牛頓以及他的三大物理定律：18世紀最偉大的科學家、數學家，萬有引力、微積分的發明者

本書以活潑輕鬆的文辭、豐富多彩的形式講述了牛頓一生為尋求科學真理、攀登科技頂峰、致力發明創造的奮鬥歷程和不屈不撓的精神，以及其所取得的偉大成就和對世界科技發展所做出的重要貢獻。

蘋果讓牛頓開創了科學的新紀元，這件事他領先賈柏斯300年，他的物理定律以及對望遠鏡的改良，帶領人類進入新的宇宙觀。

「如果我能看得更遠，那是因為站在巨人的肩膀上。」
這是牛頓面對學問的自謙態度，他自己也成為承接更多後人到肩膀上的，進擊的巨人。

愛因斯坦：「只有微分定律的形式，才能完全滿足近代物理學家對因果性的要求；微分定律的明晰概念，是牛頓最偉大的思想成就之一。」

作者簡介

馬玉鳳
傳記作家

編輯室推薦‧他領先了賈柏斯300年
他領先了賈柏斯300年

蘋果確實從樹上掉了下來，到底砸沒砸中牛頓的頭並不重要，關鍵在於，蘋果讓牛頓Isaac Newton(1642~1727)開創了科學的新紀元，這件事他領先了賈柏斯300年。

牛頓，十八世紀的偉大科學家、數學家，萬有引力、微積分的發明者，他的物理定律及望遠鏡發明，帶人類進入新的宇宙觀。
「如果我能看得更遠，那是因為站在巨人的肩膀上。」這是牛頓面對學問的自謙態度，而他自己也成為承接更多後人到肩膀上的，進擊的巨人。牛頓所著《原理》一書，用數學原理闡述構成世界的基本原則，使生命、宇宙和天地萬物都不再神秘，直接改變了人們對自然界的根本看法。在當時的英國，人們爭相購買、閱讀、談論這本著作，在那個時候就被人們公認為是「那個理性年代中影響最大的一部科學作品」，給當時的科學界乃至後世的科學家們巨大的影響，歐洲科學界自那時以後，一掃過去陰霾重重的學術氣氛，開始有了一絲生氣。
細想可知，牛頓不會是因為一個蘋果便發明了萬有引力定律，它只是給了他偶然的啟發，促使他從理論上證明並用「地球與月球的關係檢驗」來驗證引力平方反比關係。牛頓有一句名言婦孺皆知：「如果我能看得更遠，那是因為站在巨人的肩膀上。」他說得一點沒錯，正是繼承了克卜勒的天體運動的三個基本原理和伽利略的物體運動學說之後，又經過了22年苦心孤詣的計算他才取得了這樣的結果。像牛頓這麼強大的學者，探求一個問題的答案花了22年，而這個問題對於今天的學生們來說簡直算不得什麼，用幾分鐘便可以輕鬆作出解答，但它確實困擾了牛頓22年。最後，還是牛頓定律給出了直接的解答。
幾分鐘和二十年的差距，讓我們能夠瞭解到歷代科學家為了使微積分更加通俗易懂所作出的巨大貢獻。沒有他們的辛勤和汗水，就沒有人類認識的進步。
牛頓成長於生活條件不優渥的英國小農村，但是貧窮限制不了他的想像力，即使略為自卑，也抑制不住他的學習能力。好不容易得以入讀劍橋大學三一學院的牛頓，數學程度從一開始的落後他人到出類拔萃，發現了劃時代的數學定理以及對於物理學有重大影響的演算法則。
先自助方得貴人相助。追求學問的歷程中，牛頓並非一路順遂，幸虧從金格斯中學的斯托克校長到三一學院的巴羅教授，他得到不少貴人的關照提攜，才能夠不斷精進、拾級而上。而貴人願意提攜支持他，與他令人讚賞的學習態度與能力息息相關。
類似2020年危害全球的COVID-19，牛頓於劍橋大學研究學問的時期，恐怖的鼠疫「黑死病」侵襲著全英國，大學關閉，學生都被趕出了校園返回家鄉。正因為這段突如其來的人生意外，讓把研究資料及相關書籍帶回家鄉的牛頓有機會在英國鄉間絕世獨立而思考出久久未能突破的物理學大發現，那顆偉大的蘋果也在這段期間與牛頓相遇。

