1633年6月21日一个郁闷的夏日。罗马梵蒂冈宗教裁判所内座无虚席,决定近代科学方法论开创者伽利略命运的时刻终于来到……翌日,罗马教会宣布伽利略有罪,判为终身监禁。1642年,被软禁十年之后的伽利略凄凉地离开了人世。伽利略的离世如涅槃的凤凰,就在这一年,人类在逆潮的灰烬中迎来了另一位横空出世的巨人——牛顿。

牛顿诞生的地方是英格兰北部一个名叫伍尔索普的村庄。这里风光恬静而秀丽,只有远处教堂传来的悠长钟声偶尔会打破小村的宁静。1642年圣诞节的午夜,牛顿的母亲汉娜 · 艾斯库在一个烛光昏暗的庄园里孤独地生下牛顿。牛顿的父亲是个“任性放肆而软弱的人”,婚后不久便染上了急性肺炎匆匆离世。为了纪念丈夫,汉娜给牛顿起了与丈夫相同的名字:伊萨克 · 牛顿。三年后,汉娜经不起母亲和哥哥的劝说于1645年1月再度婚嫁。从此失去母爱的牛顿和年迈的外祖母相依为命。不幸的童年在牛顿身上留下很深的烙印,逐渐形成了他孤僻冷漠的性情。所幸的是,牛顿天性还存在对自然的热爱。在伍尔索普如诗如画的田园风光中牛顿找到童年的乐趣:他与野兔、画眉、蝴蝶嬉戏,悉心观察大自然一切有趣迷人的现象。牛顿非凡的才智在九岁时就表现了出来。他做了一个测量时间的仪器——日晷,根据圆盘中央的小木棒随着太阳的运动不断变化的影子来计算时间。牛顿对比熟稔于心,后来他只要扫一眼书房墙上的阴影位置便可以说出时间,几乎每次都与兜里的表一样准确。

14岁那年一次打架事件唤醒了牛顿强烈的自我意识。此后,牛顿发愤学习,进步之快令老师和同学们目瞪口呆。写到这里我们不禁要说,许多伟人成长的道路上都发生过这种奇特的转折,爱因斯坦小时候也是个不讨老师喜欢的学生。转折前后人物变化之迥异让世人无法以常理视之。这些转折性的事件往往改变了人一生的命运。

牛顿中学毕业时格兰瑟姆中学校长史托克自豪地夸奖牛顿是学校最优秀的学生。在恩师史托克和舅舅的帮助下牛顿进入剑桥大学深造。真正引导牛顿踏进科学大门的人是剑桥大学教授伊萨克 · 巴罗。巴罗是研究微积分的先驱者,他讲课自由、生动、富于启发性。渐渐地,牛顿与比他大12岁的巴罗建立了密切的关系,他们既为师生,又是朋友。巴罗将自己的所知与心得毫无保留地传授给在数学方面显示出非凡悟性的牛顿。在攻读文学学士学位的四年,牛顿几乎掌握了当时全部自然科学及哲学知识。他遨游于自然科学的海洋,忘我地接触笛卡儿、伽利略、亚里士多德、沃利斯、开普勒等先驱们的著作。通过与这些伟大人物心灵的交流和书本上的学习,牛顿领悟了数学与自然科学的关系。他认为,只有数学才是一项最严密的验证自然规律的工具。基于这种深刻认识,牛顿对数学投入了大量精力。在对数学领域的探索中牛顿绕易就难。他没有先学习较为易懂的欧几里得的《几何原本》,而是先涉及艰涩的笛卡儿的《几何学》。大学生活后期牛顿在数学研究方面崭露头角,他加入了一个信仰机械论原理的知识分子团体。在他的笔记本,牛顿表露了自己追求科学与真理的决定:

柏拉图是我的朋友,亚里士多德也是我的朋友,但真理是我更伟大的朋友。

大学毕业前夕,牛顿发现了二项式定理。他并没有急于将此公布于世,而是将手稿束之高阁忙其他事情去了。因为他想完成的远不止这一个发现,他要把他的发现放在整个科学领域之中,那是一个他有能力构筑的整体。1665年6月,一场持续了18个月的鼠疫在伦敦蔓延。由于鼠疫的影响,牛顿同其他学生一样,返回了故里。在家乡的18个月里,牛顿多种令人仰止的理论思想喷薄而发。微积分、光学理论、万有引力定律……都在这段神奇而短暂的岁月里孕育出来。正因如此,人们后来将牛顿在家乡躲避瘟疫的18个月称为改变世界的18个月。

