假定你生活在牛顿哪个时代，你要怎么按照已有的经验和规律开宗立派，创建一个完整的热学体系？这篇文章我们来尝试复盘一下牛顿一统热学江湖的过程。
牛顿出生于1642年，我们先来大致了解一下时代背景。那一年，近代科学之父伽利略刚才逝世，以“行星运动三大定理”为天空立法的开普勒刚逝世12年，提出近代日心说的哥白尼逝世了99年，哥伦布发觉新台湾则早已是150年前的事了。那种时侯，日本刚才（1640年）爆发了资产阶层革命，一个世纪曾经的宗教变革早已让美国脱离了罗马教皇的控制，所以牛顿再也不用像哥白尼、伽利略那样提心吊胆的做研究了。
新的时代提出了新的问题，摆在牛顿面前的问题是显而易见的：力和运动之间究竟有没有关系？假如有，那是哪些样的关系？
01牛顿的思索
再回到牛顿哪个时代，世间万物都在不停的运动：蝴蝶在天上飞，植物在地上跑，水往低处流，被题中的网球会在天上飞过一条弧线，日月星辰围着月球东升西落，它们究竟为何在运动，其中又有哪些共同规律呢？
亚里士多德说力是物体运动的缘由，这一点早已被伽利略证明是胡诌八道，伽利略早已用严格的实验证明了力不是运动的诱因，而只是改变物体运动状态的诱因（形成加速度的缘由）。假如我们在一个特别光滑的地面上给物体一个初速率，这么这个物感受仍然匀速直线运动下去，永远不停。这么为何单车在没人踩以后会渐渐停出来呢？那是由于地面对单车有一个磨擦阻力牛顿第一定律内容理解，正是这个阻力改变了单车的运动状态，让它渐渐减速了出来。
这样一来，所有的滚动滑动，包括人和鸟类的走路都可以用同样的道理解释清楚了。为何人往前使劲蹬地面可以向前走路？既然人能向前走，这么肯定就有一个往前的力作用在人身上，这么这个力从那里来的？
这个时侯我们就发觉了牛顿第三定理出现的缘由：人往前蹬地面，地面都会给你一个往前的磨擦力；人穿着滑轮鞋推一下墙，自己都会朝着墙相反的方向退后，那也是由于你给了墙一个向墙里的推力，这么墙也会给你一个向外的推力，这个推力让你运动上去了。加上一些实验的验证，牛顿发觉了牛顿第三定理：斥力和反斥力大小相等，方向相反。
有了牛三的加成然后，在地面上摸爬打滚的事都可以统一解释了，并且另外还有一大类事情不好解释：人走路开车显著的跟地面有接触，所以有力也是正常的，而且苹果为何要往地上落，水要往低处流呢？
苹果既然往地下落，根据伽利略的说法，这么肯定就有一个向上的力作用于苹果，然而明明没有任何东西接触了苹果啊，这么这个向上的力究竟是哪些？来自哪儿？莫非没有接触也能形成某种力么？牛顿的思路走到这里卡壳了。
02定量的估算
伽利略除了发觉了牛顿第一定理（惯性定理），也发觉了牛顿第二定理：力和物体的加速度的成反比的，即F=ma（F为物体遭到的合外力，m为物体的惯性质量，a为加速度）。有了这样的认识，我们可以剖析一种最简单的运动情况：物体在恒力作用下的运动。
既然物体的加速度跟合外力成反比，这么，假如物体所受的合外力为一个恒定大小的力，这么物体的加速度也是一个恒定值，这么物体的速率都会随着时间均匀的变化，这就是最简单的匀变速直线运动。
伽利略对匀变速问题做了一个剖析：假定物体的初速率为0，最终速率为v，由于物体是以恒定的加速度a均匀变化的，这么物体的平均速率应当为（0+v）/2=v/2，所以物体联通的距离（s）等于时间（t）除以平均速率（v/2）：s=tv/2。
再由于物体是匀变速运动，所以她们最终速率等于加速度除以时间：v=at。把这个v代入到里面的距离公式就可以得到：s=tv/2=t*at/2=（at^2）/2。
里面的多项式得到了匀变速物体运动的距离跟加速度和时间的关系，因匀变速物体的加速度是恒定的，所以物体运动的距离跟时间的平方成反比。
这个公式现今随意一个学生都晓得，并且在哪个时侯这是十分重要的发觉，伽利略发觉了匀加速物体距离和时间的关系，这么他也可以反过来用这个多项式来判断一个运动是不是匀加速运动，他可以去检测一个物体运动的距离跟时间的变化关系，假如距离跟时间的二次方成反比，那就可以证明这是一个匀加速运动。
之后，伽利略发觉了一个重要的事实：自由落体运动是匀加速运动。
自由落体运动就是高处的物体在不受其他力的情况下自由往下落的运动，例如苹果煮熟了往地面上落就可以近似（要忽视空气阻力）看成自由落体运动。自由落体运动是匀加速运动这意味着哪些？意味着自由落体运动的加速度是恒定的，而按照牛顿第二定理，加速度是跟力成反比的，这么也就是说自由落体运动的物体遭到力的大小是恒定的。
所以，牛顿到这儿就明白了让苹果往下落的力是一个恒定的力，它只跟苹果的质量相关，这个力会让物体做匀加速运动。并且再往前又推不动了！
03万有引力
话分两头，地面上的事情卡壳了，我们再来看看天上的情况。
