伟大的人类之光

伟大的人类之光_我想知道的西方科

第十七章　伟大的人类之光

这位伟大的人类之光就是牛顿。

牛顿的名字我们无需多说，他被公认为是有史以来最伟大的科学家，也是最伟大的人物之一，在一本流传颇广的《世界名人排行榜》上，他位列第二。

就在伟大的伽利略去世仅几个月之后，1643年1月4日，在与意大利相距遥远的英格兰林肯郡一个叫伍尔索普的小村子里诞生了一个瘦弱不堪的婴儿，他被毕业于剑桥大学的舅舅取名叫伊萨克·牛顿。

有些书说牛顿出生于伽利略去世的那一年，即1642年。您可不要以为这两种说法是冲突的，事实上不是。这原因就像中国的阳历与阴历一样。在西方一度也通行两种历法。第一种是儒略历，它是西方人最早普遍采用的历法，由恺撒大帝创制，后来他的继承人奥古斯都大帝又做过修订，一直通行到1582年。就在这一年，由教皇格列高利制订了更为科学的新历法，就是我们现在所说的公历或者阳历，在西方称格列高利历。牛顿出生之时，这种新历法还通行只有几十年，因此还有人以儒略历纪年。特别是，牛顿的生日如果用儒略历来看的话，是1642年12月25日，这乃是西方最重要的节日圣诞节，当然容易记了。

—生而不幸—

牛顿生下来就是一个不幸的孩子，不幸的原因有二：

一是注定他一辈子看不到亲生父亲。他的父亲与他同名，是一个自耕农，就是有自己小农场的农民，像一般的自耕农一样，家境不富也不穷，饭可以吃饱，肉就不一定常有得吃了。他结婚很迟，当妻子终于怀上孩子时，他已经快40岁了。正当他为自己终于要做父亲而备感欣喜时，命运残酷地捉弄了他，一场急性肺炎夺去了他的生命，这时候他结婚才半年。

二是这件事对怀孕的母亲的打击可想而知，她陷入了无尽的悲痛之中，这样的悲痛对腹中的孩子自然极为不利，果不其然，孩子早产了，这时他的父亲已经死了3个月。据说生下来时他只有3磅重，折合成市斤只有2斤多，不到正常新生儿的一半。

牛顿生下来第一件事是让人担心他能不能活下去，这个没有父亲的可怜孩子似乎注定活不长。

仿佛是奇迹，他活下来了，这一切多亏他的母亲。

牛顿的母亲名叫汉娜，是个能干的女人，她一个人既当妈又当爹，尽心竭力地抚养着孩子，其间的辛苦可想而知。

小牛顿慢慢长大，两岁多的时候，他母亲改嫁了。

娶他母亲的是史密斯牧师，英国国教的牧师不像禁婚的天主教的神甫，是可以结婚的。这个牧师听说汉娜是个十分能干的女人，就娶了她。在女人向来比男人多的英国，一个生了孩子的寡妇还能嫁人可不是一件容易的事呢！何况这个牧师先生还是个富人，有钱又没孩子。

也许是因为嫁人不易的缘故，小牛顿的母亲分外珍惜新的婚姻。不惜将才两岁多的孩子放在家里，交给她的婆婆，也就是牛顿的奶奶来养大。

母亲走后就杳如黄鹤了，好像忘了这里还有一个才两岁的孩子。她将原来属于丈夫的庄园留下来了，每年有一定的收入。还有，这位牧师先生为了让妻子能够全心全意地与他在一起，又送了一块地产给她的儿子。这样牛顿一年约有80英镑的收入，足够他的生活了。

但如此一来，牛顿不但生下来就没有父亲，事实上也失去了母亲。

这可悲的遭遇对牛顿一生的影响十分大，给他心灵的创伤之重怎么说也不过分。据说，由于这，牛顿从小就有精神病的倾向。一方面，他经常感到不安，感到在这个世界上没有人可以依赖，感到有人想迫害他；另一方面，他又对自己的继父感到极为憎恶，潜意识里恨不得一刀捅了他。他19岁时在一次忏悔中曾用笔记下了自己的“罪恶”，就是“想放火烧死我的母亲和父亲”。

由于这种精神病倾向，强烈的不安全感困扰了牛顿的一生。这对他多年之后的科学研究也产生了深刻的影响，我们后面会看到这些。

牛顿从小就体格孱弱，他的祖母虽然在照顾他，但她自己也有不少事要做，例如养鸡养羊等，没多少时间陪孙子玩。这些都使得牛顿从小显得比较孤僻，很少与别人交流。从小学到大学，他用来打发时间的主要是两样：

一是博览广读。他努力找到各种书籍来阅读，并且善于独立思考，还将阅读与思考所得记录在本子上。这些记录里已经闪烁着天才的星星之火。

二是手工制作。有的书上说牛顿小时并不智商过人，这如果从他小学时的成绩看也许对，然而却是很不全面的。虽然成绩不怎么样，但牛顿在动手方面却显示了过人的天赋。他成天拿着锤子敲敲打打，制作出各种精巧的小玩意。例如他曾制作过带灯的风筝，当它在天上高飞时，吓得乡邻们以为看到了魔鬼。他能制作极为精巧的小水车，甚至能用它来磨面粉。他还制作过一架木钟，这个小钟竟然能走时。这些使他赢得了心灵手巧的美誉。

牛顿5岁时开始上当地的免费小学，他成绩不大好，无论老师还是同学都没把他当聪明人看，更不会想到他将来能在科学上有什么出息。

不过，牛顿的牧师舅舅，就是给他取名的那位剑桥博士，看出来外甥是有潜力的孩子，很关心他的学习。外甥小学毕业后，便将他送进了格雷瑟姆中学。这时牛顿已经12岁了。

在此之前两年，牛顿10岁时，他的母亲又一次成了寡妇。她便带着与后夫所生的三个孩子回到了自己原来的庄园。而牛顿，经过8年之后，终于又有了母亲，只是这时候他已经习惯没有母亲的日子了。

