回首人生
真理的大海,讓未發現的一切事物躺臥在我的眼前,任我去探尋。——牛頓牛頓回首人生簡單的個人生活
牛頓一生未婚,但對斯托瑞小姐這位他一生唯一鍾情過的女士,一直非常關心。隻要回林肯郡,他都會去探望斯托瑞小姐,有時也在經濟上資助她,像對至親一樣,這種友誼持續了一生,直到他離開人世。
斯托瑞小姐的出嫁,曾使牛頓心中非常難過,但他隻是把心中的苦痛化作前進的力量,更加專心地投入研究和學習中。進入劍橋大學,他在科學研究上,也有了更加長足的進展,成為了聞名世界的科學家。
後來,經過國王查理二世的特批,牛頓以非神職人員的身份留在劍橋大學。他的朋友們都希望他能在緊張研究之餘,能夠有一個溫馨的家庭,給他提供一個休憩的港灣,使他能夠享有常人的天倫之樂。但是牛頓每天的日程都排得滿滿的,根本就沒有時間去談戀愛。
在朋友的安排下,牛頓也有過幾次相親的經曆。有一次,一位朋友替他精挑細選了一位小姐,經過牛頓同意,這位朋友把她帶到了牛頓家中。
可惜,談話剛剛開始,牛頓不禁想起了自己剛才所得出的實驗數據計算似乎有誤,他立刻感到坐立不安,心急如焚,暗暗盼望朋友能帶著這位小姐早早離去。可朋友卻仍在滔滔不絕地誇耀小姐如何蕙質蘭心、落落大方,絲毫沒有離去的意思。小姐也是麵含羞赧地坐在一旁,一動不動。
牛頓隻好在心裏默默地計算實驗數據,以至於朋友幾次與他搭訕,他都沒有一點反應。朋友隻好為他掩飾,同時不斷地使眼色讓牛頓說話。但是牛頓雖然還呆坐在那,心卻已經飛回了實驗室,對朋友掩飾的話和示意的眼神充耳不聞,視而不見。
小姐的臉色越來越難看,還沒等小姐起身告別,牛頓突然站起來說:“對不起,我出去一下。”然後,他轉身就走了出去,再也沒有回來。
他的朋友和那位小姐等了很久,也不見他回來,小姐隻好遺憾地走了,以後再也沒有來過。後來,牛頓也感到非常抱歉。
但科學像磁石一樣吸引著牛頓,他在婚姻和科學之間,總是選擇科學。牛頓做事十分刻苦努力,不成功絕不罷休,這從小就已表現出來。這種特征在他長大以後,隨著年齡的增長而有增無減,伴隨其終生。為了心愛的事業,他忘掉了一切。
有時牛頓也會回去看望家人,但那隻是為了用親情衝淡一時的煩惱。母親關懷他,像是要補償給他母愛。但是幼時母親改嫁,失去雙親的孤獨感和隔離感在他心中留下的陰影,雖然已經很淡,卻總也揮之不去,這使他不能充分地享受家庭的歡快和體味母親的親情,以致後來家也很少回了。
為了工作,牛頓放棄了好多追求生活樂趣的事情。從年輕時起,他就從來不記得按時用餐,做日常事務顯得極其笨拙,對自己的健康也漠不關心。
牛頓喜歡服用自己配製的家用藥物,其中之一是用橘皮煮湯,加糖代茶,在吃飯時飲用。他晚間工作,一般熬到深夜。由於缺乏充足的休息和睡眠,30歲的時候,就已有了白發。
牛頓沒有娛樂,確切地說,他沒有時間去娛樂。如果要說有娛樂和業餘愛好的話,那就是喜歡做化學實驗和搞煉金術,他的大多數時間都是在辦公室中度過的,他的外衣經常有做化學實驗時沾上的汙漬。
牛頓太忙碌了,完全沒有時間去觀察自己的形象,他樣子很落魄,往往領帶不結,鞋帶不係好,有時連褲子的紐扣也係不好,就走進了大學的餐廳,在那裏匆匆忙忙地吃飯。更忙的時候,他都不記得自己是否吃過飯了。就這樣隻是全神貫注於所研究的問題而對自己的日常瑣事一點也不放在心上,這方麵有許多流傳的故事。
有一段時間,牛頓常常站在架在花園門口的望遠鏡前想得出了神,一站就是幾小時。有一次,他聽到一個園丁在指指點點地跟別人說:“這個人知道的東西比全人類知道的東西加起來還要多。”
牛頓回過頭來望著園丁,充滿不解地問:“你在說誰?”園丁看他那副一本正經的樣子,捧腹大笑。
牛頓對自己的生活顯得那般漠不關心,金錢對其更是無足輕重。牛頓常常把錢借給別人或送給別人,不管是認識的還是不認識的,隻要開口,他就一定會給的。這體現了牛頓的性格溫和,待人誠懇。但是,當他與別人發生爭執的時候,一旦激怒,就一點也不會讓步的。
牛頓的一生,總是想避免爭論,然而卻總在爭論中度過。但是,他對年輕人卻好多了。在金錢上,一方麵,他和許多文人學者一樣,把錢看得不重;另一方麵,到了晚年他對錢的計算比誰都精明。有一個傳說他用錢的故事。
有一次,一位來訪的客人請牛頓對一個棱鏡代為估價。牛頓被這個作為科學研究工具的棱鏡吸引住了,不假思索地回答說:“它的價值大得我都無法對它估價了!”客人立即要把棱鏡賣給他,向他討了一個特別高的價。牛頓卻毫不遲疑,真的把棱鏡買了下來。後來別人知道這件事後,對他大叫:“嗨,你這個笨蛋,你隻要按照玻璃的重量折一個價就行了!”
