光學(xué)

前言

　　幸運(yùn)的牛頓，幸福的科學(xué)童年!誰(shuí)要是有時(shí)間和寧?kù)o，誰(shuí)就能通過(guò)閱讀這本書(shū)，再現(xiàn)偉大的牛頓在他青年時(shí)代所經(jīng)歷過(guò)的那些奇妙事件。對(duì)于牛頓來(lái)說(shuō)，自然界是一本打開(kāi)的書(shū)，他能不費(fèi)力地閱讀它的文字。他用以將經(jīng)驗(yàn)的素材整理得井然有序的概念，仿佛是自發(fā)地從經(jīng)驗(yàn)本身，從那些絕妙的實(shí)驗(yàn)中涌流出來(lái)的。他像安排玩具那樣安排這些實(shí)驗(yàn)，如今又以富有感情的筆觸來(lái)詳盡地描述它們。在闡述中，他把實(shí)驗(yàn)家、理論家、技工以及藝術(shù)家(并不是不重要的)集于一身。他站在我們面前是那么堅(jiān)強(qiáng)、自信而又超群：他的每句話和每幅圖都顯出他在創(chuàng)造中的樂(lè)趣和精微的準(zhǔn)確性?！　》瓷洌凵?，透鏡成像，眼睛的作用模式，不同種光的光譜分解和再?gòu)?fù)合，反射望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，顏色理論的最初的基礎(chǔ)，虹霓的基本理論，從我們身旁列隊(duì)而過(guò)；而最后來(lái)的是他對(duì)薄膜顏色的觀察資料，它是下一個(gè)偉大理論進(jìn)展的起源，盡管這一進(jìn)展還不得不等到100多年后由托馬斯?楊(Thomas Young)來(lái)實(shí)現(xiàn)?！　∨ｎD的時(shí)代早已過(guò)去而被人遺忘了，他那一代人疑慮重重的努力連同他們的遭遇都已經(jīng)從我們的認(rèn)識(shí)范圍中消失了，然而一些偉大的思想家和藝術(shù)家的作品得以保留下來(lái)。這些作品給我們和我們的后人帶來(lái)了快樂(lè)，并使我們也因此而高尚起來(lái)。牛頓的各種發(fā)現(xiàn)都已進(jìn)入舉世公認(rèn)的知識(shí)寶庫(kù)：他的光學(xué)著作的這一新版仍然受到人們帶著由衷的感激之情的歡迎，因?yàn)閱问沁@本書(shū)就能使我們一睹這位偉人的個(gè)人活動(dòng)而獲得樂(lè)趣。

內(nèi)容概要

　　為了區(qū)別于時(shí)下被廣泛使用的“經(jīng)典”一詞，本書(shū)之稱之為“科學(xué)元典”，本“經(jīng)典”不通于歌迷們所說(shuō)的經(jīng)典”，也不于表演藝術(shù)家們朗誦的“科學(xué)經(jīng)典名著”。受歌迷歡迎的流行歌曲所說(shuō)的“經(jīng)典”，實(shí)際上是時(shí)尚的東西，其含義與我們所說(shuō)的代表傳統(tǒng)的經(jīng)典恰恰相反。表演藝術(shù)家們朗誦的“科學(xué)經(jīng)典名著”多是表現(xiàn)科學(xué)家們的情感和生活態(tài)度的散文，甚至反映科學(xué)家生活的話劇臺(tái)詞，它們可能膾炙人口，是否屬于人文領(lǐng)域里的經(jīng)典姑且不論，但基本上沒(méi)有科學(xué)內(nèi)容。并非著名科學(xué)大師的一切言論或者是廣為流傳的作品都是科學(xué)經(jīng)典?！　∵@里所謂的科學(xué)元典，是指科學(xué)經(jīng)典中最基本、最重要的著作，是在人類智識(shí)史和人類文明史上劃時(shí)代的豐碑，是理性精神的載體，具有永恒的價(jià)值?！　】茖W(xué)元典是科學(xué)史和人類文明史上劃時(shí)代的豐碑，是人類文化的優(yōu)秀遺產(chǎn)，是歷經(jīng)時(shí)間考驗(yàn)的不朽之作。它們不僅是偉大的科學(xué)創(chuàng)造的結(jié)晶，而且是科學(xué)精神、科學(xué)思想和科學(xué)方法的載體，具有永恒的意義和價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介

