1642年圣诞节的早晨，在英国北部偏僻的伍耳索浦村的一户农民家里，有个早产儿呱呱坠地了。说来也巧，这一年正是物理学大师伽利略去世的一年。这个婴儿的父亲在他未出娘胎时就去世了，为了纪念孩子的亡父，母亲就用他父亲的名字--伊萨克·牛顿来称呼他。小牛顿未满2岁，母亲迫于生计，改嫁给一个牧师，就把牛顿留给舅舅和外祖母来抚养。上学后，这个苦命的孩子，天资并不聪明，加上胆子小，所以成绩平平。每当老师数落那些功课不好的学生时，总有他的份。不过小牛顿却有他手巧的特长，他自己喜欢动手做各种各样的玩意儿，从简单的风筝、风车、日晷、漏壶，一直到一些复杂的小机械。他的精巧的作品，常常博得邻居和同学的称赞。
牛顿读完小学，升入中学，刚读了一年，继父又死了。母亲只能让牛顿辍学，回村里去种田。但这时的牛顿已经是一个有志向的大孩子了，他对于科学的痴迷，终于打动了母亲，一家人省吃俭用，供他上完了中学。1661年6月，牛顿以“减费生”的身份考进了剑桥大学。牛顿的学习基础不够好，数学成绩更是跟同学们差了一大截。可是他一点也不气馁，凭着勤奋刻苦的学习精神，奋起直追，三年不到居然名列全班第一。这时，学校里新来了一位名叫巴罗的教授。真是“伯乐识才”，他一下子就喜欢上了这个勤奋好学的年轻人，悉心辅导牛顿攻读欧几里得、开普勒和伽利略等人的着作，这使晚熟的牛顿茅塞顿开，学业突飞猛进。牛顿经常提出一些自然科学和数学方面的问题向他请教，让巴罗教授又惊又喜，他常向别的老师夸牛顿是个可造之材。谁知好景不长，正当牛顿像海绵吸水一样地学习各种知识，并且越来越受到教授们的赏识时，英国发生了一场席卷全国的大瘟疫，光是1665年夏天，伦敦就死了3万人。为了逃避这场可怕的灾难，学校决定停课2年。牛顿挥泪告别了恩师，卷起铺盖回到了老家伍耳索浦村。
这时的牛顿已经是个青年学者了，脑子里装满了天文学、数学和物理学的知识，以及他在大学学习时种种悬而未解的疑难问题。
回到乡间，牛顿不是闭门读书，就是在田野、林间苦思冥想。第一年，他为自己定下的目标是，梳理大学学习时遇到的种种疑难，重点还是探索物体运动的原因，在当时，人们仍然沿用古希腊学者的学说来解释物体的运动。古希腊学者把运动分作三类：地面上的物体运动、落体运动和星体运动。亚卫士多德对这三类运动的原因是这样解释的：他说.力是地面上的物体运动的原因；地球是宇宙的中心，所以落体落向地球，这是落体运动的原因；星体由于它们的特殊本性，使它们保持永恒的运动？对于亚里士多德的前两种解释，牛顿知道，伽利略已经作出了否定的结论，那么，亚里士多德对星体运动的解释是不是有道理呢？开普勒已经揭示了行星运行的规律，那么它们为什么要这样运转呢？这是不是亚里士多德说的“特殊本性”呢？对于这些当时谁也无法回答的问题，早在念大学时，牛顿就曾翻遍了图书馆里的天文学图书，他看到的只是一些近乎幻想的说法。例如，开普勒认为星体之间存在着引力，“月球被地球牵引着，相反月球也吸引着地球上的海水。从太阳那里有-只肉眼看不见的巨大的手，伸向行星，拉着这些行星跟太阳一起旋转。”
天体运行难道真是引力的作用吗？如果真是这样，那么引力又是什么呢？
