一、大自然是一本打開(kāi)的書(shū)

1642年圣誕節(jié)牛頓出生在英國(guó)倫敦不遠(yuǎn)的一個(gè)鄉(xiāng)村——伍爾索普（Woolsthorpe）的一戶農(nóng)家，家境清貧。由于是早產(chǎn)兒，牛頓從小身體虛弱。他的父親在他誕生前3個(gè)月就因病去世，他的母親性格堅(jiān)強(qiáng)、勤勞能干，帶著小牛頓艱難度日。3年后因?yàn)樯钏疲赣H改嫁，3歲的牛頓由他的外祖母和舅舅艾斯庫(kù)牧師（劍橋大學(xué)三一學(xué)院的畢業(yè)生）撫養(yǎng)和照顧。由于從小失去父親，又得不到母愛(ài)，加上家庭貧窮，牛頓逐漸養(yǎng)成了沉默寡言、內(nèi)向孤獨(dú)的性格，這也使他有更多的時(shí)間沉醉于對(duì)大自然的觀察和思考。

愛(ài)因斯坦在牛頓著作《光學(xué)》第四版1931年重印本的序言中寫(xiě)道：“幸運(yùn)的牛頓，快樂(lè)的科學(xué)的童年！誰(shuí)要是有閑暇和寧?kù)o來(lái)讀這本書(shū)，就會(huì)重新生活于偉大的牛頓在他青年時(shí)代所經(jīng)歷過(guò)的那些奇妙的事件當(dāng)中。對(duì)于他，大自然是一本打開(kāi)的書(shū)，一本他讀起來(lái)毫不費(fèi)力的書(shū)”。（［1］，p7；［7］，p215）確實(shí)，牛頓從小就有一股強(qiáng)烈的探索大自然奧秘的興趣和欲望。正是大自然賦予了他靈性與才智。在小學(xué)和中學(xué)期間，他不只喜愛(ài)觀察大自然，還喜歡動(dòng)手做小制作。9歲時(shí)，他就做了一個(gè)能測(cè)量時(shí)間的儀器——日晷。他在石盤(pán)的邊緣標(biāo)上刻度，在盤(pán)中心插上一根小木棒。放在太陽(yáng)下時(shí)，從太陽(yáng)在刻度上留下的木棒的影子位置就可知相應(yīng)的時(shí)間。由于用這種日晷測(cè)時(shí)間的精度很差，中學(xué)階段他在沙漏計(jì)時(shí)的啟發(fā)下，利用箱子的木板制作了一個(gè)4英尺高的水漏時(shí)鐘。其原理大致如下：將一個(gè)大箱子隔成上下兩部分，成為兩個(gè)水槽。上面水槽底部開(kāi)一個(gè)小洞，打開(kāi)此洞，上水槽中的水會(huì)慢慢從洞口滴到下面水槽中，其中有一塊木塊將隨槽內(nèi)水量增加而上浮。在浮板上裝有一連桿，此桿與容器外的一個(gè)圓形鐘盤(pán)（類似現(xiàn)代鐘面）中心處的鐘軸通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)相連。隨浮板上升，連桿將使鐘軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)與鐘軸相連的指針指示出相應(yīng)的時(shí)間。牛頓的這個(gè)水漏時(shí)鐘至今還陳列在博物館里。除此以外，他還按書(shū)中圖示制作了一個(gè)磨坊的模型，里面還裝了可以快速旋轉(zhuǎn)的碾磨機(jī)，應(yīng)用了齒輪、轉(zhuǎn)輪、杠桿等物理原理。他的精巧手工得到周圍鄰居和學(xué)校師生的贊賞，也為他后來(lái)在實(shí)驗(yàn)方面取得重大成果打下良好基礎(chǔ)。（［1］，p8；［2］，p12）

書(shū)是死的，自然是活的。讀書(shū)是間接求學(xué)，讀自然書(shū)乃是直接的求學(xué)。只知道書(shū)，不知道自然的人，是書(shū)呆子。

中國(guó)地質(zhì)學(xué)家、教育家李四光（1889—1971）（［9］，p61）

心語(yǔ)　此名言取自李四光在北大任教時(shí)，針對(duì)“死讀書(shū)”現(xiàn)象所發(fā)表的文章《讀書(shū)與讀自然書(shū)》。大自然將會(huì)給人以無(wú)限的遐想，給人以寬廣的胸懷，給人以無(wú)窮的力量。

圖2－1　牛頓12歲時(shí)的肖像，它十分逼真地捕捉住少年牛頓沉思和脫俗的神態(tài)

