三棱镜实验

1665年可怕的鼠疫在英国大肆传播。鼠疫是种令人深感恐惧的传染病，这种病一旦传播起来，非常迅速。它是由老鼠身上的跳蚤传播病菌的，人一旦传染上这种病菌就很难存活。人被传染后身上会出现许多黑斑，所以又称“黑死病”。这种传染病的可怕之处是一旦流行起来难以控制，死者成千上万。

当时，英国首都伦敦是个被称为垃圾堆的不洁都市，这种地方性的疾病，就是从伦敦流行起来的。

“牛顿同学，事情不好了！”八月一个酷热的日子，同室的威金斯，一从伦敦回来，就摇着专心读书的牛顿肩膀喊叫。牛顿缓缓抬起头来，愣愣地看着惊惶的室友。

“伦敦正因鼠疫陷入大混乱！”威金斯再度强调一遍。

“这是伦敦的事情啊。”牛顿又把视线落在书本上。伦敦距剑桥大学的路程并不是很远，但牛顿似乎没觉出这与他有丝毫的关系。

“牛顿同学，据说是去年开始流行的。”牛顿仍专注书本。

“伦敦是拥有四十多万人口的大都市，但现在的街道上静悄悄地不见人影，大家都躲在家里不敢外出。上周就死了七千多人。听说有一家十二人全部死亡，乌鸦群盘绕在房顶的上空。”因为是威金斯亲眼所见，他越说越激动。牛顿终于不得不抬起头来，脑中同时想着色彩论和鼠疫两件事。

“看到剑桥居民用马车装载行李，准备疏散到乡下的慌乱情形，相信你也会吓一跳的。”

“什么?”牛顿脑中的色彩论消失了。

“你认为这次的鼠疫事件会怎样?牛顿同学。”

“当然很麻烦！”

当时，传染病的病源还是一个谜，有效的药物还没有被发现。所以，唯一能做的只有逃离疫区，没有更好的办法了。人们盛行用金凤花的根或番红花和以白葡萄酒煎煮服用的方法来治疗，但这种方法根本无效。只要被传染上鼠疫等于被宣告死刑。恐怖的黑死病风暴横扫伦敦之后，已经蔓延到剑桥来了，学校不得不停课休假。

牛顿回到了伍尔索普老家。母亲汉娜和弟妹们热情地迎接着他。黑色方帽和白袍使个子不高的牛顿显得高大了许多，那种学者似的风范使他的弟妹们感到迎接的是一位伟大的人而不是自己的哥哥。最小的妹妹收到了节俭的牛顿唯一的礼物——橙子，她欢呼起来，因为她从未见过这种水果。

对牛顿而言，从事研究的工作，在大学或是在家里都一样。回到自己的房间，他立刻打开包袱，取出有关天体光学研究的所有工具，锤子、烧瓶、磁铁、磁针、心轴、雕刻刀、棱镜、凸透镜、凹透镜、平面镜、球面镜、方解石、望远镜、显微镜等。接着，又拿出一摞书，有哥白尼的《天体运行论》、开普勒的《光学》、笛卡尔的《几何学》等，满满地堆在桌子上。这些是牛顿花费了几乎所有的薪水购买的物品。

牛顿后来是：“1665年和1666年两年鼠疫期间，我正处于发明创造的鼎盛时期，比以后任何时候更潜心于数学和哲学。”牛顿一生的三大贡献——微积分、万有引力、光学，都是在这一时期孕育出来的，可以说他是科学史上罕见的天才。

牛顿开始进行“光的分解”的实验了。他先把房间的光都遮掩起来使房间变暗，并在窗板上开了一个小孔，让适度的阳光进入房内，然后把棱镜置于光的入口处，使光由此折射到对面的墙上。通过实验，牛顿首先发现了墙上呈现一条非常美丽的彩色光带，这条彩色光带有秩序地排列成红、橙、黄、绿、青、靛、紫七种颜色，不管怎样变换三棱镜或转动三棱镜，这种次序都不发生变化。牛顿接着又做了许多实验。

为了深入探究，牛顿做了更为精细的考察，以研究来自太阳不同部分的光线，看其不同的入射方向会产生什么样的影响。他测量了经过棱镜后光的成像和棱镜的角度、长度、宽度、距离以及入射角度和折射角度，并根据当时公认的折射定律进行计算。

折射定律是1621年由荷兰数学家斯涅耳发现的。牛顿反复试验，反复思考，终于有了重大发现：“光是由折射率不同的光线组成，这些光线无论其入射方向有何不同，都是按照它们折射率的大小被传送到墙的不同部分上去的。

三棱镜实验和望远镜

牛顿得到这个重要发现后，立即领悟到望远镜的完善程度迄今受到限制的原因，主要不是由于缺乏那种其形状像光学专家们所规定的透镜，而是因为光本身是一种“折射率不同的光线的混合物”。所以，即使有一个透镜其形状完全符合要求，能把任一光线汇集到一点，也不能把那些以相同的入射方向射到同一种媒质而受到不同折射的光线汇集到同一点上来。牛顿找到了望远镜“色差”的原因，并在两年后制作出一架新望远镜。