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【转载】牛顿:科学巨人亦凡人  

2014-06-08 05:51:33|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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牛顿:科学巨人亦凡人

  •   牛顿,世界上最伟大的科学巨人之一,也是一个赔本股民。

牛顿:科学巨人亦凡人 - 晓朝 - 晓朝的博客
艾萨克·牛顿,英国著名科学家。

艾萨克·牛顿爵士,FRS(Sir Isaac Newton,1643年1月4日-1727年3月31日)是一位英格兰物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里,对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律;从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑,并推动了科学革命。

英国科技专栏之人——艾萨克·牛顿

牛顿是生活在地球上的影响最大的科学家之一。他是遗腹子,生于伽利略逝世的那一天。

牛顿少年时代即表现出手工制作精巧机械的才能。虽然他是个聪明伶俐的孩子,但并未引起他的老师们的注意。

成年时,母亲令其退学,因为希望儿子成为一名出色的农夫。十分幸运的是他的主要天赋不满足于他在农业方面发挥,因此,他18岁时入剑侨大学,极快地通晓了当时已知的自然与数学知识,之后转入个人的专门研究。

自21岁至27岁,奠定了某些学科理论基础,导致以后世界上的一次科学革命。他的第一个轰动科学世界的发现就是光的本质。经过—系列的严格试验,牛顿发现普通白光是由七色光组成的。经过—番光学研究,制造了第一架反射天文望远镜;这架天文望远镜一直在天文台使用到今天。

莱布尼茨曾说:“在从世界开始到牛顿生活的时代的全部数学中,牛顿的工作超过了一半。”的确,牛顿除了在天文及物理上取得伟大的成就,在数学方面,他从二项式定理到微积分,从代数和数论到古典几何和解析几何、有限差分、曲线分类、计算方法和逼近论,甚至在概率论等方面,都有创造性的成就和贡献。

牛顿在数学上的成果要有以下四个方面:

发现二项式定理

在一六六五年,刚好二十二岁的牛顿发现了二项式定理,这对於微积分的充分发展是必不可少的一步。二项式定理把能为直接计算所发现的:

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等简单结果推广如下的形式:

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二项式级数展开式是研究级数论、函数论、数学分析、方程理论的有力工具。在今天我们会发觉这个方法只适用於n是正整数,当n是正整数1,2,3,....... ,级数终止在正好是n+1项。如果n不是正整数,级数就不会终止,这个方法就不适用了。但是我们要知道那时,莱布尼茨在一六九四年才引进函数这个词,在微积分早期阶段,研究超越函数时用它们的级来处理是所用方法中最有成效的。

创建微积分

牛顿在数学上最卓越的成就是创建微积分。他超越前人的功绩在於,他将古希腊以来求解无限小问题的各种特殊技巧统一为两类普遍的算法--微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,如:面积计算可以看作求切线的逆过程。

那时莱布尼兹刚好亦提出微积分研究报告,更因此引发了一埸微积分发明专利权的争论,直到莱氏去世才停熄。而後世己认定微积是他们同时发明的。

微积分方法上,牛顿所作出的极端重要的贡献是,他不但清楚地看到,而且大赡地运用了代数所提供的大大优越於几何的方法论。他以代数方法取代了卡瓦列里、格雷哥里、惠更斯和巴罗的几何方法,完成了积分的代数化。从此,数学逐渐从感觉的学科转向思维的学科。

微积产生的初期,由於还没有建立起巩固的理论基础,被有受别有用心者钻空子。更因此而引发了着名的第二次数学危机。这个问题直到十九世纪极限理论建立,才得到解决。

引进极坐标,发展三次曲线理论

牛顿对解析几何作出了意义深远的贡献,他是极坐标的创始人。第一个对高次平面曲线进行广泛的研究。牛顿证明了怎样能够把一般的三次方程:

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所代表的一切曲线通过标轴的变换化为以下四种形式之一:

牛顿:科学巨人亦凡人 - 晓朝 - 晓朝的博客

在《三次曲线》一书牛顿列举了三次曲线可能的78种形式中的72种。这些中最吸引人;最难的是:正如所有曲线能作为圆的中心射影被得到一样;所有三次曲线都能作为曲线

的中心射影而得到。这一定理,在1973年发现其证明之前,一直是个谜。

牛顿的三次曲线奠定了研究高次平面线的基础,阐明了渐近线、结点、共点的重要性。牛顿的关於三次曲线的工作激发了关於高次平面曲线的许多其他研究工作。

推进方程论,开拓变分法

牛顿在代数方面也作芔了经典的贡献,他的《广义算术》大大推动了方程论。他发现实多项式的虚根必定成双出现,求多项式根的上界的规则,他以多项式的系数表示多项式的根n次幂之和公式,给出实多项式虚根个数的限制的笛卡儿符号规则的一个推广。

