記得有句話說：男人其實很“專一”，不論是20歲還是50歲，都只喜歡20多歲的漂亮姑娘。其實這話用來形容某些天才科學家，倒也蠻合適，只不過要把“姑娘”，換成“科學規律”。今天跟我一起了解幾位“不專一”卻又很“專一”的科學家，他們涉獵多個科學領域卻均有建樹，因為在他們眼裡，科學規律可能根本就不分領域……
我是戴森，一位熱愛分享汽車和科學主題內容的科普創作者。
開篇
說起不專一這事，首先進入腦海的，就是牛頓老爵爺了。他的一生可謂風光無限，自打小時候為了風車被踩碎而把小夥伴打哭了之後，他的人生簡直就是開了掛一樣。牛頓作為經典物理學開天闢地的人物，在力學方面若他說自己第二，恐怕沒人敢說第一了。當然，他活著的時候，那暴脾氣也絕不允許自己當第二，並肩都不行，誰爭跟誰打，打到趴下為止！但是咱今天不談人品，不談人品，不談人品！以後有機會單獨說牛老爵爺“寬廣”的心胸~
牛頓的主業：經典力學體系
咱先簡略回顧一下牛頓最大功績所在，即他在經典力學體系的最大的貢獻，其實基本也就是我們在高中物理中力學部分所學習的內容，牛頓三定律和萬有引力定律！前者讓我們建立起一個強大的科學體系，能夠處理幾乎所有物體的受力問題（也給我們帶來了無窮的題海）；後者則讓天文學從此不再只能舉著望遠鏡觀察和記錄星星的軌跡，人類終於能夠面對浩瀚夜空時，去做真正的思考與發現了！比如1846年勒維耶通過計算發現了海王星，就是牛頓力學的一個偉大勝利。
牛頓對力學的貢獻在於，他發現了幾乎萬物背後統一的運行規律，這個規律統轄著從天到地，從星球到塵埃的貌似一切物體，“上帝”的規律第一次被人掀開了幕布的一角。他建立的經典力學體系，統治了科學界近150年！
自然哲學的數學原理
但是他對科學的貢獻遠不止於力學，接下來咱例數一下，咱先從物理領域開始。
物理學副業1：光學
可能是因為他要為自己的萬有引力定律找到天文觀測證據，牛頓有一段時間對望遠鏡以及光學問題很感興趣，並做出了一些重要的貢獻，比如：
在1666年，牛頓他用三稜鏡將太陽白光分解為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的七色色帶。他據此推論：太陽的白光是由七色光混合而成，並用他所信奉的“微粒說”解釋了這種散射現象；
1668年，牛頓設計製造了第一臺反射式望遠鏡。起因是牛頓經過多次磨製非球面的透鏡均告失敗後，一怒之下決定換個思路，採用球面反射鏡作為主鏡。他用2.5釐米直徑的金屬，磨製成一塊凹面反射鏡，並在主鏡的焦點前面放置了一個與主鏡成45度角的反射鏡，使經過主鏡反射後的匯聚光經反射鏡以90度角反射出鏡筒後到達目鏡。這種設計就稱為牛頓式反射望遠鏡。這個經典結構一直沿用至今，當今世界上一些最為著名的望遠鏡都是採用牛頓式的結構。例如，凱克天文臺的望遠鏡，其主鏡由36塊六角形的鏡面拼接，組合成直徑10米的主鏡；還有大明星哈勃太空望遠鏡，也是牛頓式反射結構。
物理學副業2：流體運動
首先，他在實驗中發現並定義了所謂“牛頓流體”，即多數生活中的簡單流體的剪切力與剪切應變差不多成正比。當然，牛頓流體司空見慣了，真正有意思的是所謂“非牛頓流體”，比如下圖這種接觸速度越快越硬的東西。這些流體就是剪切力與應變關係不符合牛頓所說的線性關係的那些流體。
