【科學家小傳系列】 牛頓與蘋果
「牛頓不是被蘋果砸到才變聰明，他本來就活得像一場科學史的連續劇。」
這篇文章不是在背誦牛頓三大定律，而是帶你認識牛頓的成長歷程、研究突破與人際衝突。從蘋果落下的真相，到微積分的爭議，再到他如何成為皇家學會的主宰者，這篇文章讓你看到一個不只是公式的牛頓，而是一個有情緒、有堅持、有故事的科學家。內容包含：
- 牛頓的童年與性格：
- 出生早產、身形瘦弱，據說小到可以放進馬克杯
- 不愛上課但愛手作，做出日晷、風車等小發明
- 曾被霸凌，後來靠成績與手工藝逆轉形象
- 學術養成與研究歷程：
- 劍橋大學求學，受導師艾薩克·巴羅啟發
- 鼠疫期間停課兩年，反而成為創造力爆發期
- 在家研究萬有引力、微積分、光的色散等重大理論
- 蘋果落下的真相：
- 並非真的被砸到，而是看到蘋果落下後開始思考「為什麼是垂直？」
- 故事最早出自好友威廉·史都克利的手稿，後來被廣泛流傳
- 微積分爭議與人際衝突：
- 與萊布尼茲爭奪微積分發明權，牽涉皇家學會的調查與權力角力
- 牛頓的符號系統較難懂，導致歐洲多採用萊布尼茲的版本
- 科學成就與晚年：
- 發表《自然哲學的數學原理》，提出三大運動定律與萬有引力定律
- 成為皇家學會會長，影響力橫跨數十年
- 晚年健康欠佳，但仍持續研究與出版
- 教學延伸與反思：
- 牛頓的故事不只是科學，更是關於堅持、孤獨與思考的歷程
- 教學時加入人物背景，有助學生理解科學不是憑空冒出，而是來自真實人生的累積
艾薩克·牛頓(Isaac Newton,1643年1月4日-1727年3月31日)是一位英格蘭籍的物理學家、數學家、天文學家以及哲學家。
其對於科學界之重大的貢獻，可以從其死後，一位英國詩人亞歷山大‧蒲柏為其所寫下的一段墓誌銘可以窺知一二：「自然和自然的法則隱藏在黑暗之中，上帝說：『讓牛頓出世吧！』於是一片光明。(Nature and nature's laws lay hid in night; God said "Let Newton be" and all was light)」
牛頓在很多自然科學的領域都有相當多的貢獻，如物理學中的古典力學、天文學還有光學，以及數學中的微積分、最速降線(brachistochrone)、圓周率等等的問題。
而在2005年，英國皇家學會進行了一場「誰是科學史上最有影響力的人」的民意調查，在投票中牛頓被票選為比愛因斯坦還要來的偉大的人歐！
出身
1643年1月4日時，牛頓出生於英國英格蘭東密德蘭林肯郡的莊園之中，在牛頓出生前三個月，牛頓的父親就已經去世。
由於早產的關係，牛頓在剛出生的時候十分瘦小，根據其母親漢娜(Hannah Ayscough)所說，牛頓剛出生時小得可以把他裝進一夸脫的馬克杯中，也還好牛頓順利地活了下來。
在牛頓3歲的時候，因為母親生活困苦所以嫁給了鄰村的牧師。牛頓非常不喜歡他的繼父，因此對於母親的改嫁感到非常不諒解，甚至是帶著怨恨的。
求學的轉折
牛頓在小時候並非一個聰明的孩子，而且因為小學管教相當嚴格，所以牛頓不喜歡去學校上課。但在回家過後，牛頓常常手動做很多有趣的東西，當時甚至還手動做出了一個可以測時間的日晷。看得出來牛頓是一個手作能力非常高的孩子。
牛頓12歲時，由鄉下小學轉到格蘭薩姆鎮上(Grantham)的國王中學(King’s School)就讀，但在學校裡面牛頓依然不是一個出色的小孩，他的成績不好、身體不好、相貌平平、個性又沉默又整天喜歡做白日夢，看起來魯蛇魯蛇的，所以其實在班上牛頓常常被欺負。
而就在有這麼一天，牛頓被欺負到終於忍無可忍，於是對於欺負他的一個成績很好的小胖子還手，利用拳頭牛頓終於取得優勢。
但是後來牛頓覺得，不應該用暴力讓大家信服，於是後來牛頓努力奮發向上念書後，成為了所有同學裡面成績最好的人，也用他的手工藝製作了很多小東西給那些同學，從此以後再也沒有人霸凌他了，這根本就是一個好正面好溫馨好努力向上的一個故事QQ。
