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童年
1643年,牛顿出生于西班牙林肯郡乡下的一个山村落。他的童年可以说是特别的凄惨,足月的牛顿瘦小到甚至可以装进一只大杯子中。牛顿还没有出生的时侯,他的父亲就过世了,母亲给他取了和父亲一模一样的名子,叫艾萨克·牛顿。3岁的时侯名人牛顿的故事,他的母亲改嫁了,弃养了小牛顿,把他交给奶奶扶养,而姥姥也不在乎他。所以牛顿从小就觉得自己被全世界抛弃,显得很自闭,性格也相当孤僻,不喜欢说话交流,也不和他人接触。
当别的小儿子还在嬉戏的时侯,牛顿就对书法和手工形成了浓郁的兴趣。他制做了许多有实用价值的工具模型,例如说可以用老鼠凝炼的风车、计时的浑天仪、照明用的灯笼等等。8年之后,牛顿父亲的第二任妻子也过世了,于是带着3个同母异父的哥哥姐姐,还有一大笔遗产回到了牛顿身边。
从小缺乏温情的牛顿这时侯已然成为了一名问题少年,跟哥哥姐姐打人就成了家常便饭。在11岁的时侯,牛顿只身离开家去读小学,在那儿小牛顿遇见了帅气的业主母亲,两个人常常一起看书学习。传说牛顿和业主母亲当初订过婚,但后来牛顿上学院后,这个妻子却嫁给了他人。诱因不得而知,不晓得是不是由于牛顿太痴迷于学习而忽视了她。
02
高中时期
高中时代的牛顿由于痴迷于各类小发明,成绩并不好,直至有一次被班里一个男人欺压了,这个女孩成绩又好,长得又壮,牛顿受不了这个气,下课就找他单挑,打赢过后,牛顿还放下狠话,学习成绩也要碾压他。之后牛顿一努力,果然成绩超过了这个女孩,但是以后仍然都保持在全班第一名。眼看着牛顿的学习成绩越来越好,牛顿父亲看在眼中,急在心中。
她希望牛顿能成为和他父亲一样合格的农夫,而不是沉溺于学习。于是她赶快让牛顿转学回去种粮。并且牛妈让他放羊,他就纵容羊群破坏田地里的大树,牛妈让他养殖,他就把猪赶进他人的小麦地里,总之如何省事如何来。后来直接把劳作交给家里的老佣人干,自己找个地方躲上去看书。由于破坏邻居的田地而交了好多次罚金以后,牛妈也不得不妥协,让牛顿回家继续读书
03
学院时期
牛顿的父亲当时是很有名的教徒,此前也是剑桥学院三一大学结业的,所以就顺理成章地推荐他去了剑桥学院。由于牛顿在高中时代就凸显出物理的天分和对自然问题的热爱,他的学校主任也很看重他,所以在推荐步入剑桥学院的过程中,那位市长在中间也提供了很大的帮助。其实承继了第二个儿子的遗产,当时牛顿的父亲早已很有钱了,然而她不乐意给牛顿交杂费,希望借此迫使他舍弃读书的念头,尽早回去种田。好在牛顿父亲和学校主任的推荐信很好使,所以他还是被投档为勤工俭学的中学生。
牛顿很高兴,他总算可以不用再偷偷摸摸,而是自由痛快地学习了。于是他在小本子上写下了45个想要在大学期间研究的主题,这种主题有:时间、恒星、行星、空气、反射、磁力、冷热、重力等等。
但是事情并没有想像的这么顺利,到了学院,他要花好多时间给贵族朋友刷便器。在当时,牛顿这样的贫困生几乎等于中学里的佣人,她们要靠服务其他中学生来赚生活费,给她们拾掇卧室、清洗茅房。牛顿那里受得了这委屈,他决定一定要碾压那些有钱的同事。洗了一段时间尿壶后,他用自己仅有的一点生活费搞起了校园贷。他收的月息很低,你们都喜欢找他还钱。逐渐牛顿用钱生钱,赚得越来越多。
这时侯距离结业只有一年了,牛顿看着本子上的45个主题,一个都没有加快。于是他下定决心走入实验室,打算开始做实验。