早在1687年，牛頓就使用波義爾定律計算了空氣中聲速的公式，得到聲速理論值為290.7m/s，雖然這和實際值相差很大，但是卻提供了一個有效的估算方法！產生誤差的原因是因為牛頓假設聲波在空氣中傳播的過程是對應著熱力學的等溫過程，但是實際這種假設是不對的，後來大數學家拉普拉斯用絕熱過程重新計算了聲速（1816年），結果和實驗測量符合的很好。
數學
除了物理學，在數學上，牛老爵爺也是不遑多讓，他最大的貢獻就是與萊布尼茲各自獨立的創立了微積分理論。當然牛頓創立微積分的初衷，大致是因為他在思考和處理那些物理問題的時候，覺得已有的數學理論不好使，於是就先放下手裡的活發明個工具，這真是磨刀不誤砍柴工的典範！
另外一個就是牛頓的“二項式定理”。1665年，他將帕斯卡的二項式定理推廣到所有有理指數的情形。這部分我想只要高中學過排列組合的朋友，都應該記得咋回事吧，這裡就不在贅述了。
多說一句：其實這個方法吧，最早是咱們老祖宗在《九章算術》一書中首先提出來的一種開高次方的計算方法，後來在13世紀，楊輝把它寫成了著名的“楊輝三角”。這個比西方認為最早的“帕斯卡三角形”方法（1654年），提前了大約600年，這是我們值得自豪的，但是也要明白，我們提出的只是算術方法，而不是代數，因為並沒有給出二項式係數的一般公式，也就未能建立系統的二項式定理，而帕斯卡則是把這種運算規律推廣，並給出了所有正整數次冪的開方運算公式，因此這可能就是為什麼西方人認為帕斯卡才算是第一的原因。
再說句題外話，你能想到楊輝（帕斯卡）三角，和分形之間有什麼關係嗎？其實如果把奇數塗黑，你會看到那個神奇的圖案：
對，就是謝爾賓斯基墊片！分形理論裡最簡單的一個平面分形圖，如果你要把這個三角不停的寫下去，那麼就會看到這個鬼畜的分形圖了：
雜談：化學（鍊金術）
其實牛頓對於現代化學沒有什麼重要的貢獻，而他生前留下的是洋洋灑灑的鍊金術手稿，牛頓一生中對科學貢獻無數，是一個極為嚴謹和有邏輯性的人，為何晚年醉心於鍊金這種巫術呢？
牛頓鍊金手稿
有人說他對鍊金術的興趣完全是出於哲學和宗教目的，而且也沒煉出什麼金子來，這讓牛頓在科學界的聲譽蒙受玷汙。但其實這種說法我覺得有些割裂，牛頓沒有理由在他已經功成名就之後，轉而拋棄他所創立和堅信的理論框架，去選擇一個類似“不可知論”的體系，這不符合他的性格。
其實從另一個角度來想就合理了，在這裡我引用一篇文章中的觀點：
在17世紀，鍊金術和化學摻雜在一起，沒有人可以找出一本17世紀的沒有鍊金術內容的化學著作。牛頓對於化學充滿了求知慾，而可以供他參考自學的書只有鍊金術著作，所以他不得不選擇鍊金術。如果當時的化學是獨立於鍊金術的話，那麼他難道會放著理性的化學不去探索反而去學那些神秘的鍊金術？別人不敢說，至少牛頓不會。因為牛頓做事向來一絲不苟，嚴謹是他的作風。
這個觀點我是贊同的，牛頓沒有必要拋棄他從研究物理這麼多年來建立的思維框架和方法，轉而去求助於不可知論的神學，如果他想這麼幹，早就這麼幹了，那麼之前他的天才理論怎麼可能創立出來呢？他即便研究神學也是要用科學的方法去做嘛！
預告：麥克斯韋
下一篇，把目光聚焦到電磁學大神：詹姆斯·克拉克·麥克斯韋身上，看看他是如何左右逢源，在諸多領域譜寫自己全才的神話的。
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