二、興趣廣泛，愛(ài)讀書(shū)、愛(ài)記筆記

6歲開(kāi)始上學(xué)的牛頓，在學(xué)校里起初成績(jī)并不好，加上身體瘦弱、性格內(nèi)向，常受同學(xué)冷淡和欺侮。但是他像母親一樣性格倔強(qiáng)，有時(shí)會(huì)握緊拳頭進(jìn)行反抗。尤其是聰明的小牛頓，意識(shí)到只要成績(jī)好，同學(xué)和老師就不會(huì)小瞧他。在強(qiáng)烈的上進(jìn)心的推動(dòng)下，他上課集中精力，課后認(rèn)真完成作業(yè)，有時(shí)一道數(shù)學(xué)題要想出幾種解法才肯罷休。休假日也常用來(lái)補(bǔ)課。漸漸他的成績(jī)上去了，在班上名列前茅，得到同學(xué)的尊敬和老師的喜歡。

小學(xué)畢業(yè)，牛頓進(jìn)入了離伍爾索普10千米遠(yuǎn)的格蘭瑟姆中學(xué)，并寄宿在母親的好友、藥劑師克拉克先生家的頂樓，得到克拉克夫婦的關(guān)心。值得一提的是牛頓進(jìn)入中學(xué)也不忘把他的錘子、鋸子、刨刀、繪畫(huà)顏料等制作工具一一裝進(jìn)口袋，帶到格蘭瑟姆克拉克先生的家中，前面講的水漏時(shí)鐘、磨坊模型等都是在這里制作的。

興趣是最好的導(dǎo)師，興趣是科學(xué)探索的動(dòng)力。對(duì)探索大自然有廣泛興趣的牛頓，就逐漸愛(ài)上了讀書(shū)。從上中學(xué)起，他就把讀書(shū)學(xué)習(xí)看作一種樂(lè)趣，一種有價(jià)值的追求。并且逐步養(yǎng)成把觀察到的、聽(tīng)到的有興趣的問(wèn)題，以及在所讀書(shū)本中值得進(jìn)一步思考和探索的內(nèi)容記在筆記本中的良好習(xí)慣。這也是牛頓長(zhǎng)期來(lái)積累知識(shí)、留下自己學(xué)習(xí)心得、列出新的研究課題以及記下重要計(jì)算的方法。他甚至還自創(chuàng)了一些速記符號(hào)，使抄寫(xiě)既快而又省紙。平時(shí)他總是省下母親給他的零用錢(qián)來(lái)買書(shū)和筆記本。

在牛頓14歲那年，繼父病故，母親帶著與繼父所生的兩個(gè)妹妹和一個(gè)弟弟回到了伍爾索普的娘家。讀中學(xué)的牛頓表面孤獨(dú)，內(nèi)心實(shí)際也需要親情，他很快與弟妹關(guān)系融洽，一到周末學(xué)校放假就盼望早點(diǎn)回家。1659年的秋天，因?yàn)槟赣H體弱多病，不堪沉重的家庭負(fù)擔(dān)，16歲的牛頓毅然決定輟學(xué)，回家?guī)椭鷭寢尭赊r(nóng)活養(yǎng)活全家，他帶著心愛(ài)的書(shū)和制作工具又回到了家鄉(xiāng)當(dāng)一個(gè)農(nóng)民。

三、輟學(xué)期間，不忘讀書(shū)和思考

癡迷科學(xué)的牛頓對(duì)大量農(nóng)活實(shí)在沒(méi)興趣，但他還是努力去做?？墒菬嶂宰x書(shū)和思考問(wèn)題的牛頓常在干活時(shí)鬧出笑話。有一次，牛頓一邊牽著馬，一邊思考問(wèn)題。當(dāng)他回過(guò)神來(lái)時(shí)，發(fā)現(xiàn)手里拿著的竟是一截空繩，還好脫掉韁繩的馬自己跑回了馬廄。又一次，放羊的牛頓，由于躺在草地上專心致志地讀書(shū)而忘記了一切，羊群四處跑散，他也全然不知。正巧，他舅舅艾斯庫(kù)從那里經(jīng)過(guò)，看到此景訓(xùn)斥了牛頓。當(dāng)牛頓趕緊丟下書(shū)本去追趕跑散的羊群時(shí)，艾斯庫(kù)拿起草地上那本厚厚的書(shū)，發(fā)現(xiàn)竟是一本高深的數(shù)學(xué)書(shū)。舅舅被牛頓這種刻苦學(xué)習(xí)、熱愛(ài)科學(xué)的精神深深打動(dòng)，思考再三，認(rèn)為他的這個(gè)外甥不應(yīng)是一個(gè)普通農(nóng)民。于是，他說(shuō)服了牛頓的母親，決定送牛頓讀完中學(xué)并繼續(xù)深造。1660年秋天，牛頓復(fù)學(xué)。不負(fù)眾望的牛頓復(fù)學(xué)不到一年，就以優(yōu)秀的成績(jī)中學(xué)畢業(yè)，他的母親和舅舅非常高興地參加了畢業(yè)典禮。校長(zhǎng)史托克在畢業(yè)典禮上稱贊牛頓是“最使學(xué)校感到自豪的學(xué)生。”不久，校長(zhǎng)史托克就保薦牛頓到劍橋大學(xué)三一學(xué)院繼續(xù)學(xué)業(yè)。