物理学和伟大的科学家们.doc

1、本文是名为 ooooooops 网友的大作（原文为爱因斯坦评传，但在后面的帖子中讲诉了很多物理学史的典故，所以我把它改名了）结趣味和科学于一体，希望有兴趣的朋友耐心慢慢看看 一 天降牛顿 沧海月明夜， 万物匿其形， 天公降牛顿， 处处皆光明。 公元 1642 年大概是整个物理学史上最为出名的一年，但这一点在当时只怕并不能为英格兰东部林肯郡一个名叫沃尔斯索普的小村里的居民能认识到。其时正值圣诞节前夜，风雪之中一位村妇行色匆匆地赶往医生家中，她在胸口不停地划着十字，嘴中还在叨念，那个牛顿家的早产儿不知道怎么到底怎么样了？她在村里干了多年的接生婆，却从来没有见过如此瘦小的婴孩，那个孩子象猫儿一样蜷在

2、母亲的怀抱里，甚至一品脱的杯子就可以把他盛下。孩子刚出世的时候紧闭小嘴，脸色铁青，幸好边上有一位醉醺醺的神父，他情急之下把一杯烈酒泼洒在婴儿身上，孩子才猛醒一般大声哭叫起来。 事隔多年之后，神父犹为当年的急智洋洋得意，因为他拯救的哪里是个病恹恹的小生命，而是世界上最伟大的人。 伊萨克牛顿静悄悄地来到人世的这一年，正赶上大物理学家迦利略的去世。这对刚复兴的物理学来说无疑是一沉重的打击，何况迦利略临死前不久还被人拖到宗教法庭上伏法认罪，知者无不心寒。这位德高望重的领袖一去，整个物理学不免显得萧索起来，很长一段时间都没有什么进展，世界仍是迷雾重重，也许大家都在等待那个拨开迷雾的人。 但小牛顿是不知道

3、这些的，他从来不知道迦利略是谁。对他来说最快乐的事情莫过于坐在河边看磨房风车的转动，或者水中小鱼的游荡。 他不愿意回家。说起来这个孩子的身世颇为凄惨，他出生前的三个月父亲就去世了，而后他母亲又改嫁到一个名叫史密斯的牧师家中。这位牧师面慈心狠，经常虐待牛顿不说，还不让他见母亲的面，后来几个弟妹的相继出世使得牛顿在家中更无地位可言。 在学校里牛顿也并没有讨到老师的喜欢，各门功课差得一塌糊涂，而且由于身形瘦小，成为诸多顽童欺负的对象。小牛顿生性内向，在外人面前很是腼腆，纵使受了欺侮也很少回击，他只喜欢和班上的女孩子来往，经常制作一些小玩偶之类的玩具送给她们。 有一次牛顿精心模仿磨房里的风车制作了一个

4、模型，他得意地拿到班上炫耀，这是他难得开心的时刻，但班上那个成绩最好的学生反问了他一句，你知道风车是怎么转起来的么，老实的牛顿立时目瞪口呆。哄笑声中那个成绩好的孩子将风车扔在地上踩个稀烂，牛顿再也忍不住了，他愤怒地拔拳相向，那个孩子虽然比他高一大截，但在牛顿凌厉的攻势之下无招架之力。事后牛顿跑到小河边痛哭了一场，他发誓今后一定要出人头地。 这件事对牛顿的影响极深，直到他晚年仍不时地提及。自此之后，牛顿门门功课都是全优，所有的老师和学生都是刮目相看。牛顿除了学习成绩惊人以外，课外他更喜欢动手制作一些新发明。 此时牛顿作为天才物理学家的能力已经显现出来，一次他观察到自己身体的影子随着太阳的转动长短

5、发生了变化，就萌生了制作日晷的念头。他在家中大门上画满了刻度，随眼一瞥就能报出准确到分钟的时间，与教堂里的大挂钟别无二致。后来教堂里的钟出了问题，村里人干脆就拿牛顿的太阳钟做标准时间，一直用到牛顿逝世后几十年。 18 岁那年，牛顿终于得尝所愿，来到了著名的剑桥大学三一学院，当时的大学大多带有神学院的性质，三一学院的院名也是借指神学上的圣父，圣子，圣灵的三位一体。 牛顿对宗教的兴趣大概也是始于剑桥，但他最喜欢的还是物理和数学。在大学里牛顿仍是性格孤僻，很少与人交往，早在读中学的时候他就发现自己的智力高得和普通学生不可同日而语，现在到了英国的最高学府，情况却没有什么变化。 同学们之间的话题他从来没

6、有兴趣参与，而指导老师普雷因教授也整天只是忙着招募弟子。当时教授们的收入完全来自学生们的学费，也无怪普雷因教授一连招收了五六十名弟子，几乎落得人贩子的美名。老师根本没时间指导牛顿，遑论能有心思回答他那些精灵古怪的问题了，最后普雷因教授干脆列了一个书单，上面都是自古流传的经典名作，内容涉及到数学，哲学，宗教等等，在这几年里牛顿的任务就是把它们读完就算了结了学业。 此法果然奏效，牛顿再也没来找过他，而是埋头到那些书目之中。他一边读书一边作笔记，上面写满了他对各类科学问题惊世骇俗的看法。无论谁看了，都决不能相信这居然出自一个二十多岁的年青人之手，直到今天牛顿的这些手稿还在被一些史学家，科学家细细研究

