上帝說：有牛頓，全都亮了

數(shù)百年前的智慧，改變今日的科技……

這本影響力貫穿數(shù)世紀的書——

《數(shù)學原理》(Principia Mathematica)【艾薩克．牛頓( Isaac Newton)】，把人類帶上月球，真實的改變著我們現(xiàn)今所居住的世界…

自然，以及自然的法則隱藏在夜間：“『上帝說有牛頓！』一切就都亮了。”這是杰出詩人亞歷山大．波普（Alexander Pope）的一句詩句。這位生前顯赫一世的詩人就用這句詩，將大伙兒對于牛頓一生功績的看法做了一個總結。直至今日，牛頓的名望和重要性未曾稍減，而且即使他說過以下的名言：「我之所以能看得更遠，那是因為我站在巨人的肩上?！?/span>卻還是有許多人，包括愛因斯坦在內(nèi)，視他為絕無僅有的巨人。

牛頓不但是第一位發(fā)現(xiàn)并驗證了運動三大定律的人，也是首位針對光的各種準確屬性做出揭示的人。他運用數(shù)學方法，發(fā)現(xiàn)并且證實了萬有引力定律（the laws of gravity），這個定律不但架構出，也支配了我們在地球上的生活。他定義了空間和時間，并且解開天上星體及其運行的奧秘。他提供給我們知識，教我們?nèi)绾蚊撾x人類目前所居住的這個地球，向外太空發(fā)展。他讓新科技得以建立。時至今日，這些科技仍然不斷塑造出人類生活模式。他所編纂，并且親自示范說明的科學方法，我們一直到今天都還沿用不輟；他把思想結晶化成幾本著作，而其中最重要的，就是在一六八七年所出版，常被簡稱為《數(shù)學原理》的《自然哲學之數(shù)學原理》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica，簡稱《原理》，Principia）。

在劍橋大學三一學院（牛頓就讀的學院）雷恩圖書館（Wren Library in Trinity College）收藏著《數(shù)學原理》的第一個版本。這是一本不甚起眼的書，厚約六至八吋，皮裝，重約三磅，約五百一十二頁，書中用拉丁文寫滿了各種數(shù)學問題、計算和圖解。內(nèi)容分成三部分，書封和第一卷之間有這位來自林肯郡（Lincolnshire）的學者畫像。這位文盲農(nóng)夫唯一的兒子測度出我們這個世界應有的樣貌。

聰明又怪異的個性……　自制玩具，還拿牙簽戳眼睛做實驗 

據(jù)說牛頓生時，家住靠近格藍安（Grantham）的烏爾索浦（Woolsthrorpe）。一六四二年的圣誕節(jié)他出生時，父親才剛過世三個月，家境非常艱難。三歲時，母親和離家不遠的牧區(qū)里一位有錢的圣公會牧師同居。以后的八年，他由外祖母阿斯考（Granny Ascough）扶養(yǎng)長大。牛頓小時，形單影只，身體瘦弱，但只要一有了靈感，或碰到有人指導，牛頓就會自己制造玩具。那時農(nóng)莊里老鼠隨處可見，而風車又是那時他所處的世界里的一項標幟，于是他便制造了一具工具風車，由老鼠踏著踏車來驅動。他還制造過風箏。他在風箏上加上燈，乘著夜晚放出去，目的可能是要嚇一嚇人。后來，他也造過時鐘。

他剛剛成年，跑到史托爾橋市集（Stourbridge Fair）去，同一位販賣珍奇物品的小販買了一只粗玻璃所制造的三棱柱。牛頓回到農(nóng)莊之后，做了一個實驗，用白色的光照過這只三棱柱。經(jīng)過三棱柱分出來的光譜照映在墻上，也開啟了他針對光的各種性質(zhì)所做的深奧思索。幾個世紀以來，這個主題曾經(jīng)吸引過許多研究自然的哲學家，而他針對這個主題所做的研究也在往后的一生中獲得了豐碩的成果。

他無懼于用自己當作實驗的對象，他要知道眼睛如何能制造圖像，因此就做了一個實驗，拿了一根錐形的象牙牙簽，從眼球下方往里戳，幾乎戳到眼窩底了。他后來寫道：「我拿了一根尖尖的象牙牙簽，從眼睛和骨頭之間，用力往里推，推到快到眼窩底部，再用那根錐子的底部去推動眼球，結果看到了白色、暗色、和五花十色的圓圈。我繼續(xù)用這根錐子的錐尖揉我的眼睛，結果這些圓圈又變成最簡單不過的圓圈了?！?/span>

