世界人物誌——鍊金巨人牛頓

“摘一顆蘋果，從你家門前經過，送到你的手中幫你解渴”，額，沒錯，萬有引力，這個物理界最經典的理論，家喻戶曉，在經典力學上，他提出了動量和角動量守恆，光學上，他發明了反射望遠鏡，利用三棱鏡發散白光成光譜，數學上，大學的微積分折磨的你死去活來，天文學上，他的萬有引力爲日心說提供強力論證，愛物理，愛數學，愛鍊金，愛喫素，沒事兒跨界搞搞神學，玩玩股票，與布萊尼茲吵吵架，他就是科學界的泰斗——艾薩克·牛頓（1643年1月4日－1727年3月31日）。

現在，我將展示世界的構架——艾薩克·牛頓

一、模型王

1643年1月4日，魔羯座的小牛頓呱呱墜地，出生於老英格蘭林肯郡伍爾索普村，此時距離李自成進北京還有一年的時間，小牛頓是早產兒，出生時候非常小，據坊間野史記載，牛頓媽媽說牛頓剛出生時候小的能放進馬克杯裏面，而小牛頓剛出生父親已經沒了，3歲時候，牛頓媽媽改嫁一個牧師，但小牛頓非常不喜歡繼父，而對於媽媽改嫁這件事，小牛頓也非常充滿敵意，據另一個野史記載，小牛頓甚至想給家點把火燒了。

1648年，牛頓開始上學，剛上學的牛頓並沒有那種神童的感覺，他就學習中等，沒事兒就研究機械，就喜歡看簡單機械的書，並且自己動手做一些模型，其中做了個一個小風車的模型，上了我們的小學生語文課本《做風車的故事》。

做風車的故事

大概就說牛頓，通過觀察磨坊，自己做了個風車的模型，那小孩就愛顯擺兩下，牛頓也不例外，拿學校展示了一把，大家紛紛誇讚，這時候一個鋼筋同學站了出來，你做風車你能講出來什麼原理嗎？一句話給小牛頓問懵了，這個同學又笑話牛頓，道理都講不出來有什麼用啊孩子？從此牛頓發奮圖強。

故事就是這麼個意思，我這麼多年確實還記着這個圖，不知道現在還有沒有，小時候牛頓學習一般，但是搞機械手工研究這一塊相當牛之比，他不僅做磨坊模型，還做日晷，木鐘，小提燈亂七八糟的模型。家裏都能開個展覽了。

而此時的歐洲，科技點加的是突飛猛進，1543年尼古拉·哥白尼出版《天球運行論》，1610年伽利略用望遠鏡發現木星周圍還有四顆小衛星，1609年到1618年，開普勒發現行星三大定律，可以說數理化三科，就差化學這一科還在停留在鍊金，牛頓在這種環境下，用自己天賦，加上自己努力，確實成就了非常耀眼的光輝。

如果說我看得比別人更遠些,那是因爲我站在巨人的肩膀上——艾薩克·牛頓

二、鍊金術大師

1654年，11歲的牛頓前往金格斯皇家中學讀書，小學的牛頓成績一般，但是中學開始發力，牛頓在中學是整個學校最優秀的學生，牛頓最大的愛好就是看書，不管在哪就是看書，並且還愛做做科學小實驗，不僅如此，他寄宿在藥劑師威廉·克拉克家中，這個克拉克被稱爲藥劑師，其實也會點鍊金術，家裏還有小實驗室，這對於牛頓來說影響非常大，他的嚴謹性，邏輯性，理論性得到非常好的訓練，並且牛頓是一個非常喜歡實踐的人，當時鍊金術可是已經有蒸餾瓶，坩堝等等一些化學儀器了，可以說牛頓的科學成就不僅站是在巨人肩膀上，也是在鍊金術的過程中發現各種科學理論。

鍊金術從古埃及就有，到中世紀的歐洲那是已經廣泛傳播，鍊金術就跟咱們古代煉丹差不多，並且咱們古代道士們最開始在化學這一塊絕對領先全球，鍊金術本意是將賤金屬轉變成黃金，而古代煉丹術就是長身不老，點石成金，鍊金術後面發展多種不同研究，比如萬能藥，賢者之石，而煉丹術也一樣炸裂，中國的煉丹術，影響了整個世界格局，因爲火藥就在這裏被發現，但如果非要找出區別，西方確實有着更科學更精密的儀器。

