[正版]我是博学家系列 牛顿的物理学世界小学生课外阅读科学家传记名人故事书 6-8-10岁儿童少儿青少年科普百科类书籍

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1. NSTA推荐。NSTA是世界最大的科学教师组织。

2. 以丰富的手工活动为特色。21个与牛顿有关的手工活动，适合亲子互动，适合教学活动。

3. 从拖后腿到名列前茅的少年时代、求学剑桥、经历抑郁、提出三大运动定律、发现万有引力定律……以时间为脉络，触摸科学巨人的人生与思想

4. 用“大事记”梳理牛顿人生的重大事件。

5. 特别专栏补充有趣故事

•查理一世、克伦威尔、亨利八世，牛顿时代的英国发生了哪些历史事件？

•彗星由什么组成？与牛顿同时代的哈雷如何预测彗星的回归？

•皇家学会是如何发展科学方法、创造科学革命的？

艾萨克•牛顿既聪明又古怪。在短短的几年里，他在物理学、天文学、光学和数学领域取得了惊人的发现，但从未告诉过任何人。尽管牛顿性格中有孤立、势利、忌妒的一面，但他几乎单枪匹马改变了科学进步的进程，并引领了启蒙运动。牛顿发明了折射望远镜，解释了行星和彗星的运动，发现了光的多色性，并创造了全新的数学理解概念：微积分。

本书为牛顿这位聪明而复杂的科学家描绘了一幅丰富的肖像。作者全面追溯了牛顿传奇的一生与他对科学发展做出的重大贡献，同时设置了 21 个实践活动，探索牛顿提出的科学概念和他所生活的时代。你将制作简单的水车和 17 世纪的瘟疫面具、跟踪月相，并用硬币、滑板和自己制作的模型船来测试牛顿的三个运动定律。书中还包括大事记、在线资源和扩展阅读。通过本书，你将了解到牛顿如何成长为历史上最有影响力的物理学家。

作者简介

克丽•洛根•霍利汉是非虚构类儿童读物作者，也是非小说作家联盟及其互动合作伙伴的成员。本书是她的处女作，被选为 NSTA 推荐图书、芝加哥公共图书馆“最佳选择”图书。

