反霸凌后，他开启了彪悍的人生

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反霸凌后，他开启了彪悍的人生

原创 蔡驰南 蔡爸谈数学 2024 年 04 月 27 日 12:33 浙江

世界上公认的四大数学家是：阿基米德、牛顿、高斯和欧拉，史上最伟大的两位物理学家是：牛顿和爱因斯坦。

这两份名单的交集，就是今天的主角，他就是强大到没有对手的艾萨克·牛顿。



牛顿并不是一出生就自带光环的，事实上他的前半生甚至有点悲惨，可以说是一部反霸凌的抗争史。

他是一位遗腹子加早产儿，出生时弱小得能塞进一只大马克杯里。母亲在他 3 岁时改嫁，他被扔给外婆抚养，12 岁之前就是一位留守儿童。

读中学时，他被送到一位药剂师家里寄养，寄人篱下的他从小就没有朋友，性格内向，但好在药剂师家里有不少藏书，他十分享受独自阅读与动手做实验的时光。

这位弱小、孤僻的孩子，在学校成绩并不突出，甚至拿过倒数第二，更悲惨的是他还遭到同学的霸凌。

但他彪悍的人生就是从反抗霸凌开始的。据说他和欺负他的同学狠狠打了一架，并且以弱胜强，从此好胜心就被激发起来，学习成绩直线飙升，最终以优异的成绩毕业，进入剑桥三一学院，开始如饥似渴地学习。

牛顿刚拿到学位，英国就爆发了瘟疫，他只能躲在家乡潜心研究，在此期间（1665 年 - 1666 年），他发明了微积分（流数术（微分）和反流数术（积分）），发现了棱镜能将光散射成彩色光谱。按他的说法，他还在那时发现了力学三定律和万有引力定律。因此，1666 年又被称为牛顿的奇迹年。

疫情结束，26 岁的他回到剑桥大学，担任了卢卡斯数学教授一职，3 年后成为英国皇家学会会员。

虽然年少得志，但他再一次遭遇了霸凌，这一次是学术霸凌。

当时，英国皇家学会实验部主管是胡克，他比牛顿大 7 岁，成名更早，善于发明精密仪器。他发明了显微镜，发现了细胞；发明了钟表游丝，提出了关于弹簧受力的胡克定理；还发明了一种折射式望远镜，并引以为豪。

而牛顿在闭门研究期间，发明了一种更小巧、效果更好的反射式望远镜。他将这个发明寄给皇家学会。因为他认为光经过折射会有损失，所以观测效果会失真。结果这个望远镜挑战了胡克擅长的领域，胡克立刻说反射式望远镜自己早就发明了，但是却迟迟拿不出来。

胡克对崭露头角的牛顿开始心生嫉妒。

牛顿因为棱镜散射实验，认为光具有颗粒性，写了一篇相关的论文，提交给了皇家学会。而以胡克为主的学会会员认为光是一种波，胡克借此嘲讽牛顿，牛顿一怒之下再也不向皇家学会提交论文了。

牛顿也是位狠人，关于光学的论文他一直憋到胡克死后才发表，他似乎很擅长隐忍后的爆发。

那时，牛顿和胡克尚未完全闹僵，还会互相通信，至少能做到表面客套。1676 年，牛顿在给胡克的信中说出了那句著名的话：“如果说我看得更远，是因为我站在巨人的肩膀上。”以此来恭维胡克。

“If I have seen further it is by standing on the shoulders of giants”

有解读说牛顿这话是在讽刺胡克的身材缺陷，因为胡克身材矮小，而且还驼背，很在意别人提及身材。但是从他们通信的时间来看，这时候他们的关系还算正常，在此之后的几年里，他们还通信探讨过一些物理问题。

他们探讨如果一个炮弹水平往前，速度如果足够快，那它就不会落回地面而是像月亮一样绕着地球旋转，这就是我们现在说的第一宇宙速度。但是如果速度不够呢？假设没有地面，牛顿认为炮弹会沿着螺旋线落向地心，胡克指出了他的错误，说炮弹会像行星一样沿着椭圆轨道运动，不会落向地心。这一次胡克对了。