在早年，牛頓的鍊金術已經玩的很用心了，而且特別有癮，一天不練金那渾身難受，他用瓦倫丁的《銻之凱旋車》記載的鍊金方法，在他的煉丹爐子裏成功得到一種晶體——星銻，其實就是金屬銻啊，在那個時代，鍊金術士都喜歡把自己煉出來的金屬對應天上的行星，比如水銀——水星，銅——金星，鐵——火星，牛頓這個星銻也不例外，他取名爲獅子座的軒轅十四，相當吊炸天的名字——軒轅十四星銻。

金屬銻

而在學術上的成就，也非常耀眼：

1661年6月3日，18歲的牛頓從金格斯中學畢業，考上了劍橋大學三一學院，到了大學三年級，牛頓就拿到了盧卡斯數學教授席位。

1665年，牛頓發現廣義二項式定理，根據這個定理，牛頓終於研究出折磨人類的方法——微積分。（布萊尼茲和牛頓，分別創立了微積分，這個爭議很久了，主流就是認爲他倆分別創立了不同的微積分。）

現代微積分（比最開始還要嚴謹）

1671年，他在皇家學會上展示了自己發明的反射式望遠鏡。反射望遠鏡光學性能的重要特點是沒有色差。

牛頓式反射望遠鏡

1675年，著作《解釋光屬性的解說》，牛頓假定了以太的存在，認爲粒子間力的傳遞是透過以太進行的。

1679年，牛頓研究出引力及其對行星軌道的作用。

1687年，著作《自然哲學的數學原理》，第一卷“論物體的運動”，表述了最經典的牛頓三定律；第二卷論述了阻力下物體的運動對比了不同物體在阻滯介質中的運動，得出阻力大小與物體速度的一次及二次方成正比的計算公式，還討論了氣體的彈性和可壓縮性，以及聲音在空氣中的速度等問題；第三卷“論宇宙的系統”，根據前三卷的論證，導出萬有引力定律，解釋包括月球運動的偏差、海洋潮汐的大小變化、歲差的長短不一等。這本書式牛頓最重要的著作。

自然哲學的數學原理原書插圖

1704年，牛頓著成《光學》，詳述了光的粒子理論。在書中，牛頓設計了許多非常巧妙的實驗來證實自己的理論，使得該書成爲一部實驗科學的優秀範本，對於整個近代科學體系的建立是至關重要的。

1707年，牛頓出版了代數基礎《廣義算術》。

英語課

看了牛頓這些成就，是不是感覺萬有引力都不算啥？這還是人嗎？外星人也不過如此吧？其中微積分完全影響了現代，航天要用，工程設計要用，動態經濟要用，數學用，物理學也要用！

而牛頓的光學提出的一個粒子說，更是量子力學的導火索。

三、光的波粒二象性

如果說，有一個實驗能讓你懷疑這個世界真假性，你相信麼？

17世紀，物理圈老炮對於光子的形態展開激烈爭論，我就簡單來說，感興趣的，可以到處查找，這個理論挺出名，好比光子是英雄聯盟裏的傑斯，有兩種形態，放大炮和拿錘子，但這兩種形態取決於你按不按那個R。

荷蘭物理學家惠更斯認爲，光子是波，可以折射可以反射，波就跟水波類似，一圈圈的，光就跟那個水波一樣一圈圈展開，遇見障礙物就反彈，如果是兩束光交叉，就會產生干涉條紋，好比水波互相碰撞釋放更多水波。

而牛頓認爲，哪有這麼複雜？光子就是粒子，你發的光，就跟無數個炮彈一樣直來直去，就跟彈力球一樣，於是提出了粒子說這種理論。

於是就出現兩個派別，波動派和粒子派，兩派是沒事兒就爭論，反正自己纔是對的，不過牛頓已經是各種光環加身，各種buff附體，已經是學術界最吊的那個，所以大部分人都站在粒子派。