　　艾薩克·牛頓簡(jiǎn)介　　艾薩克·牛頓，Physics] newton（儒略歷1642年12月25日-1727年3月20日 格里歷（陽(yáng)歷）1643年1月4日-1727年3月31日）是英國(guó)偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家，同時(shí)他也是一個(gè)神學(xué)愛(ài)好者，晚年曾著力研究神學(xué)。1643年1月4日生于英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村，1727年3月20日在倫敦病逝。 　　牛頓1661年入英國(guó)劍橋大學(xué)三一學(xué)院，1665年獲文學(xué)士學(xué)位。隨后兩年在家鄉(xiāng)躲避瘟疫。這兩年里，他制定了一生大多數(shù)重要科學(xué)創(chuàng)造的藍(lán)圖。1667年回劍橋后當(dāng)選為三一學(xué)院院委，次年獲碩士學(xué)位。1669年任盧卡斯教授直到1701年。1696年任皇家造幣廠監(jiān)督，并移居倫敦。1703年任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。1706年受女王安娜封爵。他晚年潛心于自然哲學(xué)與神學(xué)。 　　牛頓在科學(xué)上最卓越的貢獻(xiàn)是創(chuàng)建了微積分和經(jīng)典力學(xué)。艾薩克·牛頓的名言　　1、如果說(shuō)我所看的比笛卡爾更遠(yuǎn)一點(diǎn)，那是因?yàn)檎驹诰奕思缟系木壒省?--牛頓（英國(guó)） 　　2、無(wú)知識(shí)的熱心，猶如在黑暗中遠(yuǎn)征。---牛頓（英國(guó)） 　　3、你該將名譽(yù)作為你最高人格的標(biāo)志。---牛頓（英國(guó)） 　　4、我的成就，當(dāng)歸功于精微的思索。---牛頓（英國(guó)） 　　5、你若想獲得知識(shí)，你該下苦功；你若想獲得食物，你該下苦功；你若想得到快樂(lè)，你也該下苦功，因?yàn)樾量嗍谦@得一切的定律。---牛頓（英國(guó)） 　　6、聰明人之所以不會(huì)成功，是由于他們?nèi)狈?jiān)韌的毅力。---牛頓（英國(guó)） 　　7、勝利者往往是從堅(jiān)持最后五分鐘的時(shí)間中得來(lái)成功。---牛頓（英國(guó)） 　　8、我不知道世人怎樣看我，但我自己以為我不過(guò)像一個(gè)在海邊玩耍的孩子，不時(shí)為發(fā)現(xiàn)比尋常更為美麗的一塊卵石或一片貝殼而沾沾自喜，至于展現(xiàn)在我面前的浩翰的真理海洋，卻全然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。---牛頓（英國(guó)）力學(xué)單位，國(guó)際單位單位制導(dǎo)出單位　　牛頓（國(guó)際單位），一種衡量受力大小的國(guó)際單位。　　在物理中牛頓（Newton，符號(hào)為N）是力的公制單位。它是以發(fā)現(xiàn)經(jīng)典力學(xué)的艾薩克·牛頓（Sir Isaac Newton）命名。　　牛頓是一個(gè)國(guó)際單位制導(dǎo)出單位，它是由kg·m·s·2的國(guó)際單位制基本單位導(dǎo)出，　　能使一千克質(zhì)量的物體獲得1米每二次方秒的加速度所需的力的大小定義為1牛頓。牛頓-拉夫遜法　　牛頓法（Newtons method）又稱為牛頓-拉夫遜方法（Newton-Raphson method），它是一種在實(shí)數(shù)域和復(fù)數(shù)域上近似求解方程的方法。方法使用函數(shù)f（x）的泰勒級(jí)數(shù)的前面幾項(xiàng)來(lái)尋找方程f（x） = 0的根。牛頓與二項(xiàng)式定理　　在一六六五年，剛好二十二歲的牛頓發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定理，這對(duì)于微積分的充分發(fā)展是必不可少的一步。二項(xiàng)式定理把能為直接計(jì)算所發(fā)現(xiàn)的 　　等簡(jiǎn)單結(jié)果推廣如下的形式　　推廣形式　　二項(xiàng)式級(jí)數(shù)展開(kāi)式是研究級(jí)數(shù)論、函數(shù)論、數(shù)學(xué)分析、方程理論的有力工具。在今天我們會(huì)發(fā)覺(jué)這個(gè)方法只適用于ｎ是正整數(shù)，當(dāng)ｎ是正整數(shù)１，２，３，....... ，級(jí)數(shù)終止在正好是ｎ＋１項(xiàng)。如果ｎ不是正整數(shù)，級(jí)數(shù)就不會(huì)終止，這個(gè)方法就不適用了。但是我們要知道那時(shí)，萊布尼茨在一六九四年才引進(jìn)函數(shù)這個(gè)詞，在微積分早期階段，研究超越函數(shù)時(shí)用它們的級(jí)來(lái)處理是所用方法中最有成效的。創(chuàng)建微積分　　牛頓在數(shù)學(xué)上最卓越的成就是創(chuàng)建微積分。他超越前人的功績(jī)?cè)谟?