拆解彩虹

艾薩克·牛頓出生于1642年12月25日[4]，出生在這一天的人一定都不喜歡自己的生日，因為會少收一份禮物。他的父親在他出生前三個月就過世了，他出生時只有3磅[5]重，很可能早產了大約10周。他出生時太小了，他的母親說他能躺進容量差不多有1升的馬克杯里。他的母親盼著他長大后成為農民，但是老師發現他是一個早慧的孩子。這又一次證明了天才的隨機性。青少年時期的牛頓花了很多時間制作日晷和風車模型，他還熱愛數學。在劍橋大學讀書時，他閱讀了伽利略和開普勒的作品，這些內容在當時非常新穎、令人興奮。

由于黑死病暴發，牛頓不得不離開劍橋大學回家待一段時間。那兩年對任何數學家來說可能都算得上是成果豐碩的時期。牛頓闡明了微積分理論，也就是研究連續變化的學科。牛頓意識到簡單的代數可以用來描述和預測一些行為，比如物體沿著特定方向進行勻速運動；但是當描述小球在引力作用下加速下落、行星繞恒星轉動時方向不斷變化等行為時，簡單代數就幫不上忙了。微積分讓他能夠理解這些運動物體的更復雜的性質。

牛頓通過光學研究，證明白光是由其他顏色的光混合而成的，概括了折射（光通過透鏡后傳播軌跡發生偏折）現象的基礎，甚至提出光的行為具有粒子性（由微小的粒子組成）。在牛頓著名的萬有引力定律中，他提出了兩個物體之間引力的數學關系式，可惜這描述不了人與人之間的吸引力。他的三重貢獻可以說“推進了數學的所有分支進步”。但是，很多人覺得牛頓數學和物理學非常難。曾有個愛開玩笑的學生說，要是當初砸到牛頓腦袋的不是蘋果，而是蘋果樹本身，那一切就簡單多了。

在劍橋大學，牛頓被選為三一學院的研究員，這意味著他要成為一名牧師。牛頓拒絕了這一安排，國王查理二世由于牛頓作為數學家的赫赫聲名而為他簽署了特別豁免令。正是在這時候，牛頓發現了白光由一系列各種顏色的光組成，白光透過三棱鏡后就可以分成這些單色光。如果你需要圖示，可以去看看平克·弗洛伊德樂隊的《月之暗面》專輯封面，這支樂隊也跟劍橋淵源頗深，有三位成員（西德·巴勒特、羅格·沃特斯和大衛·吉爾摩）都是在那里長大的。你不妨去聽一聽這張專輯，它非常棒。

牛頓把自己的房間調暗，然后讓一束陽光照進來，從自己在附近集市上買來的三棱鏡中穿過，于是發現了這個現象。這在房間里產生了一道彩虹。此前，其他人也見過這種現象，但是牛頓證明五彩繽紛的光譜可以混合形成白光，只要讓彩虹再穿過另一個三棱鏡就行了。沒有任何人想過做這樣的實驗，或者他們做了，卻沒有告訴過其他人。詩人濟慈有些酸溜溜地指責牛頓拆解了彩虹，畫家威廉·布萊克把牛頓描述成只關注科學繪圖工具而全然不顧自然之美的人。藝術與科學，多么古老的爭斗啊。

在劍橋，牛頓繼續進行萬有引力的研究，但他把關注點轉向了行星。開普勒的研究令他著迷，同樣使他感興趣的還有出現在1680年冬天至1681年期間的彗星。牛頓提出了運動定律，它們描述了物體的運動狀態與作用在物體上的力之間的關系。他用這些定律解釋和研究了許多物理對象的運動，特別是解釋了為什么行星的運行軌道是橢圓形的。他用各種各樣的實例證明這些定律，包括空氣中的聲速、地球的形狀、月球對地球的引力，以及彗星的運行軌道。所有這一切讓他聲名遠揚，特別是那個蘋果掉在他腦袋上使他想出萬有引力定律的傳說——不過如今人們認為這不太可能是真的。更可能的是，他當時在沉思為何蘋果離開了樹枝后沒有往上飛或者向旁邊飛。

牛頓寫下了偉大的著作《自然哲學的數學原理》，人們將其簡稱為《原理》。它被視為第一部關于科學和數學的巨著，對后世影響極為深遠。1686年英國皇家學會將其出版，但出版時出了一個問題。英國皇家學會把那一年的圖書預算花在了一本名為《魚類志》的書上，作者是弗朗西斯·威路比。另一名天文學家、數學家埃德蒙·哈雷作為牛頓的忠實支持者挽救了這本書的出版事業，支付了《原理》的出版費用。與此同時，《魚類志》一書出版費用昂貴且銷量不佳。英國皇家學會削減了哈雷的薪水，還用賣不出去的書當作薪水支付給他。我打賭哈雷一定欣喜若狂。今天，你要花12 000美元左右才能買一本這部銷量慘淡的魚類專著的原版書。2016年，一本首版《原理》賣出了370萬美元的高價。

后來使天文學取得又一重大發現的人正是哈雷。利用牛頓的運動定律，哈雷發現1682年出現的一顆彗星之前出現在1607年，再之前出現在1531年。通過測量彗星在天空中畫下的弧線，他得到結論：這顆彗星繞太陽系轉動，約每76年出現一次。他預測1758年這顆彗星會再次出現。哈雷于1742年去世，不過你猜怎么著，這顆彗星的確在1758年又一次出現了，這也是第一個被證實繞太陽而不是其他行星轉動的天體。它證明開普勒和牛頓的理論是對的。這是牛頓運動定律預測能力的早期例證之一。預言能力出現了，不過靠的是數學。

1698年，哈雷指揮進行了人類首次單純以科考為目的的航海活動，他當時乘帕拉莫爾號，任務是前往南太平洋研究地球磁場。這可以被視為第一艘“企業號星艦”。跟柯克艦長[6]不一樣的是，哈雷的指揮官都因為他對待他們的方式而背叛了哈雷，以致他不得不讓船返回英格蘭。他可能是最著名的天文學家之一，因為有顆彗星就以他的名字命名，而且最具標志性的搖滾樂團“比爾·哈雷和他的彗星”同樣以他的名字命名。要知道，我會不禁覺得“沙特納彗星”[7]這名字聽起來更好……

接下來，人們描述了更多行星、恒星，最終隨著望遠鏡變得越來越強大，描述了更多星系。一開始這只是利伯希發明的一種能放大區區3倍的工具，后來變得越來越厲害，讓天文學家能夠望向太空中越來越遠的地方。

1781年，威廉·赫歇爾發現了天王星。這顆行星讓學生們竊笑。威廉·赫歇爾描述了2 500多個天體，并與妹妹卡羅琳一起進行研究，后者是第一位發現彗星的女性，憑借自己的才能小有名氣。1835年，英國皇家天文學會向她支付薪水，她是第一位職業女性天文學家。1838年，她成為愛爾蘭皇家科學院的榮譽會士。