文|江卿曻
编辑|江卿曻
前言
艾萨克-牛顿爵士是历史上最有影响力的科学家之一，在物理学、数学和天文学领域做出了重大的历史贡献。牛顿于1642年12月25日出生在英国的伍尔斯特霍普，他的发现和理论彻底改变了我们对自然世界的理解，并为现代科学奠定了基础。
艾萨克-牛顿爵士，历史上最伟大的科学家之一，于1642年12月25日出生在英国林肯郡的一个小村庄伍尔斯特霍普。牛顿的早期生活和教育为他后来开创性的科学发现和理论奠定了基础。
那么牛顿在科学领域有哪些影响？
牛顿的早期生活和教育
牛顿是早产儿，他的父亲，也叫艾萨克-牛顿，在他出生前几个月就去世了。他的母亲汉娜-艾斯考夫在他三岁时再婚，把他留给了祖母照顾。在他的幼年时期，牛顿表现出非凡的智慧和好奇心。他对机械装置非常着迷，并且很早就表现出对数学的天赋。
牛顿出生在一个政治和社会动荡的时代。他的父亲是个农民，在他出生前就去世了，他的母亲在他三岁的时候就再婚了。牛顿的早期教育因英国内战爆发而中断，在此期间，他被送到祖母家生活。他在数学方面表现出非凡的才能，并在很小的时候就建造了自己的日晷。
5岁时，牛顿开始在格兰瑟姆的国王学校上学，在那里他寄宿在当地一位名叫威廉-克拉克的药剂师家里。然而，牛顿的母亲对他有其他计划，打算让他像他父亲一样成为一名农民。然而，他对农活不感兴趣是显而易见的，而且很明显，他的才能在于其他方面。
他以前的老师斯托克斯先生认识到他的学术潜力，劝说他的母亲允许他回到格兰瑟姆的国王学校。在那里，牛顿沉浸在他的学习中，尤其专注于数学和自然哲学。他建造了日晷和机械装置，并对当时伟大的科学思想家的作品表现出浓厚的兴趣，如笛卡尔、伽利略和开普勒。
1661年，牛顿进入剑桥大学三一学院，学习数学、物理学和哲学。正是在这一时期，他开始探索伟大的科学思想，如伽利略-伽利莱、勒内-笛卡尔和约翰内斯-开普勒的作品，这对他的思想和科学追求产生了深刻的影响。
在剑桥，牛顿学习了广泛的科目，包括数学、物理学和哲学。他很幸运地有机会接触到一个优秀的图书馆，并得到著名学者的指导。牛顿尤其受到数学家和哲学家勒内-笛卡尔的作品以及弗朗西斯-培根的实验哲学的影响。
牛顿的数学能力在他的本科阶段就已显现出来。他深入研究了古典数学、几何学和代数。他掌握了欧几里德、阿基米德和其他古代数学家的作品。他还熟悉了他那个时代最新的数学发展，如约翰-沃利斯的新代数方法和笛卡尔的分析几何。
牛顿的智力能力很快得到了认可，他在1664年获得了一笔奖学金，这使他能够在没有经济限制的情况下继续学习。在此期间，他深入研究了数学，探索了无限小数微积分、无限数列和二项式定理等课题。
然而，由于大瘟疫的爆发，牛顿的学习在1665年突然中断了。三一学院关闭了，牛顿回到了他家在伍尔斯特霍普的庄园。正是在这段与世隔绝、被迫孤独的时期，牛顿取得了一些最重要的科学突破。
在这两年的休整期间，也就是后来被称为 "奇迹年 "的时候，牛顿在数学、光学和物理学方面有了突破性的发现。他发展了微积分的基本原理，制定了他的运动定律，并对光和颜色进行了实验。
牛顿在这一时期最著名的贡献是他关于运动定律的工作，他在1687年发表了他的开创性著作《自然哲学原理》（《自然哲学的数学原理》）。在这部不朽的作品中，牛顿确立了支配物体行为的运动规律，并为理解天体的运动提供了一个数学框架。
牛顿提出环球引力理论
牛顿对物理学领域最重要的贡献来自于他的万有引力理论。1665年和1666年，在被称为 "奇迹年 "的时期，牛顿有了突破性的发现，制定了运动和引力定律。
牛顿的三个运动定律奠定了经典力学的基础。他的第一条定律，即惯性定律，指出静止的物体将保持静止，而运动的物体将继续以恒定的速度运动，除非受到外力的作用。第二条定律确定了力、质量和加速度之间的关系，而第三条定律指出，每一个动作都有一个相等的反作用力。
在1687年出版的《数学原理》中，牛顿提出了他的万有引力理论。他提出，宇宙中的每一个粒子都会吸引其他的粒子，其力与它们的质量乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。这一革命性的理论为理解天体的运动和支配其行为的力量提供了一个数学框架。
牛顿的光学和运动定律
艾萨克-牛顿爵士对光学和运动领域都做出了重大贡献。他的光学定律彻底改变了我们对光和颜色的理解，而他的运动定律则奠定了经典力学的基础。
除了他在引力方面的工作，牛顿还在光学领域做出了重大贡献。1672年，他进行了棱镜和透镜的实验，导致他对光和颜色的性质进行了突破性的研究。他证明了白光是由各种颜色的光谱组成的，并解释了色散的现象。
