牛頓 Newton

總有那麼一位人物是大家從來沒見過,卻又常駐大家心中。
從小學第一次讀到他被蘋果砸到的故事,或是中學時期第一次聽見「牛頓運動定律」或是「牛頓二項式定理」,又或者大學時期被微積分荼毒時偶然地想起他,不論男女老少這一生肯定都喊過一次他的名字-牛頓。牛頓的成就有如時常被大家提起的名字般響亮,讓阿班來為你們介紹這位站在巨人肩膀上的巨人。


牛頓小資訊

艾薩克·牛頓
Sir Isaac Newton
出生:1643年01月04日
逝世:1727年03月31日
國籍:英國

牛頓肖像
(圖片來源:維基百科

早期求學生活

艾薩克·牛頓在1643年1月4日於英國英格蘭林肯郡伍爾索普出生,據牛頓母親所述,因早產的緣故,牛頓剛出生時十分瘦小,可以裝進一個馬克杯(非常沒必要的資訊XD 但阿班在寫這篇時剛好在用馬可杯喝牛奶,想像了一下發現這大小蠻誇張的,所以忍不住加了這個小資訊,也讓你們想像一下)。

從12歲開始,牛頓都在國王中學讀書,中途因母親希望牛頓能當一名農夫,所以牛頓曾經有段時間是休學的。後來國王中學的校長說服了牛頓的母親,他才得以繼續在學校完成他的學業,直到18歲的中學期間,牛頓的學業成績一直都很優秀(也有說法是牛頓在校成績並不優秀,不過他很喜歡做實驗,同時亦有模型及機械方面的天分,總而言之,都很優秀)。

在1661年,牛頓進入了劍橋大學三一學院就讀,畢業後由於黑死病蔓延,便躲回家鄉,並在在黑死病過後,1667年獲得獎學金,重返三一學院當研究生。

牛頓大發現

先前提到牛頓畢業後曾經回鄉兩年,而這兩年中牛頓可沒有閒著,仍舊繼續發想著他感興趣的事物,也奠定了未來的重要基礎,包含他一生中三件最偉大的發現-萬有引力、光學、微積分。

(阿班碎念:所以適當的休息或是轉換環境也是很重要的喔!尤其在這腳步快速的時代,要記得適時給自己一個空間)

•微積分

關於微積分,還有另一個名字應該不陌生-萊布尼茨。現在學者大部分相信,牛頓和萊布尼茨個別獨立發明了微積分,或許牛頓還較早一些,但萊布尼茨較早發表他的論述(1684年,而牛頓直到1704年才發表完整的敘述)。這兩個人創造了不同的微積分符號,歐洲大陸全面使用萊布尼茨符號,只有英國使用牛頓的。直到1820年才改成全部都使用萊布尼茨的符號。

在這期間,皇家學會的成員指控萊布尼茨抄襲了牛頓的微積分,這當然讓這兩人開始一場激烈論戰。最終皇家學會宣布牛頓才是真正的發明人,並且斥責萊布尼茨,並表示牛頓的數學方法更加高超,讓萊布尼茨相當難堪(但後來人們發現這項調查的評論是由牛頓所書寫)。

這場糾紛直到萊布尼茨過世後(1716年)才得以平息。

•廣義二項式定理

在1665年,也是牛頓回鄉那兩年,牛頓發現廣義二項式定理。先前已經有許多數學家做出了相當的努力,包含帕斯卡(就是帕斯卡三角形的那位帕斯卡)、青目、楊輝、卡拉吉、海亞姆等等,而牛頓將二項式定理的係數推廣到有理數,而後還發現了\(\pi\) 的一個新公式。

往後阿班也會針對這個主題出一道主菜,敬請期待!

大家常說數學物理不分家,所以也提一下光學和萬有引力吧。

•萬有引力

事實上早在牛頓之前,萬有引力已經有人提出,跟牛頓同時期的許多科學家都致力於證明萬有引力的存在,不過牛頓是第一個利用數學原理解釋萬有引力,從此科學家可以輕易解釋潮汐、天體運動等等關於宇宙的一切謎團。牛頓將萬有引力和著名的三大運動定律集結起來,歸結在《自然哲學的數學原理》一書中。