上中学后，由于离家太远，每天往家里跑是不行的。牛顿便寄宿在了中学附近一个药店里。药店主人克拉克先生是个好人。

在中学里，一开始牛顿的成绩仍不怎么样，仍然是天天做他的手工，像风筝、小钟之类，有时他将这些送给同学们，总能让他们惊叹一番，让它们的制作者颇感自豪。

后来的一件事改变了牛顿的人生。

我们说过，牛顿从小体质不好，力气也小，因此在学校里常常受一些身强体壮的同学的欺侮，在中学里也一样。这天，学校里的一个小霸王又欺侮他了，他一脚踢在了牛顿肚子上，痛得他弯下了腰。俗话说“兔子急了也会咬人呢”，平常胆小怕事又瘦又弱的牛顿这时候就像急了的兔子，一头撞向小霸王的肚子，两人顿时打了起来。

小霸王看牛顿一副不要命的样子，不由怕了，乖乖投了降，按照学校的老规矩，牛顿将他的鼻子按在墙上，压得扁扁的。

打败小霸王后，牛顿顿时来了自信，成绩突飞猛进，成绩不久便由中等升到了全班乃至全校的第一。

1659年，牛顿已经16岁，是成年人了。就在这年，他的母亲将他召回了家。她看儿子已经长大，打算将家里的田产交给他来管。自从她的牧师丈夫去世后，她继承了相当大的一笔地产，这些都需要人打理，她一直想找个人来帮手，儿子当然是最佳人选。这样牛顿就辍学回家，做起地主来了。

但依牛顿的性格如何能做一个合格的地主呢？他经常是手里攥着一本书，靠在篱笆上看书，旁边的牛群、羊群不慌不忙地啃着篱笆里的庄稼。

牛顿一走，格雷瑟姆中学的校长也发了愁，他是个惜才的人，看到最优秀的学生不上大学反倒去当了农民，叹息不已，决心尽力让他回到学堂。还有一个人同样为牛顿的弃学而遗憾，就是他的舅舅。

他们不约而同地来到了牛顿家里，劝说牛顿的母亲。一方面告诉她让牛顿这样一个大有前途的孩子留在家里作农夫对国家是一种损失。另一方面许给了她不少好处，例如校长答应少收学费，牛顿还可以到他家里吃饭，饭钱全免。他们的一席话再加上她发现儿子的确不是当农民的料，叫他管田庄她只会吃亏，便答应了。这样，牛顿在辍学近一年之后又回到了学校。这是1660年秋天的事。

这次回来的目的不再是上中学，而是直接上大学。除此之外，他还完成了一件终身大事——他订婚了，对象是他曾在那里寄宿的药店老板克拉克先生的女儿斯托里小姐，一个迷人的姑娘，牛顿十分爱她。不过，他们的爱情之路只走了小小的一段。牛顿上大学后，两人交流渐少，牛顿终日沉迷于科学研究，对儿女私情看得很淡。如此一来，他的未婚妻以为他不爱她了。他们的婚期也一再被推迟，终于，有一天她等不下去了，与一位文森特先生结了婚。事实上牛顿是很爱他的未婚妻的，她也是他一辈子爱过的唯一的女人，失去她后，牛顿终身未娶。

第二年，牛顿上了著名的剑桥大学，进的是剑桥规模最大的三一学院。

—普通学生—

剑桥的英文名是“Cambridge”，剑桥中的“剑”其实乃是“Cam”的音译，而“桥”就是“bridge”的意译了，合起来“Cambridge”就是“剑桥”了。

剑桥大学位于牛津大学东北方向一百多公里的剑桥市，西南距伦敦约80公里。这里有一条小河流过，叫“Cam”，这就是剑桥中那个“剑”的起源，我们译成了剑，其实译成康才对，这也是徐志摩在《再别康桥》中“康”字的来源。

从剑桥大学走出来的历史名人之多在全球恐怕也无有出其右者。就拿牛顿就读的三一学院来说吧，许多我们熟悉的各界伟人在这里度过了他们的青春时光，如培根、拜伦、达尔文、罗素、维特根斯坦等。

在剑桥大学，牛顿是所谓的“半公费生”，也就是说，他不要交学费，但必须为学校干活，干活挣的钱就等于他交的学费了。他要在学校的食堂里打杂，布置餐桌、上菜，还要为别的学生打扫房间、洗衣服。这些可难不倒牛顿，他从小孤独无依，靠自己照顾自己，那些活儿是干惯了的。

在剑桥牛顿无疑是个才华横溢的学生，不过能够进剑桥的多半是这样的人，他并不特别引人注目，有关他大学生活的资料留下来的很少。他很少写信回家，写也是寥寥几笔就敷衍了事。偶尔轻松一下就去小饭馆打打牙祭，有时候还要赊账。他与同学的交流并不多，打过几次牌，赌了点小钱，还孔夫子搬家——尽是输（书）。

除了这些偶一为之的娱乐活动，牛顿大学期间基本上是“两耳不闻窗外事，一心只读圣人书”。在大学的头两年，他的“圣人”主要是哲学家们，例如亚里士多德、笛卡儿等。从三年级开始，他的“圣人”就主要是自然科学家们了。例如欧几里得、开普勒、伽利略、哥白尼等。学哲学时，牛顿还有老师讲解，要知道在那时的剑桥大学或者欧洲别的大学，哲学可是最主要的科目之一呢，任谁都要学习的。但自然科学就不是这样了，虽然不是没有，但重视却谈不上。因此牛顿学习自然科学主要是靠自学。他经常从学校图书馆借书来读，有时候也去买书读。就像他本人在一段回忆中所说：

