十八个月创造的奇迹

作者: 陈晨星

来源: 陈晨星科学网博客

发布日期: 2015-04-13 09:46:18

文章详细描述了牛顿在其创造力巅峰时期的十八个月中的重要发现,包括微积分的发明、万有引力定律的总结以及对光的色散的研究,这些成就奠定了他一生科学研究的主要成果,并使他成为近代物理学与科学革命中最重要的人物之一。

2015年4月13日09:46:18,中科院之声发布了一篇文章,探讨了牛顿在其创造力巅峰时期的十八个月中的重要发现。1727年3月20日是牛顿去世的日子,按照新历来算这天应是3月31日。两种说法都常见,也多有争论。原因在于英国是1752年改儒略历为现在的格里高利历。牛顿去世那年的3月28日,英国为牛顿举行国葬,如同对待一位受万民爱戴的国王。

首相和大臣们以及皇家科学院院士都在长长的队伍中送行,大法官和多位公爵、伯爵来抬棺,据说这也是历史上第一位自然哲学家享有如此荣耀的葬礼。

1665年-1667年伦敦的鼠疫流行,导致剑桥大学被迫停课,校园关闭,师生都被疏散到乡间。这时刚刚取得学士学位的牛顿返回了林肯郡的家乡农庄。在家乡,牛顿有充分的时间独自思考、实验和推敲,做出了一系列革命性的重要发现。首先是流数术即微积分的发明。他创造了流数(fluxion)的概念,从对几何学与运动学的研究找到了突破,发明了用无穷项级数计算曲线下面积的方法,他命名的流数术就是现代微积分的雏形。

其次,在有了流数术的工具后,牛顿根据开普勒定律的基础总结出万有引力定律。这一切都是从伍尔索普的苹果树下的深入缜密的思考开始的,并且牛顿还把目光从苹果转向了月球。他的月地检验证明了天上的力与地上的力并无二致,原理也容易理解:月球到地球的距离约是地球半径的60倍,因此根据月球绕地球周期算出的向心加速度如果满足平方反比关系的话,就应该是地球表面重力加速度的1/3600,计算结果与预测相符。

这个伟大的联系使“天上”的力与“地上”的力得以统一。

另外一项重要发现就是对光的色散的研究。1666年,牛顿用市场买来的三棱镜做了这样的实验,他记录道:“把房间遮成黑暗,在窗上开一个小洞,太阳光从外面照进来。我把棱镜放在光线中,折射的光线打到对面的墙壁上。在一开始,这是个愉快的消遣。

”然后,他看到了宽度变为原来5倍的光带——红橙黄绿蓝靛紫,对于这个现象他不满足于以前光学书籍的解释,在一次次重复实验与观察后,得出了全新的判断:白光是一种复合光,按照一定比例混合而成的。这个发现无疑提升了对颜色与光的认知,为光学的发展指明正确的方向。

可见,对牛顿来说,在23岁到25岁这段黄金时期,凭借着惊人的创造力与探索精神在这短短的十八个月中奠定了一生科学研究的主要成果,也成为近代物理学与科学革命中最重要的人物之一。因此有人把这十八个月的乡间生活称为“牛顿的神话”。像这样的年轻人在短时间独自完成几项革命性突破,在科学史上能与之相媲美的恐怕只有1905年的爱因斯坦“奇迹年”吧,当然那是后话了。

1667年3月底,人们终于从大瘟疫的伤痛中慢慢平复。复活节刚过,牛顿匆匆返回了剑桥,继续他的学习与研究。不久以后,刚刚取得文学硕士学位的牛顿在年仅26岁便接替他的恩师巴罗成为卢卡斯教席的第二任教授。前两年剑桥大学图书馆曾公布一些牛顿的手稿,包括在剑桥做学生时的笔记。

其中在一本哲学问题笔记的页眉,年轻的牛顿用熟练的拉丁文这样提醒自己:Amicus Plato, Amicus Aristotle, sed Magis Amicus VERITAS. 多好的座右铭!我们不妨铭记:柏拉图是我的朋友,亚里士多德也是我的朋友,但真理是我最好的朋友。

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