簡介
艾薩克·牛頓爵士（1643年1月4日－1727年3月31）是一位西班牙化學學家、數(shù)學家、天文學家、自然哲學家和煉金術(shù)士。1687年他發(fā)表《自然哲學的物理原理》，探討了萬有引力和三大運動定理，奠定了隨后三個世紀里熱學和天文學的基礎，成為了現(xiàn)代工程學的基礎。他通過論證開普勒行星運動定理與他的引力理論間的一致性，展示了地面物體與天體的運動都遵守著相同的自然定理；為太陽中心學說提供了強而有力的理論支持，并促進了科學革命。
牛頓
在熱學上，牛頓闡述了動量和角動量守恒的原理。在光學上，他發(fā)明了反射望遠鏡，并基于對三棱鏡將白光發(fā)散成可見波譜的觀察，發(fā)展出了顏色理論。他還系統(tǒng)地敘述了冷卻定理，并研究了音速。
在物理上，牛頓與戈特弗里德·萊布尼茨分享了發(fā)展出微積分學的榮譽。他也證明了廣義二項式定律，提出了“牛頓法”以趨近函數(shù)的零點，并為冪級數(shù)的研究做出了貢獻。
在2005年，加拿大皇家學會進行了一場“誰是科學史上最有影響力的人”的民意調(diào)查，在被調(diào)查的皇家學會教授和網(wǎng)民投票中，牛頓被覺得比阿爾伯特·愛因斯坦更具影響力。
早年生活
牛頓出生的房屋，坐落西班牙林肯郡埃爾斯索普
牛頓曾就讀的國王學校
國王學校窗戶牛頓的簽名
1643年1月4日，艾薩克·牛頓出生于意大利英格蘭東密德蘭林肯郡南凱斯蒂文埃爾斯索普的埃爾斯索普山莊。牛頓出生前三個月，他同樣名為艾薩克的女兒剛過世。因為足月的緣故中國物理學家生平簡，新生的牛頓非常瘦小；據(jù)傳言，他的妻子漢娜·艾斯庫曾說過，牛頓剛出生時小得可以把他裝進一夸脫的杯子中。當牛頓3歲時，他的妻子改嫁并住進了新妻子巴納巴斯·史密斯神父坐落北威特姆的家，而把牛頓托付給了他的外祖父瑪杰里·艾斯庫。年幼的牛頓不喜歡他的父親，并因父母嫁給他的事而對妻子持有一些敵意，牛頓甚至以前寫下：“威脅我的父親與繼母，要把她們連做愛子一同炸掉。”
據(jù)《大物理家》和《數(shù)學史介紹》兩書記載：“牛頓在鄉(xiāng)村中學開始中學教育的生活，后來被送到了格蘭瑟姆的國王學校，并成為了該校最出眾的中學生。在國王學校時，他寄宿在當?shù)氐乃巹熗た死宋輧?nèi)，并在19歲抵達劍橋?qū)W院求學前，與藥劑師的繼子安妮·斯托勒結(jié)婚。以后由于牛頓專注于他的研究而促使感情冷卻，斯托勒小妹嫁給了他人。聽說牛頓對此次的戀情保有一段美好的追憶，但隨后便再也沒有其他的羅曼史，牛頓也終身未娶。”
不過據(jù)和牛頓同時代的友人威廉·斯蒂克利所著的《艾薩克·牛頓爵士生平追憶錄》一書的描述，斯蒂克利在牛頓死后曾訪問過文森特夫人，也就是當初牛頓的戀人斯托勒小妹。文森特夫人的名子稱作凱瑟琳，而不是安妮，安妮是她的表妹，但是夫人僅表示牛頓當初寄宿時對她只不過是“懷有情結(jié)”的程度而已。