本書以活潑輕鬆的文辭、豐富多彩的形式講述了牛頓一生為尋求科學真理、攀登科技頂峰、致力發明創造的奮鬥歷程和不屈不撓的精神，以及其所取得的偉大成就和對世界科技發展所做出的重要貢獻。

01.他能活下來嗎？
02.為什麼媽媽要離開我？
03.我是個在海邊玩耍的孩子
04.外婆，你看我做的是什麼？
05.「呆子！」
06.怎樣才能做個更好的水車呢？
07.我再也不想受你們欺負了！
08.我一定能成為一個成績好的學生！
09.功課第一，手工第二
10.到格蘭瑟姆鎮去讀書
11.來到藥劑師克拉克家
12.讀書的日子
13.各種奇思妙想
14.放棄學業返回故鄉
15.在家鄉務農的日子
16.學做生意
17.在風雨中行走
18.命運的轉折
19.返回學校
20.離別家鄉，初去劍橋
21.減費生的際遇
22.初始的學習時光
23.大學的學習風氣
24.遇到巴羅教授
25.思考與實驗
26.在數學方面取得成績
27.獲得公費生的資格
28.成為巴羅的助手
29.瘟疫蔓延，被迫返鄉
30.再次來到格蘭瑟姆鎮
（略）

33.蘋果落下的領悟
小村裡的秋天是最愜意的季節，在這秋高氣爽的日子裡，到處都洋溢著豐收的喜悅，小村裡的老老少少都面帶著醉人的微笑。牛頓也被這氣氛感染了，信步來到戶外後院的花園中，這裡的蘋果樹上滿枝都掛滿了又紅又大的蘋果，空氣中彌散著誘人的清香。樹蔭下很涼爽，能夠遮蓋依然有些刺眼的強光。
牛頓找了一棵樹，坐在它的樹蔭裡，打開書和筆記。花園中的環境很幽靜，忙碌的秋收的嘈雜聲被阻隔開來，牛頓在樹下又一次陷入了沉思，開始思考起他一直沒有明白的天體運行問題，他覺得他將要扣開一扇前人從未開啟過的科學之門。
接著就發生那個婦孺皆知的故事，這是個真實故事。就像經常發生的那樣，一個蘋果從樹上掉了下來。它不偏不倚，正落在牛頓的腳下。
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捩點，它使坐在花園中的這個人開了竅，引起他的沉思：為什麼這個蘋果會落向地面呢？為什麼它不會飛到天上呢？他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。是的，一定是的，地球對它們具有一種吸引力，地心引力的概念浮現在腦海。我一定要透過實驗和更細緻的理論分析來對它加以詳細說明。想到這裡，他拿著這個給他無限靈感的蘋果匆匆回到了自己工作的閣樓，著手下一步的工作。
一個蘋果偶然落地給人類的思想帶來了一場革命，看似有些偶然，但又是必然。見過蘋果從樹上落下的人我想是屢見不鮮的，如果是一位節儉的農民見到這樣的情形他會把這個又紅又大的蘋果與它的兄弟一樣收到儲藏室裡，心想一定要加快摘收，不然果子要爛在園子裡了；如果是貪財的商人看見了蘋果，眼前就會羅列出一串數字，判斷一下像這種好品種的果子，如果收購的話會賺到多少錢；如果是一個饞嘴的過路人看到了，這個蘋果一定會很快成為他嘴裡的美味，想指望他們成為牛頓顯然是徒勞的。
後來當有人問起牛頓，他是怎樣發現地心引力和其跨時代理論的時候，他回答「經常思考這些問題。我總是把這些問題擺在自己的面前，並耐心地等待著，直到黎明的晨光逐漸變為萬丈光芒。」
在此後的一段時間裡，牛頓透過實驗和理論的論證，更加深了對於發現的認識。牛頓認為，當一個物體離開地心時，它所受到的力的作用並沒有明顯減弱。如果物體受力的大小在最高的山頂、最高的建築上都一樣，他問自己：「像月球離地球那麼高時會是怎樣呢？」如果月球也像其他物體一樣，月球也一定受著這種神秘的引力的影響。「也許它正是因此而維持著自己的軌道。」地球對月球的作用是這樣，那麼其他星體間呢？其他星體也不會例外吧！
牛頓憑藉卓越的洞察力堅定地認為，地球在天體的舞臺上不是孤立地存在著，適應於它的規律也應該適用於其他行星，甚至是星體和星體之間，雖然星體的體積較大，不應和一般的物體相提並論，但道理上應該是一樣的。另一方面，地球在吸引蘋果的同時，蘋果也一定會吸引地球，同理，月球也是一樣。如果廣而論之，這種引力是在物體之間普遍存在的規律。想到這裡他不免心頭一震，這也許是史無前例的發現。
