登陆注册
6996600000016

第16章 站在巨人的肩膀上

牛顿,这个流芳千古的名字是近代科学的象征。现在,让我们追寻历史的足迹,去浏览一下这位伟人为人类建筑的科学大厦。

1642年圣诞节的早晨,在英国北部偏僻的伍耳索浦村的一户农民家里,有个早产儿呱呱坠地了。说来也巧,这一年正是物理学大师伽利略去世的一年。这个婴儿的父亲在他未出娘胎时就去世了,为了纪念孩子的亡父,母亲就用他父亲的名字——伊萨克·牛顿,来称呼他。小牛顿未满2岁,母亲迫于生计,改嫁给一个牧师,就把牛顿留给舅舅和外诅母来抚养。上学后,这个苦命的孩子,天资并不聪明,加上胆子小,所以成绩平平。每当老师数落那些功课不好的学生时,总有他的份。不过小牛顿却有他手巧的特长,他自己喜欢动手做各种各样的玩意儿,从简单的风筝、风车、日晷、漏壶,一直到一些复杂的小机械。他的精巧的作品,常常博得邻居和同学的称赞。

牛顿读完小学,升人中学,刚读了一年,继父又死了。母亲只能让牛顿辍学,回村里去种田。但这时的牛顿已经是一个有志向的大孩子了:他对于科学的痴迷,终于打动了母亲,一家人省吃俭用,供他上完了中学。1661年6月,牛顿以“减费生”的身份考进了剑桥大学。牛顿的学习基础不够好,数学成绩更是跟同学们差了一大截。可是他一点也不气馁,凭着勤奋刻苦的学习精神,奋起直追,三年不到居然名列全班第一。这时,学校里新来了一位名叫巴罗的教授。真是“伯乐识才”,他一下子就喜欢上了这个勤奋好学的年轻人,悉心辅导牛顿攻读欧几里得、开普勒和伽利略等人的著作,这使晚熟的牛顿茅塞顿开,学业突飞猛进。牛顿经常提出一些自然科学和数学方面的问题向他请教,让巴罗教授又惊又喜,他常向别的老师夸牛顿是个可造之材。谁知好景不长,正当牛顿像海绵吸水一样地学习各种知识,并且越来越受到教授们的赏识时,英国发生了一场席卷全国的大瘟疫,光是1665年夏天,伦敦就死了3万人。为了逃避这场可怕的灾难,学校决定停课2年。牛顿挥泪告别了恩师,卷起铺盖回到了老家伍耳索浦村。

这时的牛顿已经是个青年学者了,脑子里装满了天文学、数学和物理学的知识以及他在大学学习时种种悬而未解的疑难问题。

回到乡间,牛顿不是闭门读书,就是在田野、林间苦冥想。第一年,他为自己定下的目标是,梳理大学学习时遇到的种种疑难,重点还是探索物体运动的原因,住当时,人们仍然沿用古希惜学者的学说来解释物体的运动。古希腊学者把运动分作三类:即地面上的物体运动、落体运动和星体运动。亚卫士多德对这三类运动的原因是这样解释的:他说.力是地面上的物体运动的原因;地球是手:宙的中心。所以落体落向地球,这是落体运动的原因;星体由于它们的特殊本性,使它们保持永恒的运动?对于亚里士多德的前两种解释,牛顿知道,伽利略已经做出了否定的结沦,那么,亚里士多德对星体运动的解释是不是有道理呢?开普勒已经揭示了行星运行的规律,那么它们为什么要这样运转呢?这是不是亚里士多德说的“特殊本性”呢?对于这些当时谁也无法回答的问题,早在念大学时,牛顿就曾翻遍了图书馆里的天文学图书,他看到的只是一些近乎幻想的说法。例如,开普勒认为星体之间存在着引力,“月球被地球牵引着;相反月球也吸引着地球上的海水。从太阳那里.有—只肉眼看不见的巨大的手,伸向行星,拉着这些行星跟太阳一起旋转。”

天体运行难道真是引力的作用吗?如果真是这样,那么引力又是什么呢?

