伽利略是近代科学的奠基人和开创者，但近一个世纪的物理学在牛顿（1643年1月4日——1727年3月31日）那里得到了综合并发扬光大。牛顿出生于伽利略去世的当年，这也许象征了科学的亘古流传。17世纪可以被称为牛顿时代。牛顿是世界伟大的三大数学家之一，与高斯、阿基米德一起名垂青史。牛顿力学确立了经典物理学的宏伟殿堂。以牛顿力学为基础统一的声学、光学、电磁学和热学，支配着小到超显微粒子、大到宇宙天体的物理世界。牛顿把古典科学发展到顶峰。

艾萨克・牛顿是一个有120英亩土地的小地主的遗腹独生子，出生于林肯郡的耳索普。牛顿出生前三个月，他同样名为艾萨克的父亲才刚去世。少年时代的牛顿是一位普通的少年，没有表现出神童或天才的迹象。他与伽利略相似，喜欢动手制作手工，各种各样的机械工具等等。牛顿出生时早产，差一点死亡。由于早产的缘故，新生的牛顿十分瘦小；据传闻，他的母亲汉娜・艾斯库（Hannah Ayscough）曾说过，牛顿刚出生时小得可以把他装进一夸脱的马克杯中。当牛顿3岁时，他的母亲改嫁并住进了新丈夫巴纳巴斯・史密斯（Barnabus Smith）牧师的家，而把牛顿托付给了他的外祖母玛杰里・艾斯库（Margery Ayscough）。年幼的牛顿不喜欢他的继父，并因母亲改嫁的事而对母亲持有一些敌意，牛顿甚至曾经写下：“威胁我的继父与生母，要把他们连同房子一起烧掉。”牛顿喜欢各种零件。据说，他做过一个以小老鼠为动力的磨坊模型，并且在自己做的风车上装饰有许多灯笼。他特别喜欢做日晷，用它来查看时刻。

在上学前，人们认为这个小孩性格有些孤僻，爱自己动手搞一些小制作，别无其他。但牛顿也同时很喜欢数学和绘画。牛顿上小学时成绩平常，12岁时进入格兰瑟姆的文科中学念书，他寄宿在一位药剂师家里，学会了做实验，而成绩开始名列前茅。牛顿的舅舅对他较为照顾。1656年，牛顿母亲改嫁后的丈夫死去，牛顿回家帮助家里务农，但他干不好农活。他舅舅认为他才能不凡，便很想让他上大学。1661年，牛顿以减费生的身份进入了剑桥大学的三一学院。牛顿听了巴罗的讲座，受益匪浅，学业突飞猛进。1664年，他被选为三一学院的研究生，第二年被选为校委。

在大学里，牛顿阅读了很多自然科学著作，为他的一生奠定了知识的基础。他读了开普勒的《光学》、伽利略的《关于两大世界体系的对话》、胡克的《显微图》以及笛卡尔的《哲学和数学方面的菱》，基本上掌握了当时重要的全部数学方面的知识。1665年到1666年，伦敦流行瘟疫，牛顿回到家乡，在母亲的农场里度过了约两年时光。正是这两年使得他静思了很多问题，许多创造性的成果都是在这两年中萌芽或成功的。

牛顿注意到行星问题，这就发生了人们广为流传的苹果落地与万有引力的故事。故事的真实性无从得知，其实科学发现不是偶然的类似苹果落地之类的情况就能成功的，若没有坚实的知识基础和终日废寝忘食的思考，无论如何也不会有灵感出现。伏尔泰说，牛顿在他的果园里看见苹果熟透后落向地面而找到了线索。这个现象使得牛顿猜度物体下落的原因，并且使他产生了关于地球引力范围的思考。

