把简单的事情考虑得很复杂，可以发现新领域；把复杂的现象看得很简单，可以发现新定律。
——牛顿
（一）
英吉利共和国建立之后，新兴资产阶级所推崇的清教徒精神开始在不列颠大行其道。清教徒是英国国教中主张清除天主教残余的改革派。早在1534年，英王亨利八世（1509-1547年在位）为了与罗马教廷争夺英国教会的最高统治权便操纵议会通过《至尊法案》，宣布实行自上而下的宗教改革。《至尊法案》规定，英国教会正式脱离罗马教廷，英国国王或王后是教会的最高首脑。从此之后，罗马教廷便不再享有从英国征税和最高司法权等种种特权了。
英国国教虽然脱离了罗马教廷，但在此后的百余年间基本沿用了天主教教义、礼仪和主教制。直到16世纪60年代，清教徒兴起，英国国教中天主教残余才被逐渐清除出去。
清教徒信奉加尔文主义，认为《圣经》才是唯一最高权威，任何教会或个人都不能成为传统权威的解释者和维护者。也就是说，清教徒已经开始将注意力从宗教转向了世俗生活，更加关心“人的力量”，而不是“神的旨意”。
他们对一切都充满了信心，善于开拓创新，主张限制一切纵欲、享乐，甚至消费行为，而将消费性投入和支出全部用在生产性投资和扩大再生产上。这种勤俭、克制的清教徒精神必然导致资本的积累和产业的发展，在资本主义的原始积累阶段起到了至关重要的作用。
牛顿虽然是天主教徒，但却是在清教徒精神的影响之下成长起来的。因此，清教徒思想对牛顿的影响远比天主教思想的影响要大。
牛顿虽然性格比较孤僻，但却很善于钻研。1652年，9岁的牛顿自己动手制作了一个测量时间的仪器——日晷。
日晷是世界上最早的时间仪器之一。早在6000年前，古巴比伦人就发明了日晷。后来，中国人也独自发明了日晷，用于测量时间。日晷通常由指针和石制的圆盘组成，指针叫做“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用。因此，晷针又叫“表”，石制的圆盘叫做“晷面”。圆盘安放在石台上，呈南高北低，使其平行于天赤道面。这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。
晷面的正反两面被刻划出若干大格，每个大格代表一定的时间。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。
这种利用太阳光的投影来计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明，被人类使用了数千年之久。其实，早在1270年，意大利和德国就已经制造出早期的机械钟，但由于价格昂贵，这种机械钟直到牛顿生活的时代也没有进入平民百姓的家中。一般情况下，只有王宫贵族和教会才有财力使用这种昂贵的奢饰品，大部分人依然依靠看天晓时。
牛顿制造的日晷跟当时英国常见的日晷并没有什么不同之处。他找来一块石质圆盘，在其边缘上画了12个刻度，每个刻度代表1个小时。然后，他又用一根小木棍插在圆盘的中心。当阳光直射小木棍之时，小木棍的影子就会停留在某一刻度上。这样，牛顿就可以根据阳光的投影来判断时间了。
一个9岁的小男孩居然“发明”了测量时间的仪器，这件事情迅速在伍尔兹索普传开了，引来了无数人的围观。几个农民聚在村口的橡树下，议论道：
“嘿，听说牛顿家的艾萨克发明了测量时间的仪器。”
一个带着破草帽的农民回答说：
“可不是嘛！以后我们伍尔兹索普也有自己的‘钟表’了！”
另一个抱着孩子的妇人插嘴道：
“艾萨克才9岁呢！这么小就发明了测量时间的仪器，将来肯定能成为一个能工巧匠！”
从此，牛顿迷上了用影子计时的方法。多年之后，当他成为一个伟大的科学家之时，他仍然靠观察影子来判断时间，而不使用钟表。
（二）
在众人的交口称赞中，牛顿获得了莫大的满足。长这么大，他第一次感到自己并不是一个没用的人，而是一个“聪明的孩子”，这一切不正是知识改变的吗？牛顿学习和钻研的劲头更足了，很快，他就学完了两日制小学的所有课程。
在业余时间里，小牛顿将更多的时间用在发明创造上。有一次，他别出心裁地制造了一辆由曲柄带动的四轮小车。伍尔兹索普的孩子们立即被牛顿的这项新发明迷住了。他们纷纷来到牛顿的家中，和他一起玩耍，一会儿推着小车到农场上去运输蔬菜，一会儿又推着小车到山坡上去摘水果。
