伽利略于1630年左右开始撰写《世界大系统论》最开始的几页时，他曾两度说过，意大利科学（及贸易）处在被北方竞争者超过的危险之中。这是多么准确的一个预言啊。他当时想得最多的那个人就是天文学家约翰尼斯·开普勒，他于1600年28岁时到达布拉格，并在那里度过了他一生最有创造力的时期。他发现了三大定律，使哥白尼的体系从对太阳与行星的普遍描述变成了一个准确的数学公式。
首先，开普勒显示，一个行星的轨道只是大致为圆形的：那是一个很大的椭圆，太阳在其中稍稍偏离中心，处在一个焦点上。其次，行星并不是以匀速移动的：保持为常数的是连接行星与太阳的那根线扫过处在其轨道与太阳之间的那一个区域内的速率。第三，一个特别的行星进行一次轨道循环所需要的时间（一年）与其相距太阳的（平均）距离一起增大，而且相当准确。
牛顿于1642年圣诞日出生的时候，当时的天文学状况就是这样的。开普勒已经于12年前去世，伽利略于当年去世。不仅仅天文学，而且还有其他科学都站到了一十分水岭上：一位新的天才降生了，他看到了关键的一步，可以从已经在过去发挥了作用的描述当中前进，进入动态的、有因果关系的未来解释。
到1650年，文明世界的重心已经从意大利移到北欧。明显的原因是，包办贸易的通道已经有所不同了，那是因为美洲的发现造成的。地中海不再是其名字所隐含的意义，不再是世界的中心。世界的中心已经向北移动了，正如伽利略已经警告过的一样，到了大西洋的边缘上。不同的贸易出现以后，一种不同的政治观也出现了，同时，意大利与地中海都还在贵族统治之下。
新思想与新原则已经向前移动到北方海上探险的新教国家，也就是英国与荷兰。英国成为共和党人与清教徒的国家。荷兰人到了北海，抽干英国的沼泽地。沼泽地变成了干地。独立的精神在林肯郡狭长的街景与迷雾中显现，奥利佛·克伦威尔就在那里组建起自己的铁人部队。到1650年，英国已经成为一个共和国，统治君主的头已经被砍了下来。
牛顿于1642年出生在他母亲的伍尔斯托普之家，他父亲几个月前去世。他母亲改嫁了一阵子，牛顿交由其祖母照顾。他并非是一个严格意义上的无家可归的孩子，但是，从那个时候起，他与父母并无亲情存在。他一生都显示出无人爱的男子印象。他从来都没有结过婚。他看来从没有能够超脱出这样一种温暖的感觉：它使人的成就成为在其他人的陪伴下磨炼出来的思想的自然结果。反过来，牛顿的成就是孤独的，他总是担心别人会偷走他的成就，（也许他觉得）就如同他们偷走了他母亲一样。我们几乎不知道任何有关他在中学时的情况，也不知道他当大学生的时候是什么样子的。
牛顿从剑桥毕业后的两年，也就是1665与1666年是瘟疫年，大学关闭之后，他的大部分时间是在家乡度过的。他母亲当了寡妇，又回到了伍尔斯托普。在这里，他锤炼出了自己的黄金：数学。我们看过他的笔记，很明显牛顿接受的教育并不充足，他为自己证明了所了解的大部分数学知识。然后，他就开始进行原创性的发现了。他发明了流数，就是我们现在称为微积分的东西。牛顿使流数成为自己的秘密武器，他利用流数发现了自己的结果，但他是以常规的数学表达式表达出来的。
在此，牛顿还构思出万有引力的思想，并立即通过计算月亮围绕地球的转动而检验了这个思想。月亮对他来说是一个有力的象征。他的推论是，如果她因为地球的引力而沿着自己的轨道运转，那么，月亮就如同一个球体（比如一个苹果），并且被抛得很远：她在向地球落下，但其速度如此之快，竟然不断地错过地球——她不停地围绕着地球转动，因为地球是圆的。那么，吸引力有多大呢？
我推论，使行星保持在轨道上的力，反过来一定就是它们距离围绕其运转的中心的距离的平方；因此，将保持月球在其轨道上的力与地球表面的地心引力相比较，然后就发现这些力很接近。
这样的掩饰是牛顿的特点；事实上，他最初的大致计算已经接近了月球周期的准确值，也就是约27又1／4天。
当这样的数字就这么出来的时候，你明白它的意义，就像毕达哥拉斯也明白一样：自然的秘密已经掌握在你的手中了。万有法则掌管着天体的巨大时钟，月球在其中的运动是一种和谐的事件。这是你已经插入锁中的钥匙，然后又转动了，而自然已经通过数字的形式把对自己结构的确认交给人类了。但是，如果你是牛顿，你也不会发表的。
1667年回到剑桥之后，牛顿成为三一学院的研究员。两年之后，他的教授退出了数学系的位置。一般认为这会有利于牛顿，但事实不一定如此，然而，效果还是一样的：牛顿接到了任命。当时他只有26岁。
