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牛顿教授在剑桥学习和工作的片段 精选

已有 534 次阅读 2025-12-9 09:20 |系统分类:科普集锦

艾萨克·牛顿是科学巨人,是后世仰慕的大学者. 不过, 即使是像牛顿那么伟大的人物在世时也会遇到生活中的各种琐事,如获得职位、职位升迁、面对指责等, 这些既需要环境的加持,也与个人修为有关。环境的加持当然十分重要, 因为没有彼时环境的支持,牛顿能否上大学、他那些伟大的著作能否像现在这样展现(或者以何种方式展现)于世都是一个问题。牛顿在世时,英国的社会环境与现在完全不同,不过回头看看那时的牛顿教授在大学学习、成长和工作的某些片段,或许依然有一定的现实意义.

 

本文简单回顾牛顿从读大学到成为大学教授的历程,以及他与同时代的学者胡克之间争议, 然后就此发表一些个人浅见.

 

1、从大学生到研究员

 

像牛顿这样的伟大天才是不可能在学校正规教育培养出来的. 这位天才最终得以成为历史上名列前茅的科学巨匠,关键是一路上遇到了许多贵人. 没有这些人的大力帮助,牛顿最多成为乡下小康之家的男主人. 这些贵人主要包括他中学时的房东克拉克一家、他的中学校长斯托克斯、克拉克的亲戚巴宾顿教授、巴罗教授等。因为篇幅所限,本文只提及巴宾顿和巴罗这两位大教授对于牛顿的提携和帮助。牛顿是在1661年6月(18周岁半)以一位减费生资格(平时需要作私人仆役)进入剑桥大学学习的,身份低微,然而他学习十分用功,在巴宾顿(他在说服牛顿母亲允许他上大学方面也功不可没)的特许和帮助下研读了许多书籍. 巴宾顿属于剑桥的资深学者,并深受女王的恩宠, 属于地位很高的学者, 他在牛顿入学以及入学后各种事情上对牛顿助力很大. 而巴罗在很年轻的时候就被认为是未来之星,有传奇色彩,在1660年就成为三一学院的希腊文讲座教授、两年后成为几何学格雷沙姆讲座教授、再过两年改任数学卢卡斯讲座教授,一路顺风顺水. 据分析,牛顿在大学2-3年级的时候, 应该多次蹭过巴罗教授在剑桥大学讲授的数学课程.

 

牛顿与巴罗教授相识之初, 牛顿给巴罗的印象并不好. 两人初次接触纯属偶然, 因为牛顿在大学的指导老师普林教授注意到牛顿对于学校许多课程不感兴趣,而喜欢数学,于是请巴罗教授负责审查牛顿的学术资格, 那也是巴罗刚刚改任卢卡斯讲座教授的时候. 牛顿自研数学时, 感觉欧几里得几何学太简单, 没有花时间. 凑巧的是,巴罗测试牛顿的刚好是欧几里得几何学, 当然巴罗教授没有想到,牛顿可以略过欧几里得几何学,而直接学习解析几何, 因为通常是先学习欧几里得几何学再学解析几何. 牛顿那场测试结果比较糟,所以巴罗教授给牛顿的评语不太正面. 而这也直接关系到到牛顿能否顺利毕业的问题. 牛顿的反应值得后人借鉴. 他一方面十分认真地研读了巴罗写的《欧几里得几何学》,一方面找巴宾顿帮忙. 本文作者没有找到巴宾顿教授如何去说服巴罗教授的细节资料, 不过毫无疑问, 巴宾顿以最快的速度, 运用个人影响力挽救了牛顿.

 

即便如此, 牛顿在整个大学阶段默默无闻,而在1665年取得学士学位仪式上,牛顿属于第二等成绩,属于不太被看得起的类型。从现在看,牛顿这样的天才在大学考试的成绩居然不好,现在也许听起来有些可笑,其实还有一些科学巨人差不多也是如此. 例如进化论的提出者查尔斯·罗伯特·达尔文(Charles Robert Darwin1809.2.12-1882.4.19)早期学习医学、农学、神学,而且都不顺当(如果顺当了, 可能就不会有后来的科学巨匠达尔文了). 有人说,考试对于牛顿不过是达到目标的途径而已,因此并不重要,其实不尽然。假如牛顿在大学毕业后,没有那么好的运气能够继续在大学中发展,那么可以肯定,牛顿成为伟大科学家的概率将非常小,即便他于1665-1667春在乡下躲避瘟疫期间神奇地发展出微积分初步结果、构思出万有引力定律的雏形,如果没有后来在剑桥大学的研究生涯,这些伟大思想也难以在他手中真正建立起来.

