作为近代科学的象征,牛顿(1642-1727年)在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,这是历代帝王和第一流名人的墓地,由此可见牛顿的功绩。
死后,牛顿的声望有增无减。他不仅以不朽的着作《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。
18岁那年,从中学毕业后的牛顿考上了剑桥大学。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的《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。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月的一天,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。
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。
忽然,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,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。牛顿还最早提出了发射人造卫星的设想。这些空前的成就标志着牛顿已经成功地建立了近代力学和天文学。
牛顿在他编写的《原理》这部巨着里,不仅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,通过自己的观察和实验,提出了“运动三定律”。这三条定律和万有引力定律共同构成了宏伟壮丽的力学大厦的主要支柱。这座力学大厦是近代天文学和力学发展的基地,是机械、建筑等工程技术发展的基地,也是机械唯物论统治自然科学领域的基地。
由于在多方面取得的卓越成就,牛顿对三百多年来自然科学的发展起了至关重要的作用,他在世界物理史上写下了极其辉煌的一页。但他总是谦逊地说,他的成就是由于他站在“巨人肩膀上”的缘故。