有關(guān)于牛頓的故事

有關(guān)于牛頓的故事

牛頓是英國(guó)聞名的物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家，1642年圣誕節(jié)他誕生在英國(guó)北部一個(gè)偏僻的農(nóng)村里，這正是伽利略去世的那年。下面是我為你整理了有關(guān)于牛頓的故事，盼望能關(guān)心到您。

牛頓19歲時(shí)進(jìn)入劍橋高校，成為三一學(xué)院的減費(fèi)生，靠為學(xué)院做雜務(wù)的收入支付學(xué)費(fèi)。在那里，牛頓開頭接觸到超多自然科學(xué)著作，常常參與學(xué)院舉辦的各類講座，包括地理、物理、天文和數(shù)學(xué)。牛頓的第一任教授伊薩克99巴羅是個(gè)博學(xué)多才的學(xué)者。這位學(xué)者獨(dú)具慧眼，看出了牛頓具有深邃的觀看力、敏銳的理解力。于是將自己的數(shù)學(xué)學(xué)問，包括計(jì)算曲線圖形面積的方法，全部傳授給牛頓，并把牛頓引向了近代自然科學(xué)的討論領(lǐng)域。

之后，牛頓在回憶時(shí)說道：“巴羅博士當(dāng)時(shí)講授關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)的課程，或許正是這些課程促使我去討論這方面的問題?！?/p>

當(dāng)時(shí)，牛頓在數(shù)學(xué)上很大程度是依靠自學(xué)。他學(xué)習(xí)了歐幾里德的《幾何原本》、笛卡兒的《幾何學(xué)》、沃利斯的《無窮算術(shù)》、巴羅的《數(shù)學(xué)講義》及韋達(dá)等很多數(shù)學(xué)家的著作。其中，對(duì)牛頓具有打算*影響的要數(shù)笛卡兒的《幾何學(xué)》和沃利斯的《無窮算術(shù)》，它們將牛頓快速引導(dǎo)到當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)最前沿??解析幾何與微積分。1664年，牛頓被選為巴羅的助手，其次年，劍橋高校評(píng)議會(huì)透過了授予牛頓高校學(xué)士學(xué)位的打算。

正值牛頓預(yù)備留校連續(xù)深造時(shí)，嚴(yán)峻的鼠疫席卷了英國(guó)，劍橋高校因此而關(guān)掉，牛頓離校返鄉(xiāng)。家鄉(xiāng)寧?kù)o的環(huán)境使得他的思想展翅飛行，以整個(gè)宇宙作為其藩籬。這短暫的時(shí)間成為牛頓科同學(xué)涯中的黃金歲月，他的三大成就：微積分、萬有引力、光學(xué)分析的思想就是在這時(shí)孕育成形的。能夠說此時(shí)的牛頓已經(jīng)開頭著手描繪他一生大多數(shù)科學(xué)制造的藍(lán)圖。

1667年復(fù)活節(jié)后不久，牛頓回到到劍橋高校，10月被選為三一學(xué)院初級(jí)院委，翌年獲得碩士學(xué)位，同時(shí)成為高級(jí)院委。1669年，巴羅為了提攜牛頓而辭去了教授之職，26歲的牛頓晉升為數(shù)學(xué)教授。巴羅讓賢，在科學(xué)史上一向被傳為佳話。

牛頓并不擅長(zhǎng)教學(xué)，他在講授新近發(fā)覺的微積分時(shí)，同學(xué)都理解不了。但在解決疑難問題方面的潛力，他卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常人。還是同學(xué)時(shí)，牛頓就發(fā)覺了一種計(jì)算無限量的方法。他用這個(gè)隱秘的方法，算出了雙曲面積到二百五十位數(shù)。他以前高價(jià)買下了一個(gè)棱鏡，并把它作為科學(xué)討論的工具，用它試驗(yàn)了白光分解為的有顏*的光。開頭，他并不情愿發(fā)表他的觀看所得，他的發(fā)覺都只是一種個(gè)人的消遣，為的是使自己在安靜的書齋中解悶。他獨(dú)自游覽于自己所制造的超級(jí)世界里。之后，在好友哈雷的竭力勸告下，才牽強(qiáng)同意出版他的手稿，才有劃時(shí)代巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的問世。

作為高校教授，牛頓經(jīng)常忙得不修邊幅，往往領(lǐng)帶不結(jié)，襪帶不系好，馬褲也不紐扣，就走進(jìn)了高校餐廳。有一次，他在向一位姑娘求婚時(shí)思想又開了小差，他腦海了只剩下了無窮量的二項(xiàng)式定理。他抓住姑娘的手指，錯(cuò)誤的把它當(dāng)成通*斗的通條，硬往*斗里塞，痛得姑娘大叫，離他而去。牛頓也因此終生未娶。