 

牛顿职业生涯的第一关是取得文学硕士学位以及研究员资格, 这也是牛顿成长过程中至关重要的一关. 16673, 瘟疫逐步结束, 牛顿立即回到剑桥为获得研究员资格而做准备. 这时候好像是天意如此,彼时因为各种难以想象的凑巧原因(解职、受伤退休、离奇死亡等),研究员的职位突然一下子增加了不少. 不管怎样, 他先是具备了资格,后来又通过口试、写报告等考核,终于有了铁饭碗,也就是获得了终身职位. 在这件事情上, 巴宾顿无疑是很重要的推手. 我们都知道,牛顿不喜欢交际, 但是他十分聪明地维持了最重要的人际关系, 或者说, 他心里知道谁对他的未来真正重要, 而在与不重要的交往上绝不浪费时间.

 

2、 升职和教书

 

自从牛顿成为研究员后, 巴罗很快相信牛顿已经取得了重要的科学进展, 只是牛顿本人希望充分发展后再公布. 到了16689, 皇家学会的院士柯林斯转寄给巴罗一本由丹麦数学家墨卡托写的一本专著, 讨论计算对数的一种新方法, 实际上牛顿在两三年前在乡下躲避瘟疫时就研究过这些,而且比这个走得远得多, 这件事倒逼牛顿就马上写了一篇论文, 也就是牛顿的著名论文《无穷级数的分析》, 但是他还是不愿意发表这篇论文. 一个月后,在巴罗劝说下, 牛顿终于同意巴罗把这篇文章寄给了柯林斯, 不过作者是匿名的;这时, 巴罗非常想让牛顿发表这篇文章, 牛顿虽然不同意, 不过还是同意给皇家学会主席以及几个少数专家们阅读. 最终,过了四十多年, 这篇论文出版于1711, 是在他的名著《光学》出版7年后、《原理》出版24年后的事情了. 有人在回顾牛顿为什么不想发表这篇论文时, 归结为他幼年时的不安全感, 不过牛顿的这个工作并没有什么假说和争议, 结果很成熟, 也不会碰到指控或争议. 当然, 牛顿在中年以后依然非常不喜欢发表论文.

 

即便取得了如此重大成就, 牛顿在学术界依然是一位新面孔,真正略知其最新成就的“知音”也只有巴宾顿、巴罗等极少数同事. 巴罗慧眼识珠, 请牛顿做自己的助手, 修订自己的光学讲义, 而牛顿的做法很值得玩味. 以牛顿的造诣, 当然一眼就能看出巴罗讲义里的诸多不当之处, 但是他不吭声, 所以, 有些人认为牛顿不够厚道, 当然也有人替他开脱, 认为牛顿在为自己的未来考虑. 他明显知道巴罗很快还会升职高就, 而自己则是卢卡斯讲座教授的合适人选. 166910, 巴罗离职前果真推荐了牛顿. 于是牛顿在不满27岁时就成为继巴罗之后第二任卢卡斯讲座教授. 牛顿直到离开剑桥大学为止, 在这个职位上干了27. 卢卡斯讲座教授的职位对于牛顿很重要, 因为这个职位待遇十分优渥(年薪100英镑), 可以不做任何社会服务, 教学任务也很少, 因此可以做自己想做的任何事情.

 

牛顿的授课开始于次年(1670), 主题是光学. 可惜那时的学生对于牛顿的成就一无所知, 牛顿第一次上课只来了很少的人, 第二次则没有一个学生,于是牛顿教授面对空荡荡的教室念讲义;因为没有学生, 这位伟大科学家把原定30分钟的课程缩短为15分钟. 这种情况持续了17年之久, 他在剑桥工作的最后十年里干脆就不装了. 据说, 这也不能全怪牛顿不善于上课, 1666年首任亚当斯阿拉伯文讲座教授卡斯特尔首次授课时,教室里也是空无一人,可见那时大学生翘课是常有的事情. 由于很少有学生能听懂牛顿的课, 那些学生只能对他的课敬而远之. 比较有趣的是,在那17年的授课生涯里,牛顿尽责地“讲授”过《光学》、《数学》、《原理》, 每年还交给图书馆十个课时的讲义.

 

牛顿在授课方面不成功, 在指导学生方面也没有可圈可点之处. 他指导过三名学生,分别是圣莱杰·斯克罗普(1669)、马卡姆(1680年夏)、萨谢弗尔雷(年月不详), 其中后两位学生的时间非常短,这三位学生后来都没有取得什么成就. 有趣的是, 虽然牛顿是那个年代最伟大的科学家, 这几位学生居然没有任何关于做牛顿学生经历的记录或回忆在那个年代, 自然科学还没有成为主流社会的重要话题, 而且这些学生也没有与牛顿教授处于相同的频道上.

