一、牛顿发明了什么
1、牛顿发明了反射望远镜,也称牛顿望远镜。
2、牛顿提出万有引力定律、牛顿三大运动定律,奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。
3、在光学上,牛顿基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察,发展出了颜色理论。
4、在数学上,牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。因此牛顿也被人称之为“微积分之父”。
5、牛顿系统地表述了冷却定律,并研究了音速。
6、在经济学上,牛顿提出金本位制度。
二、牛顿人物轶事
在中小学教科书中,学生们肯定不止一次接触到牛顿这一非同凡响的名字。正如人们所熟知的那样,他是英国伟大的物理学家、数学家和天文学家,提出过万有引力定律、力学三大定律、白光由各色光组成的理论,并开创了微积分学,等等。
在迈克尔·怀特所著的《100位杰出人物》一书中,艾萨克·牛顿(1642～1727年)被列为最具影响力人物之第二,排在穆罕默德之后,耶稣基督之前。他之所以能够获得如此殊荣,当然是因为他对科学发展的杰出贡献。
人们往往倾向于把科学史上具有划时代意义的伟大科学家看作是品德高尚的天才和圣人,无数荣誉和光环围绕着他们,使人们难以了解他们作为普通人的真实性情。新近出版的《牛顿传:最后的炼金术士》,通过大量翔实的资料和原始档案,还原了一个真实的牛顿。
这位站立在巫术终结和科学兴起的历史转折点上的天才,通过对未知世界永无止境的探索,使他成为有史以来最伟大的科学家之一,也使他将自己一生中更多的精力花费在炼金术上,牛顿总共留下50多万英文单词的炼金术手稿和100多万单词的神学手稿,而这些工作与他的科学发现很难说是毫无关联的。除此之外,他还专门研究过治疗想像中他所患疾病的药物。
此书作者基于科学发生学的视角,提出了牛顿痴迷炼金术与奠立近代科学基础之间的重大关联。他借助牛顿遗留下来的重要信件和从未发表过的笔记,阐释了牛顿从事炼金术和神学研究对于他发现万有引力,以及后来进行的统一场论研究的作用。
值得一提的是,直到1936年,牛顿真实的另一面才逐渐显露出来,而这要归功于20世纪的经济学大师、牛顿研究者约翰·梅纳德·凯恩斯。当时有一批牛顿遗留下来的文件在苏富比拍卖公司拍卖,这些文件是大约50年前由剑桥大学所接受的捐赠中被认为“不具科学价值”的一部分收藏品。结果,凯恩斯在拍卖中购得这批文件。
凯恩斯在研读这批从未向世人公布过的秘密文件后,于1942年在英国皇家学会发表演说,将历史上这位最著名和最崇高的科学家描绘成一个受到争议的性格偏执者。
凯恩斯对牛顿的重新评价值得我们正视和思考:“从18世纪以来,牛顿一向被认为是第一个,也是最伟大的近代科学家,是一个理性主义者,他教导我们作出冷静的思考和无偏的推理。可是现在我要说,我不认为如此,我不认为任何人在看完那一箱文件之后,还会把他看成是那样一位道德高尚的伟人。”
莱布尼茨和牛顿各自独立地创造了微积分,尽管牛顿发现微积分要比莱布尼茨早若干年,但他很晚才出版自己的著作。于是,谁是微积分的第一创造者,成了当时科学界争吵的一件大事。牛津大学教授基尔在<哲学通报>上发表一篇讨论离心力的文章,文中把发明微积分的主要功劳记在牛顿名下,同时也提到了莱布尼兹。<哲学通报>到达莱布尼兹手上,立即惹怒了他。
莱布尼兹寄信给皇家学会,要求收回那种说法。当莱布尼兹在<教师学报>上写了一篇评论,严厉批评牛顿的工作时,立场坚定的争论就开始了。莱布尼兹使用的外交手段,是把自己隐藏在无所不知的编辑名义下,匿名写下这篇评论的,而<教师学报>是莱布尼兹本人在1682年创办并自任主编的杂志。
那并非一场公开的战争,莱布尼兹一方面在大众面前赞扬牛顿,一方面唆使别人,特别要约翰伯努利写信攻击牛顿来为他辩护,伯努利照他的意思去做,没有在信上署名。莱布尼茨请求英国皇家学会予以裁定,而作为皇家学会会长的牛顿指定了一个公正的委员会来审查,皇家学会发表结论,正式谴责莱布尼茨剽窃。
至于牛顿为什么痴迷于炼金术,我们要考虑他所处的时代背景.在17世纪,炼金术和化学掺杂在一起,因为这时的化学还没有从炼金术中脱离出来,一个人要想研究化学而不接触炼金术是不可能的。因为没有人可以找出一本17世纪的没有炼金术内容化学著作。
而牛顿对于化学一定充满了求知欲。所以他像研究数学物理那样去研究化学,而可以供他参考自学的书只有炼金术著作,所以他不得不选择炼金术。
其实试图把化学从炼金术中分离出来的就是牛顿,因为他曾经写过一本名叫《化学》的书,后来在那次大火中被烧毁了,所以他对化学的贡献我们一无所知。留下的只是他学习过程中的一些手稿,一些没有经过分离的炼金术资料。
如果我们以今天的眼光来审视炼金术,我们应当承认它至少带来了一些有用的技术和工具。并且炼金术可能或多或少地激发了牛顿的灵感,有助于他在科学领域中的探索和发现。
科学巨人同样可能走向歧途,他们的人格或个性也可能存在着这样或那样的缺陷,但是他们对世界文明的贡献是第一位的,而这些有利于社会进步的探索永远不会被贬低或者忘却。
三、牛顿被苹果砸的故事到底是真是假
故事是假的吗?
