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一、科学巨人的童年
在英国东南部林肯郡格兰汉姆镇南面,有个叫沃尔斯索普的小村子。17
世纪时,这里只有一座没落贵族留下的小小庄园,几家农户与10几间茅屋,
河谷中潺潺的流水,犹如欢乐的歌声流经这座庄园,给小村增添了许多生气。
要不是伊萨克·牛顿出生在这里,这个幽静的村庄也许会永远无声无息地隐
匿在这偏僻的角落里。
公元1642年12月25日的圣诞节,一个婴儿诞生在庄园里。他非常瘦弱,
所以在头几个星期,他的母亲必须在他的脖颈上系一块大围巾,以支撑他那
小小的脑袋,使它不至于总是下垂。然而,正是这个小小的头颅里面,孕育
着非凡的才智,它产生的思想和观点影响了以后几个世纪的科学发展。在他
的一生中,充分显示了人类无以伦比的智慧,他是一位天才人物。他的名字
叫伊萨克·牛顿。
牛顿出生的年代,正是欧洲的自然科学、社会科学向前跃进的变革时代。
欧洲的科学,曾经有过辉煌的过去。在爱琴海地区,在古希腊,都产生
过一批批杰出的科学家,为人类的文明发展作出了巨大的贡献。然而从公元
5世纪,欧洲进入中世纪后,基督教会就统治了欧洲达1000年的时间。在这
漫长的岁月之中,欧洲的科学被禁锢在宗教思想之中,教会不准做任何有违
《圣经》的科学研究。这时候,欧洲的科学只是教会恭顺的仆人,它不得超
越宗教信仰所规定的界限,所以根本称不上是科学。
但从15世纪后叶开始,欧洲资本主义生产关系开始萌芽并发展,新兴的
资产阶级以文艺复兴为号召,掀起了一场反封建、反宗教的滚滚浪潮。在以
后的200年中,真正的科学也伴随着资本主义登上了新的历史舞台,以神奇
的速度发展起来了。在牛顿之前,冲破桎梏的科学巨人接连不断地出现。
16世纪前期,波兰的天文学家哥白尼,创立了不朽的太阳中心说,给教
会坚持的地球中心说以沉重的打击。这一学说中明确提出:地球不是宇宙的
中心,它是绕着自己的地轴自转,地球和其他行星都是绕太阳公转。这个理
论一经发表,就引起了极大的震撼,它把被宗教教义所颠倒了的客观规律正
了过来,从而引起了人类宇宙观的巨大革命。因此,哥白尼日心说的产生,
成为近代自然科学诞生的标志,古典力学创立的先声。
继哥白尼之后,意大利哲学家布鲁诺,积极宣传日心说与无神论,最后
触怒了基督教会,在 1600年被教会极其野蛮地火焚于罗马百花广场。但他为
科学献身的壮举,进一步激起了更多的仁人志士为悍卫科学与真理进行着不
懈地奋斗。
不久,意大利科学家伽利略挺身而出。他认为:神干涉不了世界上的事
物,自然界中的一切,都是按照自然规律发展的。伽利略主张应该运用科学
实验和严谨的计算,去认识自然现象的原因与规律。他的观点,对后人产生
了积极而深远的影响,伽利略也成为古典力学和近代实验物理学的先驱者。
17世纪初,德国天文学家开普勒,通过了长时间的研究与观测,提出了
著名的行星运动三定律,对行星运动的轨迹进行了正确的理论描述。这就为
后来牛顿在这方面作出的全面的科学解释而奠定了基础。
在同一时代,英国哲学家培根,对自然科学的研究方法,也进行了一场
革命。他创立了唯物主义经验论,成为近代实验科学的鼻祖。培根把那些只
知道搜集个别事实,却不进行总结、归纳的经验主义者,比作整日忙忙碌碌
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而又无所作为的蚂蚁;把蔑视实验经验的教条主义者,比作只会从自己肚子
里抽丝而没有实际能力的蜘蛛;他提倡应该如同蜜蜂,即会采集、又能整理、
加工,酿出科学的“蜜”。因此,培根制订了完整的认识归纳法,这对于实
验科学的发展起了重要的作用。
此外,也是在同一时期里,英国医生哈维发现了人体的血液循环;法国
数学家笛卡尔创立了解析几何……
这是一个科学踊动的大时代,牛顿正好遇上了。他出生的1642年,正是
天才的科学家——伽利略去世的那年;似乎是为了补偿这一损失,历史给了
世界一个同样非凡的天才人物。他的出现,更给这个风云际会的时代,增添
了光芒四射的灿烂色彩。
牛顿的祖父与父亲都是通过自己辛勤劳动,使自己的家庭较为富裕的农
民。但在牛顿出生前3个月,父亲就去世了;3岁时,他的母亲改嫁给了一
