牛顿为何会被誉为是物理学之父 ？

苹果砸在牛顿头上，砸出了万有引力。苹果如果砸在我头上，世间可能就多了个脑残。虽然这只是一句调侃的话，但也证明了牛顿的聪慧。他在物理学界的地位迄今无人比。在2005年，英国皇家学会进行了一场“谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查，他被认为比爱因斯坦更具影响力的人。

提到牛顿，很多人先想到的是他在物理学方面的成就，一个苹果“敲开”了他物理学的大门，帮助牛顿对万有引力和三大运动定律进行了确立和描述。从此，这些内容就奠定了此后三个世纪物理学世界里最重要最基本的科学观点，并成为了现代工程学的基础。

牛顿作为科学史上最有影响力的科学家之一，被誉为是“物理学之父”，大家都对他事迹多多少少都有一些了解，但主要都集中在物理学方面。让很多人感到意外，他不仅是一名物理学家，更是一名成绩斐然的数学家、光学家、天文学家等。他的数学工作涉及微积分、解析几何、综合几何、数值分析、概率论和初等数论等众多领域。

在光学上，他发明了反射式望远镜。证明了普通的光是由七色组成的。他由于发现了万有引力定律创立了天文学。牛顿立即把上述光学的发现用到制造望远镜上，一举制成了不带颜色的折射望远镜，奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。

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牛顿全名艾萨克·牛顿，1643年1月4日，出生在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里。他是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。可谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位名垂千古的科学巨人，并且竟活到了84岁的高龄。

牛顿还没有出生，其父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把他留在外祖母身边抚养。11岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后爸所生的一子二女回到牛顿身边一起生活。牛顿自幼沉默寡言、性格倔强，这种习性可能来自他的家庭处境。

大约从五岁开始，牛顿被送到公立学校读书。少年时的他并不是神童，他资质平平、成绩一般，但他喜欢读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。

小时候的牛顿把风车的机械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放上一粒玉米，刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不断地跑动，于是轮子不停地转动；有一次他放风筝时，在绳子上悬挂着小灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现；他还制造了一个小水钟。每天早晨，小水钟会自动滴水到他的脸上，催他起床。他还喜欢绘画、雕刻，尤其喜欢刻日晷，家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷，用以验看日影的移动。

牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，使他受到了化学试验的熏陶。

牛顿在中学时代学习成绩也不出众，只是爱好读书，对自然现象有好奇心，例如颜色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记，又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。但从这些平凡的环境和活动中，还看不出幼年的牛顿是个才能出众、异于常人的儿童。

后来迫于生计，母亲让牛顿停学在家务农，赡养家庭。但他一有机会便埋首书卷，以至经常忘了干活。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。有一次，他的舅父起了疑心，就跟踪牛顿上市镇去，发现他的外甥伸着腿，躺在草地上，正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父，于是舅父劝服了母亲让他复学，并鼓励牛顿上大学读书。牛顿又重新回到了学校，如饥似渴地汲取着书本上的营养。

1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收入支付学费，1664年成为奖学金获得者，1665年获学士学位。

他的教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼，看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。

在这段学习过程中，牛顿掌握了算术、三角，读了开普勒的《光学》，笛卡尔的《哲学原理》，伽利略的《两大世界体系的对话》，胡克的《显微图集》，还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等。

牛顿在巴罗门下的这段时间，是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁，精于数学和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，认为牛顿的数学才华终将超过自己。当时，牛顿在数学上还有很多的知识是依靠自学的。其中，对牛顿具有决定性影响的要数笛卡尔的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》，它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿：解析几何与微积分。1664年，牛顿被选为巴罗的助手，第二年，剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。

1665至1666年严重的鼠疫席卷了伦敦，剑桥离伦敦不远，为恐波及，学校因此而停课，牛顿于1665年6月离校返乡。

由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养，对探索自然现象产生浓厚的兴趣，家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔。勤于实践，善于观察和思考问题牛顿使他在家乡的这段短暂的时光成为他科学生涯中的黄金岁月，他在自然科学领域内思潮奔腾，才华迸发，思考前人从未思考过的问题，踏进了前人没有涉及的领域，创建了前所未有的惊人业绩。

1665年初，牛顿创立级数近似法，以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则；同年11月，创立正流数法（微分）；次年1月，用三棱镜研究颜色理论；5月，开始研究反流数法（积分）。这一年内，牛顿开始想到研究重力问题，并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比。也是在这期间，年轻的牛顿坐在花园里，一个苹果掉在他的头上，他灵机一动，突然想到了万有引力理论，悟出地球引力。

总之，在家乡居住的两年中，牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造，并关心自然哲学问题。他的三大成就：数学微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。我们先来重点了解一下他这一时期的三大成就。

先说数学方面，他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理。他在研读沃利斯博士的《无穷算术》并试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的。而微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题，才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的，牛顿称之为“流数术”。它所处理的一些具体问题，如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等，在牛顿前已经有人研究了。但牛顿超越了前人，他站在了更高的角度，对以往分散的努力加以综合，将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分，并确立了这两类运算的互逆关系，从而完成了微积分发明中最关键的一步，为近代科学发展提供了最有效的工具，开辟了数学上的一个新纪元。此后，在数学方面，他还整理出版了《普遍算术》，主要讨论了代数基础及其（通过解方程）在解决各类问题中的应用。出版的《解析几何》，引入了曲率中心，给出密切线圆（或称曲线圆）概念，提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》，另外，他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。

在力学方面，牛顿发现的万有引力定律应该是他在自然科学中最辉煌的成就了。牛顿是经典力学理论的开创者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了的万有引力定律和牛顿运动三定律。

