蘋果落地的啟示

從西元1665年6月一直到西元1667年年底，在這兩年半的時間裡，英國暴發了淋巴腺鼠疫，這種病被人稱為「黑死病」。瘟疫的蔓延打破了劍橋大學原來井然有序的生活，迫於無奈，西元1665年10月，劍橋大學的評議會投票決定關閉學校。

牛頓坐上驛馬車返鄉，在家鄉開始了平靜的生活。他在大量閱讀從劍橋帶回的各種書籍的同時，還把在劍橋時的許多研究工作做了整理，透過整理他把原有的凌亂的各種想法重新規劃，在頭腦中形成了系統，這其中就包括數學方面。

在大學期間牛頓就一直考慮一個數學問題：一個運動的物體不斷變化的速度，和由這種速度變化引起的物體路徑的不斷變化，這樣複雜的問題該如何解答呢？

其他的數學家也曾著手研究過這個棘手的問題，並取得了一定的進展，但他們也沒有提出一種，能應用於所有此類問題的通用解法。

雖然牛頓是個數學天才，但他絕不單純是數學家，研究數學也不是他的目的。牛頓的目的是要在先輩的成果之上更深入研究自然奧祕，他是一個自然哲學家。

但是，牛頓比別的自然哲學家似乎看得更明白，如果沒有數學這個強大的工具，大自然奧祕之門的啟動是困難的。牛頓是把數學作為工具來研究和掌握的。

一天，牛頓看見自己的弟弟和妹妹在玩遊戲，他們用一條線拴住一個石子，用手抓住線的另一頭，搖動石子。

石子在他們周圍畫出一個又一個標準而美麗的圓圈，而那條線也成了筆直的一條線。

他好像受到了啟發，也像弟弟、妹妹一樣，用線拴著石子，轉著身體搖動著、搖動著，邊搖邊想：「石子圍繞著我旋轉是我透過線牽引的，而太陽給予行星、地球給予月亮的是什麼力呢？」

這樣想著的時候，突然有一刻他的思維凝住了，在他失神的一瞬間，線由他手中脫開，石子脫離了原來的路線，沿著直線的方向向前飛出了很遠。

牛頓嚇了一跳，從原來的思考中回過神來。他感到好像已經捕捉到了什麼東西，但一晃又消失了。帶著這若有若無的情緒，牛頓回到了樓上，長時間不能入睡，百思不得其解。

小村莊裡的秋天是最愜意的季節，在這秋高氣爽的日子裡，牛頓信步來到戶外後院的花園中，蘋果樹上掛滿了又紅又大的蘋果，空氣中散發著誘人的清香。牛頓找了一棵樹，在樹下又一次陷入了沉思，開始思考起他一直沒有弄明白的天體運行問題。一個蘋果從樹上掉了下來，正好落在牛頓的腳下。

這次一個蘋果的偶然落地，卻帶來了人類思想史上的一個轉折點，它使坐在花園中的這個人開了竅，引起了他的沉思：為什麼這個蘋果會落向地面呢？為什麼它不會飛到天上呢？它一定受到了某種力的作用。

對呀，不光是蘋果，地球上的一切物體，只要你把它拋向空中它們都會下落到地面，它們一定是受到了來自地球的某種力的作用。牛頓認為這種力不是磁力。後來，牛頓這樣寫道：「重力具有與磁力不同的性質，因為磁的吸引力並不與被吸引的物體成正比。有的物體受磁鐵的吸引強一些，有的弱一些，大部分物體則根本不受其作用。在同一個物體中，磁力可以增大或者減少，而且有時對於一定的物質其量遠比重力的強。」

牛頓考慮到了引力，但引力究竟又是什麼，怎樣來證實它的存在呢？他想到伽利略（Galileo Galilei）。伽利略對落體運動、慣性運動和拋物體運動的深入研究，使「力」的概念發生了革命性變革。

自亞里斯多德（Aristotle）以來，人們一直認為物體之所以發生運動其原因就是力。伽利略卻證明不是這樣的，物體有一種慣性，運動者完全可以自己長期運動下去，而不需要力的作用；力只是物體產生加速或改變方向的原因。

這就意味著，天文學家需要解釋的問題不是行星為何不斷地運動，也不是行星為什麼不嚴格按圓周運動，而是行星為什麼總是繞太陽做封閉曲線運動，而不做直線運動跑到外部空間去？月球也是這樣。牛頓很快地從伽利略的拋射原理中得到了理解。

伽利略在研究拋物運動時發現，一個沿水平方向拋出的物體同時具有兩種運動，一種是水平方向上的勻速直線運動，一種是垂直方向上的勻加速運動，即自由落體運動。

這兩種運動合成的結果便使拋物體沿著一曲線軌跡下落，這個軌跡就是拋物線。伽利略證明：在拋射初速度一定的條件下，當拋射仰角為45°時，拋物體的射程最大。當拋射仰角一定時，拋物體的射程則取決於仰射的初速度和高度。