1664年圣诞节前夕，当时我还是一个高年级学生，我买到了范·舒滕的《杂论》和笛卡儿的《几何学》（半年前我已经读过笛卡儿的《几何学》与W·奥特雷德的《数学入门》），同时借来了J·沃利斯的著作。

这段文字十分的平淡，但对于牛顿这样一个对自己的过去总是讳莫如深的人来说已经是很难得的了，因此我们才引用出来。

在诸自然科学学科中，现在牛顿最喜欢的是数学，他广泛阅读，除了上面那些外，还读了韦达、费马、惠更斯等人的著作。勤奋加上卓越的天赋，牛顿迅速走到了当时数学研究的最前沿。

除数学外，他也很喜欢物理课。他的一个老师叫巴罗，是当时欧洲最知名的学者之一，正主持着剑桥大学地位最崇高的讲座——卢卡斯讲座。他主要讲授物理学，例如有关运动的问题。他同时也是一位杰出的数学天才，当他发现年轻的牛顿已经掌握了那么深厚的数学知识时，不由大为赞叹，决心好好培养他。

在剑桥大学待了4年后，1665年4月，剑桥大学评议会通过了授予牛顿文学学士学位的决定，牛顿大学毕业了。

—鼠疫下的奇迹—

毕业之后，他并没有马上工作，而是躲到了乡下。这是为什么呢？

因为鼠疫。

这种病的俗称就是令人闻之色变的“黑死病”，它在14世纪中期一度横行欧洲，杀死了2500万人，超过当时欧洲全部人口的四分之一，这也是欧洲历史上最恐怖的一次天灾，文学名著《十日谈》就是以此为写作背景的。

这时候虽然已经不是14世纪了，但黑死病还没有绝迹，这不，1664年，它就在伦敦一带张开了利爪。

与伦敦相距不远的剑桥自然逃不过它的魔爪，学校急忙关门大吉，令学生们一概回家躲灾。

牛顿也回去了，回到了他位于英格兰伍尔索普的家，这一待就是近2年。从1665年直到1667年。

这也是西方科学史上最重要的两年之一。即使待在家里，牛顿也不用照管牛群了，母亲接受了大儿子已经不是一个农夫的事实，不再要他干这干那了，他得以将全部精力投入科学探索之中。

这些日子到底是怎么过的，除了一些传说之外我们并无多少实际史料，只能从其所取得的伟大成果来看。

这两年牛顿所取得的成果可以分成两大领域，即数学与物理学。这两者又都分别包括两项成果，数学是二项式定理与微积分，物理学是光学与万有引力。

数学我们前面已经说过了，我们现在只来看看物理学。

光学一直是牛顿喜欢的研究项目，他曾在大学里听过巴罗教授关于光学的课程，又阅读了一些光学著作，当他在家里闲着时，就决心从研究光学开始。他先设法弄来了一个三棱镜，就是将三块长条的透明玻璃粘在一起，使它们成为一个长三棱体。然后，按他自己的说法：

“……我把房间弄得黑暗，在百叶窗上开一个小洞，让适量的阳光照射进来，把我的棱镜放在光线进入处，光线就透过棱镜折射到对面的墙壁上。一开始这是件很愉快的消遣。”

是的，牛顿一开始这样做也许是为了消遣，就像我们看万花筒一样，并没有想到会有什么重大发现。但很快，牛顿就发现了不寻常之处。

他发现那缕本来不宽且无色透明的阳光通过三棱镜后，不但宽度增大了好几倍，而且从一种颜色变成了好几种，仔细一看共有7种，分别是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。这美妙的现象让牛顿又惊又喜，他意识到这是一个重要的发现，于是一次又一次地重复实验，终于得出结论：无色（或称白色）的阳光是由七种颜色的光混合而成的，而且这7种颜色的混合有其固定的比例。现在这是我们对光的基本认识之一。

牛顿最伟大的发现是万有引力，这也是人类历史上最伟大的发现之一，它的发现使人类理解了一种不但存在于天体，也存在于任何物体之中的基本力量。关于什么是万有引力我们前面讲物理学时，在力学一节中已经讲过，这里就不多说了，只谈谈万有引力的发现过程。

1665年秋的某一天，牛顿像往常一样坐在他家的果园里沉思，忽然看见一个苹果掉落在面前的地上，他突然想到是什么促使苹果落地呢？是不是一种神秘的力量？——这种力量的意念就是万有引力的苗头了。

这个传说的另一个版本说苹果是掉到了牛顿的头上，不过，以苹果的重量而言，从树上掉到头上肯定会痛得要命，在这种情况下，牛顿是不是还会去想那么多问题很值得怀疑呢。

这个传说并非空穴来风，据伟大的法国哲学家、启蒙运动的领袖人物伏尔泰回忆，这是牛顿的外甥女巴顿夫人告诉他的。而牛顿晚年的一个朋友也明白地提到了它。他说，在1726年4月的一天，那时牛顿已经功成名就了，他与牛顿共进晚餐后，一起来到牛顿家的后园并坐在苹果树下喝茶，在谈话中牛顿告诉他说，很久以前，当他在一棵苹果树下沉思时，关于万有引力的观念很偶然地出现在他的脑海里。

由于这个优美的传说，牛顿后花园里的那株苹果树一直被很好地保护着，人们将之当作牛顿故居一个主要景点来瞻仰。直到过了很久，它变得又老又脆弱，有天一阵大风吹来，将它刮倒了。人们便将它的树干分成好几段，作为珍贵的科学文物在英国皇家学会等处保存起来。至于这棵世界上最伟大的苹果树的枝丫，则被许多人拾了起来，嫁接移植，据说它的子孙已经广布世界各地了。

发现那种神秘之力后，牛顿立即进行了深入的研究，他不但以之考察地球上的万千物体，还将之运用于宇宙间的天体，深入考察了是什么力量使一颗星球绕着另一颗星球，例如月亮绕地球、地球绕太阳旋转，并得出结论，这种力是宇宙间所有物体都具有的，因此应当名之为“万有引力”。至于力量的大小则与距离的平方成反比而与物体的质量成正比，这就是万有引力定律。