牛顿在还设计了求数值方程的实根近似值的对数和超越方程都适用的一种方法,该方法的修正,现称为牛顿方法。

牛顿在力学领域也有伟大的发现,这是说明物体运动的科学。第—运动定律是伽利略发现的。这个定律阐明,如果物体处于静止或作恒速直线运动,那么只要没有外力作用,它就仍将保持静止或继续作匀速直线运动。这个定律也称惯性定律,它描述了力的一种性质:力可以使物体由静止到运动和由运动到静止,也可以使物体由一种运动形式变化为另一种形式。此被称为牛顿第一定律。

力学中最重要的问题是物体在类似情况下如何运动。牛顿第二定律解决了这个问题;该定律被看作是古典物理学中最重要的基本定律。牛顿第二定律定量地描述了力能使物体的运动产生变化。

它说明速度的时间变化率(即加速度a与力F成正比,而与物体的质量里成反比,即a=F/m或F=ma;力越大,加速度也越大;质量越大,加速度就越小。力与加速度都既有量值又有方向。加速度由力引起,方向与力相同;如果有几个力作用在物体上,就由合力产生加速度,第二定律是最重要的,动力的所有基本方程都可由它通过微积分推导出来。

此外,牛顿根据这两个定律制定出第三定律。牛顿第三定律指出,两个物体的相互作用总是大小相等而方向相反。对于两个直接接触的物体,这个定律比较易于理解。书本对子桌子向下的压力等于桌子对书本的向上的托力,即作用力等于反作用力。引力也是如此,飞行中的飞机向上拉地球的力在数值上等于地球向下拉飞机的力。牛顿运动定律广泛用于科学和动力学问题上。

牛顿的趣事:炒股赔了十年薪水

牛顿:科学巨人亦凡人 - 晓朝 - 晓朝的博客

股市有风险,美国著名幽默小说大师马克吐温曾在其短篇小说《傻头傻脑威尔逊的悲剧》中借主人公威尔逊之口说出一句名言:“十月,这是炒股最危险的月份;其他危险的月份有七月、一月、九月,四月、十一月、五月、三月、六月、十二月、八月和二月。”如此说来,月月都是危险月!这不仅仅是马克吐温的一句幽默之语,当年,马克吐温曾经迫于还债压力,进军股市希冀大捞一笔,但是结果屡战屡败。与马克吐温相似,历史上也曾经有过一些名人,他们也如今日股民一般历经股海沉浮,有人欢喜有人忧。

大名鼎鼎的牛顿就曾做过一个疯狂的股民。1711年,为攫取蕴藏在南美东部海岸的巨大财富,有着英国政府背景的英国南海公司成立,并发行了最早的一批股票。当时人人都看好南海公司,其股票价格从1720年1月的每股128英镑左右,很快增值,涨幅惊人。这时候牛顿恰巧获得了一笔款子,加上他个人的一些积蓄,看到如此利好消息,就在当年4月份投入约7000英镑购买了南海公司股票。很快他的股票就涨起来了,仅仅两个月左右,比较谨慎的牛顿把这些股票卖掉后,竟然赚了7000英镑!

但是刚刚卖掉股票,牛顿就后悔了,因为到了7月,股票价格达到了1000英镑,几乎增值了8倍。经过“认真”的考虑,牛顿决定加大投入。然而此时的南海公司已经出现了经营困境,公司股票的真实价格与市场价格脱钩严重,此前的6月英国国会通过了“反泡沫公司法”,对南海公司等企业进行限制。没过多久,南海股票一落千丈,到了12月份最终跌为约124英镑,南海公司总资产严重缩水。许多投资人血本无归,牛顿也未及脱身,亏了2万英镑!这笔钱对于牛顿无疑是一笔巨款,牛顿曾做过英格兰皇家造币厂厂长的高薪职位,年薪也不过2000英镑。事后,牛顿感到自己枉为科学界名流,竟然测不准股市的走向,感慨地说:“我能计算出天体运行的轨迹,却难以预料到人们的疯狂。”

