人物簡介

艾薩克·牛頓出生于英格蘭林肯郡鄉(xiāng)下的一個小村落伍爾索普村的伍爾索普莊園。牛頓出生前三個月，他同樣名為艾薩克的父親才剛?cè)ナ?。由于早產(chǎn)的緣故，新生的牛頓十分瘦?。粨?jù)傳聞，他的母親漢娜·艾斯庫曾說過，牛頓剛出生時小得可以把他裝進一夸脫的馬克杯中。

在力學上，牛頓闡明了角動量守恒的原理。在光學上，他發(fā)明了反射式望遠鏡，并基于對三棱鏡將白光發(fā)散成可見光譜的觀察，發(fā)展出了顏色理論。他還系統(tǒng)地表述了冷卻定律，并研究了音速。在數(shù)學上，牛頓與戈特弗里德·萊布尼茨分享了發(fā)展出微積分學的榮譽。他也證明了廣義二項式定理，提出了“牛頓法”以趨近函數(shù)的零點，并為冪級數(shù)的研究作出了貢獻。

主要經(jīng)歷

從12歲左右到17歲，牛頓都在金格斯皇家中學學習，在該校圖書館的窗臺上還可以看見他當年的簽名。

18歲時牛頓完成了中學的學業(yè)，并得到了一份完美的畢業(yè)報告。

1661年6月3日，他進入了劍橋大學的三一學院。

1665年，他發(fā)現(xiàn)了廣義二項式定理，并開始發(fā)展一套新的數(shù)學理論，也就是后來為世人所熟知的微積分學。

1665年，牛頓獲得了學位，而大學為了預防倫敦大瘟疫而關閉了。

1669年，被授予盧卡斯數(shù)學教授席位。

1689年，他當選為國會議員。

1696年，牛頓通過了當時的財政大臣查爾斯·孟塔古的提攜遷到了倫敦作皇家鑄幣廠的監(jiān)管，一直到去世。

1703年，成為皇家學會會長，并任職24年之久。

1705年，牛頓被安妮女王封為爵士。

1727年3月31日（格蘭歷），偉大的艾薩克·牛頓逝世。

主要成就

力學成就

1679年，牛頓重新回到力學的研究中：引力及其對行星軌道的作用、開普勒的行星運動定律、與胡克和弗拉姆斯蒂德在力學上的討論。他將自己的成果歸結在《物體在軌道中之運動》（1684年）一書中，該書中包含有初步的、后來在《原理》中形成的運動定律。

牛頓在伽利略等人工作的基礎上進行深入研究，總結出了物體運動的三個基本定律（牛頓三定律）。這三個非常簡單的物體運動定律，為力學奠定了堅實的基礎，并對其他學科的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。第一定律的內(nèi)容伽利略曾提出過，后來R.笛卡兒作過形式上的改進，伽利略也曾非正式地提到第二定律的內(nèi)容。第三定律的內(nèi)容則是牛頓在總結C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的結果之后得出的。

牛頓是萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)者。萬有引力定律（Law of universal gravitation）是艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學的數(shù)學原理》上發(fā)表的。1679年，R·胡克在寫給他的信中提出，引力應與距離平方成反比，地球高處拋體的軌道為橢圓，假設地球有縫，拋體將回到原處，而不是像牛頓所設想的軌道是趨向地心的螺旋線。牛頓沒有回信，但采用了胡克的見解。在開普勒行星運動定律以及其他人的研究成果上，他用數(shù)學方法導出了萬有引力定律。

牛頓把地球上物體的力學和天體力學統(tǒng)一到一個基本的力學體系中，創(chuàng)立了經(jīng)典力學理論體系。正確地反映了宏觀物體低速運動的宏觀運動規(guī)律，實現(xiàn)了自然科學的第一次大統(tǒng)一。這是人類對自然界認識的一次飛躍。

牛頓指出流體粘性阻力與剪切率成正比。他說：流體部分之間由于缺乏潤滑性而引起的阻力，如果其他都相同，與流體部分之間分離速度成比例。在此把符合這一規(guī)律的流體稱為牛頓流體，其中包括最常見的水和空氣，不符合這一規(guī)律的稱為非牛頓流體。

在給出平板在氣流中所受阻力時，牛頓對氣體采用粒子模型，得到阻力與攻角正弦平方成正比的結論。這個結論一般地說并不正確，但由于牛頓的權威地位，后人曾長期奉為信條。20世紀，T·卡門在總結空氣動力學的發(fā)展時曾風趣地說，牛頓使飛機晚一個世紀上天。

