[选4]第18课 牛顿

牛顿的科学精神
进行哲学研究的最好和最可靠的方法， 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。 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。 后进而建立一些假说，用以解释这些事物的本性。 ——牛顿致奥尔登堡的信 ——牛顿致奥尔登堡的信 任何不是从现象中推论出来的说法都应称之为假说， 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， 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， 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。 它们的地位。 ——牛顿致科茨的信 ——牛顿致科茨的信 归纳： 归纳： 从个别性的前提推论出一般性结论。先事实，后结论。 从个别性的前提推论出一般性结论。先事实，后结论。 演绎： 演绎： 从一般性的前提推论出个别性结论。先假说，后求证。 从一般性的前提推论出个别性结论。先假说，后求证。
Nature and Nature's law lay hid in night ; 自然和自然律隐没在黑暗中； 自然和自然律隐没在黑暗中； God said, "Let Newton be" ,and all was light. 上帝说，让牛顿去吧！万物遂成光明。 上帝说，让牛顿去吧！万物遂成光明。 ——诗人波普为牛顿撰写的墓志铭 ——诗人波普为牛顿撰写的墓志铭
牛顿的早年生活
1643年 1643年1月4日，艾萨克·牛顿出生于英格兰林肯郡的埃尔 艾萨克· 斯索普，是一个早产的遗腹子， 斯索普，是一个早产的遗腹子，刚出生时小得可以装进一夸脱 的马克杯中。 岁时因母亲改嫁，他被托付给外祖母。 的马克杯中。3岁时因母亲改嫁，他被托付给外祖母。
牛顿出生的埃尔斯索普的房子
牛顿晚年的困惑
虽然物体运动三大定律与万有引力是牛顿最著名的 发现， 发现，他却反对用它们来将宇宙解释为一部纯粹的机 譬如一座大钟。他认为： 器，譬如一座大钟。他认为：“引力解释了行星的运 但却不能够解释谁让行星运动起来。 动，但却不能够解释谁让行星运动起来。上帝统治万 知晓所有做过和能做的事。 物，知晓所有做过和能做的事。”
牛顿在科学上的贡献
在数学上， 在数学上，人们一般认为牛顿与莱布尼茨共享创立微积分 学的荣誉；牛顿也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法” 学的荣誉；牛顿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，并为幂级数的研究作出了贡献。 以趋近函数的零点，并为幂级数的研究作出了贡献。 在物理学上， 在物理学上，牛顿论证开普勒行星运动定律与他的引力理 论间的一致性， 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；他还阐明了力学的动量和角动量守恒原理； 自然定律；他还阐明了力学的动量和角动量守恒原理；他发明 了反射式望远镜， 了反射式望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观 发展出了颜色理论；他还系统地表述了冷却定律， 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。 了音速。
牛顿中年的学术生活
1669年 26岁的牛顿得到了卢卡斯数学教授席位， 1669年，26岁的牛顿得到了卢卡斯数学教授席位，这是剑桥大学 岁的牛顿得到了卢卡斯数学教授席位 的荣誉席位，同一时间只授予一人。 的荣誉席位，同一时间只授予一人。 1670-1672年 牛顿在剑桥大学负责讲授光学。 1670-1672年，牛顿在剑桥大学负责讲授光学。折射现象和颜色 原理都是此时的发现。 原理都是此时的发现。 1679年 牛顿重新将兴趣转向力学， 1679年，牛顿重新将兴趣转向力学，研究引力及其对行星轨道的 作用。 作用。 1684年 莱布尼茨发表论文创立微积分学。但牛顿的朋友指出， 1684年，莱布尼茨发表论文创立微积分学。但牛顿的朋友指出， 牛顿在几年之前已经有过研究，只是没有发表论文。 牛顿在几年之前已经有过研究，只是没有发表论文。 1686年 牛顿开始撰写《自然哲学的数学原理》 1686年，牛顿开始撰写《自然哲学的数学原理》。 1693年 牛顿公布自己的微积分研究。 1693年，牛顿公布自己的微积分研究。 1699年 1699年，英国皇家学院控诉莱布尼茨剽窃牛顿 的研究，牛顿斥莱布尼茨为骗子。 的研究，牛顿斥莱布尼茨为骗子。英德之间爆 发学术大论战，直到1716年莱布尼茨逝世。 1716年莱布尼茨逝世 发学术大论战，直到1716年莱布尼茨逝世。
近代科学体系的奠基人牛顿
第18课 18课
艾萨克·牛顿爵士（ 艾萨克·牛顿爵士（Sir Isaac Newton）， 英国皇家学院院士。1643年生 1727年 年生， 英国皇家学院院士。1643年生，1727年 逝世，英格兰著名物理学家、数学家、 逝世，英格兰著名物理学家、数学家、天 文学家、自然哲学家和炼金术士。2005年 文学家、自然哲学家和炼金术士。2005年 英国皇家学会进行了一场“ 英国皇家学会进行了一场“谁是科学史上 最有影响力的人”的民意调查， 最有影响力的人”的民意调查，在被调查 的皇家学会院士和网民的投票中， 的皇家学会院士和网民的投票中，牛顿被 认为比阿尔伯特·爱因斯坦更具影响力。 认为比阿尔伯特·爱因斯坦更具影响力。
