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为什么牛顿是过去一千年中最重要的人物?
约翰 康韦尔 于 April 11, 2000 at 10:31:46:
 编者按:2000年到来之前,英国《星期日泰晤士报?杂志》编辑约请著名
专家学者,对过去一千年来对人类做出卓越贡献的人物加以排名,科学家
牛顿名排首位。

  我们淘汰了莎士比亚、爱因斯坦和圣方济各,把他推选为千年的首选
风云人物。这是一位曾经引起科学界革命的数学家——而且还跟苹果有
关。约翰 康韦尔在下文中阐述为何伊萨克?牛顿爵士是过去一千年中最重
要的人物。

  当二十多位世界级的历史学家、科学家和思想家应《星期日泰晤士
报》的邀请来推举他们心目中的千年风云人物时,伊萨克?牛顿这个名字不
断地出现在候选人名单之首。究其原因,这位三百年前便已成名的剑桥物
理学家和数学家对于我们所处现代世界的贡献要大于任何其他一位个人。

  有些人,例如历史学家戴维?斯塔基博士,态度极为坚决,他断言:
“该风云人物非牛顿莫属1。但这种选择并非不言自明的结论。专家们也
曾经在科学家、宗教领袖、哲学家和医学创新者(如研制出避孕药片的卡
尔?迪耶拉西)之间犹豫不决。牛津大学的费利普?费尔南德斯-阿姆斯托
教授,《千禧年》一书的作者,便对选择牛顿提出了言辞激烈的异议。他
按照公元前这一千年的标准,援引柏拉图,亚里士多德和耶稣等人为例,
宣称牛顿的作用微不足道。他所选中的是于十一世纪创造出小说这一文学
体裁的紫式部,因为小说具有“扩展人类洞察力和改变我们关于人性的看
法”之功效。第一位用铅字来刊印古希腊、罗马经典著作精美版本的阿尔
杜斯?马努蒂乌斯则是人文学者利萨?贾丁教授的首眩

  另一些人,如身兼物理学家和圣公会牧师的约翰?波尔金霍恩教授,推
选马钉路德,因为后者对于宗教和政治的多元化产生了巨大影响。还有人
提名查尔斯?达尔文,心理学家威廉?詹姆斯和弗洛伊德,因为他们的学说
对于人性都有新的理解。同样,有的学者坚持强调马克思和列宁对于政治
和经济所产生的巨大影响。

  然而大多数专家组成员都同意应推举一位科学家,因为过去一千年中
所产生的最深刻变化莫过于科技新发现,况且还有众多的科学家被提名:
伽利略、查尔斯?达尔文、艾伦?图林(计算机发明者)、巴斯德(牛痘
苗)、爱因斯坦和罗伯特?奥本海默(他开发研制了原子弹)。但是一致公
认的选择无可变更地落在了牛顿身上,因为按照韦尔科姆研究院的维维安?
纳顿教授的说法:牛顿“使人们接受了一种现代宇宙观,并更新了有关科
学家的概念”。

  那么,伊萨克?牛顿是如何改造了我们这个世界的呢?倘若他回到阔别
了三百年的剑桥,他将会认出剑河两岸的许多建筑,并为重返母校三一学
院的四方院落而感觉如鱼得水。但他准会被大街上的交通和头顶的飞机惊
得目瞪口呆,更别提大学实验室里的先进设备和科学知识了。

  然而大多数科学家都同意,这个临近新千年的世界中的高速旅行、计
算机、电视机、核子反应堆、高科技现代药品等,都可回溯到牛顿所产生
的影响。作为现代物理学之父,他为未来的科学家提供了至关重要的科学
法则和研究方法,后者导致了随后三个世纪中的工业和技术革命。

  但他的天才对于现代世界产生了更为深远的影响。早在基督之前三个
世纪便已成名的亚里士多德曾引导自然哲学家(当时对科学家的称谓)去
关注无法解释的“缘由”问题。在漫长的世纪中,亚里士多德关于世间万
物都受内在理念驱动的观点导致后人作出了众多徒劳无益的猜测。牛顿并
非首先对亚里士多德理论发难的挑战者,但他却是在广泛领域中最终驳倒
该理论的第一人。他说服自然的研究者放弃了缘由说,而将注意力系统集
中在事物“如何”变化上来。而且他为他们提供了找出答案的基本数学工
具。因此,根据包括爱因斯坦在内的众多科学家的看法,牛顿对于现代科
学的贡献超过了历史上任何其他一位个人。他的研究成果对于整个人类文
明都起了决定性的影响。