 

3、 树大招风

 

牛顿在剑桥大学以外最早为人所知的是他制作了一个著名的天文望远镜, 早在他就任卢卡斯讲座教授之前大约8个月之前就做好了. 巴罗教授看过他的望远镜, 还对朋友们提及过. 令人惊异的是, 这架望远镜从头到尾全是他自己一个人独立完成的. 1671, 在巴罗坚持下, 这架望远镜在皇家学会展出, 引发不小的轰动. 皇家学会为了确保优先权, 给荷兰物理学家惠更斯写信, 并大肆宣传. 虽然牛顿本人对此不以为然, 但是这项成就使得牛顿于1672年初顺利当选为皇家学会的院士. 或许这么一高兴, 牛顿反常地给皇家学会写了一封长信, 解释了他在光学方面的研究进展,这封信的内容正是他的著名论文《光与颜色的新理论》. 这也是牛顿的第一篇论文.

 

牛顿的论文无论从内容和形式上都是革命性的. 当时的学会会刊名字为《皇家学会哲学通报》,在此之前的论文还没有一篇是实验为主、对已有理论提出重大修订的文章, 而是些随意观察乃至臆测的内容. 牛顿可能也是因为心情大好, 居然主动发表了论文. 不过,他自己也了解彼时的守旧之风, 因此投稿后内心还多少有一点儿忐忑.

 

面对牛顿在光学上成就看不顺眼而挑起事端的主要是物理学家罗伯特·胡克(1635.7.18-1703.3.3),他比牛顿年长7岁多. 胡克在幼年经历与牛顿有类似之处. 在胡克13岁时, 他的父亲上吊自尽,此后胡克去伦敦学习绘画,机缘巧合地受到了威斯敏斯特公学教师的诸多关照, 获得了牛津基督教会学业的入学名额. 他在大学初期也很贫困, 做过童仆补贴生活. 不过, 胡克的个性与牛顿刚好相反, 他十分外向, 因此结识了许多学界的要人, 并在1662年成为英国皇家学会的实验室主任, 与牛顿就任卢卡斯数学讲座教授时的年龄相同. 胡克一生也取得了重要成就, 例如1663年在显微镜下看到植物细胞(细胞的英文 cell 就是他命名的)、提出过弹簧拉力与形变量成正比的胡克定律, 在年轻时帮助玻意耳建立所谓的玻意耳-马略特定律等, 也是波动光学重要贡献者. 实际上, 牛顿本人阅读过胡克的光学论著,曾对于胡克很钦佩. 按理说, 虽然两人个性完全不同, 但是也不注定就会变成相互仇视的敌人.

 

两人争议的起源就是前述的那篇论文. 在论文接受发表前, 胡克作为实验室主任有义务分析牛顿的理论、然后写报告给学会. 因为这篇文章与胡克的波动光学观点不一致, 胡克的处理很快但是也很草率, 想着技术性地拒稿. 牛顿很小心地回复胡克的质疑, 但是字里行间让胡克感到了一丝冒犯, 于是这位彼时已经十分老练的主任针对论文弱点,开始鸡蛋里挑骨头式地批评. 本来牛顿已经开始沉默了,不过胡克并没有消停下来,而且是记仇的. 只要有机会, 他就对牛顿肆意攻击.

 

牛顿的望远镜名声很大, 而胡克身为皇家学会的实验室主任,当然也有很强的实验动手能力. 然而,胡克突然声称自己也做了一个很好的望远镜, 假如真是如此, 其实也没有什么, 毕竟他的实验条件非常好, 而且又是更资深一些, 不过不知道他脑子里到底是那根弦搭错了, 他居然故弄玄虚地声称他的望远镜可以做得像怀表一样小, 又拿不出实物, 因此被同事认为是有些自吹自擂的人, 就像现在电视上出镜的有些“专家”那样. 当时在牛顿和胡克之间和稀泥的是一位德裔专家奥尔登伯格. 过了几个月之后, 牛顿明确地回击了胡克的每一条批评, 在这场争论中大获全胜.