•光學

有玩過三稜鏡嗎?能夠把一束光發散成彩色光譜的神奇玩意兒。牛頓在1670年到1672年間,除了教授光學外,也對光做了一些研究,還因此發明了反射望遠鏡(或稱牛頓望遠鏡),性能甚至優於折射望遠鏡。而後出版《光學》,不過當時有個人叫做虎克,對書裡的觀點提出一些批評,從此開啟了虎克與牛頓愛恨情仇的故事。

牛頓與虎克

如果我比別人看得更遠,那是因為我站在巨人的肩上。

若提到牛頓,或許會聽過這句話,聽起來牛頓超級虛懷若谷的對吧?不過有些人並不這麼想。這時就得提一下重點人物:虎克。

眾所皆知虎克是第一位用顯微鏡觀察到細胞的科學家,在物理研究方面提出了描述彈性的定律(虎克定律),也發明了許多科學設備,對機器做出許多改造,有的至今仍在使用,甚至在城市和建築方面有重要貢獻,也是人才一枚。

之前提到,虎克對於牛頓在光學的解釋上非常不以為然。牛頓主張光的微粒說,而虎克主張光的波動說(而後量子力學的發展,發現光有波粒二象性)。其實當初兩人關係也並不是那麼惡劣的,在早期他們還曾經通信討論物體的圓周運動問體。或許是當時出現了爭執吧,信中牛頓提到那句名言「若我能看得遠一些,那是因為我站在了巨人的肩膀上」,考慮到上下文,這句話被認為是對虎克的矮小且駝背的諷刺。而後出版的《自然哲學的數學原理》,也被虎克懷疑牛頓偷走了他的成果,牛頓也刪去了所有有提及虎克的地方。

牛頓對虎克的恨意甚至在虎克去世後還未消失,甚至在牛頓的影響下,皇家學會取下了虎克的肖像(也有一說是皇家學會在搬家過程中,虎克肖像神秘消失,有人認為是牛頓故意丟掉那幅畫像)。牛頓也曾經試圖燒毀虎克的手稿和文章,所幸被阻止。

包含先前提到的萊布尼茨,後世有人批評牛頓根本不是站在巨人肩膀上,而是踐踏巨人的巨人。現在的你們又是怎麼認為的呢?

曾經沉迷過煉金術的牛頓

即使是在物理和數學上做得有聲有色的牛頓,也曾經沉迷過煉金術呢!對曾經看過「鋼之煉金術師」的朋友們來說,「等價交換」是貫穿整部漫畫的信念,即使到最後主角要來個大絕招了也不能違背的。鐵即使在加多少其他金屬,也不可能變成黃金,因為兩者本質就是不同的東西。

不過也不代表古代的煉金術士就是失敗的,在產出黃金的慾望之下可是驅動了數以萬計的化學實驗,許多實驗紀錄也因此保留,對未來化學發展的功勞是不容小覷。牛頓也留下了一百萬字的煉金術手稿,更憑著這些化學專業在倫敦當上皇家鑄幣廠的監管,這個工作主要是主持英國最大的貨幣重鑄工作。當時偽造硬幣的罪犯可不少,牛頓用他的化學知識檢驗金幣純度,並十分認真於定罪這些偽造硬幣的人們,這監管的職位也可說是做得有聲有色。

牛頓的蘋果

故事總是這麼說的:牛頓有天在蘋果樹下思考,被蘋果打到後頓悟出了萬有引力。後來其實有澄清牛頓當初並沒有被蘋果砸中(即使未來的學生們多麼希望他能被打到,或是打到他的是榴槤不是蘋果),而是在庭院散步時看見蘋果掉下來而獲得靈感。然而在牛頓的故鄉中,真有那麼一顆蘋果樹喔!在劍橋大學和三一學院的大門外都有種植這棵樹的後代。直至現代有這麼一個說法:影響世界的三顆蘋果,一顆給了夏娃,一顆給了牛頓,一顆給了賈伯斯。生於現代的大家應該在意賈伯斯多一點,美國蘋果公司最早的Logo也真的是一幅牛頓坐在蘋果樹下的鋼筆畫呢!

寫到這邊似乎要下個結語了,小小一顆蘋果影響力這麼大,阿班建議大家平常多吃蘋果,An apple a day keeps a doctor away!

加些好料

維基百科-艾薩克·牛頓

英文調味

◊ 萬有引力定律 – Newton’s law of universal gravitation
◊ 微積分 – calculus
◊ 二項式定理 – binomail theorem
◊ 煉金術 – alchemy

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