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同样是隔离在家,人家牛顿干了啥,你又在干啥? [转载]

分类:心情交流发表时间:2020-02-24阅读次数:626

很多人以前一定无数次想象过:如果我能在家办公就好了。这次爆发的疫情,让我们不得不留在家中,但我们开始无所适从。
减少人口流动,阻断疾病的传播途径,是对抗传染病的最好办法。从古至今,人类有很多次都是通过这样的方法战胜了疫病。那个时候的人们,是如何度过“宅家”生活的呢?

                                                                               盖着毯子创作的普希金
1830年秋天,因为碰上霍乱爆发,交通阻断,普希金被迫在一个村子里待了3个月。因为无事可做,普希金在这段时间里创作了6部中篇小说,27首抒情诗,还有著名的戏剧《叶甫盖尼·奥涅金》,奠定了他在俄国文学史上的地位。后来,这件事情被称作“波尔金诺之秋”,成为作家丰收时期的代名词。
把时间再往前推几百年,在1665年的伦敦,一个年轻人同样因为疫病休起了长假,同样的“停课不停学”。而且,在这段时间里,他做出的研究成果,直到今天还在影响人类对数学、光学、力学的认知。
这个年轻人,名叫艾萨克·牛顿,这一年他23岁。
 
01  停课在家18个月

在公元14世纪,也就是人们常说的中世纪,黑死病的阴影一直笼罩着欧洲,我们今天也知道了黑死病,其实就是鼠疫。
从1348年第一次袭击英国,鼠疫断断续续肆虐了三百多年,英国有近1/3的人死于鼠疫,整个欧洲的死亡人数达到了5000万。

                                                                                      黑死病的传播
1665年,鼠疫再次在欧洲大爆发,这次伦敦成为了重灾区,仅仅从6月到8月,伦敦的人口就减少了1/10。
这个时候,牛顿正在剑桥大学三一学院读书。由于疫情越来越严峻,剑桥大学宣布停课,遣散了大部分在校的老师和学生。于是牛顿只好离开剑桥,回到了位于伍尔索普的乡下庄园里。
剑桥的停学持续了18个月,牛顿也在安静的乡村度过了18个月几乎与世隔绝的生活。但这段时期,他蓬勃的创造力和想象力丝毫没有受到影响,反而迸发出更加耀眼的活力,成为他后来几十年学术之路的起点。
 
02  发明微积分,计算万有引力,开启光学

我们今天熟悉的牛顿的三大运动定律、万有引力这些研究,其实都开启于牛顿在老家的“自我隔离”时期。
我们从小就读过牛顿发现万有引力的传奇故事:他坐在苹果树下,被一颗掉落的苹果砸中了头,于是灵感闪现,发现了地球的重力。在牛顿老家庄园旁边,确实有那么一棵树。人们后来专门找到了这棵树,把它看做科学探索精神的象征,受到顶礼膜拜。

                                                              牛顿故居的苹果树。1820年“万有引力之树”
                                                              被大风吹倒,但树根仍在原地,并重新长成
其实,这个故事几乎可以肯定是虚构的。第一个写出苹果树故事的人是作家伏尔泰,他对牛顿非常推崇,但他根本没见过牛顿本人,关于苹果树的故事则是从牛顿侄女口中听说的,经过艺术加工后发表,便被世人当成了事实津津乐道。
人们总是相信灵光一闪的天才,忽略了这背后需要进行的大量的积累和艰难的探索。
其实早在鼠疫发生的两年前,牛顿就已经开始对研究自然哲学感兴趣,当时人们对世界、对自然和宇宙的认知,还停留在亚里士多德和柏拉图的阶段,牛顿则更希望找到自然的真理。
牛顿阅读大量自然哲学类的书籍,包括笛卡尔、波义尔、哥白尼、伽利略等人的著作,他希望通过这些人弄清楚宇宙终极的奥秘。虽然这些名字今天听来如雷贯耳,但在当时其实是被主流排斥。即便在剑桥也很难找到愿意传授这种知识的老师。
今天我们知道,数学是一切自然科学研究的基础,但牛顿最早对数学的认知仅仅停留在数学计算的阶段。为了更深入地学习数学,他开始不断的阅读和自我学习,不过两年时间,牛顿就已经掌握了当时最先进的数学研究理论。


在“鼠疫假期”开始后,牛顿更是埋头钻研笛卡尔,而其中最著名的笛卡尔坐标,也就是今天在中学数学课上一定会接触到的直角坐标。
在笛卡尔坐标的基础上,牛顿进行了大量的计算,还发现了新的计算方法,也就是微积分。
微积分能够解决很多学者们想解决而无法解决的问题,很快成为了一切科学研究的基本计算工具。能否熟练使用微积分,也成为了一个人是否受过专业科学训练的标志。在大学时学过高等数学的人,一定还能回忆起被牛顿-莱布尼茨公式支配的恐惧。
借助微积分,牛顿开始研究行星运动的实际问题。在牛顿之前,天文学家们已经做过很多实验,证明了向心力和离心力的存在。牛顿在这个基础上充分发挥了自己的想象力,设想出一个完全理想化的环境,再运用微积分进行计算,最终得出一个结论,“行星脱离太阳所需的力,与它们到太阳的距离平方成反比”,这就是我们今天知道的万有引力定律。

                                                                 《自然哲学的数学原理》标志着经典力学
                                                                   的成熟,成为近代科学的标准尺度
当然,这还仅仅是牛顿关于万有引力研究的开始,在未来的20年里,他一直不断地完善和探索万有引力理论,直到1687年《自然哲学的数学原理》出版,才终于验证了这个理论。
对科学和真理的探索是痛苦而艰辛的,即便是牛顿,也把这18个月称为自己“心志最苦”的时期。全身心地投入到计算和研究中,也会有停滞不前,一筹莫展的时候。
每当这个时候,牛顿就会投身到自己终身的爱好中去:观察太阳。
也正是在这个时期,牛顿的光学研究也开了一个头。
牛顿意识到光是由很多种不同颜色的光组成的,我们看到的物体表面的颜色,是由于物体反射了这个颜色的光。

                                                                       牛顿发明的第一架反射望远镜(1668年)
这一发现,帮助牛顿发明了反射式望远镜,消除了观测天体时会产生色差的现象,是物理学领域又一个非常伟大的贡献。

03  宅在家,也不要失去探索世界的热情

1666年9月2日,伦敦燃起了一场大火,这场大火烧毁了很多民房和教堂,也在无意间消除了鼠疫的传染源,肆虐了两年多的鼠疫才慢慢消失。
牛顿得以回到剑桥继续他的学业,此时他还不知道,他在停学的这18个月中为科学做出的贡献,在后来的三百多年中将被世人铭记。
在人类科学的发展史上,牛顿的地位是那么重要,人们把他称为天才,“百科全书式的全才”等等。但实际上,牛顿的每一个成功的发现,都建立在大量的学习、计算和失败上。也许1%的灵感比99%的汗水更重要,但如果没有付出那些汗水,再多的灵感也无法成为现实。

无论是在怎么的极端情况下,牛顿都没有失去探索世界真理的热情。就像牛顿自己说的:“在那些日子里,我正处于创造的旺盛时期,我对于数学和哲学,比以后任何年代都更为用心。”
看完牛顿,你准备如何度过剩下的“隔离时光”?