這個年輕人真是怪到了絕頂。這個實驗做了幾次之后，他說他不得不躺在床上，拉上了窗簾，度過兩個禮拜不見日光的日子。

他有一位父執(zhí)輩是劍橋大學的高材生。這位叔叔見他這位離群索居的少年晚輩頭腦靈光、又肯上進，于是便助他進入格藍安大學預科學校（Grantham Grammar School）求學。牛頓于一六六一年赴劍橋大學的三一學院就讀，主修古典文學和數(shù)學。牛頓的大學生活過得捉襟見肘，每次用餐時分，便不得不去服侍其他的學生，等他們吃飽喝足，才能撿人家剩下的飯菜來果腹。

經(jīng)典傳誦的牛頓蘋果……　發(fā)展驚動蒼生的萬有引力理論 

一六六五年，瘟疫重襲英格蘭，有能力逃出城的人，個個都尋找被人認為能避過這致命傳染病的安全地點去躲了起來。位于牛津的大學因為這次瘟疫而封校，二十三歲的牛頓被逼回到了他的家鄉(xiāng)烏爾索浦。

他自己提到那段時期時，也說：「瘟疫肆虐的那兩年，是我埋首于發(fā)明，醉心于數(shù)學和哲學的黃金時段。此時我對學問的追求，勝過往后的任何歲月?！勾藭r的牛頓開始思索的事物，日后成為他的啟示及想法，也就在這個時期，他拿了三稜鏡做了實驗，測定了白光為七種不同顏色光的組合，具有各種不同的性質(zhì)。他做的事，并不只像前人一樣，僅僅見到像彩虹般的光譜而已；他還證明這種現(xiàn)象形成的原因，并且公布了他對光所做的研究結果，又用了如今已然成為尖端科學——粒子物理的一個早期先例來加以證明。

牛頓也發(fā)明了一種他稱之為「流數(shù)」或「微分」（fluxions）的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)讓他處理一個曲線時，不把它當作固定和靜態(tài)的曲線，而把它當作是由移動的點所創(chuàng)造出來的曲線。他把移動的點沿路切成許多微小的點。這就是我們今日所認識的「微積分」。它讓牛頓得以把他所發(fā)現(xiàn)的各種定律運用在各種復雜的情況之中，如施力于一個移動物體上所產(chǎn)生的效應。

再來就是那株蘋果樹了。雖然人事已非，但這株樹（或它的直系后代）依然矗立于牛頓的家鄉(xiāng)格藍安。它枝葉扶疏，樹身布滿節(jié)瘤，但依然挺立如故，如同受到天譴，不得彎下身來，好讓所有經(jīng)過的人都駐足下來，往它身上仔細瞧上一遍，溫習一下它的故事。根據(jù)牛頓自己的說法，他之所以能發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，就是因為一顆蘋果直落在他的頭上。論出名的程度，這只蘋果比起伊甸園的那顆毫不遜色。它激發(fā)了他的靈感，引導他的心靈做思索，終于發(fā)展出驚動蒼生的萬有引力理論。那顆蘋果為什么是往下掉，而不是往上？不是往一側掉？他提出他的結論，而比起提出結論更重要無數(shù)倍的是：他也提出了證明。他證明了蘋果往下掉是因為地球對它發(fā)出引力。牛頓明白了所有的物體彼此之間都會互相吸引；物體越大，吸力也越強。此后的歲月里，他埋首于尋找并建構這個假設的證明。再等上二十年的工夫，牛頓才把他的創(chuàng)見寫成《數(shù)學原理》。屆時牛頓將會證明這「宇宙萬有引力定律」是如何把這宇宙塑造成形的。

牛頓二十七歲時成為數(shù)學教授。但他對于光學的熱情未曾稍減，同時也一直在思索著星球的運動。一六八○年，他相信了引力和斥力之律也支配著各行星的運行，于是便把此力加以量化出來。

源源不絕的研究動力……　數(shù)百張手稿、大量計算，為著書立論 

一六八四年，艾德蒙．哈雷（Edmund Halley，哈雷行星就是根據(jù)他的名字而命名）這位富有、雄心勃勃、天才橫溢的英國天文學家赴劍橋造訪牛頓，也拿了一個和行星軌道有關的問題去請教他。為了回應他的請益，牛頓于是在是年十一月寫了一篇手稿〈論天體的運動〉（On the Motion of Bodies in Orbit）。在這篇論文里，牛頓揭示了他把行星的運行加以量化到了某一個階段。哈雷讀后，大感驚訝，不能自已，于是立即趕赴劍橋，催促牛頓立即將之付梓，并且自愿負擔所有的出版費用。

但此時牛頓尚未準備就緒。不僅僅如此，事實上，〈論天體的運動〉的手稿只不過是一個先導而已，它的后面蘊藏著一個更大的概念。在牛頓后來完成的著作中，《論天體的運動》還是第一卷書而已。他放下了手邊所有其他的工作，足不出戶，飯食不思，常常一天花上二十小時，心無旁騖的持續(xù)他著書立論的工具。他寫了數(shù)百張的手稿，重新做了大量的計算。這些手稿就成為《原理》一書的第二和第三卷。這個水庫累積了如此多的功夫和創(chuàng)造力，在經(jīng)過如此漫長時間的努力工作之后，現(xiàn)在終于匯聚成為可被檢驗的證據(jù)之河，沖撞在它之前的一切理論。

