艾薩克·牛頓既是化學(xué)宗師，又是物理大師。牛頓為了解釋自然界的數(shù)學(xué)問題，將數(shù)學(xué)與物理結(jié)合上去，完美地解釋了世界的規(guī)律。牛頓在科學(xué)上的貢獻(xiàn)，對于人類文明的促進(jìn)作用，可以說前無古人。他在熱學(xué)方面提出了牛頓運(yùn)動定理和萬有引力；在力學(xué)方面發(fā)覺冷卻定理，在光學(xué)方面發(fā)現(xiàn)了光的色散和發(fā)明反射式望遠(yuǎn)鏡；在物理方面包括微積分、幾何、代數(shù)、計算物理等也有巨大的貢獻(xiàn)。
明天介紹他在光學(xué)方面的貢獻(xiàn)之一，借助三棱鏡，發(fā)覺白光可以分解為不同顏色的光，光色散的實(shí)驗。
牛頓出生在伍爾索普山莊，地址是WaterLane，by，格蘭瑟姆，林肯郡，NG335PD。
隨著冠狀病毒在全球范圍內(nèi)傳播，大多數(shù)人都經(jīng)歷了一種新常態(tài)，從處于封鎖狀態(tài)的國家到推行保持社交距離。牛頓1665年在劍橋的情況與明天的社會有著驚人的相像，1665年的腺流感“大瘟疫”是自1348年黑死病以來西班牙爆發(fā)的最嚴(yán)重的瘟疫，它迅速傳遍了整個美國，僅巴黎就喪失了大概15%的人口。像許多城鎮(zhèn)市民一樣，牛頓撤退到相對安全的鄉(xiāng)村。從1665年秋天到1667年秋天，牛頓為了躲避影響劍橋的瘟疫，二次回到了伍爾索普山莊常年居住。在這一段時期，牛頓自己追憶說“ForinthosedaysIwasintheprimeofmyagefor&&morethanatanytimesince（這一個階段是我處于發(fā)明、數(shù)學(xué)和哲學(xué)的顛峰時期，超過任何時期）”。這段時間內(nèi)，牛頓有時間來發(fā)展他的微積分、光學(xué)以及運(yùn)動和萬有引力定理的理論，牛頓迷戀地工作以加深他對光的理解，利用三棱鏡（這一段歷史細(xì)節(jié)不清楚，有說法是他自己加工的三棱鏡，然而在他做實(shí)驗的房間里，沒有見到相關(guān)的磨制光學(xué)表面的設(shè)備，也沒有說明棱鏡的由來）完成了知名的實(shí)驗。牛頓就在圖1圓圈標(biāo)明朝北的木質(zhì)百葉窗上鉆了一個小洞，這樣只有極細(xì)的光線能夠步入黑暗的屋子。牛頓首次在世界上發(fā)覺光通過棱鏡形成了色散。圖2是后來的的藝術(shù)家按照當(dāng)初情境的書法：
圖2牛頓當(dāng)初三棱鏡試驗現(xiàn)場書法
牛頓在這一時期完成了好多工作，比如蘋果樹的啟發(fā)發(fā)覺了萬有引力、數(shù)學(xué)等等，這一階段被稱為牛頓的“奇跡年1665-1667（Yearof1665-1667）”，做三棱鏡實(shí)驗的臥室被你們親切地稱為牛頓屋（’s）。牛頓本人確實(shí)述說過：當(dāng)他看見一個蘋果從他臥室窗前的樹上掉出來時，他指責(zé)為何它會直接掉到地上？并且坐在蘋果樹下被落出來的蘋果砸中腿部思索出萬有引力可能是后人杜撰下來的故事。
二、牛頓的三棱鏡實(shí)驗
牛頓三棱鏡實(shí)驗是牛頓在光學(xué)上的重要發(fā)覺，實(shí)驗現(xiàn)象證明了白光不是一種純的沒有其他顏色的光，而是由不同顏色的單色光組成的，該實(shí)驗被選為“世界十大化學(xué)實(shí)驗”之一，色散如圖3所示：
圖3知名的三棱鏡實(shí)驗
在這個實(shí)驗中牛頓發(fā)覺陽光是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7種顏色混和而成（關(guān)于顏色的分類，當(dāng)時牛頓很是郁悶，有特別有趣的故事，因為篇幅的緣由，感興趣的讀者可以自行搜索找尋）。