牛顿发表了他的第一篇光学著作。这是跟其他的一些伟大思想一样，也是在“1665和1666年的瘟疫年构思出来的，因为在那些日子里，我正处在发明的时期”。牛顿当时不在家里，而是回到了剑桥的三一学院，过了一个很短的时期，然后，瘟疫就来了。
我们发现，我们认为是解释物质宇宙的大师的一个人，竟然会从思考光的问题开始，这真是叫人奇怪。这里面有两个原因，其一，那是一个水上的世界，英国当时所有聪明人都在思考海上探险当中冒出来的一些问题。跟牛顿一样的人并不觉得自己是在进行技术研究，这是当然的，那是对他们的兴趣太过天真的解释。他们之所以去解决那些问题，是因为那是他们的重要前辈争论不休的问题，这是年轻人向来都愿意去做的事情。望远镜是当时的一个突出问题。的确，牛顿是在制作自己的望远镜的时候，才意识到白光中的色彩问题的。
当然，在此之下还有一个根本性的原因。物理现象总是由能量与物质之间的相互影响构成的。我们通过光而看到物质，物质的干扰使我们明白光的存在。这个思想构成每一位伟大的物理学家的世界，他们发现，不搞清一种就无法更深刻地理解另一种。
1666年，牛顿开始思考是什么引起透镜边缘的条纹这个问题，然后通过分光镜模拟其效果。每一个透镜在边缘上都是一个小小的分光镜。当然，分光镜让你看到彩色的光，这个事实是常见的，至少在亚里士多德对代就为人们所了解。但是，对于时间的解释也是一样古老的，因为他们没有对质量进行分析。他们只是简单地说，白光通过玻璃产生，在薄边会变暗一些，因此它会变红一点点。如果玻璃再厚一些，颜色就会更深一些，并且变成绿色。玻璃达到最厚的时候，它的颜色也会更深一些，因此而变成蓝色。真是了不起！因为这整个叙述当中什么也没有解释，绝对什么也没有解释清楚，但听起来很有道理。牛顿指出，没有解释清楚的明显的事情，在他让光线从一道裂缝中透过他的分光镜的时候就非常明显了。事情是这样的：太阳光以圆盘的形式进来，但出来的时候却是拉长的形状。人人都知道，光谱拉长了，但这一点对于那些有心观察的人来说，至少也知道有1000多年的时间了。但是，需要像牛顿这样的思想家才会去思索如何解释明显的事情。牛顿说，明显的事情在于光没有经过修饰，光被物理分隔开了。
从科学的解释来说，这是相当新颖的一个想法，让他的同时代人不可思议。罗伯特·胡克与他产生了争议，各种各样的物理学家与他争论，直到牛顿厌恶了所有争论时，他才写信给莱布尼茨：
我有关光的理论的出版招致很多讨论，我为这些讨论而吃尽了苦头，只能怨自己如此粗心大意，竟然放弃了沉默这种基本的好处而去追求什么阴影。
从那个时候起，他当真拒绝参加任何形式的辩论，当然也拒绝跟像胡克这样的一些学者进行辩论。他直到1704年才发表自己的光学著作，是胡克死后的一年，而且还事先向皇家科学院提出了警告：
我有意不再对哲学上的事情问东问西，因此，如果您发现我不再进行速一类的事情，希望您不要引以为怪。
但是，让我们从头开始吧，这是牛顿自己的话。
在1666年我自己制作了一个三角形的三棱镜，想借此试验一下众人传说的彩色现象。我把室内的光线调暗，在窗户上开了一个小口，然后形成一个小洞，让少量阳光方便地射进来，然后，我把三棱镜放在光线入口处，这样它就可以反射到对面的墙上。起初，看着因此而产生的耀眼和强烈的彩色是悦目的体验，但是，过了一会儿之后，我在全面检测这道光线的时候，很惊讶地发现它变成了长形，根据已经得到确证的折射原理，我原指望它会变成圆形的。
接着我看到，光线在向图象的一边延伸时，的确产生了折射，而且比另外一边的折射率高得多。因此，图象拉长的真正原因被检测出来，并非别的原因，而是说光是由具有不同折射率的光线组成的，根据其可折射的程度。这些光线就传递到了墙上的不同部分，而不管其入射角是怎样的。
光谱拉长的现象如今有了解释，那是因为彩色光线的散开而产生的。蓝色比红色弯曲或折射更多，这就是彩色光线的绝对特性。
然后，我再放上一只三棱镜，因此，光线就有可能从中通过，并再次折射，然后反射到墙上。完成了这件事情之后，我拿起第一只三棱镜，慢慢地绕着它的轴轻轻来回拨动，因而使图像变成几个部分……成功地通过三棱镜……这样一来，我就可以看到第二只三棱镜会把光线折射到墙面的什么地方。
当一种光线与另一种光线分开之后，它会顽固地保持自己的色彩，不管我费多大的劲也无法改变。