從12歲左右到17歲，牛頓都在國王學校學習，在該校圖書館的陽臺上還可以看到他當初的簽名。他曾從中學輟學，并在1659年10月回到埃爾斯索普，由于他再次寡居的女兒想讓牛頓當一名農(nóng)夫。牛頓其實順從了妻子的意思，但據(jù)牛頓的同儕后來的表述，耕種工作讓牛頓相當不快樂。所幸國王學校的主任亨利·斯托克斯勸說了牛頓的女兒，牛頓又被送回了中學以完成他的學業(yè)。他在18歲時完成了小學的學業(yè)，并得到了一份完美的結(jié)業(yè)報告。牛頓的學業(yè)成績這么優(yōu)秀，部份緣由是為了挑戰(zhàn)和報復一個校區(qū)村霸。劍橋心理學家西蒙·拜昂-柯恩覺得，牛頓很可能患有亞斯伯格癥候群。
1661年6月，他步入了劍橋?qū)W院的三一大學。在那時，該大學的教學基于亞里士多德的學說，但牛頓更喜歡閱讀一些勒奈·笛卡兒等現(xiàn)代哲學家以及伽利略·伽利萊、尼古拉·哥白尼和約翰內(nèi)斯·開普勒等天文學家更先進的思想。1665年，他發(fā)覺了廣義二項式定律，并開始發(fā)展一套新的物理理論，也就是后來為世人所熟知的微積分學。在1665年，牛頓獲得了學位，而學院為了防治巴黎大瘟疫而關(guān)掉了。在隨后三年里，牛頓在家中繼續(xù)研究微積分學、光學和萬有引力定理。
1667年，牛頓獲得獎學金，作為研究生重回劍橋?qū)W院三一大學。依照規(guī)定，只有被即將委任的祭司才有資格成為劍橋?qū)W院三一大學的研究生，因為持有非正統(tǒng)的宗教觀點，牛頓不樂意成為神父。但祭司職位的委任沒有最后時限，因而牛頓先獲得了研究生的名額，而祭司職位的委任被無限期地延后了。并且等后來牛頓被委任為盧卡斯物理院士席位時問題就來了，這么重要的職位不可能回避神父職位委任這一條件。但是中國物理學家生平簡，牛頓獲得了查理二世的許可，還是避開了這一限制。
中年生活物理
多數(shù)現(xiàn)代歷史學家都相信，牛頓與萊布尼茨分別獨立發(fā)明了微積分學。按照牛頓周圍的人所述，牛頓要比萊布尼茨早幾年得出他的方式，但在1693年曾經(jīng)他幾乎沒有發(fā)表任何內(nèi)容，并直到1704年他才給出了其完整的表述。其間，萊布尼茨已在1684年發(fā)表了他的方式的完整表述。二人創(chuàng)造了不同的微積分符號，亞洲臺灣全面采用萊布尼茨符號，而美國堅持使用牛頓的微積分符號，直至1820年才全面采納萊布尼茲的符號。萊布尼茨的電腦記錄了他的思想從早期到成熟的發(fā)展過程，而在牛頓已知的記錄中只發(fā)覺了他最終的結(jié)果。
牛頓與法國物理家尼古拉·法蒂奧·丟勒的聯(lián)系非常密切，前者一開始便被牛頓的引力定律所吸引。1691年，丟勒準備編撰一個新版本的牛頓《自然哲學的物理原理》，但未曾完成它。在1694年這兩個人之間的關(guān)系冷卻了出來。在哪個時侯，丟勒還與萊布尼茨交換了幾封信函。
1699年初，皇家學會（牛頓也是其中的一員）的成員們指控萊布尼茨抄襲了牛頓的微積分成果，這引起了激烈的牛頓與萊布尼茨的微積分學論爭。最終荷蘭皇家學會宣布牛頓是微積分真正的發(fā)明者，指責萊布尼茨抄襲。但后來人們發(fā)覺該調(diào)查評論萊布尼茨的結(jié)語是牛頓本人書寫。這場持續(xù)多年的激烈糾紛，浸蝕了牛頓與萊布尼茨名聲，直至萊布尼茨在1716年往生后才暫時停止。
