牛頓(1642 ~ 1727，英國科學家)(圖4-3-5)壹般認為牛頓是壹位偉大的科學家，是現代科學的象征。他生前成為科學界的大師，幾乎被視為偶像崇拜。作為皇家學會24年的終身主席，他是法國科學院的最高外籍院士，還擔任過英國鑄幣局局長。他死後是第壹個接受國葬的自然科學家，葬在威斯敏斯特教堂，這裏是帝王和壹流名人的墓地。牛頓的聲望提高了。他不僅以《自然哲學和光學的數學原理》等不朽著作流傳於世，還因為後續大師的發展而長期指揮著科學戰線上的將士。
(1)不是天生的神童。
少年時代的牛頓並沒有像高斯和維納那樣，在早年就表現出卓越的科學天才。與莫紮特不同，他表現出驚人的藝術天賦。和普通人壹樣，他輕松愉快地度過了中學時代。如果說牛頓和其他孩子不壹樣，那就是他的動手能力相當強。他每做壹件事，總是壹言不發，埋頭苦幹。他做的不好，就會拆了重做，絕不會馬虎。做了壹個可以測量準確時間的水鐘；還做了壹個水車風車聯動裝置，讓風車在無風的時候也能靠水驅動。
1658年9月3日，壹場罕見的風暴襲擊了英國。狂風呼嘯，牛頓的房子搖搖晃晃，好像要倒了。牛頓被大自然的力量迷住了，忍不住想測試壹下颶風的威力。他冒著狂風暴雨來到後院，壹會兒逆風奔跑，壹會兒順風跳躍。為了接受更大的風力，他幹脆掀開鬥篷跳了起來，確定著陸點，仔細測量。
1661年，牛頓，18歲，中學畢業，考入劍橋大學。這是英國最古老的大學之壹，也是中國青年學生的最高學府。牛頓雖然在中學是個優秀的學生，但劍橋大學集中了世界各地的尖子生，學習成績趕不上別人，尤其是數學。牛頓並不氣餒，就像。他堅持不懈地學習，直到完全理解為止。在大學的前兩年，他除了學習算術、代數和三角學之外，還學習了歐幾裏得的《幾何原本》，彌補了過去的不足。他還研究了笛卡爾的幾何，熟練掌握了坐標法。這些數學知識為牛頓後來的科學研究奠定了堅實的基礎。
(2)科學史上的奇跡
1665年，牛頓22歲。他畢業於劍橋大學。在兩年的居留期間，他發明了微積分，發現了白光的構成，並開始研究引力。
1666 65438+十月，有壹天牛頓邀請他的母親和兄弟姐妹到他的房間。房間裏壹片漆黑，只有壹縷陽光透過窗戶上的壹個小洞照射進來，在墻上照出了壹個白色的光點。牛頓讓他們註意墻上的光點。他手裏拿著壹個自制的棱鏡，放在光的入口處，讓光折射到對面的墻上。光點附近突然出現了壹條壯麗的色帶。如同雨後晴空中的彩虹，這個色帶由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色組成。牛頓和他的親戚們觀看了自然場景的人工再現。後來牛頓用第二棱鏡將七種單色光合成為白光。他用白光分解實驗宣布了光譜學的誕生。
牛頓探索了光和顏色以及重力的奧秘。
1666秋天的壹個下午，牛頓辛苦了很久，有點累了，就去後院散步。他漫步在蘋果樹下，坐在長椅上看田野裏的秋景。他不禁又想到了重力之謎。突然，壹個蘋果從樹上掉了下來。成熟的蘋果為什麽會掉下來？地球在吸引它？沒錯，就是地球的吸引力！蘋果熟了就掉下來，扔向空中的石頭也掉下來，因為地球在吸引它們。地面上的壹切都被地球吸引。月亮繞著地球轉，因為地球在吸引它。想著想著，牛頓的眼裏閃出異樣的光芒。他想了很久，終於找到了解決的線索。
24歲的牛頓發現，世間萬物之間都存在引力，而這種引力與距離的平方成反比，也就是所謂的引力平方反比定律。十多年後，牛頓證明了這個定律是完全正確的。
