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牛 顿 漫 谈
时间:2013-12-03 14:05:42  来源:  作者:simyjs  点击量:
 


英亚英亚体育平台2013级出版专业博士  郭楠



 



牛 顿 漫 谈





    伟大这个词,在艾萨克?牛顿身上鲜明地体现了出来。



    他是个伟大的学者,在物理学、数学、天文学等方面取得了辉煌的成就。他还是个炼金术士,秘密的神学异端,英国铸币厂的负责人,英国皇家学会的主席……伟大的物理学家,只是他众多称谓中的一个。



    在他的一生中,经历了英国经济的飞速发展和资产阶级的政治变革,而他伟大的科学成就也从此改写了英国历史,为人类历史和世界物理学史写下了浓墨重彩的一笔。



    牛顿生活的时代,是英国经济繁荣和政治变革的时代。



    经济上,在他1643年出生的时候,伦敦已经发展成为拥有40万人口的特大城市。英国的民族工业――毛纺织业这时已经遍布全国,造纸、造船、玻璃、火药等新兴行业纷纷兴起。圈地运动和连年的粮食歉收使大量的流浪农民不得不涌向城市,成为产业工人。通过对爱尔兰和海外殖民地的大肆掠夺,英国获得了发展经济的原始资本。当英国经济发展至17世纪末,在牛顿50多岁的时候,英格兰银行成立了,国债制度开始出现,并成为资本原始积累最强有力的手段之一。由于当时英国货币种类混乱,也由于大量被磨损或被人为削磨的劣币的出现使人们不愿再使用新的硬币,货币流通出现混乱,英国出现财政危机。新财政大臣蒙太格命令重铸新币代替旧币,牛顿在他53岁那年被蒙太格任命为铸币厂监管,后来成为铸币厂的负责人。由于牛顿可以从铸币中提成,他越来越富有。他去世时留下了31821英镑的金条和金币。



    政治上,在1642年,即他出生的前一年,内战开始,代表天主教和英国国教利益的查理一世与议会派代表的清教徒展开激战。在他3岁的时候,内战以查理一世的失败而告终。在他6岁那年的1月,查理在他的王宫墙外被送上了断头台。这年5月,英国成为克伦威尔的军事专制政府领导的共和国。在牛顿17岁时,即他进入剑桥大学三一学院的前一年,查理二世复辟,英国国教被恢复。在牛顿42岁的时候,詹姆士一世即位。他是个天主教徒,主张废除议会的法律而推行他的天主教意志,这使他失去了英国国教徒的支持。他于1687年2月命令剑桥大学免除一个天主教教士的毕业考试和向英国国教宣誓的程序,并与学校官员发生冲突。牛顿作为剑桥的数学教授也卷入了这场冲突中。在牛顿45岁那年,詹姆士二世的女儿和女婿玛丽和威廉发动政变,取得成功,史称光荣革命。牛顿作为剑桥大学的代表出席了新一届议会,并见证了1689年《权利法案》的颁布。



    牛顿曾经说过:我不过是个在海边玩耍的男孩,到处寻找一块更光滑的鹅卵石或者一块更漂亮的贝壳,而与此同时,未被发现的真理的海洋就躺在我面前。事实上,他过于自谦了。牛顿作为17世纪物理学的天才之一,给世界物理学史和科学史带来了突飞猛进的发展。在物理学研究方面,他提出了万有引力定律,发现了颜色的生成,并发明了反射望远镜。



    在重力学说和笛卡尔旋涡学说的基础上,牛顿进一步探讨月球围绕地球运动的原因,并于1666年初步猜想月球受到地球重力的吸引而围绕地球旋转。1685年,相隔20年之后,他终于找到足够的数学证据证明这一猜想,并于第二年将这一结论发表在《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)上。这一结论就是万有引力定律,也称第一定律。它建立起绝对的时间、空间的概念,摈弃了笛卡尔的宇宙旋涡学说,重新构筑了宇宙的框架。从此,人类对宇宙间一切物体的运动的认识,都以牛顿的万有引力定律为基础了。



