2　做风车的故事

经典物理学大师经典物理学大师 牛顿牛顿 人们普遍认为 牛顿是大科学家 是近代科学的象征 他生前 就成为科学界的主宰 几乎被当作偶像崇拜 他作为英国皇家学会 连任 24 年的终身会长 法国科学院至尊的外国院士 还兼任英国造 币局局长和国会议员 并前所未有地被封为贵族 获得爵士称号 他死后作为自然科学家又第一个获得国葬 长眠于威斯敏特教堂 还是历代帝王和第一流名人的墓地 牛顿身后的声望有增无减 他不仅以不朽的著作 自然哲学的 数学原理 光学 等流传于世 而且由于后继大师们的发展 他的思想观念长期统率着科学战线上的士卒 他在物理 数学研究 上的主要成果 至今仍是各国大中学生必修的功课 不是天生的神童 少年时代的牛顿不像高斯 维纳那样 从小就显露出引人注目 的科学天才 也不像莫扎特那样表现了令人惊叹的艺术禀赋 他跟 普通人一样 轻松愉快地度过了中学时代 如果说牛顿和别的孩子 有什么不同的话 那就是他的动手能力相当强 他每做一件东西 总是一声不吭地埋头苦干 如果做得不合适就拆了重做 绝不马虎 他做过会活动的水车 做过能测出准确时间的水钟 还做过一种水 车风车联动装置 使风车可以在无风时借助水力驱动 1658 年 9 月 3 日 一场罕见的暴风雨侵袭英格兰 狂风怒吼 牛顿家的房子直晃悠 就像要倒了似的 牛顿为大自然的威力迷住 了 不禁想测验飓风的力量 他冒着狂风暴雨来到后院 一会儿逆 风跑 一会儿顺风跳 为了接受更多的风力 他索性敞开斗篷向上 跳跃 认准起落点 仔细量距离 看狂风把他吹出多远 1661 年 18 岁的牛顿从中学毕业后考上了剑桥大学 这是英国 最古老的大学之一 是全国青年学生向往的最高学府 尽管牛顿在 中学里是个优等生 可是剑桥大学集中了各地的尖子学生 他的学 习成绩赶不上别人 特别是数学的差距更大 牛顿并不气馁 就像 他少年时代喜欢思考问题一样 踏踏实实地学习 直到透彻地理解 为止 他在大学的头两年里 除了学习算术 代数 三角以外 还 认真学习了欧几里得 几何原本 弥补了过去的不足 他又钻研 笛卡儿的 几何学 熟练地掌握了坐标法 这些数学知识 为牛 顿后来的科学研究打下了坚实的基础 科学史上的奇迹 1665 年 牛顿 22 岁 他从剑桥大学毕业了 在两年的乡居期 间 发明了微积分 发现了白光的组成 并且开始研究引力问题 1666 年 1 月 有一天牛顿请母亲和弟妹到自己房间里来 房间 里黑洞洞的 只从窗子的一个小孔中透过一线阳光 在墙上照出一 个白色的光点 牛顿让他们注意看墙上的光点 他手里拿着自制的 三棱镜 放在光线入口处 使光折射到对面墙上 光点附近突然映 出一条瑰丽的彩带 这条彩带同雨后晴空中出现的彩虹一样 由红 橙 黄 绿 青 蓝 紫等七种颜色组成 牛顿和自己的亲人共同 观赏了人工复现的自然景象 后来 牛顿又用第二个三棱镜把七种 单色光合成白光 他用白光分解实验宣告了光谱学的诞生 牛顿在探索光色之谜的同时 还在探索引力之谜 1666 年秋天的一个下午 牛顿长时间埋头工作以后有些疲倦 就到后院去散步 他信步走到苹果树下 坐在长凳上观赏田野秋色 他不由得又想起了引力之谜 思维翻腾起来 突然 一个苹果从树上掉了下来 熟了的苹果为什么会向下掉 地球在吸引它 对 是地球的吸引 苹果熟了向下掉 扔到空中的 石头也要向下掉 都是因为地球在吸引它们 地面上的东西都要受 到地球的吸引 月亮所以会绕着地球转 也是因为地球在吸引着它 想着想着 牛顿的眼里闪出奇异的光芒 他长时期来想了又想的问 题 终于找到了解决的线索 24 的牛顿发现了天地万物间都存在着引力 这种引力同距离的 平方成反比 即所谓引力的平方反比定律 十多年以后 牛顿出色 地证明了这个定律是完全正确的 构成了宏伟壮丽的力学大厦 1684 年 1 月 在伦敦皇家学会的一个房间里 哈雷 胡克和瑞 恩在讨论有关作用于太阳和行星之间的引力问题 这三个科学家虽 然都认识到了引力同距离的平方成反比 但是由于他们数学分析能 力不足 无法证明这点 他们反复研究了几个月 始终琢磨不透 哈雷想到了以刻苦钻研著称的牛顿 1684 年 8 月 哈雷从伦敦 来到剑桥大学向牛顿请教 当时 牛顿已经完成从开普勒定律到万 有引力的论证 哈雷深刻认识到牛顿这份计算的重要性 恳请牛顿发表他的著 作 牛顿被说服了 开始动手写作划时代的巨著 自然哲学的数学 原理 这部巨著从内容 结构到数学方法的选用方面都遇到极大 的困难 牛顿以他非同寻常的才智 牺牲休息时间 放弃娱乐活动 夜 以继日 如痴如狂地进行写作 终于大功告成 1686 年 4 月完成第 一编 第二 三编直到第二年春天才脱稿 全书于 1687 年仲夏出版 受到学术界的赞颂 很快销售一空 牛顿在 原理 这部巨著里 不但从数学上论证了万有引力定 律 而且把力学确立为完整 严密 系统的学科 他在概括和总结 前人研究成果的基础上 通过自己的观