7、。 在剑桥大学里唯一能让牛顿动心的是著名的卢卡斯讲座，这一讲座是当时剑桥大学里唯一涉及到自然科学的讲座，而且通常都是由最负名望的学者轮流主持，第一任执掌教席的乃是巴罗教授。这位巴罗教授也算得上是一位奇才，十八岁便在三一学院获得博士学位，他精通数学，还先后担任过希腊文，哲学教授，被誉为整个欧洲最为出色的学者。 巴罗教授的报告牛顿开始是每场必听，并且通常坐在最后一排。每当巴罗讲到一些艰涩难懂的地方，经常会抽眼关注一下听众的表情，台下人人神色凝重，即便是资深教授也会微微皱起眉头，全场只有坐在后排的那个金发小个子嘴角微撇，一幅满不在乎的神情。 更令巴罗惊异的是几次报告之后却见不到牛顿的人影，他索性直接

8、在宿舍里找到了牛顿，原来牛顿竟认为他所讲的已经丧失新意，根本听之无趣。一番倾谈之下，巴罗对牛顿极是看中。这个年青人聪慧过人，眼界高远，学识水平远出齐辈，尤其在数学上更是极负天资，很多复杂的定理公式在他手中如同儿戏。然而当他无意中提到几个简单的几何问题时，牛顿却眨眨眼睛接不上话，细细盘问之下却发现他居然根本不懂最简单的欧氏几何学。 当下巴罗大惊失色：“你是怎么看懂笛卡儿的几何学的？“ 在刚才的谈话中牛顿曾对当代数学大师笛卡儿的几何学提出一些很是高明的见解。 不料牛顿更是满脸狐疑：“那是我没事的时候翻着玩的，难道还先得学什么欧氏几何不可么？“ 巴罗低下头去半晌无语，他深知笛卡儿著的那本几何学极尽烦

9、琐之能事，其中不但充满了晦涩的哲学术语，通篇公式之繁杂更是前所罕见，而眼前这位小伙子居然在丝毫不通基本几何学的情况下居然能全盘理解，融会贯通，那不是天才是什么？嘿嘿，那位人贩子普雷因教授，着实误人不浅。 此后巴罗教授对牛顿更是青眼相加，有时候在卢卡斯讲座讲到精妙费解之处，就让牛顿站出来侃侃而谈，台下听众尽多博学之士，然则这位年青人说理清澈，功力精湛，竟是谁也找不出毛病来。 一次，牛顿在讲说之中灵感忽现，便当即连讲带写展示了他的想法，其中的数学公式极是艰难，写在黑板上便是极长的一串，牛顿面不改色，心脑并用，转眼间就给出答案，包括巴罗在内的所有听众无不面面相觑，全场一片静寂。 最后巴罗教授站了起来

10、，缓缓道：“伊萨克牛顿，我不得不遗憾地告诉你，作为导师，我实在不能再教你什么了，“，然后把目光转向其他听众“ 诸位，我提请你们注意一下，眼前的这位年青人终将执掌卢卡斯教席，而他一旦执掌，只怕教席的轮流制就此废止了。“ 巴罗教授毕竟是大有眼光的人物，在牛顿二十六岁那年就以教授的身份接掌卢卡斯教席，而且一直到他五十岁之后自愿放弃为止。 牛顿如此受巴罗教授的赏识倒也不仅靠他的天才。巴罗教授生平阅人无数，而剑大更是英才辈出，牛顿的天分固然是无与伦比，他的勤奋更是不作第二人想。 其实用勤奋这种字眼来形容牛顿还是太肤浅了，因为科学在他而言甚于生命。当时剑大的学生各个风流潇洒，马场，剧院，舞厅都少不了他们的

11、身影，惟独牛顿一人整日埋头书桌，不与人交往，更遑论唱歌跳舞之类的活动。 巴罗教授的点拨使牛顿眼界大开，而他介绍给牛顿的欧几里得所著的几何原本一书更是让牛顿明白了如何建立一套公理完备的科学体系。加强了基础之后他抽空又把笛卡儿的几何学从头至尾看了一遍，找到了其中大量的错误，他简直就象跟作者赛跑一般，一边读着书一边就远远地超出了作者的水平。 一段时间里牛顿狂热地迷上天文。其时的天文学经过多年积累，资料已颇为丰厚，尤其在大天文学家第谷的毕生努力下，整理出行星运动的极多数据。同屋的人曾怀疑牛顿是否有了什么毛病，几天都不下床，只是捧着一大本资料看个没完，有时苦思冥想，有时写写画画，手头上没纸便顺手在墙上打

12、起了草稿。大家都知道牛顿一件事不完成势必不会收工的，但从来没见他如此艰难地沉迷在一道难题上，以他资质之高当世未必会有什么问题让他如此费神。有人打趣地问他，难道你想做个占星士不成，牛顿 紧闭着嘴唇并不答话。 - 但是牛顿的学生生涯突然被意外地中断了，那是一场席卷欧洲的大瘟疫，仅在伦敦一下子就死去了好几万人。学校里宣布停课，牛顿不得不转到乡下伍尔索普农庄里，这一住便是十八个月。 这一段隐居生活，多年以来一直是人们津津乐道的话题。谁也无法想象，天下竟有如此一个聪明的年青人，居然有如神助，能在如此短暂的时间里作出震撼世界的成绩来。 村里人都知道那个剑桥的聪明人回来了，但谁也没有见到他，牛顿始终都在屋后