  牛顿的背景为天才如何能在逆境中出人头地提供了一个客观范例。他
于1642年的圣诞节出生在林肯郡一个叫伍尔斯索普的村庄,身为农民的父
亲在他出生前三个月就已去世。他的家庭并无做学问的传统。12岁时他进
了格兰塞姆的文法学校,在那里他学习老式的数学,但主要精力都集中在
学拉丁语——这是欧洲学术界必不可少的语言。他在学校的成绩不好,直
到有一次跟同学打架。据说那个男孩在牛顿的肚于上踹了一脚,于是牛顿
把他狠狠地揍了一顿,并把他的鼻于摁在教堂的墙上蹭来蹭去。从此之
后,牛顿便开始在班里崭露头角,尤其在制作模型上表现出心灵手巧,并
专门为此收集了一整套制作模型的工具。17岁时,家里人让他回农庄干
活。他被证明不是一个好农夫,干活漫不经心,而且脾气急躁。于是他又
被送回学校,一年以后他进入了剑桥大学的三一学院,当时他19岁。

  有些科学史家把牛顿描述成“最幸运的”科学家,因为他以一种前所
未有的方法,并在一个极为有利的时代,将许多现存的科学进展组合在一
起。在前一世纪中,尼古拉斯?哥白尼已经发现地球是围绕太阳转的,而人
类和地球并非处于宇宙的中心;约翰尼斯?开普勒已经描述了行星的椭圆形
移动轨迹;伽利略已经为世人提供了望远镜,并已着手进行一系列具有革
命性的力学实验。与此同时,在数学领域也已取得了许多进步。牛顿将这
些成就跟英国和欧洲大陆的其他新进展紧密地联系在一起。在大学里,他
主要按照自己的兴趣,在无人指引的情况下,彻底收集了他所能找到的一
切有关新“自然哲学”和新数学的资料,并在研究过程中将它们消化吃
透,变成自己的东西。他于1665年从剑桥毕业,当年瘟疫肆虐,使大学变
得空无一人。他在回林肯郡躲避瘟疫时,仍一刻不停地独自工作,为建立
牛顿科学体系奠定了基矗

  探索自然的最好方法,他写道,是“首先仔细地探寻事物的固有本
质,通过实验来确认它们,然后再更加谨慎地提出解释性的假说”。他由
此勾画出的宇宙图景是一个统一的,动态的,机械的和由数学制约的世
界。

  在大量观察数据的支持下,牛顿逐渐形成了他的三大运动定律和万有
引力定律。这是些假设的模型,并非应用力学和工程学的实用说明。它们
至今仍然有用。第一运动定律断言力的真正效果总是改变物体的速度,而
并非仅使它移动;它暗示当物体在不受外力的情况下,将会以同样的速度
不断地直线运动。这意味着每个物体都感觉到了宇宙间其他物体的引力,
而且物体还总是不可避免地受到各种其他力的作用。

  他的第二定律是针对力作用于一个物体时的情景。物体的加速度将会
跟力成正比。这样,当力增加一倍时,速度也会增加一倍;力减少一倍,
速度也会减少一倍。例如汽车发动机的功率越大,其加速度也越大;汽车
越重,同一发动机的加速度就越校他的第三定律说明每一种力的运动都会
引起力量相等,方向相反的反作用——所以当你敲门时,门也在敲击你的
指节。他在论述宇宙定律时,完全摈弃了人的目的和意图,而这正是跟亚
里士多德理论的关键分歧。

  牛顿的运动定律导致了他对万有引力的深刻洞察力,后者使现代宇宙
哲学成为可能,并且显示出数学模式作为辅助手段来理解宇宙时的力量。
有声望的科学史家确信他对万有引力的研究是从他在伍尔斯索普的果园里
观察到一个苹果落地时开始的。他的万有引力定律说明每个物体都吸引着
每一个其他物体,其力与每个物体的质量成正比。这个发现的一个重要方
面就是该模式解决了为何当地球旋转时,苹果落地还是垂直向下,而非向
旁边或向上。他还想到,万有引力的力量大小并不仅限于跟地面的距离,
而是可延伸到更高的地方。他写道,“为什么不能像月亮那么高?假如确
实是这样,那就必然会影响月亮的运动,而且也许会将它保持在自己的轨
迹之中。”