一天晚餐过后,牛顿同往常一样去花园散步。花园里月光如水,落叶满地,他在树下踱着步子。突然,“吧嗒”一声,有个东西跌落在他的脚边。他吃了一惊,蹲下一看,原来是个熟透的苹果被风吹落在地上。牛顿抬起头来,只见夜幕上明月高悬,他不觉寻思起来:苹果熟了会落到地上,它为什么不住天上掉呢?那么天上的月亮为什么又不往地上掉,反而绕着地球转,也不飞走呢?难道这都是地球有一股吸引它们的力吗?

想到这里,牛顿赶紧回到自己的书房,闭门思索起来。一连三天,牛顿没有出门。他把在巴罗老师那里学来的知识都调动起来,又翻出伽利略、开普勒的著作,陷入深思和联想之中。他想:一个人站在山崖上,把—块石头轻轻放开,石头就会照直落到地上;如果把石头抛向远处,石头就会向前“飞”一段再画一个圆弧落到地上;如果他用的力更大,石头就会落得更远;如果有足够大的力量,石头就会不再落到地面上,而围绕地球旋转起来;假如地球没有引力,石头就会朝抛出的方向一直向前飞去。按照这个道理,月球以一定的距离绕地球转动,不就证明了月球总是在向地球下落的缘故吗?这就好比是一个孩子拿着一头拴着石子的绳子甩动着,让小石子在空中转圈一样。地球就是孩子牵着绳子的手,月亮就是小石子,地球对月球的引力就相当于那根绳子了。月球沿轨道绕地球旋转,使它避免落向地球;而地球对月球的引力,使它不能离地球远去,只能永远绕着地球转下去。接着,他又进一步推想:各个行星之所以围绕着太阳旋转,也一定是太阳对它们的吸引力作用的缘故。现在,只要证明地球对月球的吸引力确实就是月亮绕地球运行所需的向心力,那么各种星球间都有相互吸引力的结论就是正确的了。

牛顿觉得要得出这样的证明,凭观察是做不到的,而是要在已知材料的基础上,靠数学推导来攻克这样的难题。牛顿立即进行计算,通过严密的数学论证,证实了维持月球绕地球运转的力不是别的,正是地球对月球的吸引力,太阳对地球以及别的行星都存在着这种相互吸引的作用力。牛顿把这种相互吸引的力取名为“万有引力”。由此,他认为古希腊人说的三类运动,实际上受同一规律支配着,天地万物的运动用这一定律就可以概括起来。牛顿找到了表现这一定律的数学公式,即:两个物体间万有引力的大小,和这两个物体质量的乘积成正比,和它们间的距离的平方成反比。就这样,牛顿完成了人类认识自然历史上第一次的理论飞跃,把大干世界中万物的运动,用一个理论来加以解释。

牛顿完成了他关于万有引力的论文后,并没有把自己的重大发现发表出来,一则他生性没有强烈的发表欲;二则他生怕论文发表后会引起广泛而又旷日持久的争论——这会耗费他宝贵的精力;三则是因为他谦虚。他觉得像他这样一个二十出头的青年学子,退居乡下,因为看到苹果落地,竟幸运地揭示了宇宙万物运动的奥秘,并不是自己比伽利略、开普勒、笛卡儿等科学巨人有更非凡的才能,而是因为他是站在这些巨人的肩膀上,所以才显得更高。和这些科学巨人相比,牛顿觉得自己只是一个毛头小孩而已。因而他把论文锁在箱子里,直到22年后,在天文学家哈雷的催促下,他才把当年的论文整理后写成《自然哲学的数学原理》这部科学史上“最伟大的杰作”。这部汇集牛顿力学研究成果的巨著,是一座经典力学的宗庙,牛顿力学则是这座宗庙中的主神。一直到20世纪爱因斯坦创立相对论时,它都始终被人们虔诚地尊奉着,没有人能够对它作任何本质性的补充和修正。