13、的那间小阁子里，唯一能表示他存在的便是小屋彻夜的昏黄灯光。 一个经典的传说是当牛顿坐在树下看书的时候，一只苹果突然砸到他身上，这一司空见惯的现象却引起了牛顿的深思，他认识到一定是一种引力在起作用，推而广之，地球和月球，行星和太阳之间必然也存在类似的力，这便是牛顿发现万有引力的经过。 如此一来，便似整个人类能有今天灿烂的文明倒似是两个苹果之功，其一便是伊甸园里的亚当和夏娃偷食的那一只，他们此后终被逐出伊甸园并得以繁衍众生，其二便是砸在牛顿身上的那只，这一砸不仅砸出旷世第一灵感，自此人类的命运是大为改观。 当然这只是戏说，但牛顿当真这十八月内几乎完成了他一生中最重要的发现。 历史上的牛顿不仅仅是作

14、为大物理学家出现的，在数学的发展史上他也是举足轻重的人物。而真正以数学大师身份出现的牛顿似乎只有他回到乡下后的头六个月，在这段时间里，他同时发明了二项式定理，无穷级数展开，微积分，无穷小概念和极限，尤其是微积分，几乎决定了几百年来数学的研究主流。 这些眼花缭乱的成果在当时而言即便是第一等的数学家花六个月时间未必能理解，一个并不以数学为职业的人居然轻松创造了出来，当真匪夷所思。 被冠以“轻松“二字，是因为牛顿只不过是为发展他的新物理找到一套工具而已，他也未必放在心上。牛顿瞄准的乃是宇宙中最普适的真理。 在此之前人们就如何描述垂直下落的物体，也知平抛物体的时候初速度越大抛得越远，可是谁能把这和天上

15、月亮和星星的运动联想起来！九天之上的神界怎能同浑浊不堪的凡间同日而语呢，上帝难道也会围着餐巾拿起刀叉享用早餐么？ 在英国乡下一间昏暗的屋子里，一个年青人锐利的目光看穿了一切：又有什么不一样呢？月球，行星运行的轨道方程和地上物体的是何其近似，一定是一种同样的神秘因素在起作用，一种促使着物体互相吸引的因素，这就是万物运动的根源所在。 夜已深了，伏案良久的牛顿终于直起身来，他默默地把手稿放入了柜里，这是牛顿一向的习惯，凡事不彻底弄清楚之前，决不轻易拿以示人的，万有引力定理虽然神妙，但要确定它还需更详尽的资料。他首先想到的便是在剑大读书时曾疯狂研读过的天文资料，孰料当时很多记载都有误，跟牛顿推演的结论

16、差距甚大，他只得再次将手稿封入柜中，直到几十年后天文观测的数据被修正之后才取出发表。 但这震撼宇宙的第一思想就这样在悄悄诞生在一个名不见经传的年青人手中，牛顿终于可以安心地好好睡上一觉了 - - 瘟疫之后，各大院校也陆续复课，此时的牛顿全然不似世界第一智者的形象，他照例是话不多说，人也不多交往，但他获得了一大笔奖学金，生活着实改善了不少，再加上巴罗教授的鼎立提携，他很快成为年轻一代学子中的佼佼者。 1668 年，26 岁的牛顿双喜临门，他一方面获得发明了反射式望远镜，获得极大的声誉，另一方面终于开始执掌了卢卡斯讲座的教席。这种反射式望远镜不再是透镜聚焦，而是利用球面镜的反射来聚焦，这样一来消除

17、了色差现象，望远镜的分辨率和放大倍数都大为提高，四年之后牛顿单凭此项发明便当选为英国皇家学会会员。 反射望远镜的制作也证明牛顿确实是千年以来的第一奇才，为了发展出他新力学，什么都是亲自动手，数学知识不够便自创出一套来，观测工具不够先进便重新改进，什么都挡不住他的脚步。牛顿是既是第一等的思想大家，数学才能也是古今罕见，实验的技术也独步天下，即便就其作为一个工匠来看亦是身手不凡。 如此才华横溢的牛顿却自打跨入皇家学会的第一天便遭人嫉视，这当然与他本人的个性也是大有关联。牛顿自幼双亲离弃，性格上多是偏激自负之处，言语不禁，得罪了不少人，而他偏又心胸狭窄，睚眦必报，若是有人触犯了自己，便会遭至倾力报复

18、，甚至不惜利用学术和行政（这是他晚年当上大官之后）的手段压制。 和牛顿争论最多的便是大他 13 岁同为皇家学会会员的罗伯特胡克，此人亦是一位多才多艺的大物理学家，他发明了很多东西，诸如湿度计，量雨器，螺旋弹簧，万向节等等，在物理学中物体的形变和外力成正比的胡克定理也是大大有名。他身世与牛顿也有相仿之处，妒忌心之强却远甚牛顿，他可不愿意看到这位初出茅庐的年青人就此大红大紫，将自己的风头压了下去。 胡克首先找到的茬子是牛顿的反射望远镜，他以长辈的口吻对牛顿的新发明反射望远镜再三挑剔，并说如果给他时间他作出来的还要好的多。不仅如此，胡克还强扣着牛顿的论文不发表，硬说他的光学理论不值一哂。 生性要强的