但後來一段時間的思考，他覺得物體離開地心而其所受的引力卻不減弱，這種想法一定是個錯覺，因為如果這樣在地球上無論拋擲任何東西都要返回地面，按這樣的理論的話，月球肯定會撞上地球，行星也一定會撞上恒星。只有當這種引力隨著距離的增加而減少時，這種穩定的狀態才可以維繫。
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決數學問題，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。在後來的二十多年的時間裡，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。
34.光的分析
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組成──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來的。
牛頓卻不這麼認為，他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。簡單地來說，印刷品的每一頁中都包含黑白兩種顏色，但從遠處看他並沒有顯現出彩色，而是灰色。他曾用三稜鏡仔細觀察過光線，各種光線通過三稜鏡後，在牆壁上留下了紅、橙、黃、綠、青、藍、紫幾種顏色，無論怎麼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，但堅信他關於光線的這種簡單解釋是不正確的。
在一陣暴雨過後，伍爾索浦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，引來人們的許許多多的遐想，不少美麗動人的傳說都與它有關。但這美麗的彩虹是如何產生的呢？在當時人們還不能夠說出它的確切成因。但有些科學家的觀點引來了不少爭論，其中，笛卡爾在《流星》中關於彩虹的觀點對牛頓的啟發很大。
在書中，笛卡爾認為彩虹的形成是因為太陽光的折射而產生的自然現象。但對於為何彩虹不論何時何地都是按一定的狀態出現，他卻不能很好地解釋。牛頓也曾觀察過彩虹現象，他細心地發現，美麗彩虹的光譜排列與它在實驗室中觀察到的色彩排列是一樣的，都是按照紅、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？根據以前的實驗經驗，牛頓現在已有了一套成熟的實驗方法，透過這次實驗牛頓預感到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。他把樓上朝南的臥室密封、遮緊，在白天室內也是黑暗一片。然後，在窗板上鑽一個小孔，讓自孔中射入的光線經過一個三稜鏡，結果光線就準確、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，並沒有出現笛卡爾推斷的圓形。
緊接著牛頓又精心地構想出另一個實驗，後來他把這次實驗稱為「關鍵實驗」。他在小孔的附近放一個三稜鏡，緊接著又在它前五六碼處放另一個三稜鏡，用第二個三稜鏡來折射第一個三稜鏡射出的光線，如果按第一個三稜鏡的倒置形狀放置，則第二個三稜鏡射出的光線就又恢復為白色的光線，但如果正常放置，實驗的結果正如他所料。藍色仍是藍色，黃色仍是黃色，紅色仍是紅色……旋轉三稜鏡後，每種顏色依然沒有變化。如果按照古老的觀點，顏色只不過是白光變化後的產物，那麼放置第二個三稜鏡後，光線的顏色就會有變化，藍色也許會變成黃色，黃色也許會變成紅色等等。
因而，具有高度感知力的牛頓認為，平常看到的白光是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色構成的。當它們通過三稜鏡時，根本沒有變化。除了對光的認識有了突破性的認識外，牛頓的另一個收穫是他通過光線射過三稜鏡時留下的紅、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。