书城传记告诉你一个牛顿的故事
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第9章 在科学界崭露头角

胜利者往往从最后5分钟的坚持中得到了成功。

——牛顿

(一)

1667年4月,肆虐一时的大瘟疫终于随着伦敦的一场大火而逐渐平息了。

1666年9月2日的晚上,伦敦市区布丁巷的一个面包师在完成了一天的工作之后,竟然忘记了熄灭火炉。火炉在夜间点燃了旁边的家具,继而引起了大火。由于大瘟疫期间,伦敦居民死亡多达6万人,活下来的人也大多逃到了乡下,留在市区的人很少,火势没有得到有效的控制。大火迅速蔓延,一直烧到了泰晤士河的北岸,87个教区的教堂、1.3万间民房和数百座仓库在大火中化为灰烬。然而幸运的是,传播瘟疫的蚊虫蛇鼠等也在大火中被烧死大半,瘟疫也随之平息。

1667年4月22日,伦敦瘟疫平息的消息传到伍尔兹索普。一个年轻人在乡间小道上一边飞奔着,一边大喊:

“嘿,要命的瘟疫终于过去了,大家可以放心生活了。”

牛顿听到年轻人的喊声,夺门而出,站在农场边上冲他大喊道:

“这个消息确切吗?”

年轻人回答说:

“确切!有一个朋友刚从伦敦回来,那里的人们正在废墟上建设家园呢!”

牛顿又问:

“有剑桥的消息吗?”

年轻人回答说:

“听说了,剑桥正准备复课呢!很多学生都已经回去了。”

牛顿飞奔过去,一把抱住年轻人,兴奋地说:

“谢谢你,谢谢你!”

说完,牛顿转身奔回房间,迫不及待地把那本厚厚的《杂录》塞进包袱,告别了母亲和弟弟妹妹,向剑桥镇的方向奔去。一路上,牛顿风餐露宿,搭乘顺路的马车,终于在两天后赶到剑桥。

离别了一年多,剑桥镇和首都伦敦都发生了很大的变化,其中以伦敦的变化最大。劫后余生的人们正在清除灰烬,重建家园。瘟疫爆发之前,伦敦完全保留着中世纪时期的样式,低矮的茅草房挤挤挨挨地堆在街道的两旁,蚊虫成堆,蛇鼠到处乱窜……现在,吸收了大瘟疫和大火的教训,伦敦居民开始用石头建房子,街道也比从前宽敞、清洁多了!

伦敦变了,牛顿也变了。18个月前,他只是一个对科学有着浓厚兴趣,但十分懵懂的青年;而今,他已经成为了一个站在世界最前沿的科学家。不过,当时的牛顿并没有意识到这一点。他不知道,在过去的18个月里,他提出的微积分、光学理论和万有引力定律已经彻底颠覆了传统科学理论;他不知道,他在过去18个月里所取得的成就已经为他一生的丰功伟绩奠定了基础。在此后的岁月里,牛顿所从事的大部分科研工作都是对这些理论的验证、补充和完善。就算他从此之后什么也不干,单单这些“蓝图”就足以使他名垂青史了。

牛顿的归来让巴罗教授十分高兴,他亲自到三一学院的门口迎接这位大脑里充满各种奇怪想法的年轻人。巴罗教授兴奋地对牛顿说:

“欢迎你回到三一学院,我的艾萨克!”

牛顿不是一个擅长表达自己情感的人,他只是慢步走到巴罗教授的身边,轻声说:

“你好,巴罗先生。”

随后,这对师生便一前一后向学院的生活区走去。令人诧异的是,虽然此时的牛顿在科学上已经取得了许多重大发现,但他并没有向任何人提及此事,甚至对巴罗教授也保守了秘密。或许他认为这些思想还不成熟,或许他本身就是一个不爱张扬的人。

(二)

重返三一学院,牛顿默默苦干的精神与他身上掩饰不住的才华很快就引起了巴罗教授的注意。一天晚上,这位伟大的贤者把牛顿叫到自己的宿舍,开门见山地说:

“艾萨克,你的数学才华已经远远超过了我,卢斯卡数学教授的位子早晚是你的。”

牛顿惶恐地望着巴罗教授,半晌才反问道:

“我有这样的能力吗?”