，他將古希臘以來(lái)求解無(wú)限小問(wèn)題的各種特殊技巧統(tǒng)一為兩類普遍的算法－－微分和積分，并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系，如：面積計(jì)算可以看作求切線的逆過(guò)程。　　那時(shí)萊布尼茲剛好亦提出微積分研究報(bào)告，更因此引發(fā)了一場(chǎng)微積分發(fā)明專利權(quán)的爭(zhēng)論，直到萊氏去世才停息。而后世己認(rèn)定微積是他們同時(shí)發(fā)明的?！　∥⒎e分方法上，牛頓所作出的極端重要的貢獻(xiàn)是，他不但清楚地看到，而且大膽地運(yùn)用了代數(shù)所提供的大大優(yōu)越于幾何的方法論。他以代數(shù)方法取代了卡瓦列里、格雷哥里、惠更斯和巴羅的幾何方法，完成了積分的代數(shù)化。從此，數(shù)學(xué)逐漸從感覺(jué)的學(xué)科轉(zhuǎn)向思維的學(xué)科。　　微積產(chǎn)生的初期，由于還沒(méi)有建立起鞏固的理論基礎(chǔ)，被有些別有用心者鉆空子。更因此而引發(fā)了著名的第二次數(shù)學(xué)危機(jī)。這個(gè)問(wèn)題直到十九世紀(jì)極限理論建立，才得到解決。推進(jìn)方程論，開(kāi)拓變分法　　牛頓在代數(shù)方面也作出了經(jīng)典的貢獻(xiàn)，他的《廣義算術(shù)》大大推動(dòng)了方程論。他發(fā)現(xiàn)實(shí)多項(xiàng)式的虛根必定成雙出現(xiàn)，求多項(xiàng)式根的上界的規(guī)則，他以多項(xiàng)式的系數(shù)表示多項(xiàng)式的根ｎ次冪之和公式，給出實(shí)多項(xiàng)式虛根個(gè)數(shù)的限制的笛卡兒符號(hào)規(guī)則的一個(gè)推廣?！　∨ｎD在還設(shè)計(jì)了求數(shù)值方程的實(shí)根近似值的對(duì)數(shù)和超越方程都適用的一種方法，該方法的修正，現(xiàn)稱為牛頓方法?！　∨ｎD在力學(xué)領(lǐng)域也有偉大的發(fā)現(xiàn)，這是說(shuō)明物體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)。第-運(yùn)動(dòng)定律是伽利略發(fā)現(xiàn)的。這個(gè)定律闡明，如果物體處于靜止或作恒速直線運(yùn)動(dòng)，那么只要沒(méi)有外力作用，它就仍將保持靜止或繼續(xù)作勻速直線運(yùn)動(dòng)。這個(gè)定律也稱慣性定律，它描述了力的一種性質(zhì)：力可以使物體由靜止到運(yùn)動(dòng)和由運(yùn)動(dòng)到靜止，也可以使物體由一種運(yùn)動(dòng)形式變化為另一種形式。此被稱為牛頓第一定律。力學(xué)中最重要的問(wèn)題是物體在類似情況下如何運(yùn)動(dòng)。牛頓第二定律解決了這個(gè)問(wèn)題；該定律被看作是古典物理學(xué)中最重要的基本定律。牛頓第二定律定量地描述了力能使物體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化。它說(shuō)明速度的時(shí)間變化率（即加速度a與力F成正比，而與物體的質(zhì)量里成反比，即a=F/m或F＝ma；力越大，加速度也越大；質(zhì)量越大，加速度就越小。力與加速度都既有量值又有方向。加速度由力引起，方向與力相同；如果有幾個(gè)力作用在物體上，就由合力產(chǎn)生加速度，第二定律是最重要的，動(dòng)力的所有基本方程都可由它通過(guò)微積分推導(dǎo)出來(lái)?！　〈送?，牛頓根據(jù)這兩個(gè)定律制定出第三定律。牛頓第三定律指出，兩個(gè)物體的相互作用總是大小相等而方向相反。對(duì)于兩個(gè)直接接觸的物體，這個(gè)定律比較易于理解。書(shū)本對(duì)子桌子向下的壓力等于桌子對(duì)書(shū)本的向上的托力，即作用力等于反作用力。引力也是如此，飛行中的飛機(jī)向上拉地球的力在數(shù)值上等于地球向下拉飛機(jī)的力。牛頓運(yùn)動(dòng)定律廣泛用于科學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題上。牛頓運(yùn)動(dòng)定律　　牛頓運(yùn)動(dòng)定律是伊薩克·牛頓提出了物理學(xué)的三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律的總稱，被譽(yù)為是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。　　