牛顿对化学学的贡献摘要牛顿一是一位伟大的化学学家、数学家和天文学家。他在自然科学史上占有奇特的地位。他的科学专著《自然哲学的物理原理》的出版,标志着精典热学体系的构建。精典热学理论体系的科学成就和科学的方式论启迪了人类征服自然的无穷智慧,对现代化科学技术发展和社会进步形成了非常深远的影响。关键词牛顿数学学贡献牛顿是伟大的化学学家,在他所处的时代,哥白尼提出了日心说,谷的观测资料中总结了经验的行星三定理,伽利略又给出了力、加速度等概念并发觉了惯性定理和自由落体定理。并且,这种数学概念和数学规律是孤立的,逻辑上是各自独立的东西。牛顿正是“站在那些巨人的肩上”对行星及地面上的物体运动作了整体的考察和研究,用物理方式,使数学学成为才能叙述因果性的一个完整体系。正如牛顿所说“自然哲学应称之为数学学”的目的在于发觉自然界的结构和作用,但是尽可能地把它们归结为一些普遍的法则和通常的定理—用观察和实验来构建这种法则,因而导入事物的缘由和结果”。牛顿对热学的研究成果集中彰显在他的科学专著《自然哲学的物理原理》中,这本书是科学史上极为重要的伟大专著。牛顿在《自然哲学的物理原理》书中,提出了热学的三大定理和万有引力定理,对宏观物体的运动给出了精确的描述,总结了他自己的数学发觉和哲学观点。
可以说在整个科学史上没有一部专著在创新或思维方面可以和该书相抗衡,在取得伟大成就方面也是这么。它除了标志了十六、十七世纪科学革命的顶点,也是人类文明进步的划时代标志,它除了总结和发展了牛顿之前数学学的几乎全部重要成果,并且也是后来所有科学专著和科学方式楷模。该书的出版,标志着精典热学体系的完善,立刻作为新科学的精典专著而遭到崇拜,在科学发展史上构建了一个不朽的壮歌。1.1时代的专著——《自然哲学的物理原理》《自然哲学的物理原理》一书分为两大部份,在第一部份中,牛顿首先明晰了当时人们经常混淆的几个重要概念,如质量、惯性、外力、向心力、时间、空之后提出了运动的基本定律和定理,即牛顿热学三定理,力的合成与分解、动量守恒定理、质心运动定理、相对性原理以及力的等效原理等。这一部份尽管篇幅不大,但它是全书的基础,内容极为重要。第二部份是这种定理的应用,又分为三篇,前两篇是用诠释推理的方式导入了万有引力定理,确定了这一定理的具体方式讨论减振运动、流体动力学以及流体静力学等。在第三篇中,顿与精典热学的构建解释宇宙体系,研究天体的观测资料,其中包括行星围绕太阳的运动,卫星围绕行星的运动,地面上物体的降落运动和填装运动,彗星轨道的确定,岁差以及潮汐现象与万有引力的符合程度等,首次把地上的运动与天体运动用物理方法联系上去。
牛顿的时空观是绝对的,它似乎不能正确阐明作为物质存在方式的空间和时间的统一性,不能正确阐明物质和运动的统一性,但它正确反映了当速率远高于光速时的精典理论的基础,它是在当时实验条件下的科学总结,是人类认识自然的一个里程碑。1.2知名的牛顿三定理在明晰了这种概念,完善了时空观之后,牛顿又精辟地探讨了知名的运动三定理。“定律每位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。”“定律运动的改变和所加的动力成反比,但是发生在所加的力的那种直线方向上”“定律每位作用总有一个相等的反作用和它相对抗,或则说,两物体彼此之间互相作用永远相等,而且各指其对方。”牛顿三定理是在观察和实验的基础上发觉的,已被公认为宏观自然规律,并成为物理诠释的基础。第一定理是在伽利略、笛卡儿关于惯性定理的基础上完善上去的,对现今的数学学家来说,它几乎自然地成了热学的基础。第二定理是在明晰了质量概念之后,对伽利略动力学思想的发展,它是运动三定理的核心。牛顿第一和第二定理是密切相关的。第一定理表明一个不受干扰力的质点保持它的原有的运动状态第二定理则表明,力只能导致原有运动状态的改变。故这两个定理否定了伽利略—牛顿时代曾经关于必须有力能够保持运动的错误观点。