巴罗教授微笑着说:

“孩子,你的数学才华是不容置疑的!不过,鉴于你从未在教学岗位上工作过,我现在只能推荐你当讲师。”

讲师是三一学院的初级教师,是校委会的初级委员。如果能当上讲师,那就意味着牛顿不但可以从院方得到一定数额的薪资,还获得了自由出入图书馆的权力。前者对牛顿似乎并没有多大的吸引力,他天生对金钱没有什么概念,生活也十分简朴。不过,自由出入图书馆的权力对他而言无异于地球对苹果的吸引力那样巨大。

牛顿当即向巴罗教授表示了感谢。1667年10月,牛顿被三一学院任命为选修课研究员,相当于讲师的职务。不久,他又被升为主修课研究员。主修课研究员可以享受很多待遇:每年有两英镑的津贴,可以住在单人宿舍,参加各种学术团体的活动。不过,每一个研究员都必须遵守三一学院的规定,不准结婚。

升任主修课研究员那天,牛顿和另外两位同事一起发誓道:

“我将用我的灵魂拥护基督。如果我不能把神学作为我学术研究的目的,并在需要时遵从神圣的旨意,我将自动退出三一学院。”

在众人的掌声中,牛顿成为了三一学院的主修课研究员。从此之后,牛顿开始有了比较稳定的收入。除了主修课研究员的津贴之外,他还能从母亲那里得到部分补助,也可以靠给学生上课赚得微薄的工资。牛顿用这些钱买了新的鞋子和做学士服的布料,但大部分钱还是用在科学研究上。

这段时间,牛顿继续思考了他在故乡伍尔兹索普提出的各种假说。他就像是一个孜孜不倦的过滤器,决心把所有的曲线划分成不同类型,大的类别中还要细分出不同的小类型。在这项研究中,他发明的微积分方法派上了用场。很快,他的研究就取得了成果。他认识到,曲线结构是点和曲线在空间中运动的结果。经过反复思考,牛顿在笔记中共记录了58种不同类型的曲线。

有一天,巴罗教授给牛顿看了一本皇家学会会员尼古拉斯·墨托卡的着作——《对数术》。这位伟大的数学家在书中陈述了计算无穷级数的对数方法。

看着这些内容,牛顿大吃一惊,因为他发现的数学规律又被别人再次发现了。不过,墨托卡的论证还不够充分,他在论证中仅仅列举了几个有限数列。在牛顿看来,这种研究方法是不具备普遍适用性的,仅仅只是他在伍尔兹索普研究无穷级数时碰到的几个特例。

尽管如此,这件事情给牛顿的触动依然很大。如果继续对业已取得成果保持沉默的话,那些伟大的规律会在众人的研究中被一点一点地揭示出来。届时,自己所取得成果还有什么意义呢?

回到宿舍之后,牛顿便开始着手撰写《对无穷级数的分析》。几天之后,牛顿把这篇论文交给到巴罗教授手中。巴罗接过论文的手写稿,不解地问道:

“这是什么?”

牛顿淡淡地回答说:

“我对无穷级数的一些思考。”

巴罗教授“哦”了一声,便低头认真看起来。他越看越兴奋,脸上不禁现出了笑容。突然,他把牛顿的论文贴在胸口,激动地说:

“哦,艾萨克,你发现了一个伟大的秘密!你会开创数学史上新的辉煌!”

牛顿笑了笑,回答说:

“我只是想让这些想法发挥一点作用。巴罗先生,你能否帮我把这篇论文寄给皇家学会的约翰·柯林斯先生?”

约翰·柯林斯是皇家学会的数学顾问。但耐人寻味的是,牛顿不同意巴罗在信中透露自己的姓名。

(三)

过了一段时间,柯林斯热情地给巴罗写了回信,并询问论文作者的身份。巴罗立即给柯林斯写了回信。他在信中写道:

“我非常高兴我的这位朋友的论文能得到你的赞许。他的名字是艾萨克·牛顿,是我们学院的一位主修课研究员。尽管他还非常年轻,但却在这个领域中表现出了非凡的才华和驾驭能力。”

柯林斯将牛顿的论文抄了一个副本,并将其提交到皇家学会的会议,请会员们审查这篇数学论文。多年之后,这个论文副本成了珍贵的史料,至今仍保留在皇家学会的史料馆。与此同时,柯林斯还把牛顿所取得成果写信告诉了他在欧洲数学界的一些朋友。就这样,牛顿的名字第一次传到了剑桥以外的地区。

《对无穷级数的分析》一文让年轻的牛顿与皇家学会资深科学家柯林斯建立了联系。由于牛顿不大擅长与人交流,再加上他当时正全身心地论证他在故乡伍尔兹索普提出的各种假说,他一个月只能与柯林斯通一次信。

每次,牛顿只透露他数学思想的一些片段。柯林斯总想知道更多的内容,但牛顿却不肯说了。有一次,柯林斯想让牛顿在回信中给他画一张关于解三次方程的示意图,但牛顿在回信中写道:

“解决三次方程的图像相当容易,而且画得很明白。但画这些图实在是一项辛苦而令人烦躁的工作,我没办法说服自己在信中给你画示意图。”

不过,牛顿的冷淡并没有让柯林斯失去耐心。他送给了牛顿一些书,并继续在信中提一些问题,比如如何计算一笔存款的利息。在今天看来,计算存款的利息是一件很简单的事情,任何一个学过多次方程的中学生都能轻而易举地解决这个问题,但在当时,这却是一个长期困扰数学界的难题。

