清華大學(xué)物理學(xué)課件牛頓和經(jīng)典力學(xué)的成熟

1、牛頓和經(jīng)典力學(xué)牛頓和經(jīng)典力學(xué)-(von pope), 18世紀(jì)英國著名詩人世紀(jì)英國著名詩人大自然界及其法則在黑暗中隱藏大自然界及其法則在黑暗中隱藏; ;上帝說：上帝說：“派牛頓去吧！派牛頓去吧！”, ,一切豁然開朗。一切豁然開朗。newton(16421727) 一、牛頓簡介一、牛頓簡介英國杰出的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、發(fā)明家牛頓，英國杰出的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、發(fā)明家牛頓，1642年生于英國林肯郡伍爾索普，是一個(gè)十足的農(nóng)年生于英國林肯郡伍爾索普，是一個(gè)十足的農(nóng)家孩子。小時(shí)候?qū)C(jī)械發(fā)明很感興趣。家孩子。小時(shí)候?qū)C(jī)械發(fā)明很感興趣。1661年考入劍橋大學(xué)，年考入劍橋大學(xué)，博學(xué)多才的著名學(xué)者巴羅博學(xué)多才的著名

2、學(xué)者巴羅將牛頓引向自然科學(xué)的廣將牛頓引向自然科學(xué)的廣闊天地。是現(xiàn)代自然科學(xué)闊天地。是現(xiàn)代自然科學(xué)的奠基人，經(jīng)典物理學(xué)的的奠基人，經(jīng)典物理學(xué)的創(chuàng)始人，微積分的發(fā)明人之一。創(chuàng)始人，微積分的發(fā)明人之一。牛頓的貢獻(xiàn)牛頓的貢獻(xiàn) 1. 1.牛頓確定了力學(xué)的三條基本定律和萬有引牛頓確定了力學(xué)的三條基本定律和萬有引力定律力定律; ; 2. 2.為了表述力學(xué)運(yùn)動(dòng)，他與萊布尼茲同時(shí)發(fā)為了表述力學(xué)運(yùn)動(dòng)，他與萊布尼茲同時(shí)發(fā)明了微積分明了微積分; ; 牛頓發(fā)明反射望遠(yuǎn)鏡牛頓發(fā)明反射望遠(yuǎn)鏡 3.3.在光學(xué)中，他發(fā)在光學(xué)中，他發(fā)現(xiàn)了太陽光的光譜現(xiàn)了太陽光的光譜; ; 4. 4.他的名著他的名著自然自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理哲學(xué)的數(shù)

3、學(xué)原理是科是科學(xué)史上最偉大的著作學(xué)史上最偉大的著作. .在科學(xué)方法上的重大貢獻(xiàn)是把歸納法和演繹法結(jié)合起來。在科學(xué)方法上的重大貢獻(xiàn)是把歸納法和演繹法結(jié)合起來。 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理著作中提出了具有嚴(yán)謹(jǐn)邏輯結(jié)著作中提出了具有嚴(yán)謹(jǐn)邏輯結(jié)構(gòu)的力學(xué)體系，使力學(xué)成為一構(gòu)的力學(xué)體系，使力學(xué)成為一門研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律門研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科。在這部著作中，牛頓的學(xué)科。在這部著作中，牛頓定義了時(shí)間、空間、質(zhì)量和力定義了時(shí)間、空間、質(zhì)量和力等基本概念，同時(shí)揭示了物體等基本概念，同時(shí)揭示了物體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。牛頓運(yùn)動(dòng)定運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基本定律。律是經(jīng)典力學(xué)的基本