牛顿在乡间共待了约两年，也造就了西方科学史上最伟大的两年。当他离开家乡回到剑桥大学时，已经是1667年4月了。

这时候牛顿才24岁，却已经为科学、为人类作出了堪称冠绝古今的伟大成就。

—年轻的教授—

这时牛顿已经被母校聘为教师了。一开始是“选修课研究员”。次年当上了过去的老师巴罗教授的助手，他所撰写的光学与数学方面的论文深得巴罗教授的赞赏。不久他又成了“主修课研究员”，接着获得了硕士学位。

1668年时牛顿获得了他的另一项重要成就——发明了反射望远镜。所谓反射望远镜就是用磨得很光发亮的金属凸板作为反射镜以代替原来是玻璃的会聚透镜作为物镜，它能够避免折射望远镜很难避免的玻璃物镜产生的色散。这种类似的金属反射镜我们中国人千年之前就会做了，我们古代的铜镜就是这样的金属镜子，不过它们是平的，不像牛顿的反射镜那样能放大图像。

牛顿制作的第一架反射望远镜直径只有一英寸，不到3厘米，但却可以放大近40倍，效果比伽利略的折射望远镜要好得多。后来牛顿又为英国皇家学会制作了一架更大更精良的反射望远镜。它至今还被珍藏在皇家学会里，上面标着：“牛顿爵士亲手制作的世界第一架反射望远镜”。

牛顿在数学与光学上所表现出来的天才及所取得的成就，加上他制作出了如此精美的天文仪器，使巴罗教授深感自己的学生如今已经超过了老师。于是，1669年10月，他作出了一个决定——退休，让牛顿来接替自己的位置。

这样，牛顿就成为了剑桥大学最尊贵的科学教席卢卡斯讲座的教授，时年仅26岁。

而巴罗教授也因为他如此宽阔的胸襟而名载史册。

担任卢卡斯讲座教授之后，牛顿开设了一系列有重要影响的课程。

1670年至1672年是光学讲座，总结了他的光学思想，讲义很久后才出版，名为《光学》，是牛顿最重要的著作之一。

在这些有关光的讲座和著作里，牛顿认为光的本质是一种微粒。这种主张遭到了强烈的反对，主要反对者是他的同胞胡克及荷兰的惠更斯，都是了不起的物理学家，他们主张光的本质是波。关于光的波粒二象性之争我们在前面讲物理学时有关光学的一节中已经说过了，这里且不多说。

自己的学说遭到这样猛烈的批评是牛顿始料未及的——胡克甚至说牛顿的理论是从他那里偷去的。从这时候起，牛顿就对这种争吵感到极端厌恶甚至恐惧。从此他变得十分小心翼翼，甚至决定以后不再发表任何东西，免得再惹来争论与批评。

就在他结束光学讲座的1672年，主要由于他制作了了不起的反射望远镜，牛顿被接纳为皇家学会的会员，进入了这个尊贵的科学团体。

结束光学讲座后，1673年至1683年，牛顿花了整整10年来讲代数学，然而并没有讲他的伟大发现微积分。

1684年至1685年，他讲的是运动学。

之所以在10年之后改题，是因为哈雷——就是我们前面所讲的发现哈雷彗星的那位天文学家——的缘故，当时哈雷来向他请教当行星运行时其轨道将会如何，牛顿便将他早已经作出的发现告诉了他。后来牛顿将之写成一篇论文《论运动》，并以之作为来年讲座的题目。

上面这些讲座诚然重要，您可不要以为教室里座无虚席，相反，由于课程的内容太先进而复杂，学生们的脑子很难跟上导师的步伐，牛顿又不是很有耐心的人，讲课的水平也相当有限，使他的课堂里少有学生。据说多数时候五个指头就数得过来，有时候甚至一个也没有。伟大的哲学家叔本华和弗雷格也曾有过类似的遭遇。

这些讲座之中最为重要的是关于运动学的讲座。正是这个讲座孕育了西方科学史上最伟大的经典之作《自然哲学的数学原理》，后面我们将简称为《原理》。

我们还是从哈雷来讨教谈起。1684年8月，哈雷来向牛顿求教，他想知道一个行星如果受到某一种力的吸引，使它绕太阳运行——关于这种力的存在的可能性这时候许多科学家，包括牛顿的死对头胡克，都曾经设想过——那么它遵循的轨道将是什么形状。

此前，哈雷曾就相同的问题向胡克求教，胡克那时候也在研究这个问题，甚至想到了作用于各行星的引力大小必定与它们同太阳距离的平方成反比。这已经与万有引力定律相当接近了，然而对于胡克这只是一种猜想而已，他无法证明。

现在，当哈雷将同样的问题拿到牛顿面前来时，牛顿不假思索地回答：“应当是一个椭圆。”他紧接着对大吃一惊的哈雷说，他很久以前就对这个问题作出过研究了。

说毕，牛顿当场找了起来，但怎么也找不着已经扔下了多年的研究结果。他答应找到后马上给哈雷寄去。

牛顿大概最终也没能找着原来的草稿，不过仅仅3个月后，他便将重新写了的手稿寄给了哈雷。

不用说，这篇手稿中所论述的就是万有引力的问题。我们前面刚说过，早在近20年前的1665年，牛顿因为躲避鼠疫而待在伍尔索普的家里时，就发现了万有引力定律。只是由于某些原因，牛顿一直没有将之公开。因此，当哈雷问起这个时，他才能不假思索地回答。

