牛顿(IsaacNewton,1643―1727)

　　英国伟大的物理学家、数学家、天文学家.恩格斯说：“牛顿由于发现了万有引力定律而创立了天文学,由于进行光的分解而创立了科学的光学,由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学,由于认识了力学的本性而创立了科学的力学.”的确,牛顿在自然科学领域里作了奠基性的贡献,堪称科学巨匠.

　　牛顿出生于英国北部林肯郡的一个农民家庭.1661年考上剑桥大学特里尼蒂学校,1665年毕业,这时正赶上鼠疫,牛顿回家避疫两年,期间几乎考虑了他一生中所研究的各个方面,特别是他一生中的几个重要贡献：万有引力定律、经典力学、微积分和光学.

　　牛顿发现万有引力定律,建立了经典力学,他用一个公式将宇宙中最大天体的运动和最小粒子的运动统一起来.宇宙变得如此清晰：任何一个运动都不是无故发生,都是长长的一系列因果链条中的一个状态、一个环节,是可以精确描述的.人们打破几千年来神的意志统治世界的思想,开始相信没有任何东西是智慧所不能确切知道的.相比于他的理论,牛顿更伟大的贡献是使人们从此开始相信科学.

　　牛顿是一个远远超过那个时代所有人智慧的科学巨人,他对真理的探索是如此痴迷,以至于他的理论成果都是在别人的敦促下才公诸于世的,对牛顿来说创造本身就是最大的乐趣.

　　回答者：西伯利亚的狼-状元十四级5-1021:56

　　牛顿简介

　　牛顿（IsaacNewton,1643～1727）伟大的物理学家、天文学家和数学家,经典力学体系的奠基人.

　　牛顿1643年1月4日（儒略历1642年12月25日）诞生于英格兰东部小镇乌尔斯索普一个自耕农家庭.出生前八九个月父死于肺炎.自小瘦弱,孤僻而倔强.3岁时母亲改嫁,由外祖母抚养.11岁时继父去世,母亲又带3个弟妹回家务农.在不幸的家庭生活中,牛顿小学时成绩较差,“除设计机械外没显出才华”.

　　牛顿自小热爱自然,喜欢动脑动手.8岁时积攒零钱买了锤、锯来做手工,他特别喜欢刻制日晷,利用圆盘上小棍的投影显示时刻.传说他家里墙角、窗台上到处都有他刻划的日晷,他还做了一个日晷放在村中央,被人称为“牛顿钟”,一直用到牛顿死后好几年.他还做过带踏板的自行车；用小木桶做过滴漏水钟；放过自做的带小灯笼的风筝（人们以为是彗星出现）；用小老鼠当动力做了一架磨坊的模型,等等.他观察自然最生动的例子是15岁时做的第一次实验：为了计算风力和风速,他选择狂风时做顺风跳跃和逆风跳跃,再量出两次跳跃的距离差.牛顿在格兰瑟姆中学读书时,曾寄住在格兰瑟姆镇克拉克药店,这里更培养了他的科学实验习惯,因为当时的药店就是一所化学实验室.牛顿在自己的笔记中,将自然现象分类整理,包括颜色调配、时钟、天文、几何问题等等.这些灵活的学习方法,都为他后来的创造打下了良好基础.牛顿曾因家贫停学务农,在这段时间里,他利用一切时间自学.放羊、购物、农闲时,他都手不释卷,甚至羊吃了别人庄稼,他也不知道.他舅父是一个神父,有一次发现牛顿看的是数学,便支持他继续上学.1661年6月考人剑桥大学三一学院.作为领取补助金的“减费生”,他必须担负侍候某些富家子弟的任务.三一学院的巴罗（IsaacBarrow,1630～1677）教授是当时改革教育方式主持自然科学新讲座（卢卡斯讲座）的第一任教授,被称为“欧洲最优秀的学者”,对牛顿特别垂青,引导他读了许多前人的优秀著作.1664年牛顿经考试被选为巴罗的助手,1665年大学毕业.

　　在1665～1666年,伦敦流行鼠疫的两年间,牛顿回到家乡.这两年牛顿才华横溢,作出了多项发明.1667年重返剑桥大学,1668年7月获硕士学位.1669年巴罗推荐26岁的牛顿继任卢卡斯讲座教授,1672年成为皇家学会会员,1703年成为皇家学会终身会长.1699年就任造币局局长,1701年他辞去剑桥大学工作,因改革币制有功,1705年被封为爵士.1727年牛顿逝世于肯辛顿,遗体葬于威斯敏斯特教堂.

　　牛顿的伟大成就与他的刻苦和勤奋是分不开的.他的助手H.牛顿说过,“他很少在两、三点前睡觉,有时一直工作到五、六点.春天和秋天经常五、六个星期住在实验室,直到完成实验.”他有一种长期坚持不懈集中精力透彻解决某一问题的习惯.他回答人们关于他洞察事物有何诀窍时说：“不断地沉思”.这正是他的主要特点.对此有许多故事流传：他年幼时,曾一面牵牛上山,一面看书,到家后才发觉手里只有一根绳；看书时定时煮鸡蛋结果将表和鸡蛋一齐煮在锅里；有一次,他请朋友到家中吃饭,自己却在实验室废寝忘食地工作,再三催促仍不出来,当朋友把一只鸡吃完,留下一堆骨头在盘中走了以后,牛顿才想起这事,可他看到盘中的骨头后又恍然大悟地说：“我还以为没有吃饭,原来我早已吃过了”.

　　牛顿的成就,恩格斯在《英国状况十八世纪》中概括得最为完整：“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学,由于进行了光的分解而创立了科学的光学,由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学,由于认识了力的本性而创立了科学的力学”.（牛顿在建立万有引力定律及经典力学方面的成就详见本手册相关条目）,这里着重从数学、光学、哲学（方法论）等方面的成就作一些介绍.

　　（1）牛顿的数学成就

　　17世纪以来,原有的几何和代数已难以解决当时生产和自然科学所提出的许多新问题,例如：如何求出物体的瞬时速度与加速度?如何求曲线的切线及曲线长度（行星路程）、矢径扫过的面积、极大极小值（如近日点、远日点、最大射程等）、体积、重心、引力等等；尽管牛顿以前已有对数、解析几何、无穷级数等成就,但还不能圆满或普遍地解决这些问题.当时笛卡儿的《几何学》和瓦里斯的《无穷算术》对牛顿的影响最大.牛顿将古希腊以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法：正流数术（微分）和反流数术（积分）,反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书中,以及被保存下来的1666年10月他写的在朋友们中间传阅的一篇手稿《论流数》中.所谓“流量”就是随时间而变化的自变量如x、y、s、u等,“流数”就是流量的改变速度即变化率,写作等.他说的“差率”“变率”就是微分.与此同时,他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开定理.牛顿利甩它还发现了其他无穷级数,并用来计算面积、积分、解方程等等.1684年莱布尼兹从对曲线的切线研究中引入了和拉长的S作为微积分符号,从此牛顿创立的微积分学在大陆各国迅速推广.

　　微积分的出现,成了数学发展中除几何与代数以外的另一重要分支——数学分析（牛顿称之为“借助于无限多项方程的分析”）,并进一步进进发展为微分几何、微分方程、变分法等等,这些又反过来促进了理论物理学的发展.例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲线的解答,这是变分法的最初始问题,半年内全欧数学家无人能解答.1697年,一天牛顿偶然听说此事,当天晚上一举解出,并匿名刊登在《哲学学报》上.伯努利惊异地说：“从这锋利的