艾萨克·牛顿_百度百科
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1月4日日会长英国著名的百科全书式的全才著有他在1687年发表的论文里对和三大运动定律进行了描述这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点并成为了现代工程学的基础他通过论证与他的引力理论间的一致性展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律为太阳中心说提供了强有力的理论支持并推动了科学革命在上牛顿阐明了和的原理提出[1]在光学上他发明了并基于对将白光发散成可见的观察发展出了颜色理论他还系统地表述了并研究了音速在上牛顿与分享了发展出学的荣誉他也证明了广义提出了以趋近函数的零点并为幂级数的研究做出了贡献在上牛顿提出制度[2]
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艾萨克o牛顿，百科全书式“全才”他在1687年发表的论文《自然定律》里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。提出牛顿运动定律，发明了反射望远镜和发展出微积分学。提出了“牛顿法”以趋近函数的零点和金本位制度。消除太阳中心说他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，消除了对太阳中心说，并推动了科学革命。戊戌变法的舆论来源牛顿的万有引力传入中国，康有为、梁启超和谭嗣同等人，从牛顿学说中寻找维新变法的根据。相关词条：外文名Isaac Newton国&&&&籍英国出生地英国& 伍尔索普村出生日期日逝世日期日职&&&&业物理学家、数学家毕业院校格兰瑟姆中学、信&&&&仰自然神论代表作品《》《光学》逝世地英国&伦敦 肯辛顿研究领域、、、等所获荣耀英国会长晚年任职英国皇家铸币厂厂长和督办智&&&&商290
日艾萨克·牛顿出生于林肯郡乡下的一个小村落伍尔索普村的伍尔索普Woolsthorpe庄园在牛顿出生之时英格兰并没有采用教皇的最新历法因此他的生日被记载为1642年的牛顿出生前三个月他同样名为艾萨克的父亲才刚去世由于早产的缘故新生的牛顿十分瘦小据传闻他的母亲Hannah Ayscough曾说过牛顿刚出生时小得可以把他装进一的中当3岁时他的母亲改嫁并住进了新丈夫巴纳巴斯·Barnabus Smith牧师的家而把牛顿托付给了他的外祖母玛杰里·艾斯库Margery Ayscough年幼的牛顿不喜欢他的继父并因母亲改嫁的事而对持有一些敌意牛顿甚至曾经写下威胁我的继父与生母要把他们连同房子一齐烧掉[3-4]
1648年牛顿被送去读书少年时的牛顿并不是他成绩一般但他喜欢读书喜欢看一些介绍各种制作方法的读物并从中受到启发自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意如木钟折叠式等等
传说小牛顿把风车的机械原理摸透后自己制造了一架的模型他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上然后在轮子的前面放上一粒玉米刚好那地方是可望不可及的位置老鼠想吃玉米就不断地跑动于是轮子不停地转动又一次他放风筝时在绳子上悬挂着小灯夜间村人看去惊疑是彗星出现他还制造了一个小水钟每天早晨小水钟会自动滴水到他的脸上催他起床他还喜欢绘画尤其喜欢刻家里墙角窗台上到处安放着他刻画的用以验看日影的[5]1654年牛顿进了离家有十几公里九龙的金格斯皇家中学读书牛顿的母亲原希望他成为一个农民但牛顿本人却无意于此而酷爱读书随着年岁的增大牛顿越发爱好读书喜欢沉思做科学小实验他在金格斯皇家中学读书时曾经寄宿在一位药剂师家里使他受到了化学试验的熏陶
牛顿在中学时代学习成绩很出众爱好读书对自然现象有好奇心例如颜色日影四季的移动尤其是的等等他还分门别类的记读书笔记又喜欢别出心裁地做些小工具小技巧小小试验[6]
当时英国社会渗透新思想牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚这可能是牛顿晚年的宗教生活所受的影响仅从这些的环境和活动中还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童
后来迫于生活困难母亲让牛顿停学在家务农赡养家庭但牛顿一有机会便埋首书卷以至经常忘了干活每次母亲叫他同佣人一道上市场熟悉做交易的生意经时他便恳求佣人一个人上街自己则躲在树丛后看书有一次牛顿的起了疑心就跟踪牛顿上市镇去发现他的外甥牛顿伸着腿躺在草地上正在聚精会神地钻研一个数学问题牛顿的好学精神感动了舅父于是舅父劝服了母亲让牛顿复学并鼓励牛顿上大学读书牛顿又重新回到了学校如饥似渴地汲取着书本上的营养
据Men of MathematicsE·T·贝尔E.T. Bell着和数学史介绍An introduction to the history of mathematicsH·H. Eves着两书记载牛顿在乡村学校开始学校教育的生活后来被送到了格兰瑟姆的国王中学并成为了该校最出色的学生在国王中学时他寄宿在当地的药剂师William Clarke家中并在19岁前往求学前与的继女安妮·斯托勒Anne Storer订婚之后因为牛顿专注于他的研究而使得爱情冷却斯托勒小姐嫁给了别人据说牛顿对这次的恋情保有一段美好的回忆但此后便再也没有其他的罗曼史牛顿也终生未娶
