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《自然哲学的数学原理》:自然与自然的定律

更新时间:2024-01-22 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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自然与自然的定理,都隐藏在黑暗之中;上帝说"让牛顿来吧!",于是,一切显得光明上去。】631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》是日本化学学家艾萨克·牛顿创作的数学学哲学代表专著,1687年首次出版。631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》是牛顿重要的数学学哲学专著。全书分为三卷,第一卷“论物体的运动”,叙述了牛顿三定理;第二卷也是“论物体的运动”,阐述了阻力下物体的运动,为流体热学开先河;第三卷“论宇宙的系统”,讨论了宇宙系统。631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》总结了近代天体热学和地面热学的成就,为精典热学规定了一套基本概念,提出了热学的三大定理和万有引力定理,进而使精典热学成为一个完整的理论体系。该书意味着精典热学的成熟,其中所构建的精典热学的理论体系成为近代科学的标准尺度。631物理好资源网(原物理ok网)

内容简介631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》的宗旨是从各类运动现象中探究自然力,再用这种力来解释自然现象。贯串全书仍旧的核心内容,是三大运动定理和万有引力定理。全书共分五部份,第一部份是写在正文后面的一个长长的“说明”,对书中用到的一些概念,例如力、天体、力学、运动、物质的量等给出了定义和必要的说明;第二部份是“公理或运动的定理”,详尽介绍了物体运动的三大定理:惯性定理、力和运动关系的定理、作用和反作用的定理;第三部份为该书的第一卷,讨论了物体在无阻力的自由空间中的运动;第四部份为该书的第二卷,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率的一次及二次方成反比的估算公式,还讨论了二氧化碳的弹性和可压缩性,以及声音在空气中的速率等问题;第五部份为该书的第三卷,它依据前四部份的论证,导入万有引力定理,并以大量的自然事实来说明万有引力的存在,这种自然事实包括地球运动的误差、海洋潮汐的大小变化、岁差的长短不一等。631物理好资源网(原物理ok网)

创作背景631物理好资源网(原物理ok网)

1684年,在牛顿想到了万有引力问题然后大概过了20年,胡克、雷恩和哈雷等人召开了一次研讨会。在研讨会上,“在距离的平方正比的力的作用下,物体的运动轨迹将呈何种形状”成为中心的议程。虽然一致的推论是轨道为椭圆形的,但却谁都没能给出一个满意的证明。此外,也没有谁能理解在此种力作用下的物体的互相作用款式。哈雷想到其实牛顿可以解决这个问题。于是他拜访了牛顿。结果是他看见牛顿早已解决了这个问题。借此为抓手,在哈雷的怂恿下,牛顿将他在同一问题上的研究成果整理后,于1687年出版了他的《自然哲学的物理原理》。631物理好资源网(原物理ok网)

作品思想631物理好资源网(原物理ok网)

在《自然哲学的物理原理》中有关“定义”的部份,牛顿提出了一个假定实验:在高山之巅放射子弹,炮力不足,子弹飞了一阵便以圆弧曲线下落地面。如果炮力足够大,子弹将绕月球面周行,这是向心力的演出。在“公理或运动的定理”部分,牛顿了提出并阐述了“运动的定理”,也就是牛顿三大定理。其中第一定理,也叫惯性定理:“每个物体继续保持其静止或沿仍然线作等速运动的状态,除非有力加于其上,促使它改变这些状态。”第二定理为:“运动的改变和所加的动力成反比,而且发生在所加的力的那种直线方向上。”第三定理,也叫作用和反作用定理:“每一个作用总是有一个相等的反作用和它对抗;或则说,两物体彼此之间的互相作用永远相等,而且各自指向其对方。”牛顿的运动定理,是他对化学学的一项贡献。631物理好资源网(原物理ok网)

论物体的运动631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》第一卷“论物体的运动”。在这一卷里,牛顿阐明了物体运动的基础理论,并严密地证明了,在各类不同条件的引力作用下物体运动的规律。也就是在这部份,牛顿第一次即将公布了他发明的微积分。牛顿用了若干个辅助定律说明极限的意义,导入微积分方式(即流训诂和反流训诂)。牛顿在《自然哲学的物理原理》的前言里,就开宗明义地声称:“由于古人觉得在研究自然事物时力学最为重要,而今人则放弃其实体形状和隐蔽性质而力图以物理定理说明自然现象,为此我在这本书中,也旨在于用物理来阐述有关的哲学问题。”在第一卷的证明中,牛顿就用了微积分这些新的剖析技巧。在《自然哲学的物理原理》的全书中,都彰显了牛顿的这个本意。他将新的物理工具运用于剖析引力、潮汐、彗星、声和光、流体阻力牛顿经典力学三大定律,乃至整个宇宙。其中一个最辉煌的战果就是万有引力定理。牛顿经过严密的物理论证,得出推论:“万物彼此都吸引着;这个引力的大小与各个物体的质量成正比列,而与它们之间的距离的平方成反比列。”这就是“万有引力定理”。牛顿运用万有引力定理,除了解释了已有的理论早已说明的现象,如伽利略发觉的惯性定理和自由落体定理,并且能说明并解释已有的理论不能解释的现象,如完满地解释了开普勒的行星运动三定理。更难得的是,它还预见了新的仍未发觉的天文现象,包括后来否认的天王星的存在。牛顿还引入了绝对时间、绝对空间和绝对运动的观念。631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》第二卷“论物体的运动”,为第一卷基本定理的具体运用,探讨了物体在空或水底遭到阻力时的运动情况,并涉及声学的研究。牛顿有力地反驳了当时广为流行的笛卡尔漩涡理论。牛顿明晰强调,在旋祸中转动的行星不可能符合开普勒定理。631物理好资源网(原物理ok网)