直到1801年，擅長騎馬演雜技的托馬斯·楊，做了一個雙縫干涉實驗，成功打翻了牛頓的粒子派。

這個實驗簡單來說，托馬斯楊設置一個光源，無數的光子從這發出，根據光的波長公式在合理的位置上，放置一塊板子，這個板子上面有兩條縫隙：

1、如果光子是波的特性，那麼穿過這兩條縫的光子會互相干涉，好比倆水波撞一起發散出更多的水波，最後打在牆上的光就跟那個斑馬線一樣，這就說明，光有波動性，跟水波一樣。

波動性

2、如果光子是粒子，直來直去，那麼穿過縫隙的光子直直的打在牆上，那就只會出現兩條光形成的槓。

粒子性

最後實驗結果顯示，光形成了斑馬線一樣的條紋，說明光就是跟水波一樣的波動性，這一結果粒子派直接炸鍋了，壞了，牛頓的棺材板都壓不住了！

雙縫干涉實驗結果

然而過了100多年，楊老師做夢也想不到，後人對他這個實驗各種魔改，加了各種DLC，是一次比一次抽象，一次比一次魔幻。

1905年，愛因斯坦大腦思維活躍，他利用光電效應證明，光就是粒子，給牛頓的棺材板壓了一壓，愛因斯坦說啊，當一定頻率以上的光照射到金屬或其他材料表面時，材料中的電子將會吸收光的能量，若該能量大於電子從材料中逸出的“逸出功”，電子就會克服材料對其的束縛，從表面逸出，形成“光電子”的現象，這就是光電效應，這個現象沒辦法用波來解釋。

1909年，英國物理學家傑弗裏泰勒開始了第一次魔改，他把這個光源調弱了，確保這個光子只能一顆一顆的過縫隙，他認爲，楊老師的雙縫干涉實驗是光子太多了，一堆彈力球互相碰撞產生了類似波的特性，我這把一顆一顆的過去，指定是兩條槓。

結果讓泰勒大喫一驚，一顆一顆的過去居然還是斑馬條紋！這不是鬧鬼了嗎？經常游泳玩水的都知道，如果你在平靜的水面上，拿手指點一下，只能出現一道波，而用兩根手指同時點，兩個波互相干涉產生更多的波，你的手指就相當於那兩條縫，只有波同時過去之後纔會產生干涉，而現在的結果代表你點了一下水面，莫名其妙的多出來一道波互相干涉！無奈的泰勒發表意見，光子自己跟自己產生了干涉。

1924年，德布羅意提出了波粒二象性，他說啊，微觀世界裏，光子電子質子等等一堆子，同時具備粒子和波的特性，到這就已經開始抽象了。

1965年，物理學家理查費曼進行了第二次魔改，他提出思想實驗，假設我們在光子穿過縫隙之前放置一臺高速攝像機，看看光子到底是從哪穿過去，這不就知道爲啥一個一個過去還是斑馬紋了嘛。費曼預測，如果這樣，那麼幹涉條紋就不存在，只會留下兩條痕跡。

直到70年代，科學實驗室才做成這一實驗，因爲光學的實驗不是拿手電筒就能做，非常精密，而結果開始魔幻了，如果打開了觀測儀器，那麼就是兩條紋，跟費曼預測的一樣，但是關上儀器，結果就是斑馬線條紋。這個光子就跟活了一樣，你觀測我，我就一個一個穿過去，你不看我，我就是波。就像你看你寫作業的孩子，你不看他，他就打遊戲，你看他，他就是在看書。

1979年，物理學家AJ惠勒也提出了思想實驗，進行了第三次魔改，哎，我把高速觀測器放後邊，等光子穿過縫隙之後，我隨機打開觀測器，突然的抓住它，我看看它怎麼選擇，是變成波啊，還是變成粒子。反正儀器是沒有，假設就完事了。

這就是著名的延遲選擇實驗。

這個實驗過了得有五年才做出來，這回光子又活了，只要開機，就是一顆一顆打過去，只要關機，就是波的特性，這個結果是非常魔幻了，光子要麼穿越回到過去，要麼預知了未來，不然它怎麼知道變的？因果關係全亂了。

1999年，科學家進行了第四次魔改，延遲選擇的擦除量子實驗。

這個實驗太複雜了，我已經不知道怎麼拿文字解釋了，我簡單來說，這個光子就跟檯球一樣，給它加個旋轉，從左邊縫過去的，加左旋轉，從右邊過去的加右旋轉，這就知道到底從哪過來了，結果加了不同旋轉時候，就是兩條槓，不加旋轉或者同一方向旋轉，就是斑馬線。這個就是量子擦除實驗。

