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一个传教士。在剑桥,牛顿学习数学,尤其受到欧几里得的强烈影响,尽管他也受到培根和笛卡尔哲学的影响。当剑桥大学因瘟疫而关闭时,牛顿被迫离开,正是在这一时期,他有了一些最重大的发现。然而,由于晚年表现出的沉默寡言,牛顿没有发表他的结果。
牛顿在1675年精神崩溃,通过1679还在恢复中。在回复胡克的一封信中,他提出一个粒子,如果被释放,将会螺旋进入地球的中心。胡克写了回信,声称路径不会是螺旋形,而是椭圆形。讨厌被打败的牛顿继续研究轨道的数学。同样,他没有公布他的计算结果。然后牛顿开始致力于神学思考,把椭圆运动的计算放在一边,告诉哈雷他已经丢失了它们(Westfall 1993,第403页)。哈雷对轨道产生了兴趣,最终说服牛顿扩展并发表了他的计算。牛顿从1684年8月到1686年春致力于这项任务,其结果成为有史以来最重要和最有影响力的物理学著作之一,自然哲学的数学原理(1687),通常简称为数学原理或简称为“原理”。
在《原理》第一册中,牛顿以定义和现在被称为牛顿定律的三大运动定律(惯性定律、作用力与反作用力定律、加速度与力成正比定律)开始。第二本书介绍了牛顿的新科学哲学,它取代了笛卡尔主义。最后,第三册包括了他的动力学的应用,包括对潮汐的解释和月球运动的理论。为了验证他的万有引力假说,牛顿写信给弗兰斯蒂德,询问是否观察到土星在经过木星时减速。吃惊的弗拉姆斯蒂德回答说,确实观察到了一种效应,而且通过牛顿提供的计算,这种效应得到了准确的预测。通过观察地球的形状,牛顿进一步证实了牛顿的方程是扁球形的,正如牛顿所声称的那样,而不是像笛卡尔所声称的那样是长球形的。牛顿方程还通过逐次逼近描述了月球的运动,并正确预测了哈雷彗星的回归。牛顿还正确地表述并解决了变分法中的第一个问题,这个问题涉及到寻找能使流动阻力最小的旋转曲面(假设有一个特定的阻力定律)。
牛顿发明了一种在其范围内真正具有普遍性的科学方法。牛顿提出了他的方法论,作为科学推理的四个规则。这些规则是在《原理》中陈述的,并建议(1)我们不再承认自然事物的原因,如既真实又足以解释它们的出现,(2)相同的自然效果必须被分配给相同的原因,(3)身体的质量被认为是普遍的,以及(4)从现象的观察推导出的命题应该被视为准确的,直到其他现象与之矛盾。
这四个简明而普遍的调查规则是真正的革命。通过它们的应用,牛顿阐明了自然的普遍规律,用这些规律他能够解决他那个时代几乎所有未解决的问题。然而,牛顿比概述他的推理规则走得更远,实际上描述了如何应用这些规则来解决一个给定的问题。他发明的分析方法远远超过了亚里士多德和阿奎那更哲学、更不科学的方法。牛顿改进了伽利略的实验方法,创造了至今仍在使用的合成实验方法。事实上,如果不是因为牛顿用“自然哲学”一词代替了现代术语“物理科学”,下面对牛顿光学实验方法的描述很容易被误认为是对当前研究方法的现代表述牛顿写道:“就像在数学中一样,在自然哲学中,用分析的方法研究困难的事情应该永远先于合成的方法。这种分析包括进行实验和观察,并通过归纳从中得出一般结论...通过这种分析方法,我们可以从化合物到成分,从运动到产生它们的力;一般来说,从结果到原因,从特殊原因到更普遍的原因,直到争论以最普遍的方式结束。这就是分析的方法:综合在于假设发现的原因和确立的原则,并通过它们解释前面的现象,并证明这些解释。”
