第三十二章  牛顿

1643年，伽利略去世后的第二年，牛顿出生于英国一个小农庄，他的父亲拥有120英亩的土地。

牛顿无疑生来就是优秀的，否则不可以解释他的伟大。然而，他也是生来就不幸的，因为他是一个遗腹子，生来就没有见过自己的父亲，在他出生前三个月，他的父亲就去世了。牛顿三岁时他的母亲改嫁，按理说三岁的孩子还懵懂无知，可是牛顿与一般的孩子不同，牛顿是早慧的，他对这桩婚姻非常愤怒。唯一亲爱的母亲和另一个男人建立了更加亲密的关系，必然地造成了牛顿和母亲的疏远，这无疑使牛顿的心中产生一种孤独感，也导致日后他对所有女性的疏远。这也许是牛顿将他的终生投入智力的活动，终身未婚原因之一。

妨碍牛顿婚姻的另一个因素是他超群的智力，据说，牛顿有一次在恋爱的时候因为分心沉迷于思考之中，误将姑娘的手指当作烟斗的通条塞进了烟斗。像这样的事在牛顿身上发生过不止一次，有一次他将怀表当作鸡蛋丢在锅里煮了。还有一次客人吃了他的饭，而他却以为是自己把饭吃了。

牛顿在乡村小学开始了他的学习生活，13岁时进入中学学习。在他17岁时，牛顿的母亲让他回家务农。可是牛顿并不开心，他对管理农庄没有兴趣。牛顿的舅舅是一位牧师，曾在剑桥学习，在他的劝说下，牛顿的母亲同意牛顿回到学校，牛顿以优秀的成绩完成了他的学业。尔后，在1661年，牛顿进入剑桥大学三一学院学习。

在三一学院的前三年里，牛顿靠当侍者和清洁工挣来自己的学费，接下来，他被选中得到了四年的奖学金。

在三一学院，牛顿遇到了他的伯乐——巴罗教授；教授发现了牛顿的才华，倾心相授，将牛顿引上自然科学研究的道路。牛顿学习数学各个分支学科方面的知识，研究欧几里得与笛卡儿等许多数学家的著作，笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》将牛顿引向当时数学的最前沿，为牛顿日后建立微积分打下了基础。牛顿被哥白尼、开普勒和伽利略的学说吸引，由此开始了他终生对未知世界的探求。

从罗马帝国时期开始，基督教世界就分裂为东西两大部分，主要原因之一是由于对教义理解的不同。西方教会相信“三位一体”，既圣父、圣子、圣灵三者为同一的；而东方教会则反对这种观点，认为三者是有区别的。西方教会的观点基于无条件的信仰，而东方教会的观点则含有理性的因素。此后，在西欧发展起来的新教信仰里，更为强调个人的意志与思维能力，为人类智力的发展铺平了一条通路^①。

牛顿与他的一些朋友们持有与教会不同的观点。他们是敢于提出不同观念的人，也是勇于产生新思想的人。他们在无条件信仰的氛围里，用分析的理性的眼光看待世界，在唯一精神光辉的指引下，追求对世界的理解。

如果没有无条件信仰，牛顿便没有心灵的动力；如果没有理性的眼光，牛顿就没有正确的方法去发现自然的奥秘。其次，英国处在一个与欧洲大陆分离的海岛上，这种特别的地理环境使得英国人产生一种独立的心态，激发了他们民族与个人的能力。因而，牛顿的理论产生在英国有其必然原因，他的思想是在特定的地理与人文环境里人类智力发展的必然结果。

1665年，因为瘟疫在欧洲流行，三一学院暂时关闭，牛顿回到家乡，在两年的乡居生活中，宁静的环境使他能够集中心思深入思考，开始了他一生中在天文学、数学与物理学方面大部分重要的研究与发现。

1667年，牛顿回到剑桥。牛顿以“论分析”为题，写下了他著名的关于无穷序列分析的论文，他的老师与朋友巴罗作为导师，将牛顿的成就介绍到数学界。巴罗极为看重牛顿的才能，1669年他辞去卢卡斯数学教授^②的席位，推荐牛顿接替。