到了這，我就暫停了，這個實驗各大科學博主啥的都有詳細的解說，文字實在描述不了延遲選擇的擦除量子實驗，反正說到底，各種實驗就是在表明，到底是斑馬線還是兩條槓，取決於觀測不觀測，就是最開始說的，傑斯是玩炮還是錘子，取決於你按不按這個R。而薛定諤的貓，也一個意思，這個貓是死是活？取決於你觀測不觀測，你不打開箱子看，這個貓就是一個又死又活的疊加態，就是這麼抽象。

如果你以爲懂了量子力學，那說明你還沒懂——玻爾

而牛頓也是被這個光子整的頭疼，1672年，他向學會幹事巴格提交了一篇論文，研究光色來源，認爲光是與以太相互作用產生波的高速度粒子流。而羅伯特·胡克不敢苟同，他和惠更斯認爲光是以太的縱向振動，振動頻率決定光色，也就是波動說，波動派和粒子派是展開了激烈的辯論，又回到這個波粒二象性的問題上了。

牛頓厭惡這一爭論，曾在寫給一位朋友的信裏說：“因爲我發表了先前的論文，引起了許多非議，使我精神上受到沉重打擊。我失去了平靜而有意義的幸福生活，而被這無聊的爭吵弄得心緒煩亂。這真是無聊透頂，我越來越後悔，不該輕率地發表那篇論文。”

四、晚年牛頓

傳言牛頓活了80年，前40年全是科學研究，他在科學上做出的貢獻無與倫比，而後40年，他全在研究神學和鍊金，這也是網上很多人說科學盡頭是神學。

其實這是不對的，上面說了，牛頓不是晚年才研究鍊金，一開始他就愛鍊金，一天不煉，渾身難受，甚至最後去世時候人們發現他頭髮水銀含量非常高，而神學也一樣，他一開始就信上帝，而且用科學證明上帝存在的邏輯性，這倆都是一輩子的事情，他的著作，未發表80%都是研究上帝，發表的著作只佔很少一部分，就算這樣，發表的著作裏面也無時不刻不提上帝：

彗星們以極大的偏心軌道，未知的命運將無法確保所有的行星以一種規則的同心軌道運行，一些難以預料的異常將會因爲彗星與行星之間的相互作用而發生，而這種異常將會累積，直到整個太陽系需要一次重啓。這種存在於行星系統內部美妙的均一性必須來自上帝的選擇。——《光學》

六顆行星在圍繞太陽的同心圓上朝着同一方向運行，而且大致維持在在同一個平面，彗星的路線則是順着相當偏心的運行軌道掃過人類所見天空的一切覆蓋面。而這個完美到令人不可思議的星球體系，其完美的程度只能讓人將其歸因於一個擁有無窮能力的上帝，這個完美的宇宙體系是出自上帝之手，並且受他統治。——《自然哲學之數學原理》

用我們的視角去看牛頓，好像牛頓後面是遇到了坎坷，研究不明白，只能去請上帝，然而實際牛頓家庭環境一直就充滿了上帝的聖光，小時候父親沒了，母親改嫁牧師，繼父一大家子全信上帝，你說牛頓他信不信上帝，整個社會都在信啊，學院裏面還有神學專職，你把牛頓單拎出來好像神棍，但要是整個看那個年代的歐洲，隨便找個人他都信上帝，整個社會都流行鍊金術，神祕學，還有亂七八糟的獵奇研究：

首先顯微鏡之父羅伯特胡克正在真空罩子裏面抽血玩

然後英國皇家學會研究怎麼給狗換血，探索四體液理論

最後另一個創造微積分的布萊尼茲拿二進制證明上帝的秩序

你能說只有牛頓一個人在搞神學嗎？不，人人都在搞。

各種光環疊加的牛頓，晚年還跨界搞起了股票，自以爲智商站在人類高地的他，直接成爲韭菜界的祖師爺，1720年，英國股票剛剛起步，他因爲買了著名的南海公司的股票而鉅虧兩萬英鎊，兩萬英鎊在當時是大學教授幾十年的工資，這回上帝也不好使了。