译者简介

龙清亮，英语语言文学硕士，现为某中学英语教师，业余从事翻译。

大事记

前 言

1 与众不同的男孩

从拖后腿到名列前茅

制作一个杂记本

国王，战争，死刑，独裁者，国王

制作一架水磨

制作自己的墨水，并用它书写

务农失败

一位国王与他的学院

2 求学剑桥

过时的宇宙观

月 相

天文学家叫板亚里士多德

伟大的伽利略

观察单摆的运动

3 不合时宜的牛顿

水钟还是蜡烛钟？

制造错觉

狂热的友谊

彗 星

定位你的纬度

4 提出问题

天才接数学的招

从文艺复兴到皇家学会

害虫，瘟疫，沉思岁月

伍尔斯索普的宁静时光

制作一个防瘟疫口罩

5 光芒照耀艾萨克•牛顿

牛顿教授讲授光学

制作棱镜

望远镜上的新视野

一场关于光的争论

罗伯特 •胡克

牛顿环

数学问题

把光照射到“平方反比定律”上

微积分

6 隐秘的岁月

化学

翻译冶金术士的一首诗

寻找上帝

艾萨克 •牛顿的罪名清单

一个晶莹剔透的花园

亦开亦闭的头脑

教堂、国王与言论自由

7 科学史上最重要的著作

爱德蒙 •哈雷与他的彗星

来自行星的原理

牛顿第一运动定律

牛顿第二运动定律

牛顿第三运动定律

引力：世界的体系

对力的思考

月球上的力，以及其他地方的力

8 寻找机会

抛物线反射镜的力量

萨缪尔•佩皮斯

概率有多大？

用力拉线甩球，球沿直线飞出

被逼到抑郁

9 作为伦敦人

皇家学会重现

克里斯托弗 •雷恩

与皇家学会玩政治

红色的房间

在“棺材盒子”里烤苹果派

在肖像中创造线索

学习是幸运的

10 狮子的咆哮声渐息

透过历史的透镜看牛顿

致  谢

资  源

艾萨克•牛顿：杰出的怪才

艾萨克•牛顿讨厌数绵羊，讨厌一天天、一周周反复数着绵羊。在17世纪50年代的英国，生活在伍尔斯索普这个小村里的人，弄丢了羊就意味着丢掉了谋生的饭碗。

但艾萨克不在乎，因为放羊实在太无聊了！他宁愿在他与母亲、外祖父母居住的家中，从摆满书的书架上找一本书来看。他知道自己与众不同。村里其他的孩子长大后还会在伍尔斯索普当农民，而他不这么想。艾萨克•牛顿看待事物的方式十分独特。

艾萨克看出了一些规律。他看到了日常生活的节奏，日出日落的循环，春夏秋冬的代序。他看到太阳、月亮和繁星在头顶有规律地运转。他触碰不到“天”上的任何物体，但他仍旧想弄清楚天体的运动是否也遵从“地”上物体移动的规律。

艾萨克制作了微型风车、水钟、日晷及风筝，看到了风、水、太阳操纵它们工作的模式。通过观察和手指的触摸，这个男孩感觉构成宇宙的地球和天空是融为一体的。艾萨克开始怀疑，是不是有一种普遍的“东西”在推动着一切事物。

艾萨克还是孩子时，人们才刚开始放弃“太阳、月亮和星辰是围绕地球旋转的”这一观点。不过在平日的学校和周末的教堂里，艾萨克听到的依然是“上帝把地球和地球上的人类安置在宇宙中心”的观点。在这个时期，只有几个大胆的人质疑“地球是宇宙中心”这一核心信念，而他们都生活在距离伍尔斯索普很远的地方。

到了艾萨克上大学时，关于宇宙的地心说（以地球为宇宙中心的学说）已经受到了撼动。但是，与其他大学生一样，艾萨克还得学习经典著作，尤其是古希腊的。古希腊的思想家几乎没有质疑过地心说。古希腊哲学鼻祖亚里士多德相信，月亮、太阳和星辰都在围绕地球做圆轨道旋转。亚里士多德教导说，月球之外的一切都不曾改变过。更重要的是，艾萨克的教授赞同亚里士多德的观点。

亚里士多德认为宇宙不是一个独立的单体。相反，他认为宇宙被分成了两部分——“天”和“地”。天上的部分是完美的，而地上的部分一片混乱。地球和天上的部分绝不会融为一体。

但当艾萨克•牛顿成年后，变得敢于质疑亚里士多德的世界观了。牛顿研究了古希腊、古代伊斯兰及中世纪思想家的著作。他也钻研过哥白尼、开普勒及伽利略等文艺复兴时期的天文学家所描述的宇宙模式。他曾产生疑问，像苹果这样的东西，脱离了树枝后为什么总是往下掉？

随后，牛顿就成了将这一思考拉进简洁模式并赋予它意义的第一人。

艾萨克•牛顿是一位“自然哲学家”——就是我们通常说的科学家或物理学家。借由对世界系统的研究，牛顿的物理学成就成为科学革命皇冠之上的宝石。在1500―1700年这一段变革的时代，人们学会了观测和实验，发展出规范的方法去检测各种事物存在的道理。

艾萨克•牛顿探寻出了一套简洁的定律，连接“天”和“地”。从这个发现诞生出一本在任何时代都最具影响力的书：牛顿的《数学原理》，也叫《自然哲学的数学原理》。

没错，牛顿对世界充满了好奇心，而他也让世人好奇不已。在人们对他的评价中，赞誉很多，毁誉也不少。很多直率的人都不喜欢他。

事实上，这位英国最杰出的自然哲学家是个怪异的人。他精力充沛，可以连续专注工作好几个月，几乎不吃不睡。在短短的几年里，他在物理学、天文学、光学和数学上得出了惊人的发现，但他却不告诉任何人。

