三棱鏡實驗

1665年可怕的鼠疫在英國大肆傳播。鼠疫是種令人深感恐懼的傳染病，這種病一旦傳播起來，非常迅速。它是由老鼠身上的跳蚤傳播病菌的，人一旦傳染上這種病菌就很難存活。人被傳染後身上會出現許多黑斑，所以又稱“黑死病”。這種傳染病的可怕之處是一旦流行起來難以控製，死者成千上萬。

當時，英國首都倫敦是個被稱為垃圾堆的不潔都市，這種地方性的疾病，就是從倫敦流行起來的。

“牛頓同學，事情不好了！”八月一個酷熱的日子，同室的威金斯，一從倫敦回來，就搖著專心讀書的牛頓肩膀喊叫。牛頓緩緩抬起頭來，愣愣地看著驚惶的室友。

“倫敦正因鼠疫陷入大混亂！”威金斯再度強調一遍。

“這是倫敦的事情啊。”牛頓又把視線落在書本上。倫敦距劍橋大學的路程並不是很遠，但牛頓似乎沒覺出這與他有絲毫的關係。

“牛頓同學，據說是去年開始流行的。”牛頓仍專注書本。

“倫敦是擁有四十多萬人口的大都市，但現在的街道上靜悄悄地不見人影，大家都躲在家裏不敢外出。上周就死了七千多人。聽說有一家十二人全部死亡，烏鴉群盤繞在房頂的上空。”因為是威金斯親眼所見，他越說越激動。牛頓終於不得不抬起頭來，腦中同時想著色彩論和鼠疫兩件事。

“看到劍橋居民用馬車裝載行李，準備疏散到鄉下的慌亂情形，相信你也會嚇一跳的。”

“什麽?”牛頓腦中的色彩論消失了。

“你認為這次的鼠疫事件會怎樣?牛頓同學。”

“當然很麻煩！”

當時，傳染病的病源還是一個謎，有效的藥物還沒有被發現。所以，唯一能做的隻有逃離疫區，沒有更好的辦法了。人們盛行用金鳳花的根或番紅花和以白葡萄酒煎煮服用的方法來治療，但這種方法根本無效。隻要被傳染上鼠疫等於被宣告死刑。恐怖的黑死病風暴橫掃倫敦之後，已經蔓延到劍橋來了，學校不得不停課休假。

牛頓回到了伍爾索普老家。母親漢娜和弟妹們熱情地迎接著他。黑色方帽和白袍使個子不高的牛頓顯得高大了許多，那種學者似的風範使他的弟妹們感到迎接的是一位偉大的人而不是自己的哥哥。最小的妹妹收到了節儉的牛頓唯一的禮物——橙子，她歡呼起來，因為她從未見過這種水果。

對牛頓而言，從事研究的工作，在大學或是在家裏都一樣。回到自己的房間，他立刻打開包袱，取出有關天體光學研究的所有工具，錘子、燒瓶、磁鐵、磁針、心軸、雕刻刀、棱鏡、凸透鏡、凹透鏡、平麵鏡、球麵鏡、方解石、望遠鏡、顯微鏡等。接著，又拿出一摞書，有哥白尼的《天體運行論》、開普勒的《光學》、笛卡爾的《幾何學》等，滿滿地堆在桌子上。這些是牛頓花費了幾乎所有的薪水購買的物品。

牛頓後來是：“1665年和1666年兩年鼠疫期間，我正處於發明創造的鼎盛時期，比以後任何時候更潛心於數學和哲學。”牛頓一生的三大貢獻——微積分、萬有引力、光學，都是在這一時期孕育出來的，可以說他是科學史上罕見的天才。

牛頓開始進行“光的分解”的實驗了。他先把房間的光都遮掩起來使房間變暗，並在窗板上開了一個小孔，讓適度的陽光進入房內，然後把棱鏡置於光的入口處，使光由此折射到對麵的牆上。通過實驗，牛頓首先發現了牆上呈現一條非常美麗的彩色光帶，這條彩色光帶有秩序地排列成紅、橙、黃、綠、青、靛、紫七種顏色，不管怎樣變換三棱鏡或轉動三棱鏡，這種次序都不發生變化。牛頓接著又做了許多實驗。

為了深入探究，牛頓做了更為精細的考察，以研究來自太陽不同部分的光線，看其不同的入射方向會產生什麽樣的影響。他測量了經過棱鏡後光的成像和棱鏡的角度、長度、寬度、距離以及入射角度和折射角度，並根據當時公認的折射定律進行計算。

折射定律是1621年由荷蘭數學家斯涅耳發現的。牛頓反複試驗，反複思考，終於有了重大發現：“光是由折射率不同的光線組成，這些光線無論其入射方向有何不同，都是按照它們折射率的大小被傳送到牆的不同部分上去的。

三棱鏡實驗和望遠鏡

牛頓得到這個重要發現後，立即領悟到望遠鏡的完善程度迄今受到限製的原因，主要不是由於缺乏那種其形狀像光學專家們所規定的透鏡，而是因為光本身是一種“折射率不同的光線的混合物”。所以，即使有一個透鏡其形狀完全符合要求，能把任一光線匯集到一點，也不能把那些以相同的入射方向射到同一種媒質而受到不同折射的光線匯集到同一點上來。牛頓找到了望遠鏡“色差”的原因，並在兩年後製作出一架新望遠鏡。