牛頓設想：把一塊石頭按水平方向拋射出來，如果沒有地心的引力和空氣的阻力，它會恆久地沿著直線勻速行進；但在引力和阻力存在的情況下，它就會沿著一條拋物線的路徑落在地面上，拋射的初速度越大，石塊落地之前行經的路程就越遠。

牛頓終於發現了這個力就是重力，它和地球上使蘋果落地或石塊落地的力是同一個力！

牛頓在發現這一理論後由於數學方面的制約，一直沒有推導出適用於這一理論的公式。

他便把精力放到了解數學問題上，等微積分的理論完整後，他才對自己的猜想作出了精確的計算推理確認。

在後來的20多年的時間裡，牛頓認為這一理論無懈可擊，才在別人的勸說下公布了自己的理論。

人類對於光線的認識最早是亞里斯多德的理論，他認為各種顏色都是由亮色和暗色所組成的，即白色和黑色組成的。到了牛頓那一時期，這一觀點仍被大多數的科學家所接受。

這個觀點認為在所有的顏色中，紅色是最強的、改變最少的、最接近純白色的顏色；而藍色是最弱的、改變最多的、最接近於黑色的顏色。但人們普遍相信光譜中的各種顏色都是由白光變化而來的。

牛頓卻不這麼認為，透過觀察認為，這種理論的正確性值得懷疑。他透過實驗得出的證據也不支持這種說法。

他曾用三稜鏡仔細觀察過光線，各種光線透過三稜鏡後，在牆壁上留下了赤、橙、黃、綠、青、藍、紫幾種顏色，無論怎樣改變三稜鏡的角度這種排列都是不變的。

雖然牛頓還沒有就此得出結論，來推翻亞里斯多德的關於光線的理論，但他堅信那種關於光線的簡單解釋是不正確的。

在一陣暴雨過後，伍爾索普這個英國的小村莊沉浸在雨後的清新當中，陽光也透過雲層顯現出來。隨著太陽的出現，一彎彩虹也斜掛天邊。

這美麗的彩虹，引來了人們許許多多的遐想，不少美麗動人的傳說都與它有關。看著這美麗的彩虹，牛頓心想，它是如何產生的呢？

牛頓透過觀察彩虹現象細心地發現，彩虹光譜的排列與他在實驗室中觀察到的色彩排列是一樣的，都是按照赤、橙、黃、綠、青、藍、紫的順序排列的。

是呀！為什麼它們都按照這種固定的方向排列呢？根據以前的實驗的經驗，牛頓現在已有了一套成熟的實驗方法，他預感到，透過這次實驗將要觀察到一些重要現象。

這項實驗對於當時的人們來說是新奇的。牛頓把樓上朝南的臥室密封、遮嚴，在白天室內也是漆黑一片。

然後，他在窗板上鑽一個小孔，讓從孔中射入的光線經過一個三稜鏡，結果光線就準確而清晰地投到了對面的牆上。

但令他驚奇的是，光線投到牆上的光譜呈現的是長條狀，是長方形的光帶，這條彩色光帶很有秩序地排列著赤、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色，不管怎樣變換三稜鏡或轉動三稜鏡，這種次序都不會發生變化。

這種現象，在光學裡面稱為「色散」現象，而把它的這種有秩序的排列稱為「光譜」。

為了進一步研究這種現象，牛頓又做了一個實驗，用一塊透鏡把經過稜鏡折射後的光譜收集起來，發現它們將會重新會聚變成白光。

由此得出，白色是光的通常顏色。因為光線是從發光體的各個部分雜亂地散射出來的，而光是由帶有各種顏色的這些光線，所形成的一種混亂的集合體。

如果各組成部分互相間具有一定的比例，那麼從這樣一種混亂的集合中就會產生出白色。

因而，具有高度感知力的牛頓認為，平常看到的白光是由赤、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色構成的。

當它們透過三稜鏡時，根本沒有發生變化。除了對光有了突破性的認識外，牛頓的另一個收穫是，他透過光線射過三稜鏡時留下的赤、橙、黃、綠、青、藍、紫的光斑，如果對它們進行精確的計算，就會得出各自的折射率，那麼就會產生折射率定律。

蘋果落地的啟示

從西元1665年6月一直到西元1667年年底，在這兩年半的時間裡，英國暴發了淋巴腺鼠疫，這種病被人稱為「黑死病」。瘟疫的蔓延打破了劍橋大學原來井然有序的生活，迫於無奈，西元1665年10月，劍橋大學的評議會投票決定關閉學校。

牛頓坐上驛馬車返鄉，在家鄉開始了平靜的生活。他在大量閱讀從劍橋帶回的各種書籍的同時，還把在劍橋時的許多研究工作做了整理，透過整理他把原有的凌亂的各種想法重新規劃，在頭腦中形成了系統，這其中就包括數學方面。

在大學期間牛頓就一直考慮一個數學問題：一個運動的物體不斷變化的速度，...

