书城科普读物青少年应该知道的光
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第6章 名人点击—艾萨克·牛顿

我不知道世人怎样看我,但我自己认为,我不过像一个在海边玩耍的孩子,不时地为发现比寻常更为美丽的一块卵石或一片贝壳而沾沾自喜,至于展现在我面前的浩翰的真理海洋,却全然没有发现。

1.人类科学史的奇迹—牛顿

艾萨克·牛顿是英国历史上伟大的数学家、物理学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士,同时也是一个神学爱好者。他于1643年1月4日出生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村,1727年3月31日在伦敦病逝。1661年,牛顿进入英国剑桥大学三一学院,1665年获得学士学位。之后不久,伦敦发生了严重的鼠疫,学校唯恐波及,剑桥大学决定休学停课。于是,牛顿于1665年6月离校返乡,在家乡居住了两年之久。在这段黄金般的岁月里,受到剑桥数学和自然科学熏陶的牛顿在家乡安静的环境里,思想展翅飞翔,才华迸发。他在自然科学领域内思考了一些前人从未思考过的问题,踏进了一些前人没有涉及的领域,在物理学史上创建了前所未有的惊人业绩。

在1665年至1667年的两年中,牛顿以比以往任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,着手描绘他一生中大多数科学创造的蓝图,并且开始关心自然哲学问题。他一生之中最重要的三大成就,微积分、万有引力、光学分析的思想都在这时孕育成形。1667年,返回剑桥大学后,牛顿当选为三一学院的仲院侣(初级院委),第二年获得硕士学位,同时成为正院侣(高级院委)。1669年10月27日,他的老师巴罗为了提携牛顿而辞去教授之职,使年仅26岁的牛顿晋升为数学教授,并担任卢卡斯讲座教授。在科学史上,“巴罗让贤”一直被传为佳话。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路,为牛顿成为伟大的科学家奠定了必不可少的基础,牛顿从此驰骋在科学的大道上。1696年牛顿任皇家造币厂监督,移居伦敦。1703年开始任英国皇家学会会长,1706年受女王安娜封爵。晚年的牛顿潜心于研究自然哲学与神学。

2.光学世界的开拓者—牛顿的光学思想

牛顿在人类科学史上的贡献是多方面的,他的成就涉及力学、光学、数学、热学、哲学、神学等。他最主要的贡献是在力学上提出了三大运动定律和万有引力定律;在光学研究上,提出了光是由七色光组成的观点,发现并解释了“牛顿环”的干涉现象,制造出反射望远镜,同时,还继承和发展了“光的微粒学说”;在数学方面,他发现并运用微积分运算方法和无限级数理论等。他的代表著作有《自然哲学的数学原理》、《光学》等。下面,我们主要来看看牛顿在光学史上的研究,其伟大成就主要体现在三方面:

(1)白光是由各种不同颜色的光组成的。

牛顿曾经致力于光的本质和颜色现象的研究。1666年,他用三棱镜研究日光,通过实验提出以下光学观点:

①白光是由不同颜色即不同波长的光混合而成的,光的波长不同,其折射率也会不同。

②在可见光谱中,红光波长最长,因而折射率最小;紫光波长最短,则折射率最大。

牛顿在光学史上的这一重要发现,揭示了光色的秘密,奠定了光谱分析的基础。

(2)第一架反射望远镜样机和牛顿环。

牛顿喜欢自己动手制造出各种试验设备并进行实验。公元1668年,他制成了世界上第一架反射望远镜样机。公元1671年,牛顿把通过改进后的反射望远镜献给了皇家学会,由此名声大振,当选为英国皇家学会会员。反射望远镜的发明为现代大型光学天文望远镜奠定了基础。另外,“牛顿环”的发明是牛顿在光学中的另一成就。

(3)光的微粒说的继承和发展。

牛顿创立和发展了笛卡尔的微粒学说。他认为,光是由微粒形成的,且以最快的速度沿直线传播。光的微粒学说与稍后的光的波动说一起构成了光的两大基本理论。

此外,牛顿还制作了色盘等多种光学仪器。1704年,他的《光学》一书出版,在书中,牛顿系统地阐述了他在光学方面的研究成果。

知识小百科

苹果落地

在中世纪1347-1345年间,欧洲国家爆发了“黑死病”,几乎夺取了约四分之一的人口。300年之后,黑死病卷土重来,于是欧洲国家被迫紧急疏散城市人口,这样,正在剑桥大学三一学院读书的牛顿回到了他的家乡林肯郡的小村庄。此时的牛顿,为了排遣心中的苦闷,经常到他父亲的庄园里读书和散步。有一天,一个熟透了的苹果突然落了下来,这个苹果不偏不倚,正好打在牛顿头上,由此而引发了他的思考:“苹果为什么会落地呢?它为什么不向上跑而向下落呢?肯定是有什么力在牵引着它吧?”于是,牛顿在苹果落地的启发下,终于发现了万有引力,这大约是1666年的事情。

科学家的“痴情”

牛顿对于科学研究的专心几乎达到了“痴情”的地步。

据说,有一次牛顿煮鸡蛋,他一边看书一边干活,稀里糊涂地把一块怀表扔进了锅里,等到水煮开后,揭开锅盖一看,才知道自己错把怀表当鸡蛋煮了。

还有一次,一位到访的客人请他估价一具棱镜,牛顿一下子被这个可以用来做科学研究的奇妙小东西吸引住了,毫不迟疑地回答:“它是一件无价之宝!”。客人看到牛顿对棱镜爱不释手,当场表示愿意卖给他,还故意给出了一个高价。这时的牛顿,什么都没想,立即欣喜地把它买了下来。他的管家老太太知道后,为此生气地说:“咳,你这个笨蛋,你只要照玻璃的重量折一个价就行了!”