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时间:2020-06-22 00:39  编辑:wendj

牛顿的一生

九年级一班王希丞

1643年1月4日,牛顿诞生在英格壮士林肯郡的小镇乌尔斯索普的一个普通家庭牛顿出生前3个月父亲已病逝。牛顿是个不足月的产儿,体重只有1362克,以臻家人们都担心他是否能活下来。但是,这个弱小的生命竟然出人意料地活下来了。他2岁时,因母亲改嫁给邻村的一位牧师,由外祖母来扶养他。上小学时,他体弱、腼腆,学习成绩在班上也是较差的,他还经常受到顽皮学生的欺侮。但是,牛顿的意志很坚强,他要在学习上取胜,开始刻苦用功,果然一跃而成为全班的第一名。

牛顿自幼沉默寡言,爱思想,性格孤僻、倔强,不愿与其他孩子一起玩耍。这可能与他的身体善和家庭的处境有关。

牛顿从少年时代起就对制造各种器物有强烈的兴趣,据说,他做过一家磨坊模型,它能动作,动力是只小老鼠,叫做“老鼠开磨坊”,连大人见了都赞不绝口。他制作的风筝比从商店买的还要习得高。有一次,他在风筝下面挂了个小灯,入夜,放飞后,灯光随风筝摇曳,远远看去俨然彗星出现一般。12岁时,牛顿进入离家不远的格兰瑟姆文科中学读书,寄住在当地的一个药齐师家里,使他受到了化学实验的熏陶。他母亲在第二个丈夫病逝皇,1658年带着与第二个丈夫所生的一子二女回到乌尔斯索普,并把牛顿也召回家来。母亲原希望他成为一个农民,帮助自己管理家庭农场,所以时常叫他干些农活。可是,牛顿对学习着了迷,放羊时,他只顾在一旁看书,结果羊吃了邻居的庄稼;派他去买东西,他看起书来就什么都忘了,结果是空手而回。1658年9月的一天,狂风大作,人们都躲在家里,惟独牛顿在大路上阒了魔似地一会儿顺风跑,一会儿又逆风跑。原来他是在测试顺风和逆风的速度差,以便于工作计算风力的大小。

随着年龄的增长,牛顿对读书、思考和做实验的热情与日俱增。他喜欢绘画、雕刻、制作水钟,尤其是喜欢刻日晷,并用以根据日影的移动来测定时间。他还给同母异你的妹妹制作玩具。他所制作的水钟和日晷至今仍保留在乌尔斯索普故

居里的墙角处和窗台上。在这段时间里,他的学习成绩虽不很突出,但对自然现象如颜色、四季里日影的移动等却产生了强烈的好奇心。他特别喜爱几何学和哥白尼学说的书籍,并化门别类地记下了读书笔记和心得。他还喜欢别出心裁地做些小工具,钻研小技巧、小发明。

格兰瑟姆中学的校长斯托克和牛顿的一位神你的舅舅区斯为别具慧眼,看到了牛顿表现出来的好学精神,说服了牛顿的母亲允许他上大学深造。1661年6月,牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院。他一面在学生餐厅里服务,一面读书。1664年,他获得了奖学金。

牛顿刚进入大学时,学校里还在讲授一些经院式课程如逻辑、古文、语法、古代史、神学等。2年后,三一学院出现了新气象。卢卡斯出资设立了一个数学讲座,规定讲授自然科学知识,如地理、物理、天文和数学课程。讲座的第一任教授巴罗是一位博学的科学家,正是他引导牛顿踏进了自然科学的大门。牛顿学习了欧几里德的《几何原本》,阅读了开普勒的《光学》、笛卡儿的《几何学》和《哲学原理》、伽利略的《关于两大世界体系的对话》以及胡克的《显微图集》、皇家学会的历史和早期的《哲学学报》等。在这段学习过程中,牛顿在自述三角、几何、光学等学科上打下了扎实的基础。1665年初,牛顿大学结业并获文学学士学位。比牛顿大12岁的巴罗精于数学和光学,他对牛顿的才华极为赞赏,他认为牛顿的数学才能超过了自己。