為“牛頓第一定律（慣性定律：一切物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。--它明確了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系及提出了慣性的概念）”、“牛頓第二定律（物體的加速度跟物體所受的合外力F成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。）公式：F=ma”、“牛頓第三定律（兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，在同一條直線上，大小相等，方向相反。）”　　牛頓法?　　解非線性方程?f（x）=0?的牛頓（Newton） 法，就是將非線性方程線性化的一種方法。它是解代數(shù)方程和超越方程的有效方法之 一。?　　一 牛頓法的基本思想?　　把非線性函數(shù)f（x）在 處展開(kāi)成 泰勒級(jí)數(shù)　　??f（x）=f（ ）+（x- ）f′（ ）+（x- ） + …?　　取其線性部分，作為非線性方程f（x）=0的近似方程，則有　　??f（ ）+（x- ） f′（ ）=0?　　?設(shè)?f′（ ）≠0?，則其解為??x = - （1）??　　再把f（x）在x 處展開(kāi)為泰勒級(jí)數(shù)，取其線性部分為f（x）=0的近似方程，若　　f′（x ） ≠0，則得x = - 如此繼續(xù)下去，得到牛頓法的迭代公式：x = - ? （n=0，1，2，…） （2）??　　例1 用牛頓法求方程f（x）=x +4x -10=0在［1，2］內(nèi)一個(gè)實(shí)根，取初始近似值??x =1.5?。 ??　　解 ?f′（x）=3x +8x??所以迭代公式為：　　x = -? n=0，1， 2，…??其它　　Apple Newton，由蘋(píng)果電腦公司制造的掌上電腦?！　ewton世界上第一款掌上電腦，由蘋(píng)果電腦公司于1993年開(kāi)始制造，但是因?yàn)閚ewton在市場(chǎng)上找不到其定位而需求量低而停止發(fā)展，1997年停止了生產(chǎn)。牛頓的勤奮學(xué)習(xí)　　一談到近代科學(xué)開(kāi)創(chuàng)者牛頓，人們可能認(rèn)為他小時(shí)候一定是個(gè)“神童”、“天才”、有著非凡的智力。其實(shí)不然，牛頓童年身體瘦弱，頭腦并不聰明。在家鄉(xiāng)讀書(shū)的時(shí)候，很不用功，在班里的學(xué)習(xí)成績(jī)屬于次等。但他的興趣卻是廣泛的，游戲的本領(lǐng)也比一般兒童高?！　∨ｎD愛(ài)好制作機(jī)械模型一類的玩藝兒，如風(fēng)車、水車、日晷等等。他精心制作的一只水鐘，計(jì)時(shí)較準(zhǔn)確，得到了人們的贊許。有時(shí)，他玩的方法也很奇特。一天，他作了一盞燈籠掛在風(fēng)箏尾巴上。當(dāng)夜幕降臨時(shí)，點(diǎn)燃的燈籠借風(fēng)箏上升的力升入空中。發(fā)光的燈籠在空中流動(dòng)，人們大驚，以為是出現(xiàn)了彗星。盡管如此，因?yàn)樗麑W(xué)習(xí)成績(jī)不好，還是經(jīng)常受到歧視。 　　時(shí)間對(duì)人是一視同仁的，給人以同等的量，但人對(duì)時(shí)間的利用不同，而所得的知識(shí)也大不一樣。 　　牛頓十六歲時(shí)數(shù)學(xué)知識(shí)還很膚淺，對(duì)高深的數(shù)學(xué)知識(shí)甚至可以說(shuō)是不懂?！爸R(shí)在于積累，聰明來(lái)自學(xué)習(xí)”。牛頓下決心靠自己的努力攀上數(shù)學(xué)的高峰。在基礎(chǔ)差的不利條件下，牛頓能正確認(rèn)識(shí)自己，知難而進(jìn)。他從基礎(chǔ)知識(shí)、基本公式重新學(xué)起，扎扎實(shí)實(shí)、步步推進(jìn)。他研究完了歐幾里德幾何學(xué)后，又研究笛卡兒幾何學(xué)，對(duì)比之下覺(jué)得歐幾里德幾何學(xué)膚淺，便悉心鉆研笛氏幾何學(xué)，直到掌握要領(lǐng)、融會(huì)貫通。遂之發(fā)明了代數(shù)二項(xiàng)式定理。傳說(shuō)中牛頓“大暴風(fēng)中算風(fēng)力”的佳話，可為牛頓身體力學(xué)的佐證。有一天，天刮著大風(fēng)暴。風(fēng)撒野地呼號(hào)著，塵土飛揚(yáng)，迷迷漫漫，使人難以睜眼。