牛顿对光学的研究产生了一些突破性的发现，并制定了他的光学定律。他对棱镜和透镜的实验使他对当时流行的光和颜色的理论提出了挑战。
牛顿在光学方面的工作还涉及到反射式望远镜的发展，它使用一个弯曲的镜子而不是透镜来收集和聚焦光线。他的发明使天文观测更加精确和清晰，彻底改变了天文学领域。
牛顿在其作品《自然哲学原理》（"自然哲学的数学原理"）中提出的运动定律，为经典力学奠定了基础，改变了我们对物理世界的理解。这些定律描述了支配物体运动的基本原则，其应用范围从日常经验到天体力学。
牛顿第一运动定律，也称为惯性定律，指出静止的物体将保持静止，运动的物体将继续沿直线以恒定的速度运动，除非受到外力的作用。这一定律意味着，物体有抵制其运动状态变化的自然倾向，需要施加一个力来加速、减速或改变方向。
第二运动定律将作用在物体上的力与物体的质量和加速度联系起来。它指出，一个物体的加速度与施加在它身上的净力成正比，与它的质量成反比。在数学上，这一定律表示为F=ma，其中F代表净力，m是物体的质量，a是产生的加速度。这一定律提供了力、质量和加速度之间的定量关系，使人们能够预测和分析各种情况下的运动。
牛顿提出数学和微积分
牛顿对数学的贡献同样重要。他独立开发了微积分，这是一个处理变化率以及计算面积和体积的数学框架。虽然微积分的发展与同为数学家的戈特弗里德-威廉-莱布尼茨存在争议，但牛顿的工作为这一强大的数学工具奠定了基础，它在物理学、工程学和许多其他科学学科中变得至关重要。
牛顿的数学工作超出了微积分的范围。他在无限级数、三角学和二项式定理的研究方面取得了进展。他的数学贡献为后来的数学家和科学家奠定了坚实的基础。
牛顿在科学领域的影响
牛顿的万有引力理论是他最重要的贡献之一。他在1687年出版的《自然哲学原理》一书中提出，宇宙中的每一个粒子都会吸引其他的粒子，其力与它们的质量乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。这一理论对天体的运动和支配其行为的力量提供了全面的解释。它统一了对陆地和天体力学的理解，为研究天体、行星运动和空间探索的发展奠定了基础。
牛顿的运动定律也在《原理》中提出，为经典力学奠定了基础，成为物理学的基石。他的第一条定律，即惯性定律，确立了这样一个概念：静止的物体倾向于保持静止，运动的物体倾向于保持运动，除非受到外力的作用。
第二条定律将力、质量和加速度联系起来，为人们提供了对力如何影响物体运动的定量理解。第三条定律指出，每一个动作都有一个相等和相反的反应。这些定律为研究地球上和太空中物体的运动提供了一个系统框架，它们仍然是物理学领域的基本原则。
牛顿独立开发的微积分是另一项不朽的成就。尽管微积分的发展与同为数学家的戈特弗里德-威廉-莱布尼茨存在争议，但牛顿的工作为这一强大的数学工具奠定了基础。微积分为分析变化率以及计算面积和体积提供了一个框架。它已成为各种科学学科的一个基本工具，包括物理学、工程学、经济学和计算机科学。
牛顿的光学实验和理论彻底改变了我们对光和颜色的理解。他发现白光是由各种颜色的光谱组成的，这导致了光谱学领域的发展和对光如何与物质相互作用的理解。
牛顿关于光的行为的工作为透镜、望远镜和显微镜的发展铺平了道路，使科学家能够观察和探索微观世界和天体世界。他的反射和折射定律为光遇到不同表面和材料时的行为提供了数学上的理解，导致了光学和光学仪器设计上的进步。
牛顿对实验方法和科学方法的使用的强调对科学实践产生了深远的影响。他强调观察、实验和数据分析在发展科学理论和原则方面的重要性。牛顿的科学探究方法为经验法奠定了基础，即通过实验和观察来检验理论。他的工作确立了科学方法论的范式转变，导致了实验物理学的发展和科学知识的进步。
结尾
艾萨克-牛顿爵士在科学领域的影响是不可估量的。他的发现和理论彻底改变了我们对自然界的认识，为现代科学奠定了基础。牛顿在物理学、数学和天文学方面的贡献改变了我们看待宇宙的方式，为无数的科学进步铺平了道路。
牛顿的工作对后世的科学家和思想家产生了深远的影响。他的思想和原则成为进一步科学进步和发现的基础。阿尔伯特-爱因斯坦和马克斯-普朗克等科学家在牛顿的运动和引力定律的基础上，扩大了我们对宇宙的理解。
参考文献
【1】《牛顿》生活·读书·新知三联书店出版 威廉·兰金 2021
【2】《自然哲学的数学原理》艾萨克·牛顿 1687
【3】《中小学课本里的名人传记丛书：牛顿》国际文化出版公司出版 皮波人物国际名人研究中心 2013