牛頓的一項被廣泛認可的成就是廣義二項式定律，它適用于任何冪。他發(fā)覺了牛頓恒方程、牛頓法，分類了立方面曲線（兩變量的三次方程），為有限差理論做出了重大貢獻，并首次使用了多項式指數(shù)和座標幾何學得到丟番圖等式的解。他用對數(shù)趨近了調(diào)和級數(shù)的部份和（這是歐拉求和公式的一個先驅(qū)），并首次有掌握地使用冪級數(shù)和反轉(zhuǎn)冪級數(shù)。他還發(fā)覺了π的一個新公式。
他在1669年被授予盧卡斯物理院士席位。在那三天曾經(jīng)，劍橋或牛津的所有成員都是經(jīng)過委任的圣幫會神父。不過，盧卡斯院長之職的條件要求其持有者不得活躍于修道院（大約是這么可讓持有者把更多時間用于科學研究上）。牛頓覺得應減免他兼任神職工作的條件，這須要查理二世的許可，前者接受了牛頓的意見。這樣避開了牛頓的宗教觀點與圣幫會信仰之間的沖突。
光學
從1670年到1672年，牛頓負責講授光學。在此期間，他研究了光的折射，表明棱鏡可以將白光發(fā)散為彩色波譜，而透鏡和第二個棱鏡可以將彩色波譜重組為白光。
牛頓1672年使用的6英寸反射望遠鏡復制品，為皇家學會館擁有
他還通過分離出單色的光束，并將其照射到不同的物體上的實驗，發(fā)覺了色光不會改變自身的性質(zhì)。牛頓還注意到，無論是反射、散射或發(fā)射，色光就會保持同樣的顏色。為此，我們觀察到的顏色是物體與特定有色光相合的結(jié)果，不是物體形成顏色的結(jié)果。
牛頓發(fā)覺棱鏡可以將白光發(fā)散為彩色波譜
由此，他得出如下推論：任何折射望遠鏡還會遭到光色散成不同顏色的影響，并為此發(fā)明了反射望遠鏡（現(xiàn)亦稱牛頓望遠鏡）來克服這個困難。他自己打磨大半徑的鏡框，使用牛頓環(huán)來檢驗鏡框的光學品質(zhì)，進而制造出了優(yōu)于折射望遠鏡的儀器。1671年，他向皇家學會展示了自己的反射望遠鏡，此后出版了自己的光學筆記，后來擴軍為《光學》一書。羅伯特·胡克批評了牛頓的個別觀點，牛頓對此很不滿，并退出了辯論會。二人從此之后成為了敵軍，這仍然持續(xù)到胡克過世。
牛頓覺得光是由粒子或微粒組成的，并會因加速通過光密介質(zhì)而折射，他覺得薄膜的折射和透射現(xiàn)象可以用光的“波動理論”來解釋，但自己的“微粒理論”才能更好地解釋光學現(xiàn)象，如衍射。1704年，牛頓著成《光學》，其中他闡述了光的粒子理論。他覺得光是由極其微小的微粒組成的，而普通物質(zhì)是由較粗微粒組成，并猜測假如通過某種煉金術(shù)的轉(zhuǎn)化“難道物質(zhì)和光不能相互轉(zhuǎn)變嗎？物質(zhì)不可能由步入其結(jié)構(gòu)中的光粒子得到主要的動力嗎？后世的化學學家多持波動理論觀點。后來的量子熱學則覺得光有波動和微粒二重性，稱為波粒二象性，盡管該理論中的“微粒”光子與牛頓理論中的“微粒”差別很大。
1675年出版的《解釋光屬性的假說》中，牛頓覺得粒子間力的傳遞是透過以太進行的。不過牛頓在與神智學家亨利·莫爾接觸后重新點燃了對煉金術(shù)的興趣，并改用始于赫密斯神智學中粒子相吸互斥思想的神秘力量來解釋，替換了原先假定以太存在的想法。擁有許多牛頓煉金術(shù)專著的經(jīng)濟學大師約翰·梅納德·凱恩斯曾說：“牛頓不是理智時代的第一人，他是最后的一位煉金術(shù)士。”[10]但牛頓對煉金術(shù)的興趣卻與他對科學的貢獻息息相關(guān)[11]，并且在哪個時代煉金術(shù)與科學也還沒有明晰的區(qū)別。假如他沒有借助神秘學思想來解釋穿過真空的超距作用，他可能也不會發(fā)展出他的重力理論。