由牛頓色散實(shí)驗結(jié)果可知白光是由多種顏色的光組成的，這就是現(xiàn)代波譜學(xué)的基礎(chǔ)。在這個基礎(chǔ)上日本學(xué)者湯瑪士?楊格和日本學(xué)者赫爾曼·馮·亥姆霍茲繼續(xù)深入對顏色的研究，確立了光的三原色理論，對現(xiàn)代生活形成了巨大的影響。
牛頓三棱鏡實(shí)驗在小學(xué)數(shù)學(xué)教科書中有介紹，在大專的化學(xué)教學(xué)和基礎(chǔ)數(shù)學(xué)實(shí)驗課程中都是重要的內(nèi)容之一。這是一個十分精典的實(shí)驗，怎樣在高速科技發(fā)展下進(jìn)一步提高這個實(shí)驗，但是賦于它新的生命力是我們科普工作者的工作之一牛頓發(fā)明三棱鏡的故事，銳光凱奇根據(jù)“如何使用現(xiàn)代科技手段重塑精典實(shí)驗”和“演示實(shí)驗走進(jìn)課堂”的理念推出了一款牛頓三棱鏡實(shí)驗，如圖4：
圖4牛頓三棱鏡實(shí)驗
在圖4的牛頓三棱鏡實(shí)驗中，不僅見到波譜色散的現(xiàn)象外，還可以見到光的顏色對應(yīng)的波譜，感興趣的同學(xué)可以一起討論這個基礎(chǔ)實(shí)驗。
三、科學(xué)朝拜
5月22日，我們開啟了牛頓家鄉(xiāng)科學(xué)朝拜活動，你們開玩笑地說這是銳光凱奇日本團(tuán)建活動日，人員除作者之外還有在兩名銳光國際實(shí)驗室培訓(xùn)過一年的研究生，和一位在倫敦學(xué)院讀書的研究生，一共五人小分隊，圖5：
圖5科學(xué)朝拜團(tuán)隊在牛頓家鄉(xiāng)合照留影
令人十分震驚的是牛頓山莊的工作人員竟然同意了我們在牛頓做三棱鏡色散實(shí)驗的房間里現(xiàn)場重復(fù)實(shí)驗的懇求，盡管事先企劃希望可以在現(xiàn)場做這個實(shí)驗，并且也做好了被拒絕（說“No”）的打算，真是喜出望外，于是立刻開始使用圖4的設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗牛頓發(fā)明三棱鏡的故事，圖6：
圖6在牛頓做三棱鏡色散實(shí)驗的房間里現(xiàn)場重復(fù)三棱鏡實(shí)驗
實(shí)驗過程中工作人員還為我們照相說要傳給總部做宣傳使用。視頻1是現(xiàn)場的情況：
圖7是“朝圣”小分隊在牛頓屋內(nèi)合照：
圖7牛頓做實(shí)驗的現(xiàn)場你們合照
其余四人也使用簡單的方式進(jìn)行了三棱鏡實(shí)驗，視頻2：
四、科學(xué)朝拜花絮
在牛頓樹下活動了很長時間，圖8是作者本人在吃（真的）牛頓樹下?lián)斓穆涑鰜淼奶O果：
圖8牛頓樹下吃牛頓樹上結(jié)的蘋果
圖9是研究生在樹下照相：
圖9樹下照相
牛頓山莊里還有一個科技館，旅客可以動手體驗各類各樣的實(shí)驗，視頻3是仇浩朋友在做薄膜干涉的實(shí)驗：
視頻3仇浩朋友在牛頓科技館體驗薄膜干涉
不知不覺在山莊幾個小時就過去了，你們一起在山莊里的小奶茶館里吃披薩取代早餐，圖10：
圖10披薩+奶茶
食物真的是不敢奉承，但仍然是一次開心的派對。三天的活動結(jié)束，到了你們分別的時刻，合照留影定格在2022年10月22日：
圖11分別前的“儀式”
到此科學(xué)朝拜活動結(jié)束！
作者：劉書鋼四川學(xué)院院長，上海師范學(xué)院教育學(xué)部兼職院士，銳光凱奇（南京）光電科技有限公司首席專家，中國儀器儀表學(xué)會中學(xué)生光科學(xué)主題（南京）科普教育基地負(fù)責(zé)人