不過後來劍橋心理學家西蒙·拜昂-柯恩認為，當時牛頓很可能患有亞斯伯格症候群。
正規科學教育的開始
牛頓14歲時，因為他的繼父病死了母親又再度守寡，所以母親就帶著牛頓回到家鄉當農夫過生活。
雖然牛頓當時順了母親的意思回家鄉，但是在當農夫的過程中牛頓是相當不快樂的，他還是非常想要唸書。
也因此在1661年6月時，他進入了劍橋大學的三一學院學習並修習數學和物理，在學習的過程中牛頓接觸到了多位科學家的理論與書籍，包含勒奈·笛卡兒等現代哲學家以及伽利略·伽利萊、尼古拉·哥白尼和約翰內斯·克卜勒等天文學家，這也是他學術之路啟蒙的開始。
不過其實說是這樣說，牛頓在大學時代初期沒有特殊表現，是在後來在巴羅教授 (Isaac Barrow, 1630～1677) 的指導下才迅速展露非凡的天份，於是牛頓於1665年獲得學士學位。
停課不停學
沒想到獲得學位後幾個月，鼠疫就開始大流行，因此所有的大學都停課，牛頓也因此被迫在家裡停課兩年不用去上課。
兩年啊各位同學！這兩年牛頓在家裡不停地思考關於萬有引力、微積分還有太陽光的色散都是在這個時候，最有名的蘋果樹故事還有微積分也都是在這個時候研究出成果的。這兩年的時間可謂是牛頓人生中最有創造力的兩年。
而當鼠疫的流行過後，牛頓又重新返回劍橋大學繼續研究，終於在次年牛頓獲得了碩士學位。
牛頓與蘋果的故事
牛頓提出萬有引力定律我想應該是大家都知道的，尤其是牛頓與蘋果樹的故事更是所有國中國小學生廣為人知，搞不好有很多不太喜歡理科的小朋友會偷偷碎念：「為什麼當時不是坐在椰子樹還是榴槤樹底下？」XDDD。
以前老師在講到萬有引力天體運動的時候，為了想要引起學生的好奇，都會說到牛頓跟重力的故事，而也都會告訴學生說，牛頓是因為被蘋果樹的蘋果砸到，所以才想到重力(或是萬有引力)。但實際上來說這個故事是非常具有爭議性的。
雖然有幾位與牛頓有私交的科學家，有在其傳記或是書中提及關於引力與蘋果的故事，但幾乎沒有人聽過牛頓在公開場合或是相關的研討會上，在講重力的時候闡述這個由來。
而且在當時其實牛頓並非第一個提出重力概念的人，早在之前克卜勒或是其他幾位天文學家，早已有了引力的概念了。因此牛頓絕對不可能是被蘋果砸到，才想到可能有引力的作用。
而觀這個故事的由來，應該是由牛頓同時代的物理學家好友威廉．史都克利(William Stukeley)寫成，於1752年出版的手稿中記載，1726年春天下午，兩人在蘋果樹下喝茶，牛頓告訴他，當年想到萬有引力時，「他跟我說，他那時正在苦思，突然一棵蘋果從樹上掉下來，他就想，為何蘋果是垂直朝著地心落下？為什麼不是斜落或飛到天上？毫無疑問，因為地球在吸引它。」這個可能才是牛頓跟蘋果的故事的確切出處，結果經過後人傳頌以後就變成了現在廣為人知的這個牛頓與蘋果的故事了。
研究之路與晚年
於1669年10月27日，牛頓的老師巴羅教授要退休，因此就推薦了年僅26歲的牛頓接下他講座教授的位子，開始了長達27年的研究生涯，教學與研究之餘，牛頓也在這段時間內將他的研究內容整理成冊。其中也包含了最有名的一本著作《自然哲學的數學原理》(Principia)，又簡稱「數學原理」這本書。
在《自然哲學的數學原理》一書的第一篇中，牛頓首先對質量、動量、慣性、力和向心力等下了定義，並概述了他對時間、空間和運動的根本看法，也在此基礎上提出了本章節所述的三個運動的基本定律，以及在理化跟高中物理課會學到的萬有引力定律。並且將萬有引力定律應用於潮汐、天體運動等等的解釋，此書對於自然科學的發展有極大的貢獻(雖然當時皇家學會沒有錢可以出版這本書，是好朋友哈雷親自掏腰包幫忙付的錢XD)。
1672年起牛頓被接納為皇家學會會員，1703年被選為皇家學會主席，之後每一年選每一年都是他。
不過牛頓到後期身體不太好，開始有一些像是痛風的毛病，雖然後來有搬到鄉下去住，還是在一次前往倫敦的長途跋涉中一病不起，最後於1727年離開人世。
而牛頓對於自然科學史上的重大研究，讓他成為史上第一位享有國葬的自然科學家！
