拆解彩虹

艾萨克·牛顿出生于1642年12月25日[4]，出生在这一天的人一定都不喜欢自己的生日，因为会少收一份礼物。他的父亲在他出生前三个月就过世了，他出生时只有3磅[5]重，很可能早产了大约10周。他出生时太小了，他的母亲说他能躺进容量差不多有1升的马克杯里。他的母亲盼着他长大后成为农民，但是老师发现他是一个早慧的孩子。这又一次证明了天才的随机性。青少年时期的牛顿花了很多时间制作日晷和风车模型，他还热爱数学。在剑桥大学读书时，他阅读了伽利略和开普勒的作品，这些内容在当时非常新颖、令人兴奋。

由于黑死病暴发，牛顿不得不离开剑桥大学回家待一段时间。那两年对任何数学家来说可能都算得上是成果丰硕的时期。牛顿阐明了微积分理论，也就是研究连续变化的学科。牛顿意识到简单的代数可以用来描述和预测一些行为，比如物体沿着特定方向进行匀速运动；但是当描述小球在引力作用下加速下落、行星绕恒星转动时方向不断变化等行为时，简单代数就帮不上忙了。微积分让他能够理解这些运动物体的更复杂的性质。

牛顿通过光学研究，证明白光是由其他颜色的光混合而成的，概括了折射（光通过透镜后传播轨迹发生偏折）现象的基础，甚至提出光的行为具有粒子性（由微小的粒子组成）。在牛顿著名的万有引力定律中，他提出了两个物体之间引力的数学关系式，可惜这描述不了人与人之间的吸引力。他的三重贡献可以说“推进了数学的所有分支进步”。但是，很多人觉得牛顿数学和物理学非常难。曾有个爱开玩笑的学生说，要是当初砸到牛顿脑袋的不是苹果，而是苹果树本身，那一切就简单多了。

在剑桥大学，牛顿被选为三一学院的研究员，这意味着他要成为一名牧师。牛顿拒绝了这一安排，国王查理二世由于牛顿作为数学家的赫赫声名而为他签署了特别豁免令。正是在这时候，牛顿发现了白光由一系列各种颜色的光组成，白光透过三棱镜后就可以分成这些单色光。如果你需要图示，可以去看看平克·弗洛伊德乐队的《月之暗面》专辑封面，这支乐队也跟剑桥渊源颇深，有三位成员（西德·巴勒特、罗格·沃特斯和大卫·吉尔摩）都是在那里长大的。你不妨去听一听这张专辑，它非常棒。

牛顿把自己的房间调暗，然后让一束阳光照进来，从自己在附近集市上买来的三棱镜中穿过，于是发现了这个现象。这在房间里产生了一道彩虹。此前，其他人也见过这种现象，但是牛顿证明五彩缤纷的光谱可以混合形成白光，只要让彩虹再穿过另一个三棱镜就行了。没有任何人想过做这样的实验，或者他们做了，却没有告诉过其他人。诗人济慈有些酸溜溜地指责牛顿拆解了彩虹，画家威廉·布莱克把牛顿描述成只关注科学绘图工具而全然不顾自然之美的人。艺术与科学，多么古老的争斗啊。

在剑桥，牛顿继续进行万有引力的研究，但他把关注点转向了行星。开普勒的研究令他着迷，同样使他感兴趣的还有出现在1680年冬天至1681年期间的彗星。牛顿提出了运动定律，它们描述了物体的运动状态与作用在物体上的力之间的关系。他用这些定律解释和研究了许多物理对象的运动，特别是解释了为什么行星的运行轨道是椭圆形的。他用各种各样的实例证明这些定律，包括空气中的声速、地球的形状、月球对地球的引力，以及彗星的运行轨道。所有这一切让他声名远扬，特别是那个苹果掉在他脑袋上使他想出万有引力定律的传说——不过如今人们认为这不太可能是真的。更可能的是，他当时在沉思为何苹果离开了树枝后没有往上飞或者向旁边飞。

牛顿写下了伟大的著作《自然哲学的数学原理》，人们将其简称为《原理》。它被视为第一部关于科学和数学的巨著，对后世影响极为深远。1686年英国皇家学会将其出版，但出版时出了一个问题。英国皇家学会把那一年的图书预算花在了一本名为《鱼类志》的书上，作者是弗朗西斯·威路比。另一名天文学家、数学家埃德蒙·哈雷作为牛顿的忠实支持者挽救了这本书的出版事业，支付了《原理》的出版费用。与此同时，《鱼类志》一书出版费用昂贵且销量不佳。英国皇家学会削减了哈雷的薪水，还用卖不出去的书当作薪水支付给他。我打赌哈雷一定欣喜若狂。今天，你要花12 000美元左右才能买一本这部销量惨淡的鱼类专著的原版书。2016年，一本首版《原理》卖出了370万美元的高价。

后来使天文学取得又一重大发现的人正是哈雷。利用牛顿的运动定律，哈雷发现1682年出现的一颗彗星之前出现在1607年，再之前出现在1531年。通过测量彗星在天空中画下的弧线，他得到结论：这颗彗星绕太阳系转动，约每76年出现一次。他预测1758年这颗彗星会再次出现。哈雷于1742年去世，不过你猜怎么着，这颗彗星的确在1758年又一次出现了，这也是第一个被证实绕太阳而不是其他行星转动的天体。它证明开普勒和牛顿的理论是对的。这是牛顿运动定律预测能力的早期例证之一。预言能力出现了，不过靠的是数学。

1698年，哈雷指挥进行了人类首次单纯以科考为目的的航海活动，他当时乘帕拉莫尔号，任务是前往南太平洋研究地球磁场。这可以被视为第一艘“企业号星舰”。跟柯克舰长[6]不一样的是，哈雷的指挥官都因为他对待他们的方式而背叛了哈雷，以致他不得不让船返回英格兰。他可能是最著名的天文学家之一，因为有颗彗星就以他的名字命名，而且最具标志性的摇滚乐团“比尔·哈雷和他的彗星”同样以他的名字命名。要知道，我会不禁觉得“沙特纳彗星”[7]这名字听起来更好……

接下来，人们描述了更多行星、恒星，最终随着望远镜变得越来越强大，描述了更多星系。一开始这只是利伯希发明的一种能放大区区3倍的工具，后来变得越来越厉害，让天文学家能够望向太空中越来越远的地方。

1781年，威廉·赫歇尔发现了天王星。这颗行星让学生们窃笑。威廉·赫歇尔描述了2 500多个天体，并与妹妹卡罗琳一起进行研究，后者是第一位发现彗星的女性，凭借自己的才能小有名气。1835年，英国皇家天文学会向她支付薪水，她是第一位职业女性天文学家。1838年，她成为爱尔兰皇家科学院的荣誉会士。