人物簡介

艾薩克·牛頓出生于英格蘭林肯郡鄉下的一個小村落伍爾索普村的伍爾索普莊園。牛頓出生前三個月，他同樣名為艾薩克的父親才剛去世。由于早產的緣故，新生的牛頓十分瘦小；據傳聞，他的母親漢娜·艾斯庫曾說過，牛頓剛出生時小得可以把他裝進一夸脫的馬克杯中。

在力學上，牛頓闡明了角動量守恒的原理。在光學上，他發明了反射式望遠鏡，并基于對三棱鏡將白光發散成可見光譜的觀察，發展出了顏色理論。他還系統地表述了冷卻定律，并研究了音速。在數學上，牛頓與戈特弗里德·萊布尼茨分享了發展出微積分學的榮譽。他也證明了廣義二項式定理，提出了“牛頓法”以趨近函數的零點，并為冪級數的研究作出了貢獻。

主要經歷

從12歲左右到17歲，牛頓都在金格斯皇家中學學習，在該校圖書館的窗臺上還可以看見他當年的簽名。

18歲時牛頓完成了中學的學業，并得到了一份完美的畢業報告。

1661年6月3日，他進入了劍橋大學的三一學院。

1665年，他發現了廣義二項式定理，并開始發展一套新的數學理論，也就是后來為世人所熟知的微積分學。

1665年，牛頓獲得了學位，而大學為了預防倫敦大瘟疫而關閉了。

1669年，被授予盧卡斯數學教授席位。

1689年，他當選為國會議員。

1696年，牛頓通過了當時的財政大臣查爾斯·孟塔古的提攜遷到了倫敦作皇家鑄幣廠的監管，一直到去世。

1703年，成為皇家學會會長，并任職24年之久。

1705年，牛頓被安妮女王封為爵士。

1727年3月31日（格蘭歷），偉大的艾薩克·牛頓逝世。

主要成就

力學成就

1679年，牛頓重新回到力學的研究中：引力及其對行星軌道的作用、開普勒的行星運動定律、與胡克和弗拉姆斯蒂德在力學上的討論。他將自己的成果歸結在《物體在軌道中之運動》（1684年）一書中，該書中包含有初步的、后來在《原理》中形成的運動定律。

牛頓在伽利略等人工作的基礎上進行深入研究，總結出了物體運動的三個基本定律（牛頓三定律）。這三個非常簡單的物體運動定律，為力學奠定了堅實的基礎，并對其他學科的發展產生了巨大影響。第一定律的內容伽利略曾提出過，后來R.笛卡兒作過形式上的改進，伽利略也曾非正式地提到第二定律的內容。第三定律的內容則是牛頓在總結C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的結果之后得出的。

牛頓是萬有引力定律的發現者。萬有引力定律（Law of universal gravitation）是艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學的數學原理》上發表的。1679年，R·胡克在寫給他的信中提出，引力應與距離平方成反比，地球高處拋體的軌道為橢圓，假設地球有縫，拋體將回到原處，而不是像牛頓所設想的軌道是趨向地心的螺旋線。牛頓沒有回信，但采用了胡克的見解。在開普勒行星運動定律以及其他人的研究成果上，他用數學方法導出了萬有引力定律。

牛頓把地球上物體的力學和天體力學統一到一個基本的力學體系中，創立了經典力學理論體系。正確地反映了宏觀物體低速運動的宏觀運動規律，實現了自然科學的第一次大統一。這是人類對自然界認識的一次飛躍。

牛頓指出流體粘性阻力與剪切率成正比。他說：流體部分之間由于缺乏潤滑性而引起的阻力，如果其他都相同，與流體部分之間分離速度成比例。在此把符合這一規律的流體稱為牛頓流體，其中包括最常見的水和空氣，不符合這一規律的稱為非牛頓流體。

在給出平板在氣流中所受阻力時，牛頓對氣體采用粒子模型，得到阻力與攻角正弦平方成正比的結論。這個結論一般地說并不正確，但由于牛頓的權威地位，后人曾長期奉為信條。20世紀，T·卡門在總結空氣動力學的發展時曾風趣地說，牛頓使飛機晚一個世紀上天。