一六八七年，牛頓的著作付梓，集結成我在雷恩圖書館里所看到的那一本書：運動定律、對于月球及行星的運行所做的觀察，全由一種力量所造成——引力。

宇宙萬有引力定律如今終獲揭曉。它定義了天上地上所有物體，不論輕重，不分物質(zhì)，皆由引力和斥力所結合。在此之前，和在此之后，從未有人像牛頓一樣，發(fā)現(xiàn)了如此豐富的奧秘。這些奧秘見前人所未見，并對人類的知識和生活預伏了永無止境的改變。

那么，《原理》是怎么改變了這個世界的？ 

一本改造世界的書……　日常生活應用，九五％是牛頓力學

《數(shù)學原理》一書之所以改變世界，主要是緣自于它在人類對于宇宙的固有知識上，戲劇性的擴展了人類思想的領域。英國薩里大學（Surrey University）理論原子物理組領導人加里里（Al Khalili）說《數(shù)學原理》一書的首卷是三卷中最重要的一卷，用淺顯的話來說，牛頓找到了一種方法，可用方程式把圖上的曲線以斜度表示出來。實質(zhì)上，應用到我們?nèi)粘Ｉ钌系奈锢恚盼澹ザ际鞘褂门ｎD的力學，而不是愛因斯坦的力學。

就空間而言，即使過了三個多世紀，而愛因斯坦也發(fā)表了相對論和量子力學，但我們所觀測得到的世界中，牛頓的物理依然可用來解釋大多數(shù)的現(xiàn)象。九九％的自然界事例中，牛頓所見仍然適用。

而就科學的研究而言，牛頓的各項原理描述了加速度、減速度、和慣性運動、流體力學、地球、月球、行星和彗星的運動?！对怼芬粫鄬⒖茖W研究的方法做了革命性的變革。

讀過《原理》一書的人，如果你照著牛頓的意思去體會，會把宇宙視作是一個碩大無比的機器，是上帝所造的大鐘。而上帝就是那位看不見的造鐘師傅。

《原理》一書帶給這個世界的改變，不妨聽聽葛里賓（John Gribbin）這位杰出的史學家的意見。葛里賓說：

《原理》一書中講到運動三大定律，以及萬有引力理論。這些定律告訴我們?nèi)f物移動的方式、彼此碰撞的方式、受到推力或拉力時的反應。這三條定律撐起力學的全貌。它們所撐起的事物，上自建造福斯橋（the Forth Bridge），好使火車橫跨其上時，它不至于坍塌，下至發(fā)射宇宙飛船到木星。大家用什么來建造這世上通俗到如洗衣機的日常用品？用的就是這三個定律。洗衣機里的轉動元件，到底應該用什么樣的速度旋轉，就是以牛頓的三大定律來決定的。

他在波的傳播上所做的研究，特別是聲速的測定，奠定了人類發(fā)展出超音速飛機的基礎。又稱「超音波掃描」的「超聲波」，是另外一項倚賴聲波定理發(fā)展而成的重要科技。是項科技可從人體內(nèi)部獲取供醫(yī)療使用的影像。

牛頓所發(fā)明的反射式望遠鏡導致了潛望鏡的發(fā)明。反射式望遠鏡所根據(jù)的原理，后來亦運用于雷射產(chǎn)業(yè)。他對光的研究，也導致了光學纖維的發(fā)明。是項發(fā)明使得光線得以被傳送到極遠的距離以外。

至于我們的太空交通工具在什么軌道高度上飛行，至今仍然靠他的天體動力學來決定。

依照劍橋大學科學史專家謝弗的看法，牛頓給了世界一張「本票」，上面寫著：天上不會再有稀奇古怪的東西?，F(xiàn)在沒有任何事情是我們解釋不了的。他的這番應許在十八世紀人的心里產(chǎn)生了莫大的感動力。根據(jù)謝弗的說法，這番效應刺激了資本主義、工業(yè)主義和國際貿(mào)易的興起。

牛頓加強了「心不在焉的天才」這個觀念（事實上，這個觀念可能也是由他發(fā)明的）。他心無旁騖的專注于研究的工作時，世上一切似乎都已經(jīng)遙不可及。他孤獨、好奇，以其追求知識的欲望，把世界做了徹頭徹尾的改變。他的這句話是這么寫的：「我不知道這個世界將會如何看待我，但是對我自己而言，我覺得我只是一個在沙灘上玩耍的小孩，不時找到幾枚更光滑的小石子和更漂亮的貝殼，但我面前還有一整片浩瀚的真理之海，我竟對它茫然一無所知。」