關于聲的速度，牛頓正確地指出，聲速與大氣壓力平方根成正比，與密度平方根成反比。但由于他把聲傳播當作等溫過程，結果與實際不符，后來P.-S.拉普拉斯從絕熱過程考慮，修正了牛頓的聲速公式。

數(shù)學成就

大多數(shù)現(xiàn)代歷史學家都相信，牛頓與萊布尼茨獨立發(fā)展出了微積分學，并為之創(chuàng)造了各自獨特的符號。根據(jù)牛頓周圍的人所述，牛頓要比萊布尼茨早幾年得出他的方法，但在1693年以前他幾乎沒有發(fā)表任何內(nèi)容，并直至1704年他才給出了其完整的敘述。其間，萊布尼茨已在1684年發(fā)表了他的方法的完整敘述。此外，萊布尼茨的符號和“微分法”被歐洲大陸全面地采用，在大約1820年以后，英國也采用了該方法。萊布尼茨的筆記本記錄了他的思想從初期到成熟的發(fā)展過程，而在牛頓已知的記錄中只發(fā)現(xiàn)了他最終的結果。牛頓與萊布尼茨的微積分學論戰(zhàn)，破壞了牛頓與萊布尼茨的生活，直到后者在1716年逝世。這場爭論在英國和歐洲大陸的數(shù)學家間劃出了一道鴻溝，并可能阻礙了英國數(shù)學至少一個世紀的發(fā)展。

牛頓的一項被廣泛認可的成就是廣義二項式定理，它適用于任何冪。他發(fā)現(xiàn)了牛頓恒等式、牛頓法，分類了立方面曲線（兩變量的三次多項式），為有限差理論作出了重大貢獻，并首次使用了分式指數(shù)和坐標幾何學得到丟番圖方程的解。他用對數(shù)趨近了調(diào)和級數(shù)的部分和（這是歐拉求和公式的一個先驅(qū)），并首次有把握地使用冪級數(shù)和反轉(zhuǎn)（revert）冪級數(shù)。他還發(fā)現(xiàn)了π的一個新公式。1676年他首次公布了他發(fā)明的二項式展開定理。牛頓利用它還發(fā)現(xiàn)了其他無窮級數(shù)，并用來計算面積、積分、解方程等等。1684年萊布尼茲從對曲線的切線研究中引入了和拉長的S作為微積分符號，從此牛頓創(chuàng)立的微積分學在大陸各國迅速推廣。

微積分的出現(xiàn)，成了數(shù)學發(fā)展中除幾何與代數(shù)以外的另一重要分支——數(shù)學分析（牛頓稱之為“借助于無限多項方程的分析”），并進一步進進發(fā)展為微分幾何、微分方程、變分法等等，這些又反過來促進了理論物理學的發(fā)展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲線的解答，這是變分法的最初始問題，半年內(nèi)全歐數(shù)學家無人能解答。1697年，一天牛頓偶然聽說此事，當天晚上一舉解出，并匿名刊登在《哲學學報》上。伯努利驚異地說：“從這鋒利的爪中我認出了雄獅”。

微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學成就。牛頓為解決運動問題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學理論的，牛頓稱之為"流數(shù)術"。它所處理的一些具體問題，如切線問題、求積問題、瞬時速度問題以及函數(shù)的極大和極小值問題等，在牛頓前已經(jīng)得到人們的研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對以往分散的結論加以綜合，將自古希臘以來求解無限小問題的各種技巧統(tǒng)一為兩類普通的算法——微分和積分，并確立了這兩類運算的互逆關系，從而完成了微積分發(fā)明中最關鍵的一步，為近代科學發(fā)展提供了最有效的工具，開辟了數(shù)學上的一個新紀元。

牛頓沒有及時發(fā)表微積分的研究成果，他研究微積分可能比萊布尼茨早一些，但是萊布尼茨所采取的表達形式更加合理，而且關于微積分的著作出版時間也比牛頓早。

1707年，牛頓的代數(shù)講義經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術》。他主要討論了代數(shù)基礎及其（通過解方程）在解決各類問題中的應用。書中陳述了代數(shù)基本概念與基本運算，用大量實例說明了如何將各類問題化為代數(shù)方程，同時對方程的根及其性質(zhì)進行了深入探討，引出了方程論方面的豐碩成果，如：他得出了方程的根與其判別式之間的關系，指出可以利用方程系數(shù)確定方程根之冪的和數(shù)，即“牛頓冪和公式”。

牛頓對解析幾何與綜合幾何都有貢獻。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出密切線圓（或稱曲線圓）概念，提出曲率公式及計算曲線的曲率方法。并將自己的許多研究成果總結成專論《三次曲線枚舉》，于1704年發(fā)表。此外，他的數(shù)學工作還涉及數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領域。

