• 牛顿的历史影响与评价——伟大的物理学家、数学家、天文学家

  • 发布时间:2017-09-13 17:40 浏览:加载中
  •    [传略]伊萨克・牛顿,伟大的物理学家、数学家、天文学家和自然哲学家。

      1643年1月4日(儒略历1642年12月25日)生于英国林肯郡格兰瑟姆附近的伍尔索普村。少年时代的牛顿喜欢做科学小实验、小发明,摆弄机械,对自然现象的研究如哥白尼的日心说有好奇心。1661年,牛顿进入剑桥大学三一学院学习。在校期间受教于I.巴罗,巴罗是剑桥大学卢卡斯讲座的第一任教授,正是巴罗把牛顿引向自然科学。牛顿钻研了伽利略、J.开普勒、R.笛卡尔、J.沃利斯等人的著作,对笛卡尔的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》尤感兴趣,对其数学思想的发展影响深远。1665年,牛顿从三一学院毕业,获学士学位。随后两年,牛顿回到家乡,以躲避瘟疫。在这两年中,牛顿在自然科学领域内初有成就,对自然现象的浓厚兴趣使他才思喷涌,迸发出科学的火花。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的正是这时期发生的轶事。

      1667年,牛顿返回三一学院攻读研究生,1668年获硕士学位。1669年10月,巴罗让年仅26岁的牛顿接替他担任卢卡斯讲座的教授,直至1701年。1689年、1701年,牛顿两次以剑桥大学代表身份被选入议会。1696年任皇家造币厂监督。1703年起担任皇家学会会长直至逝世。1705年,被英国女王安娜封为勋爵。1727年3月31日(儒略历20日)卒于伦敦。其主要著作有《自然哲学的数学原理》和《光学》。

      [影响]牛顿在科学上的主要成就是创立了经典力学的理论体系,发现著名的万有引力定律;提出了光的微粒说,进行了光的色散等实验研究;在数学方面创立了微积分学。

      在牛顿之前,伽利略就通过实验发现了惯性原理、自由落体定律和运动的相对性,以及经典力学中十分重要的加速度概念。德国天文学家也通过观测实验总结出行星运动的三个定律。伽利略和开普勒的新发现为牛顿总结出运动三大定律和万有引力定律奠定了基础。

      牛顿在前人的基础上,通过对引力的研究和一次次的计算,总结出了物体运动的三个基本定律。第一定律又称为惯性定律,即任何物体在不受外力或所受外力的合力为零时,保持原有的运动状态不变。第二定律,物体的加速度与所受的合外力成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力的方向一致;这个定律表明了物体的运动状态的改变即加速度与物体所受的外力、物体的质量三者之间的关系。第三定律,当物体甲给物体乙一个作用力时,物体乙必然同时给物体甲一个反作用力,作用力和反作用力大小相等,方向相反,而且在同一直线上,这个定律被后人概括为作用与反作用定律。这三个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。

      1687年出版的《自然哲学的数学原理》是牛顿关于物体运动的三大定律以及万有引力定律研究的结晶,汇集了牛顿关于经典力学体系的研究成果。它的问世,标志着经典力学体系的完成,并且在相当长的历史时期内,成为物理学各个领域的研究纲领,成为科学家共同遵循的“规范”。

      牛顿还是17世纪光学的集大成者,他在光学方面的成就足以使他跻身世界著名科学家的行列。在牛顿之前,伽利略利用自己发明的望远镜进行天文观测。牛顿在光学方面的开创性贡献是于1668年制成第一架反射望远镜,代替了伽利略的发散透镜作为物镜,从而避免了物镜的色散。1671年他制作了第二架更大的反射式望远镜,被皇家学会作为珍贵科学文物收藏起来,并因此于1672年被选为皇家学会会员。牛顿还成功地进行了光的色散研究,提出关于光的颜色的理论,发现了牛顿环现象。

      牛顿23岁时就开始了对光的研究。他在大量实验的基础上于1672年发表《关于光和颜色的新理论》,指出了光的折射率与颜色的严格对应性,每一种颜色都有一定程度的折射率,白光本身是由折射程度不同的各种彩色光所组成的非均匀的混合体。牛顿关于光和颜色的理论是光学研究的重要突破,这一理论解释了彩虹现象为什么会发生。牛顿的实验也成为一个半世纪后夫琅和费建立光谱术的基础。

      在实验中牛顿还发现,发光物体发射出以直线运动的微粒子流,微粒子流冲击视网膜就引起视觉,而胡克的波动说不能解释光的直线进行。后来的科学发展证明,光的微粒说和波动说都是正确的。

      牛顿在大量实验的基础上在光学方面做出了新的发现和创造,他的《光学》一书被认为是科学界的经典之作,在书中他凭借实验的结果与分析,建立了光的理论。

      微积分的创立,是牛顿在数学方面最为重要的贡献。从《自然哲学的数学原理》一书的名称可以看出,数学在牛顿的整个自然哲学研究中占有重要地位。牛顿在笛卡尔等人的工作基础上,于17世纪60年代创立了微积分。牛顿把自己的微积分方法叫做流数术,其基本原理是把数学中的量看做是由连续的轨迹运动而产生的。可以说《自然哲学的数学原理》一书的中心内容是论述牛顿在数学上的伟大创造――微积分,并运用它解决了天体运动及其他许多力学问题,特别是在开普勒定律的基础上最后总结出万有引力定律。爱因斯坦曾称赞“微分定律的明晰概念是牛顿最伟大的理智成就之一”。

      [余论]牛顿一生未婚,他把自己的一生用于探索自然。他的《光学》和《自然哲学的数学原理》两部巨著成为科学史上永放光彩的两座丰碑。在前人的基础上他建立起了一个完整的力学理论体系,把宇宙间的运动规律概括在一个严密的统一理论中,这一理论直到20世纪才受到爱因斯坦的挑战。可以说,牛顿奉献给人类的,是从真理的海洋中捞取的一粒珍珠,他的发现为我们今天的科学研究奠定了基础。他死后,也得到了最高的荣誉,成为英国历史上第一个获得国葬的自然科学家。
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