在《自然哲学的数学原理》一书中,牛顿系统地阐述了四条力学定律。第一定律是惯性定律,第二定律是落体定律。这两条定律分别是伽利略惯性定律和落体定律的推广、延伸;第三定律是作用与反作用力定律,第四定律是万有引力定律。这两条定律则是开普勒引力思想的发展。特别是他的万有引力定律不仅成功地解释了开普勒定律,科学地表述了太阳系行星、卫星、彗星的运动理论,解释了潮汐现象等一系列长期困扰人们的难题,而且运用牛顿的天体力学理论可以准确预见行星的运动。1846年,海王星的发现,就是根据牛顿力学的计算结果找到的。

一只落地的苹果,居然让牛顿带领人类进入了一个科学的新世纪,难怪这株在牛顿老家的苹果树要被当作英国国宝而精心保护起来了。1820年,这棵树终于寿终正寝。它被分成几段,分别由英国皇家学会、牛顿故居等处保存起来,让参观的人们睹物生情,缅怀牛顿的不朽功绩。

同类推荐
  • 西部地区生态文明建设理论与实践

    西部地区生态文明建设理论与实践

    本书主要从生态文明、马克思主义生态思想、西部生态环境问题、西部大开发与可持续发展、生态伦理、生态教育、西部地区生态实践——以宁夏为例等方面对西部地区生态文明建设的理论与实践进行了探讨和研究,以期为民族地区政府在制定方针政策时提供决策咨询。
  • 实验动物科学与应用

    实验动物科学与应用

    21世纪是生命科学的世纪,生命科学已成为21世纪自然科学的领头学科之一。实验动物科学是现代科学技术的重要组成部分,而实验动物是生命科学的基础和重要支撑条件,是活的试剂,是衡量现代生命科学研究水平的重要标志。生物、医学、制药、化工、农业、环保、航天、商检、军工等研究及检测均离不开实验动物。实验动物作为国家科技基础条件支撑体系的重要组成部分,逐渐发展为一门独立的、全新的、综合性的边缘科学,备受人们关注。
  • 植物:草木是有情感的

    植物:草木是有情感的

    本书内容包括:植物扩张领土之谜、植物防御武器秘密、植物神经系统之谜、植物发光的秘密、植物食虫之谜、植物预报地震之谜、人类离不开的植物、营养丰富的植物等。
  • 破译神奇地理之谜(破译奥秘大世界丛书)

    破译神奇地理之谜(破译奥秘大世界丛书)

    神奇的地球地球曾有过光环吗人类觉察到太阳系行星上的光环,可能是300年以前的事。17世纪,科学家伽利略首先从天文望远镜里看到土星周围闪耀着一条明亮的光环。后来,人们又用天文望远镜观察了太阳系的其他行星,数百年过去了,也没有听说它们周围出现光环。
  • 天文百科知识博览

    天文百科知识博览

    《巅峰阅读文库 我的第一本百科书:天文百科知识博览》是一本献给天文爱好者的书籍,也是同青少年朋友分享天文科普知识,掌握各种天文观测常识,了解最新天文探测成果的书籍,内容主要包括宇宙、太阳、太阳系外天体、星系、星云、银河系、银河外星系、恒星、行星、太阳等等。《巅峰阅读文库 我的第一本百科书:天文百科知识博览》内容包罗万象,形式丰富多彩。它既是人们认识世界、感知历史、触摸时空和超越未来的组合工具。又是聆听历史和探索未来的一条捷径,同时也是家长引领孩子成长的教育指南。
热门推荐
  • 战天绝帝