不过据和牛顿同时代的友人威廉·斯蒂克利William Stukeley所著的艾萨克·牛顿爵士生平回忆录Memoirs of Sir Isaac Newton's Life一书的描述斯蒂克利在牛顿死后曾访问过Vincent夫人也就是当年牛顿的恋人斯托勒小姐文森特夫人的名字叫作而不是安妮安妮是她的妹妹参见Arthur Storer而且夫人仅表示牛顿当年寄宿时对她只不过是怀有情愫的程度而已
从12 岁左右到17岁牛顿都在金格斯皇家学习在该校图书馆的窗台上还可以看见他当年的签名他曾从学校退学并在10月回到埃尔斯索普村因为他再度守寡的母亲想让牛顿当一名农夫牛顿虽然顺从了母亲的意思但据牛顿的同侪后来的叙述耕作工作让牛顿相当不快乐所幸金格斯皇家中学的校长亨利·斯托克斯Henry Stokes说服了牛顿的母亲牛顿又被送回了学校以完成他的学业他在18岁时完成了中学的学业并得到了一份完美的毕业报告
日他进入了的[6]在那时该学院的教学基于的学说但牛顿更喜欢阅读一些等现代哲学家以及和等天文学家更先进的思想1665年他发现了广义二项式定理并开始发展一套新的数学理论也就是后来为世人所熟知的微积分学在牛顿获得了学位而大学为了预防而关闭了在此后两年里牛顿在家中继续研究和[5]1669年被授予[7]
1689年他当选为国会议员牛顿在到1690年和1701年是皇家科学院的成员在1703年成为会长并任职24年之久在历任会长中仅次于同时也是的会员
牛顿通过了当时的查尔斯·孟塔古的提携迁到了作皇家铸币厂的监管一直到去世他主持了最大的重铸工作此职位一般都是闲职但牛顿却非常认真的对待身为皇家铸币厂的主管官员牛顿估计大约有20%的硬币是的为那些恶名昭著的罪犯定罪是非常困难的不过事实证明牛顿做得很好牛顿为此当上了
1705年牛顿被安妮女王封为[8]
牛顿在1670年代写了很多处理的文字解释的宗教小册子的宇宙信仰和拒绝二元论影响了牛顿的宗教观念在他发给的一个从未发表的手稿中他争议了三位一体的存在性[5]日格兰历伟大的艾萨克·牛顿逝世与很多杰出的英国人一样被埋葬在了他的墓碑上镌刻着让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在[9][5]
当西元1727年牛顿以85岁的高龄过世时英国人将他葬于西敏寺的前身是一个修道院1579年英国女王伊丽莎白一世将西敏寺改为学院校长由英国君主任命西敏寺的正式名称因此改为威斯敏斯特圣彼得学院教堂其后三个世纪西敏寺成为牛津与剑桥之后的第三所英国高等学府诗人(Alexander Pope为牛顿写下了以下这段墓志铭Nature and Nature' l God said,&Let Newton be,& and all was light自然与自然的定律都隐藏在黑暗之中上帝说&让牛顿来吧&于是一切变为光明
九百多年来西敏寺除了供信徒作礼拜祈祷膜拜之外也是英国庆典的重要场所英国的社会名流无不以死后能安葬于此为荣耀而根据统计占地面积达2972平方米的西敏寺威斯敏斯特圣彼得学院教堂内安葬了共三千三百多人包括很多当代的知名人士如……无数位在英国有着深远影响的历史人物都安息在西敏寺中也有许多名人本身并没葬在这里却有写上其名字的石板子嵌在地上作为纪念而里头最著名的便是牛顿他是人类历史上第一个获得国葬的自然科学家
他的墓地位于威斯敏斯特教堂正面大厅的中央也就是中殿 (nave) 那里墓地上方耸立著一尊牛顿的雕像其石像倚坐在一堆书籍上双手没有合十身边有两位天使还有一个巨大的地球造型以纪念他在科学上的功绩
不管牛顿的生平有过多少谜团和争议但这都不足以降低牛顿的影响力1726年曾说过牛顿是最伟大的人因为他用真理的力量统治我们的头脑而不是用武力奴役我们
事实上如果你查阅一部科学百科全书的索引你会发现有关牛顿和他的定律及发现的材料要比任何一位科学家都多二到三倍莱布尼茨并不是牛顿的朋友他们之间曾有过非常激烈的争论但他写道从世界的开始直到牛顿生活的时代为止对数学发展的贡献绝大部分是牛顿做出的伟大的法国科学家写到原理是人类智慧的产物中最卓越的杰作经常说牛顿是有史以来最伟大的天才
在美国学者所著的牛顿名列第2位仅次于书中指出在牛顿诞生后的数百年里人们的生活方式发现了翻天覆地的变化而这些变化大都是基于牛顿的理论和发现在过去500年里随着现代科学的兴起大多数人的日常生活发生了革命性的变化同1500年前的人相比我们穿着不同饮食不同工作不同更与他们不同的是我们还有大量的闲暇时间科学发现不仅带来技术上和经济上的革命它还完全改变了政治宗教思想艺术和哲学
2003年英国广播公司在一次全球性的评选最伟大的英国人活动当中牛顿被评为最伟大的英国人之首在伟大的英国人系列纪录片中专门编辑了牛顿专集的历史学家特里斯特拉姆·亨特表示全球的公众意识到牛顿的成就是世界性的而且对全人类都产生影响这些投票者显然都跨越了国界他对于牛顿的感到高兴[11]1679年牛顿重新回到力学的研究中引力及其对行星轨道的作用开普勒的与胡克和弗拉姆在力学上的讨论他将自己的成果归结在物体在轨道中之运动1684年一书中该书中包含有初步的后来在原理中形成的运动定律[7]
现常简称作在的鼓励和支持下出版于该书中牛顿阐述了其后两百年间都被视作真理的三大运动定律牛顿使用拉丁单词gravitas沉重来为现今的引力gravity命名并定义了万有引力定律在这本书中他还基于提出了首个分析测定空气中音速的方法[7]