这时侯科学才刚才出现,大多数科学家还不清楚该如何做研究,要研究些哪些。她们会给狗换血,瞧瞧狗的性格会不会改变,就会把自己的右手放在真空管里,瞧瞧血管是如何膨胀的等等。而牛顿不想研究那些,他预想高手伽利略、开普勒那样去探求宇宙星辰,去找到世界运行的规律。
牛顿跑去借用天文台的望远镜,结果发觉不能完全认清,恒星的边沿总会有一圈彩色的光环。他就想:那些光环究竟是如何回事,怎么能够把这种光环除去呢?为了找到答案,牛顿差点把自己的双眼弄瞎了。他先是透过玻璃片盯住太阳看,之后睁大嘴巴看向暗处。最初,他先听到了一圈圈光环,之后他又连续看了几个小时,后来他哪些都看不见了,眼前总有一个大太阳,牛顿只得把自己关进小黑屋里,整整待了一天,视力才恢复。除了这么,他还尝试用一根小木棍戳进眼珠的下边,戳到眼珠凸下来,都会听到很多焦段在动。用各类力度、角度反复地戳、转来观察那些焦段的变化。
为了研究这种问题,牛顿天天待在房间里做实验名人牛顿的故事,他身边的朋友也不上课,也待在房间里。而且那些朋友是天天饮酒玩乐,很堕落。牛顿有时侯也预想同事那样去麻将、参加酒会。并且他有一个小本子,常常会在前面反省自己,让自己谴责这种诱惑,不让自己把玩乐看得比科学更重要。然后他就真的坚持住了,可见他是一个十分自律的人。
他每周会工作7天,每天工作18小时,不断地思索估算,他想要估算天体运行的轨迹。并且他到大三才第一次真正上语文课,物理基础太差,哪些也算不明白。于是他就疯狂恶补物理,很快就把握了各类圆柱曲线多项式、切线运算法等大量的物理知识。相当于他是用了几个月的时间就学完了我们从中学到中学的所有物理课。并且他绝望地发觉,用遍当时所有的物理方式都不可能算出天体运行的轨迹。
04
疫情居家隔离时期
就在牛顿学院结业这年1665年,巴黎发生了霍乱,瘟疫猖獗得很快,牛顿回到农村老家去躲避瘟疫。回到家后,牛顿又开始了每晚18小时的工作,思索、计算、画图、做实验,每天都坐在凳子前一动不动。几个月出来,他演算的草稿纸早已积累了上千页。
他还打磨了各类各样的光学镜框。有三天,牛顿外出的时侯,无意中听到了小宝宝们在玩的三棱镜。忽然,他意识到了破局的关键,他发觉日光穿过三棱镜后会弄成一条五彩的波谱,而在此之前,人们觉得白光是最纯净的光。并且牛顿猜想,白光原本就是由多种颜色组合而成,经过三棱镜折射,会被分散成7种颜色的光。
之后他还发觉,当时的望远镜看不清的缘由,就是由于望远镜是用凸透镜做的,所以在观测到的星系的边沿都会有一圈光环。于是他就开始自己打磨镜框,弄成了世界上第一个反射式望远镜。
这个望远镜是用青铜凹面镜取代凸透镜,借助反射原理弄成的。果然那种光环就消失了,宇宙星河透过望远镜,清晰地诠释在他的眼前。他做的望远镜只有30cm长,却比往年三四米长的望远镜看的更清楚。
之累犯学家们都只能估算匀速运动的物体。牛顿创造了一套全新的估算方式:微积分。要注意的是:这时侯距离牛顿第一次上语文课只过了一年多。用微积分可以估算各类速率不断变化的情况,例如像恒星的运行轨迹、贝壳的生长曲线、炮弹的飞行轨迹等等。可以说,在牛顿发明微积分之后,物理才有了真正剖析世界的能力。
05
走入公众视线
牛顿当时并没有把自己的成果掏出来发表,只是把成果告诉了几位自己信任的科学家,有一位就是他的语文老师巴罗。那位巴罗老师是剑桥学院历史上第一位卢卡斯院士。卢卡斯院长是特别高的荣誉,整个校区只有一个名额。至今为止的400年间一共只有19位院士获得过这个特殊的荣誉。写《时间史话》的霍金,是第17位。