    战天绝帝

    混沌苍穹,群雄并起。远古大陆——苍穹大陆在历史的变迁和一代代绝世强者的争霸争变得支离破碎。。当今天下,是一个强者为尊,更强者为王的时代。在这里,所谓的皇权,富贵荣华,只是那些庸俗之人的追求。在真正的强者眼中,那些都是浮云,更有甚者一怒则灭城屠国。没有人会指责什么,因为这就是实力。天云帝国的皇子——林嘉,渴望成为至强者,离开了荣华富贵,走进了血雨腥风的强者的世界。他的到来,究竟会给这个九州,乃至整个苍穹大陆带来怎样的变故?
  • 冥冥天已注定

    冥冥天已注定

    爹妈给租了个房子,没想到居然是死人的,而这个死人居然要将租户赶出去!是可忍,她不能忍好歹也是交了房租的!!
  • 盛溺掳爱小宝贝

    盛溺掳爱小宝贝

    她是他最甜美的宝贝,他是她依赖的人。但,当她终有一天羽翼已然丰满,想要离开他的时候,他笑了“只要你能从这里逃出去,三个月,我给你三个月逃离的时间,三个月后……”意思不言而喻。她看着周围的高墙,默默汗了,但却无法打击到她的信心。终于有一天,她逃出去了。而,他听着手下人的报告,笑了,“小乖,你觉得你能逃离我的身边吗?三个月,我只会给你三个月的游戏时间”
  • 不灭拳皇

    不灭拳皇

    从元力大陆到华夏神州,我来过,我征服。凌九天一地引山河巨变,我存在,我不灭。被追杀的只剩一缕残魂的草薙京,和少年苏朗师徒相伴,踏上逆天之路。PS:本书非同人,草薙京乃修真人士!!!重要的事情打三个标点!
  • 乔飞缘念

    乔飞缘念

    她本是普通的高中生,只是姿色出众;他是身份尊贵神秘组织的大BOSS,奈何,他闯进她的生活,风一般的来,云一般地走,只留下一个小包子;可是,她的生活发生了翻天覆地的变化
  • 盛爱紫荆棘

    盛爱紫荆棘

    她,绝代风华,聪颖过人;他,潇洒邪魅,智商爆棚。人们都说,他们绝对是一对儿,可是他们本人捏?还真是这样!他宠她宠得要命,她K他K得要死。不过,即使这样打打闹闹、偶尔有点小瑕疵,可是他们,终究没有放弃彼此,就这样一直牵手,走下去......
  • 穿越赛尔号

    穿越赛尔号

    如何流下这一滴泪,让时间都荒芜,让爱情都破碎。你我经过的山谷平原,早已荒芜成沙漠。既然如此,谁还能看见你我写过的那些誓言,仿佛世界的沧海桑田,似一个终点……
  • 爱如云城

    爱如云城

    这本小说里有温暖的亲情,美好的友情,还有至死不渝的爱情,我要讲述的不仅仅如此,透过这些故事希望能追忆起你我的青春,并且记住青春里的爱与痴,恨与别离,好与坏,是这些成了我们以后永生难忘的记忆。谨以此书献给所有人的青春。
  • 来了,夜

    来了,夜

    黑暗慢慢笼罩,伊立轩突然浑身烦躁难耐,朝镜中望去竟成为一个女人!身为普普通通的人类,伊立轩经历了心理上的辗转,生理上的折磨,渐渐接受了自己的身体,但却再也不敢与人相恋。与灵王叶擎苍在酒会偶遇结识。“不管男女,你都是我的!”伊立轩该以怎样的姿态去面对叶擎苍的霸道占有。“叶擎苍你知道你在做什么吗!”装失忆,装多情,逃跑,发疯,无尽花招,样样试过,却总逃不过叶擎苍的手掌心。最终的最终,周折百转,幸好在一起。虽是幸福,可叶擎苍同时也发现伊立轩心底的阴霾其实并没有淡去。“擎苍,我是人妖,不得不承认,这是事实。”半人半妖的他该怎样面对他继续生存的世界。
  • 绝尘天逆

    绝尘天逆

    穿越了?我****,哥正在玩野外生存这么好玩的事,你让我穿越?什么?_?这里可以修炼,还有这么好玩的事?哈哈、我来试试。