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牛顿复杂的一生:从一个傻小子到铸币局局长,再到百科全书式“全才”

当看高难度的杂技时,我们经常说“这里不归牛顿管”,作为一位百科全书式的“全才”,牛顿的一生比杂技还复杂,今天我们就来说说。


牛顿复杂的一生:从一个傻小子到铸币局局长,再到百科全书式“全才”


“一个傻小子”


1642年的圣诞节,艾萨克·牛顿出生了,早产的他只有3磅重,能放进一夸脱的马克杯里(3磅=1360克=1.36公斤)。


家里安排了两位妇人去贵妇家寻求帮助,但她们并没有真的出发,而是坐在半路休息,因为她们觉得牛顿一定等不到她们找人回来。


谁也没有料想到,这个小东西竟然活了下来,并且成为了举世闻名的科学巨人,直到85岁的高龄才在睡梦中辞世。


牛顿是个遗腹子,出生前3个月父亲就去世了,妈妈也在他3岁时改嫁,小时候的他一直跟文盲姥姥生活在一起。


这样的环境,怎么看也不会培养出一个大科学家,而且牛顿的妈妈一直希望,将牛顿训练成一个合格农夫,好照顾他同母异父的弟妹。


不过幸好,牛顿的舅舅是17世纪30年代剑桥大学三一学院的毕业生,这为他之后进入三一学院求学,起到了不小的作用。


1659年,牛顿的母亲决定让他辍学,回家料理庄园,但牛顿一读起书来就会忘掉一切,根本无法胜任料理庄园的工作,一次他拉的马挣脱了笼头,而他却一个劲儿的埋头看书,走了好几英里路都没有察觉。


牛顿的母亲对他的书生气怒不可遏,仆人们也都称他为“一个傻小子”,认为他永远都不会有什么作为。


这时,曾经的校长向牛顿伸出了援手,他努力劝说牛顿的母亲让牛顿复学,并免除了牛顿的膳食费,这才使牛顿重新回到了校园。


毕业后,在舅舅的帮助下,牛顿进入了剑桥三一学院学习。


牛顿的大学生活并不顺利,母亲改嫁后生活十分富裕,但牛顿却是以减费生,一种接近仆役的身份进入的剑桥,为了维持生活,牛顿会给他的宿舍清洁员和同学放债,这在当时的大学生中是非常罕见的。


这样的童年经历,使牛顿的性格特别别扭,斯蒂芬·霍金曾在《时间简史》中,对他做过一段简短的评价,这段评价的第一句就是:


艾萨克·牛顿不是一个讨人喜欢的人物,他和其他学者的关系声名狼藉。


科学作家弗洛里安·弗雷斯特在他撰写的《牛顿:重新创造宇宙的混蛋》中,是这样描述牛顿的性格的:


一个古怪的自大狂,麻烦不断,神秘兮兮,霸道自我,爱争上风,睚眦必报,诡计多端,但与此同时,他也是迄今为止最伟大的天才。


不过,也正是这种别扭的性格,推动着牛顿成为了伟大的科学家,用他私人助理孔杜伊特的话来说就是:


牛顿从学业生涯开始,就在怨恨之心和竞争之念这两大力量驱使下,一门心思要超过其他所有人。


一个大误会


说起牛顿,一直流传着这样一个说法:牛顿前半生是个科学家,但他在后半生越来越发现科学的局限性,越来越陷入思想上的迷茫,所以到晚年信仰了基督教。


这其实是一个大误会,因为牛顿信仰基督教可不是半路出家,而是从小就树立的。


牛顿去世后,人们找到了一篇他在20岁时写下的日记,日记中记录了他对上帝的忏悔,因为在过去的十年中,他在基督徒应该休息的安息日里做了很多别的事情,例如读了一本无关紧要的书、做了一个滑键、做了一个捕鼠器等。