19、牛顿哪里受的了这个，一场大战就此引发。这些年牛顿一直专注于光学的研究，战火便从光学领域燃起，而这一战便是六年之久。 开始二人还都仅囿于学术范围，但很快胡克就相形见绌，他虽也是一位罕见的奇才，然而在博大精深的牛顿面前，他的才智也仅剩下一些微不足道的小技巧而已。胡克的数学功底相比牛顿不啻霄壤，很多实验也是毛毛糙糙，漫不经心，而牛顿在学术上向来是兢兢业业，胡克的纰漏蔫能逃过牛顿那如炬目光，他甚至找出了胡克的看家法宝-显微镜原理的错误，并当众公布了出来。 胡克羞恼之下，也纠集地当时全欧第一流的物理学家对牛顿的光学理论发难，其时牛顿的理论发轫未久，基础薄弱，漏洞实多，因此牛顿一边回击，一边迅速弥补了很多

20、缺陷，为了替自己的观点辩护，1675 年他在实验中发现了著名的牛顿环现象，这也是光学中极重要的一个发现。 后来牛顿和胡克之争逐步演化为人身攻击，这一点上他们也是棋逢对手，胡克言辞亢烈，牛顿用语尖刻，却是谁也奈何不了对方。二人都被这场论战弄得筋疲力尽，唯一得益的倒是光学本身，这几年的发展乃是百年间最为迅速的。 孰料一波未平，一波又起，来自欧陆的大数学家莱布尼兹就微积分的发明权的问题要也和牛顿争个高下。这场风波原是牛顿的好友，另一位数学家科林斯引发的。 当年莱布尼兹在数学上刚展露头角，年少气盛，便以外交使节的身份来到英国，名曰研究，实是挑战，英国皇家学会派出的迎战人员便是科林斯。这莱布尼兹极是了得

21、，三言两语便将他驳得体无完肤，科林斯焉能服气，他拿出了牛顿锁在柜中的手稿，上面都是牛顿数学思想的精华，比如二项式定理，流数法等。 莱布尼兹一看之下不免大惊失色，一声不吭地就回了国。科林斯固然是不辱使命，得胜还朝， 却在学界留下一桩公案。几年后莱布尼兹发表了世界上第一篇关于微积分的论文，在那篇不到六页的文章里他采用了比牛顿高明的微积分符号，直到今天还被广泛使用，但这却也不能说不受当年牛顿手稿的启发。 牛顿知道后大是愤怒，以他个性之强，便是全天下的人与他作对也不见得会屈服，他马上写信将莱布尼兹痛斥一番，自此二人也是你来我往，不亦乐乎。 终于连牛顿自己也不能忍受了，他在给胡克的一封信里明智地宣布退出

22、争执，那封信是这样写的：“笛卡儿先生所做的是搭了一座梯子，而您则使梯子升得更高了一些，如果我能看的更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上。“ 最后那句话向来被用来引证牛顿为人是如何的谦逊，但大家都看的出来，牛顿的意思是我可并没理睬什么梯子，我是站在巨人肩膀上的，这只不过暗含对胡克的讥讽而已。 尤令人啧啧称奇的是在这几年的无尽纷扰之中牛顿居然还能静下心来构思出古今第一科学巨著自然哲学的数学原理 。在书中他模仿了欧几里德的几何公里化体系，综合前人的经验和自己的创新，奠定了经典物理学的根基：著名的牛顿三定律。 此书一出，学界登时将牛顿视为天人，此后他几百年的崇高地位再也无人撼动丝毫，直到二十世纪又爆发

23、新的革命为止。 说起来，书中著名的万有引力于距离平方成反比的结论还是拜胡克所赐。牛顿在一次争吵中指出胡克行星运动的椭圆方程谬误丛生，胡克情急之下却突然萌发了一个大胆的见解，引力应和距离平方成反比。牛顿初闻此言便是一愣，他早年曾有过类似的想法，可是苦无证据，年日既久，已经慢慢淡忘了，现在一经胡克提及，登时想到这些行星的运动方程只怕就是突破口所在。 看着胡克一头雾水的样子，牛顿肚中暗暗好笑，胡克的数学素养比自己毕竟还是差了一大截，他要是稍有头脑的话，便会想到这方程与引力定律乃有莫大的关联，决不至当着自己的面说出来。 牛顿马上查遍了各种公式，最后目光落到开普勒方程上。开普勒乃是大天文学家第谷的嫡传弟

24、子，第谷的最大贡献便是整理出浩若烟海的行星轨道数据，而开普勒也为总结出三条定律耗尽毕生心血。牛顿运用开普勒方程，很快便完成了推导。 原理一书影响之大上至王公贵族，下至贩夫走卒都有耳闻，甚至女王陛下也为此召见牛顿，大概是让牛顿给她讲解。这次具体召见的情形史书并为记载，但想必女王对牛顿甚是钦服，自此牛顿也颇得女王的眷顾，走得一路顺风，不久便升任皇家学会主席。 牛顿的思想象火炬一般熊熊地燃烧在欧洲的上空，整个物理学在他的带动之下走上了全新的道路，在物理学家的眼中牛顿无异耶稣降世，没有他的话人们不知还要在黑暗中摸索多少年。 全盛时期的牛顿在物理学上已经没了敌手，当年胆敢与他争锋的学者一个个被他清出场外

