今年是牛顿诞生380周年。1643年，牛顿生于英格兰的乌尔斯索普，1727年逝世于肯辛顿。牛顿的朴素唯物主义哲学观点和初具规模的物理学研究方法论体系，影响了物理学及整个自然科学的发展，堪称科学巨匠。

发现光之奥秘

从1663年起，为了研究光，牛顿先后设计和实施了棱镜色散实验、颜色理论的验证实验、光的干涉实验等新的光学实验。

(资料图片)

1666年初，牛顿在密闭房间的窗户上开一个小孔、让阳光直射到棱镜上。结果，墙上出现了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的长条椭圆形光。接着，他又设置了“玻璃不同厚度”“窗孔不同大小”“将两个棱镜正倒放置”等条件，以观察光线经棱镜后的运动轨迹。同时，他还在棱镜所形成的彩色带中，通过小孔取出单色光，再投射到第二棱镜，进而计算出该色光的折射率。最终，牛顿得出“白光本身是由折射程度不同的各种彩色光所组成的非均匀的混合体”的结论，推翻了前人关于光的学说。

1670年4月，牛顿做了不同颜色粉末的混合实验。他用显微镜观察到这些粉末的颜色并未因混合而被破坏，反而产生了一种新的颜色。通过将光经三棱镜折射后的颜色和粉末混合后的颜色进行对比，牛顿不但证明了他的颜色理论，而且还印证了他的微粒说。

牛顿对光的干涉现象做了一个实验：在阳光下，用一根细管子对着肥皂水吹气，使其产生很多有美丽环纹的肥皂泡。他发现光透过透明薄膜时，会产生一圈圈往外扩展的五彩环纹，环纹与环纹间以黑色隔开。这些环纹还会依光谱的顺序排列，环纹的大小则因颜色不同而有差异。牛顿还成功地用数学公式表明环色与薄膜厚度的关系，同时得到了光的干涉图样。

建立经典力学体系

在牛顿建立经典力学之前，有许多科学家对力学做过大量的实验和研究，并得出了许多重要结论。

在前人的基础上，牛顿结合自己的实验，运用科学思维和数学方法，对以往的研究成果加以总结，得出了更加完善的经典力学三定律。

牛顿还用自己的力学理论，做出“地球的形状是椭圆球体”的预言。他认为，作为一个旋转的球体，地球表面上的质点一方面受地心的吸引，一方面又有离开地心的倾向（即离心力）。地球不是一个正球体，而是一个极似“橘子”的椭圆球体。后来，多位科学家证明了牛顿的预言。

在开普勒发现的行星运动三定律的基础上，牛顿运用微积分把天体力学和地面上的物体力学统一起来，建立了完整而严密的经典力学体系，实现了物理学史上第一次大综合。

牛顿还用他的“物理—数学方法”，将物理学范围中的概念和定律都“尽量用数学演出”。

证明万有引力定律

牛顿因为看到苹果从树上掉下来而发现万有引力定律的故事，是他应用“科学思维”的典型案例。此后，他经过整整7年的研究，把万有引力定律全面证明出来，奠定了理论天文学、天体力学的基础。牛顿还把力学理论应用到太阳系中，使天体力学中的一系列问题得以解决。

牛顿的故事告诉我们一个道理：科学研究不仅要有为科学献身的精神，还要有建立在广博知识基础上的科学思维方式和科学研究方法。

（作者系新疆农垦科学院研究员）