后来牛顿被剑桥大学三一学院录用为“学侣”(相当于现在的研究生)。牛顿默默苦干的治学精神以及他那掩饰不住的才华深得校方赞赏。不久,牛顿被选为主修课研究员。1669年夏季,牛顿的影响遍及整个欧洲,27岁的牛顿成为剑桥大学有史以来最年轻的数学教授。1671年,牛顿制造了一架高功效的望远镜,并引起国王查理二世浓厚的兴趣。第二年,牛顿顺利通过选举,成为英国皇家学会会员,这一年牛顿不满30岁。1705年,担任皇家学会主席的牛顿被安妮女王亲自授予爵士头衔,出身寒微的他由此成为英国历史上第一位以科学成就成为勋爵的……

作为最早创立微积分的数学家,牛顿在数学发展史,上书写不朽的篇章。在创立微积分这一数学分科过程中,牛顿继承了笛卡儿的解析几何方法和他的导师巴罗论述曲线的切线方法,他反复实践最终石破惊天地得出:数学量可以被看作是由连续运动产生的。例如,一条曲线是由点连续运动而产生的。这样力学和数学就被牛顿有机地联系起来,从而使微积分成为新的数学学科。

牛顿敢于在近代科学先驱们的理论基石上竖起自己高耸入云的标杆。先驱们发现了行星围绕太阳运动的三大定律,但他们却无法解释是什么力量驱使行星遵从这三大定律运行。此问题成为当时自然科学界悬而不决的难题。许多学者阐述了自己的观点,其中较有影响力的学说是笛卡儿的以太漩涡说。根据其演绎推理法,笛卡儿描绘出他想象中的世界图景:整个世界处在一个巨大的漩涡运动之中。另一个假说是由意大利的博雷利提出的,在他的假设中推动行星运动的力量是从太阳发出的,这个力维持着行星围绕太阳运行。假设毕竟只是假设,博雷利无法证实自己的推测。牛顿对这两种学说进行了认真地思索。在用以太漩涡说解释开普勒的三大定律中,牛顿发现了以太漩涡的错误和缺陷。与此同时,牛顿还发现笛卡儿的学说也无法用来解释彗星的自由运动,因此牛顿毫不犹豫地否定了笛卡儿的漩涡说。对博雷利的假说,牛顿隐约感觉到了它是具有某些科学价值的,但他还一时无法解释清楚。

牛顿治学严谨,对书本上的理论从来都是反复验证不妄自信之,因而牛顿说:“我不需要假设”。就在牛顿于1665年秋季在伍尔索普庄园的一棵苹果树下苦思冥想行星绕日运动的原因时,一只成熟的苹果落到了他的脚边。这只苹果堪称全世界最幸运的苹果,因为它引起了巨人牛顿的注意。通过苹果坠落这一自然现象,牛顿智慧的大脑联想到引力的作用。进而牛顿悟出自然界万有引力的存在,不会说话的苹果并未告知一切。长达一年的时间里牛顿沉浸在他那伟大的奇思妙想之中:地球的引力为什么恰好使月球绕地球旋转,而月球为什么不像苹果那样坠落地球?牛顿非常聪明地想到伽利略。伽利略曾指出,物体有一种惯性,运动者自身就可以永恒地运动下去,根本无需力的作用。伽利略给了牛顿关键性的启发:

我开始考虑把地心引力延伸到月球轨道……推导出使行星保持在它们的轨道上的力,必定与它们到回转中心的距离的平方成反比。由此,我比较了使月球保持在它的轨道上所需要的力与地面上的重力,并发现答案相当吻合……众所周知,物体间的相互作用是由于万有引力、磁和电的吸引。这些例子体现了自然界的发展方向和轨迹,因而存在着比这些力更吸引人的力并非是不可能的事情。因为自然界总是始终与自身协调一致的。

思索出月球围绕地球运动的原理,牛顿很自然地将他的研究成果推及整个太阳系。牛顿站在巨人的肩上高擎熊熊火炬庄严地向世界宣布:行星之所以在各自的轨道上运行,而不向太阳是因为它们与太阳之间行星之间存在着引力的作用,这使它们不会撞击在一起。同时牛顿用著名的数学形式一平方反比定律进一步表述了宇宙间的引力。牛顿用了20年的时间解决了天体距离的计算问题,又将质量概念引入,从而把引力推向整个宇宙,得出了举世瞩目的万有引力定律。1678年7月,44岁的牛顿登上人生巅峰,自然科学界里程碑式的辉煌巨著《自然哲学的数学原理》问世。

1727年春,伦敦被寒冷的空气影响的格外阴鸷。84岁的伊萨克 · 牛顿爵士主持了皇家学会的最后一次会议后于3月20日在沉睡中悄然逝去。

从哥白尼到牛顿,在科学思想的发展史上,这一时期发生着翻天覆地的变化,许多重要的转折路口都会有一位巨人高擎着真理的火炬照亮未来的道路推进人类文明的进步。"自然界和自然界的定律隐匿在黑暗之中,上帝说‘生个牛顿吧!’于是,一切成为光明。”正如亚历山大 · 波普说的那样,拥有世界上最强大的科学头脑的牛顿接过巨人薪火相传的火炬,站在他们的肩膀上照亮了整个世界。