牛顿开始为学术界所熟知，而他的才能是多方面的。继伽利略之后，人们发现在折射式望远镜中光线通过镜片会产生色散，也就是在望远镜中物体的边缘会出现彩色。为消除这种现象，牛顿发明了反射式望远镜，它可以得到更为清晰的图像。牛顿的这一成就，使他被选为皇家学会会员

在乡居期间，牛顿发现了光的色彩理论，1672年，他的第一篇正式发表的研究论文刊于《皇家学会哲学杂志》上。白光可以分开为七色光，七色光也可以合成为白光，从此，人们眼中的雨后彩虹不再是一个谜。

窗外苹果落地，这让牛顿开始思考这种无处不在使得物体运动的力，进而想到天上宇宙中使得星球运转的力，最终他认识到这两种力的本质是一样的。神无处不在，统治着宇宙；力也无处不在，充满宇宙。神是唯一的，地上的力和宇宙间的力在本质上必然也是同一性质的。

在对无穷小量与逼近法研究的基础上，牛顿建立了微积分。以微积分为工具，牛顿发现可以把一个任何大小的物体看作其全部质量都集中在质心上，因而可以将其看作一个质点；由此他顺利地展开了对天体运动与力学关系的研究。

于是，牛顿发现了万有引力F = m₁m₂／r²，两个物体之间的引力与其质量乘积成正比，与其距离平方成反比。

在总结前人与同辈人工作的基础上，牛顿建立了运动三大定律：

1、除非受到外力的作用，静止的物体保持静止，运动的物体保持匀速运动状态；

2、a = F／m，物体受到力的作用时，所产生的加速度与受到力的大小成正比，与物体的质量成反比；

3、每一个力都存在一个大小相同方向相反的反作用力。

这样，牛顿使得人间大地上的运动与宇宙中的运动得到了统一。使得世间万物的运动归于同一种纯粹而简单的状态。

牛顿1664年开始思考引力问题，他的这项研究工作经历了18年的时间，取得的结果却被他搁置起来^③。直到两年以后的1684年，几个皇家学会的会员聚在一起，研究力在开普勒三定律中是如何起作用的，但是却不能得到确定的结果。于是，他们其中的一位，哈雷，那颗最有名的彗星名字的由来者，前往三一学院拜访牛顿。牛顿告诉哈雷他已经知道了这个问题的答案，但是一番寻找之后，他的手稿却找不到了，牛顿答应哈雷将结果重写出来。

三个月后，牛顿将一份手稿放在了哈雷的面前，令哈雷大为赞赏，他们百思不解的问题现在有了清楚的答案。1684年12月，牛顿将论文《论物体的运动》送往皇家学会。之后，哈雷力邀牛顿把他的论文出版，于是牛顿将论文作了全面整理，充实了严格数学逻辑上的证明；1687年，人类科学史上划时代的巨著《自然哲学的数学原理》出版了。牛顿著作的出版震动了整个欧洲学术界，这是人类智力的一个新高度，牛顿的理论在228年中无人超越。这本书由哈雷出资印刷，并且由他亲自监督校订。

长期的高强度精神思考，使牛顿得了精神衰弱的毛病，他离群索居，陷于神学研究与炼金术上。他的朋友们认为，听任他这样下去会毁了这个天才；于是，靠了贵族后裔蒙纳古的帮助，1696年牛顿出任皇家造币厂总监。牛顿来到伦敦，在皇家造币厂总监这个位置上，牛顿也做得非常出色，1705年，因改革币制的贡献，牛顿被女王册封为爵士。

牛顿的很多研究结果并没有及时发表，他的“光学”1704年发表；“数学总论”发表于1707年；“论分析”直到1711年才正式发表。而还有一些著作直到牛顿1727年去世前还没有正式出版，“光学论文集”1729年出版；“流数法”（即微积分）1736年出版；“几何分析” 1779年出版。这就导致了牛顿与其他科学家之间关于发明权的争论，他与莱布尼茨关于微积分发明权的争论从1709年持续到1716年，就是最引人注目的。后人公认他们二人共同享有这一荣誉。