牛顿阐述了力学和光学的经典理论,并在莱布尼茨之前几年发明了微积分。然而,他直到后来莱布尼茨出版了他的著作才出版了他的微积分著作。这导致了英国和欧洲大陆数学家之间激烈的优先权之争,持续了几十年,对所有相关的人都不利。牛顿发现二项式定理对分数幂是有效的,但他把它留给了沃利斯发表(他发表了,并适当地归功于牛顿)。牛顿提出了声音的理论,但是得出的速度与他的实验不符。这种差异的原因是绝热传播的概念还不存在,所以牛顿的答案低了一个因子,其中是空气热容量的比率。因此牛顿捏造了他的理论,直到达成一致(《工程与科学》,第15-16页)。
在《光学》( 1704)中,牛顿的出版推迟到胡克去世,牛顿观察到白光可以被棱镜分成不同颜色的光谱,每种颜色都有独特的折射率,并提出了光的微粒理论。牛顿关于光学的观点产生于他在剑桥进行的最初的棱镜实验。在“关键实验”中,他发现棱镜产生的图像是椭圆形的,而不是当前光的理论所要求的圆形。他通过棱镜观察一根半红半蓝的绳子,发现两端是脱节的。他还观察到了牛顿环,这实际上是光的波动性的一种表现,而牛顿并不相信这一点。牛顿认为,光在介质中向法线方向折射时,必定会传播得更快,这与惠更斯的波动理论预测的结果相反。
牛顿还在光学末尾的查询31中公式化了化学的体系。在这个微粒理论中,“元素”由不同排列的原子组成,原子由小而硬的类似台球的粒子组成。他根据参与物质的化学亲和力来解释化学反应。牛顿晚年(1678年后)将大部分空闲时间用于徒劳的炼金术实验。
牛顿对批评极其敏感,甚至直到他的劲敌胡克去世,他才停止发表论文。只是在哈雷的推动下,牛顿才被说服出版《数学原理》。在他生命的后期,他将大部分时间投入到炼金术研究中,并试图确定圣经中事件的日期。牛顿死后,他的埋葬地被移动了。在挖掘过程中,人们发现牛顿体内有大量的水银,可能是他追求炼金术的结果。这当然可以解释牛顿晚年的古怪行为。牛顿在1695年被任命为英国造币厂的负责人。牛顿被安妮女王封为爵士。然而,该法案是“授予的荣誉不是为了他对科学的贡献,也不是为了他在造币厂的服务,而是为了1705选举中政党政治的更大荣耀”(Westfall 1993,第625页)。
牛顿单枪匹马对科学发展的贡献超过了历史上任何一个人。他超越了古代伟大的科学头脑带来的所有收获,产生了一个宇宙的方案,比以前提出的任何方案都更加一致、优雅和直观。牛顿阐明了普遍适用于所有科学分支的科学方法的明确原则。这与亚里士多德和阿奎那早期的方法论形成了鲜明的对比,他们为不同的学科概述了不同的方法。
尽管他的方法是严格符合逻辑的,牛顿仍然深信上帝的必要性。他的神学观点的特点是,他相信自然世界的美丽和规律只能“来自一个智慧和强大的存在的建议和统治”他认为“至高无上的上帝必然存在,并且由于同样的必然性,他总是存在于任何地方。”牛顿相信上帝会定期干预以保持宇宙的正常运行。因此,他否认了莱布尼茨的直观的重要性,认为它只不过是一个有趣的量,在弹性碰撞中保持不变,因此没有物理重要性或意义。
虽然早期的哲学家如伽利略和约翰·菲洛普诺斯使用过实验程序,但牛顿是第一个明确定义并系统化它们的人。他的方法在理论和实验研究之间,以及数学和机械方法之间创造了一个完美的平衡。牛顿将所有的物理科学数学化,将它们的研究简化为一个严格的、普遍的和理性的过程,这标志着理性时代的到来。因此,牛顿确立的研究的基本原则几乎没有改变地一直坚持到现代。在牛顿去世后的这些年里,他们结出了远远超过牛顿所能想象的果实。它们构成了当今技术文明的基础。牛顿阐述的原则甚至被应用到社会科学中,影响了亚当·斯密的经济理论和美国立法机构实行两院制的决定。然而,后面这些应用与牛顿的科学贡献相比就相形见绌了。
因此,毫不夸张地说,牛顿是现代科学发展的唯一最重要的贡献者。牛顿墓前的拉丁碑文,尽管语言夸张,却完全有理由宣称,“凡人!为人类如此伟大的装饰而欣喜!”亚历山大·蒲柏的对联也恰如其分:“自然和自然法则隐藏在黑夜中;上帝说,让牛顿去吧!一切都是光明的。”
参考资料:
/传记/牛顿. html