有一次,牛頓在實驗室內做實驗,助手幾次進來提醒他該吃飯了,他都不願放下手中的研究。助手擔心他記不起來,在出門之前,給他拿了幾個雞蛋,對他說:“先生,如果你餓了,就把雞蛋煮了吃。”牛頓漫不經心地點點頭,又沉浸在了自己的實驗中。
幾小時過去了,實驗還沒有做完,牛頓卻感到腹中一陣饑餓,忽然想起助手給他留的雞蛋,就隨手抓起“雞蛋”,放入爐子上已經沸騰的小鍋內,轉身又開始做實驗。
助手外出辦完事後,回到實驗室,隻見鍋內的水咕嘟咕嘟地沸騰著,雞蛋卻還好好地放在一邊,一個不缺,這是怎麼回事?他好奇地掀開鍋蓋,卻發現裏麵煮著的竟然是牛頓的懷表!
助手不禁駭然,他不顧燙手,齜牙咧嘴地將表撈出,忙追問牛頓:“先生,你怎麼把懷表放到鍋裏去了?”
“懷表?”牛頓一摸自己的口袋,懷表確實是沒了,他這才想起剛才一定是因為一直在關注實驗,不知不覺地把懷表當作雞蛋扔進了鍋裏。
在人們的印象裏,牛頓似乎節儉到了吝嗇的地步。事實上,他在劍橋大學時收入雖不高,但他並不貧窮。而且作為一個傑出的數學家,他頭腦精細,善於理財。他的生活雖然簡單,卻並不艱苦,每周典型的菜譜都會有一隻鵝、一隻雞、兩隻火雞。牛頓珍視友誼,待人真誠,每當有朋友來訪,他總是讓人準備比平時更豐盛的菜肴。
有一次,一個朋友寫信給牛頓,說他要在晚上來拜訪。牛頓非常高興,馬上派人送信給那位朋友,說歡迎他晚上來做客。因為當時沒有通信工具,按照英國紳士的習慣,未經預約,不能隨便登門拜訪。於是,人們會在登門之前派人送去一封信,表明要登門拜訪的意圖。主人也會回信表示同意來訪或因為不便而拒絕。
當天晚上,當朋友來到牛頓家中時,仆人已經準備好了豐盛的晚餐,但牛頓還在實驗室內忙碌。朋友不願打擾牛頓,就坐在客廳內邊看報紙,邊等待。時間過得特別慢,對饑腸轆轆的人尤其這樣,那簡直是一種折磨。
牛頓的朋友左等右等,兩個多小時過去了,牛頓卻還沒有露麵,他隻好走到實驗室門口。隻見牛頓正在一堆瓶瓶罐罐中間聚精會神地邊操作、邊記錄,忙得不亦樂乎。朋友了解牛頓,知道他又陷入了研究中,一定是全然忘記了請客的事。盡管他很想開口提醒牛頓,但幾番躊躇,他決定還是不打擾牛頓,悄悄地回到餐桌旁。
看著豐盛的晚餐,朋友自言自語地說:“艾薩克,謝謝你對我的熱情款待,遺憾的是,我隻能自己享用了。”等了兩小時,他已經饑餓難耐,很快就吃完了飯。他又一次來到實驗室,看到牛頓仍在忘我地工作,便不聲不響地離開了。
又過了兩個小時,牛頓的實驗總算做完了,在他把所有必要的數據都記錄下來之後,他才猛地想起來今天有客人來吃飯,他狠狠地捶了一下自己的頭:愚蠢!