牛顿在第二封回信中承认轨迹确实不是螺旋线，不过他指出假定这个力是一个常数，形成的轨迹应该是一个不断旋转的线，像很多花瓣。胡克又回信说不对，他假定力应该反比于到地心距离的平方。这次牛顿没有再给胡克回信，等于默认了胡克是对的。

本来学术探讨，有对有错很正常，结果胡克逢人就说，你看牛顿居然会犯这种错误，想把牛顿给踩下去。这让牛顿十分郁闷，逐渐疏远了胡克，也开始远离皇家学会的活动，甚至一度想退出。

胡克本是个天才，物理直觉很好，只是他与牛顿生在同一时代，有一种“既生瑜何生亮”的不甘。

他们的故事还远没有结束，沉寂的牛顿终将反击，而胡克贪婪狭隘的性格也导致了自己的悲惨结局。

牛顿真的是被落下的苹果砸到，突然想出了万有引力定律吗？

当然不是。

事实上万有引力定律的出现来源于一场赌局。



1683 年的一天，胡克、哈雷和雷恩在伦敦一起吃晚饭。胡克是擅长发明的物理学家，哈雷是最早估算出哈雷彗星回归周期的天文学家，而雷恩是一位爵士、天文学家和著名建筑师。


从左往右分别为：胡克、哈雷、雷恩

饭席间，他们三人聊到天体运行的问题：既然我们都知道，按照开普勒三大定律，行星围绕太阳以椭圆轨道运行，可究竟是为什么呢？

胡克发话了，说：“我知道，我做过计算，但是我不能把它现在就拿出来，这样你们会觉得它很简单。”

这时，雷恩就很大方地给出奖金：谁要能解决这个问题，就可以得到四十先令，相当于一个人两个星期的薪水。

然而，胡克迟迟没有拿出他的计算来，而哈雷则一直在思考这个问题，总想弄明白为什么，无奈自己数学太差。

一年后，他听说剑桥有个数学最好的人叫牛顿，于是就上门拜访。哈雷问牛顿：如果行星受到的力，和它与太阳距离的平方成反比，行星轨道是什么样子的？

牛顿立刻回答说是一个椭圆。

哈雷一阵惊喜，忙问牛顿是如何知道的。

牛顿说，“我算过。”

哈雷又问牛顿要看他的计算。

牛顿找了半天但没找着。于是说：“你别着急，我可以再写一份给你。”

没过几个月，牛顿就真的寄了一份 9 页纸的计算给哈雷，这就是《论运动》的手稿。

哈雷看后，意识到这份手稿所包含的思想意义非凡，于是鼓励牛顿将其扩充成书。

两年之后，牛顿的巨著《自然哲学的数学原理》成稿，可事情又起了波澜。

原本英国皇家学会答应出版此书，但是突然告知说去年出版的《鱼类的历史》滞销，学会没足够的出版费用，要知道在 300 多年前出一本书是很费钱的。

哈雷心想这么重要的一本书如果不能出版，那真是全人类的遗憾。于是大方表示，自己愿意出资来出版。而且哈雷还亲自担任制图和校对，而每个月当其他人领取薪水的时候，哈雷只能抱着一堆《鱼类的历史》回家。

一年后，《原理》终于出版，牛顿也因此成为最有影响力的科学家，名人贵族都争相与之结识。



《原理》在全书最开始就提出了运动三大定律，并用数学计算推导出了万有引力定律。全书采用欧几里得《几何原本》的模式，书中含有大量的几何证明与计算，数学门槛很高。

胡克这时又跳了出来，表示万有引力定律的平方成反比思想是他的功劳，证据就是十年前他与牛顿的通信，因此著作中要写清他的贡献。

这再一次激怒了敏感的牛顿，以至于在第二版《原理》中，牛顿干脆把所有涉及胡克的内容都删除了。

1703 年牛顿成为皇家学会会长，同年胡克去世，胡克实验室和图书馆被下令解散，在搬迁过程中，丢失了大量胡克发明的器械，并销毁了胡克的所有画像，所以现在我们看到的胡克画像都是后人想象出来的。