第三定理的强调,可以说是牛顿对热学发展的一个最具创造性的独特的贡献,这个定理的确立强调了每一个力都有其反斥力,因而对力的概念作了完整的概括。这三个看上去十分简单的物体运动定理作为一个整体是动力学的基础。这个基础,从牛顿奠定以后又成为近代动力学和天体热学研究的基本出发点,因而得到化学学家,甚至所有科学家和自然哲学家的极大注重。1.3万有引力定理在引力问题上,牛顿在观念上肯定了月球上的重力与天体间引力的同一性,这在科学史上有非常重要的意义。他从构建总的热学体系出发,排除次要诱因,发挥他精湛的物理能够处理变量问题,在前人已知引力平方正比定律的基础上,把向心力与物体天体的质量联系上去,并借助了他的反作用定理,进而推广为普适的万有引力定理峡。借助万有引力理论,人们发觉了海王星、冥王星,解释了今后几百年内极多的地面现象与天彰显象,比如哈雷彗星、地球的扁形等。定理经过了实践的严格检验,得到了全世纪的公认。直至明天,万有引力定理仍是最精密可靠的基本定理之一,也是天体热学和宇宙航行估算的基础。1.4牛顿的战功及精典热学的成立对现代科学发展的影响和启示恩格斯在提到牛顿的成就时说,牛顿“借助于万有引力定理而创造了科学的天文学,利用于对光学的分解而创造了科学的光学,利用于二项式定律和无穷级数理论而成立了科学的物理,利用于对力的本性认识而创造了科学的热学”牛顿总结的物理规律奠定了经典物理学基础牛顿总结的物理规律奠定了经典物理学基础，借此对牛顿的科学贡献作了极高的评价。
牛顿一生的重要贡献是集十六、十七世纪科学先驱们成果的大成。以《自然哲学的物理原理》出版为标志成立了一个完整的精典热学理论体系,把天地间万物的运动规律概括在一个严密的统一理论中,正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律,进而完成了人类文明史上第一次自然科学的大综合。以牛顿命名的热学是精典数学学和天文学的基础,也是现代工程热学以及与之有关的工程技术的理论基础。据悉,为了说明天彰显象和数学规律,牛顿在物理上创建的微积分，微积分的发明也归功于莱布她们几乎同时成立了微积分学与微分多项式,为后来自然科学的发展提供了最为必要的思想工具和物理手段,开创了物理发展的新纪元。同样,牛顿在力学、光学、天文学等方面都作出了自己的卓越贡献。就像历史上一切伟大人物一牛顿似乎对人类做出了巨大的贡献,但他也不能不受时代的限制。他对这些暂时未能解释的自然现象归结为上帝的安排,提出所谓“第一推进力”,耗费后半生的心血写出几万字的神学论著。牛顿即使有这样或那样的缺点或不足,但是正是精典热学的构建表明了一个新时代和新科学文明的到来。牛顿是近代理论化学学的创始人,他所构建的热学理论体系除了能说明已有的理论和早已说明的现象,更重要的是,精典热学理论能预看到新的化学现象和数学事实,并能以天文观测或实验否认它们的正确性。
诺贝尔化学学奖获得者杨振宁院士在提到化学学发展时曾强调数学学发展的动力有两个,一个是实另一个是数学学本身的结构。理论化学学是以实验为基础的,没有实验,有对客观现象的剖析和研究就不可能有数学学的发展。和精典热学体系相应的是,牛顿构建了研究自然科学的新方式。他站在巨人的肩上以培根的实验归纳方式为基础,又吸收了笛卡儿的物理诠释体系,产生了他的比较全面的科学方式通过实验和观察即剖析现象,之后加以概括和总结为普遍法则即综合方式,启开了实验科学的房门,使作为实验科学的数学学产生了一个光辉的体系。这已成为人类认识事物本质的智能彰显和重要的方式论之一,三百年来为自然科学的繁荣立下了不朽功勋。牛顿的精典热学体系和他的方式论使化学学在十八、十九世纪期间得以迅速发展,并成为那时理论化学学的纲领或规范,直至麦克斯韦电磁理论诞生,类对客观世界的认识扩充到电磁领域,提出电磁场概念。这也可以觉得是牛顿引力场理论的一次重大飞越。量子热学和相对论的构建以及人们对自然过程的数学认识都可以看作是牛顿思想的一种系统的发展。牛顿是一位伟大的科学家，他在自然科学史上占有奇特的地位,给两个多世纪的自然科学的内容和结构打上了自己的烙印。
他的精典热学体系所奠定的数学基础和技巧启迪了人们征服自然的无穷智慧,二百多年来深受人们的高度崇拜。他的科学成就和哲学观点除了对当时的学术界和思想界起着重大推进作用,并且还影响了的后来的一些社会改革,对现代化科学发展和社会进步都形成了非常深刻的影响。参考文献《物理学史笺注》天津和科学技术出版社；《物理学史简明教程》北京师范学院出版社；丁士章等《简明数学学史》山西人民出版社；周培源在记念牛顿《自然哲学的物理原理》三百华诞会议上的讲话数学通报；《中国大百科全书化学学》中国大百科全书出版社；《中国大百科全书化学学》中国大百科全书出版社；