牛顿的一生 _小知识

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注按旧儒略历牛顿出生日期为1642年12月25日
下文转自:
web2.nmns.edu.tw/PubLib/NewsLetter/91/180/11.htm
牛顿的一生大科学家伽利略(Galileo Galilei, 1564～1642)逝世后大约11个月，艾塞克．牛顿在英国乌尔索普地方诞生。在中世纪四大天文学家（哥白尼、第谷、开普勒、伽利略）的辛勤耕耘之后，牛顿开始扮演开花结果的角色。牛顿说：「如果说我看得比别人远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。」巨人指的就是开普勒和伽利略。
1661年牛顿就读剑桥大学的三一学院(Trinity College)，修习数学和物理。大学时代初期没有特殊表现，后来在巴罗教授(Isaac Barrow, 1630～1677) 的指导下才迅速展露非凡的天份。1665年获得学士学位，但几个月后，因为淋巴腺鼠疫流行，大学关闭停课。牛顿便回到乌尔索普，他利用这段被强迫「放假」的两年时间，认真思考自然界的规律问题，这两年也是牛顿自认为一生当中独创力的颠峰时期，万有引力就在此时发现，因而有「乌尔索普的苹果树」的传说。力学与微积分也都是此段时间发明的；圆与椭圆部分面积的计算是当时数学家挑战的难题，居然被25岁的牛顿解决了。直到1667年初，牛顿带着一流的研究成果回到剑桥，当年即被指定为三一学院的研究员，有了薪水，悉数购买实验器材，开始制作反射望远镜，并且定居下来。1666年他发现光的散射现象：波长短的蓝光或紫光，通过稜鏡时偏折较多；波长长的红光，偏折较少（图1）。1668年，他获得硕士学位。

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图1 .1666年，牛顿发现阳光经过透镜会产生色散，牛顿称之为「谱线」（Spectrum）（取材自T
牛顿的老师巴罗教授是当时顶尖的科学家和数学家，影响牛顿的光学成就极深。他对于牛顿的研究成果非常惊讶，两年后辞去教授的职位，让给牛顿，因此1669年，年仅27岁的牛顿就当了剑桥大学的教授。1672年牛顿发表第一篇学术论文，主题是关于光的实验，登在《哲学学报》上；此后，牛顿醉心于包括炼金术在内的化学实验；直到1684年在哈雷(Edmund Halley, 1656～ 1742) （图2）的劝说下，他才尽全力于理论力学的探讨工作，1687年发表了旷世巨作《原理》(Principia)一书，1689年以后牛顿又担任了下议院议员、造币厂督察及总监。并于1703年成为英国皇家学会的会长，在这一年他同时发表了《光学》一书。1705年受到安妮女王的封爵，是第一位获得此项殊荣的科学家。

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图2.鼓励并协助牛顿出版《原理》一书的哈雷，其后利用牛顿的运动学原理发现了哈雷彗星的76年周期。（
牛顿的苹果年轻的牛顿一直在想：「苹果会掉下来，但月球为什么不会掉下来？」根据伽利略的惯性定律：「不受外力作用的物体，沿一直线作等速度运动。」牛顿把它运用在地球与月球的系统上；如果地球对月球没有任何作用力的话，月球将沿着圆形轨道的切线方向飞出去，然而月球并没有飞出去，依然在圆周上绕着地球运转，表示月球一定受到地球的引力而被拉住。换句话说：月球一直沿着圆形轨道的切线方向飞出，但地球的引力一直把月球拉着，结果，月球永远在圆形轨道上运动（图3）。

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图3.牛顿在《原理》书内有与此相同的图示构想：在高山上发射炮弹，若炮弹速度够快则会绕行地球而不会掉落
地球会吸引月球，当然也会吸引乌尔索普的苹果往地上掉了，这是两个同性质的力的作用，牛顿的灵感太伟大了！

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谷歌 2010 年为纪念牛顿推出的涂鸦
《原理》一书是最伟大的科学著作之一，用拉丁文撰写的。全书论述周密，文风雅正，表现超脱，接近于现代真理的科学文体，是为其他的物理学家而写。全书分前言及三卷：前言和第一卷是他著名的运动定律，讨论在无阻力的状态下，物体运动所遵循的定律。第二卷研究物体在阻力下的运动情形。第三卷论述万有引力，并以天文学的应用为实例说明（图4）。