從牛頓的背景中,完全無法解釋或看出他會(huì)成長(zhǎng)為一位徜徉于宇宙原理的學(xué)者。據(jù)形容,他父親是個(gè)“狂野、奢侈、軟弱的人”,他在牛頓出生前就去世了。牛頓是個(gè)早產(chǎn)兒,童年時(shí)很早就和母親分離。他母親在他將滿兩歲時(shí)改嫁,后來把他交給她的父母撫養(yǎng)。雖然她住的地方只有幾英里遠(yuǎn),但她對(duì)這位“冷靜、沉默、深思的男孩”卻一直避而遠(yuǎn)之,直到她第二任丈夫在九年后去世為止。有些傳記作者認(rèn)為,這段分離經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致牛頓終生的情感問題——童年時(shí)的易怒脾氣、對(duì)他母親與繼父的憤恨、對(duì)評(píng)論幾近偏執(zhí)的過度反應(yīng),以及兩次全面性的精神崩潰。他那因憤嫉所致的狠毒絕情性格,使得雨果筆下冷面無情的賈維探長(zhǎng)(《 悲慘世界 》里緊追主角不放的探長(zhǎng))都成了菩薩心腸。
幸而,有人在這陰郁的年輕人身上看到了別的東西——這些人包括他學(xué)校的老師史托克(John Stokes)和他的舅舅艾斯克夫(William Ayscough)。他們說服他母親放棄使他成為農(nóng)夫的努力,讓他回學(xué)校就讀。艾斯克夫畢業(yè)于劍橋的三一學(xué)院,他也設(shè)法使牛頓進(jìn)了他的母校。這時(shí)牛頓18歲,比班上同學(xué)整整大了兩歲,也比別人嚴(yán)肅得多。
表面上,牛頓吸收了當(dāng)時(shí)學(xué)校所教的許多古典著作與思想觀念,有著長(zhǎng)足的進(jìn)步。雖然哥白尼、開普勒、伽利略和笛卡爾在此之前的150年間都曾有開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn),但三一學(xué)院卻仍在教授亞里士多德的定性物理和歐幾里得的幾何學(xué)。他的數(shù)學(xué)教授巴羅(Isaac Barrow)一開始只把他當(dāng)作一名冷漠的學(xué)生,甚至還注意到他尚未徹底精通歐幾里得幾何學(xué)。但巴羅和其他人都不知道的是,牛頓早已精通最新的科學(xué)發(fā)展,并開始超越他們,向未經(jīng)探索的知性領(lǐng)域推進(jìn)了。但是年輕的牛頓卻將自己的發(fā)現(xiàn)緊鎖在筆記本里秘而不宣,且終生如此。他寫在第一本筆記本上的座右銘似乎再恰當(dāng)不過:“真理是我最好的朋友?!?/p>
1664年,瘟疫蔓延到了英國;1665年秋天,劍橋關(guān)門大吉。接下來兩年間,牛頓都留在家鄉(xiāng)烏爾索普的小村莊中。在這短暫的隱居期間,牛頓獲得了極深刻的發(fā)現(xiàn),學(xué)者因而稱之為“神奇的年代”。在早期,他發(fā)展出二項(xiàng)式定理,一種以無限項(xiàng)級(jí)數(shù)總和來計(jì)算代數(shù)算式的方法。幾個(gè)月后,他發(fā)現(xiàn)了自己的“正切方式”,這是邁向微積分的關(guān)鍵步驟。在當(dāng)時(shí),微積分是一種新數(shù)學(xué),它使數(shù)學(xué)家首度能夠處理持續(xù)改變的量。六個(gè)月后,牛頓發(fā)展出“處理流數(shù)(fluxion)的直接方式”,如今我們稱之為微分學(xué)。
牛頓對(duì)于光與顏色也很感興趣。在一連串精彩的棱鏡實(shí)驗(yàn)中,他首度證明白光是由許多不同顏色的光束混合而成的。接著便是引力。牛頓后來寫道:“同年,我開始思考延伸到月球軌道的引力……并且比較使月球維持軌道的力量,以及地表的引力?!?/p>
盡管其聰慧毋庸置疑,但這些想法并不是從天外掉進(jìn)他腦袋里的。牛頓后來“解釋”他是如何獲得這些洞見的:“我一直不斷地進(jìn)入思考,總是把這些主題擺在我面前,然后靜靜等待,直到第一線曙光出現(xiàn),然后一點(diǎn)一點(diǎn)地轉(zhuǎn)為明亮的白日?!彼嬖V早期一位傳記作家,其中有一絲曙光發(fā)生在他見到一個(gè)蘋果落地時(shí)。這個(gè)故事的真假很難斷定,但很顯然,唯有牛頓的眼光,才能看出蘋果的掉落和月球的運(yùn)轉(zhuǎn)是由同一原理主宰;也唯有他的心智,才能將這點(diǎn)洞察放大成為萬有引力定律。
牛頓花了20年時(shí)間,才將所有元素羅織成他的終生杰作:《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(Mathematical Principles of Natural Philosophy)。在他的朋友——天文學(xué)家哈雷(Edmond Halley)的堅(jiān)定敦促下,本書終于在1687年問世。在本書中,牛頓集結(jié)了自古希臘以來諸多分散而矛盾的觀測(cè)及理論,一起放進(jìn)他的理智之爐中精煉細(xì)磨,最后鑄成一道完美無瑕的智識(shí)爐水。他將爐渣精確地剔除,例如易混淆的磁力和引力、圓周慣性(circular inertia)、伽利略關(guān)于潮汐的理論、開普勒關(guān)于力的循環(huán)理論,以及笛卡爾的漩渦。最后,只留下純金。