牛顿生命中最关键的十八个月

——牛顿系列之四
作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-05-16

牛顿曾深情回忆:那段时间也是我生命中最专心于数学与哲学的时期......

      科学大咖也可能有“不堪回首”的经历,话说当农民失败(牛顿系列之三:曾是最失败的农夫)的牛顿回到金格斯中学后,成绩一直很优秀。

        1661年,他以“减费生”身份考入著名的剑桥大学。当时的剑桥大学学生分公费生、减费生和一般生三种。公费生是非常优秀的学生,不但可以减免学费,还保送到更高一级的学校进修。减费生就是可以享受多种优惠政策的贫困学生,比如免费午餐、免费洗澡等等。一般生多是贵族子弟,成绩不好但有钱挥霍。许多一般生看不起减费生,总是各种方式羞辱他们。这些事,老师是管不着的。

  减费生牛顿在剑桥大学如饥似渴地学习光学知识和解析几何,成绩一直位居全校前茅。1665年,正当他被提为公费生,准备好好学习一番时,一场毁灭性的瘟疫席卷英国的剑桥等地。这种被称为“黑死病”的狂魔如一阵风刮过,夺去了成千上万人的生命;由于没有足够的健康人去埋葬死者,以至于尸横遍野。剑桥当局不得已通知全区停课。当年7月,年轻的牛顿只得返回荷尔泽普老家。已经完全投入学习状态的他开始过着与世隔绝的生活,直到一年半以后。或许冥冥之中自有天定。瘟疫虽然夺去了无数人的生命,却给这位天才科学家充足的时间思考、探索和计算。通过这段时间的努力,牛顿各科的基础理论知识变得扎实,并结出三大科学“果实”:微积分、万有引力和光微粒学。

黑死病

黑死病肆虐英国。(网络图)

  “哥哥,快吃午饭了。”中午时分,妹妹冲着二楼牛顿的房间大叫。可是,楼上一点反应也没有。牛顿平时总是闷在二楼的房间里写写划划,或者面壁沉思。他脑子里充塞着从剑桥大学带回来的最新科学理念,和各种基础知识。平日在学校,他大多时间都是整理知识,向老师请教,反而没时间静思。现在有这么好的机会,他能不利用好?

  妹妹气嘟嘟地上楼,轻轻推开哥哥的房门。没错,我们的牛顿正在专心致志地思考着,面前的笔记本划满公式。门开了,一点知觉也没有。

  “哥哥,又出神了?”

  “干嘛呀?”牛顿吓了一跳,看了妹妹一眼,又开始演算起来。

  “哥,你在算什么呀?每天都这么忙?”

  “我发现了一个有趣的算法,我把它叫做二项式定理。”

  “二项式?没听过呀。”

  “我给你举个例吧。7的平方是多少?”

  “49。”

  “我告诉你一个秘密。”牛顿边说边在纸上写划着:

  72=32+3×(3×4)+42=49

  72=22+2×(2×5)+52=49

  72=12+3×(1×6)+62=49

  ……

  “以此类推,用字母代数的话可以写成:c2=a2+2ab+b2,其中c=a+b。”牛顿补充道。

  “哥,你真聪明。既然c=a+b,那为什么不直接用a和b,这样就省去c了呀。”

  “有道理。”牛顿仿佛受了启发,立马在稿纸是工工整整地写道:

  (a+b)2=a2+2ab+ b 2

  兄妹正讨论起劲时,母亲上来叫他们吃午饭。饭后,牛顿又投入到二项式定理的研究中。那个夏天,他把类似二项式定理的三次方、四次方都研究透彻后,又全力研究二分之一次方,三分之一次方,四分之一次方等分数。不知不觉,牛顿的思路逐渐从二项式定理发展到一个新的领域,这个领域就是高等数学中的微积分。若干年后,已经誉满天下的牛顿对这些日子特别怀念,曾经深有感慨地说:“微积分的研究成果全部是瘟疫那两年奠定的基础。那段时间也是我生命中最专心于数学与哲学的时期。”

  的确,在那关键的十八个月,牛顿硬是把枯燥的生活变成宝。众所周知的苹果落地发现万有引力,就是这段时间的杰作。发现万有引力,是他一生最伟大的成就之一。

苹果砸头

牛顿通过苹果落地发现万有引力定律。(网络图)

  除此之外,牛顿还自制了一个魔法三棱镜,并通过三棱镜的试验发现了日光谱,这为他后来提出光的微粒说打下坚实的基础。正是由于有了这些理论知识,后来的科学家才创立了光谱学,并由此测定和了解了太阳的物质组成。提出光微粒说,成为十八个月中最后一个辉煌“成果”。

参考资料:《世界科学家大传》,韦苇主编,四川少儿出版社,1982年。


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