开普勒： 开普勒：行星绕日运动的三大定律 伽利略： 伽利略：发现力学的一些基本原理
个人的 辛勤研究
1687年 牛顿发表《自然哲学的数学原理》 1687年，牛顿发表《自然哲学的数学原理》
牛顿的科学精神
古希腊、 古希腊、罗马的哲学家凭着对自然现象的观察和思 考总结出论断，他们的方法凭借天才的臆测、 考总结出论断，他们的方法凭借天才的臆测、思维与辩 称之为思辨哲学。 论，称之为思辨哲学。 到了中世纪，对自然现象的观察、 到了中世纪，对自然现象的观察、测量和实验的风 气逐渐形成了。伽利略的实验工作是实验物理学的开端， 气逐渐形成了。伽利略的实验工作是实验物理学的开端， 牛顿深受其影响。 牛顿深受其影响。随后是牛顿使作为实验科学的物理学 形成为一个光辉体系， 形成为一个光辉体系，同时也使科学实验方法闯入哲学 思想的殿堂。 思想的殿堂。 ——科茨《自然哲学的数学原理》 ——科茨《自然哲学的数学原理》第二版序言 科茨
牛顿曾就读的国王中学
牛顿的早年生活
牛顿在18岁时完成中学学业，进入剑桥大学的三一学院。 牛顿在18岁时完成中学学业，进入剑桥大学的三一学院。 18岁时完成中学学业 他喜欢阅读笛卡儿等哲学家以及伽利略、 他喜欢阅读笛卡儿等哲学家以及伽利略、哥白尼和开普勒等人 的思想。1665年 22岁的牛顿发 的思想。1665年，22岁的牛顿发 现了广义二项式定理， 现了广义二项式定理，并开始发展 一套新的数学理论， 一套新的数学理论，也就是后来为 世人所熟知的微积分学。1665年 世人所熟知的微积分学。1665年， 他获得学位， 他获得学位，而剑桥为了预防伦敦 大瘟疫而关闭。此后两年里， 大瘟疫而关闭。此后两年里，牛顿 在家中继续研究微积分学、 在家中继续研究微积分学、光学和 万有引力定律， 万有引力定律，他一生最辉煌的科 学成就基本来自这两年的奠基。 学成就基本来自这两年的奠基。 剑桥大学三一学院
牛顿的科学精神
——牛顿力学体系的建立是近代科学体系形成的标志 ——牛顿力学体系的建立是近代科学体系形成的标志 牛顿所采用的研究方法： 牛顿所采用的研究方法：
①实验—理论—应用。牛顿是从事实验和归纳材料的巨匠，也 实验—理论—应用。牛顿是从事实验和归纳材料的巨匠， 是将理论应用于天体、流体、引力等实际问题的能手。 是将理论应用于天体、流体、引力等实际问题的能手。 分析—综合。牛顿在《原理》中说： 从结果到原因， ②分析—综合。牛顿在《原理》中说：“从结果到原因，从特 殊原因到普遍原因，一直论证到最普遍原因为止， 殊原因到普遍原因，一直论证到最普遍原因为止，这就是分析 而综合法则假定原因已找到，并且已经把它们定为原理， 法；而综合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现象，并证明这些解释的正确性” 再用这些原理去解释现象，并证明这些解释的正确性”。 归纳—演绎。牛顿表明可以由归纳法得出普遍结论， ③归纳—演绎。牛顿表明可以由归纳法得出普遍结论，又可用 演绎法去推演出其他结论。 演绎法去推演出其他结论。 物理—数学。牛顿将物理学范围中的概念和定律都“ ④物理—数学。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， 数学演出”。爱因斯坦说，“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， 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。 最伟大的理智成·布莱克的画作里， 牛顿被描绘为一位“ 牛顿被描绘为一位“神学几 何学者” 何学者”。
牛顿晚年的困惑
牛顿在1690年代写了很多宗教小册子。1696年 牛顿在1690年代写了很多宗教小册子。1696年，他成为 1690年代写了很多宗教小册子 皇家铸币厂的监管。由于他在铸币厂的工作，1705年安妮 皇家铸币厂的监管。由于他在铸币厂的工作，1705年安妮 女王授予牛顿爵士身份。他在1717 1717年通过安妮女王法案创 女王授予牛顿爵士身份。他在1717年通过安妮女王法案创 立了金币和银币间的联系， 立了金币和银币间的联系，非正式的把英镑从银本位转移 到了金本位。 到了金本位。 牛顿在1703年成为皇家学会会长， 1703年成为皇家学会会长 牛顿在1703年成为皇家学会会长， 同时也是法国科学院会员。 同时也是法国科学院会员。 1727年 31日 84岁的牛顿死 1727年3月31日，84岁的牛顿死 于伦敦，葬于西敏寺。 于伦敦，葬于西敏寺。牛顿没有孩 也没有遗嘱。他死后， 子，也没有遗嘱。他死后，人们在 他体内发现了大量水银， 他体内发现了大量水银，可能是研 究炼金术导致的。 究炼金术导致的。汞中毒也许能解 释牛顿晚年的一些怪异行径。 释牛顿晚年的一些怪异行径。
牛顿的早年生活
牛顿在乡村学校开始学校教育的生活，12岁时他被送到格 牛顿在乡村学校开始学校教育的生活，12岁时他被送到格 兰瑟姆的国王中学，并成为该校最出色的学生。中学时代他寄 兰瑟姆的国王中学，并成为该校最出色的学生。 宿在当地药剂师家中。 18岁前往大学之前 岁前往大学之前， 宿在当地药剂师家中。在18岁前往大学之前，他与药剂师的 继女订婚。因为牛顿专注于研究而使得这段爱情冷却， 继女订婚。因为牛顿专注于研究而使得这段爱情冷却，此后他 再也没有过恋爱经历，也终生未娶。 再也没有过恋爱经历，也终生未娶。