历史上一直有人奇怪，牛顿为什么不早点发表他的成果呢？

主要原因是牛顿对发表自己的成果向来不大热情，因为他害怕争论。文章一经发表，就等于将之呈献给同行们，等待他的是完全可能的批判。这对于一般人是很正常的事，牛顿可不这样，他不喜欢争论，甚至害怕批评，一向如此。这也许与他童年时代那种常常萦绕在心头的不安全感有关。

关于牛顿不愿意公开他的思想，他说过一段有名的话，是在写给他在皇家学会的朋友奥尔登堡的信中说的：

我明白，我使自己变成了哲学的奴隶……从今以后，除了满足我自己的意愿而工作之外，我绝不愿意别人知道我在做什么。如果你一定要发表我的论文，那么等我死后再说吧！

这里的哲学就是科学，在牛顿时代，人们的观念里物理学与哲学之间的差别是很小的，物理学只是哲学的一个分支，它不过是研究自然界的哲学而已，故又称“自然哲学”。

这是牛顿在1676年时说的话，那时他受到了一个叫莱纳斯的不学无术的家伙的无端攻击，气愤之余便说了这样的话，这就是他为什么不发表成果的一个主要原因。

当然，也可能还有别的原因，例如他自从离开家乡到剑桥后，成天忙于上课、作研究，兴趣不知不觉就偏离万有引力了。所以直到现在，当哈雷问起这件事时，他才记起来：哦！对这个问题我早作过研究啦！

读毕牛顿的手稿后，哈雷激动得脑袋发晕，立即恳求牛顿将他的理论正式发表出来。一开始牛顿断然拒绝，他不想他的万有引力再如他的光学理论一样遭到批判，尤其是他知道胡克肯定会找他的麻烦，就更不肯发表了。

但哈雷可不是容易摆脱的人，他很有耐心，从不乱发脾气，与牛顿的急性子和爱发脾气大不一样。他于是婉转然而坚定地劝说牛顿，软磨硬泡，又骗又哄，什么法子都用上了。终于，牛顿答应将他的发现正式写出来发表。这是1684年的事。

—科学史上的第一经典—

此后两年，牛顿将大部分精力都用在了写作他答应哈雷的著作上。令人啼笑皆非的是，恐怕世界上再也没有人像牛顿一样，是怀着如此不情愿甚至对之充满愤怒的心情来写一部经典巨著的，仿佛这不是在写杰作，而是在写检讨书呢！

虽然如此，但同时也很少有人能够像牛顿一样如此全心全意地写作。在近两年的时光里，牛顿像着了魔似地执著于艰苦的思索，这些思索都是前人所没有作出过的，是在思维的荒野中开拓，那里一片坎坷，荆棘满地。

关于他在写作《原理》时的勤奋，他的助手汉弗莱有过清楚的记录，在记录中他说：

牛顿的全部时间都用在工作上，很少运动和休息。他饮食很少，有时甚至忘了进餐。有些日子他走进牛顿的房间，发现他的食物还没有动过。当他提醒牛顿吃饭时，他一下子惊觉过来，含糊不清地反问：“我真的没有吃过饭吗？”他经常在半夜两三点钟上床，有时甚至一直工作到天亮。

以牛顿的旷世天才加上如此的勤奋，得来的成果之巨大可想而知。两年之后，1686年，牛顿终于写完了他的著作，他定名为《自然哲学的数学原理》。

写完后，牛顿将《原理》递交给皇家学会，第二年便由哈雷资助出版。

要在这里详细述说《原理》是不可能的，我只能略述一下它的大致内容。

《原理》共分三卷，第一卷包括八个基本定义和三条基本原理。八个基本定义都是奠定力学基础的基本概念，例如质量、动量、惯性、力、向心力、绝对时间与绝对空间等。

在这里我们只说明一下牛顿关于绝对时间与绝对空间的观念。

牛顿认为，绝对的时间是这样的：

绝对的、真正的和数学的时间自身流逝着，而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无涉地流逝着，它又可以名之为“延续性”；相对的、表观的和通常的时间是延续性的一种可感觉的、外部的（无论是精确的或者是不均匀的）、通过运动来进行的量度，我们通常就用诸如小时、日、月、年等这种量度来代替真正的时间。

至于绝对的空间，牛顿说：

绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关且永远是相同的和不动的。相对空间，是绝对空间的可动部分或量度。我们的感官通过绝对空间对其他物体的位置而确定它，并且通常将之视为静止不动的空间。

从此这样的绝对时空观牢牢统治着西方人的思想，成为西方人对宇宙的基本理解之一，直到两百余年后爱因斯坦将之推翻，他推翻牛顿的武器就是相对论。在相对论里，无论时间还是空间都是相对的，时间可以变慢，空间可以弯曲。这些我们在后面都要述说。

在说明这些概念之后，牛顿便系统地阐明了他的运动三定律，即我们前面在讲物理学时讲过的“牛一”、“牛二”、“牛三”。

特别地，在这一卷中，当谈到向心力时，牛顿提到了一个假想实验，他说：

在高山上发射炮弹、炮力不足，炮弹飞了一阵便以弧形曲线下落地面。假如炮弹炮力够大，炮弹将绕地球球面飞行，这是向心力的表演。

大家都看得出来，这就是我们今日人造地球卫星的基本原理。

第二卷原先并不在牛顿的写作计划之内，是临时加的，所以看上去与第一、三卷有点不大协调，但仍然是重要的。在这里，牛顿通过摆在流体中的物体的运动实验来测定物体的重量与惯性大小的关系。此外还包括他的声学研究。在本卷最后，牛顿否定了笛卡儿提出的行星运动的旋涡假说。