25、，皇家学会已然被他一手遮天，不是牛顿思想的信徒休想踏入一步，甚至在几百年后这还是选拔会员的唯一标准。 后世的学者不免对牛顿的这种霸气颇有微词，英国皇家学会也一度成为最为保守的科研机构，但问题在于当时牛顿的道路是唯一可行的，所有和他不一致的观点都是行而不远，而那些“盲从“牛顿的信徒们最终将经典物理学推上了辉煌的极点，这其中的是与非可就难说的很了。 至于牛顿对晚年对物理学的放弃，犹如他在隐居在乡下的十八个月里一般，令人很是难以理解。可能牛顿已经模糊意识到整套看似完美的理论有重大缺陷，那是关于他的绝对空间和绝对时间的观念。他自己也无法解释既然空间时间都是恒久地存在着，那么当初又是怎么运动起来的呢？

26、他只有求助于上帝。 - 他不仅是天才的物理学家，也是虔诚的教徒，他在宗教方面可不是象外人所想的那般前卫和叛逆，注意这样一个事实：牛顿一生中的神学手稿洋洋洒洒统共有几百万字，比科学方面的多出几倍，他只怕比任何人都热心考证上帝的存在。 有人说中年以后的牛顿已经是江郎才尽，这却也未必。那时的牛顿固然不象年轻时那般石破天惊，但头脑之机敏在当时仍是不作第二人想。 那是一个昏黄的雨夜，年迈的牛顿从办公室里疲累地回到家中。此时的他跻身贵族重臣之列，身兼铸币大臣和皇家学会会长两大要职，工作十分辛苦，但大多已经和物理无关了，尤其是他宠养的猫咪打翻的烛台将几十年的手稿烧光之后，牛顿更是意冷心灰，遂全心于官场上的应

27、酬。 家中一位朋友恭候已久，他向牛顿递上了几张纸片，那是一份来自法国的信笺。著名的数学家伯努利提出了著名的最速落线问题，题目看上去很是浅显，从固定高度下落的小球究竟沿怎样的曲线轨道滑落到地面上方能使得下落时间最短，孰料此题难度之大居然折服了欧陆的第一等好手，伯努利无奈之下只得出重金悬赏，消息传到英吉利海峡的对岸，英伦三岛的大师们亦是一筹莫展。 此时牛顿已遁入官场多年，但他们还是找到了这位精神领袖。牛顿接过信，戴上老花眼镜看了看，说道：我尽量试试吧。寒暄几句之后，访友告辞下楼。 几天之后，伯努利突然收到一封没有署名的信件，他了了浏览了一便之后突然大叫了一声，人们纷纷闻声赶到，伯努利愣了半晌方才一

28、字一顿的说道：“我虽然没有见到雄师本人，但毫无疑问我看到的是雄师的爪印。“那封信便是牛顿所写，这篇不长的文章里他又用利剑开辟了数学上一个崭新的领域-变分法，算起来该是牛顿对科学的最后一个贡献了。 至于变分的思想在后世的物理学何等重要，这个只怕牛顿本人也没有意识到。物理学发展到今天，牛顿的光学的微粒说早在十八世纪就被支持波动说的泊松等人找出了破绽，绝对空间和绝对时间的理念终于被爱因斯坦的相对论彻底颠覆，万有引力定律也慢慢的为引力场理论所取代，唯独他模糊暗示的变分思想一跃成为物理学的真正根基所在，无论是研究广袤无垠的宇宙的相对论，还是揭示物质最基本结构的夸克的第一得力工具量子场论，他们的基础都是建

29、立在朴素的变分思想之上的。几百年前伟大的牛顿，不问物理学几十年之久的牛顿，到底在离开人世之前为物理学埋下了最重的一个伏笔。 晚年的牛顿将睿智无匹的头脑用在升官进爵上，倒也很是了得。这也说明牛顿决非一般人所想的书呆子之流。他为官工于心计，算无遗策，有心和他争竞的人在他手下根本走不了三合，几十年来内阁几遭更迭，唯他一人稳若泰山，屡受女王的封赏。他为铸币大臣的时候，以执法严酷闻名朝野，一些蟊贼企图伪造货币，他一怒之下将整个地下组织连根拽起，二十多人均处绞刑。 牛顿一直到八十三岁那年才病逝，这对于一个生下来仅几磅重的早产儿来说也是一个奇迹。他这一生当真事事成功，无论作为物理学家还是数学家，神学家或者炼

30、丹士，皇家学会会长或者大英帝国的铸币大臣，在历史上都是重重的一笔。 送葬的队伍极是壮观，首尾蜿蜒几里之长，即便亲王下葬也鲜有如此的排场。街头巷尾都是潮水一般的人群，这些年来牛顿尽管深居简出，但在大英帝国臣民的心目中已然神秘得宛似上帝的代言人，大英王室的成员来了，坎特伯雷大主教来了，内阁的各部部长来了，整个欧洲的学界精英都聚齐了。 尽管牛顿离开物理学已经几十年之久，但真正发自内心悲痛的还是学界的人士，上帝的代言人走了马上可以另找一个，铸币大臣去了当朝也不乏精明强干的官吏取代，然而作为科学家的牛顿一死，普天之下，千载以降未必再找得出第二人。 他们中有的人一直因在学术上受到牛顿的倾轧而耿耿于怀，有的

