牛顿不但擅长数学计算 ， 而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验 。为了制造望远镜，他自己设计了研磨抛光机，实验各种研磨材料 。公元1668年，他制成了第一架反射望远镜样机，这是第二大贡献 。公元1671年 ， 牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会 ， 牛顿名声大震，并被选为皇家学会会员 。反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础 。
同时，牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算，比如研究惠更斯发现的冰川石的异常折射现象，胡克发现的肥皂泡的色彩现象 ， “牛顿环”的光学现象等等 。
牛顿还提出了光的“微粒说” ， 认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径 。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论 。此外，他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器 。
伟大的成就～构筑力学大厦
牛顿是经典力学理论的集大成者 。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作 ， 得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律 。
在牛顿以前 ， 天文学是最显赫的学科 。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行？天文学家无法圆满解释这个问题 。万有引力的发现说明 ， 天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配 。
早在牛顿发现万有引力定律以前 ， 已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题 。比如开普勒就认识到，要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用，他认为这种力类似磁力，就像磁石吸铁一样 。1659年，惠更斯从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力 。胡克等人认为是引力，并且试图推到引力和距离的关系 。
1664年 ， 胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果；1673年 ， 惠更斯推导出向心力定律；1679年，胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比 。
牛顿自己回忆，1666年前后，他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题 。最有名的一个说法是：在假期里，牛顿常常在花园里小坐片刻 。有一次，象以往屡次发生的那样，一个苹果从树上掉了下来……
一个苹果的偶然落地，却是人类思想史的一个转折点，它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍 ， 引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢？牛顿思索着 。终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力 。
牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题 。1679年，胡克曾经写信问牛顿，能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律，来证明行星沿椭圆轨道运动 。牛顿没有回答这个问题 。1685年，哈雷登门拜访牛顿时，牛顿已经发现了万有引力定律：两个物体之间有引力，引力和距离的平方成反比，和两个物体质量的乘积成正比 。
当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用 。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力，也证明了在太阳引力作用下 ， 行星运动符合开普勒运动三定律 。
在哈雷的敦促下，1686年底，牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书 。皇家学会经费不足，出不了这本书，后来靠了哈雷的资助 ， 这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版 。
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