陈列在剑桥大学三一学院门厅里的牛顿（IsaacNewton，1642-1727）大理石雕像（鲁比利亚克的作品）

牛顿对地球形状的解释

厄拉多塞内斯（Eratosthenes，公元前276—前194）	厄拉多塞内斯测量地球的大小

据说公元前三世纪时希腊天文学家厄拉多塞内斯首次测出了地球的半径。

他发现夏至这一天，当太阳直射到赛伊城（左图）的水井时，在亚历山大城（右图）的一点的天顶与太阳的夹角为7.2°.通过简单的几何计算，厄拉多塞内斯算出了地球的半径约为40000古希腊里。一般认为1古希腊里约为158.5米，那么他测得的地球半径约为6340千米。

现在测得地球赤道半径为6378.140千米，极地半径为6356.755千米，是一个两极稍扁、赤道略鼓的椭球体。

从月球上面看地球

牛顿制作的反射式望远镜的复制品

牛顿在《原理》中指出，由于地球的自转使得两极外较之赤道处更加扁平。这是一个可以直接验证的科学预言。而按照笛卡尔学派的观点，应当是两极处高于赤道。后来欧洲国家多次派出远征考察队到全球各地实地测量地球数据，结果证实了牛顿对地球形状的预言。这使得欧洲人、特别人民族自豪感极为强烈的法国人最终抛弃了笛卡尔的学说，转而接受牛顿体系。

对涡旋说的致命打击

笛卡尔（René Descartes，1596—1650）及其涡旋说示意图	笛卡尔承认日心说体系，但否认真空的存在。他设想宇宙中充满以太，太阳的转动在以太中形成宇宙涡旋，涡旋运动带动各个行星运动，从而有我们所见到的天象奇观。 这一解释从哲学思辨上来说，其成功是前所未有的，它首次提出了一个不需要诉诸神力的宇宙动力学模型。

在《原理》第二编的结尾，牛顿指出，涡旋的速度与它到涡旋中心的距离成正比，然而天文观测数据表明行星的速度与它到太阳距离的3/2次方成正比。这对涡旋说来说是致命的打击。

牛顿指出，月球运动是海洋潮汐现象的根本原因，太阳也对潮汐有影响，但与月球相比只有约1/5。月球驱动海洋的力量只有地球上重力的二百万分之一，这样小的力在任何力学研究中都绝对是微不足道的，但对于浩瀚的海洋，它竟足以引起波涛汹涌的大潮。

《原理》的彗星理论

绚丽多姿的彗星

彗星理论是整部《原理》中最精彩的部分。牛顿证明了彗星是与行星十分类似的天体，它们以偏心率极大的椭圆轨道围绕太阳运行，其运行周期可能长达数百年甚至更大。

牛顿还以与现代天文学极为吻合的方式解释了彗尾现象：彗星在近日点受到太阳加热释放出气体物质，气体物质因受到阳光的照射而反光，在远离太阳的位置彗尾消失。牛顿甚至还估计了彗尾的稀薄程度。

《原理》预见了新的行星的发现

海王星。1846年法国勒威耶和英国亚当斯根据天体力学同时计算出它的位置，后经德国天文学家伽勒用天文望远镜发现。海王星有8颗卫星和光环。

一个苹果促发了牛顿万有引力的灵感，并预言了新的行星的发现。

在牛顿的时代，人们只知道有包括地球在内的六大行星，即水星、金星、地球、火星、木星、土星。在《原理》中牛顿还提到太阳系外层行星（土星）的远日点有前移现象。牛顿认为，“这可能是由于在行星区域以外有彗星洞极为偏心的运行，很快地掠过它们的近日点，并在其远日点处运动极慢，在行星以外区域度过其几乎全部的运行时间”。这一思想的实质是，在内层轨道上的行星运动的不规则性，可能是由外层星体的摄动引起的。有论者指出，牛顿在这里实际上是预言了天王星的存在。天王星天1781年被发现，而海王星和冥王星的发现，都是先经过理论计算然后再通过望远镜或照相在计算的轨道上找到的。新的行星的发现说明了牛顿理论的强大预言能力。

天王星，赫歇尔发现于1781年，有15颗卫星和光环。

在古老的希腊神话中，天王星被看作是第一位统治整个宇宙的天神—乌刺诺斯。他与地母该亚结合，生下了后来的天神，是他费尽心机将混沌的宇宙规划得和谐有序。

本书译者在伍尔索普庄园获赠的木制“牛顿苹果”

冥王星和它唯一的卫星卡戎（Charon）

1930年美国人董波根据洛韦耳的计算用照相方法发现。在希腊神话中卡戎是冥王的一个仆从，专在冥河上摆渡，将亡灵送往冥界。

巨星的诞生

伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）意大利物理学家、天文学家，近代实验科学的奠基人

1642年12月15日，伽利略在罗马去世。10天之后，牛顿出生在英国林肯郡伍尔索普镇

这是牛顿12岁时的一张肖像。牛顿小时候并没有表现得比常人更聪明，甚至还有点笨。据说小时牛顿曾为家中的两只猫做了一大一小两个门洞，让大猫走大洞，小猫走小洞，结果是两只猫都走大一点的门洞。牛顿后来发明了右图中的猫洞。猫洞可以让猫自由进出房间或是只进不出