和其他科學家的關係
不過身為科學界的人，其實牛頓與許多歷史有名的科學家都曾經因為成果的發表而交惡。最有名的兩位一位是虎克，就是筆者在「【科學家小傳系列】 機械大師虎克與虎克定律」一文中有提過的虎克，而另外一位則是萊布尼茲。
其實就算沒有學過微積分，至少也有聽過，其實現在所學的微積分，是由兩位數學家各自發展的，一位就是牛頓、而另外一位則是萊布尼茲。
牛頓生於1642年，於1664到1666年間形成了他的微積分系統，而萊布尼茲則是生於1646年，他的微積分形成年代約為1672到1676年。
而在1710年開始有人正式指控萊布尼茲的微積分是抄襲自牛頓的，因此在1711年萊布尼茲請求英國皇家學會澄清他的名譽，皇家學會還為此成立的特別委員會來調查這件事情。
但萊布尼茲其實在微積分相關的論文上一直都有發表一些相關的文章，其實真的要說萊布尼茲完全是可以站得住腳的，而問題就在於，兩個人在各自形成自己的微積分系統時，牛頓有輾轉寄了信給萊布尼茲，介紹了自己的微積分的理念。
萊布尼茲大概也知道牛頓的想法，但因為自己的微積分系統已經算是發展完全，而且理念和構想甚至是連符號都大不相同，所以也只是看看而已。卻沒想到後面別人卻一口咬定萊布尼茲是因為看了牛頓的信才提出微積分的系統，控告萊布尼茲抄襲。
雖然說有調查委員會，但是也想想萊布尼茲不過就是個皇家學會的外籍院士，牛頓是皇家學會的會長，你想想這個結果...，所以萊布尼茲反到敗下陣了。
但是其實萊布尼茲所使用的微積分的符號跟概念，是比較容易被接受的，因此後續歐洲的數學家幾乎都採用萊布尼茲的符號，而不使用牛頓的符號。
不過英國當時覺得牛頓提出微積分真的好棒棒，所以堅持要使用牛頓比較艱澀而且難懂的微積分體系。
也因為這樣，導致後續英國在數學的發展史上整整落後歐洲其他國家一大截，直到1813年後英國才真正採用萊布尼茲的符號，但是早就已經落後其他國家的發展許多了。
結語
其實牛頓的故事是非常勵志的，當然也是告訴我們面對霸凌的時候，應該要用什麼樣子的態度去處理。而當然牛頓的故事也警惕我們，就算沒有學校的教育，如果真的有心想要學習的話，也是有非常多的自學管道，我們不該把求知這件事情侷限在學校。
其實科學家小傳也是很好玩的對吧XD，也希望同學們可以藉由科學家小傳，來了解每個理論跟定理的背後，其實都是好幾年甚至是好幾十年的時光！而且科學家其實也都是人，彼此之間也是都會有交流跟愛恨情仇，在學習自然科學基礎知識的時候能夠偶而了解一下這些科學家小傳，也是很不錯的事情呢！
參考文獻
天文學家系列-牛頓的一生，URL：http://web2.nmns.edu.tw/PubLib/NewsLetter/91/180/11.htm
維基百科-艾薩克‧牛頓，URL：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%89%BE%E8%90%A8%E5%85%8B%C2%B7%E7%89%9B%E9%A1%BF
最偉大的天文學家-牛頓的故事，URL：http://www.phy.cuhk.edu.hk/astroworld/vote_astronomers/newton.html
世紀的審判，URL：http://episte.math.ntu.edu.tw/articles/sm/sm_17_04_1/
FAQ
牛頓真的被蘋果砸到才想到萬有引力嗎？
沒有被砸，是看到蘋果落下後開始思考「為什麼是垂直落下」。
牛頓是怎麼開始研究萬有引力的？
在鼠疫停課的兩年中，他在家進行大量思考與實驗，萬有引力就是其中之一。
微積分到底是牛頓發明的還是萊布尼茲？
兩人各自獨立發展，但因牛頓先提出概念，後來引發爭議與學術政治角力。
牛頓的童年對他有什麼影響？
孤獨與被霸凌的經歷讓他性格內向，但也促使他投入手作與思考，成為日後的研究基礎。
這篇文章適合教學使用嗎？
非常適合，能幫助學生理解科學家的真實面貌與理論背後的歷程與人性。
若芽🌱 / 馮馮