四轮小车再次让牛顿得到了莫大的荣誉，但他并不满足于此。他从舅舅的书房里找到了几本用拉丁语写的关于机械制造方面的书籍，如饥似渴地读了起来。
拉丁语是当时欧洲科学家和学者通信、写作通用的语言，对牛顿来说并不难，因为他在两日制小学里学到的知识已经足够应付拉丁语阅读了。这对牛顿日后在科学之路上的发展起着至关重要的作用。
不久，牛顿又动手制作了一只风筝，还别出心裁地在风筝的尾部挂了一盏灯笼。晚上的时候，牛顿和几个小伙伴一起把风筝放飞。那一闪一闪地灯笼就像是一颗高悬在空中的明星，让小伙伴们欢愉雀跃起来。
又有一天，牛顿突发奇想，想制造一架由老鼠推动的风车。他在农场里找了一些废旧的木料，仿照维萨姆河畔磨坊边上的风车，成功地造了一架小小的风车模型。
但与磨坊边上的风车不同的是，牛顿在风车木轮外边安装了一个小小的笼子。这个笼子有什么用处呢？
牛顿有自己的想法。风车制造出来之后，他就拿着铁锹和小水桶来到了农场上，四处寻找田鼠洞。可恶的田鼠在农场上四处打洞，偷吃粮食，是农民的敌人。牛顿决定好好惩罚一下这些“敌人”。
不一会儿，牛顿就找到了一个很深的田鼠洞。他先用铁锹在洞的周围挖了一个大坑，又用水桶往坑里灌水。洞里的田鼠经受不住水淹，一个个地窜了出来。牛顿眼疾手快，拿起空水桶，就把田鼠罩了起来。
牛顿站起来，擦了擦汗，喃喃自语道：
“嘿，看你们往哪里跑！还是乖乖地给我推风车吧！”
说着，牛顿又蹲下来，两手抓住桶沿，用力摇了起来。过了一会儿，他掀起水桶，只见那只田鼠已经被摇晕了，正乖乖地趴在地上呢！牛顿小心翼翼地抓住田鼠，一把塞进了他事先准备的小笼子里。
不久，田鼠恢复了体力，开始狂奔起来，田鼠的脚踩动了风车的木轮子，风车也跟着转了起来。
看着眼前的一切，牛顿得意地笑了。多么伟大的发明啊！现在，不用水力，风车也可以转动了。
第二天，牛顿带着自制的小风车来到学校，小伙伴们立即就被这精巧的小玩意儿吸引住了。他们围着牛顿议论纷纷，不停地称赞道：
“嘿！艾萨克，这风车可真棒！你是怎么想出来的？”
一个女孩子说：
“看，还有只小老鼠呢！太好玩儿了！艾萨克，给我也做一个吧！”
牛顿拍着胸脯说：
“好，没问题！”
学校附近的农民也被吸引过来了。他们看着牛顿的小发明，打趣道：
“嘿，艾萨克！我可以用你的风车来磨玉米吗？”
牛顿不好意思地挠了挠头，回答道：
“可是，它太小了，带不动磨盘呀！”
农民们被牛顿天真的样子逗乐了，哈哈大笑道：
“没关系，你这个能工巧匠以后肯定能制造出可以磨玉米的风车！”
（三）
在不断地发明和创造中，牛顿一天天长大了。但好景不长，他的继父史密斯牧师于1654年去世了，母亲又一次失去了依靠，只能带着3个幼小的孩子回到伍尔兹索普，重新过起艰难的生活。
母亲回来后，牛顿重新与母亲生活在一起，但他们之间的感情已经淡了很多。看着眼前的母亲，牛顿突然觉得她很陌生，仿佛是一个跟自己没有任何关系的陌生人一样。
1655年，12岁的牛顿小学毕业了。这个年龄的孩子说大不大，说小也不小了。当时，像这么大的男孩已经开始独立在农场上劳动了。但牛顿天生体弱，个头比同龄人矮了一大截，根本没办法承担繁重的农业劳动。
汉娜思前想后，决定再让牛顿读几年书，等他长得强壮一些，再让他回农场从事农业劳动。在母亲的安排下，牛顿来到镇上的格兰瑟姆公立中学攻读中学课程。汉娜在镇上有一个做药剂师的朋友克拉克先生，牛顿就寄宿在他的家里。
初到一个陌生的环境，牛顿显得更孤僻了。他每天都躲在药剂师家楼上的阁楼里，在墙上画一些鸟类、人物、船舶和植物的图案，动手制作一些小巧的仪器。
有一次，他从展览会上拿回一块小小的棱镜，就整天把自己关在阁楼里，认真观察，想弄明它是如何影响光照的。他关上门窗，在窗纸上戳了一个小小的孔，让阳光从孔里照进阁楼。然后，他拿着棱镜对着光柱，让阳光从棱镜中穿过。突然，对面的墙上出色了一道彩虹。
牛顿惊讶极了，在伍尔兹索普的时候，每年夏季，他都能在雨停后的午后看到挂在天边的彩虹。当时，他还以为那是上帝创造的彩桥呢！没有想到，人类也可以制造出美丽的彩虹。
牛顿如痴如醉地观察着美丽的彩虹，完全忘记了时间的存在。过了一会儿，他突然放下手中的棱镜，推门而出，一边跑一边喊：