  然而,若无数学的创造性,牛顿的观察数据和实验便会变得徒劳无
益。他的二项式定律使数学计算中对无限大的运用变得合情合理,而且他
使得微积分这一核心科学工具的精确性达到了一个新的高度。简而言之,
假如再联系上两三个数学特质,微积分就能够告诉你,这些特质之一在其
他特质得以改变的情况下将会发生些什么情况。微积分能使人探索行星和
潮汛的运动、透镜和曲面镜的功能,以及实际上所有的地球和天体的运动
方式等问题。

  跟当今大多数依赖于计算机的科研人员不同,他还是个心灵手巧的工
匠,早在童年时他就靠制作模型赢得了这一美称。1666年,在离开剑桥以
后,他做了一个科学史上最著名的实验,即把一个玻璃棱镜放在阳光下,
将原来的白色阳光分解为彩虹色。这个实验显示出白光是所有色彩的总
和。它导致了他的光学粒子理论,并解释了折射,即光线从一个媒质转移
到另一媒质(如玻璃或水)时会产生折光这一现象。

  三年以后,他制作出了一个关键装置,用曲面镜取代透镜,在不改变
颜色的情况下放大远景,从而改进了望远镜的发明。他的第一架望远镜长
六英寸,直径一英寸,放大倍数能达到三十。至今曲面镜仍用于最大的望
远镜。

  1667年,他重返剑桥,被选为三一学院的院士,两年后成为卢卡斯数
学讲座教授,该教职如今由物理学家和数学家斯蒂芬?霍金出任。与此同
时,他所建造的反射望远镜使他于1672年被选入皇家学会。他将大量的研
究成果都保存在私人笔记本中,直到后来经人劝说,才于1687年发表了名
著《自然哲学的数学原理》。它是两个世纪以来对自然所作推测的集大成
之作,而且可能是现代物理学史上最重要的著作。

  作为一个精力旺盛,永不安宁,但又无野心的人,牛顿将许多韶光年
华都浪费在试图将贱金属变成金子的炼金术上。在1689年的一个短时期
内,他成为了议员。到了新世纪来临时,他又被选为皇家学会主席,并被
任命为造币厂厂长。他是第一位被授予爵位的科学家。对于造币厂的职
责,他极为认真,曾有许多造假币者被他送上了绞架。他终身未娶,尽管
一位名叫尼古拉斯?法蒂欧?德杜利耶的年轻崇拜者离开他去欧洲大陆一事
造成了他的神经衰弱。

  这位伟人后来患上了妄想症和疯癫症,而且尽管他的著作和思想受到
了人们的热烈欢迎,晚年时他还是卷入了跟学术同行的无节制争吵。他跟
最早发现微积分的德国数学家莱布尼茨之间爆发了一场激烈的辩论。不少
数学家加入了辩论。大多数为牛顿辩护的文章是他自己写完后,拿去让朋
友们签名的。他最终为英国皇家学会撰写了一份“官方的”报告,指控莱
布尼茨抄袭别人。

  许多人认为,牛顿的著作是试图通过普遍规律来证明上帝存在的学
说,他对宗教很有兴趣,写下了大量的圣经评注和其他神学论文。1727年
逝世前不久,他回顾了自己的一生,并写道:“我似乎只像是个在海边嬉
戏的小孩,不时地捡起一块略为光滑的卵石或漂亮的贝壳,藉以自娱。而
真理的浩瀚大海展现在面前,还没有被我发现。”其他科学巨人将沿着牛
顿的足迹,继续为形成当代科学知识而作出至关重要的贡献。例如詹姆斯?
克拉克?麦克斯韦在19世纪发现了电磁辐射,为阿尔伯特?爱因斯坦狭义相
对论铺平了道路,而相对论则再次改变了我们对于宇宙的理解。此外,有
许多天才物理学家和数学家参与的对量子物理学的发现也将证明,牛顿物
理学尽管有确实根据,但却是不完整的。

  然而,牛顿理解自然的方法,是由个人引发的科学知识最大进步,我
们大多数人仍在按他所提供的古典物理学模式生活和思考。他对于光学、
数学等领域,以及对于运动定律和万有引力的发现,皆作出了重大的贡
献,其中任何一项都可以使他名垂青史。但这三项合在一起,则毋容置疑
地使他成为了新千年的首选风云人物。



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