 

胡克与牛顿的最大争议是关于行星运动和万有引力定律. 这方面有不少文章或著作讨论, 总体上事实也比较清楚. 胡克确实提出过行星引力与距离平方反比的观点, 但是属于猜测性的说法,当然没有系统理论. 1679年底, 胡克在时隔多年后给牛顿写信, 关于行星运动征求牛顿意见, 此外还有一些小问题请教牛顿,并答应牛顿说绝对不会把牛顿的意见对外传播. 牛顿彼时刚刚照看临终的母亲、并处理完母亲的丧事, 诚实地说自己最近没干什么,不过还是表达了一点儿善意, 关于胡克提到的“从塔上下落物体的曲线和落点方位”问题谈了一个看法,但是也说, 自己只是直觉如此, 没有经过研究等. 然而, 胡克马上指出牛顿的错误,并在正式场合大肆宣扬. 牛顿则哑巴吃黄连、有苦说不出. 不久,牛顿冷静地回复了胡克给他的信, 附加了一个简单的说明, 希望就此打住. 而胡克则继续不依不饶,在皇家学会的例会上反复讲牛顿的坏话. 可能胡克自己也觉得过分了,又给牛顿写了一封信,希望缓和一下态度. 这次牛顿开始长记性了,不再理会胡克, 而心里是十分愤怒的. 在数年之后(1687年), 牛顿的大作《原理》准备出版前, 胡克又四处找茬, 对学会准备出版牛顿专著一事怒不可遏. 牛顿为此十分生气, 他检查了一遍书稿, 把其中胡克的名字全部删掉.

 

本文不讨论牛顿与胡克之间争论的科学细节, 不过,牛顿自己在晚年给天文学家埃德蒙·哈雷的信中提到,“胡克纠正我的螺旋路径、引发我重新探讨椭圆轨道, 才使我发现这个理论”. 也许这就是两人各自的天命吧,谁知道呢?敌人有时是来渡人的.

 

 

    4、粗浅的解读

 

牛顿的时代是在300多年前,如今的社会环境已经发生了巨大的变化. 然而,牛顿的经历对我们后来者依然有一定启示.

 

第一个可能的启示是关于工作和生活中的所谓“贵人”. 每个年轻人的成长都需要贵人相助, 因为孤独成长即使不是不可能,也是极为困难的, 要想取得一定成就,必须在某个甚至多个节点上有人扶持和帮助, 否则非常可能长期卡死在某个天花板而无法突破. 普通人的每一个有成就、甚至只是取得小成就也都需要贵人扶持. 前段时间, 本文作者偶然读到了《成为科学家的100个理由》[(意大利) 国际理论物理中心 编, 赵乐静 译, 上海科学技术出版社,2025年] 一书,于禄院士为此书的中文版作序时的最后一句话“我特别感谢那些曾经提携、帮助过我的贵人和合作者”, 简单的一句话当然饱含着曲曲折折. 本文作者转头看看周围的人和事,回望自己刚刚走过的路,其实也是许多前辈和朋友们帮助和提携的结果. 在牛顿成长的早期,没有房东克拉克一家、中学校长斯托克斯和克拉克的亲戚巴宾顿, 牛顿不可能有机会上大学; 没有巴宾顿, 牛顿连大学毕业都有麻烦; 没有巴罗, 牛顿后面的学术之路也不会那么顺当. 即便如牛顿这样百年一遇的学术天才,尚且需要贵人相持, 普通人自不待言.

 

另一方面, 贵人又不是从天上掉下来的. 须知, 贵人也不一定是富贵之人, 而是指那些在关键的节点上提供必要帮助的人. 虽然牛顿不喜世俗的交往, 但是一路走来, 那些贵人都适时出现了. 牛顿与这些贵人交往, 依靠的完全不是那种讨人喜欢的表现, 而是他在面对自然科学问题展示的巨大热情和洞察力, 使得那些人相信牛顿在未来能够有所作为(当然都没有料到牛顿会如此伟大), 也就是所谓君子成人之美. 做事业的、特别是大事业的人, 既需要贵人相助(特别是在事业的早期), 反过来也要做许多人的贵人(事业的中后期), 人与人之间要相互成全. 那么, 茫茫人海之中,到底谁是谁的贵人呢?这一点事先是不知道的,有句老话说得好,“谁也不知道那片云彩下雨”. 这就是生活的乐趣吧. 不过, 如果什么事情都没有贵人愿意出手相助, 可能也要从自身找找原因. 帮人也不是可以乱帮的,帮了错误的人,帮着帮着最终反目者也不少. 在这个意义上说, 在努力向上的青葱时代期待贵人相助, 而那些有智慧的长者也会寻找值得帮助的合适的人.