牛顿在回信中告诉了计算这个问题的公式,但他却坚持要求柯林斯只能公开公式,而不能公开他的名字。牛顿这样做有自己的理由,他在回信中说:

“因为公众的尊敬不是我渴望得到的。这也许能增加我的知名度,但这并不是我所希望的。”

尽管如此,牛顿这个在当时来说还显得十分陌生的名字依然逐渐在科学界传开了。一些着名的科学家开始慕名给牛顿写信,向他请教一些问题,或向柯林斯和巴罗教授打听牛顿的消息。

1669年,巴罗教授开始整理自己的《光学与几何讲义》,打算公开出版。他曾打算将牛顿的《对无穷级数的分析》作为附录,随同该书一起发表。但牛顿拒绝了巴罗教授的好意。他对巴罗说:

“这篇论文还很不完善,我必须进行必要的修改和补充之后再发表。”

巴罗劝他说道:

“数学研究并不是一蹴而就的事情,你不可能在几天或几个月之内解决所有的问题。我建议你先发表这篇论文,等你将来有了新的成果,再随该文一起发表也为时不晚。”

但牛顿坚持自己的意见,始终不同意公开发表这篇论文。就这样,巴罗教授最后不得不放弃自己的想法,任牛顿继续深入研究。直到1711年,他的微积分思想才逐渐公诸于世。

(四)

作为巴罗教授的亲密助手之一,牛顿参与了《光学与几何讲义》的编修工作。在编修过程中,牛顿对巴罗教授的一些观点作了修正。巴罗认为,白色是释放充足的和各方向同样清楚的光,黑色是根本没有放出光,红色是放出比通常更清楚但却被阴影隔断的光,而蓝色是释放稀疏的光。治学态度严谨的牛顿不同意巴罗教授的这些观点,并劝说自己的老师暂缓发表该书。

直到1674年,这部着作才得以公开发表。巴罗教授在该书中首次将牛顿称为科学家。在前言中,巴罗教授写道:

“我们着名的、知识渊博的同事艾萨克·牛顿博士把本书的初稿通读了一遍,作了必要的修改并补充了他个人的意见,使本书在许多地方生色不少。”

牛顿在数学和光学上的成就让巴罗教授十分欣慰。当时,这位雄心勃勃的教授十分崇拜国王查理二世,认为自己在更多方面是一个神学家而不是数学家。因此,他产生了辞去卢斯卡数学教授职位的想法。但由于暂时没有找到合适的接班人,这位对学术极负责任的科学家暂缓了这一计划。现在,他发现牛顿在数学、光学上的才华之后,毅然决定辞去卢斯卡数学教授一职,将其交给年轻的牛顿。

1669年秋的一天,巴罗教授将牛顿叫到自己的宿舍,对他说:

“亲爱的艾萨克,你在数学和光学上的成就都已经超过了我,我希望你能接替我就任卢斯卡数学教授一职。”

听到巴罗教授的话,牛顿惊得半晌合不拢嘴。这一职位只有最富盛名的科学家才有资格担任,年仅26岁的牛顿怎么也没有想到自己会得到这个职位。过了许久,牛顿才喃喃地说:

“我真不知道自己能不能胜任此职!”

巴罗教授宽慰他说:

“这一职位的象征意义远比教学意义更大。现在,你已经是整个不列颠最有成就的数学家了,而且你还这么年轻,以后会有更大的成就的。由你担任这一职务,简直是最合适不过的了!”

过了半晌,牛顿终于点了点头,答应了巴罗教授的要求。

第二天,巴罗教授坦然宣布:

“鉴于三一学院的主修课研究员艾萨克·牛顿的学识已经超过我,我决定辞去卢卡斯讲座的数学教授一职,并推荐牛顿担任此职。”

作为曾经的卢斯卡数学教授,巴罗的话在三一学院占有相当重的分量。在他的大力推荐下,牛顿于10月19日顺利地成为新任卢斯卡数学教授。

如今,任何一本科学史都会提及巴罗教授,这并不是因为他在科学上创立了什么惊人的理论,而是因为他慧眼识英才,给牛顿指明了研究的方向,将其引到数学发展的最前沿正是。正因为他的远见与无私,牛顿才在其科学生涯中开辟出一条坦途。

现在,牛顿和巴罗教授都成为了三一学院的骄傲。在三一学院的校园里,矗立着两座最为着名的雕像,一座是艾萨克·牛顿的雕像,另一座就是巴罗教授的雕像。巴罗教授的雕像矗立在牛顿雕像的北边,它时刻在告诉人们:在牛顿这位巨人背后,还有一位欧洲最优秀的学者,他就是发现并给了牛顿机会的巴罗教授。

就这样,牛顿在26岁之时便成为三一学院有史以来最年轻的教授之一。