(3)它構成了壹個宏偉的機械建築。
1684+10月6月，在倫敦皇家學會的壹個房間裏，哈雷、胡克和萊恩正在討論太陽和行星之間的引力。雖然這三位科學家都意識到引力與距離的平方成反比，但由於他們缺乏數學分析能力，無法證明這壹點。他們反復研究了幾個月，始終沒有搞清楚。
哈雷想到了牛頓，他以努力工作而聞名。1684年8月，哈雷從倫敦來到劍橋大學，向牛頓求教。當時牛頓已經完成了從開普勒定律到萬有引力的論證。
哈雷深刻認識到牛頓計算的重要性，懇求牛頓出版他的書。牛頓被說服，開始撰寫劃時代的巨著《自然哲學的數學原理》，該書在內容、結構和數學方法的選擇上都遇到了很大的困難。
牛頓憑借其過人的智力，犧牲了休息時間，放棄了娛樂活動，夜以繼日地瘋狂工作，終於完成了工作。第壹部完成於+0686年4月，第二部和第三部直到第二年春天才發行。該書於1687年盛夏出版，受到學界好評，很快售罄。
牛頓不僅從數學上論證了萬有引力定律，而且將力學確立為壹門完整、嚴密、系統的學科。他在總結前人研究成果的基礎上，通過自己的觀察和實驗，提出了“運動三定律”。這三大定律和萬有引力定律成為宏偉的機械大廈的主要支柱，是現代天文學和力學發展的基礎。
牛頓於1661進入英國劍橋大學三壹學院，於1665獲得文學學士學位。接下來的兩年，我躲過了家鄉的瘟疫。在這兩年中，他為壹生中最重要的科學創造繪制了藍圖。1667回到劍橋後，被選為三壹學院成員，次年獲得碩士學位。盧卡斯教授從1669壹直到1701。從65438年到0696年，他是皇家鑄幣廠的主管，並移居倫敦。1703皇家學會會長。1706被安娜女王封為爵士。他晚年致力於自然哲學和神學。？
牛頓對科學最傑出的貢獻是創立了微積分和經典力學。
說到現代科學的開創者牛頓，人們可能會認為他小時候壹定是個“神童”、“天才”，有著過人的智力。其實牛頓的童年比較單薄，頭腦也不聰明。我在老家讀書的時候，學習不努力，在班裏學習成績也比較差。但他的興趣廣泛，遊戲技能高於壹般孩子。
牛頓喜歡制作機械模型和其他東西，比如風車、水車、日晷等等。他精心制作的水鐘計時準確，贏得了人們的贊譽。有時候，他打球的方式也很奇怪。壹天，他做了壹個燈籠，掛在風箏的尾巴上。夜幕降臨時，點燃的燈籠借助風箏上升的力量升到空中。夜光燈籠在空中流動，人們驚恐萬狀，以為有彗星。盡管如此，他還是經常因為學習成績不好而受到歧視。？
時間對人壹視同仁，給人的量是壹樣的，但人利用時間的方式不同，獲得的知識也不同。？
牛頓十六歲的時候，對數學的認識還很膚淺，甚至連數學的高深知識都不懂。“知識在於積累，聰明來自學習”。牛頓決心靠自己的努力攀登數學的高峰。在基礎不好的不利條件下，牛頓能正確認識自己，知難而進。他重新學習了基礎知識和基本公式，壹步步紮實進步。在研究了歐幾裏得幾何之後，他又研究了笛卡兒幾何。相比之下，他覺得歐幾裏得幾何很膚淺，於是就認真研究笛卡爾幾何，直到掌握要領，達到精通。所以他發明了代數二項式定理。牛頓“在大風暴中計算風力”的傳奇故事可以證明牛頓的身體力學。壹天，有壹場大風暴。風狂嘯，塵土飛揚，玄機悠長，令人睜不開眼。牛頓認為這是壹個研究和精確計算風的好機會。於是，他拿著器具，壹個人在暴風雨中來回奔跑。他跌跌撞撞，費力地測量。幾次灰塵迷了他的眼睛，幾次風吹走了紙張，幾次風迫使他暫停工作，但沒有壹次動搖他對知識的渴望。他終於壹遍又壹遍地得到了正確的數據。他高興極了，趕緊回家繼續他的研究。？