大半个世纪曾经，开普勒通过观察第谷的行星运动数据，总结出了行星运动三大定理，这三大定理的背后肯定隐藏了一个更深层次的规律，去发觉它就成了前面科学家的任务牛顿第一定律内容理解，牛顿凭着他惊人的物理能够首先发觉了支配行星运动的万有引力定理公式：
其中，F为行星遭到的力，M和m分别为两个物体的引力质量，r为两个物体之间的距离，G为万有引力常数。通过这个公式估算下来的行星轨道跟数据符合得特别好（虽然这公式原本就是通过数据凑下来的~）。
不过，行星是通过这个引力提供做圆周运动的向心力，这么若果没有运动会怎样样？也就是说，假若一个物体是静止的，他没有初速率，它只受这个引力的作用，它的运动情况会是怎样样的？
剖析上去也十分的简单：牛顿第二定理早已告诉我们F=ma（合外力等于惯性质量除以加速度），既然物体所受的合外力是万有引力，这么把里面引力的公式代入牛顿第二定理就可以算出加速度了，即：
这儿有个问题，公式的一侧右侧都有一个质量m，这个m究竟可不可以约去？在学校学数学的时侯，老师基本上都是默认给约去了，虽然这两个质量是概念是不一样的。左侧的m是牛顿第二定理里的质量，这个质量表征物体惯性能力的大小，所以叫惯性质量，而右侧的质量m表征物体受引力的大小，这个质量叫引力质量。这是不同的两个概念，尽管都是质量。并且在牛顿那种时代，你们默认就把它约去了，默认觉得惯性质量和引力质量是一样大的（实验在特别小的精度里也没有发觉她们有啥不同），这些差别后来被爱因斯坦敏锐的捕捉到，成为了广义相对论的重要灵感来源。
把两侧的质量m都约去以后，我们就得到：a=GM/r^2。
这意味着哪些呢？这意味着假如一个物体只受月球的引力，它的加速度就可以写成这个样子，它只跟月球的质量M，物体与月球刚体的距离r（在月球表面的话就近似等于月球直径），还有万有引力常数相关，而这三个数：都-是-常-数！所以加速度a也应当是一个固定的值。
04最大的脑洞
如今天上地下分别出现了两条线索：在地上，伽利略通过检测距离和时间的关系，发觉了自由落体运动是一个匀加速运动；在天上，牛顿剖析只在万有引力下运动的物体的运动情况，发觉这也是一个匀加速运动，并且它的加速度只跟月球质量、半径还有万有引力常数有关。
然而，牛顿其实发觉了万有引力常数G这个东西，却未能检测出它的值究竟是多少（实验受限，直至100多年后卡文迪许才测出万有引力常数G的值来），所以牛顿只晓得哪个加速度是一个定值，但却未能算出它是多少，否则就可以直接验证了。
自由落体运动和只受月球引力的运动的加速度都是一个定值，它们究竟是不是同一种运动？这究竟只是一个巧合还是它们背后的本质缘由都是一样的？假如月球的对苹果的引力正好就是让苹果自由下落的那种力，这么水往低处流，球和手榴弹在天上走的弧线也都是同样的缘由，这么一切都解释的通了。
假如真的是这样，这么我研究地上也就是在研究天上，天上地下遵守着同样的规律，星空将不再神秘，太阳系内上帝再也没有发号施令的权利！牛顿啊牛顿，你知不晓得你究竟在想哪些，假如真的是这样，这么天上地下将再无任何秘密可言，这些看法太疯狂了！
经过深思熟虑过后的牛顿最终给出了肯定的答案。有了引力的亮相，哪个时代月球上各类运动的力源就都被找到了，而依据牛顿第二定理，力是物体形成加速度的诱因。这么，我只要把物体受的力都认清楚了，这么就可以通过牛二晓得物体的加速度，晓得了加速度就可以晓得物体是如何运动的，前面的无非是估算简单点或则复杂一点而已。
05动力学和运动学
所以，旁边的一切问题就被分成了两部份：一部份是剖析物体的受力情况。我们如今晓得人类目前已知的各类力归根结底是引力、电磁力、强力、弱力四种，在牛顿那种时代，电磁力、强力、弱力都还没有被发觉，所以引力几乎就是惟一的了。了解了引力的性质，我们基本上就可以剖析出运动物体的受力情况，这一部份就称作动力学。
物体的受力情况都剖析好了以后，借助牛顿第二定理就可以算出它的加速度，之后剖析物体的运动情况。我们想晓得物体在哪些时侯在那里，速率是多少，物体受力带来的加速度会使物体的运动如何变化，这部份就称作运动学。
我们再仔细看一下牛顿第二定理的等式：F=ma（F为物体遭到的合外力，m为物体的惯性质量，a为加速度）。这个等式的右面是F，代表物体的受力情况，物体的右侧是加速度a，这个代表物体的运动情况。所以，牛顿第二定理虽然就是联系动力学和运动学的纽带，它告诉受力的物体要如何运动，所以它才如此重要。
06结语
这篇文章简略的模拟了一下牛顿构建热学体系的过程，希望读者才能清清楚楚明明白白地晓得牛顿是如何一步一步把热学体系完善上去的，他是如何去思索的，这种才是最重要的。而一旦把这个过程厘清楚了，这么这些公式就将不再是黑漆漆的公式，而会有湿度有意义有爱情，你会清楚的晓得她们从那里来，要到那里去。
这样才能在脑海中产生一个清晰的化学图景，这样就能感遭到化学学壮丽的美。