4、定律。牛頓名著牛頓名著原理原理扉頁扉頁1.1.牛頓第一定律（慣性定律）牛頓第一定律（慣性定律） 一個(gè)不受外力作用的物體一個(gè)不受外力作用的物體, ,將保持它的靜止或?qū)⒈３炙撵o止或者勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。者勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 數(shù)學(xué)形式：數(shù)學(xué)形式：慣性：慣性：任何物體保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)。任何物體保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)。二、牛頓力學(xué)三定律二、牛頓力學(xué)三定律恒量合vf02.2.牛頓第二定律牛頓第二定律 ( (運(yùn)動(dòng)定律運(yùn)動(dòng)定律) ) 數(shù)學(xué)形式數(shù)學(xué)形式 說明：說明：（1）牛頓運(yùn)動(dòng)方程只適用于質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。）牛頓運(yùn)動(dòng)方程只適用于質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。（2）牛頓第二定律中）牛頓第二定律中 和和 的關(guān)系為瞬時(shí)關(guān)系的關(guān)系

5、為瞬時(shí)關(guān)系fa或由外力由外力 引起的物體的加速度引起的物體的加速度, ,正比于力正比于力, ,且在所加力的方向上，而反比于物體的質(zhì)量。且在所加力的方向上，而反比于物體的質(zhì)量。affmamfdtvdmf動(dòng)畫動(dòng)畫.牛頓第三定律（作用力和反作用力定律）牛頓第三定律（作用力和反作用力定律） baabff數(shù)學(xué)形式：數(shù)學(xué)形式： （1）作用力和反作用力總是成對(duì)出現(xiàn)；作用力和反作用力總是成對(duì)出現(xiàn)；（2）作用力和反作用力分別作用于兩個(gè)物體，作用力和反作用力分別作用于兩個(gè)物體，因此不能平衡或抵消；因此不能平衡或抵消；（3）作用力和反作用力屬于同一種性質(zhì)的力。作用力和反作用力屬于同一種性質(zhì)的力。動(dòng)畫動(dòng)畫說明：說明：

6、相相反反。，兩兩者者大大小小相相等等，方方向向物物體體施施加加一一作作用用力力物物體體對(duì)對(duì)，則則物物體體施施加加一一作作用用力力物物體體對(duì)對(duì)如如果果baabfabfba三、三、 力的分類力的分類1. 1. 三種常見的力三種常見的力 重力：重力：使物體產(chǎn)生重力加速度的力，即使物體產(chǎn)生重力加速度的力，即 重力來源于地球?qū)ξ矬w的引力，但只是地球引重力來源于地球?qū)ξ矬w的引力，但只是地球引 力的一部分（另一部分提供物體隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)的力的一部分（另一部分提供物體隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)的 向心力向心力) ) 重力隨物體所處高度和緯度而微小變化重力隨物體所處高度和緯度而微小變化 gmg摩擦力：摩擦力：兩相互接觸的物體由于相

7、對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相兩相互接觸的物體由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相 對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)而在接觸面間產(chǎn)生的一對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)而在接觸面間產(chǎn)生的一對(duì) 阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。nfkk彈力：彈力：物體由于形變而對(duì)引起形變的物體產(chǎn)生的物體由于形變而對(duì)引起形變的物體產(chǎn)生的 作用力。作用力。kxn動(dòng)畫動(dòng)畫在彈性范圍內(nèi)：在彈性范圍內(nèi)：靜摩擦力：靜摩擦力：滑動(dòng)摩擦力滑動(dòng)摩擦力：等于物體受到其它外力的合力。等于物體受到其它外力的合力。2. 2. 四種基本的力四種基本的力弱力強(qiáng)力電磁力萬有引力a a、強(qiáng)相互作用，存在核內(nèi)內(nèi)，以膠膠子為傳遞為傳遞媒介。b b、弱相互作用，僅僅在粒子間間的某些反應(yīng)時(shí)應(yīng)時(shí)才

