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光学大争论
成为皇家学会的会员后，牛顿依旧进行研究，很少到伦敦去参加学会的例行会议。不过，牛顿还是写了一份反射望远镜的制作说明。
不久，牛顿在《哲学汇报》发表论文《关于光与颜色的新理论》一文，其中大部分观点都是他在家乡躲避瘟疫时形成的，后来又有所发展。
在论文中，牛顿提出：让太阳光通过一个小孔后照在暗室里的棱镜上，在对面的墙壁上会得到一个彩色光谱。因此可以得出推论：光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又再分开一样。
牛顿的这篇论文一经发表，许多学者都大吃一惊，整个物理学界为之哗然，引起了一场历时久远争论。
在皇家学会内部，牛顿的学说也没有得到一致认同，在皇家学会中颇有地位的胡克和惠更斯都反对牛顿的观点。
胡克是一位很有才华的科学家，在学术家也有很高的成就，但他的虚荣心太强，他觉得只要是科学家，就都是他的竞争者和敌人，他说：“我承认牛顿的实验，他的假说也很有见解，但那不像数学定理一样，可以说它是唯一的假设。关于牛顿对于色的现象的假说，没有一项是不能否定的。”
在《显微镜》一书中，胡克提出光是一种快速的小振幅的振动。石头扔到水中，会形成水波，这是一个很平常的现象，胡克却从中得到启发，他认为光的振动以“球形脉冲”的形式向四面八方传播，并且是横向移动。
惠更斯是荷兰物理学家，他建立了向心力定律，提出了动量守恒原理，他是英国皇家学会第一个外国会员。他是波动说的集大成者，继承并完善了胡克的观点，他认为光是一种机械波，是一种靠物质载体来传播的中香波，传播它的物质载体是“以太”，波面上的各点本身就是引起媒质震动的波源。
牛顿不认同波动说，他指出波动说有三个问题无法解决：光是直线传播的，然而波动说无法解释这一点；波动说同样无法解释光的偏振现象；最后，牛顿还认为波动说赖以存在的以太介质是否存在值得怀疑，以太是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质。后来人们逐渐增加其内涵，使它成为某些历史时期物理学家赖以思考的假想物质。
牛顿的观点惹怒了惠更斯和胡克，胡克提出了一个反例：钻研摩擦将会减少，但事实却证明钻研质量并没有损耗。惠更斯则认为，如果将光称为是微粒，那么光就会像飞行的子弹或箭在传播过程中发生碰撞，从而改变传播方向，但事实并不是如此。
这两种假说都能解释光的反射折射现象，微粒说能较为圆满地解释光的直线传播，而波动说能解释光交叉通过却互不干扰的现象。
总而言之，互有长短，双方都不能说服对方。
1704年，牛顿推出《光学》一书，对他的微粒说进行了系统性的阐述，并反驳了惠更斯的理论。此时惠更斯与胡克已相继去世，波动说一方无人应战。
19世纪60年代，麦克斯韦证明了光是一种电磁波，看起来波动说要成为主流了。后来，在光电效应中，爱因斯坦发现，光能够从某些金属中打出电子，这说明了光也具有粒子性。
那么，光到底粒子还是波呢？物理学家认为它既是波，又是粒子，这就叫作光的“波粒二象性”。
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影响人类的一个赌局
如果说牛顿有什么挚友的话，那么可能是天文学家哈雷。
著名的哈雷彗星就是以哈雷的名字命名的。20岁时，哈雷从牛津大学王后学院毕业。在父亲的资助下，他跑到南太平洋的一个岛上建了一座天文台，并画出了南半球星空图，轰动一时。