由于原理的成就牛顿得到了国际性的认可并为他赢得了一大群支持者牛顿与其中的瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒建立了非常亲密的关系直到1693年他们的友谊破裂这场友谊的结束让牛顿患上了神经衰弱[7]
牛顿在等人工作的基础上进行深入研究总结出了物体运动的三个基本定律
第一定律即定律
任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡时Fnet=0总保持匀速直线运动或静止状态直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止
①是力的瞬时作用规律力和加速度同时产生同时变化同时消逝②F=ma是一个方程应用时应规定正方向凡与正方向相同的力或加速度均取正值反之取负值一般常取加速度的方向为正方向③根据力的独立作用原理用牛顿第二定律处理物体在一个内运动的问题时可将物体所受各力正交分解在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式Fx=maxFy=may列方程
牛顿第二定律的六个性质①因果性力是产生加速度的原因②同体性F合ma对应于同一物体　③矢量性力和加速度都是矢量物体加速度方向由物体所受合外力的方向决定牛顿第二定律数学表达式∑F = ma中等号不仅表示左右两边数值相等也表示方向一致即物体加速度方向与所受合外力方向相同④瞬时性当物体质量一定所受外力发生突然变化时作为由力决定的加速度的大小和方向也要同时发生突变当合外力为零时加速度同时为零加速度与合外力保持一一对应关系牛顿第二定律是一个瞬时对应的规律表明了力的瞬间效应⑤相对性自然界中存在着一种在这种坐标系中当物体不受力时将保持或静止状态这样的坐标系叫惯性参照系地面和相对于地面静止或作匀速直线运动的物体可以看作是惯性参照系只在惯性参照系中才成立⑥独立性作用在物体上的各个力都能各自独立产生一个加速度各个力产生的加速度的失量和等于合外力产生的加速度
适用范围①只适用于低速运动的物体与光速比速度较低②只适用于物体牛顿第二定律不适用于原子③参照系应为惯性系两个物体之间的作用力和在同一直线上大小相等方向相反详见
表达式　F=-F'　F表示F'表示反作用力负号表示反作用力F'与作用力F的方向相反
这三个非常简单的物体运动定律为力学奠定了坚实的基础并对其他学科的发展产生了巨大影响第一定律的内容伽利略曾提出过后来R.笛卡儿作过形式上的改进伽利略也曾非正式地提到第二定律的内容第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩J·沃利斯和C·惠更斯等人的结果之后得出的
牛顿是的发现者他在年开始考虑这个问题万有引力定律Law of universal gravitation是在1687年于上发表的1679年R·胡克在写给他的信中提出引力应与距离平方成反比地球高处抛体的轨道为假设地球有缝抛体将回到原处而不是像牛顿所设想的轨道是趋向地心的螺旋线牛顿没有回信但采用了胡克的见解在开普勒行星运动定律以及其他人的研究成果上他用导出了万有引力定律
牛顿把地球上物体的力学和统一到一个基本的力学体系中创立了理论体系正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律实现了自然科学的第一次大统一这是人类对自然界认识的一次飞跃
牛顿指出流体粘性与剪切率成正比他说流体部分之间由于缺乏润滑性而引起的阻力如果其他都相同与流体部分之间分离速度成比例在此把符合这一规律的流体称为其中包括最常见的水和空气不符合这一规律的称为
在给出平板在气流中所受阻力时牛顿对气体采用粒子模型得到阻力与攻角正弦平方成正比的结论这个结论一般地说并不正确但由于牛顿的权威地位后人曾长期奉为信条20世纪T·卡门在总结空气动力学的发展时曾风趣地说牛顿使飞机晚一个世纪上天
关于声的速度牛顿正确地指出声速与大气压力平方根成正比与密度平方根成反比但由于他把声传播当作等温过程结果与实际不符后来P.-S.拉普拉斯从绝热过程考虑修正了牛顿的声速公式[5]大多数现代历史学家都相信牛顿与莱布尼茨独立发展出了学并为之创造了各自独特的符号根据牛顿周围的人所述牛顿要比莱布尼茨早几年得出他的方法但在1693年以前他几乎没有发表任何内容并直至1704年他才给出了其完整的叙述其间莱布尼茨已在1684年发表了他的方法的完整叙述此外莱布尼茨的符号和被欧洲大陆全面地采用在大约1820年以后英国也采用了该方法莱布尼茨的笔记本记录了他的思想从初期到成熟的发展过程而在牛顿已知的记录中只发现了他最终的结果牛顿声称他一直不愿公布他的微积分学是因为他怕被人们嘲笑牛顿与瑞士尼古拉·法蒂奥·丢勒Nicolas Fatio de Duillier的联系十分密切后者一开始便被牛顿的所吸引1691年丢勒打算编写一个新版本的牛顿但从未完成它一些研究牛顿的传记作者认为他们之间的关系可能存在爱情的成分不过在1694年这两个人之间的关系冷却了下来在那个时候丢勒还与莱布尼茨交换了几封信件