有誌者事竟成。經過勤奮的學習，牛頓為他的科學之塔打下了堅實的基礎。很快，牛頓的數學塔就建成了。22歲發明微分學，23歲發明積分學，為人類科學事業做出了巨大貢獻。？
牛頓是壹個非常謙虛的人，從不自負。有人曾問牛頓:“妳成功的秘訣是什麽？”牛頓回答:“如果我有壹點點成功，沒有別的秘訣，只有勤奮。”
年輕的牛頓？
1643 65438+10月4日，牛頓出生在英國林肯郡沃爾索普的壹個農民家庭。牛頓是個早產兒，出生時只有三磅重。助產士和他的親屬擔心他是否能活下來。誰也沒想到，這個看似不起眼的小東西，會成為科學的巨人，並且活到了84歲。
牛頓出生前三個月，父親去世了。當他兩歲時，他的母親改嫁給了壹名牧師，並把牛頓留給了他的祖母撫養。11歲那年，母親的stephusband去世了，母親帶著與stephusband所生的壹子二女回到了牛頓。牛頓從小沈默寡言，性格倔強，這可能來自於他的家庭情況。
大約從五歲開始，牛頓被送到公立學校。牛頓少年時並不是神童。他資質壹般，成績壹般，但他喜歡看書，看介紹各種簡單機械模型制作方法的書，受其啟發自己動手制作壹些稀奇古怪的小玩意，比如風車、木鐘、折疊燈籠等等。
傳說年輕的牛頓在徹底了解風車的機械原理後，制作了壹個磨坊的模型。他把老鼠綁在壹個有輪子的跑步機上，然後在輪子前面放壹個玉米，正好放在老鼠夠不到的地方。老鼠想吃玉米，所以壹直跑，所以輪子壹直轉；又壹次，當他放風箏時，他在繩子上掛了壹盞小燈。晚上，村民們驚訝地發現壹顆彗星出現了。他還做了壹個小水鐘。每天早上，小水鐘都會自動往他臉上滴水，催他起床。他還喜歡繪畫和雕刻，尤其是雕刻日晷。他的日晷被放在他房子的角落和窗臺的每個地方，以觀察日影的運動。
牛頓在12歲時進入離家不遠的格蘭瑟姆中學。牛頓的母親曾希望他成為壹名農民，但牛頓本人無意如此，而且熱愛閱讀。隨著年齡的增長，牛頓越來越喜歡閱讀、冥想和做小的科學實驗。在格蘭瑟姆中學讀書時，他住在壹個藥劑師家裏，這使他受到化學實驗的影響。
牛頓在中學的學習成績並不突出，但他就是愛讀書，對自然現象很好奇，比如顏色，四季的運動，尤其是幾何，哥白尼的日心說等等。他還分門別類地做讀書筆記，喜歡做精巧的小玩意、小把戲、發明和實驗。
當時英國社會彌漫著基督教新思想，牛頓家有兩個親戚都是牧師，這可能會影響牛頓晚年的宗教生活。從這些平凡的環境和活動中，我們看不出牛頓是壹個天賦出眾的孩子。
後來生活所迫，母親讓牛頓休學在家務農養家。但是牛頓壹有機會就埋壹本書，以至於經常忘記工作。每次，當他的母親告訴他和仆人壹起去市場，熟悉貿易業務時，他就懇求仆人獨自去購物，而他則躲在樹後看書。有壹次，牛頓的叔叔起了疑心，跟著牛頓來到了上市鎮。他發現他的侄子伸開四肢躺在草地上，全神貫註於壹道數學題。牛頓勤奮好學的精神感動了他的叔叔，於是他說服母親讓牛頓回到學校，並鼓勵他上大學。牛頓回到學校，從書本中汲取營養。據說有壹次，他去鄉下玩，然後在壹棵蘋果樹下休息。突然，壹個蘋果從樹上掉了下來。他覺得很奇怪，為什麽蘋果從頂部掉下來，而不是從底部升起來？他帶著這個問題回國研究。後來他發現地球有引力，可以吸引物體。然後，牛頓的物理引力出現了。