可见,牛顿很早就信仰了基督教,而且,由于牛顿出生在圣诞节,这让他觉得自己是被上帝选中的少数人,所以他毕生要做的就是发现上帝预设的规律,并恢复被篡改的古代经典。


这乍一听很难理解,因为在现代,科学和宗教早已被区分开了,但在牛顿生活的17世纪,用神学来解释世界,才是件正常的事情。


在大环境的影响下,牛顿从小就是个虔诚的基督徒,但他信仰的是一种非常古老的教派,叫做阿里乌斯派,属于被主流神学观点打压的一派。


但在牛顿看来,当时大多数人遵守的基督教教规,早在过去的一千多年里被人篡改了,而他的研究,就是为了拨乱反正。


身负重任又沉迷研究的牛顿,在三一学院的前两年,一直泡在图书馆里自学。


第三年时,牛顿遇到了自己的伯乐———第一任卢卡斯数学教授艾萨克·巴罗,在巴罗的指导下,牛顿对数学产生了浓厚的兴趣,并在22岁时发现了广义二项式定理,这是他做出的第一个重大成果,也因此成为了三一学院的研究生。


但就在牛顿即将开始他的研究生生活时,一场瘟疫席卷了英国的许多地方,牛顿和大多数学生一样,回到了乡下避难。


乡下的生活无所事事,但也正是这段时间,给了牛顿独自思考的机会。


就在这600多天里,牛顿发现了万有引力定律、发现了光的构成及色的种类、还发明了微积分,任何一项成就都是划时代的,因此牛顿的1666年成为了唯一一个可以与爱因斯坦的1905年相提并论的物理学奇迹年。


牛顿复杂的一生:从一个傻小子到铸币局局长,再到百科全书式“全才”


1667年,伦敦的大瘟疫终于平息下来,牛顿重新回到了剑桥,但此时的他已不再是一名普通的学生,而是一位绽放光芒的顶尖科学家。


1669年,巴罗主动让贤,推荐牛顿成为第二任卢卡斯数学教授。


3年后,牛顿发明了世界上第一台反射式望远镜,并因此进入了英国皇家学会。


在那里,牛顿遇到了他一生中最大的敌人,英国物理学家罗伯特·胡克,他的“喷子”属性也就此开启,并且历史上招惹牛顿的结果只有两个:


要么你死,要么他活。


胡克也是位年少成名的天才科学家,而且他出名的比牛顿还要早,这也使他变得傲慢起来。


牛顿是因为发明了世界上第一台反射式望远镜,而进入英国皇家学会,可这偏偏是胡克个人最得意的研究板块,看到自己研究多年却轻松被一个少年超越(牛顿比胡克小8岁),脾气贼臭的胡克,非说牛顿抄了自己的创意。


说人抄袭也得有个理由啊,于是胡克设计了这样一套说辞:7年前因为忙着伦敦大火重建,所以才没有把已经设计出来的,比牛顿要厉害100倍的望远镜拿出来。


如果换了其他刚出名的新人,也许胡克就胜利了,但他偏偏惹到了牛顿,两个人的梁子就这么结下了。


1672年2月,牛顿向皇家学会提交了一篇论文,当时学会中普遍采用“历史叙事”的风格撰写论文,这要求作者要尽可能详细的描述他们进行的实际活动,并避免提到无法通过实验进行验证的假设。


但牛顿的这篇论文,写到一半便放弃了这种写法,声明如果继续这样写下去,会使他的文章变得“乏味而混乱”,然后就开始书写他的假设,并在最后宣称「光是物质的」。


这一观点不仅挑战了当时普遍接受的光学观点,而且正撞在了胡克的枪口上,于是两人通过书信,进行了一段长时间的公开论战。


这场论战足足持续了一年,总是被胡克追着喷的牛顿,开始反击,就在那个阶段相互争执的信件中,牛顿写下了这样一句经典名言:


笛卡尔(的光学研究)迈出了很好的一步,你在一些方面又增添了许多,特别是对薄板颜色进行了哲学考虑,如果说我看的更远一点的话,是因为我站在巨人的肩膀上。


这句话如今常在课本中出现,用来体现牛顿的谦逊,但实际上,这是牛顿在内涵胡克,因为胡克是一个天生嵴柱发育不良的人,俗称就是驼背。


所以,这句话的内涵其实是:我是站在巨人的肩膀上才达成的成就,但跟你这个驼背无关。


虽然后来波粒二象性证明,其实他俩说的都对,但这场论战给牛顿造成了不小的伤害,从那以后,牛顿就开始在剑桥“隐居”,不再对外发表自己的学术成果了。


但牛顿和胡克的孽缘并没有因此结束,1679年,刚被任命为皇家学会秘书的胡克,给成员们写信,询问他们最近的科学研究,这其中也包括牛顿。


在进行了一系列关于力学的讨论后,胡克告诉牛顿,他认为任意两个物体间都存在引力,而这个引力与物体间的距离平方成反比,这就是所谓的平方反比律,但自己无法证明它的正确性。


