動力學中的作用逆反律——牛頓第二定律與狹義相對論

牛頓第二定律描述的是外力與受力物體的動力學狀態之間的作用和逆反關繫，它是牛頓力學中基礎、核心的一條定律。既然要談牛頓力學，那麼我們還是先從認識牛頓開始。作為人類科學史上的大牛，牛頓一生中那些孤悶無趣的和多彩壯闊的經歷當然可以算作是科學史的一個重要組成部分。

孤獨輝煌：牛頓這輩子

艾薩克·牛頓被稱為世界上偉大的科學家，就其無與倫比的科學貢獻來講，這一稱號是當之無愧的。牛頓對科學的貢獻和影響之大，不僅前無古人，而且可以肯定地說——後無來者。微積分的發明是數學史上一個重要的裡程碑，《自然哲學的數學原理》這部巨著全面、繫統、嚴密地建立起了經典力學體繫，它和《光學》一起構成整個物理學大廈的基礎和骨架。除了知識體繫之外，在科學的研究方法上，這兩部著作也為後世科學家提供了光輝典範。這樣一位偉大的人物，盡管一輩子衣食無憂，但是在他還沒有降臨到這個世上之前，就已開始遭受悲戚的命運。

孤獨少年

1642年的12月25日（那時英國還在使用儒略歷，按當時歐洲大陸已通行的更精確的格裡歷，牛頓的生日是1643年1月4日），艾薩克·牛頓出生在英國中部一個叫伍爾索普（Woolsthorpe，羊毛村）的小村莊。雖然這天是聖誕節，但家裡沒有絲毫節日氣氛，因為在牛頓出生前兩個月，他的父親離開了人世。牛頓的祖上都沒有文化，不過父親離世後給他留下了還算不少的財產，莊園、房舍、牛羊、糧食加在一起不少於500英鎊——要知道過去的1英鎊就是1磅重的白銀。

牛頓是一個早產兒，生下來很小，被放在一個1升容量的小鍋裡（不要問我為什麼，我跟你一樣莫名其妙），估算下來，他大概隻有兩斤多重。這麼孱弱的小嬰兒竟然能夠活下來，可以說是牛頓一生中創造的個奇跡，如果沒有這個奇跡發生的話，後面發生的所有奇跡也就談不上了。

等到他好不容易長到3歲的時候，媽媽改嫁給了一個比她大三十三歲的老牧師，而且悲催的是，3歲的小牛頓不能跟著相依為命的媽媽一起走。這樣，從來沒有嘗到過父愛的孩子突然之間又失去了母愛。之後牛頓就由他的外祖父母來照看。現在回看外祖父母對小艾薩克並不怎麼疼愛，因為牛頓一輩子都不願提及這兩位老人，盡管他跟他們相處了整整八年。八年對於幼小的牛頓來講可是一段漫長的時光，並且也應該有著深刻的記憶，但是這八年的時光在牛頓的傳記裡卻成了一段空白。

八年之後，年邁的繼父去世，牛頓的母親帶著她跟第二任丈夫所生的三個孩子又回到了牛頓的莊園，但11歲的牛頓跟母親早已產生了無法彌補的隔閡。跟母親一起生活了一年之後，牛頓去了十公裡以外格蘭瑟姆鎮上的國王中學讀書。在這裡主要是學習希臘文和拉丁文的古典語文及《聖經》教義。真正讓牛頓著迷的是一本課外讀物，名叫《自然與工藝的神秘》，牛頓還特地花了兩個半便士買了一個厚本子把書上的重要部分抄錄下來。這本書裡面全是奇妙的機械和器具，以及它們的制造方法和詳細說明。少年牛頓按照書中的說明，設計並制作了能夠實際操作的模型機械。這件事使本來默默無聞的牛頓開始小有名氣。

在格蘭瑟姆上中學期間牛頓租住在房東的家裡。這位房東是個藥劑師，他家的藥房對牛頓來說是一個神奇的地方，藥劑師用那些瓶瓶罐罐裡的東西配制出的各種藥物對牛頓充滿了誘惑，也給了牛頓早的化學概念。後來牛頓迷上煉金術跟這裡的啟蒙有關。讓牛頓感到幸運的是，房東的哥哥在房東家裡遺留下一批寶貴的藏書，包括物理、解剖、植物、哲學、數學等各個方面，房東準許牛頓每個星期六躲在藥房後面的小房間裡靜靜地閱讀。在這裡牛頓首次接觸到柏拉圖、亞裡士多德、培根、笛卡爾等偉大人物的學說，他們的思想開啟了這位與眾不同的少年的心智。

牛頓在學校的突出表現引起了校長的注意。這位校長畢業於劍橋大學，他是牛頓一生中遇到的位貴人（當然房東對牛頓的成長也有重要的影響），他認定牛頓是個難得的天纔，於是他向牛頓的母親提出應當讓牛頓接受大學教育。牛頓的母親雖然出生於沒落的貴族家庭，但自己沒有多少文化，下嫁到土財主家之後更是目光短淺，眼裡隻有那一片莊園。校長的勸說反而使得她急忙讓牛頓輟學回家學習農活，以便日後好好經營自家的莊園。極不情願的牛頓不得不順從母親的意願，回到莊園開始了一段痛苦的日子。由於帶著強烈的抵觸情緒，牛頓在莊園的表現讓母親非常失望。

第二年校長為了牛頓上大學的事又來勸說牛頓的母親，勸說不成他又找到牛頓的舅舅。牛頓的舅舅是劍橋大學三一學院的畢業生，他自然是支持牛頓入讀大學的，終牛頓的母親有所動搖。1660年的秋天，牛頓返回格蘭瑟姆為進入劍橋做準備。當年年底，牛頓通過入學考試，如願以償地走進了那個後來讓他揚名世界、名垂青史的地方。