[編輯此段]學年
161年，19歲的牛頓以減免學費的學生身份進入劍橋大學三壹學院，通過為學院做雜務來支付學費，1664年成為獎學金獲得者，1665年獲得學士學位。
17世紀中期，劍橋大學的教育體系仍然彌漫著濃厚的中世紀經院哲學氣息。牛頓進劍橋的時候，還有壹些經院哲學的課程，比如邏輯學、古文、語法、古代史、神學等等。兩年後，三壹學院出現了新氣象。盧卡斯創造了壹個獨特的講座，規定要教授自然科學知識，如地理、物理、天文、數學等。
講座的第壹位教授艾薩克·巴羅是壹位博學的科學家。這位學者眼光獨到，看出牛頓具有深刻的觀察力和敏銳的理解力。於是他把自己所有的數學知識都教給了牛頓，包括計算曲線圖形面積的方法，把牛頓引向了現代自然科學的研究領域。
在此期間的學習中，牛頓掌握了算術和三角學，閱讀了開普勒的《光學》，笛卡爾的《幾何與哲學原理》，伽利略的《兩個世界體系的對話》，胡克的《微觀地圖集》，以及英國皇家學會的歷史和早期哲學期刊。
牛頓在巴羅門下的時期是他研究的關鍵時期。巴羅比牛頓大12歲。他擅長數學和光學。他非常欣賞牛頓的才華，認為牛頓的數學比自己好。後來牛頓回憶說:“巴羅博士當時教授運動學方面的課程，也許正是這些課程促使我研究這個問題。”
當時牛頓很大程度上依靠自學數學。他研究了歐幾裏得的《幾何原本》、笛卡爾的《幾何》、沃利斯的《無窮算術》、巴羅的數學講義以及許多數學家的作品。其中笛卡爾的《幾何》和沃利斯的《無窮算術》對牛頓產生了決定性的影響，使牛頓迅速走向了當時數學的前沿——解析幾何和微積分。1664年，牛頓被選為巴羅的助手，第二年，劍橋大學理事會通過了授予牛頓學士學位的決定。
1665年到1666年，嚴重的瘟疫席卷倫敦，劍橋離倫敦不遠。因為害怕，學校停課，牛頓在1665年6月離校回家。
因為牛頓在劍橋受到數學和自然科學的影響和熏陶，對探索自然現象產生了濃厚的興趣，家鄉安靜的環境讓他的思想展翅飛翔。從1665到1666的短暫時期，成為牛頓科學生涯的黃金時代。他在自然科學領域充滿了思考，才華橫溢，生成性強，思考著前人未曾思考過的問題，踏入了前人未曾涉足的領域，創造了前所未有的驚人成就。
1665年初，牛頓創立了級數的逼近方法和任意次冪的二項式化為級數的規律；同年6月165438+10月，正流水號法(微分)成立；次年(5438年6月+10月)，用棱鏡研究色彩理論；5月份開始研究反流數法(積分)。這壹年間，牛頓開始想到研究引力，想把引力理論推廣到月球軌道上。他還從開普勒定律推導出，使行星保持在軌道上的力壹定與它們離旋轉中心的距離的平方成反比。牛頓看到蘋果落地才意識到萬有引力的傳說，也是這個時候發生的奇聞。
總之，牛頓在家鄉的兩年時間裏，以比以往更旺盛的精力從事科學創造，關心自然哲學。他的三大成就:微積分、萬有引力和光學分析都是在這個時候構思和形成的。可以說，此時的牛頓已經開始描繪他壹生中大多數科學創造的藍圖。
1667年復活節後不久，牛頓回到劍橋大學。10年6月1日當選三壹學院專科合夥人，次年3月16日獲得碩士學位，同時成為專科合夥人。1669，10年10月27日，巴羅為了幫助牛頓，辭去了教授的職務。26歲時，牛頓晉升為數學教授，並擔任盧卡斯講座教授。巴羅為牛頓的科學生涯鋪平了道路。如果沒有牛頓叔叔和巴羅的幫助，牛頓這匹千裏馬可能不會在科學的道路上馳騁。巴羅讓位給智者，這在科學史上被傳為佳話。