牛頓在前人工作的基礎上，提出“流數(shù)（fluxion）法”，建立了二項式定理，并和G.W.萊布尼茨幾乎同時創(chuàng)立了微積分學，得出了導數(shù)、積分的概念和運算法則，闡明了求導數(shù)和求積分是互逆的兩種運算，為數(shù)學的發(fā)展開辟了一個新紀元。

光學成就

牛頓曾致力于顏色的現(xiàn)象和光的本性的研究。1666年，他用三棱鏡研究日光，得出結論：白光是由不同顏色（即不同波長）的光混合而成的，不同波長的光有不同的折射率。在可見光中，紅光波長最長，折射率最小；紫光波長最短，折射率最大。牛頓的這一重要發(fā)現(xiàn)成為光譜分析的基礎，揭示了光色的秘密。牛頓還曾把一個磨得很精、曲率半徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個十分光潔的平面玻璃上，在白光照射下可看到，中心的接觸點是一個暗點，周圍則是明暗相間的同心圓圈。后人把這一現(xiàn)象稱為“牛頓環(huán)”。他創(chuàng)立了光的“微粒說”，從一個側(cè)面反映了光的運動性質(zhì)，但牛頓對光的“波動說”并不持反對態(tài)度。

1704年，牛頓著成《光學》，系統(tǒng)闡述他在光學方面的研究成果，其中他詳述了光的粒子理論。他認為光是由非常微小的微粒組成的，而普通物質(zhì)是由較粗微粒組成，并推測如果通過某種煉金術的轉(zhuǎn)化“難道物質(zhì)和光不能互相轉(zhuǎn)變嗎？物質(zhì)不可能由進入其結構中的光粒子得到主要的動力（Activity）嗎？牛頓還使用玻璃球制造了原始形式的摩擦靜電發(fā)電機。

熱學成就

牛頓確定了冷卻定律，即當物體表面與周圍有溫差時，單位時間內(nèi)從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。

天文成就

牛頓1672年創(chuàng)制了反射望遠鏡。他用質(zhì)點間的萬有引力證明，密度呈球?qū)ΨQ的球體對外的引力都可以用同質(zhì)量的質(zhì)點放在中心的位置來代替。他還用萬有引力原理說明潮汐的各種現(xiàn)象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有關，而且同太陽的方位有關。牛頓預言地球不是正球體。歲差就是由于太陽對赤道突出部分的攝動造成的。

哲學成就

牛頓的哲學思想基本屬于自發(fā)的唯物主義，他承認時間、空間的客觀存在。如同歷史上一切偉大人物一樣，牛頓雖然對人類作出了巨大的貢獻，但他也不能不受時代的限制。例如，他把時間、空間看作是同運動著的物質(zhì)相脫離的東西，提出了所謂絕對時間和絕對空間的概念；他對那些暫時無法解釋的自然現(xiàn)象歸結為上帝的安排，提出一切行星都是在某種外來的“第一推動力”作用下才開始運動的說法。

《自然哲學的數(shù)學原理》牛頓最重要的著作，1687年出版。該書總結了他一生中許多重要發(fā)現(xiàn)和研究成果，其中包括上述關于物體運動的定律。他說，該書“所研究的主要是關于重、輕流體抵抗力及其他吸引運動的力的狀況，所以我們研究的是自然哲學的數(shù)學原理?！痹摃鴤魅胫袊螅袊鴶?shù)學家李善蘭曾譯出一部分，但未出版，譯稿也遺失了。現(xiàn)有的中譯本是數(shù)學家鄭太樸翻譯的，書名為《自然哲學之數(shù)學原理》，1931年商務印書館初版，1957、1958、2006年三次重印。

人物評價

牛頓是最有影響的科學家，被譽為“物理學之父”，他是經(jīng)典力學基礎的牛頓運動定律的建立者。他發(fā)現(xiàn)的運動三定律和萬有引力定律，為近代物理學和力學奠定了基礎，他的萬有引力定律和哥白尼的日心說奠定了現(xiàn)代天文學的理論基礎。直到今天，人造地球衛(wèi)星、火箭、宇宙飛船的發(fā)射升空和運行軌道的計算，都仍以這作為理論根據(jù)。在2005年，英國皇家學會進行了一場名為“誰是科學史上最有影響力的人”的民意調(diào)查，牛頓被認為比阿爾伯特·愛因斯坦更具影響力。對牛頓的毛發(fā)進行基因分析，認為牛頓是艾斯伯格癥候群攜帶者，有XQ28基因的表現(xiàn)，這更增添了牛頓的神秘感，但并未影響到他巨人的形象。