在1699年初皇家学会牛顿也是其中的一员的其他成员们指控剽窃了牛顿的成果争论在1711年全面爆发了牛顿所在的英国皇家学会宣布一项调查表明了牛顿才是真正的发现者而莱布尼茨被斥为骗子但在后来发现该调查评论莱布尼茨的结语是由牛顿本人书写因此该调查遭到了质疑这导致了激烈的牛顿与莱布尼茨的微积分学论战并破坏了牛顿与莱布尼茨的生活直到后者在1716年逝世这场争论在英国和欧洲大陆的数学家间划出了一道鸿沟并可能阻碍了英国数学至少一个世纪的发展
牛顿的一项被广泛认可的成就是广义二项式定理它适用于任何幂他发现了牛顿恒等式牛顿法分类了立方面曲两变量的三次多项式为有限差理论作出了重大贡献并首次使用了分式指数和坐标几何学得到的解他用趋近了调和级数的部分和这是求和公式的一个先驱并首次有把握地使用幂级数和反转revert幂级数他还发现了π的一个新公式
他在1669年被授予数学教授席位在那一天以前或牛津的所有成员都是经过任命的圣公会牧师不过卢卡斯教授之职的条件要求其持有者不得活跃于教堂大概是如此可让持有者把更多时间用于上牛顿认为应免除他担任神职工作的条件这需要的许可后者接受了牛顿的意见这样避免了牛顿的观点与圣公会信仰之间的冲突
17世纪以来原有的和代数已难以解决当时生产和自然科学所提出的许多新问题例如如何求出物体的瞬时速度与加速度如何求曲线的及曲线长度行星路程矢径扫过的面积极大极小值如远日点最大射程等体积引力等等尽管牛顿以前已有对数无穷级数等成就但还不能圆满或普遍地解决这些问题当时笛卡儿的几何学和的无穷算术对牛顿的影响最大牛顿将以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法正流数术微分和反流数术积分反映在1669年的运用无限多项方程1671年的流数术与无穷级数1676年的曲线求积术三篇论文和原理一书中以及被保存下来的1666年10月他写的在朋友们中间传阅的一篇手稿论流数中所谓流量就是随时间而变化的自变量如xysu等流数就是流量的改变速度即变化率写作等他说的差率变率就是微分与此同时他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开牛顿利用它还发现了其他无穷级数并用来计算面积积分解方程等等1684年莱布尼兹从对曲线的切线研究中引入了和拉长的S作为微积分符号从此牛顿创立的在大陆各国迅速推广
微积分的出现成了数学发展中除几何与代数以外的另一重要分支牛顿称之为借助于无限多项方程的分析并进一步进进发展为微分方程等等这些又反过来促进了的发展例如瑞士J.曾征求最速降落曲线的解答这是变分法的最初始问题半年内全欧数学家无人能解答1697年一天牛顿偶然听说此事当天晚上一举解出并匿名刊登在哲学学报上伯努利惊异地说从这锋利的爪中我认出了雄狮
微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就牛顿为解决运动问题才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的牛顿称之为&流数术&它所处理的一些具体问题如切线问题求积问题瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等在牛顿前已经得到人们的研究了但牛顿超越了前人他站在了更高的角度对以往分散的结论加以综合将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法微分和积分并确立了这两类运算的互逆关系从而完成了微积分发明中最关键的一步为近代科学发展提供了最有效的工具开辟了数学上的一个新纪元
牛顿没有及时发表微积分的研究成果他研究微积分可能比莱布尼茨早一些但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早
在牛顿和莱布尼茨之间为争论谁是这门学科的创立者的时候竟然引起了一场悍然大波这种争吵在各自的学生支持者和数学家中持续了相当长的一段时间造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立英国数学在一个时期里闭关锁国囿于民族偏见过于拘泥在牛顿的流数术中停步不前因而数学发展整整落后了一百年
1707年牛顿的代数讲义经整理后出版定名为普遍算术他主要讨论了代数基础及其通过解方程在解决各类问题中的应用书中陈述了代数基本概念与基本运算用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程同时对方程的根及其性质进行了深入探讨引出了方程论方面的丰硕成果如他得出了方程的根与其判别式之间的关系指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数即牛顿幂和公式
牛顿对解析几何与综合几何都有贡献他在1736年出版的解析几何中引入了中心给出密切线圆或称曲线圆概念提出曲率公式及计算曲线的曲率方法并将自己的许多研究成果总结成专论枚举于1704年发表此外他的数学工作还涉及概率论和初等数论等众多领域
牛顿在前人工作的基础上提出流数fluxion法建立了二项式定理并和G.W.莱布尼茨几乎同时创立了微积分学得出了积分的概念和运算法则阐明了求导数和求积分是互逆的两种运算为数学的发展开辟了一个新纪元
在一六六五年刚好二十二岁的牛顿发现了二项式定理这对于微积分的充分发展是必不可少的一步二项式定理在组合理论开高次方求和以及差分法中有广泛的应用