当艾萨克•牛顿被封为爵士之后，他的内心世界仍让人无法理解，只有他本人才知道自己的脑子里旋转着什么。孤独、势利、忌妒心强的牛顿，一个仇怨可以记上一辈子，他真是这样的。直到晚年，他的朋友依然寥寥无几。有时，他厌恶自己的母亲、憎恨继父，甚至想方设法要烧掉他们的房子。

有这样尖刻的人生态度，牛顿可能会一事无成。然而他在思考之路上不断前行，远远甩开了同时代的其他人。他曾问：“我如何才能解释天体和地球都是按照同一个简单的规律运行的？”

艾萨克•牛顿问出了许多关键的问题。他找也到了答案。

作者向读者介绍了这位科学巨人的卓越成就及他的社交孤立状态。作者将牛顿的一生以一种引人入胜的形式，结合了地图、图表、历史照片和实践活动，以可读性极强的叙事方式呈现出来。

——《书单》

这本书是为孩子们写的，但也是老师和家长们可以参考的优秀读物。

——《连线》

作者为读者提供了一个耳目一新、全面的视角，让人们得以了解这位被誉为有史以来最伟大科学家的人。

——书评网站 BookLoons

4 提出问题

与三一学院的其他新同学一样，牛顿在大学的前几年也结识了一位导师。牛顿的导师名叫本杰明•普伦，他是一位精通很多学科的学者。每一次与普伦讨论之前，牛顿会先认真 完 成 阅读任务。很多时候，牛顿知道的并不亚于这位导师。

普伦很佩服牛顿的学识，同意这位富有天赋的学生自主学习，想学什么就学什么。当时剑桥的校园里，师生讨论最热烈的是法国人勒内•笛卡尔的著作。牛顿认为这是个值得研究的课题，笛卡尔是现代最著名的哲学 家，知识 广博，研究兴趣涉及 17 世纪上半叶的整个知识领域。他研究自然哲学和数学；他绘制了以地球为中心的宇宙地图；他以“我思故我在”回答了什么是存在的本质；他还探讨上帝的本性。

笛卡尔所做的研究影响了全欧洲的大学教师，他们很欢迎笛卡尔先进的学习方法。笛卡尔暗示说宇宙按照一种机械模式运行着。行星以名为“涡流”的粒子流运行。笛卡尔的涡流理论解释了他的“万物无一样是空的”这一信念；一切都需填充之物。

牛顿转向了对笛卡尔著作的讨 论。在三一学院，学生没有老师的陪同是无法进入图书馆的，不过，牛顿还是弄到了笛卡尔的书，并开始研读起来。

笛卡尔的思想以不同的方式引导着牛顿思考。牛顿有一个笔记本，里面还有 100 来页的空白页，他在其中几页记录了他阅读笛卡尔著作的心得与思考。之后，他突然来了个转变：列出了他想学的所有学科。

牛顿在笔记本上写下了“哲学问题”这几个字，又在剩余的空白页里写出了阅读计划中的各个学科。最终，他在笔记本里列出了45个科学主题，囊括了当时物理学中的所有主题，以及更多的科学课题：

原子；真空与原子；质量；身体的关节；空间；时间与永恒；水钟或沙漏的表征；运动；天体物质与天体轨迹；太阳、恒星、行星与彗星；稀度与密度；稀疏与凝结；热与冷；重力与浮力；剧烈运动；空气；水与盐；地球；上帝；创世；灵魂。

这份清单的内容不断在增加。

牛顿提出的诸多问题，象征了人类思想的门槛。牛顿提出了有关周围世界的问题，同时也给出了回答这些问题的条件。不知牛顿是否知道，他算是第一批暗示自然哲学家可以通过实验回答科学问题的人。

牛顿大约是在 1662 年开始提出这些问题的。 1664 年，他继续补充着，因为不断有新的事物激发他的兴趣。笛卡尔引导他走向一个新方向，通向数学王国的方向。

天才接数学的招

牛顿刚到剑桥，似乎没有准备好对付代数和几何，而其他同学则跟着导师学习。代数研究传到剑桥主要是通过以色列学者的拉丁文译著，尤其是阿拉伯数学家阿尔•花拉子米（公元 780―850年）的著作。阿尔• 花拉子米的著作《还原与对消计算概要》（al-jabr wa' l-muqabalah）给了我们“代数”（algebra）一词。代数利用诸如 x、y、z 这样的符号将复杂的问题简单化。

