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十八個月創(chuàng)造的奇跡

 閑之尋味 2015-04-01
 1727320日是牛頓去世的日子,,按照新歷來算這天應(yīng)是331日,。兩種說法都常見,也多有爭論,。原因在于英國是1752年改儒略歷為現(xiàn)在的格里高利歷,。其實某些事件沿用舊歷日期還是有便利之處的,比如俄國十月革命不必改做十一月革命而徒生混亂,,同樣,,也不必改寫鐫刻在威斯敏斯特教堂中牛頓墓碑上的拉丁文墓志銘和日期:

“ … …歡呼吧,人類,!世間曾經(jīng)存在如此偉大的真理之光,!生于16421225日  卒于 1727320日 ”

   

牛頓去世那年的328日,英國為牛頓舉行國葬,,如同對待一位受萬民愛戴的國王,。首相和大臣們以及皇家科學(xué)院院士都在長長的隊伍中送行,大法官和多位公爵,、伯爵來抬棺,,據(jù)說這也是歷史上第一位自然哲學(xué)家享有如此榮耀的葬禮。此時,,在倫敦旅居三年的伏爾泰親眼目睹了這一幕,,發(fā)出了由衷的感嘆:“人們所瞻仰的不是君王們的陵寢,而是國家為感謝那些為國增光的最偉大人物建立的紀(jì)念碑,。這便是英國人民對于才能的尊敬,。你在那里看到的塑像,猶如人們在雅典看到索??死账购桶乩瓐D的塑像一般,;而我深信只要一見這些光榮的紀(jì)念碑,,決不止激發(fā)起一個人,也決不止造就一個偉人

而且,,受到英國文化影響的伏爾泰特別推崇英國的科學(xué)和文藝成就,,認(rèn)為法國應(yīng)該從各個方面來學(xué)習(xí),特別是那種“自由的思想”,。隨著后來著作《哲學(xué)通信》,、《牛頓哲學(xué)原理》的出版,把牛頓,、洛克等人的科學(xué)與哲學(xué)學(xué)說用通俗的語言向法國人民介紹,,思想家伏爾泰成為了啟蒙運(yùn)動的倡導(dǎo)者,應(yīng)該說與牛頓也有著重要的聯(lián)系,。
       關(guān)于牛頓的研究或傳記可謂汗牛充棟,,今天還是讓我們談?wù)?span style="FONT-FAMILY: 宋體">年輕的牛頓,和他那帶著神一樣光環(huán)的創(chuàng)造力巔峰時期的十八個月吧,。

這還要從1665-1667年倫敦的鼠疫流行說起,。1665年僅6月至8月,倫敦就有十分之一人口死于“黑死病”——一種橫掃歐洲的可怕急性傳染病,,造成了成千上萬人的死亡,。于是,離倫敦不遠(yuǎn)的劍橋大學(xué)被迫停課,,校園關(guān)閉,,師生都被疏散到鄉(xiāng)間。這時剛剛?cè)〉脤W(xué)士學(xué)位的牛頓返回了林肯郡的家鄉(xiāng)農(nóng)莊,。

家鄉(xiāng)伍爾索普的農(nóng)莊寧靜得如同世外桃源,,母親熱情地歡迎他,還有那三位同母異父的弟弟妹妹們也比以前懂事,。在這里,,牛頓有充分的時間獨(dú)自思考、實驗和推敲,,這位剛剛畢業(yè)的大學(xué)生心智已經(jīng)成熟,,而創(chuàng)造力達(dá)到了一生的巔峰,做出了一系列革命性的重要發(fā)現(xiàn),,成就了“牛頓的神話”,。

首先是流數(shù)術(shù)即微積分的發(fā)明。他創(chuàng)造了流數(shù)(fluxion)的概念,,從對幾何學(xué)與運(yùn)動學(xué)的研究找到了突破,,166511月、16665月的相關(guān)筆記上都有關(guān)于用運(yùn)動解決問題的構(gòu)想:時間是流動的,速度是時間的函數(shù),,加速度是速度變化率,,他用自己的符號,,把這些稱為“流動物”或“轉(zhuǎn)變物”,,把數(shù)學(xué)量視作是由連續(xù)的軌跡運(yùn)動而產(chǎn)生,許多物理量也都可以用它來研究,。166610月寫成被朋友傳閱的手稿《論流術(shù)》,,發(fā)明了用無窮項級數(shù)計算曲線下面積的方法,他命名的流數(shù)術(shù)就是現(xiàn)代微積分的雛形,。牛頓有個習(xí)慣,,就是從來都不著急發(fā)表自己的發(fā)現(xiàn),這也許是與性格和當(dāng)時的學(xué)術(shù)環(huán)境有關(guān),,直到很晚《流數(shù)術(shù)》才正式出版,。

