更多的人認識牛頓,是通過物理的角度,他在物理界有極其大的貢獻,動量守恒,牛頓三大定律,三棱鏡,萬有引力。他在物理學上的貢獻,媲美伽利略,僅次愛因斯坦。但其實這樣的一位光輝物理學家,在數學層面的貢獻,毫不遜色于任何一位數學家。
牛頓的照片
這位英國皇家學會的會長,這輩子也算是跌宕起伏。年少喪父,母親改嫁,由外祖母一手拉扯大,上學時被稱為笨蛋,整天玩弄一些風車,木鐘等當時看來毫無用處的東西。
直到1665年,牛頓拿到了大學學位後,英國因為倫敦大瘟疫,所有的大學宣布停課兩年,牛頓也被迫回到了鄉下。
然而這段時間,才為牛頓的傳奇人生做下堅實的基礎。他先是用光投過了三棱鏡,發現了光的折射,證實了光是一種複色光,由紅橙黃綠藍靛紫七種顔色組成。然後又因為蘋果成熟之後掉落到了地上發現了萬有引力,進一步确立了牛頓三大定律。這三大定律,可以說一舉奠定了現代物理學的核心。
牛頓三大定律基本關系
在這一段時間内,牛頓發明了微積分,但是據說另一位數學家萊布尼茨也發明了微積分。于是矛盾就進一步産生了,英國和德國兩個國家為了這件小事竟然冷戰了一百多個春秋。為了避免這種不必要的國家與政治的争論再次上演,我們現在提及其微積分,都要說這是牛頓和萊布尼茨用不同的兩種思路發明出來的同一種數學工具罷了。
我相信讀者朋友們不管是從事專業數學研究的,還是沒有從事任何數學工作的,都對這一偉大的發明有所耳聞。畢竟現代的科學,你用過的手機,平闆電腦。桌前的一樣樣工具,打遊戲時一個個漂亮的道具,人物,亦或是你生活中的買菜,開車上路。這一系列的日常工作或工具,都直接或間接的使用了微積分或者微積分思想。可見,這種工具背景下的思想有多麼重要!這次發明的大背景是牛頓算的一道題。
令人恐懼的微積分
我們每個人在小學的時候都學過,一個物體的運動速度等于它運動的路程除以它運動的時間。所以我們要求這段路程,隻需要用速度乘以時間就可以了。但是有一件事情不知大家有無曾考慮過,那就是你的速度一定是确立不變的嗎?
我們在物理上把速度不變的運動,即任一單位時間内行駛路程都相等的運動叫做勻速運動,這在生活中已經足夠運用了。但是絕對的勻速運動是不存在的,起碼是很難存在的。你能夠保證,開車上了高速,能夠每時每刻将自己的速度控制在100千米每時嗎?車輛的運行,畢竟要經曆加速,相對勻速,減速這幾個階段。我們在生活中所運用的速度乘時間,不過是算出一個大緻的行駛路程而已。
對于如此嚴謹的數學家們來說,這誤差簡直讓他們無法容忍,恨不得趕緊找一個兩全的方法,解決這個棘手的問題。
牛頓出現了,他在自己的解題過程中運用了一個新的概念,叫做平均速度和瞬時速度。
牛頓運用了這種瞬時速度後,對自己很滿意,但是轉念一想,這麼好用的一個工具怎麼能隻運用于計算速度,于是自己做了進一步的改進,演算,又加入了一些新的内容,更加準确的語言和符号。于是,一門數學的分支學科—微積分,從此冉冉升起。
想必大家都聽過他的一句經典名言:
如果說我看得比别人更遠些,那是因為我站在巨人的肩膀上。
可能許多語文老師在說到這個地方時,會說到牛頓身上具有謙虛的品質,或者說他有低調的态度。但是在這裡,我不得不澄清一點,這個故事的真相是牛頓提出萬有引力之後,再一次宣讀自己的論文時,話音剛落,便遭到了物理學家胡克的質疑:
很感謝牛頓先生,我前兩天确實發現了這個理論,隻不過最近有些忙,沒有時間整理罷了。
胡克是一名很偉大的物理學家,但是他有一個毛病,見不得年輕人比他厲害,比他成名。牛頓固然很生氣,但科學家就是科學家,情商方面也有獨特的氣質,就有了上述的那句經典。這句話的原因是胡克據說很矮,隻有160cm不到,遠比牛頓要矮的多。于是他便以此展開了攻擊,或者說是調侃。
人們想象中的胡克
牛頓這輩子為了學術與太多的人争吵,也幾乎沒有幾個朋友,但是也許就是因為所處于一個孤獨的環境,才成就了這位偉大的數學家,物理學家。至于萬有引力到底是誰發現的,我們也不得而知,畢竟時間已經将真相封印了300多年。
如果沒了微積分,現在的生活會是怎樣,我們不得而知,其實生活中我們處處再用這種思想,卻殊不知這就是數學的魅力。
牛頓還創作了許多書籍,如《自然哲學的數學原理》《曲線求積術》《解析幾何》等。發明了二項式定理,晚年的時候還進軍哲學界,為了尋找宇宙第一推動力,癡迷于神學的研究,做出了世界末日,基督誕生等多種假設,直到結束自己這非凡的一生。
自然哲學之數學原理
這位偉大的數學家就這樣死去,有一首詩深刻的體現了牛頓的偉大:
茫茫滄海夜,萬物匿其行。天公降牛頓,處處皆光明。
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