牛頓從容不迫地觀看日常生活中的小事，結(jié)果作出了科學(xué)史上一個(gè)個(gè)重要的發(fā)覺。他馬虎拖沓，以前鬧過很多的笑話。一次，他邊讀書，邊煮雞蛋，等他揭開鍋想吃雞蛋時(shí)，卻發(fā)覺鍋里是一只懷表。還有一次，他請(qǐng)伴侶吃飯，當(dāng)飯菜預(yù)備好時(shí)，牛頓突然想到一個(gè)問題，便獨(dú)自進(jìn)了內(nèi)室，伴侶等了他好久還是不見他出來，于是伴侶就自己動(dòng)手把那份雞全吃了，雞骨頭留在盤子，不告而別了。等牛頓想起，出來后，發(fā)覺了盤子里的骨頭，以為自己已經(jīng)吃過了，便轉(zhuǎn)身又進(jìn)了內(nèi)室，連續(xù)討論他的問題。

在牛頓的全部科學(xué)貢獻(xiàn)中，數(shù)學(xué)成就占有突出的地位。他數(shù)同學(xué)涯中的第一項(xiàng)制造*成果就是發(fā)覺了二項(xiàng)式定理。據(jù)牛頓本人回憶，他是在1664年和1665年間的冬天，在研讀沃利斯博士的《無窮算術(shù)》并試圖修改他的求圓面積的級(jí)數(shù)時(shí)發(fā)覺這必需理的。

微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學(xué)成就。牛頓為解決運(yùn)動(dòng)問題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學(xué)理論的，牛頓稱之為'流數(shù)術(shù)'。它所處理的一些詳細(xì)問題，如切線問題、求積問題、瞬時(shí)速度問題以及函數(shù)的極大和微小值問題等，在牛頓前已經(jīng)得到人們的討論了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對(duì)以往分散的努力加以綜合，將自古希臘以來求解無限小問題的各種技巧統(tǒng)一為兩類一般的算法??微分和積分，并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系，從而完成了微積分創(chuàng)造中最關(guān)鍵的一步，為近代科學(xué)進(jìn)展帶給了最有效的工具，開拓了數(shù)學(xué)上的一個(gè)新紀(jì)元。

1707年，牛頓的代數(shù)講義經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術(shù)》。他主要爭(zhēng)論了代數(shù)基礎(chǔ)及其（透過解方程）在解決各類問題中的應(yīng)用。書中陳述了代數(shù)基本概念與基本運(yùn)算，用超多實(shí)例說明白如何將各類問題化為代數(shù)方程，同時(shí)對(duì)方程的根及其*質(zhì)進(jìn)行了深化探討，引出了方程論方面的豐碩成果，如，他得出了方程的根與其判別式之間的關(guān)系，指出能夠利用方程系數(shù)確定方程根之冪的和數(shù)，即“牛頓冪和公式”。

牛頓對(duì)解析幾何與綜合幾何都有貢獻(xiàn)。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出親密線圓（或稱曲線圓）概念，提出曲率公式及計(jì)算曲線的曲率方法。并將自己的很多討論成果（總結(jié)）成專論《三次曲線枚舉》，于1704年發(fā)表。此外，他的數(shù)學(xué)工作還涉及數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領(lǐng)域。

牛頓是經(jīng)典力學(xué)理論理所當(dāng)然的開創(chuàng)者。他系統(tǒng)的總結(jié)了伽利略、開普勒和惠更斯等人的工作，得到了聞名的萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律。

牛頓發(fā)覺萬有引力定律是他在自然科學(xué)中最輝煌的成就。那是在假期里，牛頓經(jīng)常來到母親的家中，在花園里小坐片刻。有一次，象以往屢次發(fā)生的那樣，一個(gè)蘋果從樹上掉了下來。一個(gè)蘋果的偶然落地，卻是人類思想史的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，它使那個(gè)坐在花園里的人的頭腦開了竅，引起他的深思：畢竟是什么緣由使一切物體都受到差不多總是朝向地心的吸引呢？牛頓思考著。最終，他發(fā)覺了對(duì)人類具有劃時(shí)代好處的萬有引力。他認(rèn)為太陽吸引行星，行星吸引行星，以及吸引地面上一切物體的力都是具有相同*質(zhì)的力，還用微積分（*）了開普勒定律中太陽對(duì)行星的作用力是吸引力，*了任何一曲線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，若是半徑指向靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，且繞此點(diǎn)掃過與時(shí)間成正比的面積，則此質(zhì)點(diǎn)必受指向該點(diǎn)的向心力的作用，假如環(huán)繞的周期之平方與半徑的立方成正比，則向心力與半徑的平方成反比。牛頓還透過了超多試驗(yàn)，*了任何兩物體之間都存在著吸引力，總結(jié)出了萬有引力定律：

f=g（m1m2/r2）（m1和m2是兩物體的質(zhì)量，r為兩物體之間的距離）。在同一時(shí)期，雷恩、哈雷和胡克等科學(xué)家都在探究天體運(yùn)動(dòng)神秘，其中以胡克較為突出，他早就意識(shí)到引力的平方反比定律，但他缺乏象牛頓那樣的數(shù)學(xué)才能，不能得出定量的表示。