有了这个结果之后，传统的观点就被连根拔除了，因为，如果光线是通过玻璃进行修正的，第二个三棱角应该产生新的色彩，使红色变成绿色或蓝色。牛顿称这次实验为临界实验。它证明色彩一旦因为折射分开，它们就不能够再次改变了。
我以分光镜使其折射，并使其产生反射，使日光在分光镜作用下变成别的颜色。我以彩色空气膜截取光线，使其在两片紧压的玻璃片之间起调节作用。再使其通过彩色媒介，并通过以其他光线照射的媒介，并以各种方式终止照射。但是，无论如何也不能从中产生新的颜色。但是，最惊人，最叫绝的构成物就是白色光。没有哪一种光线能够单独组成白色。白光是合成光，必须有上述所有颜色才能够组成白光，并且以夸适的比例合成。我经常带着惊奇感发现，使三棱镜中所有的颜色聚积，因此而再次相混之后，就会再次产生光线，完全是纯粹的白色。
因此，可以这么说，白色是光线的一般颜色；因为光线是包括所有颜色的光线混合体，正如它们是从发光体的各个部分混杂射出一样。
这封信是牛顿于1672年被选为皇家科学院院士之后不久写给皇家科学院的。他证实自己是一种新的实验者，知道如何形成一门学说，知道如何准确地以各种方法加以测试。他为自己的成就感到自豪。
博物学家很少会料到，色彩的科学会变成如此数学化的科学，但是，我可以斗胆地说，色彩当中的科学里面有跟光学其他部分一样多的确定性。
牛顿已经开始在伦敦小有名气了，就如同在大学一样，一种颜色感看来传播到了那个大都会的世界，就好像光谱将它的光线分布在商人们带到首都的丝绸与香料上一样。画家的调色板颜色更多变了，人们产生了对于来自东方的色彩斑斓的物品的口味，使用很多颜色方面的字眼也成为时尚。这在当时的诗歌当中看得很清楚。牛顿发表《光学》一书的时候，亚历山大·蒲柏还是一个16岁的小孩子，他显然是比莎士比亚较少给人美感的一位诗人，但是，他使用的颜色字眼比莎士比亚多出三、四倍。例如，蒲柏描述泰晤士河中的鱼：
明亮的河鲈生着提尔染料一样的鳍，
大群的银色鳗鲡闪着光芒翻滚游动，
黄色的鲤鱼鳞片闪出黄金般的色泽，
迅疾的鳟鱼色彩斑斓，点缀着深红。
如果我们不知道这是在颜色上的一种练习，这首诗看起来一定让人费解。
人在都市出了名，无可避免地意味着新的争议。牛顿在给伦敦科学家的一些信件中透露出来的结果在人们中间传播。这就是自1676年开始，在微积分的首创权上发生了与哥特弗莱德·威尔汉姆·莱布尼茨长期痛苦的争执的原因。牛顿永远都不会相信，莱布尼茨虽然也是一位极有能耐的数学家，但不可能是独立完成微积分的。
牛顿想到了完全退出科学界，回到三一学院的象牙塔去。大庭院是一个宽敞的地方，可供一个学者过上安逸的生活，他在那里有自己的实验室，也有自己的花园。在尼维尔的后庭，伍伦的大图书馆正在兴建。牛顿捐了40英镑给这项建设基金。看起来他有可能过上大学的封闭生活，潜心于个人研究了。但最后，如果他拒绝在伦敦的科学家中间磨擦冲撞的话，他们也会到剑桥来找他争论一番的。
在1666年的瘟疫年里，牛顿构思出了万有引力的概念，并利用这个概念成功地描述了月球围绕地球的运动。看起来非同寻常的是，在接下来的近20年时间里，他却没有费力气去发表任何有关更大一个问题的文章，这就是地球围绕太阳的运动。障碍是有不少，但事实还是相当清晰的。仅仅在1684年，伦敦才引起了一场争论，是克里斯托法·伍伦爵士与罗伯特·胡克以及年轻的天文学家艾德蒙午·哈雷之间的争论。结果，哈雷到剑桥来找牛顿。
他们在一起呆了一阵子后，那位博士（哈雷）问他说，他觉得由行星描述的那条曲线套是个什么样子的，假定朝着太阳的吸引力是其距离的平方。艾萨克爵士立即回答说，那将是一个椭圆。这位博士听后非常高兴，也很惊奇，就问他是如何知道的。“啊，”他说，“那是我计算出来的。”此时，哈雷博士就请他立即计算一下，毫不耽误。艾萨克爵士看看他的纸片，但一下子找不出来，但保证会重新算一遍的，然后会寄给他。
牛顿花了从1684到1687的三年时间才写出了证明，结果篇幅很长，嗯，跟《原理》一样长。哈雷照料、哄骗甚至资助了《原理》一书的写作，而萨缪尔·佩皮斯也接受了它，请他出任1687年的皇家学会的会长。
当然，作为一个世界系统，从一出版开始，选本书便引起轰动。这是包含在一套法则之下的对世界的惊人描述。但更重要的是，它还是一个科学方法上的里程碑。我们把科学看成一系列的命题，一个接着一个，就如同来自欧几里德的数学一样。而且事实也的确如此。但是，直到牛顿将它转变成了一个物理系统，把数学从静态的描述转向了动态的描述，现代科学方法才真正开始活跃起来。