牛顿对经典力学的贡献
牛顿对天文学的另一个重要贡献是对行星运动规律的全面调查,特别是对开普勒和其他人的理论的系统研究。1686年,他解释了天体可以作为粒子处理,证明了开普勒的行星运动椭圆轨道和彗星的抛物线轨道。牛顿进一步发展了他的理论,即所有的行星都因其自转而凸出于平坦的赤道,并预言地球也是这样的球体。因为地球不是正球体,牛顿指出太阳和月亮的引力摄动不会经过地心,所以地轴会做缓慢的圆锥运动,这就导致了春分点的岁差。牛顿还解释了潮汐现象,他认为这是由太阳和月亮的引力引起的。
英国物理学家、数学家、天文学家和经典物理学的创始人。1642 12出生于林肯夏县沃索普村的一个农民家庭。牛顿的父亲在他出生前三个月去世了。3岁时,母亲改嫁,他由奶奶抚养。1654年,牛顿开始上小学,后来在叔叔的资助下进入大山姆镇的皇家中学。1661年进入剑桥大学三一学院。1663年,三一学院创办了自然科学讲座,牛顿成为数学家伊萨克·巴罗(1630-1677)的学生,1664年成为巴罗的助手。从1665拿到文学学士学位,从1665到1667回到家乡躲避瘟疫。牛顿1667回到剑桥大学,被选为选修课研究员。1668年3月任专业课研究员,同年获硕士学位。1669年,巴罗辞职,让牛顿成为数学教授。1670年,牛顿再次成为卢卡斯教授。1672当选为英国皇家学会会员,此后一直在剑桥大学工作。1689当选代表剑桥大学的议员。1696年,他被任命为铸币局的主管,并移居伦敦。1699担任造币厂厂长。1701年,牛顿辞去剑桥大学教授职务,退出三一学院。1703当选皇家学会会长。1705年成为领主,成为贵族。1727 3月20日死于肯辛顿村,享年85岁,终身未娶。
牛顿是科学发展史上举世闻名的巨人。他奠定了现代科学理论的基础,是用正确的思维方法指导科学研究的代表。他是一位自力更生、勤奋努力的“天才”,为世界自然科学的发展做出了不可磨灭的贡献,成为现代科学的象征。他的科学贡献代表了当时新兴资产阶级的利益,因为他为国家做出了巨大贡献,死后葬在威斯敏斯特教堂。
十几岁的牛顿表现出了杰出的才能。他的许多小机器,如风车、风筝、滴水钟、日本仪器,吸引了许多人的注意和赞扬。牛顿一生大部分时间从事科学实践、教学和理论研究。自1672年发表第一篇论文以来,他一生写了许多极其著名的著作,如1686年写的《自然哲学的数学原理》,1687年出版的《光学》,1704年出版的《光学》,这些著作在科学史上都有很大的价值。他在数学、物理和天文学领域创造了惊人的奇迹。在数学上,牛顿是微积分的创始人之一,与莱布尼茨齐名。1665年,牛顿23岁发现了“二项式定理”和“流数法”,“流数法”就是现代的微分法。同时,他还发现了流数法的反演,即积分法。微积分的建立是近代数学史上的一次重大变革,是真正的变量数学,为现代科学的发展提供了最有效的工具,开启了数学的新时代。
在物理学方面,牛顿在力学、热学和光学方面都有很大成就。牛顿是经典力学理论的先驱。他在伽利略等人工作的基础上进行深入研究,经过大量实验,总结出三个运动定律,创立了经典力学体系。牛顿研究的机械运动规律,首先是建立在时间和空间的绝对概念上的。绝对时间和绝对空间是指不受物体运动状态影响的时间和空间。两种匀速运动状态下的观察者对机械运动的测量结果是一样的。在高速运动的状态下,这种时空概念就不能再被采用了。这时(运动速度可以和光速相比),牛顿力学将被相对论力学所取代。在微观情况下,牛顿力学会因为粒子的明显涨落而被量子力学取代。牛顿对力学的另一个伟大贡献是在开普勒等人工作的基础上发现了万有引力定律。牛顿认为太阳吸引行星,行星吸引卫星,吸引地面上所有物体的力都是性质相同的力。牛顿用微积分证明,如果一个作曲线运动的质点的半径指向一个静止的点或作匀速直线运动的点,它在次点周围扫过一个与时间成正比的面积,质点就会受到指向该点的向心力的影响。如果围绕它的周期的平方与半径的立方成正比,那么向心力与半径的平方成反比。在力学的发展中,牛顿首先定义了质量、动量、惯性、力等一系列基本概念。通过牛顿的工作,力学形成了一个严谨、完整、系统的科学体系。
在热量方面,牛顿建立了冷却定律。他指出,当物体表面与周围存在温差时,单位时间内单位面积损失的热量与这个温差成正比。
在光学方面,牛顿也取得了巨大的成就。牛顿是白光成分的最早发现者。1666年,他用棱镜做了一个著名的色散实验,发现白光可以分解成各种颜色的光谱带。同时,他还做了一个用多色光合成白光的实验。牛顿精确地分析了各种颜色光的折射率,解释了色散现象的本质。他指出,物体的颜色差异是由于物质对不同颜色的光的折射率和反射率不同造成的,从而揭示了颜色的奥秘。对于光的本质,牛顿提出了光的“粒子说”。他的观点在某种程度上反映了光的本质。他认为光是由粒子形成的,走的是快速的直线运动路径。光的粒子理论可以很好地解释光的反射和折射,但对衍射无能为力。粒子理论是关于光的本质的重要理论之一,它与惠更斯的波动理论同构为关于光的两个基本理论。现代科学证明,任何物质都具有波粒二象性。牛顿在光学方面也有很多发现和研究成果。比如1666年,他做了一个牛顿色轮;在1675中,用凸透镜和平板玻璃观察到一种干涉图样,称为牛顿环。他仔细测量了牛顿环,但未能给出满意的解释。此外,牛顿还制作了各种光学仪器,广泛用于天文观测。
牛顿的哲学思想基本上属于自发唯物主义。他承认时间和空间的客观存在,但认为它们脱离了运动的物质。虽然他的形而上学的绝对时空观可以很好地应用于解决宏观低速下运动物体的运动规律,但是离开了宏观低速条件他就无能为力了。
牛顿对宇宙的解释和笛卡尔等人一样,承认上帝是“第一推动力”,后来的牛顿可以说是彻底陷入了唯心主义。他几乎所有的成就都是在45岁之前,尤其是23岁之前取得的。在接下来的四十年里,他完全沉浸在神学的研究中,关于神学的手稿多达1.5万字。