8、顯現(xiàn)顯現(xiàn)，以中間間玻色子（w w+ +，w w，z z-0-0）為傳遞為傳遞媒介。 c c、電電磁相互作用，帶電帶電粒子或帶電帶電宏觀觀物體之間間的作用，以光子為為媒介。d d、萬有引力相互作用，任何兩個(gè)兩個(gè)物體的作用（以引 力子為為媒介）。后兩兩者的作用范圍圍可達(dá)達(dá)無限遠(yuǎn)遠(yuǎn)； 強(qiáng)相互作用的范圍為圍為：1010-15 -15 m m； 弱相互作用的范圍為圍為：1010-18 -18 m.m.四種種力強(qiáng)度的比較較如下： 名名 稱稱 距距 離（距源離（距源 強(qiáng)度強(qiáng)度強(qiáng)相互作用強(qiáng)相互作用 1010-15 -15 m m 弱相互作用弱相互作用 1010-15 -15 m 10m 10-13-13電磁相

9、互作用電磁相互作用 1010-15 -15 m 10m 10-2-2 萬有引力萬有引力 1010-15 -15 m 10m 10-38-38 引力波的探測(cè)引力波的探測(cè)問題：從上比較可得出什么結(jié)論？問題：從上比較可得出什么結(jié)論？2004年諾貝爾物理獎(jiǎng)年諾貝爾物理獎(jiǎng)哈佛大學(xué)哈佛大學(xué)戴維戴維 . 波利策波利策普林斯頓大學(xué)普林斯頓大學(xué)戴維戴維 . 格羅斯格羅斯普林斯頓大學(xué)普林斯頓大學(xué)夫蘭克夫蘭克 . 維爾切克維爾切克因發(fā)現(xiàn)了粒子物理的強(qiáng)相互作用理論中的因發(fā)現(xiàn)了粒子物理的強(qiáng)相互作用理論中的“漸進(jìn)自由漸進(jìn)自由”現(xiàn)象現(xiàn)象而分享而分享2004年諾貝爾物理獎(jiǎng)。年諾貝爾物理獎(jiǎng)。宇宙宇宙物質(zhì)物質(zhì)分子分子原子原子原子

10、核原子核電子電子質(zhì)子質(zhì)子中子中子夸克夸克費(fèi)米子費(fèi)米子費(fèi)米子費(fèi)米子玻色子（玻色子（0，1，2）夸克夸克“夸克緊閉夸克緊閉”（從未發(fā)現(xiàn)單個(gè)夸克）（從未發(fā)現(xiàn)單個(gè)夸克）1972年，荷蘭物理學(xué)家霍夫特提出了年，荷蘭物理學(xué)家霍夫特提出了“漸進(jìn)自由漸進(jìn)自由”理論。理論。其老師韋爾特曼認(rèn)為太簡單。（其老師韋爾特曼認(rèn)為太簡單。（1999，弱電量子結(jié)構(gòu)），弱電量子結(jié)構(gòu)）1973年科爾曼西要波利策計(jì)算非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)耦合常數(shù)隨動(dòng)年科爾曼西要波利策計(jì)算非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)耦合常數(shù)隨動(dòng)量的變動(dòng)。戴維量的變動(dòng)。戴維 . 格羅斯也要夫蘭克格羅斯也要夫蘭克 . 維爾切克做同樣的計(jì)維爾切克做同樣的計(jì)算算,得出了同樣的結(jié)果。得出了同樣的

11、結(jié)果。四、牛頓第二定律的應(yīng)用四、牛頓第二定律的應(yīng)用 1. 1. 牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 矢量式：矢量式： 分量式：分量式： 22dtrdmdtvdmamf2. 2. 用牛頓第二定律解質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)問題用牛頓第二定律解質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)問題1) 1) 已知運(yùn)動(dòng)，求受力：求導(dǎo)過程已知運(yùn)動(dòng)，求受力：求導(dǎo)過程 2) 2) 已知受力，求運(yùn)動(dòng)：積分過程已知受力，求運(yùn)動(dòng)：積分過程 m2 m1圖13fm2 m1fn ngm2解：取自然坐標(biāo)系解：取自然坐標(biāo)系 m2 m1fgm1tt a )mm(gmgmf2112 對(duì)對(duì)m2切向切向:對(duì)對(duì)m1切向切向:對(duì)對(duì)m1法向法向: amtgmf22 .1.1