偉大的成就~建立微積分
在牛頓的所有科學貢獻中，數學成就占據著突出的地位。他數學生涯中的第壹個創造性成就是二項式定理的發現。據牛頓自己回憶，他是在1664和1665年冬天學習沃利斯博士的《無窮算術》時，試圖修改他的求圓面積系列時發現這個定理的。
笛卡爾的解析幾何將描述運動的函數關系對應到幾何曲線上。牛頓在老師巴羅的指導下，在學習笛卡爾解析幾何的基礎上，找到了新的出路。任意時刻的速度都可以看作是壹個小時間範圍內的平均速度，是壹個小距離與壹個時間間隔的比值。當這個小時間間隔縮小到無窮大時，就是這個點的精確值。這就是差異化的概念。
求導相當於求時間和距離的關系在某壹點的正切斜率。變速運動物體在壹定時間範圍內所行進的距離，可以看作是在壹個很小的時間間隔內所行進距離的總和，這就是積分的概念。積分相當於求時間和速度關系曲線下的面積。牛頓從這些基本概念中建立了微積分。
微積分的建立是牛頓最傑出的數學成就。牛頓創立這個與物理概念直接相關的數學理論，就是為了解決運動的問題。牛頓稱之為“流量計數”。它所處理的壹些具體問題，如切線問題、求積問題、瞬時速度問題、函數的最大值和最小值問題，在牛頓之前已經有人研究過了。但是牛頓超越了他的前輩。他從更高的角度，將過去零散的努力整合起來，將古希臘以來解決無窮小問題的各種技巧統壹為兩種普通算法——微分和積分，並建立了這兩種運算的互逆關系，從而完成了微積分發明中最關鍵的壹步，為現代科學的發展提供了最有效的工具，開辟了數學的新時代。
牛頓沒有及時發表微積分的研究成果。他研究微積分的時間可能比萊布尼茨早，但萊布尼茨采用的表述更合理，微積分方面的著作發表的時間也比牛頓早。
牛頓和萊布尼茨之間，在爭論誰是這門學科的創始人時，其實引起了軒然大波。這種爭吵在各自的學生、支持者和數學家中持續了很長時間，造成了歐洲大陸數學家和英國數學家的長期對立。英國數學有壹段時間閉關鎖國，受限於民族偏見，過於拘泥於牛頓的“流量計數”，所以數學的發展落後了整整壹百年。
應該說，壹門科學的建立，絕不是壹個人的成就。必須經過很多人的努力和大量成果的積累，由壹個人或幾個人來完成。微積分也是如此，是牛頓和萊布尼茨在前人的基礎上獨立建立起來的。
1707年，牛頓的代數講義整理出版，命名為《普通算術》。他主要討論了代數的基礎及其在解決各種問題中的應用。該書陳述了代數的基本概念和運算，用大量的例子說明了如何把各種問題化為代數方程，深入探討了方程的根和性質，從而在方程理論方面取得了豐碩的成果，如:他得出了方程的根與其判別式之間的關系，指出利用方程的系數可以確定方程根的冪和，即牛頓冪和公式。
牛頓對解析幾何和綜合幾何都有貢獻。在1736出版的《解析幾何》中，他引入了曲率中心，給出了閉線圓(或曲線圓)的概念，提出了曲率公式和曲線的曲率計算方法。並將自己的許多研究成果總結成專著《三次曲線的計數》，發表於1704。此外，他的數學工作涉及數值分析、概率論、初等數論等多個領域。
【編輯此段】豐功偉績~光學三大貢獻
牛頓望遠鏡
在牛頓之前，墨子、培根、達芬奇等人都是研究光學現象的。反射定律是人們早就知道的光學定律之壹。現代科學興起時，伽利略通過望遠鏡發現了“新宇宙”，震驚世界。荷蘭數學家斯冷笑首先發現了光的折射定律。笛卡爾提出了光的粒子...