序

艾薩克・牛頓（Isaac Newton，西元1643—1727年），英國偉大的數學家、物理學家、天文學家和自然哲學家，其研究領域包括物理學、數學、天文學、神學、自然哲學和煉金術。

牛頓於西元1643年1月4日生於英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的伍爾索普村。18歲進入英國劍橋大學三一學院，22歲獲文學學士學位。

隨後兩年在家鄉躲避鼠疫，他在此間制定了一生大多數重要科學創造的藍圖。西元1667年牛頓回劍橋後當選為劍橋大學三一學院研究員，次年獲碩士學位，西元1669年獲得劍橋大學盧卡斯數學教授職位。

西元1696年，牛頓任皇家造幣廠監督，並移居倫敦。西元1703年任英國皇家學會會長。西元1706年受英國女王安妮（Queen Anne）封爵。在晚年，牛頓潛心於自然哲學與神學的研究。

西元1727年3月30日，牛頓在倫敦病逝，享年84歲。

牛頓的主要貢獻是發明了微積分、萬有引力定律，創建了經典力學，發現了光的色散原理，設計並實際製造了第一架反射式望遠鏡等，被譽為人類歷史上最偉大、最有影響力的科學家。

牛頓的代表作品《原理》（Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica）是第一次科學革命的集大成之作，被認為是古往今來一部偉大的科學著作，它在物理學、數學、天文學和哲學等領域都產生了巨大影響。

牛頓是一位傑出的天才。在他以前和以後，都還沒有人能像他那樣決定著西方的思想、研究和實踐的方向。他討論問題及處理問題的方法，至今仍是大學數理專業中教授的內容。

牛頓在《原理》一書中對萬有引力和三大運動定律進行了描述。這些描述，奠定此後三個世紀裡物理世界的科學觀點，並成為現代工程學的基礎。

愛因斯坦（Albert Einstein）說過：「至今還沒有可能用一個同樣無所不包的統一概念，來代替牛頓關於宇宙的統一概念。要是沒有牛頓明晰的體系，我們到現在為止所取得的收穫就會成為不可能。」

為了紀念牛頓在經典力學方面的傑出成就，「牛頓」後來被定為衡量力大小的物理單位。

序

艾薩克・牛頓（Isaac Newton，西元1643—1727年），英國偉大的數學家、物理學家、天文學家和自然哲學家，其研究領域包括物理學、數學、天文學、神學、自然哲學和煉金術。

牛頓於西元1643年1月4日生於英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的伍爾索普村。18歲進入英國劍橋大學三一學院，22歲獲文學學士學位。

隨後兩年在家鄉躲避鼠疫，他在此間制定了一生大多數重要科學創造的藍圖。西元1667年牛頓回劍橋後當選為劍橋大學三一學院研究員，次年獲碩士學位，西元1669年獲得劍橋大學盧卡斯數學教授職位。

西元1696年，牛頓任皇家造幣廠監督，並移居倫...

序
一個頑強的小生命
喜歡觀察自然現象
私塾的學習生活
勤於動手的製作家
改造日常生活用具
意識到自己並不弱
對功課產生濃厚興趣
對藥品配置實驗著迷
享受動手實踐的愉悅
試製精美的小風車
沉迷於知識的海洋
對務農不感興趣
重新進中學學習
純真無瑕的感情
上學路上偶遇紳士
喜歡思索的自費生
幸運結識巴羅教授
勤奮思索大膽實驗
廢寢忘食地學習
影響至深的師友
思念故鄉的親人
創立微積分理論
蘋果落地的啟示
首製反射式望遠鏡
堅守崗位做科學研究
接受數學教授一職
如痴如醉研究科學
成為皇家學會會員
力薦有貢獻的新人
在光學上的成就
與科學家哈雷會面
完成科學著作《原理》
關於著作權的論戰
對天體進行觀測
《光學》出版發行
理性涉足煉金實驗
被選為國會新議員
出色的皇家協會會長
攻克各種科學難關
建立經典力學體系
簡單的個人生活
發明權的爭論風波
樂於慈善捐贈
保持謙遜的品格
終生維護宗教信仰
牛頓對中國的影響
附：年譜

序
一個頑強的小生命
喜歡觀察自然現象
私塾的學習生活
勤於動手的製作家
改造日常生活用具
意識到自己並不弱
對功課產生濃厚興趣
對藥品配置實驗著迷
享受動手實踐的愉悅
試製精美的小風車
沉迷於知識的海洋
對務農不感興趣
重新進中學學習
純真無瑕的感情
上學路上偶遇紳士
喜歡思索的自費生
幸運結識巴羅教授
勤奮思索大膽實驗
廢寢忘食地學習
影響至深的師友
思念故鄉的親人
創立微積分理論
蘋果落地的啟示
首製反射式望遠鏡
堅守崗位做科學研究
接受數學教授一職
如痴如醉研究科學
成為皇家學會會員
力...