牛頓三步兩步地來到餐廳,隻見桌邊一個人也沒有,仆人都休息去了,隻見桌上一片殘羹。
牛頓站著,愣了半晌,突然忍不住大笑起來,說道:“艾薩克呀,艾薩克,怪不得最近你的實驗沒有什麼進展,看你的記憶力已經到了如此地步,連剛剛與朋友吃過飯都忘記了!”
牛頓微笑著,心滿意足地回到了他的實驗室,開始做下一個實驗。
發明權的爭論風波
如果說牛頓和弗蘭姆特斯持續十年的爭論還隻是個人的成見之爭,那麼,牛頓和萊布尼茨之爭則發展為國際之爭,持續時間將近兩個世紀。這場為爭奪微積分的優先發明權之爭是科學史上最厲害,也是最著名的爭論,給數學的發展造成了很大的影響。
萊布尼茨是和牛頓同時代的人,可能在當時是僅次於牛頓的最優秀的人物。他是德國人,第一流的數學家和著名哲學家,他才華橫溢,思如泉湧,他除了研究數學和哲學外,還廣泛地涉及法學、力學、光學、語言學、邏輯學等41個範疇,被譽為“17世紀的亞裏士多德”。
1673年他被選為英國皇家學會會員,1700年當選為法國科學院院士,同年他創建了柏林科學院,並擔任第一任院長。
萊布尼茨對數學有著極其深厚的研究,不但獨立地創立了微積分,對數學的其他分支也作出過重大的貢獻,對於笛卡兒的解析幾何提出了很多改進意見,對行列式和包絡理論做了很多基礎工作。牛頓的數學研究大約始於1664年,那已經是他進入劍橋大學三年以後的事了。
主講數學的巴羅教授可以稱得上是為牛頓打開數學興趣之門的人。巴羅教授在當年被任命為第一任盧卡斯數學教授,牛頓正是通過他主講的數學課,產生了對數學的濃厚興趣。
為了深入了解天體的位置和觀察知識,牛頓有選擇地購買了《三角學》,為了了解其中對他來說還嫌晦澀的證明,他又係統地學習了歐幾裏得的《幾何原本》和巴羅教授所著的《歐幾裏得原本簡證》,其時受益匪淺。
在此之後,在巴羅教授的鼓勵和推動下,牛頓開始學習笛卡兒的《幾何》,這本書用了他相當長的時間去領會。
就這樣,在短短的幾年中,牛頓閱讀了大量的數學、哲學名著,大大地開闊了自己的視野,增長了知識。他對當時數學的兩大分支,幾何和代數領域的最新理論成就進行了充分的綜合與發展,進而得出了自己的發現。
他從笛卡兒那裏得到了代數符號、各種概念和計算方法,從歐幾裏得和巴羅教授的著作中拿來了傳統的幾何證明方法,與在中學和劍橋大學所學的邏輯學相綜合,作出了許多偉大發現。
1664~1665年間,牛頓根據瓦裏斯的極限概念和級數,發現了無窮級數。當年冬天,他又發現了在任一既定點上求曲線曲度的方法,以及化任意次方二項式為近似級數的方法。
到1665年年末,牛頓已經發明了流數和微積分,並給出了流數的表示符號。一份寫於1665年5月的手稿表明,牛頓在23歲時已經充分發展了微積分的主要原理,能夠用它找出任何連續曲線在任何給定點的切線和曲率。他稱他的方法為“流數法”,意即“流動”或變量及其“流率”或“增長率”。
微積分的發明結束之後,在1667~1668年間,牛頓在數學領域上主要研究的是三次曲線的性質和分類,並提出了一些有關的理論問題。
1669年,牛頓寫出了《論用無限項方程所做的分析》的長篇手稿,係統地總結他過去的流數和二項式定理的研究成果,當年6月,他將手稿交給巴羅教授,巴羅在以後給他的朋友——皇家學會圖書館館員科林斯的信中提到了牛頓的發現,稱讚他“對於流數的發現有傑出的才能”。
過了一個月,牛頓便將這篇論文郵寄給了科林斯,在抄錄了一份副本後,科林斯將論文退還給了巴羅教授,向他在歐洲各國的朋友通知了牛頓的發現。
1664~1666年是牛頓在數學研究上的創作高峰期,但他並沒有像17世紀其他有所成就的科學家通常所做的那樣,把自己的研究成果通過正當渠道發表,而是將學習中的心得體會和研究成果直接寫在紙上、筆記上或賬本上。
這跟牛頓個人的性格有很大的關係,他十分內向、多慮,處處謹慎,從不肯多行一步路,多說一句話,這直接或間接地來源於他發表第一篇論文時所帶來的麻煩。就這樣,他隻是在自己覺得必要的時候,才向朋友、同行透露一點自己的研究情況。