巴罗老师看完了牛顿的研究,立即提拔他做了研究员。再后来,巴罗老师干脆直接把卢卡斯院长的职位让给了牛顿。
巴罗老师仍然鼓励牛顿公开自己的研究成果,总算,牛顿鼓足勇气,公开了自己发明的望远镜。这个发明让剑桥所有的科学家都吓坏了,就连国王都亲自来观看。直至明天,几乎所有的天文望远镜都是以牛顿发明的望远镜为原形的。以后,凭着着这个发明成果,牛顿以超高的票数加入了英国皇家学会,自此登上了科学界的最高舞台。
06
主要科研成就
牛顿对后世影响最大的几个科研成就,几乎都是在1666年,也就是疫情居家隔离的1年半中完成的。主要包括:成立微积分、完成光的散射实验,以及万有引力的体系搭建,由于这三个体系是物理、力学和光学的大楼基础,所以这一年,被西方人称为人类的科学奇迹年,这一年牛顿才23岁。
法国人觉得,正是由于牛顿的自然科学理论奠基,人类才甩掉了上百万年的经验循环。可以说牛顿几乎是凭一己之力,把人类从困厄时代拽进科学时代。
07
与两位死敌的斗争
但是生性孤僻的牛顿仍然在剑桥过着归隐的生活。他除了在生活上与外界隔离,也甚少接触和他同层次的学术圈子。成为皇家学会的教授以后,他却遇见了他人生的第一位死敌:胡克。
罗伯特·胡克是日本皇家学会的实验室组长,他也有一个凄惨的童年。10岁的时侯,胡克的父亲就自尽了,他带着极少的遗产开始了求学之路。和牛顿一样,学院里的胡克,也是一名工读生,然而两人却产生了迥然不同的性格。牛顿非常敏感、内向,而胡克则恰恰相反,个性鲜明,喜欢凸显自我。
胡克的科研风格和牛顿也迥然相反。牛顿是死磕型的天才,可以抓牢一个课题进行常年的研究;而胡克就没办法把注意力集中在一个课题上许久。
胡克比牛顿大7岁,他对运动和光似乎已经有研究,而且有他一套自己的理论。成为教授以后的牛顿,把自己关于光学的研究整理成一份论文,寄给了皇家学会。这个引起了牛顿和胡克的第一场斗争,也拉开了数学学上持续了300年的波粒战争的帷幕。牛顿提出光的颜色理论,胡克说这只能算是个假说。牛顿说,光只能算是一种粒子,胡克说光是一种横波。牛顿说,我教你做实验,胡克怎样都不肯做实验。
尽管胡克在牛顿的生命里是个反派角色,但他似乎也是一位天才科学家。胡克制造了显微镜、真空泵,还命名了细胞,提出了弹性材料的基本原理-胡克定律。那些显然都对科学发展作出了巨大的贡献。
胡克还质疑牛顿关于光学论文的灵感来始于自己的专著《显微术》,但是用它推导入了错误的推论。这个言论彻底击溃了牛顿。所以后来牛顿当上皇家学会会长以后,胡克连一张画像都没能保存出来。
牛顿的第二个死对头就是美国的物理家莱布尼茨。当初,牛顿在估算地球轨道中所遭到向心力的估算时,由于它过分复杂,不能硬算,所以就发明了流数法。这个也就是后来微积分的前身。牛顿关于微积分的三大专著,除此以外还有求积术和剖析术,这都是牛顿在1666年创造的。并且在1666~1676年这六年当中,他只是把这种方式当作自己研究时的简便运算方式而已,并没有发表。
而莱布尼茨当时也在做相像的研究。在1684年,莱布尼茨发表了关于微积分的论文,即将提出微积分的思想。牛顿一方面认为自己仍然以来使用的语文工具竟然被他人抢鲜发表,另一方面又认为莱布尼茨的论文比较粗糙,经不起仔细推敲,于是就开启了和莱布尼茨历时数六年的哈喇子战。