第三卷牛顿原来准备写成对前两章一般性的总结，后来改变了计划，在其中描绘了一幅极为壮观的宇宙场景，就如其名字所言，是“宇宙的体系”。

在这卷里，牛顿将他的运动三定律应用于宇宙万物，为整个宇宙间天体的运行描述一幅整齐有序的图景，其核心就是万有引力及万有引力定律。

运用万有引力及其定律，牛顿证明，地心引力无处不在。并且他用之来解释许多原来人们认为不可思议的现象，例如行星、卫星、彗星等的运行，海洋潮汐的产生等。牛顿明确地指出：万有引力是两物体间的相互作用力，任何两颗天体，例如地球与太阳、月亮与地球之间，都有这种引力。而之所以是地球绕太阳转、月亮绕地球转，而不是相反，是因为它们质量悬殊太大。此外，各天体之间之所以存在所谓摄动，就是不按轨道运动的不规则运动，是因为当它们运行时，平常由于距离遥远，不会相互影响，但有时候距离够近，平常不相互影响的两天体之间就会产生相互影响而导致不寻常的运动。例如太阳对月亮的摄动、土星对木星的摄动，等等。就是因为月亮由于平时与太阳距离太过遥远，而与地球距离则要近得多，因此虽然太阳质量比地球大，仍然主要受地球作用，绕地球运行，有时候，当月亮运行到某一点，这时候它与太阳之间的距离变得够近，于是太阳的引力就对月亮发生作用，使之产生了摄动。

牛顿理论使人类对宇宙的认识有了质的飞跃。在《原理》之前，人类眼前的宇宙有如一团无边的乱麻，令人困惑迷惘，而在《原理》之后，人类眼前的宇宙则有如一幅轮廓清晰的图画，有序且美丽。

至此，牛顿可谓风光无限，令人想起了杜甫的诗句：“荡胸生层云，决眦尽归鸟。会当凌绝顶，一览众山小。”

—离开科学的后半生—

然而，自此之后，牛顿的生活就变了，变得面目全非，我们要把他的这一半人生专门割裂开来，统称为“离开科学的后半生”，因为从此，牛顿再也没有全心全意地进行科学的创造了，相反，他离开了科学，或者只是利用科学为宗教与政府服务。

这还要从詹姆士二世说起。

原来的“终身护国主”克伦威尔死后，1660年，查理二世带着一大队保王党人洋洋得意地从法国回到了英国，重登王位。1685年他死后其弟即位，是为詹姆士二世。

詹姆士二世是个死硬的天主教徒，除了在国家各部门大量安插天主教徒外，甚至妄图控制剑桥大学。他派了一个亲信的天主教徒到剑桥大学任职。那时候的英国，包括剑桥大学的教职员和学生在内，绝大部分是新教徒，他们对国王的这种行为极为愤怒。它不但在宗教上是不适当的，也是对剑桥数百年以来的自治与自由传统的粗暴侵犯。牛顿作为剑桥的名人和虔诚的英国国教徒，领头站出来反对这事。经过在高等法院的较量，剑桥赢得了胜利。后来牛顿在一封信里是这样谈及对这次事件的看法的：

根据上帝与人类的戒律，所有高贵的人都有责任听从国王的符合法律的命令。但如果国王陛下执意提出一项不合法的要求，那就没有一个人会因拒不执行而感到苦恼。

牛顿的勇气为他在大学内赢得了更多的声望。1688年光荣革命后，英国要召开非常国会了，剑桥有资格推荐一名议员，牛顿被推选出来参加了这届重要的国会。据说他是一个很忠实的议员，从来不漏掉一次该出席的会议，不过直到这届国会解散，他从来没有发过一次言。

这次在伦敦的生活给牛顿以很大影响。他在伦敦结识了许多新朋友，其中不少人有名又有权。例如伟大的哲学家洛克，他对牛顿的成就备感兴奋，以有这样一个朋友而自豪。当英国国会派与保王派斗争时，洛克是国会派领袖阿希利的得力助手和国会派最重要的理论家。1688年光荣革命后，当国会派重新控制英国后，为了感谢洛克的劳苦功高，他被委任了英国上诉法院一个不小的官。与牛顿结交后，洛克崇拜之余，看到牛顿此时只不过是剑桥大学一个教授而已。他觉得，以牛顿如此伟大的人物，待在剑桥小镇当一个老师真是太亏了，他于是力邀牛顿出山，到伦敦来，他认为这里才是伟人的用武之地，只有像他一样在国家权力机关里担任一个重要职位才是对他成就应有的报答。

牛顿自己呢？他竟然也有同感。在伦敦的生活，作为国会议员所能享受到的尊荣使他感到在剑桥那种枯燥单调的生活实在不值得一过。而且他已经对与胡克等人无休止的争论感到厌倦甚至痛苦，也许他觉得自己的科学生涯已经结束，他所想完成的工作都已经完成，在科学上他没什么要做的了。于是他也欣然为自己在伦敦的职位而奔忙起来。

想在中央政府做官当然不是一件容易的事。国会解散后，牛顿还是先回剑桥继续作了几年的卢卡斯讲座教授。

这是1692年左右的事，这时候牛顿还不到50岁，是一个科学家出成果的大好年华。

但这几年他却基本上没搞科学研究，他将自己的精力投入了四样事务：一是“跑官”；二是开始与莱布尼茨就微积分的发明优先权大搞论战；三是研究炼金术；四是神学研究。第一件事牛顿正在忙着，就会有结果了。第二件事我们在前面讲数学时已经说过了。这里只说第三、四件，特别是第四件。

牛顿一生都对炼金术深感兴趣，可以说不亚于对科学研究的兴趣，同时这种兴趣也深深地影响了他的科学研究。为了研究炼金术，他常常将科学抛到了一边。他到处搜罗有关炼金术的小册子，有的买，有的借，如果是借的话，他总是将之立即手抄一本保存。对于借来的科学著作牛顿似乎从来没有这样做过呢！如果您想知道炼金术是什么东西，可以参考后面讲的古代化学章节。