艾萨克・牛顿

牛顿同母异父的妹妹汉娜・巴顿的后代于1872年赠给剑桥大学的牛顿手稿中写道：“就在这三年，我开始想到把重力引申到月球的轨道上，并且在弄清怎样估计圆形物在球体中旋转时压于球面的力量之后，就从开普勒关于行星公转的周期与其轨道半径的二分之三成比例的定律中，推得推动行星在轨道上运行的力量必定与它们到旋转中心的距离的平方成反比例。于是我把推动月球在轨道上运行的力与地面上的重力加以比较，发现它们差不多密合。这一切都是1665年与1666年两个瘟疫年份的事。因为在那些日子里，我发现人们在旺盛年代对于数学和哲学比以后任何年代都更加关心。惠更斯先生后来发现了离心力并发表研究成果，我想这些研究成果的取得应当在我之前。”

1665年，牛顿发明了级数近似法；1666年研究颜色，从开普勒第三定律推出行星维持轨道所需要的力与它们到旋转中心的距离的平方成反比关系。他发现了万有引力定律，直到能证明时才发表。1687年，在哈雷的鼓励下，牛顿出版了巨著《自然哲学的数学原理》，正式发表经过证明的万有引力定律和牛顿运动三大定律。这部书改变了整个科学界和人类的知识与能力，开启了牛顿的时代。牛顿工作的重大成果有：证明地球上的力学也能应用于地球之外的星球；从大自然的研究中排除了旧的哲学观念，打破了天体的特殊与神圣。

1669年，牛顿当上了剑桥大学的卢卡斯讲座数学教授，年仅27岁。他研究光学，发现太阳光并非单色，而是多种光的合成。牛顿成功地提出折射式望远镜会出现色差，也就是说在透镜周围出现杂乱的光圈。于是，牛顿开始研究反射式望远镜。1671年，牛顿向英国皇家学会提交了发明——反射式望远镜，因此被选为会员。1672年，牛顿向学会公布了他在光学研究上的成果。当时胡克是学会的实验总监。胡克理论不是十分强，但实验相当有天才。他争强好胜，喜欢发表意见并喜欢与人争优先权。他对很多问题有点滴看法，很有价值，但没能形成系统明确的理论。

牛顿的论文“论光与颜色”遭到胡克的批评，因为牛顿持光的粒子说，而胡克不同意粒子说。牛顿性格较为内向，他更不喜欢别人对他的批评，因此差一点辞职。后来牛顿不再研究光学，而且不发表任何学术研究的论文。直到1679年，胡克主动和牛顿交往，牛顿才改变了做法。

从开普勒第三定律和向心力公式，是很容易推出向心力与半径的平方成反比的。很多人意识到这一点，而且也发现了逆命题：在平方反比于距离的力作用下，行星的轨道是椭圆的。但只有牛顿首先证明出来。

艾萨克・牛顿

在1675年的著作《解释光属性的解说》（Hypothesis Explaining the Properties of Light）中，牛顿假定了以太的存在，认为粒子间力的传递是透过以太进行的。不过牛顿在与神智学家亨利・莫尔（Henry More）接触后重新燃起了对炼金术的兴趣，并改用源于汉密斯神智学（Hermeticism）中粒子相吸互斥思想的神秘力量来解释，替换了先前假设以太存在的看法。拥有许多牛顿炼金术著作的经济学大师约翰・梅纳德・凯恩斯曾说：“牛顿不是理性时代的第一人，他是最后的一位炼金术士。”但牛顿对炼金术的兴趣却与他对科学的贡献息息相关，而且在那个时代炼金术与科学也还没有明确的区别。如果他没有依靠神秘学思想来解释穿过真空的超距作用，他可能也不会发展出他的引力理论。

有意思的是，牛顿的《自然哲学的数学原理》一书出版时，皇家学会拿不出钱资助，哈雷于是用自己的钱资助牛顿。但胡克又说，平方反比定律的第一位发现者是他，而且牛顿的研究工作是由他才产生的，牛顿认为胡克的说法有道理，于是在书中确认了胡克的独立发现权。牛顿的伟大在于使这个定律推广到地球之外，因此而成为万有引力。牛顿的《自然哲学的数学原理》出版后，惠更斯专程去和作者牛顿会面。英国诗人亚历山大・波普赞美牛顿说：“大自然和它的规律隐藏在黑暗之中，上帝说：‘让牛顿去吧，一切便灿然明朗’。”一个全新的宇宙图景在牛顿的勾画中呈现。牛顿的动力学与天文学基础是建立在绝对空间和绝对时间概念上的。