在牛顿取得他的科学成就的过程中，上帝创造世界的信仰起到了精神核心的作用，在牛顿的信仰中，上帝就是大自然的法则，自然界的精神就是上帝的精神。牛顿的信仰，是当时他周围从事科学研究的一批学者们共同持有的信仰，这是一条在传统文化中取得发展的道路。1600年布鲁诺被火焚，不仅因为他宣传“日心说”，与罗马教廷的教义不符，还因为在其它许多重要的基督教教义方面，布鲁诺的理解都与教廷的认定教义相背离。1633年伽里略在罗马宗教法庭被宣判禁止宣传哥白尼“日心说”，禁止他的著作出版，并被软禁。布鲁诺和伽利略的命运，都是科学与宗教对抗的结果。

到了牛顿这里，情况有所变化。包括英国在内的新教国家的教会脱离了罗马教廷的控治，世俗权力的上升使各国更加看重文化与科学方面的人才。另一方面，牛顿也没有像布鲁诺那样背离宗教教义，也没有像伽利略那样离开宗教去研究科学。在牛顿的信仰里，上帝创造了宇宙，并赋予宇宙运行的秩序。上帝指引他的心灵和他的理性去认识世界，他所取得的一切科学成就都是基于上帝赋予他的能力。揭示宇宙万物秘密，发现科学的定律就是发扬上帝的光辉。哥白尼将太阳比作上帝，给人类带来的光明。而牛顿将上帝的位置放在了宇宙万物之上。既然宇宙间的一切都为上帝所创造，那么发现宇宙间万物的运行规律就是对上帝的赞美。在牛顿的心中，宗教与科学得到了和谐的统一。

在牛顿这里，上帝的精神指向了自然的精神，上帝的精神就是自然精神的体现；对上帝精神的求索成为对宇宙中科学规律的求索。

在牛顿身上，体现了文化价值的统一，科学与宗教归于同一源泉——上帝。在信仰取得了一个稳定状态时，科学的发展有了信仰的基础。在牛顿及其同辈人那里，对上帝的信仰给了科学思想的发展以动力，科学家的精神有了稳定的基础。信仰与理念的统一使科学发展有了基于传统的心理动力，减少了来自教会方面的阻力，为科学发展铺平了道路。

1727年3月20日，牛顿在伦敦附近去世，被葬于威思敏斯特教堂。他的墓碑上刻着诗人蒲柏的名句：“大自然与它的规律隐于黑夜之中，上帝说：让牛顿出现吧！于是宇宙充满光明。”^④

①基督教教义讲解的是对人类与自然的关系的一种理解，自然方面为圣父（上帝）与圣灵，人类方面是信众与教会，联接与介于两者之间的是圣子（基督）。上帝是唯一的神，基督传达神的意志，而教会是基督在世上的延续，信众作为神的意志接受者。当基督教会在发展的过程中分为西部（罗马）教会与东部教会（东正教）；而后，在西部教会又产生了新教之后，它们之间的差异完全在于对这五者之间关系理解的不同。

罗马教会认为圣父、圣子与圣灵三者等同，而东正教认为圣父与圣灵二者地位等同，圣子的地位是独立的。罗马教会将罗马教廷置于独特的地位，信众只有通过教会才能与上帝沟通；1517年，马丁·路德发起了宗教改革，新教产生之后，强调的是信徒个人内心与上帝的沟通能力。上帝是永恒的，信徒只有在离开人世后才能升入上帝的天国，当他们生活在世上时，通过心灵与圣灵的对话感悟上帝。圣灵代表的是自然界的精神，人是不能直接与上帝对话的，只能通过与圣灵的沟通去理解上帝的意志。

1536~1540年进行的宗教改革使英国成为新教国家。

②亨利·卢卡斯，1639年为剑桥选区的国会议员，1663年去世，在遗嘱中以7000英镑设立养老院与医院，4000册藏书捐赠剑桥大学图书馆，并以每年100英镑设立卢卡斯数学教授席位。1663年12月该席位设立，1664年得到国王的允准正式设立。

③《科学史及其与哲学和宗教的关系》，W. C. 丹皮尔著，李珩译，商务印书馆，1975年9月第一版。

④“Nature and nature’s laws lay hid in night; God said,‘Let Newton be!’and all was light.”, Alexander Pope（1688—1744），英国诗人。