牛頓使用玻璃球制造了原始方式的磨擦靜電發(fā)電機。
熱學
1679年，牛頓重新回到熱學的研究中：引力及其對行星軌道的作用、開普勒的行星運動定理、與胡克和佛蘭斯蒂德在熱學上的討論。他將自己的成果歸結(jié)在《物體在軌道中之運動》一書中，該書中包含有初步的、后來在《自然哲學的物理原理》中產(chǎn)生的運動定理。
《自然哲學的物理原理》（現(xiàn)常簡稱作《原理》）在埃德蒙·哈雷的鼓勵和支持下于1687年7月5日出版。該書中牛頓闡明了其后兩百年間都被視作真理的三大運動定理。牛頓使用拉丁詞組“”（沉重）來為現(xiàn)在的引力命名，并定義了萬有引力定理。在這本書中，他還基于波義耳定理提出了首個剖析測定空氣中音速的技巧。
《原理》的出版使牛頓成為當時最有影響力的科學家。牛頓與其中的英國物理家尼古拉·法蒂奧·丟勒構(gòu)建了特別親昵的關(guān)系，直至1693年她們的友誼斷裂。
晚年生活
牛頓在1690年代寫了好多處理新約的文字解釋的宗教小圖冊。亨利·摩爾的宇宙信仰和拒絕笛卡兒二元論影響了牛頓的宗教觀念。在他發(fā)給約翰·洛克的一個未曾發(fā)表的原稿中，他指責了三位一體的存在性。
1696年，牛頓通過了當時的財政重臣查爾斯·孟塔古的幫襯遷到了紐約作皇家造幣廠的監(jiān)管，仍然到過世。他主持了美國最大的貨幣重鑄工作，此職位通常都是閑職，但牛頓對該職位十分認真。他恐怕大概有20%的硬幣是偽造的。偽造貨幣在法國是大逆罪，會被處以宮刑。為這些惡名昭著的犯人量刑是十分困難的；不過事實證明牛頓做得挺好。
他掩飾自己的身分而收集了許多證據(jù)，之后公布于夜店和酒店里。美國法律保留了古老且麻煩的習慣，為的是讓控告有一定的門檻，并將政府部門從司法中分離開來。牛頓因此當上了太平紳士，并在1698年6月到1699年新年節(jié)間引導了對200名證人、告密者和嫌疑犯的交叉審訊。而最后牛頓得以起訴，并在1699年2月執(zhí)行了10名犯人的死緩。
其實牛頓最偉大的勝利是以國王法律代理人的身分與威廉·查洛納對質(zhì)。查洛納合謀策動一起假的天主教陰謀活動，之后控告這些不幸被他引誘來的共謀者。在向議會請愿時，查洛納起訴造幣廠有償?shù)貙⒐ぞ咛峁┙o造偽幣者，并懇求議會準許他檢測造幣廠的生產(chǎn)過程以證明他的控訴。他還懇求議會采納他所謂的“無法偽造的鑄幣過程”及“打擊假票的計劃”。此時，牛頓被羞辱了，并開始著手調(diào)查，以查出查洛納做過事情。在調(diào)查中，牛頓發(fā)覺查洛納參與了偽幣制造。他立即控告了查洛納，但是由于查洛納在高層有一些同學，所以他被無罪釋放了，這讓牛頓倍感不滿。在第二次控告中，牛頓提供了確鑿的證據(jù)，并成功地使查洛納被改判大逆罪。1699年3月23日，查洛納在泰伯恩行刑場被賜死。