在这两年里，牛顿常常在家中的花园里小坐。有一次，像以往屡次发生的那样，一个苹果从树上掉了下来。一个苹果的偶然落地，却是人类思想史的一个转折点，它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到向地心的吸引呢？牛顿思索着。终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。他认为太阳吸引行星，行星吸引行星，以及吸引地面上一切物体的力都是具有相同性质的力，还用微积分证明了开普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力，证明了任何一曲线运动的质点，若是半径指向静止或匀速直线运动的点，且绕此点扫过与时间成正比的面积，则此质点必受指向该点的向心力的作用，如果环绕的周期之平方与半径的立方成正比，则向心力与半径的平方成反比。牛顿还通过了大量实验，证明了任何两物体之间都存在着吸引力，总结出了万有引力定律：

在同一时期，雷恩、哈雷和胡克等科学家都在探索天体运动奥秘，其中以胡克较为突出，他早就意识到引力的平方反比定律，但他缺乏象牛顿那样的数学才能，不能得出定量的表示。

牛顿运动三定律是构成经典力学的理论基础。这些定律是在大量实验基础上总结出来的，是解决机械运动问题的基本理论依据。

1687年，牛顿出版了代表作《自然哲学的数学原理》，这是一部力学的经典著作。牛顿在这部书中，从力学的基本概念（质量、动量、惯性、力）和基本定律（运动三定律）出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，建立了经典力学的完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学第一次大的综合。

直到今天，人造地球卫星、火箭、宇宙飞船的发射升空和运行轨道的计算，都仍以这作为理论根据。

最后是在光学方面，这两年里牛顿也取得了巨大成果。那是在1665年，牛顿让一束太阳光通过三棱镜，结果阳光被分解成了赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。这是一个重大发现，它证明普通的光是由七色组成的。牛顿还用一个凸透镜把七色光合成了白光，更加证实了这一点。牛顿还进一步测定了不同颜色的光的折射率，从而发现了不同色光的折射角度，是按着赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序加大，物质的色彩是由不同颜色的光在不同物体上有不同的折射率造成的。他对各色光的折射率进行了精确分析，说明了色散现象的本质。他指出，由于对不同颜色的光的折射率和反射率不同，才造成物体颜色的差别，从而揭开了颜色之谜。牛顿还提出了光的“微粒说”，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外，牛顿把上述发现用到制造望远镜上，一举制成了不带颜色的折射望远镜，奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。

1667年复活节后不久，牛顿返回到剑桥大学，10月1日被选为三一学院的仲院侣（初级院委），翌年3月16日获得硕士学位，同时成为正院侣（高级院委）。1669年10月27日，巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职，26岁的牛顿晋升为数学教授，并担任卢卡斯讲座的教授。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路，如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助，牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上。巴罗让贤，这在科学史上一直被传为佳话。

虽然成为了教授，但牛顿并不善于教学，他在讲授自己发现的微积分时，学生都接受不了。但在解决疑难问题方面的能力，他却远远超过了常人。前面说到他曾经高价买下了一个棱镜，并把它作为科学研究的工具，用它试验了白光分解为的有颜色的光。开始，他并不愿意发表他的观察所得，他的发现都只是一种个人的消遣，为的是使自己在寂静的书斋中解闷。他独自遨游于自己所创造的超级世界里。后来，在好友哈雷的竭力劝说下，才勉强同意出版他的手稿，才有划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世。

作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅，往往领带不结，袜带不系好，马裤也不纽扣，就走进了大学餐厅。有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而去。牛顿也因此终生未娶。

牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事，结果作出了科学一个个重要的发现。他马虎拖沓，曾经闹过许多的笑话。一次，他边读书，边煮鸡蛋，等他揭开锅想吃鸡蛋时，却发现锅里是一只怀表。还有一次，他请朋友吃饭，当饭菜准备好时，牛顿突然想到一个问题，便独自进了内室，朋友等了他好久还是不见他出来，于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了，鸡骨头留在盘子，不告而别了。等牛顿想起，出来后，发现了盘子里的骨头，以为自己已经吃过了，便转身又进了内室，继续研究他的问题。

他成为著名的科学家之后，仍然一如既往，十分重视科学实验。他的绝大部分时间是在实验室中度过的。他亲手制造了第一架反射望远镜，从熔制金属，直到制成和磨亮镜子，都亲自动手。他经常六个星期呆在实验室，不分昼夜地进行实验，直到实验完毕为止。牛顿不满足于实验，他在实验的基础上整理、分析、研究各种杂乱的材料，使之上升成为系统的、科学的理论。

牛顿在自然科学方面为人类作出了重大的贡献，但他也难免具有时代和阶级的局限性。牛顿是一个形而上学的机械唯物论者，也是一个有神论者。他在一些关键问题上，例如天体运动的本质、天体横向速度的来源等，不了解或无法解释，于是把上帝请进了他的科学体系。他说：“没有神力之助，我不知道自然界中还有什么力量竟能促成这种横向运动”，“没有神的力量就决不能使它们作现在这样的绕太阳而转的圆周运动。”他甚至宣扬上帝“是非常精通力学和几何学的”。晚年的牛顿开始致力于对神学的研究，他否定哲学的指导作用，虔诚地相信上帝，埋头于写以神学为题材的著作。为此，还写了150万字的有关宗教神学的著作。牛顿从一个杰出的自然科学家到最后竟沉迷于宗教是当时英国资产阶级同封建贵族妥协的一个缩影。

1727年3月20日，伟大艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样，他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着：让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在。

1942年爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年而写的文章，对牛顿的一生作如下的评价“因为像他这样一个人，只有把他的一生看作是为寻求永恒真理而斗争的舞台上的一幕，才能理解他。”。此赞语最恰当不过的了。