資訊：牛頓：跨界科學巨匠

今年是牛頓誕生380周年。1643年，牛頓生于英格蘭的烏爾斯索普，1727年逝世于肯辛頓。牛頓的樸素唯物主義哲學觀點和初具規模的物理學研究方法論體系，影響了物理學及整個自然科學的發展，堪稱科學巨匠。

發現光之奧秘

從1663年起，為了研究光，牛頓先后設計和實施了棱鏡色散實驗、顏色理論的驗證實驗、光的干涉實驗等新的光學實驗。

(相關資料圖)

1666年初，牛頓在密閉房間的窗戶上開一個小孔、讓陽光直射到棱鏡上。結果，墻上出現了紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7種顏色的長條橢圓形光。接著，他又設置了“玻璃不同厚度”“窗孔不同大小”“將兩個棱鏡正倒放置”等條件，以觀察光線經棱鏡后的運動軌跡。同時，他還在棱鏡所形成的彩色帶中，通過小孔取出單色光，再投射到第二棱鏡，進而計算出該色光的折射率。最終，牛頓得出“白光本身是由折射程度不同的各種彩色光所組成的非均勻的混合體”的結論，推翻了前人關于光的學說。

1670年4月，牛頓做了不同顏色粉末的混合實驗。他用顯微鏡觀察到這些粉末的顏色并未因混合而被破壞，反而產生了一種新的顏色。通過將光經三棱鏡折射后的顏色和粉末混合后的顏色進行對比，牛頓不但證明了他的顏色理論，而且還印證了他的微粒說。

牛頓對光的干涉現象做了一個實驗：在陽光下，用一根細管子對著肥皂水吹氣，使其產生很多有美麗環紋的肥皂泡。他發現光透過透明薄膜時，會產生一圈圈往外擴展的五彩環紋，環紋與環紋間以黑色隔開。這些環紋還會依光譜的順序排列，環紋的大小則因顏色不同而有差異。牛頓還成功地用數學公式表明環色與薄膜厚度的關系，同時得到了光的干涉圖樣。

建立經典力學體系

在牛頓建立經典力學之前，有許多科學家對力學做過大量的實驗和研究，并得出了許多重要結論。

在前人的基礎上，牛頓結合自己的實驗，運用科學思維和數學方法，對以往的研究成果加以總結，得出了更加完善的經典力學三定律。

牛頓還用自己的力學理論，做出“地球的形狀是橢圓球體”的預言。他認為，作為一個旋轉的球體，地球表面上的質點一方面受地心的吸引，一方面又有離開地心的傾向（即離心力）。地球不是一個正球體，而是一個極似“橘子”的橢圓球體。后來，多位科學家證明了牛頓的預言。

在開普勒發現的行星運動三定律的基礎上，牛頓運用微積分把天體力學和地面上的物體力學統一起來，建立了完整而嚴密的經典力學體系，實現了物理學史上第一次大綜合。

牛頓還用他的“物理—數學方法”，將物理學范圍中的概念和定律都“盡量用數學演出”。

證明萬有引力定律

牛頓因為看到蘋果從樹上掉下來而發現萬有引力定律的故事，是他應用“科學思維”的典型案例。此后，他經過整整7年的研究，把萬有引力定律全面證明出來，奠定了理論天文學、天體力學的基礎。牛頓還把力學理論應用到太陽系中，使天體力學中的一系列問題得以解決。

牛頓的故事告訴我們一個道理：科學研究不僅要有為科學獻身的精神，還要有建立在廣博知識基礎上的科學思維方式和科學研究方法。

（作者系新疆農墾科學院研究員）

標簽： 經典力學 天體力學 萬有引力定律