一天晚餐过后，牛顿同往常一样去花园散步。花园里月光如水，落叶满地，他在树下踱着步子。突然，“吧嗒”一声，有个东西跌落在他的脚边。他吃了一惊，蹲下一看，原来是个熟透的苹果被风吹落在地上。牛顿抬起头来，只见夜幕上明月高悬，他不觉寻思起来：苹果熟了会落到地上，它为什么不住天上掉呢？那么天上的月亮为什么又不往地上掉，反而绕着地球转，也不飞走呢？难道这都是地球有一股吸引它们的力吗？
想到这里，牛顿赶紧回到自己的书房，闭门思索起来。一连三天，牛顿没有出门。他把在巴罗老师那里学来的知识都调动起来，又翻出伽利略、开普勒的着作，陷入深思和联想之中。他想：一个人站在山崖上，把-块石头轻轻放开，石头就会照直落到地上；如果把石头抛向远处，石头就会向前“飞”一般再画一个圆弧落到地上；如果他用的力更大，石头就会落得更远；如果有足够大的力量，石头就会不再落到地面上，而围绕地球旋转起来；假如地球没有引力，石头就会朝抛出的方向一直向前飞去。按照这个道理，月球以一定的距离绕地球转动，不就证明了月球总是在向地球下落的缘故吗？这就好比是一个孩子拿着一头拴着石子的绳子甩动着，让小石子在空中转圈一样。地球就是孩子牵着绳子的手，月亮就是小石子，地球对月球的引力就相当于那根绳子了。月球沿轨道绕地球旋转，使它避免落向地球，而地球对月球的引力，使它不能离地球远去，只能永远绕着地球转下去。接着，他又进一步推想：各个行星之所以围绕着太阳旋转，也一定是太阳对它们的吸引力作用的缘故。现在，只要证明地球对月球的吸引力确实就是月亮绕地球运行所需的向心力，那么各种星球间都有相互吸引力的结论就是正确的了。
牛顿觉得要得出这样的证明，仅凭观察是做不到的，而是要在已知材料的基础上，靠数学推导来攻克这样的难题。牛顿立即进行计算，通过严密的数学论证，证实了维持月球绕地球运转的力不是别的，正是地球对月球的吸引力，太阳对地球以及别的行星都存在着这种相互吸引的作用力。牛顿把这种相互吸引的力取名为“万有引力”。由此，他认为古希腊人说的三类运动，实际上受同一规律支配着，天地万物的运动用这一定律就可以概括起来。牛顿找到了表现这一定律的数学公式，即：两个物体间万有引力的大小，和这两个物体质量的乘积成正比，和它们间的距离的平方成反比。就这样，牛顿完成了人类认识自然历史上第一次的理论飞跃，把大千世界中万物的运动，用一个理论来加以解释。
牛顿完成了他关于万有引力的论文后，并没有把自己的重大发现发表出来，一则他生性没有强烈的发表欲；二则他生怕论文发表后会引起广泛而又旷日持久的争论--这会耗费他宝贵的精力；三则是因为他谦虚。他觉得像他这样一个二十出头的青年学子，退居乡下，因为看到苹果落地，竟幸运地揭示了宇宙万物运动的奥秘，并不是自己比伽利略、开普勒、笛卡儿等科学巨人有更非凡的才能，而是因为他是站在这些巨人的肩膀上，所以才显得更高。和这些科学巨人相比，牛顿觉得自己只是一个毛头小孩而已。因而他把论文锁在箱子里，直到22年后，在天文学家哈雷的催促下，他才把当年的论文整理后写成《自然哲学的数学原理》这部科学史上“最伟大的杰作”。这部汇集牛顿力学研究成果的巨着，是一座经典力学的宗庙，牛顿力学则是这座宗庙中的主神。一直到20世纪爱因斯坦创立相对论时，它都始终被人们虔诚地尊奉着，没有人能够对它作任何本质性的补充和修正。