位善良的牧师。孩童时代的牛顿便在继父的资助下,和外祖母生活在一起。
他的母亲经常回娘家看望自己的母亲和儿子,使小牛顿仍然拥有着母爱。
6岁时,牛顿进入了本地一所很小的、只有一所房子的乡村小学读书。
他的舅父很喜欢这个小外甥,对他的学习严格地督促,鼓励他好好学习。此
时,舅父就发现小小年纪的外甥双手灵巧、脑筋灵活并善于思考,这使他很
惊异。小牛顿就在沃尔斯索普度过了他的童年时光。跳跃的野兔、美丽的小
鸟、小河里的游鱼、河边绿茵的草地……都给幼年的牛顿留下了深刻的印象。
12岁那年,牛顿进入格兰汉姆镇的皇家中学读书。可那里离家有10公
里,小小年纪的牛顿总不能每天往返20公里去上学,因此母亲和舅父商量
后,就决定把牛顿寄养在镇上她的朋友克拉克夫人家中。就这样,牛顿寄住
在克拉克夫妇家。克拉克夫妇经营着一家药店,那里有许多东西引起了小牛
顿的兴趣,特别是各种各样的药品和化学用品;克拉克夫妇待牛顿很好,常
教他一些初步的化学药品知识。于是牛顿就对化学产生了最初的兴趣。
克拉克先生曾经送给牛顿一本《艺术与自然的奥秘》。在这本书中,牛
顿学会了制作焰火、简单的魔术道具,以及一些有趣的玩具。这本书还讲了
如何绘图、调色,配漆等技术,使牛顿学到了基础科学的许多必备知识。凡
是书中提到的有趣的东西,牛顿都要自己动手去做一遍。他在家中雕刻了一
个观测日影用的日圭仪;仿效村里的风车,他制造了一个依靠吹气作动力的
模型;根据“滴漏”的原理,他制成了一只计时水钟;另外,他还制作过四
轮自动推椅、大型风筝等许多东西。
但在这一时期,由于牛顿把精力都用在了机械制造上,从而忽略了学校
的课程,成绩很差。此外,他的身体也不十分强壮,性格沉默而爱好幻想,
几乎没什么冒尖之处。正因为如此,老师和同学们都不怎么喜欢他。随着年
龄的增长,牛顿也逐渐认识到了学习的重要性,而且他十分渴望老师与同学
们对他的尊重,所以他开始努力学习各科功课。不久,他蕴藏的聪明才智开
始发挥出来,老师和同学们都惊异地发现这个差等生学习迅速进步,一跃成
为皇家中学的一名优等生。
1656年,当牛顿14岁时,他的继父去世了,母亲再次寡居,只得带着
她与后夫所生的一儿两女回到沃尔斯托普的旧居。此时,她非常需要人手帮
她料理家务,耕种土地;当然,只有把牛顿召回家来,才能解决这个家的当
务之急。所以,虽然母亲和舅父都不希望他中途退学,但由于当时英国正处
于内战时期,地租重、雇人困难,最后还是不得不让牛顿辍学回家,帮助母
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亲料理家务、干农活。
假如牛顿能专心于耕种,那他一定会成为一名合格的农民。但事实是,
他对农业没有一点兴趣,他所渴望的,是读书和实验以及制造机械。1658年
夏季的一天,刮了一场大风暴,母亲担心谷仓的门没有锁牢,就叫牛顿去检
查一下,可是半个小时过去了,还不见牛顿回来。母亲很着急,赶紧顶着暴
风跑向谷仓,她惊讶地发现:仓库的门已倒在地上,而牛顿却从仓库的窗口
跳下来,然后又爬回去,再跳下来……每次都认真地记下落地的位置。母亲
大声地问道:“孩子,你在干吗?”牛顿回答道:“我在测量大风的速度。
妈妈,你看,当风很强的时候,我用同样的力气就会跳得远一点。”
母亲从这件事以及其他一些事情上,明白了牛顿的确不适宜在家干农
活,经过与她的哥哥商量之后,最终决定把牛顿送回皇家中学,而且他们还
商定了在孩子中学毕业后,再让他争取上剑桥大学深造,使他将来从事他喜
爱的科学研究。这样,即使自己再苦再累,他们也心满意足了。
于是,牛顿高兴地重新回到格兰汉姆皇家中学,并在那里刻苦攻读了3
年。现在保存下来的牛顿中学时代的几本笔记表明,他那时就已经对配色、
几何原理、基础物理、甚至哥白尼的太阳中心说等问题,产生了浓厚的兴趣。
在这期间,他的所有课程成绩都是优秀,成为学校公认的高才生。
1661年,牛顿19岁时,从格兰汉姆皇家中学毕业,由于成绩优异,经
校长斯托克斯的推荐,他以清寒学生的身份,进入了剑桥大学的三一学院读
书。
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二、冉冉升起的科学之星
剑桥大学与牛津大学齐名,创建于12世纪,是英国历史最悠久的大学之
一。三一学院是剑