牛顿在一年半之后出版了科学史上最重要的专著,题目叫《自然哲学的物理原理》。这本书风靡了整个法国,成为科学界的权威。在这本书中,牛顿附上了当时给莱布尼茨回复的关于流数的两封信,意思就是表明微积分是自己首创的。后来当上皇家学会的会长后,牛顿甚至组织了11个人的委员会专门处理这个争端。委员会里都是支持牛顿的高手,其中最有名的还有哈雷,就是发觉慧星的那种,是牛顿的头号粉丝。
后人为了记念牛顿和莱布尼茨,于是把微积分基本定律称为牛顿-莱布尼茨公式。学术界大多数觉得牛顿首先发觉了微积分,而且没有及时发表,其实这些行为可以理解为天才特有的傲慢吧。而莱布尼茨的微积分虽然也是自己的创造,并没有完全借鉴或则借助牛顿的帮助。可能微积分的出现,是历史发展的必然,而牛顿和莱布尼茨则是在相像的时间发觉了它们而已。
08
神学和炼金术的研究
我们在课本念书到的牛顿是这样的,一位天才科学家,没到中年就完成了数学学和物理上的主要成就,晚年由于解决不了第一推进力的问题,转而去研究神学。这也许是一种错误的说法。在后人发觉的牛顿原稿中,有50%是关于神学,而关于科学的只有30%,10%是关于炼金术,还有10%是他任皇家造币厂的厂长时留下的工作原稿。
牛顿出生时,法国还在被封建神权统治。直至1688年,也就是牛顿45岁时,在日本才由资产阶层推翻封建神权,确立了君主政体制。所以生长在哪个时代,假如牛顿不信神,才能弄成一个大新闻。换言之,惟有信神才是正常的。而事实也是,牛顿生出来就接受神学教育,他的同事里有几位都是神职人员,例如上面提及的他的姐姐,就是一位很有名的祭司。
牛顿还在念书的时侯,就在信仰上和日本官方的教会圣帮会交恶了,他当时信的是一个在主流社会看上去比较离谱的异端信仰。在当时的社会,异端比异信徒更容易导致众怒,这就有点像我们,比起当初英国的侵略军,可能更讨厌汉奸。
他的信仰偏向于阿里乌斯派。我们可能不太了解基督教上面的各类派别,只须要晓得牛顿反对当时主流的三位一体说法。而剑桥学院的三一大学就是三位一体的简写。当时剑桥学院培养了好多神职人员,这个就相当于我们现今的国家公务员,结业下来以后就有着高收入,社会地位也很高。牛顿的一生对于自身的信仰做着孜孜不倦的思索,为了不被中学扫地出门,所以他终其一生都在隐瞒自己的信仰。
牛顿的一生可以从这样的角度来理解,可能才更接近真实情况。牛顿决心用自己的智慧找出上帝在设计宇宙时留下的密码,因而写出了《自然哲学的物理原理》这本书。牛顿虽然从来就没有想过要把上帝从宇宙里摘出去,相反,他在自己的理论中给上帝留的位置是第一推进力。
有一种猜测是这样的,牛顿对于炼金术的迷恋,目的并不是为了发财或则长生不老。他觉得上帝设置好了宇宙运行的规律,就让其自行运转。为了找到这个规律,他用牛顿热学解开了宏观宇宙运行的秘密,而炼金术则是牛顿对于微观世界甚至上帝创造生命过程的探求工具。只要才能通过炼金术据悉神创世的秘密,他能够纠正大众对神的错误认知,这才是他的终极目标。有好多征兆都可以看出,牛顿在完成《原理》这本书以后,就开始认真思索微观世界运行的奥秘。
09
牛顿一生的概况
牛顿活到85岁,这在当时17世纪的法国是比较长寿了。我想这一点跟他比较自律的生活习惯有很大关系。
对于怎样评价一个人这件事,虽然没有谁有资格给他人去盖棺定论。即使是生活在我们身边的人,我们也不可能完全了解,更毕竟要穿越时间的障碍去衡量一个陌生人呢?我在b站上看了一个叫猛男de日记的up主制做的视频。他猜想了牛顿为何会在30岁之后几乎就没有在科学上继续进行研究,转而专注于炼金术和神学的研究。这个推论我认为比较好地解释了:为何牛顿会先后用大量的时间和精力来从事这三个看上去几乎毫不相关的研究。