不知道牛顿孤僻易怒、报复性极强的个性，是否和他的童年有关，但这位性格怪异的天才，对人类的确作出了巨大的贡献。

牛顿的划时代意义在于：他通过将物理原理数学化，构建出了一套严密的经典力学体系，从此可以精确地预测很多物理现象，并且让人们意识到：天上的星星与地上的苹果是受相同规则支配的。

《原理》能出版，也要归功于品德高尚的哈雷。后人对哈雷的评价认为：他一生最大的贡献就是促成了牛顿《原理》一书的出版。

300 年前的科学初创时期，人们常常因发明权而相争。牛顿卷入了历史上最大的学术之争，就是关于微积分的发明权，这次他的对手是莱布尼茨。

莱布尼茨仅比牛顿小了 3 岁，是一位出生于德国的通才。

牛顿称自己在 1666 年英国闹鼠疫期间，就发明了“流数法”，也就是微积分，只是一直秘而不宣。

十年后，莱布尼茨听说牛顿在研究无穷级数，就通过英国皇家学会的秘书长，与牛顿进行了短暂的通信。

其中有两封最重要信函，称作“前函”与“后函”。

在“前函”中，牛顿表示自己在研究“流数”，因害怕对方窃取自己的研究成果，所以没有透露具体内容。但为了彰显自己的首创，按学术惯例留下了一段密语。

多年后密语破解，大概意思为：已知包含若干流量的方程，求流数；或者反过来，已知流数，求流量。

莱布尼茨没有在意牛顿的遮遮掩掩，在“后函”中给出了自己正在研究的微积分中的部分细节，并邀请牛顿回复，但是迟迟没有等到回信。

于是，两人就此中断通信，并在彼此缄默的情况下，各自研究。

又过了 8 年，也就是 1684 年，莱布尼茨首先发表了历史上第一篇关于微分的论文——《一种求极大值与极小值和求切线的新方法，也适用于分式和无理量，以及这种新方法的奇妙类型和计算》。

2 年后，莱布尼茨又发表了关于积分的论文。这两篇论文，已经给出微积分符号和运算法则的定义，至此公开宣布了微积分的发明。

而这一年，牛顿正在忙着写巨著《自然哲学的数学原理》。

等《原理》完成，牛顿才回过神来，公开表示自己早于莱布尼茨十年就发明了微积分。而莱布尼茨在明知自己已经研究微积分的情况下，居然在研究成果中对自己只字不提。

皇家学会的元老甚至将两人通信的“前函”与“后函”公开，并以此显示莱布尼茨是抄袭牛顿的。

莱布尼茨这边自然不服，他的弟子约翰·伯努利就以“最速降线”问题向全欧洲数学家发起挑战，并专门寄给牛顿。

只是被牛顿一晚上就解出，约翰就此偃旗息鼓，不敢再直接反对牛顿。

然而，“最速降线”问题的求解，也让莱布尼茨看到，英国除了牛顿无人能破解，远不如他们一派，至少收到了 4 份正确答案。

因此莱布尼茨反击道，牛顿将自己的研究密而不发，也不与同行交流，而他则将微积分公开展示，还发明了一套简洁的符号表示法，胜过牛顿的“点记法”。

此时的牛顿以英国皇家学会会长的身份，鼓动同行与朋友，对莱布尼茨进行打压。

莱布尼茨曾两次向皇家学会提交言辞激烈的抗议，并委托可靠之人当场宣读，都全场默然。

最后，连莱布尼茨长期服务的汉诺威主公，接任英国国王时都不敢带上莱布尼茨。

莱布尼茨在汉诺威潦倒去世，除了他的秘书，宫廷中无人参加他的葬礼。

至此，一场史上最大的学术争端才算平息。

如今，学术界认为牛顿和莱布尼茨彼此独立地发明了微积分，承认牛顿先于莱布尼茨发明，也承认莱布尼茨的符号体系更简洁，并沿用至今。

牛顿的一生是“屠龙少年终成恶龙”的故事吗？

这些是是非非已经尘封在历史中，无人知晓。

也许牛顿的性格如同他的研究成果一样，不容易让人理解。

牛顿曾经在自己的回忆录里写道：我不知道这个世界会如何看我，但对我自己而言，我仅仅是一个在海边嬉戏的顽童，为时而发现一粒光滑的石子或一片可爱的贝壳而欢喜，而我面前的伟大的真理海洋依然未经探索。