伍尔索普镇牛顿故居及房子的后院（王克迪摄）

牛顿早年在剑桥

牛顿在三一学院进行光学实验

牛顿认为每一个哲学家的最崇高的职责是认识并证明上帝的存在和完美，自然界是上帝创造的，它只是上帝的神性的外在形式，它可以为人类所认识和想象，人类只能通过自然哲学去研究自然才能最终认识上帝。在此意义上，牛顿毕生所从事的各种研究都是服务于他心目中的上帝的。

剑桥大学校徽

牛顿很早就对光学感兴趣，1666年24岁时就完成了论文《关于颜色》。1704年牛顿出版了继《自然哲学之数学原理》之后的又一部巨著《光学》。

1661年，牛顿中学毕业后以优异的成绩被推荐到剑桥大学三一学院。他极其勤奋地读书、思考，研究了大量关于自然哲学、数学和光学方面的著作。不久他的指导老师就发现这个学生的学识已经超过了自己。1667年年仅25的牛顿当选为三一学院院士，2年后任著名的卢卡斯教授。

三一学院内的一个小阁楼（王克迪摄）据说霍金在此写成了名著《时间简史》。与牛顿一样，霍金也是卢卡斯教授

剑河上面的牛顿桥（王克迪摄）据说是牛顿设计的，但实际上设计者另有其人。

科学史上最著名的苹果

各国邮票中的牛顿和苹果

1665年和1666年，英国鼠疫流行，各大学师生都被疏散，牛顿回到家乡。在18个月中，牛顿度过了一生中最富有创造力的阶段。

据传说牛顿在家乡躲避鼠疫期间，一次在苹果树下读书的时候被掉下的苹果砸中了脑袋而促使他思考苹果为什么会落地而不是飞向天空，从而最终发现了万有引力定律。牛顿本人对这一传说不置可否。人们对这个故事津津乐道，牛顿的苹果也成为科学史上最著名的苹果。

牛顿故居的苹果树至今仍然枝叶茂，并结出累累硕果（王克迪摄）

牛顿与皇家学会

英国王室授予皇家学会的权杖

英国皇家学会成立于1660年，学会宗旨是促进自然科学的发展。它是世界上历史最长而又从未中断过的科学学会之一。牛顿于1672年当选为皇家学会会员，1703年当选为皇家学会主席，1710年牛顿将皇家学会从Arundel House迁至CraneCourt（丹鹤庭），1724年因健康原因辞去皇家学会主席，担任主席一职长达二十年。1915年以后每任皇家学会主席都是诺贝尔奖获得者。

牛顿在担任英国皇家学会主席时主持的一次会议。牛顿坐在中间

不同时期的皇家学会会址

Arundel House（1660-1710）	Crane Court（1710-1780）
Somerset House（1780-1857）	Burlington House（1857-1967）

Carlton House Terrace（1967年至今）

晚年

皇家造币厂大门（王克迪摄）

1696年牛顿开始担任皇家造币厂厂长一职，并于1699年升任造币厂总监，1724年辞去总监一职。这是牛顿在造币厂任职时所铸的硬币，上面有安妮女王的头像。

中世纪炼金术士的实验室

尽管牛顿在物理学、天文学、数学上取得巨大成就，但他一生都热衷于炼金术的研究，并经常熬夜。那些有毒的化学药品损害了他的健康。牛顿还长期研究圣经考据学、历史学，并有多部著作。他遗留下的炼金术、神学、历史学手稿其数量远远多于科学手稿。

1705年，牛顿被安妮女王赐封为爵士，这是1726年牛顿84岁时的画像

伟人的印迹

西敏寺教堂入口（王克迪摄）	牛顿上中学时刻在教室窗台上的名字 　事实上牛顿将自己的名字刻在了科学史上最显著的位置，只要人类文明还在，他的名字就是不朽的

1727年3月20日牛顿在伦敦逝世，1727年4月4日，下葬于英国皇家教堂西敏寺。西敏寺是英国王室教堂和墓地，也是许多著名科学家的安息之地，除牛顿外，还包括达尔文、麦克斯韦、法拉第等其他杰出的英国科学家。许多英国著名的文学家、法学家、音乐家、诗人也安葬于此。

1731年建于西敏寺教堂的牛顿纪念碑表现了牛顿一生多方面的成就。天球上面标有1681年彗星运行的轨道，三个小天使分别玩弄着棱镜、望远镜和一枚新铸的金币。牛顿本人则把手臂支在四本书上，书名分别是《神学》、《年代学》、《光学》和《自然哲学之数学原理》。牛顿另一本重要的著作《炼金术》未列在其中。