然而，几何学却是早期希腊人的发明。大约在公元前 300 年，在埃 及的亚历山大住着一位数学家，名叫欧几里德。他将其他希腊数学家的成果总结成一种普遍适用的形式。欧几里德几何学讨论的是二维平面内的直线和图形⸺三角形、四边形和圆。

牛顿很快厌倦了代数和几何，因此他跳过这两门学科，转而去研究另一个不同的问题。此时，阅读笛卡尔的著作让牛顿走向一条通往高等数学的路。笛卡尔以全新的形式研究了欧几里德的几何学，可谓是前无古人。这位法国哲学家想在三维空间内解决几何问题，而不是在二维平面上解决。为了达成这一目标，笛卡尔将代数运用于几何学研究中，并称他的新数学方法为“解析几何”。

牛顿在剑桥找不到人可以指导自己，便自学了笛卡尔的新著作《几何学》（La Géométrie）。 他 不懂法文，手上可以读的只有一个拉丁文版本的《几何学》。他每一次只能研读几页，重复阅读、思考，直到弄明白了才继续学习后面的内容。

不过，在剑桥还真有人能理解笛卡尔的解析几何。牛顿可真是好运，因为三一学院正是博学多才的艾萨克• 巴罗博士的办公之地。巴罗博士通晓从希腊文到天文学等各类学科，还是皇家学院的成员。（皇家学院的学者定期在伦敦集会，讨论自然哲学的问题。）巴罗最新的研究把他带进了数字的王国，他因此成了三一学院第一位卢卡斯数学教授。亨利•卢卡斯是一位英国富人，在遗嘱中给剑桥捐赠了资金，以便剑桥可以聘任一位首席数学家。（在巴罗之后，当过卢卡斯数学教授的还有很多著名人物：艾萨克•牛顿；天文学家乔治•艾里；查尔斯•巴贝奇，一位将电脑基础编程可视化的 数学 家；史蒂芬•霍金， 21 世纪备受称赞的物理学家。）

起初，牛顿面临的挑战与三一学院其他学生一样。 1664 年春天，他得通过一个奖学金考试，才能获得永久留在剑桥的机会，否则就只能回伍尔斯索普了。他承受着巨大的压力。

牛顿面临着残酷的竞争：有很多在伦敦威斯敏斯特学校度过童年的年轻人，直接就拿到了奖学金。确实，在皇家宫廷认识有影响力的朋友有助于获得奖学金、然而牛顿并没有这样的朋友。

牛顿知道，是时候补习之前的功课了。他的笔记透露，他复习了本该在刚来剑桥时就需要读的书。不过，这次他又完全忽略了欧几里德几何学的基础知识。巴罗博士给牛顿做了一个关于欧几里德几何学的口头测试，但他在这位教授面前答非所问，说不出所以然。巴罗博士看不出牛顿居然理解了更难的笛卡尔的解析几何，因为牛顿从未告诉过他。

也不知最终是什么原因，牛顿还是获得了奖学金。也许，巴罗博士在牛顿糟糕的几何成绩背后洞察出他有学者的潜力，在某一点上，牛顿让巴罗博士看到了他敏锐的数学理解力；或许，其他教授也发现牛顿比别的学生更聪明。更有可能的是，牛顿有一位在剑桥有影响力的导师汉弗莱•巴宾顿。巴宾顿是伍尔斯索普附近一个教堂的牧师，也是三一学院的高级教授。巴宾顿的妹妹是格兰瑟姆药剂师克拉克先生的妻子，而牛顿在国王中学读书时，曾寄宿在克拉克家里。很有可能，巴宾顿教授在三一学院其他老师面前为牛顿说了好话。

牛顿此时已从三一学院毕业，正在攻读硕士学位。然而，在三一学院或整个剑桥大学，还没有人（包括巴罗教授和巴宾顿教授 ）发现牛顿的大脑里流动着非同一般的天才思想。