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《自然哲学之数学原理》:牛顿的旷世之作

更新时间:2024-01-04 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

《自然哲学之物理原理》(简称《原理》)是牛顿一生中最重要的科学专著,成书于1687年。《原理》的初版初印于12月14日拍卖,最后拍出了港元的天价,成为史上最贵的一本彩印科学专著。《原理》初版初印仅有400册,其中只有80本是“欧陆版”,专为亚洲台湾的店家构建,跟美国本土的有细微差异。此次拍卖的书籍就是欧陆版之一。US6物理好资源网(原物理ok网)

为了庆贺剑桥学院图书馆600华诞,图书馆展出了这本牛顿典藏的初版《原理》,书中有牛顿的注解和修正。(图片来源:剑桥学院图书馆)US6物理好资源网(原物理ok网)

为何这本书这么值钱呢?下边是它的故事。US6物理好资源网(原物理ok网)

我不晓得世界会如何看待我,但我觉得自己不过像个在沙滩上嬉戏的女孩,不时地找寻到一些较光滑的鹅卵石和漂亮的贝壳,并借此为乐,而关于摆在我面前的真理的汪洋大海,我还一无所知。US6物理好资源网(原物理ok网)

——牛顿US6物理好资源网(原物理ok网)

1687年,牛顿出版了他的旷世之作《原理》。它阐明了牛顿的万有引力和运动定理,以及详尽推论了这种定理引起的后果。牛顿在书中并不只是描述一些很显而易见的内容,例如行星运动定理和磨擦,而是耗费了大量复杂的细节,去解释月球怎样在自转的时侯被压扁,分点岁差,海洋的潮汐力,以及借助摄动理论去研究太阳-月球-月亮的三体问题等等。简而言之,牛顿解释了当时已知的一切运动方式和现象。我们可以觉得这是理论化学学的开端。US6物理好资源网(原物理ok网)

《原理》是牛顿经过20年的思索、实验研究、大量的天文观测和无数次数学演算的结晶。他的大多数成就都发生在1665年,当时美国流行大流感,剑桥的师生都被疏散,牛顿回到故乡。在这段时间内,牛顿渡过了他一生中最富于创造力的阶段。US6物理好资源网(原物理ok网)

假如说我看得比他人更远些,那是由于我站在巨人的右臂上。牛顿的思想深受了哥白尼、伽利略、笛卡尔、培根、洛克和摩尔等人的影响。(图片来源:.in)US6物理好资源网(原物理ok网)

牛顿并不是当时惟一一个在思索引力的科学家。在纽约,有三个特别聪明的人都在思索这个问题,她们是哈雷()、雷恩(Wren)和胡克(Hooke)。US6物理好资源网(原物理ok网)

在1670年底,这三个人大概同时猜到引力的平方正比关系——引力随着距离的平方递减——与行星的椭圆轨道之间有必然联系,但她们都未能证明这一点。US6物理好资源网(原物理ok网)

在这更早的几六年前,开普勒就写下了他的三大定理来描述行星的运动。第一定理描述了所有的行星轨道都是椭圆的。第二和三定理告诉我们行星顺着椭圆轨道的运行速率。假如轨道是方形的牛顿第一原理是什么,这么开普勒第三定理就等同于引力的平方正比定理。US6物理好资源网(原物理ok网)

困难在于,要怎么证明开普勒的第一定理,即证明引力的平方正比关系与行星椭圆轨道之间的对应关系。是否可以用一个简单的物理定理就描述这样关系?诸如像胡克的弹性定理。US6物理好资源网(原物理ok网)

胡克没有留下任何的肖像画,这是艺术家对胡克的印象画。听说胡克丑恶、驼背。他是一名具有创造性的天才,有许多的贡献,包括弹性定理、发明“细胞”、改造望远镜等等。(图片来源:)US6物理好资源网(原物理ok网)

1684年,胡克、雷恩和哈雷集聚在奶茶馆热烈地讨论着为什么行星这么运动?雷恩和哈雷都表示自己未能证明,而且胡克却对他的两位同学说他早已估算下来了。哈雷十分开心的说道:“快让我们见识见识!”但几个月过去,胡克并没能做到,他根本算不下来,也没有人能否做到。哈雷早已厌倦了胡克的各类托词,认为他只是在吹牛。US6物理好资源网(原物理ok网)

哈雷的肖像,著名于估算出哈雷慧星的公转轨道和回归。(图片来源:)US6物理好资源网(原物理ok网)

但这也使得了哈雷决定抵达剑桥,讨教牛顿。哈雷跟牛顿说道:“我们都觉得有某种来自太阳的神秘力量,控制着行星的运动,我们觉得一定有一条物理定理来描述力是怎样随着距离改变的。”牛顿说道:“我在几年前就早已估算下来了”。哈雷激动地说道“快让我见识下”。牛顿表示原本的原稿找不到了,他可以给哈雷再证明一遍。当哈雷离开,正在担忧牛顿是否也像胡克那样吹牛时,信使带来了牛顿的一封信。US6物理好资源网(原物理ok网)

在《'sLost》一书中描述了费恩曼是怎样重新证明行星的轨道必然是椭圆的。因为费恩曼遗失了这一节课的笔记,因而并没有被包括在《费恩曼化学学课件》中。(图片来源:DavidTong)US6物理好资源网(原物理ok网)

牛顿在这篇只有九页的《论轨道上物体的运动》中证明,引力的存在致使行星必将沿椭圆轨道运动,运动定理除了适用于月球上,也适用于整个宇宙。这是现代科学理论的开篇。US6物理好资源网(原物理ok网)

哈雷迫不及待的回到剑桥,鼓励牛顿立刻发表。而且牛顿表示他还须要再加一些东西。这一些东西耗费了牛顿五年的时间,而结果就是三卷《自然哲学的物理原理》。US6物理好资源网(原物理ok网)

牛顿的《原理》。(图片来源:Tatar)US6物理好资源网(原物理ok网)

还有个有意思的小故事。当牛顿完成《原理》后,哈雷向皇家学会申请应该立刻出版此书。而且皇家学会早已把她们的预算都花在了一本叫《鱼类历史》的书籍上,并销售低迷。最后还是哈雷自掏腰包,除了这么牛顿第一原理是什么,哈雷还帮助牛顿校准排版错误和制备几何插图。假如没有哈雷的鼓励和促进,我们不确定这本史上最伟大的科学专著是否还有机会出版。US6物理好资源网(原物理ok网)

不管如何,牛顿无疑建立了一个人类有史以来最为宏伟的体系。正如爱因斯坦对他的评价:“至今还没有可能用一个同样无所不包的统一概念来取代牛顿对于宇宙的统一概念。要是没有牛顿的明确的体系,我们到现在为止所取得的收获就会成为不可能。”US6物理好资源网(原物理ok网)

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