【历史上的今天】牛顿发表《自然哲学的数学原理》

1687年7月5日,牛顿在好友、英国天文学家哈雷的督促和资助下,正式发表了万有引力律:任何两个物体都是相互吸引的,引力的大小与两个物体的质量的乘积成正比,与它们之间的距离的平方成反比。与前人的研究成果相比,牛顿的创新之处一是发现了物体质量与引力的关系;二是将引力关系从天体之间拓展到天地间的一切物体,说明天上和地上的物体都遵循相同的运动规律。万有引力定律揭示了宇宙间基本的相互作用规律,是天体力学的基础,曾帮助科学家成功地发现了海王星等天体。万有引力定律还向世人证明:支配宇宙间万物的不是上帝,而是其本身的自然规律。



《自然哲学的数学原理》的宗旨是从各种运动现象中探究自然力,再用这些力来解释自然现象。贯穿全书始终的核心内容,是三大运动定律和万有引力定律。全书共分五部分,第一部分是写在正文前面的一个长长的“说明”,对书中用到的一些概念,诸如力、天体、力学、运动、物质的量等给出了定义和必要的说明;第二部分是“公理或运动的定律”,详细介绍了物体运动的三大定律:惯性定律、力和运动关系的定律、作用和反作用的定律;第三部分为该书的第一卷,讨论了物体在无阻力的自由空间中的运动;第四部分为该书的第二卷,对比了不同物体在阻滞介质中的运动,得出阻力大小与物体速度的一次及二次方成正比的计算公式,还讨论了气体的弹性和可压缩性,以及声音在空气中的速度等问题;第五部分为该书的第三卷,它根据前四部分的论证,导出万有引力定律,并以大量的自然事实来说明万有引力的存在,这些自然事实包括月球运动的偏差、海洋潮汐的大小变化、岁差的长短不一等。




《自然哲学的数学原理》中,牛顿所提出的一整套力学体系为日后力学的发展奠定了基础。也因为人们将该体系成功地运用于对天体运动的讨论。在17世纪力学发展的背景当中,一方面有着学者们在对旧理论所进行的批判和反思当中提出的一系列富有挑战性的问题,另一方面又有着人们长期的技术实践所积累起来的丰富经验。在正在兴起的工业中,牛顿体系的完成同样也意味着上述历史上的学者和工匠传统的结合。这一结合,为日后技术问题的解决奠定了基础,同时又为人们深化对自然的认识提供了有力的武器。1842年,海王星的发现使牛顿的理论威名大振,而光学、电磁学、原子、分子的结合等学科领域的发展,又进一步拓展了牛顿力学的适用范围。而在哲学上,牛顿力学对日后机械自然观的形成也产生了影响。

《自然哲学的数学原理》是人类掌握的第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系,其影响所及遍布经典自然科学的所有领域。《自然哲学的数学原理》在物理学、数学、天文学和哲学等领域都产生了巨大影响。

《自然哲学的数学原理》标志着世纪科学革命的顶点,就人类文明史而言,它为工业革命奠定了科学基础,成就了英国工业革命,在法国诱发了启蒙运动和大革命,在社会生产力和基本社会制度两方面都有直接而丰富的成果。

艾萨克·牛顿(1643年1月4日—1727年3月31日)爵士,英国皇家学会会长,英国著名的物理学家,百科全书式的“全才”,著有《自然哲学的数学原理》、《光学》。

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。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。他通过论证开普勒行星运动定律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。

在力学上,牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理,提出牛顿运动定律。在光学上,他发明了反射望远镜,并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察,发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律,并研究了音速。在数学上,牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理,提出了“牛顿法”以趋近函数的零点,并为幂级数的研究做出了贡献。在经济学上,牛顿提出金本位制度。


-- --
  • 投诉或建议
评论