补充资料：

关于牛顿的生平事迹：

艾萨克·牛顿：1643 年 1 月 4 日 — 1727 年 3 月 31 日，英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。

1661 年，18 岁的牛顿从金格斯中学毕业，考上了剑桥大学的三一学院。

1665 年，他发现了广义二项式定理，并开始发展一套新的数学理论，也就是后来为世人所熟知的微积分学。同年，牛顿从剑桥大学毕业，留在大学研究室。这一年 6 月，剑桥大学为预防伦敦大瘟疫而关闭，牛顿只得回家。在此后两年里，牛顿在家中继续研究微积分学、光学和万有引力定律。

1669 年，由巴罗推荐，26 岁的牛顿成为“卢卡斯数学教授席位”的拥有者。

1671 年写了《流数术和无穷级数》,但这本书直到 1736 年才出版。书中所提出的中心问题是：已知连续运动的路径，求给定时刻的速度（微分法）；已知运动的速度求给定时间内经过的路程（积分法）。

1672 年，牛顿被推选为伦敦皇家学会会员。

1687 年，在哈雷的鼓励和支持下，出版了《自然哲学的数学原理》，在书中阐述了三大运动定律和万有引力定律。

1689 年，牛顿被剑桥大学推作国会议员。

1699 年，牛顿担任英国皇家造币厂厂长，任职直至去世。牛顿严厉打击制造伪币的罪犯，掩饰自己的身份而搜集许多证据并胜诉，至少让 10 名罪犯获得死刑。

1703 年，牛顿成为皇家学会会长和法国科学院的会员。

1704 年，牛顿的《光学》一书问世。

1705 年，安妮女王授予牛顿爵士身份。

1711 年，牛顿发表《使用级数、流数等等的分析》。关于微积分发明权的争夺也全面爆发。这导致了激烈的牛顿与莱布尼茨的微积分学论战，并破坏了牛顿与莱布尼茨的生活，直到后者在 1716 年逝世。这场争论在英国和欧洲大陆的数学家间划出了一道鸿沟，并阻碍了英国数学至少一个世纪的发展。

1727 年，牛顿在伦敦辞世，享寿 84 岁。于威斯敏斯特教堂举行国葬，成为史上第一个获得国葬的自然科学家。牛顿终身未婚。

关于牛顿与苹果的故事：

《艾萨克·牛顿爵士生平回忆录》中记录了牛顿回忆了“从前，万有引力的概念进入了他的脑海，由于苹果的下落引起了他的思考，他心中想到，为什么苹果总会垂直地落在地上，为什么不能向侧边或者向上移动，而是不断地朝向地球的中心。”

相似的说法还出现在伏尔泰的著述《Essay on Epic Poetry》（1727）中：“艾萨克·牛顿爵士在他的花园里散步，首次想到了他的引力体系，接着便看见一颗苹果从树上掉下。”

这些描述都可能夸大了牛顿本人看见苹果从树上掉落的故事。

关于微积分的发明：

牛顿本质上是一位科学鼻祖式的人物，他的微积分方法主要来自运动分析，并且将一系列求曲线切线，加速度，位移等等归纳到具体的微分求解中来。

而莱布尼茨则是从纯几何出发，讲曲线的面积，某点的切线，曲线的长度等等归纳到微积分的法则上来。

关于牛顿的性格：

有现代心理学家认为，牛顿可能患有阿斯伯格症候群（自闭症的一种）。而牛顿的这种性格的确不讨喜，所以甚至有人认为牛顿抄袭了别人的成果，也许他只是习惯性认为他发现的东西就该归功于自己，至于别人有没有发现，他毫不在意。

蔡爸谈数学