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这两年牛顿是在一个非常安静的环境里集中思考他所关注的几个问题，并且取得很大的进展。在这两年多时间里，他发明了流数术（微积分），发现了万有引力定律，通过实验证明了白光由各种颜色的光所组成。这短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月，他的三大成就：微积分、万有引力、光学分析的思想就是在这个时期孕育成形的，他的所有这些成就都是在25岁以前取得的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他未来人生科学创造的宏伟蓝图。
灾难给人们带来了只能呆在家里，不能出行这样大的麻烦，但是它却给了牛顿一个静心思考问题的绝好机会。
1667年复活节后不久，牛顿返回到剑桥大学，10月被选为三一学院初级院委，翌年获得硕士学位，同时成为高级院委。1669年，巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职，推荐26岁的牛顿继任卢卡斯讲座教授。巴罗让贤，在科学史上一直被传为佳话。1672年牛顿成为皇家学会会员，1703年他成为皇家学会终身会长。
牛顿并不善于教学，他在讲授最新发现的微积分时，学生都不能理解，接受不了。但他在解决疑难问题方面的能力却是远远超过了常人。还是学生时，牛顿就发现了一种计算无限量的方法。他用这个秘密的方法，算出了双曲面积到二百五十位数。他曾经用高价购买了一个棱镜，并把它作为科学研究的工具，用它试验了白光分解为的有颜色的光。开始他做观察和实验现都只是作为一种个人的消遣，为的是使自己在寂静的书斋中解闷，因此他并不愿意发表他所观察到的事实。他独自遨游在自己创造的非常有趣的世界里。后来，在好友哈雷的竭力劝说下，牛顿才勉强同意出版他的手稿，才有这本划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世。
作为大学教授，牛顿非常忙碌，在人们的印象中，他是一个不修边幅的人。他常常是不结领带，袜带也没系好，连马裤的纽扣都没扣好就走进了大学餐厅。有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而去。
牛顿是极坐标的创始人。牛顿在代数方面也作了经典的贡献，他大大推动了方程论。他发现实多项式的虚根必定成双出现。牛顿还设计了"牛顿方法"。
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