二项式级数展开式是研究级数论函数论数学分析方程理论的有力工具在今天我们会发觉这个方法只适用于n是正整数当n是正整数123....... 级数终止在正好是n+1项如果n不是正整数级数就不会终止这个方法就不适用了但是我们要知道那时在一六九四年才引进函数这个词在微积分早期阶段研究超越函数时用它们的级来处理是所用方法中最有成效的[5]牛顿曾致力于颜色的现象和光的本性的研究1666年他用三棱镜研究日光得出结论白光是由不同颜色即不同波长的光混合而成的不同波长的光有不同的折射率在可见光中红光波长最长折射率最小紫光波长最短折射率最大牛顿的这一重要发现成为光谱分析的基础揭示了光色的秘密牛顿还曾把一个磨得很精曲率半径较大的凸透镜的凸面压在一个十分光洁的平面玻璃上在白光照射下可看到中心的接触点是一个暗点周围则是明暗相间的同心圆圈后人把这一现象称为牛顿环他创立了光的微粒说从一个侧面反映了光的运动性质但牛顿对光的波动说并不持反对态度
1704年牛顿著成光学系统阐述他在光学方面的研究成果其中他详述了光的粒子理论他认为光是由非常微小的微粒组成的而普通物质是由较粗微粒组成并推测如果通过某种炼金术的转化难道物质和光不能互相转变吗物质不可能由进入其结构中的得到主要的动力吗牛顿还使用制造了原始形式的摩擦
提出光的微粒说
从1670年到1672年牛顿负责讲授在此期间他研究了光的折射表明棱镜可以将白光发散为彩色光谱而透镜和第二个棱镜可以将彩色光谱重组为白光他还通过分离出单色的光束并将其照射到不同的物体上的实验发现了不会改变自身的性质牛顿还注意到无论是反射散射或发射色光都会保持同样的颜色因此我们观察到的颜色是物体与特定有色光相合的结果而不是物体产生颜色的结果
从这项工作中他得出了如下结论任何折光式都会受到光散射成不同颜色的影响并因此发明了现称作来回避这个问题他自己打磨镜片使用牛顿环来检验镜片的光学品质制造出了优于折光式望远镜的仪器而这都主要归功于其大直径的镜片1671年他在皇家学会上展示了自己的反射式望远镜皇家学会的兴趣鼓励了牛顿发表他关于色彩的笔记这在后来扩大为Opticks一书但当批评了牛顿的某些观点后牛顿对其很不满并退出了辩论会两人自此以后成为了敌人这一直持续到去世
牛顿认为光是由粒子或微粒组成的并会因加速通过光密介质而折射但他也不得不将它们与波联系起来以解释光的衍射现象而其后世的物理学家们则更加偏爱以纯粹的来解释衍射现象现代的光子以及的思想与牛顿对光的理解只有很小的相同点
在1675年的著作解释光属性的解说Hypothesis Explaining the Properties of Light中牛顿假定了的存在认为粒子间力的传递是透过以太进行的不过牛顿在与神智学家Henry More接触后重新燃起了对炼金术的兴趣并改用源于汉密斯神智学Hermeticism中粒子相吸互斥思想的神秘力量来解释替换了先前假设以太存在的看法拥有许多牛顿炼金术著作的经济学大师约翰·梅纳德·凯恩斯曾说牛顿不是理性时代的第一人他是最后的一位炼金术士但牛顿对炼金术的兴趣却与他对科学的贡献息息相关而且在那个时代炼金术与科学也还没有明确的区别如果他没有依靠神秘学思想来解释穿过真空的超距作用他可能也不会发展出他的引力理论[5]牛顿确定了即当物体表面与周围有温差时单位时间内从单位面积上散失的与这一温差成正比[5]牛顿创制了他用质点间的万有引力证明密度呈球对称的球体对外的引力都可以用同质量的质点放在中心的位置来代替他还用万有引力原理说明的各种现象指出潮汐的大小不但同的位相有关而且同太阳的方位有关牛顿预言地球不是正球体岁差就是由于太阳对赤道突出部分的摄动造成的[5]牛顿的思想基本属于自发的他承认时间空间的客观存在如同历史上一切伟大人物一样牛顿虽然对人类作出了巨大的贡献但他也不能不受时代的限制例如他把时间空间看作是同运动着的物质相脱离的东西提出了所谓绝对时间和的概念他对那些暂时无法解释的归结为上帝的安排提出一切行星都是在某种外来的第一推动力作用下才开始运动的说法
牛顿最重要的著作1687年出版该书总结了他一生中许多重要发现和研究成果其中包括上述关于物体运动的定律他说该书所研究的主要是关于重轻流体抵抗力及其他吸引运动的力的状况所以我们研究的是自然哲学的数学原理该书传入中国后中国数学家曾译出一部分但未出版译稿也遗失了现有的中译本是数学家翻译的书名为1931年初版195719582006年三次重印[5]在中小学教科书中学生们肯定不止一次接触到牛顿这一的名字正如人们所熟知的那样他是英国伟大的物理学家和提出过万有引力定律力学三大定律白光由各色光组成的理论并开创了微积分学等等在·怀特所著的100位杰出人物一书中艾萨克·牛顿年被列为最具影响力人物之第二排在之后耶稣基督之前他之所以能够获得如此殊荣当然是因为他对科学发展的杰出贡献　　人们往往倾向于把科学史上具有划时代意义的伟大科学家看作是品德高尚的天才和圣人无数荣誉和光环围绕着他们使人们难以了解他们作为的真实性情新近出版的牛顿传最后的士通过大量翔实的资料和原始档案还原了一个真实的牛顿　　这位站立在巫术终结和科学兴起的历史上的天才通过对未知世界的探索使他成为有史以来科学家之一也使他将自己一生中更多的精力花费在炼金术上牛顿总共留下50多万英文单词的炼金术手稿和100多万单词的神学手稿而这些工作与他的很难说是毫无关联的除此之外他还专门研究过治疗想像中他所患疾病的药物　　