴罗放弃他的天赋在科学史上广为人知。

牛顿不擅长教学,教新发现的微积分时,学生们接受不了。但在解决难题上,他远胜常人。作为学生,牛顿发现了一种计算无穷大的方法。他用这种秘密方法把双曲线面积计算到了250位数。他曾经高价买了一个棱镜,作为科学研究的工具。他用它来测试白光的颜色。起初,他不想发表他的观察结果,他的发现只是一种个人消遣,为了在寂静的书房里解闷。他一个人在自己创造的超级世界里游泳。后来,在朋友哈雷的极力劝说下,他勉强同意出版自己的手稿,划时代的巨著《自然哲学的数学原理》问世了。

作为一名大学教授,牛顿经常走进大学食堂,因为他的领带没系好,吊袜带没系好,马裤没扣好。有一次,他向一个女生求婚,脑子又走神了,脑子里只剩下无穷多个二项式定理。他抓住女孩的手指,误认为是烟斗,塞进烟斗,导致女孩大叫一声,离开了他。牛顿一生都没有结婚。

牛顿花时间观察日常生活中的小事,在科学史上有重大发现。他邋遢拖拉,闹过很多笑话。有一次,他一边读书,一边煮鸡蛋。当他打开锅想吃鸡蛋时,发现锅里有一块怀表。还有一次,他请朋友吃饭。饭做好了,牛顿突然想到一个问题,独自走进内室。他朋友等了他很久还是没见他出来,他朋友就自己把鸡都吃了,鸡骨头留在盘子里没说再见。牛顿想起来了,出来的时候发现盘子里的骨头,以为吃了,于是转身回到内室继续研究他的问题。

伟大成就

在牛顿所有的科学贡献中,数学成就占据突出地位。他数学生涯中的第一个创造性成就是二项式定理的发现。根据牛顿自己的回忆,他在1664年和1665年冬天研究沃利斯博士的无穷算术,并试图修改他的计算圆面积的级数时,发现这是合理的。

微积分的建立是牛顿最杰出的数学成就。牛顿为了解决运动问题,创造了这个与物理概念直接相关的数学理论,牛顿称之为流数技术。它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的最大值和最小值问题,在牛顿之前就已经研究过了。然而牛顿超越了前人。他站在更高的角度,把过去零散的努力综合起来,把古希腊以来解决无穷小问题的各种技术统一成两种常见的算法& mdash& mdash微分和积分,并建立了这两种运算的相互关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为现代科学的发展提供了最有效的工具,开辟了数学的新时代。

1707年,牛顿代数讲义整理出版,取名《宇宙算术》。他主要讨论了代数基础及其在解决各种问题中的应用。书中陈述了代数的基本概念和运算,并用大量的例子说明了如何把各种问题转化为代数方程。同时,对方程的根和性质进行了深入的讨论,从而在方程理论方面取得了丰硕的成果。例如,他得到了方程的根与它们的判别式之间的关系,并指出方程的根的幂和可以由方程系数决定,即& other牛顿幂和公式。

牛顿对解析几何和合成几何都有贡献。在1736年出版的《解析几何》中,他引入了曲率中心,给出了密切圆(或曲线圆)的概念,提出了曲率公式和计算曲线曲率的方法。并将他的许多研究成果总结成专著《三次曲线的计数》,于1704年出版。此外,他的数学工作涉及数值分析、概率论、初等数论等多个领域。

牛顿是经典力学理论的天然先驱。他系统总结了伽利略、开普勒和惠更斯的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿三大运动定律。


牛顿发现万有引力定律是他在自然科学方面最辉煌的成就。正是在假期里,牛顿经常来到他母亲的家,在花园里坐一会儿。有一次,就像以前发生的很多次一样,一个苹果从树上掉了下来。一个苹果的意外落地,是人类思想史上的一个转折点。它打开了坐在花园里的人的心灵,引起他深思:是什么原因使所有的物体几乎总是被吸引到地心?牛顿沉思了一下。最后,他发现了人类划时代的万有引力。他认为太阳吸引行星,行星吸引行星,地面上所有的物体都是性质相同的力。他还通过微积分证明了开普勒定律中太阳对行星的作用力是有吸引力的,并证明了任何以曲线运动的粒子,如果其半径指向静止的一点或匀速直线运动,并在该点周围扫过与时间成正比的区域,都会受到指向该点的向心力的影响。如果环绕周期的平方与半径的立方成正比,那么向心力与半径的平方成正比。牛顿还通过了大量实验,证明了任何两个物体之间都存在引力,总结出万有引力定律:

f = G(m1 m2/r ^ 2)(m1和m2是两个物体的质量,r是两个物体之间的距离)。与此同时,瑞安、哈雷、胡克等科学家也在探索天体运动的奥秘,其中胡克更为突出。他早就意识到了重力平方反比定律,但他缺乏牛顿那样的数学能力,无法得到一个定量的表达式。

牛顿运动三定律是经典力学的理论基础。这些规律是在大量实验的基础上总结出来的,是解决机械运动问题的基本理论基础。

1687年,牛顿发表了他的代表作《自然哲学的数学原理》,这是一部经典的力学著作。在这本书里,牛顿从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,利用他发明的微积分,建立了完整严谨的经典力学体系,将天体力学与地面物体力学统一起来,从而实现了物理学史上的第一次大综合。

牛顿在光学方面也取得了巨大的成就。他用棱镜测试白光分解成有色光,首次发现白光的成分。他精确地分析了各种颜色光的折射率,解释了色散现象的本质。他指出,由于不同颜色的光的折射率和反射率不同,造成了物体的色差,从而揭开了颜色的奥秘。牛顿还提出了& ldquo根据粒子理论,光是由粒子形成的,它遵循最快的直线路径。他的& ldquo粒子理论和后来的惠更斯& ldquo波动理论构成了关于光的两个基本理论。此外,他还制作了牛顿色轮、反射望远镜等各种光学仪器。

牛顿的研究领域非常广泛,他涉猎的几乎每一个科学领域都取得了重要成就。他研究过测温学,观察过水沸腾或凝固时的固定温度,研究过热物体的冷却规律,以及其他只有与自己的主要成就相比才逊色的学科。

牛顿晚年

随着科学声望的提高,牛顿的政治地位也得到提升。1689年,他被选为国会大学代表。作为国会议员,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。时不时的,他对自己所代表的领域表示厌恶。同时,他花了大量时间与胡克、莱布尼茨等当代著名科学家争论科学的优先性。

牛顿晚年在伦敦过着奢华的生活。1705年,他被安妮女王封为贵族。牛顿此时非常富有,被普遍认为是当今最伟大的科学家。他曾担任英国皇家学会主席。在他任职的24年里,他以铁腕统治着这个协会。没有他的同意,任何人都不能当选。

牛顿晚年开始致力于神学研究。他否认哲学的指导作用,虔诚地信仰上帝,埋头写神学著作。当他遇到无法解释的天体运动时,他提出& ldquo上帝第一推动力的谬误。他说& ldquo神掌管万物,我们是他的仆人,所以我们敬畏他,敬拜他。

1727年3月20日,伟大的艾萨克&米德多;牛顿死了。像许多其他杰出的英国人一样,他被安葬在威斯敏斯特教堂。他的墓碑上刻着:


让人们为这样一个伟人欢呼

人间荣耀一度存在于世。


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