马克思 以600英镑本金赚了400多英镑

与牛顿的一掷千金相比,马克思的炒股规模小得多。1864年,马克思当时在伦敦做研究工作。经济上他一直比较拮据,依靠恩格斯等友人的资助。健康问题上,他不大乐观,医生对他的忠告就是不可以从事紧张和长时间的脑力劳动。囊中羞涩和脱离工作的滋味,让他感觉到不快乐。当年5月,马克思的一个朋友去世,在遗嘱中特意请人把600英镑的遗产赠与马克思。对于马克思来说,朋友的这次遗赠不仅是雪中送炭,还给了他在股市小试牛刀的机会。

当时英国刚颁布《股份公司法》,英国的股份公司又开始飞速发展,股票市场也呈现繁荣景象,股价波动较大。有了这笔资金,经济学造诣颇深的马克思便决定投资英国股市,一为休闲,二为体验一下股民生活,赚些生活费用。于是他参考伦敦“金融时报指数”回升的好时机,分批次购买了一些英国的股票证券,之后他耐心等待市场变化,在他认为政治形势和经济态势提供了良好的投资机会,股票价格开始上升一段时间后,就迅速地逐一清仓。

通过这一番炒股操作,马克思以600英镑的本金赚取了约400英镑的净利润!对于这段经历,马克思颇以为有趣,他在写信给一个亲人时特意提到:“医生不许我从事紧张和长时间的脑力劳动,所以我———这会让你大吃一惊———做起投机生意来了……主要是做英国的股票投机,我用这个办法已经赚了400多英镑。”

凯恩斯 比较在行,还推衍出一番理论

经济学家凯恩斯的炒股经历很长,而且也能长期保持较好收获。凯恩斯在做经济学研究之余也常常在业余时间进行投资,他36岁时的资产只有约1.6万英镑,到62岁逝世时就已经达到约41万英镑了。在这些个人资产中,炒股赢利占了大头。

不过,凯恩斯也不是常胜将军,但是在股海沉浮中的那份坚持让他常常能走出低谷。1928年他以1.1英镑的价格买入1万股汽车股票,不久这个股票一度跌至了5先令,但是凯恩斯没有自乱阵脚,他一直等待,到了1930年,终于等到股价回到他的买入价之上。

凯恩斯的特别之处在于他通过自己炒股的经历还提出了经济学理论,其中就有著名的“空中楼阁”定理。凯恩斯提到:“股票市场的人们不是根据自己的需要而是根据他人的行为来做出决定的,所以这是空中楼阁。”简言之,在股票市场中,大众的偏好很重要。凯恩斯还曾经提到过一些投机技巧,其中著名的有:投机比投资风险小,鸡蛋应该放到一个篮子里,投资组合不合适,预测走势要看群众心理等等。

丘吉尔 被调侃为“前百万富翁”

凯恩斯炒股炒得很专业,丘吉尔炒股炒得则非常业余。1929年,刚刚卸去英国财政大臣之职的丘吉尔和几位同伴来到美国,受到了投机大师巴鲁克的盛情款待。

巴鲁克是丘吉尔的好友,他是一位能干的金融家,也是一名善于把握先机的股票交易商,被人们誉为“投机大师”、“在股市大崩溃前抛出的人”等名号。此番接待丘吉尔,巴鲁克悉心备至,特意陪他参观了纽约股票交易所。在交易所,紧张热烈的气氛深深吸引了丘吉尔。虽然当时他已经年过五旬,但好斗之心让他决心也炒股一试。

在丘吉尔看来,炒股应该就是小事一桩,然而不幸的是,1929年改变世界经济乃至世界政治格局的美国股灾爆发了,丘吉尔回到纽约的时间和华尔街股票市场崩溃的开始时间恰巧惊人的一致。结果仅仅在10月24日一天之内,他几乎损失了投入股市所有的10万美元(也有资料称约50万英镑)。

那天晚上,巴鲁克邀请大约50名财界领袖一起吃晚饭,席间他向丘吉尔祝酒时就戏称他为“我们的朋友和前百万富翁”了。丘吉尔还目睹了纽约股票市场突然暴跌后的惨剧:“就在我房间的那扇窗户下面,有人从15层楼纵身跳下去,摔得粉身碎骨,引起了一场严重的混乱,消防队都赶到了。”

这样的残酷事件让丘吉尔感到,炒股绝非儿戏。不过返回英国时,丘吉尔似乎还比较乐观,他认为这场金融灾难,尽管对无数人是残忍的,但也仅仅是一个插曲,最终会过去。而且他还曾充满想象力地声称:“在这个年代,成为一个投机商人该是多么奇妙的一种生活啊”。

(本文来源:网易历史综合 )

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