其实不只胡克,早在几十年前,波兰天文学家开普勒发现了着名的开普勒三定律后,就有一些科学家猜想,平方反比律一定跟开普勒三定律存在着某种联系,但想证明二者之间的关系,需要一个当时还并不存在的数学工具———微积分。


而牛顿正是微积分的发明者,事实上,他就是为了解决这个力学难题,才发明了微积分。


但此时,牛顿早已不对外发表自己的研究了,直到英国天文学家埃德蒙多·哈雷的出现,一次偶然的提问,哈雷发现牛顿已经找到了星体轨道的运行规律,于是他反复的拜会牛顿,并请求牛顿一定要将这些研究发表出来。


终于,经过哈雷的反复斡旋,1687年,人类科学史上最伟大的着作———《自然哲学的数学原理》发表了。


在这本书中,牛顿提出了着名的牛顿运动学三定律和万有引力定律,并利用他发明的微积分,证明了从引力的平方反比律出发,可以推导出开普勒三定律。


这本书的出版,让牛顿名满天下,但这时胡克又出现了,他写信要求牛顿修改《原理》,承认自己才是平方反比律的发现者。


这彻底激怒了牛顿,他回信给胡克,说这个定律根本不是胡克提出的,而是一个尽人皆知的事实,因为早在1645年,法国天文学家布利奥就已经提出了这一定律。


事实上,一开始牛顿在书中是提到过,当初与胡克的书信讨论的,但是在此之后,他删掉了书中关于胡克的全部文字。


1703年,胡克逝世,同年年底,牛顿成为了皇家学会的会长。


记仇的牛顿关闭了胡克的实验室,抹掉了胡克在皇家学会的一切痕迹,甚至包括了他的画像,以至于我们现在并不知道胡克的真实相貌。


铸币局局长


早已声名远扬的牛顿,拥有自己庞大的“粉丝”群,但在剑桥大学却越来越不受人欢迎,因为他并不考虑别人是否能听懂自己的话。


例如前面说到的,他最重要的着作《原理》,能看懂的人就不多,他的课堂上更是鼾声四起。


这令他很不愉快,再加上1693年的一场大火,烧毁了牛顿的实验室,让他多年研究的手稿付之一炬,于是当皇家铸币局向他发出邀请时,他就果断答应了。


1696年5月2日,牛顿正式来到皇家铸币局工作,这一干就是30年。


跨界到金融圈的牛顿,继续发挥着自己的研究精神,他把每一次的铸币过程都当作一次“实验”,并得出了一个结论:镀锡过程中,每产生一金衡半克朗的硬币,就要损失三克半。


于是,他开始整顿,印币机每分钟的打压次数、每一枚银币的重量及所用原料、每一台机器固定时间内的产量等等都经过了他精细化的计算。


最终,铸币产能和铸币精确度都得到了提升,他自豪的说:“这种精确是前所未有的,为政府省下了数千英镑!”


但无论如何提高精度,银币都有一个很大的缺点,就是特别容易磨损,会逐渐发生贬值。


1705年,由于在科学领域的成就和担任铸币局局长的贡献,牛顿被安妮女王封为爵士,成为了世界上第二个被册封爵士的科学家。


获封爵士让他信心大增,于是1717年,他正式提交了一份名为《向上议院财税委员阁下的陈述》的报告,报告中他提出了一个大胆的想法:放弃白银,把金币作为国家的主要货币。


牛顿复杂的一生:从一个傻小子到铸币局局长,再到百科全书式“全才”


同年,英国议会通过了这项决议,黄金和英镑正式挂钩,因此牛顿又被称为“金本位之父”。


1727年3月31日,牛顿在睡梦中去世,并成为了世界上第一个享受国葬待遇的科学家,法国启蒙思想家伏尔泰参加了牛顿的葬礼,并在回忆录中写到:


英国人悼念牛顿,就像悼念一位国王。


以上就是牛顿复杂的一生。

来源:中科院物理所

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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