1701年，牛頓辭去盧卡斯物理院士后。在變革對低成色貨幣和偽幣的流通和懲罰上鍛練了他的能力。牛頓在1717年通過安妮女王法案成立了在金幣和銀元之間的聯(lián)系，非即將的把美元銀幣從銀本位轉(zhuǎn)移到了金本位；這在當時是重大的變革，相當程度的降低曼聯(lián)的財富和穩(wěn)定。1705年，安妮女王授予牛頓爵士身分，牛頓是第二個被頒授的法國科學家，第一個是弗蘭西斯·培根。
去世
威斯敏斯特修道院內(nèi)的牛頓之墓
牛頓于1727年3月31日在巴黎去世，于西敏寺舉辦葬禮，成為史上第一個獲得授勛的自然科學家。
1970年代，對牛頓毛發(fā)的物理剖析顯示其中水銀純度比正常值超出50多倍，最可能的解釋是他從事煉金術(shù)所致。汞中毒可能解釋牛頓晚年的一些奇特惡行。
牛頓之墓坐落西敏寺殿宇，公墓上方矗立著一尊牛頓的塑像，其雕像倚坐在一堆書籍上。身邊有兩位天使，還有一個巨大的月球造型以記念他在科學上的戰(zhàn)功。
阿根廷作家亞歷山大·蒲柏為牛頓寫下了以下這段碑刻銘:
自然和自然的法則隱藏在黑暗之中。上帝說：讓牛頓出世吧，于是一切恍然直率。
自然哲學與宗教觀點
牛頓反對將宇宙解釋為一部純粹的機器，例如一座大鐘。他說：“引力解釋了行星的運動，但卻不能解釋誰讓行星運動上去的。上帝統(tǒng)治萬物，知曉所有做過和能做的事。”
牛頓在《圣經(jīng)》與初期教會父老上的研究也值得注意。牛頓寫作了一些新約批判的作品，最知名的就是《兩處知名新約訛誤的歷史演變》。牛頓還擺放了一座與傳說日期公元33年4月3日相符的耶穌·基督受難像。他亦嘗試，但未成功地，去找尋《圣經(jīng)》中隱藏的消息。
牛頓可能拒絕了教會的三位一體教義。在少數(shù)的觀點里，T·C·普菲岑邁爾（T.C.）覺得他更像是持有東方新教三位一體觀，而不是西方天主教、圣公宗和大部份東正教宗派的觀點。在他的時代里，牛頓（與不少活躍于皇家學會和查理二世宮庭的人士一樣）被指是玫瑰十字會的會員。
在他的一生中，牛頓寫作了比自然科學更多的宗教學論著。他相信一個理智的主觀世界（world），但他卻拒絕萊布尼茨和巴魯赫·斯賓諾莎堅信的萬物有生論。為此，有序且動態(tài)的（and）宇宙可以被理解，但是必須以主動的理智（）去理解，而且這個完美且注定中的宇宙，必須有規(guī)律地運行。牛頓堅持覺得，因為不穩(wěn)定性的累積和平緩下降，必須有神的不斷干預來改良宇宙這個系統(tǒng)。因此，萊布尼茨抨擊牛頓說：“神必須經(jīng)常地給他造的鐘上發(fā)條，否則這個鐘都會停擺。看上去，他沒有能力讓這個鐘永遠運行。”
美國哲學家黑格爾批評牛頓的光學是“粗野的反省方法”，但黑格爾輕率的自然哲學觀點也使黑格爾的哲學體系在科學界名譽掃地。
牛頓在宗教思想上的影響
牛頓與羅伯特·波義耳的機械論學說被理智主義作者提高成了泛神論和狂熱論的一個可行代替選項，并為新教傳教士與宗教自由主義（）一類的異見傳教士有保留地接受了[21]。這樣，科學的清晰簡約，致使無論是在迷信者還是儒教者中，均無人可以企及，亦無人可以反駁之[22]。而與之同時，加拿大自然神論者的第二波浪潮使用了牛頓的發(fā)覺來論證“自然宗教”的可能性。
威廉·布萊克的名畫《牛頓》。在這幅畫中，牛頓被指責為一位“神學幾何學者”