牛頓認(rèn)為這是個(gè)準(zhǔn)確地研究和計(jì)算風(fēng)力的好機(jī)會(huì)。于是，便拿著用具，獨(dú)自在暴風(fēng)中來(lái)回奔走。他踉踉蹌蹌、吃力地測(cè)量著。幾次沙塵迷了眼睛，幾次風(fēng)吹走了算紙，幾次風(fēng)使他不得不暫停工作，但都沒(méi)有動(dòng)搖他求知的欲望。他一遍又一遍，終于求得了正確的數(shù)據(jù)。他快樂(lè)極了，急忙跑回家去，繼續(xù)進(jìn)行研究。 　　有志者事竟成。經(jīng)過(guò)勤奮學(xué)習(xí)，牛頓為自己的科學(xué)高塔打下了深厚的基礎(chǔ)。不久，牛頓的數(shù)學(xué)高塔就建成了，二十二歲時(shí)發(fā)明了微分學(xué)，二十三歲時(shí)發(fā)明了積分學(xué)，為人類科學(xué)事業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn)。 　　牛頓是個(gè)十分謙虛的人，從不自高自大。曾經(jīng)有人問(wèn)牛頓：“你獲得成功的秘訣是什么·”牛頓回答說(shuō)：“假如我有一點(diǎn)微小成就的話，沒(méi)有其它秘訣，唯有勤奮而已?！薄　∩倌昱ｎD 　　1643年1月4日，在英格蘭林肯郡小鎮(zhèn)沃爾索浦的一個(gè)自耕農(nóng)家庭里，牛頓誕生了。牛頓是一個(gè)早產(chǎn)兒，出生時(shí)只有三磅重，接生婆和他的親人都擔(dān)心他能否活下來(lái)。誰(shuí)也沒(méi)有料到這個(gè)看起來(lái)微不足道的小東西會(huì)成為了一位震古爍今的科學(xué)巨人，并且竟活到了84歲的高齡?！　∨ｎD出生前三個(gè)月父親便去世了。在他兩歲時(shí)，母親改嫁給一個(gè)牧師，把牛頓留在外祖母身邊撫養(yǎng)。11歲時(shí)，母親的后夫去世，母親帶著和后夫所生的一子二女回到牛頓身邊。牛頓自幼沉默寡言，性格倔強(qiáng)，這種習(xí)性可能來(lái)自它的家庭處境?！　〈蠹s從五歲開(kāi)始，牛頓被送到公立學(xué)校讀書(shū)。少年時(shí)的牛頓并不是神童，他資質(zhì)平常，成績(jī)一般，但他喜歡讀書(shū)，喜歡看一些介紹各種簡(jiǎn)單機(jī)械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動(dòng)手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風(fēng)車、木鐘、折疊式提燈等等?！　髡f(shuō)小牛頓把風(fēng)車的機(jī)械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他將老鼠綁在一架有輪子的踏車上，然后在輪子的前面放上一粒玉米，剛好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不斷的跑動(dòng)，于是輪子不停的轉(zhuǎn)動(dòng)；又一次他放風(fēng)箏時(shí)，在繩子上懸掛著小燈，夜間村人看去驚疑是彗星出現(xiàn)；他還制造了一個(gè)小水鐘。每天早晨，小水鐘會(huì)自動(dòng)滴水到他的臉上，催他起床。他還喜歡繪畫(huà)、雕刻，尤其喜歡刻日晷，家里墻角、窗臺(tái)上到處安放著他刻畫(huà)的日晷，用以驗(yàn)看日影的移動(dòng)。　　牛頓12歲時(shí)進(jìn)了離家不遠(yuǎn)的格蘭瑟姆中學(xué)。牛頓的母親原希望他成為一個(gè)農(nóng)民，但牛頓本人卻無(wú)意于此，而酷愛(ài)讀書(shū)。隨著年歲的增大，牛頓越發(fā)愛(ài)好讀書(shū)，喜歡沉思，做科學(xué)小實(shí)驗(yàn)。他在格蘭瑟姆中學(xué)讀書(shū)時(shí)，曾經(jīng)寄宿在一位藥劑師家里，使他受到了化學(xué)試驗(yàn)的熏陶。　　牛頓在中學(xué)時(shí)代學(xué)習(xí)成績(jī)并不出眾，只是愛(ài)好讀書(shū)，對(duì)自然現(xiàn)象由好奇心，例如顏色、日影四季的移動(dòng)，尤其是幾何學(xué)、哥白尼的日心說(shuō)等等。他還分門(mén)別類的記讀書(shū)筆記，又喜歡別出心裁的作些小工具、小技巧、小發(fā)明、小試驗(yàn)?！　‘?dāng)時(shí)英國(guó)社會(huì)滲透基督教新思想，牛頓家里有兩位都以神父為職業(yè)的親戚，這可能影響牛頓晚年的宗教生活。從這些平凡的環(huán)境和活動(dòng)中，還看不出幼年的牛頓是個(gè)才能出眾異于常人的兒童?！　