31、人不止一次地被牛顿的尖刻言辞所刺伤而记恨终生，然而这一次他们都默默地走在送葬队伍的当中，脚步格外地凝重，人人心中都是一般心思：历史终将记住的是科学家的牛顿，而决不是什么铸币大臣或神学家。 牛顿被安葬在威斯敏斯特大教堂的伟人公墓，他的墓碑上刻写的是如下的文字： 伊萨克牛顿爵士 静静地躺在这里。 他以超人的智慧， 第一个证明了， 行星的运动和形状， 彗星的轨道和海洋的潮汐。 他孜孜不倦地研究 光线的各种不同的折射角， 颜色产生的种种性质。 对于自然，历史和圣经 他是一位勤勉，敏锐而忠实的诠释者。 他以自己的哲学证明了上帝的庄严， 并在他举止中表现了福音的淳朴 让人类欢呼吧， 曾经存在过这样一位 伟

32、大的人类之光。 - 物理学的开端 每一个故事都有开头，我们又从哪里说起呢？ 距今两千多年以前，在欧洲巴尔干半岛的南端，美丽的爱琴海沿岸。群居民静静聚居在雅典城附近，过着日出而作，日落而息的静谧生活。 他们的文明按照当时标准的评价也许不值一哂，在此多年以前埃及人就建起了宏伟的金字塔，美索不达米亚平原上纵横交错的运河更是惠泽万代，甚至领邦悍勇善战的斯巴达人也远瞧他们不起，雅典城里的那些人么，一一听到战鼓就后退，一见到血腥就颤抖，他们不过是一群悠闲堕落的商人和懦夫罢了 还有比他们更奇怪的人么，敌人都快兵临城下了，议会大厅里无聊的公民们还在发表自己的高见；盛夏剧院里居然数万人和舞台上几个带面具的戏子同

33、悲同喜；那里最受尊重的不是满身创疤的武夫，而是口若悬河的雄辩家，下笔如神的剧作家，和一些疯子。 那时侯没有思想家这个词语，但整日望着天空发呆的人不是疯子吗，胆敢鼓动年青人否定神灵的人不是疯子么，只知躲在屋内写画一些奇怪符号的人不是疯子吗，在一起只是大谈逻辑之类枉费人神的人不是疯子吗，他们中间固然有一些人颇受贵族们的青睐，从而得以开学授徒，著书立说，但更多的人则喜欢隐逸民间，最极端的干脆流浪街头，过着最是贫贱的生活。 他们所追求的不是金钱，不是名利，不是宗教上的虔诚，只是一种模糊的理性美。王者的话语是靠不住的，天神的预言也有不实之处，要想真正弄清楚这个世界究竟是什么样的，不妨走得远一些，再远一些

34、，静静地坐在橄榄树下，用一种审慎目光重新将凡间的万事再扫视一遍，终究会有所得的。 “不懂几何者严禁入内。“这是柏拉图神学院，世界上最早意义上的大学门口的几个粲然大字，即便是名赫一时的王公贵族走到这里也会赧然避开，可以想象当地球上第一批的思想家们寻到数学这样一件不带任何主观色彩的利器时，那是如何的骄傲而自豪呀。 数学早在几千年以前，就被埃及人和巴比伦人用于买卖商品，丈量土地，甚至他们还制定了年历，绘制了星图，这些不过是为了实用或宗教，但一到希腊人手中，立时神威尽显，借助数学，他们的目光更加敏锐，理解的事理更加深透，从那时便萌生了真正意义上的物理。 早期的数学是和某种神秘主义联系在一起的，这里要提

35、到的是毕达哥拉斯，形式上的演绎推论便是自他开始。他最是钟爱自然数，这是他从琴弦上发现的秘密，仅当弦长之比为为简单的自然数之比，例如2：1，3：4 等才能发出悦耳的声音，这大概是历史上最早用数学表述的物理定律了。 毕达哥拉斯甚至还想更进一步，不光琴弦是和谐的，宇宙的万物都应该符合这一至高准则，虽然最终神秘主义将他推到科学的对立面上，但这种对自然界美的追寻已经为历代物理学家终极使命。 另一位大师名叫德谟克里特，是原子论的创始人。很难想象几千年前就有人敢断言我们这个世界是由无数不可分割的，肉眼不可见的粒子组成。他把这些粒子命名为原子，一共有四种，干燥而重的石原子，潮湿而重的水原子，冷而轻的气原子，热

36、而易变的火原子，万物便是这些原子的组合，土壤是水原子和石原子组成的，植物则是土壤中的水原子和石原子与阳光中的火原子结合成的。 这些观点以今天的眼光来看未免粗鄙可笑，但在当时的条件下有如此见解，也算是很了不起了，何况这确实为后世的物理化学奠定了基础。从德谟克里特玄想中的原子论到道尔顿提出真正科学意义上的分子论，却也足足过了两千年。 混沌之中物理学又向前迈进了几百年，一直到大哲学家亚里士多德手中才算真正开张了起来。亚里士多德乃是一位兴趣极为广博的哲人，很多学科都是他给取的名字，包括生物学，哲学，逻辑学，物理学也是他从希腊文 （意为自然）中推演而来的。 但只怕亚里士多德本人对物理学的最大贡献也就仅仅

37、是给它取上了一个动听的名称而已，他采用的一套说明物理的方法很是符合日常的经验，譬如物体从来都是静止的，除非你用力推它才开始运动，这些浅陋的观点在今天即便是刚学物理的初中生也会直斥其非。然而他最大的错漏尚不在此，而是把数学掘弃到物理学之外，这可能是所有幻想仅通过哲学的思辩便能通晓天下事理的思想家的通病。偏偏这种错漏被人们一继承便是千年之久，传到后世的神学家手中时，所谓物理学已经被歪曲到惨不忍睹的地步。 相形之下真正具有生命力倒是阿基米德的力学。阿基米德也是古希腊有数的大科学家，但他的成名之路与亚里士多德颇有不同。亚里士多德除了自身知识渊博之外，还因他是亚历山大大帝的老师；阿基米德则凭借保卫祖国的