12、amsingmt11 .2.20ncosgm1 .3.31+21+2得得: : t02v0dt)t3t (dv32tt21v 41058 . 948 . 9t15t58 . 9a2 2112mmsingmgmfa 2t3ta dtdva dt)t3t (dv2 a )mm(gmgmf2112 五、五、萬有引力定律的創(chuàng)立過程萬有引力定律的創(chuàng)立過程1. 1. 從蘋果到月亮從蘋果到月亮 蘋果落地是受到地球的引力，那么月球蘋果落地是受到地球的引力，那么月球受到地球的引力為什么不掉向地球呢受到地球的引力為什么不掉向地球呢? ? 2.2.牛頓的解釋：牛頓的解釋：(a)(a)牛頓的拋體運(yùn)動(dòng)牛頓的拋體運(yùn)動(dòng) (

13、b)(b)不斷下落的月亮不斷下落的月亮(c)(c)月亮的軌道月亮的軌道動(dòng)畫動(dòng)畫abbo月亮月亮地心地心不斷下落的月亮不斷下落的月亮月亮也在下落嗎？月亮也在下落嗎？如果沒有地球引力，如果沒有地球引力，月亮將沿直線運(yùn)動(dòng)。月亮將沿直線運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榈厍蛞Φ淖饔?，因?yàn)榈厍蛞Φ淖饔?，月亮離開直線，偏向地球。月亮離開直線，偏向地球。下落的距離下落的距離月亮不斷下落的結(jié)果是：月亮不斷下落的結(jié)果是：它沿一個(gè)圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)。它沿一個(gè)圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)。速度的改變有三種可能：速度的改變有三種可能：（1 1）v只改變大小，不改變方向；只改變大小，不改變方向；（2 2）v只改變方向，不改變大小；只改變方向，不改變大小

14、；圓周運(yùn)動(dòng)：圓周運(yùn)動(dòng)： 物體（質(zhì)點(diǎn)）在向心物體（質(zhì)點(diǎn)）在向心力的作用下所作的軌跡是力的作用下所作的軌跡是圓周的運(yùn)動(dòng)。圓周的運(yùn)動(dòng)。（3 3）v大小方向都改變。大小方向都改變。動(dòng)畫動(dòng)畫向心力與向心加速度“向心力使物體受到一個(gè)指向中心點(diǎn)的吸向心力使物體受到一個(gè)指向中心點(diǎn)的吸引引” 1. 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的合外力總是指向圓心，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的合外力總是指向圓心， 這個(gè)力叫做這個(gè)力叫做向心力向心力。3. 向心力來源向心力來源: 重力、彈力、摩擦力等重力、彈力、摩擦力等.2. 向心加速度：在向心力作用下物體產(chǎn)生的加速度向心加速度：在向心力作用下物體產(chǎn)生的加速度rva2. .萬有引力定律萬有引力定

15、律221rmmgf 任何兩天體（包括物體）之間的引力大任何兩天體（包括物體）之間的引力大小與兩個(gè)天體質(zhì)量的乘積成正比，與兩天體小與兩個(gè)天體質(zhì)量的乘積成正比，與兩天體距離的平方成反比距離的平方成反比 萬有引力常數(shù)萬有引力常數(shù)兩天體（物體）兩天體（物體）之間的距離之間的距離兩個(gè)物體兩個(gè)物體的質(zhì)量的質(zhì)量萬有引力定律的推導(dǎo)2224trrvatrv221222122222112214:4:trtrtrtraa 假定行星以速率假定行星以速率 繞太陽作半徑為繞太陽作半徑為r的勻速圓的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則該行星必定受到一個(gè)向心力周運(yùn)動(dòng)，則該行星必定受到一個(gè)向心力f的作用。的作用。v32krt由開普勒第三定律（和諧