“斯托瑞，斯托瑞，快来呀！”
斯托瑞是克拉克先生的女儿，和牛顿同龄，是一个漂亮的女孩。牛顿来到格兰瑟姆镇不久就跟她成了十分要好的朋友。在斯托瑞的面前，牛顿显得很成熟、很博学，似乎什么都知道。斯托瑞很崇拜他，也很乐意跟这个性格孤僻的男孩一起玩耍。
斯托瑞听到牛顿的呼唤，大声回应道：
“艾萨克，我在这里，出了什么事情？”
牛顿高声喊道：
“你到阁楼上来一下，我有好东西给你看。”
斯托瑞“噔噔”地跑上了阁楼，跟着牛顿进入了房间里。牛顿一把关上门，拿起棱镜，再次对准光柱。墙上的彩虹又出现了！
牛顿指了指那道美丽的彩虹，对斯托瑞喊道：
“快看，彩虹！”
斯托瑞跳了起来，高兴地说：
“真的，真的是彩虹！”
过了一会儿，斯托瑞问道：
“你是怎么制造出彩虹的呢？”
这个问题把牛顿问倒了，因为他所学的知识还不足以解释彩虹是怎样形成的。而且，当时的科学家们也没有人能正确地解释彩虹形成的原因。
远溯至亚里士多德时代，科学家就试图对彩虹作出合理的解释，但当时的观点是错误的。亚里士多德认为，光的本色是白色，像彩虹那样的有色现象是光的变态。红、黄色是变化最小的颜色，绿、蓝和紫色是变化最大的颜色。
在随后的几千年里，欧洲科学家们已经能用实验模仿天上的彩虹了，但光学理论始终没有什么发展。14世纪初，一位叫德奥多里克的德国传教士就曾利用阳光照射装满水的大玻璃球，观察到了和空中类似的彩虹。但他的解释没有摆脱亚里士多德的教义，继续认为各种颜色的产生是由于白光受到不同阻滞而引起的。
斯托瑞的问题引起了牛顿的强烈兴趣。彩虹到底是怎样形成的呢？阳光通过棱镜后为什么会呈现出五颜六色的颜色呢？带着这个问题，牛顿开始翻阅各种资料，希望能从以往的资料中找出正确的答案。
（四）
牛顿就读的格兰瑟姆中学执行严格的清教徒纪律，校长亨利·斯托克斯教授80多个男孩学习拉丁语、神学、希腊语和希伯来语。在当时的英国，这些已经是中学教授的全部课程了。
不过，出于实用的目的，斯托克斯还教授学生们一些算术，以便他们将来当农民时可以用数学运算来丈量土地。他教学生们测量面积和形状的大小，教学生们用类似于阿基米德估算圆周率的方法画圆的内切多边形，教学生们计算多边形的边长……
牛顿对数学很感兴趣，除了学习斯托克斯教授的内容之外，他已经开始研究阿基米德图表了。在克拉克先生家的那个小小阁楼里，墙上就涂满了各种图表。这些全部是牛顿的杰作。
除了在学校里如饥似渴地学习各种知识之外，牛顿一有机会就到克拉克的书房里找书读。作为药剂师，克拉克先生有一个小小的书房，里面收藏了一些关于自然科学的书籍。牛顿当时最常读的是一本名为《自然和艺术之谜》的书。这是几年前在伦敦出版的约翰·贝特的书。
牛顿的继父史密斯也有一些关于基督教的书，甚至还有一个保存了40年的笔记本。史密斯只在笔记本最初的几页标了页码，写下了几个有关神学的标题。除此之外，整个笔记本几乎全都是空白。史密斯去世之后，整个笔记本就归牛顿所有了。牛顿自己也有一个用牛皮纸装订成的小笔记本。他特意在封面上写上自己的名字，以表明这个笔记本归他所有。
牛顿小心翼翼地在笔记本上写满了字和数学公式，笔记上的主要内容都来自《自然和艺术之谜》。这本书内容零碎，但覆盖的知识面十分广泛，既有机械制造方面的知识，如喷水系统和烟火制造；也有艺术方面的内容，如素描和雕刻等。
在笔记本上，牛顿记录道：
“把要画的物体立在你面前，这样就不会遮挡光线。如果想要表现太阳，就画它在山后升起或降落时的情景；但是，如果画月亮，就要画它高挂在天空中的情景。”
牛顿还记录了一些调颜料、墨水、药膏和其他物质的方法：
“大海的颜色：9月13日左右，太阳进入天平宫时，采集女贞莓，在阳光下晒干、磨碎、浸泡……”
牛顿还从克拉克先生那里学会了用臼和杵研磨粉末、煅烧、水煮等许多实验方法。他和克拉克先生一起将实验所得的物质做成小球，放在太阳下晾晒。从此之后，牛顿就迷上了实验。他在笔记本上多次写道：
“各种实验之所以有用而且令人愉快，是因为它们混乱地搅在了一起。我们叫它们奢饰品。”
在抄书的同时，牛顿还尝试用自己所学的知识绘制和日晷有关的天文图表，并对之后24年的日历做了精细的计算。这些在同龄人看来十分枯燥的活动，牛顿却感到乐此不疲，就连他最好的朋友斯托瑞都觉得他疯了。