    牛顿用棱镜实验发现了颜色的生成,并发现了不同颜色的光的特质。这一实验开始于1666年,他在一间暗室的窗板上开了一个小圆孔,把一块棱镜放在室内近孔处,白色光线透过棱镜形成一条包括不同颜色的光带,射在对面墙上。他又在第一块棱镜的后面按顺序放置了两块分别有一个小孔的木版和一块棱镜。白光透过第一块棱镜在第一块木版上,形成彩色光带,一部分彩色色光通过第一块木版上的小孔射在第二块木版上。牛顿调整棱镜和木版,确保只有一种颜色的色光通过第二块木版的小孔,并透过第二块棱镜射在墙上。通过观察,牛顿发现,单一颜色的色光通过第二块棱镜后并未生成新的颜色,也没有改变颜色。这说明,白光通过一块棱镜的反射形成的颜色是单一色。他还发现,不同颜色的光折射率不同。



    由于发现了白光的特性,牛顿进一步发现了球形透镜的局限性。球形透镜使射到镜片上的光线无法聚集到一点,因而使图像变得:。而且,造的透镜越大,就越会出现各种颜色的光环。他发现反射镜能克服这一局限。反射镜比透镜能聚集更多光线,因此能看得更清晰。据此,他于1669年发明了反射望远镜。牛顿设计的这架反射望远镜只有6英寸长,比一般的折射望远镜小10倍,但能把物体放大60倍。



    牛顿于1686年发表了《原理》第一册,并陆续发表了后两册。三册《原理》系统地阐述了万有引力定律和物体运动三大定律,分析了地球的形状,解释了地球旋转轴的缓慢变动、彗星的运动和潮汐的生成。《原理》对宇宙中的各种现象给出了合理的解释,引导人类形成了新的宇宙观。



    牛顿在研究球形透镜的局限性的时候发现了色差问题。他进行实验,观察是否不同的物质色散率不同。他将一块棱镜放入一个灌满水的玻璃容器,观察通过的光线。遗憾的是,牛顿在实验时只使用了水这一种液体,而且碰巧他使用的不同的棱镜色散率相同,因此他根据片面的实验得出的结论是:折射总会伴随色差。但另一些人重复了牛顿的实验,发现不同品种的玻璃制成的棱镜色散率是不同的。但牛顿在世时并未注意这些结论。在牛顿去世50多年后,J?多朗德重新研究了这一问题,并于1785年发明了消色差望远镜。



    另一个遗憾之处是,牛顿一生反对光的波动说,支持微粒说。由于他的权威影响,波动说在被搁置一个多世纪之后,才重新引起注意并被证实是正确的。由于当时光的波动说无法解释光的直线传播,而微粒说可以解释,因此牛顿坚持认为光是微粒。光的微粒说也影响了热学的发展。因为,一旦承认光是物质的,并认为热是光的附属,那么热也必须被看作是物质。因此,牛顿微粒说的负面影响也是深远的。然而,牛顿带给世界的贡献远比遗憾大得多。牛顿所证明的理论,是我们今天所学知识的基础。牛顿的理论已经渗透到我们生活的方方面面,虽然我们大多数时候对此无知无觉。牛顿的学说成为了我们观察世界的基本视角,我们几乎不可能完全摆脱他的影响而得出结论,他已经融入我们的生活。在爱因斯坦提出相对论以后,牛顿的理论被人们说成是被推翻了被取代了,但事实并非如此。牛顿的理论在一定程度上有他的局限性,但他的理论并未被否定,而正在被不断发展着的理论所证明。



    爱因斯坦说:幸运的牛顿,拥有一个幸福的科学的童年!大自然对他来说就是一本翻开的书。他站在我们面前,那样高大,那样坚定,那样孤独。







参考书目:



1 James Gleick 著, 吴铮 译. 牛顿传. 北京:高等教育出版社, 2004



2 弗?卡约里 著, 戴念祖 译. 桂林:广西师范大学出版社, 2002



3 范存忠 编著. 英国史提纲. 成都:四川人民出版社, 1982





                   英亚英亚体育平台2013级出版专业博士  郭楠   



                  



                  

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