『髞?lái)迫于生活，母親讓牛頓停學(xué)在家務(wù)農(nóng)，贍養(yǎng)家庭。但牛頓一有機(jī)會(huì)便埋首書(shū)卷，以至經(jīng)常忘了干活。每次，母親叫他同傭人一道上市場(chǎng)，熟悉做交易的生意經(jīng)時(shí)，他便懇求傭人一個(gè)人上街，自己則躲在樹(shù)叢后看書(shū)。有一次，牛頓的舅父起了疑心，就跟蹤牛頓上市鎮(zhèn)去，發(fā)現(xiàn)他的外甥伸著腿，躺在草地上，正在聚精會(huì)神地鉆研一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題。牛頓的好學(xué)精神感動(dòng)了舅父，于是舅父勸服了母親讓牛頓復(fù)學(xué)，并鼓勵(lì)牛頓上大學(xué)讀書(shū)。牛頓又重新回到了學(xué)校，如饑似渴地汲取著書(shū)本上的營(yíng)養(yǎng)。據(jù)說(shuō)有一次，他去郊外游玩，之后靠在一棵蘋(píng)果樹(shù)下休息，忽然，一個(gè)蘋(píng)果從樹(shù)上掉下來(lái)。他覺(jué)得很奇怪，為什么蘋(píng)果會(huì)從上往下掉而不是從下往上升·他帶著這個(gè)疑問(wèn)回到了家里研究，后來(lái)他通過(guò)論證發(fā)現(xiàn)原來(lái)地球是有引力的能把物體吸住。隨后，就出現(xiàn)了《牛頓物理引力學(xué)》。求學(xué)歲月　　1661年，19歲的牛頓以減費(fèi)生的身份進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，靠為學(xué)院做雜務(wù)的收入支付學(xué)費(fèi)，1664年成為獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，1665年獲學(xué)士學(xué)位?！　?7世紀(jì)中葉，劍橋大學(xué)的教育制度還滲透著濃厚的中世紀(jì)經(jīng)院哲學(xué)的氣味，當(dāng)牛頓進(jìn)入劍橋時(shí)，那里還在傳授一些經(jīng)院式課程，如邏輯、古文、語(yǔ)法、古代史、神學(xué)等等。兩年后三一學(xué)院出現(xiàn)了新氣象，盧卡斯創(chuàng)設(shè)了一個(gè)獨(dú)辟蹊徑的講座，規(guī)定講授自然科學(xué)知識(shí)，如地理、物理、天文和數(shù)學(xué)課程?！　≈v座的第一任教授伊薩克·巴羅是個(gè)博學(xué)的科學(xué)家。這位學(xué)者獨(dú)具慧眼，看出了牛頓具有深邃的觀察力、敏銳的理解力。于是將自己的數(shù)學(xué)知識(shí)，包括計(jì)算曲線圖形面積的方法，全部傳授給牛頓，并把牛頓引向了近代自然科學(xué)的研究領(lǐng)域?！　≡谶@段學(xué)習(xí)過(guò)程中，牛頓掌握了算術(shù)、三角，讀了開(kāi)普勒的《光學(xué)》，笛卡爾的《幾何學(xué)》和《哲學(xué)原理》，伽利略的《兩大世界體系的對(duì)話》，胡克的《顯微圖集》，還有皇家學(xué)會(huì)的歷史和早期的哲學(xué)學(xué)報(bào)等?！　∨ｎD在巴羅門(mén)下的這段時(shí)間，是他學(xué)習(xí)的關(guān)鍵時(shí)期。巴羅比牛頓大12歲，精于數(shù)學(xué)和光學(xué)，他對(duì)牛頓的才華極為贊賞，認(rèn)為牛頓的數(shù)學(xué)才華超過(guò)自己。后來(lái)，牛頓在回憶時(shí)說(shuō)道：“巴羅博士當(dāng)時(shí)講授關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)的課程，也許正是這些課程促使我去研究這方面的問(wèn)題?！薄　‘?dāng)時(shí)，牛頓在數(shù)學(xué)上很大程度是依靠自學(xué)。他學(xué)習(xí)了歐幾里得的《幾何原本》、笛卡兒的《幾何學(xué)》、沃利斯的《無(wú)窮算術(shù)》、巴羅的《數(shù)學(xué)講義》及韋達(dá)等許多數(shù)學(xué)家的著作。其中，對(duì)牛頓具有決定性影響的要數(shù)笛卡兒的《幾何學(xué)》和沃利斯的《無(wú)窮算術(shù)》，它們將牛頓迅速引導(dǎo)到當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)最前沿～解析幾何與微積分。