38、大军事工程师的身份而声名鹊起。 在他的时代，所谓学者都是一些行在天上，不食人间烟火的异人，象阿基米德这般既精擅数学，又肯脚踏实地地和杠杆，机械之类实物打交道的，却是少之又少。 物理学原本就是沿着两条不同的线路走下去的，其一是获得对世界的终极解释，其二是用于济世拯民。阿基米德.偏向的是第二条线路，当他的邦国锡拉丘兹遭到盛极一时的罗马帝国的侵袭时便挺身而出。事实上数万的罗马军士真正对抗的也只阿基米德一人而已。他利用杠杆原理抛射出的飞弹和巨石将罗马人砸的头破血流，在海上他甚至将敌方的舰只用机械手一把抓了起来，另一次则用镜面会聚了阳光的能量将罗马人的风帆烧为灰烬。 恼羞成怒的罗马人源源不断的增兵添将，

39、一番急攻之下终至城破。士兵们怒气冲冲地冲入城中，找的第一个人便是阿基米德。但他们见到后都不免大失所望，这位传说中神魔一般的人物居然是一个不起眼的白发老头，他静静地伏在地上用芦苇杆画着一些几何图形，对周遭的一切似乎置若罔闻。 有人用脚重重地踩在他的几何图形上，阿基米德这才愤怒地昂起头，厉声道：“你们让我把这道题算完“，无情的刀剑已经斩落下来。 躺在血泊中辗转呻吟的远不止是阿基米德，而是整个希腊文明。希腊文明的衰亡是历史上最是凝重悲壮的一笔，自此人类又在漫长黑夜中探摸了数千年，终于再见依稀的灯光。 此后崛起的罗马帝国，其军威之胜，地域之广，那是希腊远不能比拟的。罗马文化也有其独到之处，但是真正意义

40、上的科学精神在他们手中已经所剩无几了，及至西罗马帝国被日尔曼蛮族攻占，整个欧洲更是废墟一片，连罗马人自己也只能偏安到小亚细亚的一隅，希腊文明更是只剩下了神话和碎片，留待后世细心的人们拾取。 二 大厦落成 “陛下，我们的假设中没有上帝！“ -拉普拉斯 1799 年的法兰西，灯碧辉煌的宫廷中，盛装的拿破仑嘴角挂着微笑，他当然有十足的理由值得自豪，不久前的雾月政变中他一跃便攫取了最高权柄，偌大的法兰西自此便匍匐在他的脚下。他随眼一瞥，参加这次盛宴的尽是王公将军，政府要员，巨董大亨，学界名流，全法兰西的精英都汇集于此，便微微点了点头。 这时一位高个绅士手捧两卷新书，缓步走到前排，毕恭毕敬地献给了拿破仑

41、。众贵宾不免相视狐疑，他们自然都识得这位便是鼎鼎有名的大物理学家拉普拉斯，他与拿破仑的私人交谊非同泛泛，加之素来威望孚众，此时已升任内政部长。 有人不免暗笑他大不识趣，如此风光的场合，人人都是奉上奇珍异宝，这书呆子却寒碜至此，有人却深知拉普拉斯此人甚是圆滑世故，自大革命以来无数的腥风血雨伤不了他毫发，官倒是越做越大，他此般做作自是大有深意。 拿破仑接过赠书，一页页地翻了起来，宾客们纷纷放下酒杯，关注着他的脸色，拉普拉斯则恭顺地垂头立在一边。突然拿破仑重重一哼，道：“拉普拉斯，你新著的这本天体力学口口声声说能解决宇宙的一切谜题，可我前后翻了这许多页，你居然没有只字提到上帝？！“ 周围的人无不耸动

42、，拉普拉斯却陡然敛起一贯谦卑的笑容，昂起头肃然说道：“陛下，我的假设中并不需要上帝！“ 纵观物理学千年以来的发展，对物理学真正最具信心的不是门类空前完善的今天，也不是经典物理成熟透顶的十九世纪末，而是拉普拉斯所处的时代。 其时牛顿逝世已近半个世纪，然而他指引的方向确是丝毫不差，这些年来物理学取得了空前的发展，神学的迷雾一点点的散去，牛顿力学的威力也一点点的显出，原先无数困惑难解的现象无不迎刃而解。如果说还有什么障碍的话，那便是数学上遇到了难题。 牛顿力学的概念固然是清晰明澈，但一遇到受力复杂的物体便需罗列诸多方程，求解极是困难，而且学过初等力学的人便知那套力学须得对每个物体作图解的受力分析，纵

43、横交叉的矢量箭头更是大添繁乱，究其原因，还是牛顿力学在在数学上挖掘得尚不够深入。 随着微积分体系的逐步健全，分析已成为数学中新兴的第一手段，和代数，几何鼎足而立。大物理学家，数学家拉格朗日的分析力学横空出世，立时弥补了牛顿力学的缺憾。 拉格朗日是法国 18 世纪号称“ 三 L“的三大科学家之首，剩下二位便是拉普拉斯和大数学家勒让德。他的父亲是一位很富有的商人，在拉格朗日童年的时候就不幸破产。多年之后拉格朗日提及此事的时候仍是大有感触，自称那是他一生最幸运的事情，要不然到今天法兰西只不过会多一个庸碌的商人而已。 分析力学一书着眼于更本质的物理量-能量，把虚位移原理，拉格朗日方程，最小作用原理贯穿