哈雷是个不同凡响的人物，他当过船长、地图绘制员工、牛津大学几何教授、皇家制币厂副厂长，他还发明了一种把鱼类保鲜到淡季的实用方法。然而，尽管他成就不俗，但他对人类知识的最大贡献是那次打赌。赌注不大，是一本40先令的书籍，参考与还有另外两位：胡克与雷恩。
这场赌局究竟是怎么回事呢？
1684年，伦敦市内的一家小咖啡馆内，哈雷、胡克和雷恩一边品尝着咖啡，一边聊天。他们的话题围绕着科学问题，从地上到天上都是他们的兴趣范围。
哈雷说：“我根据开普勒的第三法则，得到了‘引力与距离平方成反比’的假说。”
接着哈雷又提出了自己的疑问：“你们说，如果这个假说成立，那么行星与太阳之间的作用力是否遵循平方反比定律，如果遵循的话，行星的轨道应该是什么形状的呢？”
不可否认，胡克是一个很有才华的科学家，但他有一个毛病，好大喜功，喜欢吹嘘，往往还没得出成果就声称自己完成了研究。
此时，他便说自己已经证明了这个问题，但拒绝公布证明过程，说是要让人认识到知识的宝贵。
胡克说：“如果我公布了答案，那就使唤别人失去了自己找答案的机会。”
然后事实上，后来公布出来的资料表明，他根本没有解答出这个问题。
雷恩听到胡克吹牛，他大声说：“我们来打个赌吧！”
哈雷很疑惑：“打什么赌？”
“很简单，两个月的时间，你们谁先找到答案，谁就可以获得一本价值40先令的书籍，怎么样？”
可能雷恩做梦都没想到 ，他的这40先令具有非同寻常的意义。在某种程度上，这40先令将要为人类赢得一个崭新的世界。
年轻的哈雷下决心要解决这个问题，一回到家，哈雷就着手进行研究，夜以继日，可是即使是这样，哈雷仍然百思不得其解，这个问题就像是着魔似的挥之不去。
之后哈雷又继续研究了一番这个问题，半年多过去了，这个问题始终没有解决，他决心去找一位有能力解决此问题的人来帮忙。于是，他前往剑桥，在当年秋天敲开了牛顿的家门。
两人聊了一会儿后，哈雷引入正题：“我研究过彗星，1680年的时候，我观察到一颗彗星，我怀疑它就是前几次有记载的那一颗。但我无法计算它的轨道与周期，因此不能确定是不是同一颗彗星。”
牛顿笑着说：“这个问题确实有趣。”
哈雷激动地说：“这就是为这个问题而来的，你说，要是太阳的引力与行星与太阳距离的平方成反比，行星运动的曲线会是什么样的？”
牛顿冲口而出：“椭圆！”
哈雷问：“为什么？”
牛顿平静地说：“我算过了。”
“我算过了”这四个平淡无奇却蕴含着强大的自信心，没有一定的底气是说不出来的，有不少人都靠直觉猜测过平方反比定律下的椭圆轨道，可他们却不得其门而入，只有牛顿依靠自己的数学才能和坚韧的意志进行了深入的研究，所以面对哈雷的追问，他才有底气说：“我算过了”。
这四个字更是让哈雷激万分，我急切地问：“你是怎么算的？能让我看看嘛！”
牛顿找了很久，几乎把整个资料室都翻了过来，结果还是找不到，他无奈地挠挠头：“ 不好意思，我可能把它弄丢了。”
哈雷请求牛顿重新计算一次，牛顿答应给哈雷提供一篇论文，详细阐述。
三个月后，牛顿的信函从剑桥翩然而至。哈雷打开一看，里面是牛顿的论文《轨道中物体的运动》，虽然不长，只有9页的篇幅，但这9页纸的价值远远超过了等量的黄金。
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《原理》问世
收到牛顿的论文《轨道中物体的运动》后，哈雷便迫不及待地阅读起来。
在这篇论文中，牛顿完成了发现引力平方定律的关键性步骤，文中首次定义了向心力：牛顿认为向心力指的是物体做朝向运动中心的运动，得出了向心力定律，并用数学方法合理地认证了平方反比定律，指出了动量的概念：“动量是速度与质量的乘积”。
来到剑桥，哈雷欣喜地对牛顿说：“这真是伟大的认证、伟大的著作。”
不久，牛顿又写出了《论物体在均匀介质中的运动》一文。在论文中，他探讨了作用力与质量的关系，得出了加速力等于质量乘以速度的规律。