1664年，牛頓被選為巴羅的助手，第二年，劍橋大學(xué)評(píng)議會(huì)通過(guò)了授予牛頓大學(xué)學(xué)士學(xué)位的決定?！　?665～1666年嚴(yán)重的鼠疫席卷了倫敦，劍橋離倫敦不遠(yuǎn)，為恐波及，學(xué)校因此而停課，牛頓于1665年6月離校返鄉(xiāng)?！　∮捎谂ｎD在劍橋受到數(shù)學(xué)和自然科學(xué)的熏陶和培養(yǎng)，對(duì)探索自然現(xiàn)象產(chǎn)生濃厚的興趣，家鄉(xiāng)安靜的環(huán)境又使得他的思想展翅飛翔。1665～1666年這段短暫的時(shí)光成為牛頓科學(xué)生涯中的黃金歲月，他在自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)思潮奔騰，才華迸發(fā)，思考前人從未思考過(guò)的問(wèn)題，踏進(jìn)了前人沒(méi)有涉及的領(lǐng)域，創(chuàng)建了前所未有的驚人業(yè)績(jī)?！　?665年初，牛頓創(chuàng)立級(jí)數(shù)近似法，以及把任意冪的二項(xiàng)式化為一個(gè)級(jí)數(shù)的規(guī)則；同年11月，創(chuàng)立正流數(shù)法（微分）；次年1月，用三棱鏡研究顏色理論；5月，開(kāi)始研究反流數(shù)法（積分）。這一年內(nèi)，牛頓開(kāi)始想到研究重力問(wèn)題，并想把重力理論推廣到月球的運(yùn)動(dòng)軌道上去。他還從開(kāi)普勒定律中推導(dǎo)出使行星保持在它們的軌道上的力必定與它們到旋轉(zhuǎn)中心的距離平方成反比。牛頓見(jiàn)蘋(píng)果落地而悟出地球引力的傳說(shuō)，說(shuō)的也是此時(shí)發(fā)生的軼事?！　】傊?，在家鄉(xiāng)居住的兩年中，牛頓以比此后任何時(shí)候更為旺盛的精力從事科學(xué)創(chuàng)造，并關(guān)心自然哲學(xué)問(wèn)題。他的三大成就：微積分、萬(wàn)有引力、光學(xué)分析的思想都是在這時(shí)孕育成形的?？梢哉f(shuō)此時(shí)的牛頓已經(jīng)開(kāi)始著手描繪他一生大多數(shù)科學(xué)創(chuàng)造的藍(lán)圖。　　1667年復(fù)活節(jié)后不久，牛頓返回到劍橋大學(xué)，10月1日被選為三一學(xué)院的仲院侶（初級(jí)院委），翌年3月16日獲得碩士學(xué)位，同時(shí)成為正院侶（高級(jí)院委）。1669年10月27日，巴羅為了提攜牛頓而辭去了教授之職，26歲的牛頓晉升為數(shù)學(xué)教授，并擔(dān)任盧卡斯講座的教授。巴羅為牛頓的科學(xué)生涯打通了道路，如果沒(méi)有牛頓的舅父和巴羅的幫助，牛頓這匹千里馬可能就不會(huì)馳騁在科學(xué)的大道上。巴羅讓賢，這在科學(xué)史上一直被傳為佳話?！　ゴ蟮某删汀⑽⒎e分　　在牛頓的全部科學(xué)貢獻(xiàn)中，數(shù)學(xué)成就占有突出的地位。他數(shù)學(xué)生涯中的第一項(xiàng)創(chuàng)造性成果就是發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定理。據(jù)牛頓本人回憶，他是在1664年和1665年間的冬天，在研讀沃利斯博士的《無(wú)窮算術(shù)》時(shí)，試圖修改他的求圓面積的級(jí)數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)這一定理的?！　〉芽柕慕馕鰩缀伟衙枋鲞\(yùn)動(dòng)的函數(shù)關(guān)系和幾何曲線相對(duì)應(yīng)。牛頓在老師巴羅的指導(dǎo)下，在鉆研笛卡爾的解析幾何的基礎(chǔ)上，找到了新的出路?？梢园讶我鈺r(shí)刻的速度看是在微小的時(shí)間范圍里的速度的平均值，這就是一個(gè)微小的路程和時(shí)間間隔的比值，當(dāng)這個(gè)微小的時(shí)間間隔縮小到無(wú)窮小的時(shí)候，就是這一點(diǎn)的準(zhǔn)確值。這就是微分的概念?！　∏笪⒎窒喈?dāng)于求時(shí)間和路程關(guān)系得在某點(diǎn)的切線斜率。一個(gè)變速的運(yùn)動(dòng)物體在一定時(shí)間范圍里走過(guò)的路程，可以看作是在微小時(shí)間間隔里所走路程的和，這就是積分的概念。求積分相當(dāng)于求時(shí)間和速度關(guān)系的曲線下面的面積。牛頓從這些基本概念出發(fā)，建立了微積分?！　