大量事實也表明,在牛頓沒有正式出版自己的論著以前,他曾默許歐洲的一些科學家在極有限的範圍內抄錄、傳播、討論他的數學發現。這其中包括很多人,有皇家學會主席布朗克爾,秘書奧爾登伯格,英國的格裏高利,法國的布爾台、弗爾農和赫留斯,其中還包括當時德國著名的科學家、牛頓後來的死敵萊布尼茨。
1672年,萊布尼茨與惠更斯有了接觸,從而第一次對研究數學產生了興趣。在那以後,他主要研究用無窮級數求圓和其他曲線的麵積,並在1674年中考察了構成曲線的多邊形基元之和的一般方法,發明了微積分學。
1673年,萊布尼茨訪問倫敦,或者有機會在科林斯的論文中見到牛頓的包含流數原理的論文《論用無限項方程所做的分析》。
1676年,萊布尼茨再次來到倫敦,這時他還未當選皇家學會會員,通過科林斯和奧爾登伯格得知了牛頓有關流數的詳細情況。此後,他與他們開始頻繁通信,多次提到牛頓的數學發現,如“在給定任何曲線坐標的情況下,求出曲線的長度,圖形麵積,旋轉體的第二次分割及反求法,給出正方形內的任一弧線,不知道原圖形便可以計算對數、正弦、正切或餘弦及反求法”。
這時,萊布尼茨已經多多少少地了解了一些牛頓的發現,也曾給予其很高的評價。
牛頓也曾經以大量的篇幅給向他請教的萊布尼茨敘述了二項式定理的來源和方法,級數展開法,求拋物線麵積和用流數求一般曲線麵積法及切線的反求法。有理由相信,這些一定會對萊布尼茨有所啟發。
1684年,萊布尼茨在《學術學報》上發表了《求極大和極小及切線的一個新方法,它不受分數和無理數的妨礙並是這種情況的反常形式》,對對數進行了詳細的論述,並正式提出了微分原理。但他在此部分的任何地方都沒有提到過牛頓的名字,更不要說他的幫助或啟發了。
1686年,萊布尼茨根據積分與微分的對立,得出算法上也應為對立的結論,將微分的規則進行變換,從而得出了積分的規則。他還運用求極大、極小和切線的方法及無窮級數法,寫出了一篇奠定積分原理的論文,在《學術學報》上發表了。在這篇論文中,他第一次使用積分符號“∫”,至此,萊布尼茨完成了微積分的發明。
1665年5月,牛頓形成了自己的流數思想和表示法的,並在第二年10月給予係統闡述。而萊布尼茨是在1674~1676年間形成微分的思想和表示法的。牛頓的論文發表於1669年和1671年年初,而萊布尼茨的論文發表於1684年和1686年。
這就說明,牛頓確實要比萊布尼茨早發明微積分。發明的時間要早10年,而寫成論文則要早近20年!讓牛頓震驚的是萊布尼茨發表的論文中絲毫沒有提及他的作用,而且一直以來,萊布尼茨都不承認曾經得到過牛頓的直接或間接的促使他發明微積分的幫助。
昨天還是虛心求教的摯友,今天搖身一變,竟然將自己的發現經過改頭換麵,變成了微積分的發明者!這就難怪牛頓要氣惱了。
牛頓在《原理》第一版的第二卷中以三頁的篇幅說明流數原理,同時在注釋中提到萊布尼茨的發明係得益於自己的研究成果。此時他倆的關係還沒有完全破裂。
而他們的支持者也沒有想到要為各自的偶像搖旗呐喊。他們還是在通信,至少能夠承認對方的發明。但在1699年,這一切都改變了。
1699年,牛頓擔任造幣廠廠長之後,住在倫敦的瑞士數學家法蒂歐向英國皇家學會呈交一篇論文,文中提出牛頓是微積分“第一個發明者,並且領先了好幾年,而萊布尼茨這第二個發明者是否從別人那裏搞了什麼東西,我寧願有我自己的判斷”。
法蒂歐提出這個問題是由於他看到,萊布尼茨1684年和1686年在萊比錫的《學術學報》上,首次發表的關於微分原理和積分原理發明過程的文章中沒有提到牛頓的作用及其在多年前已經取得的成果。
早在1665年鼠疫期間,牛頓就已創立了微積分的一些基本原理,他稱為“流數術”,並且采用在字母上加符點的獨特記法,然而牛頓沒有對自己的發明及時公開。
1669年,牛頓寫出了第一篇數學論文《無窮多項方程的分析》闡述了論證還不嚴密的微積分基本定理,送給巴羅教授看,後來印成小冊子分送給朋友,直到1711年才正式出版。另外兩篇分別寫於1671年的《流數術和無窮級數》以及寫於1676年的《曲線求積法》的重要論文分別於1736年和1704年才公開發表。