1642年，我们最后一篇文章的主人公伽利略去世了。同年，牛顿出生。然后，牛顿成了我们所有人都无法回避的名字！
小学时，牛顿因被苹果砸而出名；中学的时候，牛顿三大运动定律和万有引力定律是无数人挥之不去的噩梦。我大学的时候学的是相对论，和牛顿力学做了深刻的对比。牛顿是唯一可以和我们这个系列的主人公爱因斯坦相提并论的科学家。牛顿的1666年也是物理学中唯一可以和爱因斯坦的1905年相提并论的奇迹年。
牛顿是他那个时代的百科全书式的科学家。他涉猎广泛，从数学、物理、化学(书籍被烧毁)、仪器制造、经济学到炼金术、神学和政治。他在物理方面的成就最耀眼，但他说他在物理上花的时间远少于其他领域。
他在物理学上的成就主要是他发现并总结了牛顿三大定律和万有引力定律，并以此为基础构建了一个综合的力学体系，使我们可以在一个统一的体系下解释当时观察到的所有力学现象。这些事情做完之后，牛顿写了一本书总结了自己的物理学思想，就是著名的《自然哲学的数学原理》，然后牛顿就等着被封了。
以上大家都很熟悉。按照惯例，大家熟悉的东西，长尾科技就不多说了。本文长尾科技想和大家探讨另一个问题:牛顿的伟大是毋庸置疑的，那么牛顿的伟大在哪里？或者说他做的那些事情中哪些是牛顿最有创造性，最困难，最不可能的？
牛顿力学体系的基础是牛顿运动三定律和万有引力定律。让我们分别来看看。
牛顿三大定律牛顿第一定律，也叫惯性定律，说的是任何物体都会保持静止或匀速直线运动，直到外力之和为零时，有外力迫使其改变这种状态。
牛顿第一定律是原创的吗？不要！伽利略在做实验时发现了它。伽利略观察到一个物体沿着光滑的斜坡向上滑动，发现斜坡的倾斜度越小，球的速度下降越慢。于是他推测，如果球在水平面上运动，完全没有阻力，它就会一直匀速运动。这是一个针对亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的实验。
牛顿第二定律说，力不是使物体保持运动的原因，而是使物体产生加速度的原因。写成数学表达式，就是F=ma(F是力，a是加速度，m是物体的惯性质量)。
牛顿第二定律是原创的吗？不要！它首先被伽利略发现。伽利略在做实验的时候，发现一个物体的速度和方向的变化或者说加速度的变化都归结于力的作用，这其实就是牛顿第二定律的具体表现。
牛顿第三定律说，作用力和反作用力大小相等，方向相反。
牛顿第三定律是原创的吗？这次是的！而且单从它的内容来看，这似乎是显而易见的。
万有引力定律牛顿万有引力定律说，任何质量的物体之间都存在引力，这个引力的大小与这两个物体的引力质量成正比，与它们距离的平方成反比。简单来说，引力是普遍存在的。质量越大，距离越小，物体之间的引力越大，反之亦然。
公式写如下(F代表重力的大小，M和M分别代表两个物体的引力质量，R是两个物体之间的距离，G是引力常数，大小为6.67×10N·M/kg):
这是一个非常了不起的定律，那么牛顿在其中起到了什么样的作用呢？
万有引力定律的发现与天文学密切相关。开普勒通过仔细分析第谷的天文数据，发现了行星运动的三个定律(第一和第二定律发现于1609年，第三定律发现于1619年)。这三个定律告诉我们:第一，所有行星围绕太阳运行的轨道是椭圆(不是哥白尼说的圆)，太阳在椭圆的一个焦点上(椭圆定律)；二、行星与太阳的连线以相等的时间间隔扫过相等的面积(面积定律)；第三，所有围绕太阳运行的行星的星时平方与它们轨道长半轴的立方成正比(调和定律)。
开普勒的这三个定律告诉了我们很多行星运动的规律，所以开普勒被称为上天的立法者空。接下来科学家要做的就是从这三个定律和行星运动的数据中找到更普遍的规律。半个多世纪后，哈雷、瑞安、胡克、牛顿等引力研究者发现，至关重要的引力与距离的平方成反比。牛顿和胡克，当时的第一和第二物理学家，为发现的优先性而撕扯。
胡克说他更早发现了万有引力定律的公式，并给牛顿写信讲述了万有引力的反比关系(意思是牛顿从他那里知道了这一点)。牛顿·胡克承认他曾写信告诉他反重力关系，但他说他自己发现得更早，所以根本不需要胡克告诉他，所以他的发现还是靠他自己(胡克以为没有视频监控，谁知道你什么时候发现的)。