此书作者基于科学发生学的视角提出了牛顿痴迷炼金术与奠立近代科学基础之间的重大关联他借助牛顿遗留下来的重要信件和从未发表过的笔记阐释了牛顿从事炼金术和神学研究对于他发现万有引力以及后来进行的统一场论研究的作用　　值得一提的是直到1936年牛顿真实的另一面才逐渐显露出来而这要归功于20世纪的经济学大师牛顿研究者约翰·梅纳德·凯恩斯当时有一批牛顿遗留下来的文件在苏富比拍卖这些文件是大约50年前由剑桥大学所接受的捐赠中被认为不具科学价值的一部分收藏品结果凯恩斯在拍卖中购得这批文件　　凯恩斯在研读这批从未向世人公布过的秘密文件后于1942年在英国皇家学会发表演说将历史上这位最著名和最崇高的科学家描绘成一个受到争议的性格偏执者凯恩斯对牛顿的重新评价值得我们正视和思考从18世纪以来牛顿一向被认为是第一个也是最伟大的近代科学家是一个理性主义者他教导我们作出冷静的思考和无偏的推理可是现在我要说我不认为如此我不认为任何人在看完那一箱文件之后还会把他看成是那样一位道德高尚的伟人　　莱布尼茨和牛顿各自独立地创造了微积分尽管牛顿发现微积分要比莱布尼茨早若干年但他很晚才出版自己的著作于是谁是微积分的第一创造者成了当时科学界争吵的一件大事牛津大学教授基尔在&哲学通报&上发表一篇讨论离心力的文章文中把发明微积分的主要功劳记在牛顿名下同时也提到了莱布尼兹&哲学通报&到达莱布尼兹手上立即惹怒了他莱布尼兹寄信给皇家学会要求收回那种说法当莱布尼兹在&教师学报&上写了一篇评论严厉批评牛顿的工作时立场坚定的争论就开始了莱布尼兹使用的外交手段是把自己隐藏在无所不知的编辑名义下匿名写下这篇评论的而&教师学报&是莱布尼兹本人在1682年创办并自任主编的杂志那并非一场公开的战争莱布尼兹一方面在大众面前赞扬牛顿一方面唆使别人特别要约翰伯努利写信攻击牛顿来为他辩护伯努利照他的意思去做没有在信上署名莱布尼茨请求英国皇家学会予以裁定而作为皇家学会会长的牛顿指定了一个公正的委员会来审查皇家学会发表结论正式谴责莱布尼茨剽窃　　至于牛顿为什么痴迷于炼金术我们要考虑他所处的时代背景.在17世纪炼金术和化学掺杂在一起因为这时的化学还没有从炼金术中脱离出来一个人要想研究化学而不接触炼金术是不可能的因为没有人可以找出一本17世纪的没有炼金术内容化学著作而牛顿对于化学一定充满了求知欲所以他像研究数学物理那样去研究化学而可以供他参考自学的书只有炼金术著作所以他不得不选择炼金术其实试图把化学从炼金术中分离出来的就是牛顿因为他曾经写过一本名叫化学的书后来在那次大火中被烧毁了所以他对化学的贡献我们一无所知留下的只是他学习过程中的一些手稿一些没有经过分离的炼金术资料　　如果我们以今天的眼光来审视炼金术我们应当承认它至少带来了一些有用的技术和工具并且炼金术可能或多或少地激发了牛顿的灵感有助于他在科学领域中的探索和发现　　科学巨人同样可能走向歧途他们的人格或个性也可能存在着这样或那样的缺陷但是他们对世界文明的贡献是第一位的而这些有利于社会进步的探索永远不会被贬低或者忘却[12]是牛顿最著名的发现牛顿警告不可用此发现把宇宙看成只是机器犹如一个大时钟他说重力解释行星的运行但不能解释谁使行星运行上帝治理万物知道一切可做或能做的事但是牛顿不相信三位一体论和救恩而且讽刺的是他是神圣的剑桥大学三一学院的院士著名科学哲学家李察·威斯科称牛顿为原型自然神论者proto-deist所谓论是相信神创造这世界之后就让自然规律去统治这个世界自己再不插手世界在自然规律的支配下运转牛顿正是抱着这种宇宙观所以牛顿对事情的解释是自然规律加概率当然没祷告什么事在他那部著名的著作里面牛顿明确地说他认为天体之所以会运动是因为上帝创造了万物以后 也设定了各种自然规律 比如运动定律等等上帝先把它们一推然后天体就按动者恒动的定律一直运动下去事物都就按照自然规律和概率顺其自然的发生不再作任何事情牛顿的宇宙观属于宗教的另外一个分支也叫做机械宇宙观或者钟表宇宙观这种见解当然与基督教的基本教义相去甚远难怪循道会创始人John Welsey对牛顿的信仰表示怀疑
牛顿生活的年代相当于明亡之前一年到清雍正5年自然哲学的数学原理一书发表的时间相当于康熙25年从牛顿原理发表的1687年到1840年的150余年间牛顿物理学和天文学知识几乎没有传到中国原理一书的基本内容直到鸦片战争之后才在中国传播
哥白尼的太阳中心说开普勒的椭圆轨道牛顿的万有引力三者相继传入中国它们和中土奉为圭臬的天动地静天圆地方阴阳相感的传统有天壤之别这就不能不引起中国人的巨大反响牛顿学说在中国的传播决不只是影响了学术界唤醒了人们对于科学真理的认识更重要的是也为中国资产阶级改革派发起的1898年提供了一种舆论准备这个运动的主将梁启超和等人无一例外地从牛顿学说中寻找维新变法的根据尤其是牛顿在科学上革故图新的精神鼓舞了清代一切希望变革社会的有志之士[11]
科学与神学
牛顿活了80岁但他40年用于科学研究另外40年他居然沉迷于他用许多科学现象来证明上帝的存在甚至在研究地球有多少岁时他居然用推算出6000年这样鲜明的对比很难让人们把这些事与这个科学巨人联系起来[13]
唯一的遗憾
