牛頓二十三歲時,鼠疫流行于倫敦。劍橋大學(xué)為預(yù)防學(xué)生受傳染,通告學(xué)生休學(xué)回家避疫,學(xué)校暫時關(guān)閉。牛頓回到故鄉(xiāng)林肯郡鄉(xiāng)下。在鄉(xiāng)下度過的休學(xué)日子里,他從沒間斷過學(xué)習(xí)和研究。萬有引力、微積分、光的分析等發(fā)明的基礎(chǔ)工作,都是這個期間完成的。
那時,鄉(xiāng)下的孩子是常常用投石器打幾個轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)之后,把石拋得很遠(yuǎn)。他們還可以把一桶牛奶用力從頭上轉(zhuǎn)過,而牛奶不掉下來。
這些事實使他懷疑起來:“什么力量使投石器里面的石頭,以及水桶里的牛奶不掉下來呢?對于這個問題,他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他從浩瀚的宇宙太空,周行不息的行星,廣寒的月球,直至龐大的地球,進(jìn)而想到這些龐然大物之間力的相互作用。這時,牛頓一頭扎進(jìn)”引力“的計算和驗證中了。牛頓計劃用這個原理驗證太陽系各行星的行動規(guī)律。他首先推求月球距
地球的距離,由于引用的資料數(shù)據(jù)不正確,計算的結(jié)果錯了。因為依理推算月球圍繞地球轉(zhuǎn),每分鐘的向心加速度應(yīng)是十六英尺,但據(jù)推算僅得十三點九英尺。在失敗的困境中,牛頓毫不灰心和氣餒,反而以更大的努力進(jìn)行辛勤地研究。整整經(jīng)過了七個春秋寒暑,到三十歲時終于把舉世聞名的”萬有引力定律“全面證明出來,奠定了理論天文學(xué)、天體力學(xué)的基礎(chǔ)。
這時期牛頓還對光學(xué)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)了顏色的根源。一次,他在用自制望遠(yuǎn)鏡觀察天體時,無論怎樣調(diào)整鏡片,視點總是不清楚。他想,這可能與光線的折光有關(guān)。接著就實驗起來。他在暗室的窗戶上留一個小圓孔用來透光,在室內(nèi)窗孔后放一個三棱鏡,在三棱鏡后掛好白屏接受通過三棱鏡折進(jìn)的光。結(jié)果,大出意外,牛頓驚異地看到,白屏上所接受的折光呈橢圓形,兩端現(xiàn)出多彩的顏色來。
對這個奇異的現(xiàn)象,牛頓進(jìn)行了深入的思考。得知光受折射后,太陽的白光散為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色。因此,白光(陽光)是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七色光線匯合而成。自然界雨后天晴,陽光經(jīng)過天空中余圍的雨滴的折射、反射,形成五彩繽紛的虹霓,正是這個道理。
經(jīng)過進(jìn)一步研究,牛頓指出世界萬物所以有顏色,并非其自身有顏色。太陽普照萬物,各物體只吸收它所接受的顏色,而將它所不能接受的顏色反射出來。這反射出來的顏色就是人們見到的各種物體的顏色。這一學(xué)說準(zhǔn)確地道出顏色的根源,世界上自古以來所出現(xiàn)的各種顏色學(xué)說都被它所推翻。