大家耳熟能详。英国纪念牛顿《自然哲学的数学原理》300 周年文集的封面用的就是一个苹果。牛顿家乡的苹果树还被移栽到世界各地的许多著名学术机构。
近年来,有很多人把这个故事归入了虚假故事里。随便在网上搜索可以找到很多这样的文章。例如《那些误导我们的教科书故事——牛顿根本没被苹果砸》这样说:“关于牛顿和他的苹果是伏尔泰编的,据说他是听牛顿的侄女说的,当然牛顿的所有手稿中没提到那个苹果。”
在另一篇《小学教材里的中国式虚假故事:华盛顿砍树,牛顿被苹果砸都是假的》里,把牛顿的苹果故事与《爱迪生救妈妈》《地震中的父与子》等虚假故事放在一起,进而写道:“牛顿的‘假如我看得比别人远一些,是因为我站在巨人的肩膀上’名言,是在他与胡克争夺万有引力定律的优先发现权时,为了讥讽胡克而说的(胡克是个驼背和身体扭曲的矮子),显示了牛顿卑劣的人格。”
牛顿苹果的故事难道是虚构的吗?在小学教科书和少儿读物中描述的这个故事,虽然有演绎的成分(比如苹果砸到了牛顿的头),但基本内容来自历史文献。牛顿虽然并未在他的论著中提到苹果的故事,不过人们在正式的科学著作中一般也不会讲述自己的科研灵感来源,因此这本身不足为奇。牛顿苹果的故事是一些熟悉他的人听晚年的牛顿讲述的。
这个故事最著名的讲述者是法国启蒙哲学家伏尔泰(Voltaire)。关于牛顿发现万有引力的经过,伏尔泰写道:“1666 年,他(牛顿)退隐到剑桥附近的乡下,有一天在自己的花园里散步,看到有水果从树上掉下来,便陷入了对重力的沉思……使重物坠落的力量是一样的,不管是在地下多深处,也不管是在多高的山上,都不会有明显的减小,为什么这一力量不会一直延伸到月球上呢?如果这一力量真的一直深入月球,从表面上看,难道不正是它使月球保持在其轨道上吗?”
伏尔泰的故事来自牛顿的外甥女凯瑟琳·康迪特(Catherine Conduit),牛顿同母异父的妹妹汉娜·斯密思(Hanna Smith)之女。她的丈夫约翰·康迪特(John Conduit,1688—1737)是牛顿在皇家造币厂的助手,并在牛顿去世后继任了造币厂厂长。夫妇俩后来都安葬在西敏寺牛顿墓的旁边。康迪特曾有意撰写一部牛顿的传记,很早就开始注意记录牛顿的谈话,并在牛顿逝世后收集了其他人对他的回忆。我们现在读到的牛顿轶事大多来自他们当时收集的记录。
牛顿的同乡威廉·司徒克雷(William Stukeley,1687—1765)是这个故事的另一位记录者。司徒克雷与牛顿一样毕业于剑桥大学,曾多次访问巨石阵(Stonehenge),并首次进行了详细的测量和记录,成为考古学的先驱者之一。他与牛顿交往甚多,曾在牛顿小时上学的地方格兰瑟姆采访了很多认识牛顿的老人,包括传说中牛顿少年时代的女友文森特夫人,收集了许多牛顿童年时代的轶事,并调查了牛顿的家谱。
1726 年4 月15 日,在与牛顿的一次见面中,司徒克雷后来写道:“他(牛顿)告诉我,在过去,正是在相同的情景下,重力的概念进入他的头脑。它是由一个苹果落地引起的,而当时他正坐着沉思默想。他思量,为什么苹果总是垂直地摔在地上,为什么它不斜着跑或者向上跑,而总是跑向地球的中心呢?的确,原因是地球吸引苹果。在物质中必定有吸引力存在,地球的吸引力总和一定指向地球的中心,而不指向地球的任何一侧。所以这个苹果垂直地向地球中心下落。如果物质之间如此吸引,吸引力一定与物质的量成比例。因此,苹果吸引地球,和地球吸引苹果一样,存在一种力量,像我们所说的重力,它通过宇宙延伸自己。”
此外,还有数学家Robert Greene 在他的著作中称皇家学会副主席Martin Folkes也曾听牛顿讲述过这个故事。牛顿的另一位朋友、数学家棣莫弗(Abraham deMoivre, 1667— 1754) 虽然没有提到苹果,但是他提到1666 年牛顿在花园中思考的时候产生了关于引力的想法(参见文献[3]第154 页),与其他人说法基本一致。