—服务上帝—

像对炼金术一样，牛顿对神学也早就有兴趣并且有深刻的领悟。牛顿从小生活在一个宗教氛围十分浓厚的家庭，他的舅舅和继父都是牧师，他母亲也是一个虔诚的基督徒。宗教影响在牛顿心里打下了深深的烙印。长大从事科学研究后，他对宗教的热情一直不减。这时候，他注意的不再是单纯的信仰，而是更深刻的神学问题。大约在1690年的时候，他把一份手稿送给了洛克，手稿想证明，现在《圣经》中关于三位一体的那段是后人篡改的，不是《圣经》中的原文。两年后，一位叫理查德·本特雷的牧师以《对无神论的反驳》为题作了8次重要的布道。他给牛顿写了一封信，请教关于万有引力和宇宙性质的一些问题。牛顿给他写了四封回信，表达了作为科学巨人的他对于上帝的虔诚信仰。他说：

当我写作关于宇宙系统的著作时，就曾经特别注意到足以使深思熟虑的人们相信上帝的那些原理。当我发现我的著作对这个目的有用处时，没有什么事情能比这更让我高兴的了。

当谈到地球绕太阳运转的轨道问题时，牛顿坦言，地球的确绕太阳在运行，但为什么会有这种运动呢？它并不一定要有啊！这就像两块石头本来好好地待在那，为什么它们要相撞呢？肯定有原因，例如被人扔到了一起。地球与太阳也是这样，虽然它们现在按自己的轨道运行，然而，最初是一种什么力量使它们运动起来的呢？对于这个问题，牛顿找到了答案，那就是他著名的“第一推动”。

关于第一推动这个概念，我们在哲学卷中讲托马斯·阿奎那的神学时曾说过，他认为是神对世界进行了第一推动。但他们所凭借的只是抽象的哲学推论，只借助于常识与逻辑，而没有涉及科学。牛顿就不一样了，他从科学的观念出发，指出了上帝与第一推动的必要性。在给牧师的回信中，牛顿如此说：

对于你来信的最后一部分，我的回答是，第一，如果把地球放在无论何处，只要其中心处在轨道上，并且首先让它停留在那里不受任何重力或推力的作用，然后立即施以一个指向太阳的重力，和一个大小适当并使之沿轨道切线方向运动的横向推动，那么按照我的见解，这个引力和推动的组合将使地球绕太阳作圆周运动。但那个横向推动必需大小适当，因为如果太大或太小，就会使地球沿别的路线运动。第二，没有神力之助，我不知道自然界中还有什么力量竟能促成这种横向运动……

这里就分明地表示了神就是那神秘的第一推动者。到晚年，牛顿对神学研究得更多，也更为重视上帝的力量，例如1712年，当《原理》出第二版时，快70岁的牛顿在书中加了一节《总释》，它只有短短的几页，其中“上帝”或者及代词“他”就有近40处之多。他对上帝表达了如狂热的基督徒一般的赞美，他说：

我们只是通过上帝对万物的最聪明最巧妙的安排，以及最终的原因，才对上帝有所认识。我们因为他至尊至美而感佩，也因为他统治万物，我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他……

据统计，牛顿一生留下的有关宗教与神学的手稿达150多万字，足以编成若干卷神学专著呢！事实上也被编成了不少文章或著作，例如《〈圣经〉里两大错讹的历史考证》、《但以理先知的预言与圣约翰的启示录之评论》，它们分别在牛顿的生前与死后出版。

我这里花不少篇幅讲了牛顿对上帝的信仰及对神学的研究，之所以这样，是因为牛顿十分重视这个问题，我们写他的生平就要尊重他的意志。

现在到了1696年。这年3月的一天，牛顿终于收到了蒙塔古的消息。这位蒙塔古是牛顿在剑桥三一学院的学生，也是他的朋友，现在已经是英国政界的当红人物，贵为财政大臣，后来被封为哈利法克斯勋爵。他这几年来一直在替老师跑上跑下，想为他在伦敦谋一个好职位。现在，他终于成功了，不免有些洋洋得意地发来了消息。

财政大臣给牛顿谋到的果然是一个肥缺——皇家造币厂厂长。正如他在给牛顿的信中所言：“这个职位对您最合适，年俸为五六百英镑，而且事情不多，开销不大。”

牛顿对这个任命也十分满意，立即整理行装，离开剑桥，直奔伦敦。

这是1696年的事，是年牛顿53岁。

这也是他人生的分水岭，从此他由科学走向了官场。

—局长大人—

上任后，他先在蒙塔古那里住了一阵子，然后搬到了属于伦敦贵人区的威斯敏斯特区一套豪宅，此后一直生活在那里。

其实，财政大臣将牛顿安置在造币厂也不是没有目的的，他深知牛顿是一个天才，其能力不会止于科学。而现在，造币厂正需要一个这样的人来管理。

牛顿到达造币厂后，采取的第一个措施是大力收回旧币。是时，那些用金子铸成的旧币大量地被人从上面刮出一条条痕迹甚至剪去一个小角却仍然等值使用，这种现象已经严重危害到了英镑的信誉。回收旧币后，牛顿在造币厂新建了熔炉，将旧币熔掉再铸新币。牛顿还运用自己的才智，对机器设备、金属纯度、铸造速度等不断加以改进，使金币的面目焕然一新，而且供应充足。

这些措施使牛顿的上司大为赞赏，于是，3年之后，他被任命为“皇家造币局局长”。这不但是一个终身职位，而且年俸高达2000英镑，这在当时是一笔惊人的巨款了。那时，一个人要是年收入达100英镑，就属于“中产阶级”了，养活老婆孩子不成问题。他当剑桥大学卢卡斯讲座教授年薪不过200英镑，但那薪水已经仅次于拿最高薪水的各学院院长了！

到这时牛顿还一直担任着他的剑桥大学卢卡斯讲座教授，只是指定了一个副手惠斯顿。一直到1701年底，由于他贵为造币局局长，成天公务繁忙，实在没时间再理大学的事，才将职位正式让给惠斯顿。