牛頓運(yùn)動(dòng)三定律是構(gòu)成經(jīng)典力學(xué)的理論基礎(chǔ)。這些定律是在超多試驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，是解決機(jī)械運(yùn)動(dòng)問題的基本理論依據(jù)。

1687年，牛頓出版了代表作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，這是一部力學(xué)的經(jīng)典著作。牛頓在這部書中，從力學(xué)的基本概念（質(zhì)量、動(dòng)量、慣*、力）和基本定律（運(yùn)動(dòng)三定律）動(dòng)身，運(yùn)用他所創(chuàng)造的微積分這一鋒利的數(shù)學(xué)工具，建立了經(jīng)典力學(xué)的完整而嚴(yán)密的體系，把天體力學(xué)和地面上的物體力學(xué)統(tǒng)一齊來，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上第一次大的綜合。

在光學(xué)方面，牛頓也取得了巨大成果。他利用三棱鏡試驗(yàn)了白光分解為的有顏*的光，最早發(fā)覺了白光的組成。他對(duì)各*光的折*率進(jìn)行了精確分析，說明白*散現(xiàn)象的本質(zhì)。他指出，由于對(duì)不同顏*的光的折*率和反*率不同，才造成物體顏*的差別，從而揭開了顏*之迷。牛頓還提出了光的“微粒說”，認(rèn)為光是由微粒構(gòu)成的，并且走的是最快速的直線運(yùn)動(dòng)路徑。他的“微粒說”與之后惠更斯的“波動(dòng)說”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。此外，他還制作了牛頓*盤和反*式望遠(yuǎn)鏡等多種光學(xué)儀器。

牛頓的討論領(lǐng)域非常廣泛，他在幾乎每個(gè)他所涉足的科學(xué)領(lǐng)域都做出了重要的成果。他討論過計(jì)溫學(xué)，觀測(cè)水沸騰或凝固時(shí)的固定溫度，討論熱物體的冷卻律，以及其他一些只有在與他自己的主要成就想比較時(shí)，才顯得遜*的課題。

1687年，牛頓發(fā)表了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。這部巨著總結(jié)了力學(xué)的討論成果，標(biāo)志了經(jīng)典力學(xué)體系初步建立。這是物理學(xué)史上第一次大綜合，是天文學(xué)、數(shù)學(xué)和力學(xué)歷史進(jìn)展的產(chǎn)物，也是牛頓制造*討論的結(jié)晶。在這一節(jié)中我們主要想追溯牛頓作出人類史上如此豐功偉績(jī)的淵源和他的制造過程。

牛頓所處的時(shí)代背景已如前述，他的生平也已有很多專著作了介紹，在此毋庸贅述。

蘋果的故事

蘋果落地的故事早已膾炙人口。依據(jù)牛頓的信件，可以*在他年輕的時(shí)候（1665—1666年）因瘟疫在鄉(xiāng)下居住時(shí)，確曾討論過數(shù)學(xué)和天文學(xué)，并思索過引力問題，他寫道：

“在1665年的開頭，我發(fā)覺計(jì)算靠近級(jí)數(shù)的方法，以及把任何冪次的二項(xiàng)式歸結(jié)為這樣一個(gè)級(jí)數(shù)的規(guī)章。同年5月間，我發(fā)覺了計(jì)算切線的方法，……11月間發(fā)覺了微分計(jì)算法；其次年的1月發(fā)覺了顏*的理論，5月開頭討論積分計(jì)算法。這一年里我還開頭想到重力是伸向月球的軌道的，同時(shí)在發(fā)覺了如何來估量一個(gè)在天球內(nèi)運(yùn)動(dòng)著的天體對(duì)天體表面的壓力以后，我還從開普勒關(guān)于行星的周期是和行星軌道的中心距離的3/2次方成正比的定律，推出了使行星保持在它們的軌道上的力必定要和它們與它們繞之而運(yùn)行的中心之間的距離的平方成反比例。而后把使月球保持在它軌道上所需要的力和地球表面上的重力作了比較，并發(fā)覺它們近似相等。全部這些發(fā)覺都是在1665年和1666年的鼠疫年月里作出來的?！?/p>