1665~1666年,伦敦瘟疫流行,剑桥离伦敦不远,学校惟恐波及而停课放假, 1665年6月牛顿回到故乡乌尔斯索普。牛顿在家躲避瘟疫的这18个月,也就是所谓“能创造奇迹的岁月”。他的思想在自然科学领域里驰骋,才华迸发;他思想着前人从未思考过的问题,踏进了前人从未涉及的领域,萌生了不朽的思想和见解,开始了创建前所未有的伟大业绩的历程。他开始思考引力、研究光学、磨制透镜、探索光的本质、研究数学,并提出,了有关微积分的数学概念……

瘟疫过后,1667年他回到剑桥,当选为三一学院的研究员,次年获得文学硕士学位。出于对牛顿才能的充分认识,1669年10月27日,巴罗推荐年仅26岁的牛顿接替自己担任卢卡斯讲座教授,牛顿从此开始了长达27年的教学工作。

教学之余,他继续自己的科研工作。牛顿把他的光学讲稿(1670~1672)、算术和代数讲稿(1673~1683)、《自然哲学的数学原理》的第一部分(1684~1685)以及《宇宙体系》(1687)等手搞送到剑桥大学图书馆收藏。1672年起,他被接纳为皇家学会会员,1703年被选为皇家学会主席,之后年年连选连任,直到1727年他离开人世。

牛顿在大学时代结识了贵州后裔查尔斯·蒙塔古,也就是后来的哈里法克勋爵,是他介绍牛顿进入宫廷和上层社会的。在他任财政大卧时,于1696年推荐牛顿任造币厂督办,1699年又升为厂长。当时,英国币制非常混乱,牛顿运用他的冶金学知识为英国铸造了成色十足的货币。虽然牛顿对政治不感兴趣,但1689~1690年和1701~1702年间却当选为代表大学的议会成员。1705年,因牛顿科学研究和改革币制功勋卓著,安娜女王赐予他贵族称号。因薪俸颇丰,生活富裕起来,造币厂的工作和社会活动繁忙,对教学工作开始厌倦,1701年他辞去剑桥教授职位,退出三一学院。1722年,80岁的牛顿患了风湿病、膀胱病和胆石症。1727年2月,他亲自主持皇家学会在伦敦举行的一次会议时,突然病倒。3月20日凌晨1点多,牛顿在安睡中与世长辞,享年85岁。英国政府在威斯敏斯特大教学为他举行了隆重的国葬典礼,他成为人类历史上第一个获得此项殊荣的自然科学家。

牛顿终生未婚,晚年是在他的外甥女凯瑟林·巴顿的照顾下度过的。

早年生活

1702年的牛顿,由戈弗雷·内勒所作按照现行公历,1643年1月4日,艾萨克·牛顿出生于英格兰林肯郡乡下的一个小村落埃尔斯索普村的埃尔斯索普庄园。在牛顿出生之时,英格兰并没有采用教皇的最新历法,因此他的生日被记载为1642年的圣诞节。牛顿出生前三个月,他同样名为艾萨克的父亲才刚去世。由于早产的缘故,新生的牛顿十分瘦小;据传闻,他的母亲汉娜·艾斯库(Hannah Ayscough)曾说过,牛顿刚出生时小得可以把他装进一夸脱的马克杯中。当牛顿3岁时,他的母亲改嫁并住进了新丈夫巴纳巴斯·史密斯(Barnabus Smith)牧师的家,而把牛顿托付给了他的外祖母玛

杰里·艾斯库(Margery Ayscough)。年幼的牛顿不喜欢他的继父,并因母亲嫁给他的事而对母亲持有一些敌意,牛顿甚至曾经“威胁我那姓史密斯的父母亲,要把他们连同房子一齐烧掉[3]……”

据《大数学家》(Men of Mathematics,E·T·贝尔(E.T. Bell)著)和《数学史介绍》(An introduction to the history of mathematics,H·伊夫斯(H. Eves)著)两书记载:“牛顿在乡村学校开始学校教育的生活,后来被送到了格兰瑟姆的国王中学,并成为了该校最出色的学生。在国王中学时,他寄宿在当地的药剂师威廉·克拉克(William Clarke)家中,并在19岁前往剑桥大学求学前,与药剂师的继女安妮·斯托勒(Anne Storer)订婚。之后因为牛顿专注于他的研究而使得爱情冷却,斯托勒小姐嫁给了别人。据说牛顿对这次的恋情保有一段美好的回忆,但此后便再也没有其他的罗曼史,牛顿也终生未娶。”[4]一般都怀疑牛顿可能是处男。[5] 不过据和牛顿同时代的友人威廉·斯蒂克利(William Stukeley)所著的《艾萨克·牛顿爵士生平回忆录》(Memoirs of Sir Isaac Newton's Life)一书的描述,斯蒂克利在牛顿死后曾访问过文森特(Vincent)夫人,也就是当年牛顿的恋人斯托勒小姐。文森特夫人的名字叫做凯瑟琳,而不是安妮,安妮是她的妹妹(参见Arthur Storer),而且夫人仅表示牛顿当年寄宿时对她只不过是“怀有情愫”的程度而已。