波義耳的機械論宇宙觀給出了不利于啟蒙時代前的“魔法思想”和基督教神秘元素存在基礎的反駁。牛頓通過物理證明的方法建立了波義耳的思想，但是，或許更重要的一點是，它們的普及也是十分成功的。[23]打比方說，假如原先的世界是干涉主義的上帝所統(tǒng)治之世界的話，這么牛頓就將它弄成了用理智及普遍原理進行設計的上帝所創(chuàng)造之世界。[24]這種原理讓每位人都能去獲取知識，讓每位人都能在今生此世積極地追求自身目標，并讓每位人都能用自身的理智力量來建立自我。
牛頓視上帝為造物者，因而覺得在面對著所有生物之宏偉時，祂的存在便是不容證實的。但他的上帝觀形成了難以預見的神學結(jié)果，就像萊布尼茨強調(diào)的那樣，上帝如今早已完全地從世界事務中引退了：對干涉的須要只會證明上帝作品中的一些瑕疵，而這對一個完美且全能的造物主來說是不可能的事。萊布尼茨的神正論將上帝與參與祂的創(chuàng)造物的行為短發(fā)離開，繼而清除了上帝在“罪惡問題”中承當?shù)呢熑巍Ｓ谑牵瑢κ澜绲睦斫獗阍黾拥搅藗€體緣由的水平，而人類，就像奧多·馬夸德所認識的那樣，應為修正和剿滅罪惡承當責任。
從另一方面說，宗教自由主義和牛頓學說的思想對千禧年主義的形成具有深遠的影響。千禧年主義是一個相信機械論宇宙觀的宗教派系，但其在實際上與狂熱論和神秘論如出一轍。啟蒙運動為了剿滅它而與之進行了堅苦的斗爭。
牛頓運動定理
知名的三大運動定理：
1.牛頓第一定理（也稱慣性定理）強調(diào)，一個靜止狀態(tài)的物體趨于于保持靜止狀態(tài)，而在勻速運動中的物體趨于于保持勻速狀態(tài)，除非遭到合外力的作用。它闡明了力和慣性這兩個數(shù)學概念，解釋了力和運動狀態(tài)的關(guān)系，并提出了一切物體都具有保持其運動狀態(tài)不變的特點——慣性，是數(shù)學學中一條重要的基本定理。
2.牛頓第二定理強調(diào)，作用于一個物體上的斥力等于其動量隨時間的變化率。這說明了一個物體的加速度與作用在物體上的合力成反比，與其質(zhì)量成正比。在米－千克－秒的測度衡系統(tǒng)下，質(zhì)量的單位為千克，加速度為米每二次方秒，力為牛頓（為記念他而命名）。
3.牛頓第三定理強調(diào)，每位斥力都有一個等值反向的反斥力。
兩個物體之間的斥力F和反斥力F′,沿同仍然線,大小相等,方向相反,分別作用在兩個物體上。
格言
日本物理家約瑟夫·拉格朗日經(jīng)常說牛頓是迄今為止最偉大的天才，他還以前評價牛頓是“最辛運的，由于我們早已未能再成立一個世界體系了。”
有觀點覺得牛頓本人對他自己的成就十分謙虛，1676年，在他獻給羅伯特·胡克的一封信中出現(xiàn)了一句諺語：
假如我比他人看得更遠，那是由于我站在巨人的肩上。
牛頓在一篇追憶錄中寫道：但有兩位詩人John和White覺得，這也許是牛頓對胡克（體型瘦弱并駝背）的抨擊，而不富含——或除據(jù)悉不富含——謙遜的意味：
我不曉得這個世界會怎樣看我，但對我自己而言我僅僅是一個在海灘玩耍的頑童，為時而發(fā)覺一粒光滑的沙子或一片甜美的貝殼而歡喜，而我面前的偉大的真理的海洋仍然未經(jīng)探求。