關于聲的速度，牛頓正確地指出，聲速與大氣壓力平方根成正比，與密度平方根成反比。但由于他把聲傳播當作等溫過程，結果與實際不符，后來P.-S.拉普拉斯從絕熱過程考慮，修正了牛頓的聲速公式。

數學成就

大多數現代歷史學家都相信，牛頓與萊布尼茨獨立發展出了微積分學，并為之創造了各自獨特的符號。根據牛頓周圍的人所述，牛頓要比萊布尼茨早幾年得出他的方法，但在1693年以前他幾乎沒有發表任何內容，并直至1704年他才給出了其完整的敘述。其間，萊布尼茨已在1684年發表了他的方法的完整敘述。此外，萊布尼茨的符號和“微分法”被歐洲大陸全面地采用，在大約1820年以后，英國也采用了該方法。萊布尼茨的筆記本記錄了他的思想從初期到成熟的發展過程，而在牛頓已知的記錄中只發現了他最終的結果。牛頓與萊布尼茨的微積分學論戰，破壞了牛頓與萊布尼茨的生活，直到后者在1716年逝世。這場爭論在英國和歐洲大陸的數學家間劃出了一道鴻溝，并可能阻礙了英國數學至少一個世紀的發展。

牛頓的一項被廣泛認可的成就是廣義二項式定理，它適用于任何冪。他發現了牛頓恒等式、牛頓法，分類了立方面曲線（兩變量的三次多項式），為有限差理論作出了重大貢獻，并首次使用了分式指數和坐標幾何學得到丟番圖方程的解。他用對數趨近了調和級數的部分和（這是歐拉求和公式的一個先驅），并首次有把握地使用冪級數和反轉（revert）冪級數。他還發現了π的一個新公式。1676年他首次公布了他發明的二項式展開定理。牛頓利用它還發現了其他無窮級數，并用來計算面積、積分、解方程等等。1684年萊布尼茲從對曲線的切線研究中引入了和拉長的S作為微積分符號，從此牛頓創立的微積分學在大陸各國迅速推廣。

微積分的出現，成了數學發展中除幾何與代數以外的另一重要分支——數學分析（牛頓稱之為“借助于無限多項方程的分析”），并進一步進進發展為微分幾何、微分方程、變分法等等，這些又反過來促進了理論物理學的發展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲線的解答，這是變分法的最初始問題，半年內全歐數學家無人能解答。1697年，一天牛頓偶然聽說此事，當天晚上一舉解出，并匿名刊登在《哲學學報》上。伯努利驚異地說：“從這鋒利的爪中我認出了雄獅”。

微積分的創立是牛頓最卓越的數學成就。牛頓為解決運動問題，才創立這種和物理概念直接聯系的數學理論的，牛頓稱之為"流數術"。它所處理的一些具體問題，如切線問題、求積問題、瞬時速度問題以及函數的極大和極小值問題等，在牛頓前已經得到人們的研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對以往分散的結論加以綜合，將自古希臘以來求解無限小問題的各種技巧統一為兩類普通的算法——微分和積分，并確立了這兩類運算的互逆關系，從而完成了微積分發明中最關鍵的一步，為近代科學發展提供了最有效的工具，開辟了數學上的一個新紀元。

牛頓沒有及時發表微積分的研究成果，他研究微積分可能比萊布尼茨早一些，但是萊布尼茨所采取的表達形式更加合理，而且關于微積分的著作出版時間也比牛頓早。

1707年，牛頓的代數講義經整理后出版，定名為《普遍算術》。他主要討論了代數基礎及其（通過解方程）在解決各類問題中的應用。書中陳述了代數基本概念與基本運算，用大量實例說明了如何將各類問題化為代數方程，同時對方程的根及其性質進行了深入探討，引出了方程論方面的豐碩成果，如：他得出了方程的根與其判別式之間的關系，指出可以利用方程系數確定方程根之冪的和數，即“牛頓冪和公式”。