论宇宙的系统631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》第三卷的标题为“论宇宙的系统”。在这一卷中,牛顿提出了四条“哲学中的推理规则”,指出“寻求自然事物的缘由,不得超出真实和足以解释其现象者”,以及“对于相同的自然现象牛顿经典力学三大定律,必须尽可能地寻求相同的诱因”等,提出了万物的普遍属性。这反映出牛顿坚信宇宙万物是按简单、和谐和统一的原则构成的。牛顿的这四条推理规则,直至明天都是科学研究中所遵守的基本准则。631物理好资源网(原物理ok网)

接着,牛顿讨论了太阳系的行星、月球和慧星的运行,以及月球上海洋潮汐的动因。他还非常对土星和木星的卫星运动做了研究,强调它们严格遵守平方正比定理。牛顿运用地球引力作用,成功地解释了海洋潮汐现象。这是当时对地球运动最为详细的解释。他对月球的形状做了精确的估算。牛顿依据几个实验数据剖析强调,月球在南北极比赤道处要扁平些,这是因为月球自转导致的。这同笛卡尔学说的观点正好相反。在《自然哲学的物理原理》第三卷中,还有关于慧星的理论。牛顿对已有的大量慧星资料和观测记录做了剖析,论证了平方正比关系也适宜于慧星和太阳之间。他得出结论道,慧星与普通行星并没有本质区别,这不过比它的轨道偏心率大得多而已,这些扁椭圆轨道很接近抛物线。631物理好资源网(原物理ok网)

后世影响631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》中,牛顿所提出的一整套热学体系为日后热学的发展奠定了基础。也由于人们将该体系成功地运用于对天体运动的讨论。在17世纪热学发展的背景当中,一方面有着学者们在对旧理论所进行的批判和反省当中提出的一系列富于挑战性的问题,另一方面又有着人们长期的技术实践所积累上去的丰富经验。在正在盛行的工业中,牛顿体系的完成同样也意味着上述历史上的学者和匠人传统的结合。这一结合,为日后技术问题的解决奠定了基础,同时又为人们推进对自然的认识提供了有力的装备。1842年,海王星的发觉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热学的适用范围。而在哲学上,牛顿热学对日后机械自然观的产生也形成了影响。631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》是人类把握的第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系,其影响所及布满精典自然科学的所有领域。《自然哲学的物理原理》在数学学、数学、天文学和哲学等领域都形成了巨大影响。631物理好资源网(原物理ok网)

《自然哲学的物理原理》标志着17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,成就了美国工业革命,在日本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。631物理好资源网(原物理ok网)

作者简介631物理好资源网(原物理ok网)

艾萨克·牛顿(1643—1727),美国科学家。牛顿出生在西班牙林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里。1661年,19岁的牛顿以减费生的身分步入剑桥学院三一大学,1665年获学士学位。1667年,26岁的牛顿晋升为物理院士,并兼任卢卡斯讲堂的院士。1668年,牛顿制成了第一架反射望远镜样机。1671年,牛顿把经过改进的反射望远镜送给了皇家学会,因而声誉大振,并被选为皇家学会会员。随着科学名声的提升,牛顿的政治地位也得到了提高。1689年,他被选为议会中的学院代表。晚年的牛顿开始旨在于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,埋首于写以神学为题材的专著。1727年3月20日,艾萨克·牛顿去世,他被埋葬在了威斯敏斯特修道院。631物理好资源网(原物理ok网)

剑桥学院三一大学()礼拜堂牛顿的花岗岩雕像底座下刻着两行字:631物理好资源网(原物理ok网)

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把拉丁文翻译成英语后,意思是:631物理好资源网(原物理ok网)

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英文是:631物理好资源网(原物理ok网)

他赶超了人类的理解631物理好资源网(原物理ok网)

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