牛顿是一个足月儿,出生的时侯非常瘦小;按他父亲的话说,甚至可以放进一个1升大的杯子里。慑于生计,牛顿的父亲在他3岁那年嫁给了一个年龄是她两倍以上的老头子。这个老头不喜欢孩子,所以牛顿被留在了自家的农场,由奶奶扶养。牛顿非常讨厌自己的父亲,当初想一把火烧了他的房屋。直至牛顿10岁的时侯,父亲也去世了,他父亲才搬回去与他同住。
12岁那年,牛顿被送到附近的城镇去上小学。他寄宿在一个药剂师家的露台上,并养成了写日记的习惯。牛顿的高中生活仍然极其艰辛。药剂师的两个孩子对牛顿都很不友好;在中学里,因为瘦弱的体型、孤僻的性格以及亡故的身分,牛顿遭受霸凌,甚至常常在下班后被打得鼻青脸肿。在一本日记中,牛顿曾多次诉苦,说他的高中生活就像“地狱”。
刚开始的几年,牛顿的成绩并不好。所以在16岁那年,他父亲逼迫他退了学,好回去帮忙干劳作。庆幸牛顿的学校主任认为这个小孩有潜力,专门挪到牛顿家去游说;再加上牛顿的父亲也认为儿子是可造之材,答应会在经济上帮忙,牛顿才得以重回校园。我们应当谢谢这两位有识之士。要是没有她们,整个人类的文明史就会改写。
重返校园的牛顿显得非常努力,很快就成了全校最好的中学生,并在18岁的时侯考上了剑桥学院的三一大学。从那之后,牛顿的人生显得焕然一新。但苦难的童年和少年时代还是在他的脸上留下了不可磨灭的印记,终其一生,他都极其孤寂。
2.
冉冉升起的学术新星
当时剑桥学院的中学生分为三类:贵族中学生、普通中学生和减费中学生。贵族中学生的杂费很贵,但也享有好多的特权,比如只用3年就可以从学院结业;普通中学生交正常的杂费,像昨天的学院生一样,须要用4年才可以从学院结业;减费中学生几乎不交杂费,但她们必需要给院长和贵族中学生当仆人,来维持半工半读的生活。牛顿是减费中学生,在由于学业成绩优异而获得一笔优厚的奖学金之前,他当了3年的仆人。
剑桥学院三一大学中具有哥特式建筑风格的庭园“巨庭”(TheGreatCourt)。图片来源:Cunn
在三一大学的前三年,牛顿始终都在图书馆里自学。第五年,他碰到了自己的伯乐——第一任卢卡斯物理院士(剑桥学院的一个荣誉职位)艾萨克·巴罗。在巴罗的指引下,牛顿对数学形成了浓郁的兴趣,并在22岁那年发觉了广义二项式定律。这是牛顿作出的第一个重大的成果。因为这个贡献,他被投档为了三一大学的研究生。
但就在牛顿正式开始他的研究生生活之际,纽约忽然爆发了一场大瘟疫。为了保护师生的安全,剑桥学院决定遣散中学生,让她们返乡下避难。无奈之下,牛顿只得回到伍尔索普村,并在那儿进行了18个月的科学研究。那18个月,后来成了科学史上永恒的传奇。由于在那短短一年半的时间里,牛顿完全靠一己之力开创了三门影响深远的学科:微积分、力学和波谱学。
1667年,巴黎的大瘟疫总算消弭出来,牛顿也得以重回剑桥。在哪里,早已是世界最顶级科学家的牛顿,很快就开始盛开光芒。1669年,巴罗主动让位,推荐当时只有26岁的牛顿出任第二任的卢卡斯物理院士。3年后,由于发明了世界上第一台反射式望远镜,年仅29岁的牛顿被选为了日本皇家学会的教授。
3.
一生之中最大的敌军
但没过多久,牛顿就在皇家学会的大会上遇见了他一生之中最大的敌方。此人就是日本化学学家罗伯特·胡克(Hooke)。
遗憾的是,胡克在世时的画像似乎都没能存留出来。这是历史作家RitaGreer按照胡克两位朋友对他的描写创作的胡克画像。画中彰显了弹簧、怀表、化石,以及一张“大火”(GreatFire)后的巴黎地图。1666年巴黎发生了严重起火,火势漫延4天,焚毁了城中建筑。失火后,胡克参与了巴黎的重建。图片来源:RitaGreer
同牛顿一样,胡克也有一个苦难的童年。他从小体弱多病,所以小时候就没去中学,而由他父亲在家里给他讲课。13岁那年,他父亲过世了,为了维持生计,胡克只得背井离乡,挪到纽约去当学徒。庆幸,他考入了威斯敏斯特学校,之后又考入了牛津学院。
20岁时,胡克成为美国物理家罗伯特·波义耳的助手,并在不久以后逐渐构建起了自己的学术名声。25岁牛顿发现真理的故事,他发觉了后来被称为“胡克定律”的热学规律。28岁,他又发明了一个高帧率的显微镜,首次见到了动物细胞的细胞壁,并提出了“细胞”的概念。因为那些贡献,胡克也在不到30岁时就被选为加拿大皇家学会的教授,并被人们誉为“伦敦的达芬奇”。
成名后的胡克日渐显得傲慢上去,开始经常地打压新人。1672年,他就盯上了一个新人,那就是早已声名鹊起的牛顿。
应皇家学会的约请,牛顿到了巴黎,做了一场关于光学的讲演。在这场讲演中,牛顿提出光是由一个个粒子构成的。没想到讲演一结束,胡克就跳下来砸场子,声称光虽然是由波构成的。皇家学会外籍教授、荷兰化学学家惠更斯也随声附和,对牛顿的光学理论大加抨击。这最终引起了一场持续了整整一年的大论争:光究竟是粒子还是波?