牛顿一生科学贡献卓越 智商290的他是近代科学的鼻祖 他开拓了向科学进军的新纪元 但却因羞于向女孩表白而白白失去结婚的机会 然后终生未婚也未育 便没有他的后人的哲学讲求的和谐求和谐思想是正确的但亚里士多德认为天上的日月星辰的运行轨道是圆形因为只有圆运动才是完美的和谐的而地上的运动例如重物直线下落是凡俗的古希腊哲学家的和谐思想不能在天与地之间连贯到了牛顿用引力理论和运动三定律把天上行星和它们的运动规律同地上重力下坠的现象统一起来实现了天上人间的统一这是牛顿在自然哲学上的伟大贡献众所周知牛顿在理解光的本质上持微粒说但他在同胡惠更斯等讨论光的本质时说光具有这种或那种本能激发以太的振动这意味着以太是光振动的媒<img title="牛顿的著作自然哲学之数学原理" style="float:" picsrc="b7beec28" data-layout="right" width="600" height="831" url="http://h./baike/s%3D220/sign=5f1bf616afcbdbc5b784/63d9f2de078bf603c2cf.jpg" compressw="158" compressh="220" useredit="1" />质见以太论于此似乎牛顿对光的双重性有所理解其实不然他对以太媒质之存在极似空气之无所不在只是远为稀薄微细而具有强有力的弹他又申说就是由于以太的动物气质才使肌肉收缩和伸长动物得以运动他又进一步以以太来解释光的反射与折射透明与不透明以及颜色的产生他甚至于设想地球的引力是由于有如以大气质不断凝聚使然原理第二编第六章诠释的结尾说从记忆中他曾做实验倾向于以太充斥于所有物体的空隙之中的说法虽然以太对于引力没有觉察的影响1415世纪以来的学者对以太着了迷以太学说风靡一时当时科学巨擘笛卡儿对以太存在深信不疑他认为行星之运行可以以太旋涡来解释以太学说成为一时哲学思潮尊重实验的牛顿也不免卷入这股哲学思潮激流中去倾向于它存在当时人们对超距作用看法不一牛顿曾经指出他的定律并不认为是最终的解释而只是从实验中归纳出来的一条规则因此牛顿并未就引力本质作出结论
牛顿在科学上的成就须由他的哲学思想和来寻根求源牛顿的学生R.科茨曾在原理第2版序言中道出了其中的奥妙古的哲学家凭着对自然现象的观察和思考中国战国时期也有类似之处总结出论断例如的学说万物的根源是水即使像卢克莱修的总的来说来评价还是很高的但是他们的方法凭天才的臆测思维与辩论称之为思辨哲学到了中世经院哲学统治着欧洲科学哲学沦为神学的奴婢到1516世纪哥白尼G.布鲁诺伽利略等人不畏入狱火刑等坚持不屈地向教会作斗争挣脱了侍奉上帝的桎梏对自然现象的观察测量和实验的风气逐渐形成了在物理学科中伽利略的实验工作是的开端牛顿深受其影响随后牛顿使作为实验科学的物理学形成一个光辉体系同时也使方法闯入了哲学思想的殿堂
牛顿认为从现象中可以得出科学原理或者说科学基本原理可以从现象中导得或推出牛顿在原理和光学两书中明白表达他的做学问的方法即要明白无误地区别猜测假设和实验结果及由此而归纳得出的结论还有从某些假设条件下所得到数学推导原理第一编十四章中处理细微粒子的运动和第二编命题23中设想气体中有相互排斥质点的模型都是牛顿运用具有物理实质性的数学模型的例子但是他对这些问题缺少实质性的实验证据未能写出无可辩驳的论述论者可能认为牛顿只注重从实验运用归纳法得出定律而无视演绎法的重要性这是有违事实的1713年牛顿在出版原理第2版时在给他的学生科茨的信中提到运动定律是居于首位的定律或称之为公理并说它们都是从现象中推断或称演绎而来的并运用归纳法使之普适化牛顿说这是一个命题在哲学中所能达到的最高境界的例证诚然必须看到归纳与演绎不能人为地对立起来指出归纳和演绎正如分析和综合一样是必然相互联系着的不应当牺牲一个而把另一个捧到天上去牛顿在此早着先鞭关于实验与假设之间的关系牛顿在各种场合都有论述他在给的信中说进行哲学研究的最好和最可靠的方法看来第一是勤勤恳恳地探索事物的属性并用实验来证明这些属性然后进而建立一些假说用以解释这些事物的本性给科茨信中说任何不是从现象中推论出来的说法都应称之为假说而这样一种假说无论是形而上学的还是物理学的无论属于隐蔽性质的还是力学性质的在实验哲学中都没有它们的地位牛顿这些论述奠定了自然哲学的基础启开了实验科学的大门300年来为自然科学的繁荣立下了不朽功勋牛顿研究事物规律的方法不同于那些只从简单的物理假设出发的人而是通过逻辑的演绎法得到对事物现象的解释指出牛顿才第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础从这基础出发他用数学的思维逻辑地定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合在牛顿之前还没有什么实际的结果支持那种认为物理因果关系有完整链条的信念牛顿是完整的物理因果关系创始人而因果关系正是经典物理学的基石牛顿出身于笃信基督教的家庭在剑桥求学时代他就怀着宗教生活里亦如科学实验一样可以自由自在的幻想和工作原理完成后他便着手有关基督教圣经的研究并开始写这方面的著作手稿达150万字之多绝大部分未发表可见牛顿在宗教著述上花费了大量时间的精力关于牛顿在年间答复本特莱大主教4封信论造物主上帝之存在最为后人所诟病所谓神臂就是第一推动出于第四封信中从现代宇宙学来说第一推动完全可能在物理框架中解决而无需神助
牛顿反对当时的英国国教他三一教义但不鲜明表白自己的意志只是隐蔽地表明不愿担任圣职总之在对于宗教问题上牛顿比之于他的先驱者如哥白尼布鲁诺伽利略等赴汤蹈火而不辞的精神则逊色多了
1942年爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年而写的文章对牛顿的一生作如下的评价只有把他的一生看作为永恒真理而斗争的舞台上一幕才能理解他此赞语最恰当不过的了
