1. NSTA推荐。NSTA是科学教师组织。
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zui有影响力的物理学家。
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。
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
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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