爱因斯坦崇拜的人——牛顿(1)

2020-09-14 15:10
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(接上期)

3.真理的探索者

01

苹果砸头引出“万有引力”

有一天,牛顿吃完饭坐在院子里的一棵苹果树下,突然,一颗成熟的苹果掉了下来,正好砸在牛顿的头上。牛顿左手揉着被苹果砸起一个大包的脑袋,右手拿起那颗惹事的苹果,心里想:这苹果不往别处落,为什么偏偏就能落在我的头上?

一个不经意的疑问引发了牛顿的思考。是啊,苹果本来就应该掉在地上,而我的脑袋只是正好停留在了它落下的路线上,所以被砸到了。可是,苹果为什么一定要往地上落呢?还有为什么人和马车一定要在地上行走?扔起一颗小石子,它最后还是要落回到地面上呢?水为什么会往低处流呢?

在不懈的研究与思考下,牛顿凭借着丰富的学识和聪明的智慧为我们解答了这些问题:

那些现象产生的原因都在于地球的质量非常大,它对人、马车、小石子、苹果都会产生一定的吸引力,这种吸引力发生在自然界任何两个物体之间,叫作万有引力。只要在地面上,我们都会受到这种力,地球上所有的东西都被地球牢牢的吸引在地面上。而太阳也将地球、火星等行星牢牢的吸引在各自的轨道上,因此各个行星才能够一直在自己的轨道里运转,而不会偏离轨道。



02

“三棱镜”解释了

光的“分解合成”原理

一个小小的苹果就给了牛顿这样大的启示。其实同样的现象在别人的眼里早已司空见惯,不当作一回事,而牛顿却通过自己的思考发现了万有引力的规律。这大概就是牛顿超乎寻常之处,但也不仅仅于此。

一天,牛顿在家里闲来无事,就去集市买了两样东西。一样是三棱镜,另一样是占星手册,用于占卜。牛顿感觉十分新奇。那时小孩子的玩具并不多,因此牛顿对淘回来的两样东西十分珍惜。他每天都会拿着三菱镜细细观察,越看越有兴趣。

当时人们已经发现,一束白色的光通过三棱镜时,会“分裂”成七种不同的颜色——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,非常美丽。三棱镜的光实验,前人就已经做过,却不能正确解释。然而,这一现象激发了他对其原理的探索。为此,牛顿做了很多实验。

牛顿在窗帘上开了一个小孔,把一块三棱镜放在阳光通过小孔后形成的狭窄光束的路径上,并在棱镜的后面挂了一个洁白的屏幕。在洁白的屏幕上,牛顿发现了非常美丽的光带,这些颜色按次序排列。牛顿发现,不同的光具有不同的折射本领,蓝光比红光受到更大的折射。他还分别用三个棱镜放置在光线不同的路径上,原来分散的各种光,经过第二个棱镜后又还原成白色,再经过第三个棱镜,又分解成各种颜色。由此来说明,棱镜可以使白色的光分解成不同的颜色,又可以使不同成分的光合成白光。通过大量的实验,牛顿渐渐发现了其中的奥妙:原来,三棱镜可以折射太阳的光线,而不同颜色光线的折射率也不同,这就导致了一束白光可以被三棱镜折射成七道大小不均匀的彩色光。



03

“占星手册”激发了他对数学的探索

说完了他的第一样东西,我们就不得不提他的第二样东西————占星手册。这本占星手册也很有意思。那么牛顿和这本占星手册又会擦出什么样的火花?

其实一开始,占星手册里有关占卜的东西牛顿也看不懂。但是,这本手册里边有很多关于几何的问题。为了解决手册里的几何问题,牛顿就开始学习欧几里得几何。但是仅仅用了几天时间,牛顿就学会了欧几里得几何的原理。他甚至在日记中写道:这些几何实在太简单了,我甚至光看标题就明白了。对于常人看来非常复杂的欧几里得几何,在牛顿面前没有任何的难度。后来,他又继续挑战更加深奥的笛卡儿几何,也就是笛卡儿关于坐标系的问题。由此,牛顿彻底打开了对于数学研究的大门,开始深入研究数学。

不到22岁,牛顿就证明了二项式定理,二项式定理非常的有价值,沿用至今,在高中数学的书本中,我们仍旧能见到二项式定理的身影。然而这个定理只不过是牛顿闲在家里,为了消磨时间而研究出的一个小理论。

证明出这个理论后,牛顿继续潜心研究,奇迹岁月就在那时开始了。他开始研究切线,研究圆等更加具有难度的几何难题。这时,微积分诞生了。

微积分学的创立,极大地推动了数学的发展,过去很多用初等数学无法解决的问题,运用微积分,这些问题往往迎刃而解,显示出微积分学的非凡威力。著名的数学家冯·诺依曼曾说过:“微积分是近代数学中最伟大的成就,它的重要性无论做怎样的估计都不会过分。”微积分是整个近代数学的基础,有了微积分,才有了真正意义上的近代数学。微积分是一种重要的数学思想,它反映了社会中运动变化的内在规律,对社会发展也极其重要。(待续)

特约作者 荀致远 关雁龙


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