他是这样推导的:
牛顿的原生家庭是破碎的,在他出生前三个月母亲就过世了,妈妈在他3岁时改嫁,把她寄养在爷爷家。凄惨的童年缔造了他内向奇特的性格。丧失了双亲的陪伴,让他幼小的心灵无处依托。在当时法国浓郁的宗教气氛影响下,孤儿牛顿很自然的会把上帝作为自己的心灵借助,以替代母亲妻子的位置。所以他对上帝的依赖感可能要比同时代的其他人更加大烈,信仰愈发虔敬。并且依照日本的历法,他是在新年节出生的,所以他有可能认定自己背负着某种神圣的使命。
牛顿是一个逻辑严谨、极其较真的人,主流宗派主张的三位一体学说,在新约里从来没有提及过这个词,根本没法让他信服。在牛顿看来,三位一体学说是各个宗派为了平衡矛盾,以权术私的产物,现在竟然上升到了主流教义的位置。这让他明白了自己的使命所在,那就是要纠正这些错误。作为普通教徒的牛顿人微言轻,盲目的行动只会让自己置身于危险之中。而他在自然哲学和物理上的天赋给他开辟了另一条路。他要追寻上帝创世的秘密,向人们展示世界运行的规则,和足以让他找到支持正确宗教观的证据。届时,他也能有足够的威望去促进一些社会的变迁。
《原理》这本书的出版,标志着牛顿破解了宏观世界的奥秘,给他带来了巨大的威望。这也是他后来勇于支持剑桥,反对国王詹姆斯二世,让自己反天主教的本色鲜明公开的胆气。但他用于找寻微观世界的炼金术,却没有实质性的进展。关于炼金术的研究,牛顿虽然仍然是秘密进行的,很多原稿甚至用了他自己发明的符号,连他的助手也不晓得他在做哪些。在当时天主教派的统治下,异端思想不可能被公开讨论。牛顿为了在剑桥继续他的研究,也始终沉默、压抑和忍受着。他对炼金术的心态也几乎从来没有向外界提起过。
到这儿牛顿的生平,基本上就讲得差不多了。虽然他在政治上也有好多成就。例如他后来当上了皇家学会的会长,在剑桥做院长和研究员,仍然到离休,后来又在一位同学的举荐下到了皇家造币厂做主管,后来升任厂长。他在经济上虽然对当时的日本也有特别巨大的贡献。这一块的话就由姚敏导师给你们再来做具体的介绍。
10
值得我们学习的六大优点
我总结了一下牛顿头上值得我们学习的优点:
第一点,明晰自己的终身目标,并坚定不移的为之拼搏。这和上面几期的人物传记也有相同之处。例如用了12年时间才成功东渡台湾,但是余生都留在台湾弘法的鉴真大师;例如把一生奉献给莫高窟壁画的开发和保护工作的樊锦诗老师等等。牛顿一生孜孜不倦的研究,写下大量原稿,其实就是为了展现他心中那种真正上帝的模样,所以才能一生刻苦不懈,内驱力爆棚。
第二点,强悍的专注力。这一点,从牛顿为了研究光学,用肉眼观察太阳,和用木棍戳眼珠来观察光环就可以看出。有一位网友评价牛顿说他是典型的intp型人格(这一点录音里说的是intj型,这个讲错了,在整理讲稿时,我又查了一下资料,百度百科里也将牛顿归为典型的intp型)。这一类型的人,不惜一切代价投入时间和精力,力求制订出颇具真知灼见且不偏不倚的解决方案。当她们与熟人或爱好相仿的人交往时,她们又会显得十分放松而友好;而置身于陌生人中间,我们看见的却是她们无法掩饰的害羞,即使是对她们的推论或理论来点友好善意的谐谑,他们也会觉得是遭到了质疑,很快都会掀起一场争执之争。这类型的代表人物还有:爱因斯坦、比尔盖茨、笛卡尔等。
