文|周冉
“这一切都是在鼠疫流行的两年(1665—1666)中发生的,因为那是我一生中最旺盛的发明年龄,而且是我一生中最专心于数学和哲学的时期。”多年以后,已成为杰出物理学家的牛顿依然感慨那段心无旁骛的隔离时光。
1630 年在意大利佛罗伦萨蔓延的瘟疫导致6000多人死亡
1665年,牛顿从剑桥大学毕业,在巴罗教授的推荐下即将成为大学选修课的研究员,可以领取微薄的薪水。然而此时伦敦爆发了大规模的淋巴腺鼠疫,俗称黑死病。这种病由跳蚤传染给老鼠,首先在英国港口城市繁殖,逐步蔓延全国。黑死病的初期症状是剧烈的头疼,眩晕,四肢颤抖,腋下和腹部肿胀,高烧,最后皮肤出现黑斑,故称黑死病。防治黑死病只能借助罗马人的一句谚语:快快地逃走,远远地避开,迟迟地归来。
伦敦有成千上万的人染病去世,他们的尸体来不及掩埋或是找不到健康的人来掩埋,只能被堆砌在街头。仅1665年7月到9月,伦敦4万人口的死亡率已经达到1/10。剑桥大学宣布停课,学生遣返回家。牛顿也回到位于荷尔泽普的乡下庄园。此后长达18个月的时间里,牛顿身处庄园的某个小小房间,不用担心时间,不用被上课这样的琐事烦扰,专注徜徉在思想的海洋。
1665年5月,牛顿的一本笔记中最早记载了“流数”的相关内容,“流数”或“流动的量”由牛顿定名,也就是我们现在说的微积分(也有争议认为先发现微积分的是莱布尼茨)。微积分的应用范围极为广泛,极大地推动了数学的学科发展。
牛顿的家乡荷尔泽普的庄园
“苹果从树上掉下来砸到牛顿的脑袋,让他开始思考引力的原理”,这个故事充满戏剧性,流传甚广但更像是杜撰。1666年在荷尔泽普庄园,牛顿开始根据开普勒定律进一步推论,后来提出了其对科学最伟大的贡献——万有引力定律。这个定律也适用于宇宙空间。牛顿把思想的触角伸向太空,开始思考月亮的轨道问题、地心引力的大小与距离的变化关系等问题。
同时进行的还有光学领域的研究,1664年,牛顿还没有毕业时就对月晕进行了观察和测量。1666年,他一直在钻研磨制非球面的其他形状光学透镜,最终得到一个三角棱镜,用来试验著名的颜色现象。这时期他脑海里第一次产生了光谱的概念。
在荷尔泽普宅第那个与世隔绝的小屋里,牛顿遮住所有的门窗,在百叶窗上开一个小洞,光线很快就通过棱镜折射到对面的墙壁。起初他只把这个当作一种消遣,很快他发现,太阳光通过棱镜发生了变化,从棱镜射出的光已不再是白色,而是一束由各种颜色光组成的光带,每个颜色朝向略微不同的方向,每个颜色的光束都有自己特定的波长,牛顿小屋的墙壁上出现了光谱。
在庄园小屋隔离的18个月,牛顿从未停止思考和研究,即使最初只是出于好奇进行的某种思考或实验,都成为他之后研究的重要资料和理论基础。