 

第二个启示是关于个人矛盾. 人在工作和生活中都是有矛盾的, 有些人之间发生很深的冲突、甚至终生都没有相互原谅, 把那种你死我活的态度带到棺材里去了. 不过这种敌意有时只是表面,外人看到的往往是肤浅的热闹. 有一位老前辈(A.A.)曾经偶然对本文作者说, 人生几十年时间,有些朋友最后会变成敌人, 有些敌人最后却会成为朋友. 另一位前辈则对本文作者说起关于A.A.的一个故事: A.A.与同时代的另一位学者之间矛盾很深, 到了最后见面都相互不说话了; 然而当那位学者去世后, A. A. 参加了那位学者的葬礼, 并深情地讲了许多话, 令人惊奇和感慨不已. 类似的故事还有三国里的曹操哭袁绍, 可谓涕泣横流,情真意切(本文作者认为, 曹操哭袁绍有政治表演的成分,但是内心真情还是占了大部分). 从这两个例子看, 朋友与敌人可能是一个事物的两个侧面. 一个合适的敌人对一个有志青年来说是磨砺心性的机遇. 在现实生活中引起矛盾的往往都是鸡毛蒜皮的小事, 而在当事人的心里, 那些放不下的事,不论在他人看来是大是小, 都是大事.  最终能够宽恕敌人、放下仇恨, 是思想的高境界, 个人如此,团体也是如此. 而一个人不知道如何正确对待敌友, 也是事实上的不成熟.

 

在学术圈里,如果不恰当地宣扬个人贡献方面就容易引起合作者之间的矛盾. 当然, 在这方面其实也有正面(至少不是负面)的例子, 如迈克尔逊-莫雷实验很有名, 不过迈克尔逊得了诺贝尔物理奖,莫雷没有; 斯特恩-盖拉赫实验很有名, 不过斯特恩得了诺贝尔物理奖,盖拉赫没有. 我们似乎很少听说这两位未获奖者对外抱怨, 而他们在物理学史和相关教材中并没有因为未获奖而埋没了声誉.

 

牛顿与胡克之间的麻烦制造者毫无疑问就是胡克. 胡克比牛顿年长, 而且在学术圈里有一定权力,牛顿是被动的, 对牛顿来说,冲突是难以避开的,所谓树欲静而风不止. 牛顿面对挑衅的即时反应也是十分正常的. 从结果看, 胡克在与牛顿冲突方面属于彻头彻尾的失败者, 而他至死也没有能力解开这个疙瘩, 本质上是蛮可怜的. 一个人恨另一个人, 怨恨就像恶毒的幽灵一样把一个人变得面目可憎, 上帝对于胡克的惩罚已经足够大.从这个例子看出,为人者,首先切不可存害人之心, 而那些无端害人者,通常都会在这里或那里受到惩罚, 这就是所谓报应, 此言不虚也. 倒是牛顿在生命的晚期或多或少已经就此释怀, 他给哈雷的信所言就是明证. 牛顿遭受了胡克多次无端指责,老天爷最后给了他很长的寿命,算是他宽恕的福报.

 

第三点可能不是启示, 至多算是一个粗浅的看法. 按照现在的情况, 牛顿授课是不合格的, 在今天的评教成绩应该比较差, 他甚至不善于和自己亲自指导的学生沟通, 当然也就难以建立一个有效率的研究组. 假如有校级领导略微看不惯他, 牛顿在卢卡斯讲座教授的职位上不一定待得住.

 

在教书育人方面, 物理学领域的科学巨人似乎很少善于育人, 也许是因为他们自己脑子太快, 许多要点是不言而喻的. 近代大科学家爱因斯坦也没有那种特别强的弟子. 倒是有些比爱因斯坦低一个档次的科学家这方面很强,自己干得好, 带出来的弟子也很棒, 还能帮助许多年轻一代学者. 那么, 是不是那种天分非常高的人都不善于教书育人呢?

 

现在从上到小强调从零到一的原始创新项目, 从下向上逐级申报, 这种做法也许是缘木求鱼. 那种有真正原创才气的人, 可能真不善于这种通常的沟通, 而一旦碰到胡克那样的专家稍微讲几句负面的话, 所谓原创的项目也就出不来了. 原创在雏形的时候, 不仅在外面的人看不出来,所谓专家也未必就很了解,结果往往可能就像韩愈的《马说》里面讲的那样.  社会对于努力工作的学者们略微宽松一些, 在制度安排上更合理一些,真正原创性的成果也许会很自然地涌现出来.

 

    本文关于牛顿的素材主要取自于《牛顿传》,(英)迈克尔·怀特 著,陈可岗 , 中信出版社 (2020); 《艾萨克·牛顿: 理性时代与现代科学的肇始》, ()大卫·布鲁斯特 , 段毅豪 , 中国出版集团 (2021); 少部分取自网络, 错误和不当之处敬请大方之家指正.

 



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