4．牛顿与运动定律

艾萨克•牛顿（Isaac Newton）是西方科学历史中最有影响力的人物。在其一生中一直被认为是位具有高智慧的英雄，300多年来在科学界一直是美誉永垂，未曾逊色。牛顿并不是科学革命的开创者，然而他的贡献是提供具体可行的模式，并注入基本的知识给现代人了解物理科学。凭牛顿所发现的三个运动定律和地心引力定律，对地球上以及宇宙的天体所发生的所有物理现象，都可以得到有规则的预测，并通过科技的运用，得以合理的修改与延伸。直到20世纪科学家开始研究最小单位的原子性能，而提出量子力学时，牛顿定律的广泛性才受质疑。

1642年12月25日牛顿出生于英国林肯乡的一个小房子，父亲在他出生时就已去世，三岁时他的母亲将他交给祖母照顾，而自己离家再嫁给一位牧师史密斯。

孩提时的牛顿充满好奇心，并展现数学与机械能力。1661年进入剑桥的三一学院。这所大学的课程偏重于亚里士多德派的哲学，因此两年后牛顿就对尼可马克式的伦理失去兴趣。他就以自己的喜好，阅读培根、笛卡儿及早期科学家的一些著作，因此孕育了他对数学及天文现象的热忱。有一次在他的笔记簿上记着：“Amicus plato amicus aristoteles magis amicu veritus”，意思是他虽然喜欢柏拉图和亚里士多德这些人，但是他最好的朋友却是真理。

1664年他被选为三一学院的学者，使他在获得学士学位后一年就可以自由从事自己喜欢的研究工作。但是当年的大瘟疫阻止了他的机会，该大学于1665年关闭，他不得不回家和他再度成为寡妇的母亲同住了两年。后来他回忆说：“那是我发挥我的发明潜力，启蒙我的数学与哲学造诣最重要的时期。”他就在当年根据笛卡特的几何学发明一套基础微积分，是数学中用以计算运动变化率的工具。在亚里士多德派物理衰退以来100多年中，牛顿的流量理论是第一次成为解决流量问题不可或缺的方法。也在那一段时间中，牛顿孕育了万有地心引力的构想的一部分重要架构。他虽然小心翼翼地整理他的写作，但也不停地修改他的资料，因此多年来都未发表其发现。

1667年牛顿回到三一学院被选为剑桥大学的院士。1669年，他的天才被肯定，而任职数学教授。他制造首座反射望远镜，轰动当时社会，并于1672年被推选入皇家社团。但是当他向皇家社团提出“光线与颜色的新理论”时，却被闻名的虎克攻击，牛顿受此伤害后独自隐居继续他的研究工作。1684年，伟大的天文及数学家哈雷拜访牛顿，讨论行星运动的问题。例如虎克曾提倡行星运动能以平方倒数定律解释，但未说明理由。而牛顿其实在早几年前就以他的微积分学算出行星是沿着椭圆形轨道运动。1684年再论及此问题时，他出版了《De motus Corporum》，数年后完成了更复杂的著作Philosophiae Natural is Principia Mathematica。在此著作中，牛顿依据更多的观察建立了三个运动定律及宇宙引力定律，分别是惯性定律，运动体除非受外力影响，保持其等速；静止体也保持静止，除非受到外力。加速定律，力量等于质量乘以加速度。反作用力定律，作用力等于反作用力，或每一个力都会引发其反作用力。牛顿最得意的著作《原理》 （Principia）于1687年由哈雷出版，代表牛顿科学成就的最高峰，也是他科学改革的最终点。

如达尔文所述：“牛顿揭发了自然现象的发生与结果，而且完全解开了自然界的潜在的定律。”最值得可贵的是牛顿死后由亚历山大铭刻在教宗曼诺（Woolsthorpe Manor）房间上的题字：“自然与自然法规全归于他的光，上帝说，让牛顿一身是光。”