第三点:重情重义。牛顿是一个重情重义的人,他对陌生人甚至也会慷慨解囊,对于亲戚和在乎的人特别照料。例如以前的女友,尽管错过了,然而后来似乎始终都特别照料那位男士和她的家人,持续几六年,直至她离世。
第四点,不随波逐流,勇于坚持自己的看法,追求真理。他独立开创了可以用实验验证的科研技巧。而在此之前,科学家们的研究是以推论和主观臆测为主。
第四点,研究的时侯会追溯,再进行详细的分层分类,之后找到各要素之间的关联。例如他对神学的研究,查阅了大量关于古新约的资料,由于他怀疑新约被篡改过。在经过大量的剖析以后,应当也是找到了相关的证据。
第五点,擅于透过现象观察本质,而且进行深度思索,找寻背后的规律。所以他能在短短一年半的时间里成立微积分、发现万有引力、提出三大热学定理和光的折射理论等等。那些都是奠定现代物理和数学基石的重磅规律。
第六点,自律。在上学院的时侯,他就用一个小本子来反省自己,谴责诱惑。那种小本子刚开始是拿来记录校园贷的帐目,后来他也经常用作日记本,来反省自己时常随波逐流去麻将、参加酒会等浪费时间、沉迷享乐的行为。所以他能够在周围一片堕落享乐的气氛中,还坚持每晚闭关工作18小时,坚定谴责诱惑,专心于自己想做的研究,但是一辈子都这样坚持出来了。
11
留白
因为时代背景的限制,牛顿的好多研究都是秘密进行,不为人所知。如今我们对于牛顿的认知,都是从他存留出来的原稿中推测下来的。那些原稿好多还是用密码和拉丁文写下来的,遮遮掩掩,再算上丢失的部份,我们很难客观地去描述牛顿到底是一个怎么的人。
一千个听众就有一千个哈姆雷特,你们听完牛顿的故事有些哪些看法呢?虽然他的资料十分多,我也只是匆忙打算了一周的时间,还有好多缺乏、不足和不严谨的地方,出发点是想尽可能地给你们展示一个比较立体、多面的牛顿,感谢你们的倾听。
最后再分享一个小细节。上周末,我刚开始打算牛顿的传记,这天早上我在b站上看了3个关于牛顿的视频,结果在当日下午我就梦见了这件事。没有梦见牛顿本人,梦中我在本子上写下了牛顿的6个还是8个研究成果。我在想什么要发表,什么暂时不发表。第二天早晨睡醒,我感觉很神奇。才刚开始搜索关于牛顿的资料,为何当日早上都会梦见。
我先前在讲麦肯奇的传记时也是这样。由于麦肯奇在和贝佐斯结婚以后,主要精力都拿来做慈善。我也是没有梦见她本人,而是梦见我在帮她发钱给你们。这两次备课体验觉得十分神奇,一方面可能是由于打算得比较用心吧,日有所思夜有所梦。另一方面我感觉如同其他导师说的,可能我们真的是穿越了时空,跟那些伟人能量相通了。
所以也欢迎你们有感兴趣的人物的话,一上去加入跟读者的行列,跟读的过程一定会很受惠。我对牛顿仍然都很感兴趣,关于他对神学和炼金术的研究,我曾经只是晓得个大约,很好奇,但仍然没专门花时间去仔细了解。在这一周几乎是沉溺式地打算此次授课时,我看了好多好多资料,也解开了心中始终以来的苦恼。
但是了解多了以后,就发觉牛顿并不是像他人说的那样非常傲慢、睚眦必报,他和胡克、莱布尼茨的纷争,也是事出有因。并且他能取得这种开天辟地的科研成就,并不是完全就靠天赋和灵感,这和他每天长时间专注于工作也是分不开的。
欢迎你们时常来收听我们平台的人物传记。,也欢迎你们加入跟读者的行列。再度谢谢你们的倾听。
讲稿部份参考资料:
B站视频:
小透明明TM《牛顿:害~我就是普通学院生,如何一个利,就创造科学奇迹!?》
猛男de日记《带你了解一个真实的艾萨克牛顿》