44、在一起，利用变分法这一强大的数学工具把力学推向了新的高度。全书以拉丁文写就，遣词造句极富风度，全无干巴巴的说教，倒似点缀以公式和方程的诗篇。 拉格朗日于此书也极是自负，在序言中如是写到：“我们自牛顿时代以来力学的专著层出不穷，但我保证本书的见解是全新的，自此所有和力学相关的题目都可以遵循一整套有条不紊的步骤，这一点恐怕会令一些喜欢奇兵制胜的朋友所望，这里没有一副图形，也没有任何几何上的论证，在我看来，力学显然已经成了分析的一支。“ 分析力学自是将纯数学引入物理的一个成功范例，而且解决了很多以前很难求解的问题。机械制造工业，建筑行业都在此基础上大大迈进了一步。但后世学者对分析力学却也颇有微词，它

45、冲淡了物理学对事物本原的追寻，反而陷入了数学上无尽的形式变化，所有力学家无不以尽善尽美地解出方程为终极目标，百多年来力学再鲜有进展，这也是原因之一。 但分析力学中的变分法却无论在当时，还是后世都是大受推崇。变分法思想乃是起源于亘古以来的一种美学思想，即事间万物均是被最简单，最完美的天然规律所支配。 十七世纪大数学家费马在研究光的传播时提出过一条神秘的费马原理，不管在什么介质中运动，沿真实传播路径所需时间是最短的，依照该定理便可导出光的折射定理，这实际上已经开了变分法的先河。 牛顿还在世的时候，法国的伯努利曾悬赏解决著名的最速落线问题，题目的原话是这样的：“在垂直平面内有任意两点，一质点受地心引

46、力的作用自较高点滑落到较低点，不计摩擦，问沿何种曲线运动时所需时间最短。“宝刀不老的牛顿仅花了一夜时间便找到了解决办法，而真正把变分法用于力学中的则是爱尔兰的大物理学家，数学家哈密顿。 哈密顿自小便受过极好的教育，5 岁就开始学习各种外语，12 岁的时候已经掌握了 12 门欧洲语言，当时人人都认为他将会成为第一流的语言学家。孰料 13 岁那一年他和美国另一位 15 岁的数学天才见面之后发生了戏剧般的变化，他获得了那位美国神童不可思议的数学天赋，而美国神童最终却成为一代语言学大师。 16 岁那年哈密顿便指出了拉普拉斯的天体力学一书中的错误，令拉普拉斯大为惊叹。进入剑桥三一学院之后更是才华毕露，二

47、十二岁那年就成为三一学院的天文学教授，人们从这位貌不惊人的爱尔兰人身上依稀看到了牛顿当年的风采。 力学在哈密顿手中又一次获得升华，他的哈密顿原理是力学中至精至简的形式，纷繁芜杂的牛顿方程被简要地用哈密顿正则方程所代替。 其中的 H 便是著名的哈密顿量，这在当年并未怎么引起十分的注意，直到两百年后新物理学的两大支柱相对论和量子力学出世之后，牛顿力学中的很多观念都被放弃，惟有哈密顿量成为两大支柱都扣得极紧的物理量，这一方面固然是哈密顿识见远卓，另一方面也说明正则方程实是牛顿方程的精髓所在，须知任何新理论都不是空中楼阁，而要向原有的理论借助一些最是根本的思想。 哈密顿不仅是一位物理学，数学大师，其人

48、文素养也是首屈一指。法兰西文学院多次征文，此君都是榜上有名。这也与当时学界涉猎广博的风气相关，知识分子阶层相互交谈用法语，立论著书用拉丁语，其时的法国大革命方兴未艾，启蒙风气之胜，思想大家之多相比文艺复兴时代并不逊色，很多人身兼数学家，物理学家，哲学家于一身，但象哈密顿这般文笔高妙的人倒是不多，如象拉普拉斯一般冠以革命家，社会活动家，政府高级官员的头衔的任务更是罕见了。 拉普拉斯出身贫寒，他自小砺志自学，到二十一岁那年已经身手不凡，几篇涉及到数学，物理最新研究领域的论文引起了法兰西科学院的重视。但科学院当时守旧势力极重，象他这般既无背景，又年轻的人是很难进入的，拉普拉斯满怀希望地申请加入，谁知

49、第一年申请科学院把职位给了比他年长十四岁的范德蒙，第二年又给了比他大十岁的库辛，他不免大发牢骚“科学院宁愿接受一个才能远逊于我的人！“，心灰气沮之余便到一所军事院校教书，这却成为他一生的转折点，因为在那里他遇上了其时尚为一炮兵学员的拿破仑。 不过若说拉普拉斯的成名全拜拿破仑所赐却也太过冤枉了他。当拉普拉斯经过一番努力终于跻身法兰西科学院时，立刻显出了他的实力。拉普拉斯研究领域之广，论文数量之多，质量之高在全法国再无人能出其右，即便已经逝世的拉格朗日也是颇为不及，凭借如此辉煌的业绩很快便登上了院长的宝座。 拉普拉斯涉猎到分析力学，差分方法，偏微分的解法，概率论和人口论，热学和声学的诸多方向，但他最显著的成绩就是把物理学引入到天文学