牛顿的哲学思想和科学方法
牛顿在科学上的巨大成就连同他的哲学观点和一套初具规模的物理学体系给物理学及整个自然科学的发展给18世纪的社会经济变革及机械思潮的发展以巨大影响这里只简略勾画一些轮廓
牛顿的哲学观点与他在力学上的奠基性成就是分不开的一切自然现象他都力图力学观点加以解释这就形成了牛顿哲学上的自发的唯物主义同时也导致了的盛行事实上牛顿把一切化学热电等现象都看作与吸引或排斥力有关的事物例如他最早阐述了化学亲和力把化学置换反应描述为两种吸引作用的相互竞争认为通过运动或发酵而发热火药爆炸也是硫磺炭等粒子相互猛烈撞击分解放热膨胀的过程等等
这种机械观即把一切的形式都归为机械运动的观点把解释机械运动问题所必需的绝对时空观论由初始条件可以决定以后任何时刻运动状态的机械决定论的因果律等等作为整个物理学的通用思考模式可以认为牛顿是开始比较完整地建立物理因果关系体系的第一人而因果关系正是经典物理学的基石
牛顿在科学方法论上的贡献正如他在物理学特别是力学中的贡献一样不只是创立了某一种或两种新方法而是形成了一套研究事物的方法论体系提出了几条方法论原理在牛顿原理一书中集中体现了以下几种科学方法
①实验理论应用的方法牛顿在原理序言中说哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种而后用这些方法论证其他的现象科学史家 I.B.Cohen正确地指出牛顿主要是将实际世界与其简化数学表示反复加以比较牛顿是从事实验和归纳实际材料的巨匠也是将其理论应用于天体流体引力等实际问题的能手
②分析分析是从整体到部分如微分原子观点综合是从部分到整体如积分也包括天与地的综合三条运动定律的建立等牛顿在原理中说过在自然科学里应该像在数学里一样在研究困难的事物时总是应当先用分析的方法然后才用综合的方法……一般地说从结果到原因从特殊原因到普遍原因一直论证到最普遍的原因为止这就是分析的方法而综合的方法则假定原因已找到并且已经把它们定为原理再用这些原理去解释由它们发生的现象并证明这些解释的正确性
③归纳演绎方法上述分析一综合法与归纳一演绎法是相互结合的牛顿从观察和实验出发用归纳法去从中作出普通的结论即得到概念和规律然后用演绎法推演出种种结论再通过实验加以检验解释和预测这些预言的大部分都在后来得到证实当时牛顿表述的定律他称为公理即表明由归纳法得出的普遍结论又可用演绎法去推演出其他结论
④物理数学方法牛顿将物理学范围中的概念和定律都尽量用数学演出爱因斯坦说牛顿才第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础从这个基础出发他用数学的思维逻辑地定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合只有微分定律的形式才能完全满足近代物理学家对因果性的要求微分定律的明晰概念是牛顿最伟大的理智成就之一牛顿把他的书称为自然哲学的数学原理正好说明这一点
牛顿的方法论原理集中表述在原理第三篇哲学中的推理法则中的四条法则中此处不再转引概括起来可以称之为简单性原理法则1因果性原理法则2普遍性原理法则3否证法原理法则4无反例证明者即成立有人还主张把牛顿在下一段话的思想称之为结构性原理自然哲学的目的在于发现自然界的结构的作用并且尽可能把它们归结为一些普遍的法规和一般的定律用观察和实验来建立这些法则从而导出事物的原因和结果
牛顿的哲学思想和方法论体系被爱因斯坦赞为理论物理学领域中每一工作者的纲领这是一个指引着一代一代科学工作者前进的开放的纲领但牛顿的哲学思想和方法论不可避免地有着明显的时代和不彻底性这是科学处于幼年时代的最高成就牛顿当时只对物质最简单的机械运动作了初步并且把时空物质绝对化企图把粒子说外推到一切领域如连他自己也不能解释他所发现的牛顿环这些都是他的致命伤牛顿在看到事物的第一原因不一定是机械的时提出了这些事情都是这样地井井有条……是否好像有一位……无所不在的上帝的问题光学疑问29并长期转到神学的科学研究中费了大量精力但是牛顿的历史局限性和他的历史成就一样都是启迪后人不断前进的教材[11]他在1688年发表的著作里对和三大运动定律进行了描述这些描述奠定了此后三个世纪里
物理世界的观点并成为现代的基础他通过论证与他的引力理论间的一致性展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律从而消除了对中心说的最后一丝疑虑并推动了
在力学上牛顿阐明了的在上他了并基于对将白光发散成可见的观察发展出了颜色理论他还系统地表述了并研究了音速在数学上牛顿与分享了发展出的荣誉他也证明了广义二项式定理提出了以趋近的零点并为的研究作出了贡献
1687年的巨作自然哲学的数学原理开辟了大科学时代牛顿是最有影响的科学家被誉为物理学之父他是经典力学基础的牛顿运动定律的建立者他发现的运动三定律和为近代物理学和力学奠定了基础他的万有引力定律和的奠定了现代天文学的理论基础直到今天人造地球卫星火箭宇宙飞船的发射升空和运行轨道的计算都仍以这作为理论根据在2005年进行了一场名为谁是科学史上最有影响力的人的民意调查牛顿被认为比更具影响力对牛顿的毛发进行分析认为牛顿是携带者有XQ28基因的表现这更增添了牛顿的神秘感但并未影响到他巨人的形象[14]
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