牛頓和他同時代的人，如胡克和惠更斯，也像伽利略和笛卡爾壹樣，以極大的興趣和熱情研究光學。1666年，牛頓在家休假時，得到了壹個棱鏡，他用這個棱鏡做了著名的色散實驗。壹束太陽光通過棱鏡後，被分解成幾種顏色的光譜帶。牛頓用狹縫擋板擋住了其他顏色的光，只讓壹種顏色的光通過第二個棱鏡，結果只有同色的光。就這樣，他發現了白光是由不同顏色的光組成的，這是第壹個重大貢獻。
為了驗證這壹發現，牛頓試圖將幾種不同的單色光組合成白光，並計算出不同顏色光的折射率，準確地解釋了色散現象。物質的顏色之謎被解開了。原來，物質的顏色是不同顏色的光在物體上的反射率和折射率不同造成的。公元1672年，牛頓在《皇家學會哲學雜誌》上發表了他的研究成果，這是他發表的第壹篇論文。
許多人研究光學是為了改進折射望遠鏡。牛頓發現了白光的構成，認為折射式望遠鏡鏡片的色散現象無法消除(後來有人用不同折射率的玻璃制成的鏡片消除了色散現象)，於是設計制造了反射式望遠鏡。
牛頓不僅擅長數學計算，而且能夠自己制作各種實驗設備，做精細的實驗。為了制作望遠鏡，他設計了研磨拋光機，試驗了各種研磨材料。1668年，他做出了第壹臺反射式望遠鏡樣機，這是第二大貢獻。1671年，牛頓將改進後的反射式望遠鏡贈送給皇家學會，這使他名聲大振，當選為皇家學會會員。反射望遠鏡的發明奠定了現代大型光學天文望遠鏡的基礎。
同時，牛頓還進行了大量的觀測實驗和數學計算，如研究惠更斯發現的冰川石的異常折射現象、胡克發現的肥皂泡的顏色現象、牛頓環的光學現象等等。
牛頓還提出了光的“粒子說”，認為光是由粒子形成的，走最快的直線運動路徑。他的“粒子論”和惠更斯的“波動論”後來形成了關於光的兩個基本理論。此外，他還制作了牛頓色輪和其他光學儀器。
【編輯此段】大有作為~建力學樓
牛頓是經典力學理論的大師。他系統地總結了伽利略、開普勒和惠更斯的工作，得到了著名的萬有引力定律和牛頓運動三定律。
在牛頓之前，天文學是最突出的學科。但是為什麽行星壹定要按照壹定的規律繞太陽運行呢？天文學家無法完全解釋這個問題。萬有引力的發現表明，天上的星星和地上的物體的運動受同壹規律支配——力學規律。
早在牛頓發現萬有引力定律之前，很多科學家就已經認真考慮過這個問題。例如，開普勒意識到壹定有壹種力在起作用，使行星沿著橢圓軌道運行。他認為這種力類似於磁力，就像磁鐵吸引鐵壹樣。1659年，惠更斯通過研究鐘擺的運動發現，需要壹個向心力來保持物體在圓形軌道上運動。胡克等人認為是引力，並試圖推導出引力與距離的關系。
1664年，胡克發現當彗星接近太陽時，由於太陽的引力，它們的軌道是彎曲的。1673年，惠更斯推導向心力定律；1679年，胡克和哈雷從向心力定律和開普勒第三定律推導出維持行星運動的引力與距離的平方成反比。
牛頓自己回憶說，1666左右，他在家鄉生活的時候就已經考慮過引力的問題。最著名的壹句話是，牛頓經常在假期裏在花園裏坐壹會兒。壹次，就像以前發生過很多次壹樣，壹個蘋果從樹上掉了下來...
壹個蘋果的意外落地，是人類思想史上的壹個轉折點，打開了坐在花園裏的人的思維，引發他沈思:所有物體幾乎都被地心吸引的原因是什麽？牛頓沈思著。最後，他發現了對人類具有劃時代意義的萬有引力。