這封信寫于1714年，二百多年來，人們都是依據(jù)這封信以及其他一些文獻(xiàn)資料來說明牛頓的制造經(jīng)過的。這封信雖然沒有提到蘋果的故事，但是說明至少在《原理》發(fā)表22年以前，牛頓就已經(jīng)開頭了引力問題的思索。

人們要問：既然在1665—1666年牛頓就已經(jīng)推算出了引力的平方反比定律，為什么遲了二十多年才發(fā)表？過去流傳了種種解釋。

有人說，牛頓當(dāng)時(shí)推算的結(jié)果由于地球半徑的數(shù)據(jù)不夠精確?????誤差過大，出于謹(jǐn)慎等待了20年。

有人說，牛頓的推算只是*了圓形軌道的運(yùn)動(dòng)，而行星的軌跡是橢圓，他當(dāng)時(shí)無法計(jì)算，只有等到他本人創(chuàng)造了微積分之后，才能有效地解決這個(gè)問題。

也有人說，牛頓觀看蘋果落地的故事或許確有其事，由于牛頓晚年至少向四個(gè)人講到這件事，而他當(dāng)時(shí)也確在思索引力問題。他確定想到要把重力延長(zhǎng)至月球。

還有人說，牛頓1714年的那封信有意歪曲歷史，是有意編造的，同樣，蘋果落地的故事，也是出自牛頓本人和他的親屬的編造，他們也許是出自辯護(hù)優(yōu)先權(quán)的需要。

長(zhǎng)期以來，（牛頓的《原理》已經(jīng)發(fā)表整整三百年了），有關(guān)牛頓的著作甚少。牛頓的手稿始終被擱置一邊，既未得到討論，也未公開發(fā)表，直到近幾十年，對(duì)牛頓的討論才活躍起來，牛頓的書信和手稿間續(xù)整理出版，討論牛頓的書刊不斷問世，消失了好幾位以討論牛頓著名于世的科學(xué)史專家以及他們的學(xué)派。他們對(duì)過去的一些誤傳進(jìn)行了考*，對(duì)《原理》一書的背景作了系統(tǒng)的討論，對(duì)牛頓的生平和制造經(jīng)過進(jìn)行了分析?，F(xiàn)在我們可以更全面地、更正確地也更深刻地闡述牛頓的工作了，這里僅就牛頓發(fā)覺萬有引力定律的經(jīng)過作些介紹，讀者或許會(huì)發(fā)覺，這一經(jīng)過要比蘋果落地的故事更富有戲劇*。

1642年的圣誕節(jié)前夜，在英格蘭林肯郡沃爾斯索浦的一個(gè)農(nóng)夫家庭里，牛頓誕生了。牛頓是一個(gè)早產(chǎn)兒，誕生時(shí)只有3磅重。接生婆和他的雙親都擔(dān)憂他能否活下來。誰也沒有料到這個(gè)看起來微不足道的小東西會(huì)成為了一位震古爍今的科學(xué)巨人，并且活到了竟活到了85歲的高齡。

牛頓誕生前三個(gè)月父親便去世了。在他兩歲時(shí)，母親改嫁。從今牛頓便由外祖母撫養(yǎng)。11歲時(shí)，母親的后夫去世，牛頓才回到了母親身邊。大約從5歲開頭，牛頓被送到公立學(xué)校讀書，12歲時(shí)進(jìn)入中學(xué)。少年時(shí)的牛頓并不是神童，他資質(zhì)平常，成果一般，但他喜愛讀書，喜愛看一些介紹各種簡(jiǎn)潔機(jī)械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動(dòng)手制作些奇驚奇怪的小玩意，如風(fēng)車、木鐘、折疊式提燈等等。*劑師的房子四周正建筑風(fēng)車，小牛頓把風(fēng)車的機(jī)械原理摸透后，自己也制造了一架小風(fēng)車。推動(dòng)他的風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)的，不是風(fēng)，而是動(dòng)物。他將老鼠綁在一架有輪子的踏車上，然后在輪子的前面放上一粒玉米，剛好那地方是老鼠可望不行及的位置。老鼠想吃玉米，就不斷的跑動(dòng)，于是輪子不停的轉(zhuǎn)動(dòng)。他還制造了一個(gè)小水鐘。每一天早晨，小水種會(huì)自動(dòng)滴水到他的臉上，催他起床。

之后，迫于生活，母親讓牛頓停學(xué)在家務(wù)農(nóng)。但牛頓對(duì)務(wù)農(nóng)并不感愛好，一有機(jī)會(huì)便埋首書卷。每次，母親叫他同她的傭人一道上市場(chǎng)，熟識(shí)做交易的生意經(jīng)時(shí)，他便請(qǐng)求傭人一個(gè)人上街，自己則躲在樹叢后看書。有一次