在哈雷的敦促下，1685年，牛顿开始撰写了一部科学巨著，这本巨著是《轨道中物体的运动》和《论物体在均匀介质中的运动》的扩充、发展。这本巨著就是《自然哲学的数学原理》，至今，它仍被誉为“个人智慧的伟大结晶”。
在《原理》一书中，牛顿把自己数十年的研究成果全都写了下来，是思考、实验研究、大量的天文观测和无数次数学演算的结晶。
从牛顿的助手汉弗莱的日记中，我们可以窥见牛顿那时候的状态：“他对自己的研究是如此专注和认真，以至于吃得很少，甚至时常忘记了要吃东西。当我提醒他吃饭时，他便心不在焉地随便吃一点东西，然后又重新投入到工作中......他难得上床睡觉，直到清晨两三点、甚至五六点才就寝，也就睡四五个小时而已。”
1686年4月，牛顿终于完成了《原理》一书。他把书稿的副本交给了哈雷，哈雷此时已经接替胡克成为皇家学会的新任秘书。收到书稿，哈雷如获珍宝，饭也顾不上吃，兴奋地阅读起来。等他读完，他惊讶地发现，他竟然从晚上读到了第二天早上。
几天后的皇家学会例行会议上，哈雷郑重地宣布：“牛顿的《原理》是对哥白尼猜想的数学认证，它解释了宇宙间所有的运动现象。”
《原理》一书在科学界引起了轰动，有些会员未能读到副本，哈雷建议他们用木刻版印刷此书。因为《原理》一书，牛顿逐渐在科学界获得了巨大的荣耀。
这一年5月19日，皇家学会举行全体会议，借助这个时机，哈雷再一次提出牛顿书稿的出版问题。这一次，学会明确指示：由哈雷负责《原理》的出版印刷事宜，经费由哈雷自己解决。
经过一年多的努力，1687年7月5日，《自然哲学的数学原理》一书终于问世了。
可以说，哈雷是发现牛顿的一位英国伯乐，他本身就是一位杰出的天文学家和数学家，所以他完全能理解牛顿著作的极端重要性。
哈雷是历史上罕见的人才，就个人成就而言他已经是一个伟大的人了，然而他还乐于推荐更伟大的人。
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巨著《原理》
《原理》构筑起了一幅美轮美奂的宇宙运动图景，牛顿成为历史上第一个为宇宙立法的人。
《原理》是经典力学的第一部著作，是人类掌握的第一个完整的宇宙论和科学理论体系，影响遍布经典自然科学的所有领域。从文明史上看，它让人类进入了可以利用和改造自然的阶段，成就了工业大革命。
牛顿告诉人们周遭世界竟然与星体之间遵循着同样的定律，椭圆轨道并不是宇宙的终极原理，而只是深层万有引力定律的一个基本表征，伽利略和开普勒告诉大家宇宙是什么，而牛顿从纯数学的角度，来告诉世界究竟为什么。
在《原理》的开头，牛顿就提出了三条运动定律，这就是人们耳熟能详的牛顿三大定律，又称为牛顿运动定律。简单的说，第一定律说明了力的定义：力是改变物体运动状态的原因；第二定律指出了力的作用效果：力使物体获得加速度；第三定律提示出力的本质：力是物体间的互相作用。
《原理》的第一卷中，牛顿简明扼要地叙述了他的“流数书”，除去二十年前曾经写过的关于“流数”的简要论文，他还是第一次正式公开发表他的流数法。
《原理》的第二卷中，牛顿讨论了物体在有阻力的介质中的运动情况。
《原理》的第三卷中，就像一个宇宙建模师，运用万有引力定律和三大运动定律两大法宝，牛顿把太阳系的各种引力关系做了杰出的总结，证实了木星、火星、地球等行星与太阳引力之间的关系。
以上就是《原理》的主要内容。
《原理》的高度是前所未有的，爱因斯坦说过：“至今还没有可能用一个同样无所不包的统一概念，来代替牛顿的关于宇宙的统一概念。而要是没有牛顿的明晰的体系，我们到现在为止所取得的收获就会成为不可能。”
《原理》一书是人类漫漫历史长河中的瑰宝，显示了人类作为万物灵长的智慧，指引人类向星辰大海的新纪元迈进。
