牛頓生命中最關鍵的十八個月 ——牛頓系列之四

科學大咖也可能有“不堪回首”的經歷,話說當農民失敗(牛頓系列之三:曾是最失敗的農夫)的牛頓回到金格斯中學後,成績一直很優秀。

1661年,他以“減費生”身份考入著名的劍橋大學。當時的劍橋大學學生分公費生、減費生和一般生三種。公費生是非常優秀的學生,不但可以減免學費,還保送到更高一級的學校進修。減費生就是可以享受多種優惠政策的貧困學生,比如免費午餐、免費洗澡等等。一般生多是貴族子弟,成績不好但有錢揮霍。許多一般生看不起減費生,總是各種方式羞辱他們。這些事,老師是管不著的。

減費生牛頓在劍橋大學如饑似渴地習光學知識和解析幾何,成績一直位居全校前茅。1665年,正當他被提為公費生,準備好好學習一番時,一場毀滅性的瘟疫席捲英國的劍橋等地。這種被稱為“黑死病”的狂魔如一陣風颳過,奪去了成千上萬人的生命;由於沒有足夠的健康人去埋葬死者,以至於屍橫遍野。劍橋當局不得已通知全區停課。當年7月,年輕的牛頓只得返回荷爾澤普老家。已經完全投入學習狀態的他開始過著與世隔絕的生活,直到一年半以後。或許冥冥之中自有天定。瘟疫雖然奪去了無數人的生命,卻給這位天才科學家充足的時間思考、探索和計算。通過這段時間的努力,牛頓各科的基礎理論知識變得紮實,並結出三大科學“果實”:微積分、萬有引力和光微粒學。

牛頓生命中最關鍵的十八個月 ——牛頓系列之四

黑死病肆虐英國。(網路圖)

“哥哥,快吃午飯了。”中午時分,妹妹衝著二樓牛頓的房間大叫。可是,樓上一點反應也沒有。牛頓平時總是悶在二樓的房間裡寫寫劃劃,或者面壁沉思。他腦子裡充塞著從劍橋大學帶回來的最新科學理念,和各種基礎知識。平日在學校,他大多時間都是整理知識,向老師請教,反而沒時間靜思。現在有這么好的機會,他能不利用好?

妹妹氣嘟嘟地上樓,輕輕推開哥哥的房門。沒錯,我們的牛頓正在專心致志地思考著,面前的筆記本劃滿公式。門開了,一點知覺也沒有。

“哥哥,又出神了?”

“幹嘛呀?”牛頓嚇了一跳,看了妹妹一眼,又開始演算起來。

“哥,你在算什麼呀?每天都這么忙?”

“我發現了一個有趣的算法,我把它叫做二項式定理。”

“二項式?沒聽過呀。”

“我給你舉個例吧。7的平方是多少?”

“49。”

“我告訴你一個秘密。”牛頓邊說邊在紙上寫劃著名:

72=32+3×(3×4)+42=49

72=22+2×(2×5)+52=49

72=12+3×(1×6)+62=49

……

“以此類推,用字母代數的話可以寫成:c2=a2+2ab+b2,其中c=a+b。”牛頓補充道。

“哥,你真聰明。既然c=a+b,那為什麼不直接用a和b,這樣就省去c了呀。”

“有道理。”牛頓仿佛受了啟發,立馬在稿紙是工工整整地寫道:

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

兄妹正討論起勁時,母親上來叫他們吃午飯。飯後,牛頓又投入到二項式定理的研究中。那個夏天,他把類似二項式定理的三次方、四次方都研究透徹後,又全力研究二分之一次方,三分之一次方,四分之一次方等分數。不知不覺,牛頓的思路逐漸從二項式定理髮展到一個新的領域,這個領域就是高等數學中的微積分。若干年後,已經譽滿天下的牛頓對這些日子特別懷念,曾經深有感慨地說:“微積分的研究成果全部是瘟疫那兩年奠定的基礎。那段時間也是我生命中最專心於數學與哲學的時期。”

的確,在那關鍵的十八個月,牛頓硬是把枯燥的生活變成寶。眾所周知的蘋果落地發現萬有引力,就是這段時間的傑作。發現萬有引力,是他一生最偉大的成就之一。

牛頓生命中最關鍵的十八個月 ——牛頓系列之四

牛頓通過蘋果落地發現萬有引力定律。(網路圖)

除此之外,牛頓還自製了一個魔法三稜鏡,並通過三稜鏡的試驗發現了日光譜,這為他後來提出光的微粒說打下堅實的基礎。正是由於有了這些理論知識,後來的科學家才創立了光譜學,並由此測定和了解了太陽的物質組成。提出光微粒說,成為十八個月中最後一個輝煌“成果”。

參考資料:《世界科學家大傳》,韋葦主編,四川少兒出版社,1982年。

作者:魏德勇  

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