牛頓對解析幾何與綜合幾何都有貢獻。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出密切線圓（或稱曲線圓）概念，提出曲率公式及計算曲線的曲率方法。并將自己的許多研究成果總結成專論《三次曲線枚舉》，于1704年發表。此外，他的數學工作還涉及數值分析、概率論和初等數論等眾多領域。

牛頓在前人工作的基礎上，提出“流數（fluxion）法”，建立了二項式定理，并和G.W.萊布尼茨幾乎同時創立了微積分學，得出了導數、積分的概念和運算法則，闡明了求導數和求積分是互逆的兩種運算，為數學的發展開辟了一個新紀元。

光學成就

牛頓曾致力于顏色的現象和光的本性的研究。1666年，他用三棱鏡研究日光，得出結論：白光是由不同顏色（即不同波長）的光混合而成的，不同波長的光有不同的折射率。在可見光中，紅光波長最長，折射率最小；紫光波長最短，折射率最大。牛頓的這一重要發現成為光譜分析的基礎，揭示了光色的秘密。牛頓還曾把一個磨得很精、曲率半徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個十分光潔的平面玻璃上，在白光照射下可看到，中心的接觸點是一個暗點，周圍則是明暗相間的同心圓圈。后人把這一現象稱為“牛頓環”。他創立了光的“微粒說”，從一個側面反映了光的運動性質，但牛頓對光的“波動說”并不持反對態度。

1704年，牛頓著成《光學》，系統闡述他在光學方面的研究成果，其中他詳述了光的粒子理論。他認為光是由非常微小的微粒組成的，而普通物質是由較粗微粒組成，并推測如果通過某種煉金術的轉化“難道物質和光不能互相轉變嗎？物質不可能由進入其結構中的光粒子得到主要的動力（Activity）嗎？牛頓還使用玻璃球制造了原始形式的摩擦靜電發電機。

熱學成就

牛頓確定了冷卻定律，即當物體表面與周圍有溫差時，單位時間內從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。

天文成就

牛頓1672年創制了反射望遠鏡。他用質點間的萬有引力證明，密度呈球對稱的球體對外的引力都可以用同質量的質點放在中心的位置來代替。他還用萬有引力原理說明潮汐的各種現象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有關，而且同太陽的方位有關。牛頓預言地球不是正球體。歲差就是由于太陽對赤道突出部分的攝動造成的。

哲學成就

牛頓的哲學思想基本屬于自發的唯物主義，他承認時間、空間的客觀存在。如同歷史上一切偉大人物一樣，牛頓雖然對人類作出了巨大的貢獻，但他也不能不受時代的限制。例如，他把時間、空間看作是同運動著的物質相脫離的東西，提出了所謂絕對時間和絕對空間的概念；他對那些暫時無法解釋的自然現象歸結為上帝的安排，提出一切行星都是在某種外來的“第一推動力”作用下才開始運動的說法。

《自然哲學的數學原理》牛頓最重要的著作，1687年出版。該書總結了他一生中許多重要發現和研究成果，其中包括上述關于物體運動的定律。他說，該書“所研究的主要是關于重、輕流體抵抗力及其他吸引運動的力的狀況，所以我們研究的是自然哲學的數學原理。”該書傳入中國后，中國數學家李善蘭曾譯出一部分，但未出版，譯稿也遺失了。現有的中譯本是數學家鄭太樸翻譯的，書名為《自然哲學之數學原理》，1931年商務印書館初版，1957、1958、2006年三次重印。

人物評價

牛頓是最有影響的科學家，被譽為“物理學之父”，他是經典力學基礎的牛頓運動定律的建立者。他發現的運動三定律和萬有引力定律，為近代物理學和力學奠定了基礎，他的萬有引力定律和哥白尼的日心說奠定了現代天文學的理論基礎。直到今天，人造地球衛星、火箭、宇宙飛船的發射升空和運行軌道的計算，都仍以這作為理論根據。在2005年，英國皇家學會進行了一場名為“誰是科學史上最有影響力的人”的民意調查，牛頓被認為比阿爾伯特·愛因斯坦更具影響力。對牛頓的毛發進行基因分析，認為牛頓是艾斯伯格癥候群攜帶者，有XQ28基因的表現，這更增添了牛頓的神秘感，但并未影響到他巨人的形象。