三、天地的联络员
在枷利略含冤去世的那一年,一个伟大的生灵正在母腹中蠕动。后来的亚历山大•波普曾赞叹道:
大自然的规律隐藏在黑夜里,上帝说:“让牛顿出世吧!”于是,一切都充满了光明!
然而,这个在他父亲死后不久出生的早产儿却小得可怜,接生婆甚至没想到他能活下来。牛顿(1642-1727)小的时候并不怎么聪明。他体质虚弱,不敢和其他小孩一起玩耍,害怕别人欺侮他。他的学习成绩也不很出色。但他却特别喜欢做木工活。在牛顿的住房附近有一架风车,风带车转,能把小麦磨成面粉。牛顿被这个庞然大物迷住了,一连好几天,他围着风车转来转去,终于弄明白了风车的构造。他在家里自己动手做了一架小风车,风一吹也能转,并且还能将麦粒磨碎呢!牛顿高高兴兴地把这架小风车带到学校里,同学见后无不称奇。不料一个优等生却傲慢地说:“既然你能做风车,那你能把风车转动的原理讲给我听吗?”
牛顿被问得张口结舌。他功课学得不好,讲不出原理来。于是同学们跟着起哄了,把他的风车砸了个稀巴烂。牛顿哪里受到过这样的羞辱,从此他发愤学习,终于成为全班最优秀的学生,并且养成了追根问底的好习惯。
但是事情并不遂人愿,在牛顿14岁时,由于家里缺少帮手,他的母亲便不再让他上学读书了,他只得到田地里干活。这时已经对科学产生了兴趣的牛顿,却不安心务农。他经常藏在田边聚精会神地读书或面对着周围的自然事物出神。
有一次,牛顿的舅父在进城的路上,发现要上集市做买卖的外甥躲在小树丛旁边的草地上,正在旁若无人地演算着一道数学题。牛顿的舅父是剑桥大学三一学院的成员,他被牛顿这种热爱科学的精神感动了。在他的帮助下,牛顿重返学堂。他如鱼得水,学习更加勤奋刻苦。在18岁那年,牛顿以优异的成绩考进了剑桥大学三一学院。在著名数学家巴罗教授的指导下,他开始崭露头角。
1665年秋天,令人恐怖的鼠疫横扫了整个伦敦城,大学不得不关闭停课。牛顿也回到老家避难。第二年夏天,有一次由于天气炎热,牛顿走出屋坐在苹果树下乘凉。阵阵微风吹来,他感到格外清爽;他欣赏着周围的景色,心情也格外舒畅。当他的目光从周围移向天空时,他看到那银盘般的太阳好像正朝着他微笑呢!看着、看着,连日来冥思苦想的问题重又浮现在他的脑海里。为什么行星都要按各自的轨道绕太阳运行呢?为什么月亮又要绕地球转动呢?
正在这时,“啪”的一声,一个苹果正巧从树上落到地上。他的头脑摹然开了窍。他那如同烈马般的想象力一下子跨越了天界和地界之间的鸿沟,开始在整个宇宙中自由驰骋。既然苹果能坠落到地面上,那么,为什么月亮掉不下来呢?牛顿顿悟到,月球落不到地面上来,不是因为它跳出了地球的控制范围,而是因为它绕着地球在旋转;就是苹果,只要能让它绕着地球旋转起来,也就不会再落到地面上来了。
牛顿根据伽利略对抛射体研究的结果,设想了一个大炮射击的思想实验。在一座很高的山上有一门大炮,沿水平方向射出的炮弹,本来应当是水平前进的;可是在重力的作用下,它就沿抛物线落向地面。如果增加炮弹的速度,它就会落得远一些;如果再增加其速度,它就可能绕地球大半个圈;如果继续再增加其速度,炮弹就会绕地球一圈、两圈、以致最后能围绕地球作圆周运动而不再落到地面上。月球的运动就酷似这炮弹的发射。如果这个假设正确的话,那么,使月球在轨道上运行的引力也就是引起苹果落地的重力。牛顿还进一步设想太阳对行星的吸引力,可能和地球上的重力具有相同的性质。
牛顿根据开普勒第三定律推出了引力和距离的平方成反比关系;他又用当时已知的观