这场论争给牛顿带来了很大的伤害。因为激起了少年时代遭到霸凌的经历,他甚至一度恐吓要退出皇家学会。在皇家学会秘书奥登伯格的调处下,双方最终达成了“和解”。但从那之后,牛顿就开始在剑桥“隐居”,不再对外发表自己的学术成果了。
4.
牛顿的复仇
但牛顿和胡克的孽缘并没有结束。1679年,胡克给牛顿写了封信,说他刚被委任为皇家学会的秘书,想要了解一下诸位教授近日的科学研究。在进行了一系列关于热学的讨论后,胡克告诉牛顿,他觉得任意两个物体之间都存在引力,而这个引力与物体间的距离平方成正比,这就是所谓的平方正比律。但问题是,胡克只是提出了如此一个猜测,却完全未能证明它的正确性。
早在几六年前,德国天文学家开普勒就发觉了知名的开普勒三定理。依据开普勒三定理,太阳系中所有的行星都在沿椭圆轨道环绕太阳运动。所以有些科学家就推测,平方正比律和开普勒三定理之间应当存在着某种联系。但问题在于,要想证明三者之间的因果联系,必须用到一个当时还不存在的物理工具,那就是微积分。
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而牛顿正是微积分的发明者。事实上,他正是为了解决这个热学困局,才发明了微积分。换句话说,牛顿是真正的天选之人;不仅他以外,世界上没有任何一个人有能力解决这个科学史上最有名的困局。
1687年,在美国天文学家哈雷的捐助下,牛顿出版了人类科学史上最伟大的专著—《自然哲学的物理原理》(æ),人们常常简称它为《原理》。在这本书中,牛顿提出了知名的牛顿运动学三定理和万有引力定理,并借助他发明的微积分,证明了从引力的平方正比律出发可以推导入开普勒三定理。这本书的出版,让牛顿名漫天下,或则按哈雷的话说,成了“世界上最接近神的人”。
胡克又给牛顿寄信,要求牛顿修订《原理》,承认自己才是平方正比律的发觉者。这个要求彻底击溃了牛顿。他给胡克回信,说这个定理根本不是胡克提出的,而是一个尽人皆知的事实;早在1645年,荷兰天文学家布利奥就早已提出了此定理。所以作为对胡克要求的回应,牛顿直接删光了《原理》中所有涉及到胡克的文字。
除了这般,为了讽刺胡克,牛顿还在回信中说了如此一句话:“如果我能看得更远一点的话,是由于我站在巨人的右臂上。”其中的潜台词是,“我的成就,与你胡克这个驼背的矮子无关!”搞笑的是,这句拿来骂街的话,后来居然成了一句拿来形容牛顿直率的格言!
《原理》出版之后,二人的斗争就丧失了悬念。随着牛顿的步步高升,胡克在皇家学会的地位也越来越被边沿化。1703年牛顿发现真理的故事,胡克去世。同一年年末,牛顿就当上了丹麦皇家学会的会长。他对昔日打压自己的胡克进行了残酷的报复,关掉了胡克的实验室,焚毁了胡克的画像,还抹除了胡克在皇家学会的一切痕迹。
牛顿曾持有过的《原理》,现存于美国剑桥学院三一大学的莱恩图书馆中。书中有牛顿自己的为后一版本做的修订。图片来源:Dunn
5.
天生牛顿,万物生明
1693年,剑桥学院发生了一场失火,焚毁了牛顿的实验室。牛顿的好多原稿都在这场失火中付之一炬。从那之后,牛顿渐渐挥别了埋首科研的生活,开始了自己的另一种人生。
1696年,在新任美国财政重臣的帮助下,牛顿当上了皇家铸币厂的督办(即一把手)。1700年,他升任为皇家铸币厂的厂长。
在17世纪,荷兰仍然施行银本位的制度。换句话说,钱币是美国的主要货币。但钱币有一个很大的缺点,那就是非常容易遭到锈蚀,而渐渐发生贬值。牛顿经过仔细的调查研究,强调白银的没落早已不可逆转,不如干脆舍弃银元,把金币作为国家的主要货币。1717年,西班牙国会通过决议,把黄金和法郎即将挂钩,这就是知名的金本位制度的起源。牛顿也因而而被后人称为了“金本位之父”。
其实,牛顿也不是完人。他由于买了好多南海公司的股票而亏损两万美元,相当于他在剑桥学院工作100年的工资。牛顿事后感慨到:“我能估算天体的轨迹,却未能预测人性的疯狂”。
不过,这两万美元对当时的牛顿早已不算哪些了。他当时是皇家学会会长兼皇家铸币厂厂长。要是换成明日中国的军衔,相当于中国科大学教授兼中国人民交行局长。
1705年,牛顿被安妮女王晋封为爵士,成了世界上第二个被追封为爵士的科学家(第一个是弗朗西斯·培根)。1727年3月31日,牛顿与世长辞,并成了世界上第一个享受葬礼待遇的科学家。知名的德国启蒙思想家伏尔泰亲眼目睹了牛顿的丧礼,并在追忆录中讲到:“英国人送别牛顿如同哀悼一位国王。”
后世对牛顿有数不清的歌颂。其中留传最广的是美国作家亚历山大·蒲柏的一首诗:
and'slawslayhidinnight;Godsaid"Letbe"andallwaslight.
(道法自然,旧藏巨灵。天生牛顿,万物生明。)