剑桥大学三一学院中具有哥特式建筑风格的庭院“巨庭”(The Great Court)。图片来源:Andrew Cunn
在三一学院的前两年,牛顿一直都在图书馆里自学。
第三年,他遇到了自己的伯乐——第一任卢卡斯数学教授(剑桥大学的一个荣誉职位)艾萨克·巴罗。
在巴罗的指引下,牛顿对数学产生了浓厚的兴趣,并在22岁那年发现了
广义二项式定理
。
这是牛顿做出的第一个重大的成果。
由于这个贡献,他被录取为了三一学院的研究生。
但就在牛顿即将开始他的研究生生活之际,伦敦突然爆发了一场大瘟疫。
为了保护师生的安全,剑桥大学决定遣散学生,让他们回乡下避难。
无奈之下,牛顿只好回到伍尔索普村,并在那里进行了18个月的科学研究。
那18个月,后来成了科学史上永恒的传奇。
因为在那短短一年半的时间里,牛顿完全靠一己之力开创了三门影响深远的学科:
微积分、力学和光谱学
。
1667年,伦敦的大瘟疫终于平息下来,牛顿也得以重返剑桥。
在那里,已经是世界最顶尖科学家的牛顿,很快就开始绽放光芒。
1669年,巴罗主动让贤,推
荐当时只有26岁的牛顿出任第二任的卢卡斯数学教授。
3
年后,因为发明了
世界上第一台反射式望远镜
,年仅29岁的牛顿被选为了英国皇家学会的院士。
但没过多久,牛顿就在皇家学会的会议上遇到了他一生之中最大的敌人。
此人就是英国物理学家罗伯特·胡克(Robert Hooke)。
遗憾的是,胡克在世时的画像恐怕都没能留存下来。这是历史画家Rita Greer根据胡克两位同事对他的描
写创作的胡克画像。画中展现了弹簧、怀表、化石,以及一张“大火”(Great Fire)后的伦敦地图。1666年伦敦发生了严重火灾,火势蔓延4天,烧毁了城中建筑。火灾后,胡克参与了伦敦的重建。图片来源:Rita Gre
er
同牛顿一样,胡克也有一个苦难的童年。
他从小体弱多病,所以小时候就没去学校,而由他爸爸在家里给他授课。
13岁那年,他爸爸去世了,为了维持生计,胡克只好背井离乡,跑到伦敦去当学徒。
幸好,他考入了威斯敏斯特中学,然后又考入了牛津大学。
20岁时,胡克成为英国化学家罗伯特·波义耳的助手,并在不久之后逐步建立起了自己的学术声誉。
25岁,他发现了后来被称为“胡克定律”的力学规律。
28岁,他又发明了一个高分辨率的显微镜,首次看到了植物细胞的细胞壁,并提出了“细胞”的概念。
由于这些贡献,胡克也在不到30岁时就被选为英国皇家学会的院士,并被人们誉为“
伦敦的达芬奇
”。
成名后的胡克逐渐变得傲慢起来,开始时不时地打压新人。
1672年,他就盯上了一个新人,那就是已经声名鹊起的牛顿。
应皇家学会的邀请,牛顿到了伦敦,做了一场关于光学的演讲。
在这场演讲中,牛顿提出光是由一个个粒子构成的。
没想到演讲一结束,胡克就跳出来砸场子,宣称光其实是由波构成的。
皇家学会外籍院士、荷兰物理学家惠更斯也随声附和,对牛顿的光学理论大加指责。
这最终引发了一场持续了整整一年的大论战:
光到底是粒子还是波?
这场论战给牛顿带来了很大的伤害。
由于唤起了少年时代惨遭霸凌的经历,他甚至一度威胁要退出皇家学会。
在皇家学会秘书奥登伯格的调解下,双方最终达成了“和解”。
但从那以后,牛顿就开始在剑桥“隐居”,不再对外发表自己的学术成果了。
但牛顿和胡克的孽缘并没有结束。
1679年,胡克给牛顿写了封信,说他刚被任命为皇家学会的秘书,想要了解一下各位院士近期的科学研究。
在进行了一系列关于力学的讨论后,胡克告诉牛顿,他认为任意两个物体之间都存在引力,而这个引力与物体间的距离平方成反比,这就是所谓的
平方反比律
。但问题是,胡克只是提出了这么一个猜想,却完全无法证明它的正确性。
早在几十年前,波兰天文学家开普勒就发现了著名的开普勒三定律。
根据开普勒三定律,太阳系中所有的行星都在沿椭圆轨道环绕太阳运动。
所以有些科学家就猜想,平方反比律和开普勒三定律之间应该寻在着某种联系。
但问题在于,要想证明两者之间的因果联系,必须用到一个当时还不存在的数学工具,那就是
微积分
。
而牛顿正是微积分的发明者。
事实上,他正是为了解决这个力学难题,才发明了微积分。
换句话说,牛顿是真正的天选之人;
除了他以外,世界上
没有任何一个人有能力解决这个科学史上最有名的难题。
1687年,在英国天文学家哈雷的资助下,牛顿出版了人类科学史上最伟大的著作 — 《自然哲学的数学原理》(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica),人们经常简称它为《原理》。在这本书中,
牛顿提出了著名的牛顿运动学三定律和万有引力定律,并利用他发明的微积分,证明了从引力的平方反比律出发可以推导出开普勒三定律
。这本书的出版,让牛顿名满天下,或者按哈雷的话说,成了“世界上最接近神的人”。
胡克又给牛顿写信,要求牛顿修订《原理》,承认自己才是平方反比律的发现者。
这个要求彻底激怒了牛顿。
他给胡克回信,说这个定律根本不是胡克提出的,而是一个尽人皆知的事实;
早在1645年,法国天文学家布利奥就已经提出了此定律。
所以作为对胡克要求的回应,牛顿直接删光了《原理》中所有涉及到胡克的文字。
不仅如此,为了嘲讽胡克,牛顿还在回信中说了这么一句话:“
如果我能看得更远一点的话,是因为我站在巨人的肩膀上。
”其中的潜台词是,“我的成就,与你胡克这个驼背的矮子无关!”搞笑的是,这句用来骂人的话,后来竟然成了一句用来形容牛顿谦逊的名言!
《原理》出版以后,两人的斗争就失去了悬念。
随着牛顿的步步高升,胡克在皇家学会的地位也越来越被边缘化。
1703年,胡克逝世。
同一年年底,牛顿就当上了英国皇家学会的会长。
他对昔日打压自己的胡克进行了残酷的报复,关闭了胡克的实验室,烧毁了胡克的画像,还抹掉了胡克在皇家学会的一切痕迹。