∥⒎e分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學(xué)成就。牛頓為解決運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學(xué)理論的，牛頓稱之為"流數(shù)術(shù)"。它所處理的一些具體問(wèn)題，如切線問(wèn)題、求積問(wèn)題、瞬時(shí)速度問(wèn)題以及函數(shù)的極大和極小值問(wèn)題等，在牛頓前已經(jīng)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(duì)以往分散的努力加以綜合，將自古希臘以來(lái)求解無(wú)限小問(wèn)題的各種技巧統(tǒng)一為兩類普通的算法--微分和積分，并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系，從而完成了微積分發(fā)明中最關(guān)鍵的一步，為近代科學(xué)發(fā)展提供了最有效的工具，開(kāi)辟了數(shù)學(xué)上的一個(gè)新紀(jì)元?！　∨ｎD沒(méi)有及時(shí)發(fā)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(dá)形式更加合理，而且關(guān)于微積分的著作出版時(shí)間也比牛頓早?！　≡谂ｎD和萊布尼茨之間，為爭(zhēng)論誰(shuí)是這門(mén)學(xué)科的創(chuàng)立者的時(shí)候，竟然引起了一場(chǎng)悍然大波，這種爭(zhēng)吵在各自的學(xué)生、支持者和數(shù)學(xué)家中持續(xù)了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，造成了歐洲大陸的數(shù)學(xué)家和英國(guó)數(shù)學(xué)家的長(zhǎng)期對(duì)立。英國(guó)數(shù)學(xué)在一個(gè)時(shí)期里閉關(guān)鎖國(guó)，囿于民族偏見(jiàn)，過(guò)于拘泥在牛頓的“流數(shù)術(shù)”中停步不前，因而數(shù)學(xué)發(fā)展整整落后了一百年?！　?yīng)該說(shuō)，一門(mén)科學(xué)的創(chuàng)立決不是某一個(gè)人的業(yè)績(jī)，它必定是經(jīng)過(guò)多少人的努力后，在積累了大量成果的基礎(chǔ)上，最后由某個(gè)人或幾個(gè)人總結(jié)完成的。微積分也是這樣，是牛頓和萊布尼茨在前人的基礎(chǔ)上各自獨(dú)立的建立起來(lái)的?！　?707年，牛頓的代數(shù)講義經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術(shù)》。他主要討論了代數(shù)基礎(chǔ)及其（通過(guò)解方程）在解決各類問(wèn)題中的應(yīng)用。書(shū)中陳述了代數(shù)基本概念與基本運(yùn)算，用大量實(shí)例說(shuō)明了如何將各類問(wèn)題化為代數(shù)方程，同時(shí)對(duì)方程的根及其性質(zhì)進(jìn)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(guān)系，指出可以利用方程系數(shù)確定方程根之冪的和數(shù)，即“牛頓冪和公式”?！　∨ｎD對(duì)解析幾何與綜合幾何都有貢獻(xiàn)。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(jì)算曲線的曲率方法。并將自己的許多研究成果總結(jié)成專論《三次曲線枚舉》，于1704年發(fā)表。此外，他的數(shù)學(xué)工作還涉及數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領(lǐng)域。

書(shū)籍目錄

《光學(xué)》導(dǎo)讀愛(ài)因斯坦序聲明聲明Ⅰ聲明Ⅱ第四版聲明第一編第一部分定義1-8公理1-8命題1-8第二部分命題1-11第二編第一部分 關(guān)于薄的透明物體的反射、折射和顏色的觀察第二部分 評(píng)論前述觀察第三部分 關(guān)于自然界物體的永久顏色和它們與透明薄片的顏色之間的類似性第四部分 關(guān)于厚透明拋光片的反射和顏色的觀察第三編第一部分 關(guān)于光線的拐折以及由此產(chǎn)生的顏色的觀察疑問(wèn)1-31譯后記

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