在《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿系统地阐述了四条力学定律。第一定律是惯性定律，第二定律是落体定律。这两条定律分别是伽利略惯性定律和落体定律的推广、延伸。第三定律是作用与反作用力定律：第四定律是万有引力定律。这两条定律则是开普勒引力思想的发展。特别是他的万有引力定律不仅成功地解释了开普勒定律，科学地表述了太阳系行星、卫星、彗星的运动理论，解释了潮汐现象等一系列长期困扰人们的难题，而且运用牛顿的天体力学理论可以准确预见行星的运动。1846年，海王星的发现，就是根据牛顿力学的计算结果找到的。
一个落地的苹果，居然让牛顿带领人类进入了一个科学的新世纪，难怪这棵在牛顿老家的苹果树要被当做英国国宝而精心保护起来了。1820年，这棵树终于寿终正寝。它被分成几段，分别由英国皇家学会、牛顿故居等处保存起来，让参观的人们睹物生情，缅怀牛顿的不朽功绩。
十六、“工厂时代”的到来居然归功于夫妻吵架
1764年，英国约克夏西部的一座小镇上住着一对夫妻，男的叫哈格里沃斯，女的叫珍妮。那时，约克夏西部是一个毛纺织工业区，在这里的人家都以纺织为生，哈格里沃斯夫妇当然也不例外。可是这一带人人都干这活，所以货多价贱，纺出的线、织出的布换不来几个钱。夫妻俩整天摇着纺车，累得腰酸背痛还是吃不饱肚子。哈格里沃斯有一手好木工活，于是在织完布后再背上木工家具外出去干活挣钱。有一段时间，正是原料的淡季，家里的活只够珍妮一人干的，哈格里沃斯每天都早早离家去揽木工活干。一天，哈格里沃斯离家后不到两个钟头便回家了，珍妮见他一脸沮丧，知道又没揽到活，便不敢多问，只顾埋头干活。这时已近晌午，哈格里沃斯一大早出门时只吃了片薄薄的面包，现在早已饥肠辘辘了，加上空跑了一上午也没挣到一文钱，早憋了一肚子窝囊气。见妻子一个劲地摇着纺车轮，便没好气地喊道：“珍妮，你这样摇法，就是把我的肠子一起纺成线，也填不饱一家人的肚子呀！”
珍妮是个贤惠的妻子，知道丈夫在火头上，便仍然一声不吭地摇着纺车轮，忍着一肚子怨气不跟丈夫斗嘴。哈格里沃斯见妻子不搭理他，反而更来气了，提着斧子呼的一下子站起来吼道：“我看你越摇越穷，还不如一斧子劈了这破纺车。”
珍妮一听，急了！她知道丈夫的脾气，在火头上他说得出做得到，要真劈了纺车，那一家人可真的要喝西北风了，忙上去抱住丈夫的胳臂，不让他乱来。哈格里沃斯的胳臂被妻子死命地抱住了，举不起斧子，浑身的气憋得无处发泄，便就势飞起一脚踢翻了那辆纺车。珍妮见丈夫踢了纺车，便一屁股坐在地上，伤心地哭开了。
这样过了好半天，珍妮觉得奇怪，因为丈夫并没有来搀扶她，而是一声不吭，一动不动地站在那里，像中了邪似的。
原来哈格里沃斯看呆了，那辆被他踢倒的纺车正仰面朝天，原来半躺着的纱锭现在竖立起来了，还被车轮的惯性带动着在快速地旋转呢。
哈格里沃斯是个聪明人，倒在地上仍在旋转的纺车竟然触动了他的灵感，他想：就照这样子把纺车改造一下，让纱锭立起来，一架纺车上就可以并排竖放几个纱锭，工效不就可以大大提高了吗？
他把自己的想法告诉了珍妮，珍妮立刻破涕为笑。
哈格里沃斯本来就有一手好功夫，正愁没处使呢！现在有了好主意，他说干就干，要制作这样一辆纺车，对他来说并不是难事。他先做了一个大木框，上面横列了8个纱锭，边上装个木轮，一试，果然以一当八。哈格里沃斯高兴异常，他用妻子的名字来命名这辆纺车。1770年，他以“珍妮纺车”的名字申请了专利。1790年，“珍妮纺车”在英国各地推广开了。正如恩格斯说的，“使英国工人的状况发生根本变化的第一个发明是珍妮纺车”。