可能牛顿确实更早发现了引力反比关系，然后胡克也发现了这个关系，也得到万有引力定律的初步形式(引力反比关系确定了，这个公式基本出来了)，但是胡克只是猜测这个公式，还不能给出确切的证明。后来凭借高超的数学技巧(牛顿是他那个时代最优秀的数学家，所以可以看出数学还是很重要的)，牛顿对此做了严格的证明，然后正式宣布了万有引力定律的诞生。
科学家对科学发现优先权的争夺在科学史上并不少见。长尾科技在搬牛顿和胡克的案子的时候并不是想解密历史，而是想告诉大家，在那个时候，万有引力定律公式的发现已经是水到渠成的事情了。虽然牛顿更胜一筹，速度更快，但从上面的情况来看，即使没有牛顿，胡克或哈雷也完全有可能很快发现这个公式。
牛顿伟大在哪里？看了我上面的描述，你是不是突然觉得牛顿没那么伟大了？牛顿三大定律中有两个是伽利略发现的，万有引力定律公式的发现只是比别人快了一点。这样的记录，还是我们的大神牛顿？
不要！即使考虑到上面长尾技术说的，牛顿还是很伟大的，只是他的伟大可能和很多人通常理解的有点不一样。
你有没有想过，既然牛顿三大运动定律中有两个是伽利略发现的，牛顿第三定律看似显而易见，为什么伽利略不能建立一个完整的力学体系？
你可能会说伽利略还没有发现万有引力定律，所以他还不能建立一个完整的力学体系。是的，这是一个好理由。胡克、哈雷等牛顿同时代的物理学家呢？胡克肯定知道伽利略的发现，他大概也知道万有引力定律是什么样子，那么胡克为什么不能建立一个完整的力学体系呢？
有些人可能会说牛顿捷足先登了。如果虎克第一次完整地发现了万有引力定律，也许虎克也能像牛顿一样建立一个完整的力学体系。
真的吗？你真的以为没有牛顿，胡克在发现万有引力定律后，就能轻易建立起完整的力学体系吗？你认为万有引力定律最重要的是什么？是那个公式吗？
不要！
万有引力定律最重要的不是公式。证明公式需要一些数学技巧(因为几乎当时大家都猜到公式应该是那个样子)。的确，没有牛顿胡克也有可能找到它。然而，如果没有牛顿，不知道要过多久才会有人发现这个定律其实就是一切！
是的，万有引力定律中最难也是最原始的思想，不是公式本身，而是一切。
也就是说，这种引力不仅是行星绕着太阳转的原因，也是苹果落下，水往下流的原因。也是人有重量，被抱起总会落回地面的原因。
也就是说，原来天空和低地遵循着同样的运动规律，主导太阳系的是引力而不是上帝。
大家想想，开普勒行星运动定律只描述了行星绕太阳运动的规律，所以我最后的公式应该也描述了行星运动的规律。所以认识到万有引力定律的“普适性”是一个巨大的突破，这一步需要非常有创造力的头脑。
在认识到引力就是一切之后，结合伽利略所说的“力是物理速度变化的原因”(牛顿第二定律)，很自然的想到分析物体在引力作用下的运动规律。这时，牛顿惊人的数学天赋发挥了巨大的作用。
在一些受力简单，运动简单的情况下，初等数学就够了，但是当情况稍微复杂一点，不用微积分就不行了。为了解决一些复杂的物理问题，牛顿自己发明了微积分。科学史上没有第二个任性。
凭借这种惊人的洞察力和惊人的数学天赋，牛顿从开普勒的行星定律中发现了万有引力定律，并意识到这是天地都遵循的定律。牛顿凭借伽利略发现的两大定律和他的第三定律，利用专业的数学方法和自己发明的微积分，构建了一个完整的力学体系，解释了当时人们能够观察到的所有力学现象。
当时除了牛顿，没有其他人具备这种能力，所有人都差得远。所以，牛顿配得上伟大这个词。
结语老读者们肯定还记得我写过一篇名为《重新认识几何原本——几何对于我们那些年学习的意义》(在微信官方账号)的文章，里面我告诉你，几何原本中的定理，之前都已经被证明了。欧几里德的伟大不在于证明其中的一些，而在于用一种微妙的逻辑把它们有机地串在一起，然后形成一个完整的体系。
《几何原本》对牛顿影响很大。《自然哲学的数学原理》这本书到处都有几何元素的痕迹。牛顿对力学体系的构造和欧几里德对几何体系的构造相似吗？
伟人的伟大往往不是那么明显~
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