牛顿力学赋予世界画面的惊人秩序与和谐所给人们在美感上的满足，超过凭借任何天真的常识观点或亚里士多德派范畴的谬误概念，或诗人们的神秘想象所见到的、万花筒式的混乱的自然界。经验是牛顿始终坚持的原则。莱布尼茨和惠更斯对牛顿在哲学上有一定的评价，他们认为牛顿对于万有引力的根本原因未加说明。自牛顿时代以来，还确实没有人能完满地解释，从爱因斯坦的理论看出，这在牛顿建立的绝对时空观世界是无法正确获解的。牛顿始终具有经验主义的哲学态度。

《自然哲学的数学原理》出版之后，牛顿被朋友们拉去做社会工作，他表示不再继续研究了。由于他好沉默，因而人们很难得知这位伟人在做什么。英国的学者丹皮尔认为，牛顿在保卫剑桥大学、抵抗詹姻土二世干涉剑桥大学的独立方面起了很大作用。1689年，牛顿代表剑桥大学当选为国会议员。他当时已经家喻户晓，就连皇宫贵族的少女少妇也附庸风雅地以看《自然哲学的数学原理》为荣。因此人们很想目睹伟人风采。据说牛顿在国会从不发言，突然有一次，牛顿在座位上站了起来，人们顿时鸦雀无声，期待着牛顿讲话。谁知牛顿只说了一句“请把窗户关起来”，之后就坐下了。

1690年国会解散，牛顿去研究了《圣经》，1701年再度进国会。1693年时，长朝优都导致他神经衰弱、敏感，心理状态不健康。1695年，牛顿迁居伦敦，做了皇家造币局的督办，后来成为造币局局长。他运用他的冶金知识铸造了成色很足的货币。1703年到1727年，牛顿担任皇家学会会长，这使他在与莱布尼茨的争论中处于优势。牛顿常有精神方面的不良症状，也因此引起人们的不同评价，他自私、尖刻的一面暴露了出来。霍金在著作中认为，牛顿在剑桥积极从事反天主教运动，后来在议会中也很活跃，最终作为酬报，他得到皇家造币厂长的肥缺。他以社会上更能接受的方式，施展他那狡狯和刻薄的能耐，成功地导演了一场反对伪币的重大战役，甚至将几个人送上了绞刑架。

艾萨克・牛顿

这些评价使人们看到一个更为全面完整的牛顿。1727年3月31日凌晨，牛顿在睡梦中与世长辞，终年85岁。法国著名哲学家伏尔泰目睹了牛顿的葬礼，感叹牛顿获得的殊荣。如同法国的先贤祠一样，牛顿被安葬在英国威斯特敏斯特大教堂，那是安葬英雄之处。德国思想家弗里德里希・恩格斯在《英国状况》一文中指出：“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学。”

无论如何，牛顿是一个人，当然也有缺点，就像霍金笔下所述，他有偏执自私的一面，但牛顿毕竟是人类史上伟大的自然学家。在艺术家笔下，牛顿像神一样制定了宇宙定律。数学微积分、天文物理上的万有引力、运动中的三大定律，新的物理学体系建立、光学领域中的太阳光谱、反射式望远镜，这其中任何一项体现在一个人身上都可以让他永垂青史，而牛顿一个人就做出了这些发现和发明。

重温一下牛顿的名言：“如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”“我不知道世人怎么看，但在我自己看来，我只不过是一个在海滨玩耍的孩子，不时地为比别人找到一块更光滑、更美丽的卵石和贝亮而感到商兴，而在我面前的真理海洋，却完全是个谜。”