后来，人们不断地改进珍妮纺车。1768年，一个叫阿克赖特的理发师，盗用了他的一个叫海斯的朋友的成果，“发明”了水力纺纱机。水力纺机又几经改进，越来越如人意了。由于有水力作动力，就可以建成几千个纱锭的纺织厂。那个理发师居然成了世界上最早的工厂主--阿克赖特纺织厂的老板。他手下有400多个工人。用恩格斯的话来说，“工厂时代”的到来，使人类进入了“生产中的真正的狂飚时期”，电就带来了人类历史上具有划时代意义的工业革命。追根寻源，这居然要归功于一场夫妻吵架，所以这场夫妻吵架可真是了不起。
十七、“为什么有人说蒸汽机的发明者不是瓦特呢？
上文说了珍妮纺机，那就不得不再说一说蒸汽机。因为它们像是一双孪生兄弟，共同改变了人类的命运和世界的面貌。
大家知道，蒸汽机的发明者是英国人瓦特，为纪念他，电的功率单位就以瓦特命名。其实，在瓦特之前就有了蒸汽机，而对“蒸汽的力量”的研究，更可以上溯到古希腊时代。不过，从法律上说蒸汽机的发明者是英国军官赛维利，他在1698年登记了专利。可惜他的发明只是纸上谈兵，虽然在理论上是成熟的，但在技术上却问题成堆，所以他的试验屡遭失败。比赛维利稍前，有个名叫巴本的法国人就制成了第一台原始的蒸汽机。这是一个装有活塞的圆筒，当圆筒里的水被烧开后，蒸气就把活塞推上去，等活塞推到顶部就熄火，筒里的蒸气冷却下来，由于大气压力的作用，便把活塞压下来。这样的过程周而复始，活塞上上下下，再配上一些机械便可代替人力或畜力来抽取深井水了。那时欧洲不少国家采矿业发展很快，矿井挖得很深，地下水涌出来，井里就要积水，只能靠人力和畜力把积水提上来，既费时又耗力，蒸汽机最初是为解决这个问题而发明的。可惜的是，这台蒸汽机实在太“原始”了，只要想一想这样的蒸汽机一会儿生火、一会熄火，提一桶水要等老半天，说实在的，比人力畜力强不了多少，所以没有什么实用的价值。
“失败是成功之母”。这时有个名叫纽可门的苏格兰人却将赛维利和巴本两人的成果取长补短，研制成一种水泵用的蒸汽机。它的工作原理是：蒸气由锅炉进入汽缸，推动活塞向上，经过摇杆把水泵活塞压下去。关闭阀门后，汽缸内蒸气冷却，产生真空，大气压把活塞压下，水泵把水提起来。纽可门成功的关键是他解决了汽缸冷却慢的难题，使机器的工作速度每分钟提高到10次，因而具备了实用价值。1711年，纽可门用这项发明建立了企业公司，专门从事这种蒸汽机的生产。尽管纽可门的蒸汽机经不断改进，又被推广到众多的矿井使用，但是它有一个致命伤，就是煤耗太大，效率很低，用于矿井水泵还勉强可行，但还不能当动力机器使用。
在科学史上，一项重大的发明，常常不是一个人，甚至不是一代人所能完成的。在纽可门和瓦特之间，出了个英国人斯密顿，在1769年-1772年这3年间，他对当时各种马力的蒸汽机作了各种各样的实验，先后写了130多个报告，还整理出一套计算公式。尽管他没有独创性的发明，却为瓦特的成功奠定了基础。
1757年，21岁的瓦特被聘为格拉斯哥大学的仪器修理工。瓦特聪明好学，又在这样一个大学的环境里，常抽空去听教授讲课，又整天摆弄各种仪器、机械。1764年初，格拉斯哥大学收到一台纽可门蒸汽机，要求修理。任务交给了瓦特，这对他来说当然不在话下，很快便完成了任务。不过当瓦特看着修好后的蒸汽机运作起来竟如老牛耕地一般的吃力时，顿时产生了要对蒸汽机作脱胎换骨改造的宏愿。