从12岁左右到17岁,牛顿都在国王中学学习,在该校图书馆的窗台上还可以看见他当年的签名。他曾从学校退学,并在1659年10月回到埃尔斯索普村,因为他再度守寡的母亲想让牛顿当一名农夫。牛顿虽然顺从了母亲的意思,但据牛顿的同侪后来的叙述,耕作工作让牛顿相当不快乐。所幸国王中学的校长亨利·斯托克斯(Henry Stokes)说服了牛顿的母亲,牛顿又被送回了学校以完成他的学业。他在18岁时完成了中学的学业,并得到了一份完美的毕业报告。

1661年6月,他进入了剑桥大学的三一学院。在那时,该学院的教学基于亚里士多德的学说,但牛顿更喜欢阅读一些笛卡儿等现代哲学家以及伽利略、哥白尼和开普勒等天文学家更先进的思想。1665年,他发现了广义二项式定理,并开始发展一套新的数学理论,也就是后来为世人所熟知的微积分

学。在1665年,牛顿获得了学位,而大学为了预防伦敦大瘟疫而关闭了。在此后两年里,牛顿在家中继续研究微积分学、光学和万有引力定律。

数学

大多数现代历史学家都相信,牛顿与莱布尼茨独立发展出了微积分学,并为之创造了各自独特的符号。根据牛顿周围的人所述,牛顿要比莱布尼茨早几年得出他的方法,但在1693年以前他几乎没有发表任何内容,并直至1704年他才给出了其完整的叙述。其间,莱布尼茨已在1684年发表了他的方法的完整叙述。此外,莱布尼茨的符号和“微分法”被欧洲大陆全面地采用,在大约1820年以后,英国也采用了该方法。莱布尼茨的笔记本记录了他的思想从初期到成熟的发展过程,而在牛顿已知的记录中只发现了他最终的结果。牛顿声称他一直不愿公布他的微积分学,是因为他怕被人们嘲笑。牛顿与瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒(Nicolas Fatio de Duillier)的联系十分密切,后者一开始便被牛顿的引力定律所吸引。1691年,丢勒打算编写一个新版本的牛顿《自然哲学的数学原理》,但从未完成它。一些研究牛顿的传记作者认为他们之间的关系可能存在爱情的成分。[7]不过,在1694年这两个人之间的关系冷却了下来。在那个时候,丢勒还与莱布尼茨交换了几封信件。

在1699年初,皇家学会(牛顿也是其中的一员)的其他成员们指控莱布尼茨剽窃了牛顿的成果,争论在1711年全面爆发了。牛顿所在的英国皇家学会宣布,一项调查表明了牛顿才是真正的发现者,而莱布尼茨被斥为骗子。但在后来,发现该调查评论莱布尼茨的结语是由牛顿本人书写,因此该调查遭到了质疑。这导致了激烈的牛顿与莱布尼茨的微积分学论战,并破坏了牛顿与莱布尼茨的生活,直到后者在1716年逝世。

牛顿的一项被广泛认可的成就是广义二项式定理,它适用于任何幂。他发现了牛顿恒等式、牛顿法,分类了立方面曲线(两变量的三次多项式),为有限差理论作出了重大贡献,并首次使用了分式指数和坐标几何学得到丢番图方程的解。他用对数趋近了调和级数的部分和(这是欧拉求和公式的一

个先驱),并首次有把握地使用幂级数和反转(revert)幂级数。他还发现了π的一个新公式。

他在1669年被授予卢卡斯数学教授席位。在那一天以前,剑桥或牛津的所有成员都是经过任命的圣公会牧师。不过,卢卡斯教授之职的条件要求其持有者不得活跃于教堂(大概是如此可让持有者把更多时间用于科学研究上)。牛顿认为应免除他担任神职工作的条件,这需要查理二世的许可,后者接受了牛顿的意见。这样避免了牛顿的宗教观点与圣公会信仰之间的冲突。

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