其次,在有了流數(shù)術(shù)的工具后,,牛頓根據(jù)開普勒定律的基礎(chǔ)總結(jié)出萬有引力定律,,當(dāng)然這也有一個漫長的過程,一步步澄清了一系列問題,,從橢圓軌道的方程與平方反比關(guān)系,,到均勻球體的引力距離推算,再到實驗驗證,,當(dāng)1687年《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》發(fā)表時已過去二十多年,。但這一切都是從伍爾索普的蘋果樹下的深入縝密的思考開始的,并且牛頓還把目光從蘋果轉(zhuǎn)向了月球,。他的月地檢驗證明了天上的力與地上的力并無二致,,原理也容易理解:月球到地球的距離約是地球半徑的60倍,因此根據(jù)月球繞地球周期算出的向心加速度如果滿足平方反比關(guān)系的話,,就應(yīng)該是地球表面重力加速度的1/3600,,計算結(jié)果與預(yù)測相符。這個偉大的聯(lián)系使“天上”的力與“地上”的力得以統(tǒng)一,。

其中著名的蘋果落地的故事是源于伏爾泰的轉(zhuǎn)述,,據(jù)說是牛頓外甥女巴頓夫人親口告訴他的。同樣也是有人堅信,,有人認(rèn)為子虛烏有,,比如數(shù)學(xué)家高斯屬于后者。這棵蘋果樹據(jù)說在1820年被風(fēng)吹倒了,,還被人分為好幾段,,保存在皇家學(xué)會等地。后來劍橋三一學(xué)院窗外的那棵并不太老的蘋果樹也是從牛頓的老家引種的,經(jīng)常被游人搞錯,,而成為著名的拍照景點(diǎn),。

另外一項重要發(fā)現(xiàn)就是對光的色散的研究。1666年,,牛頓用市場買來的三棱鏡做了這樣的實驗,,他記錄道:“把房間遮成黑暗,在窗上開一個小洞,,太陽光從外面照進(jìn)來,。我把棱鏡放在光線中,折射的光線打到對面的墻壁上,。在一開始,,這是個愉快的消遣?!比缓?,他看到了寬度變?yōu)樵瓉?/span>5倍的光帶——紅橙黃綠藍(lán)靛紫,對于這個現(xiàn)象他不滿足于以前光學(xué)書籍的解釋,,在一次次重復(fù)實驗與觀察后,,得出了全新的判斷:白光是一種復(fù)合光,按照一定比例混合而成的,。這個發(fā)現(xiàn)無疑提升了對顏色與光的認(rèn)知,,為光學(xué)的發(fā)展指明正確的方向。

可見,,對牛頓來說,,在23歲到25歲這段黃金時期,憑借著驚人的創(chuàng)造力與探索精神在這短短的十八個月中奠定了一生科學(xué)研究的主要成果,,也成為近代物理學(xué)與科學(xué)革命中最重要的人物之一,。因此有人把這十八個月的鄉(xiāng)間生活稱為“牛頓的神話”。像這樣的年輕人在短時間獨(dú)自完成幾項革命性突破,,在科學(xué)史上能與之相媲美的恐怕只有1905年的愛因斯坦“奇跡年”吧,,當(dāng)然那是后話了。

16673月底,,人們終于從大瘟疫的傷痛中慢慢平復(fù),。復(fù)活節(jié)剛過,牛頓匆匆返回了劍橋,,繼續(xù)他的學(xué)習(xí)與研究,。不久以后,剛剛?cè)〉梦膶W(xué)碩士學(xué)位的牛頓在年僅26歲便接替他的恩師巴羅成為盧卡斯教席的第二任教授

前兩年劍橋大學(xué)圖書館曾公布一些牛頓的手稿,,包括在劍橋做學(xué)生時的筆記,。其中在一本哲學(xué)問題筆記的頁眉,,年輕的牛頓用熟練的拉丁文這樣提醒自己:Amicus Plato, Amicus Aristotle, sed Magis Amicus VERITAS.

多好的座右銘!我們不妨銘記:柏拉圖是我的朋友,,亞里士多德也是我的朋友,,但真理是我最好的朋友。


 




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