不过牛顿并没有脱离科学界，相反，他成了英国科学界的统治者。

此前，牛顿基本上没有参与英国皇家学会的活动，这主要是因为他的老对手胡克是皇家学会主席。当胡克终于在1703年去世后，牛顿立即精神百倍地到皇家学会来了，当仁不让地当选为学会主席，此后的20余年连选连任，直到过世。

1699年，法国科学院推选他为外籍院士，这也是它的第一个外籍院士。

自从当选皇家学会主席后，他成为了英国科学界的君主，对科学家们进行着几乎是专制的统治。英国的科学家们也默默地接受着他的统治，主要是因为作为科学家的牛顿太伟大了，英国的科学家们，特别是年轻的科学家们，没有理由不尊敬甚至崇拜他，也没有理由不服从他。当然这并不说明牛顿的统治是残酷的，相反，他是一个颇为仁慈的专制君主，特别对于年轻的科学家们很友善，很乐意将他们一个个推荐到合适的位子上去。对外国科学家们从欧洲各地寄来请教的信件，牛顿也不顾劳累繁忙，一一耐心回复，且态度十分谦逊。

您还记得以前牛顿面对批评时的过激态度吧？牛顿有一个鲜明而颇不平常的性格特点：对批评，特别是没道理的瞎批，他会毫不留情地予以还击，有时候甚至显得不惜一切手段。但对于赞扬，他总是十分谦逊。我们都听说过他的那段名言：

如果我之所见比笛卡儿等人要远一些，那只是因为我站在巨人肩膀上的缘故。

我不知道世人对我是怎样的看法，但在我自己看来，我不过像一个在海滨玩耍的孩子，偶尔很高兴地拾到几颗光滑美丽的石子或贝壳。但那浩瀚无边的真理的大海，却还在我面前未曾被我发现哩！

—人生巅峰—

1705年，牛顿获得了一个英国科学界旷古未闻的荣誉——被授予爵士勋位。仪式在剑桥大学举行，安妮女王亲临授勋，并在仪式结束后举行了盛大宴会。牛顿成为英国历史上第一个成为爵士的科学家。牛顿从此成为贵族，被称为伊萨克·牛顿爵士。牛顿的一生也在这里登上了巅峰。

走上巅峰之后的牛顿又怎样了呢？他的生活并不复杂。他主要有三方面的事做，第一是作为皇家造币局局长，他要担负起职责来。不过现在那儿的事很少，一个星期只要去一次就行了。

再就是搞一些神学与炼金术研究，他直到晚年还对这两个方向都感兴趣。偶尔他也研究一下科学，他毕竟是皇家学会主席。他研究科学主要是为了解答一些别的科学家前来请教、有时候也含有挑战意味而提出的难题。例如，1716年时，他的死对头莱布尼茨向全欧洲的数学家们挑战，出了一道他认为巨难的数学题，即找出单参数曲线族的正交轨道。牛顿是在某一天下午5点左右听到了这道题目。那时他刚刚筋疲力尽地从造币局回来。当天晚上他就解决了这道莱布尼茨认为全欧洲都没人解得出来的难题。这时候牛顿已经是73岁的高龄。

在他生命的最后几年，牛顿将主要精力放在了不断地修订重版他的重要著作这桩事儿上。

1717年，他出版了《光学》英文版的第二版，扩充了名为《质疑》的附录，在其中牛顿对宇宙本质的推测作了最后的陈述。

1726年时，他出版了《原理》的第三版，将内容作了少量增补。只是这时候牛顿已经太老了，编辑工作基本上是由他的助手彭伯顿完成的。

总的说来，牛顿度过了相当美好的人生黄昏岁月。这时候他的名声已经传遍天下，受到举世崇敬。由于这显赫无比的名声，他在与对手的一次次争论中，特别是在与莱布尼茨的微积分发明优先权之争中，取得了大胜，这令他心境愉快。他的身体也一向健康，到老了满口银牙只掉过一颗。他一辈子没戴过眼镜，也没有秃顶，总是一头浓密的鬈发，洁白如雪，这更使他显得尊贵且尊严。虽然他终生未婚，但有个侄女一直与他生活在一起，她漂亮大方，活泼健康，为牛顿的晚年带来了不少安慰。在他生命的最后一年，她虽然结婚了，仍与丈夫住进了叔叔家，夫妻俩一起照顾老人家。

牛顿死于1727年3月31日，享年85岁。

他的葬礼也是英国历史上最隆重的科学家葬礼，全英国几乎所有最知名的人士，从大贵族大官僚到著名作家和科学家，纷纷前来吊唁，争着为牛顿抬灵柩。

他被安葬在威斯敏斯特大教堂，这里是英国最高贵的地方之一，安葬着英国历代君主和曾经为英国人民作出过杰出贡献的知名人士。

教堂内，一块块洁白的大理石墓碑上镌刻着许多我们熟悉的名字：达尔文、瓦特、丘吉尔等。特别地，教堂里还有一个“诗人角”，是诗人和作家们的墓地，乔叟、狄更斯、哈代等都在这个角落安眠。

当然，在所有这些鼎鼎大名中，最显赫的名字永远是伊萨克·牛顿。

4年后，人们为牛顿树立了一座雄伟的纪念碑，上面镌刻着如下的诗句：

伊萨克·牛顿爵士

安葬在这里。

他以超乎常人的智力，

第一个证明了

行星的运动与形状，

彗星的轨道与海洋的潮汐。

他孜孜不倦地研究

光线的各种不同的折射角，

颜色所产生的各种性质。

对于自然、历史和《圣经》，

他是一个勤勉、敏锐而忠实的诠释者。

他以自己的哲学证明了上帝的庄严，

并在他的举止中表现了福音的纯朴。

让人类欢呼

曾经存在过这样一位

伟大的人类之光。