16、定律）：由開普勒第三定律（和諧定律）：321221rrtt212221:rraa向心加速度的大小與距離的平方成反比向心加速度的大小與距離的平方成反比引力是一種與距離平方成反比的力引力是一種與距離平方成反比的力引力大小與質(zhì)量的關(guān)系？引力大小與質(zhì)量的關(guān)系？221rmmgf 根據(jù)牛頓第二定律，可知物體所受的萬有引力根據(jù)牛頓第二定律，可知物體所受的萬有引力與物體的質(zhì)量成正比。與物體的質(zhì)量成正比。又由第三定律，力來自物體又由第三定律，力來自物體與物體間的相互作用，則物體對(duì)地球引力應(yīng)該與地與物體間的相互作用，則物體對(duì)地球引力應(yīng)該與地球?qū)ξ矬w的引力相等。球?qū)ξ矬w的引力相等。推斷：推斷： 任何兩天體間的引力大

17、小與這兩個(gè)天體的質(zhì)量任何兩天體間的引力大小與這兩個(gè)天體的質(zhì)量乘積成正比，與天體的距離成反比。乘積成正比，與天體的距離成反比。（負(fù)號(hào)表示為吸引力）（負(fù)號(hào)表示為吸引力）22-11kgmn 106.754g4 4萬有引力常數(shù)萬有引力常數(shù)g的測(cè)定的測(cè)定 牛頓發(fā)表萬有引力定律牛頓發(fā)表萬有引力定律后后100多年，英國科學(xué)家卡文多年，英國科學(xué)家卡文迪許于迪許于1798 年用扭秤實(shí)驗(yàn)第年用扭秤實(shí)驗(yàn)第一個(gè)精確地測(cè)量了萬有引力一個(gè)精確地測(cè)量了萬有引力常數(shù)常數(shù)g的數(shù)的數(shù)值為值為: :h. cavendish（17311810）卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)裝置卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)裝置1110754. 6gnm2/kg2旋吊線旋吊線懸

18、吊在半空懸吊在半空中可以自由中可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的木桿轉(zhuǎn)動(dòng)的木桿小鉛球小鉛球大鉛球大鉛球卡文迪許測(cè)得：卡文迪許測(cè)得：卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)裝置卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)裝置22-11kgmn 10)6.67259(85g 以后近以后近200年中許多人用相同或不同的方法測(cè)年中許多人用相同或不同的方法測(cè)量量g值，值，1986年，國際科學(xué)聯(lián)盟理事會(huì)科技數(shù)據(jù)委年，國際科學(xué)聯(lián)盟理事會(huì)科技數(shù)據(jù)委員會(huì)員會(huì)（codata）推薦的數(shù)值為推薦的數(shù)值為: :目前的國際公認(rèn)值：目前的國際公認(rèn)值：22-11kgmn 106.6726g 在測(cè)得了在測(cè)得了g值后值后，卡文迪許利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的卡文迪許利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的重重力加速度力加速度g計(jì)算出了地球

19、的質(zhì)量（計(jì)算出了地球的質(zhì)量（約約6060萬億億噸萬億億噸），），成為第一個(gè)成為第一個(gè)“稱稱”出地球質(zhì)量的人。出地球質(zhì)量的人。 在地球上的實(shí)驗(yàn)室里測(cè)量幾個(gè)鉛球之間的相互在地球上的實(shí)驗(yàn)室里測(cè)量幾個(gè)鉛球之間的相互作用力，就可以稱出地球的質(zhì)量，這不能不說是個(gè)作用力，就可以稱出地球的質(zhì)量，這不能不說是個(gè)奇跡。然而它的思想基礎(chǔ)和牛頓是一致的，即相信奇跡。然而它的思想基礎(chǔ)和牛頓是一致的，即相信天上人間服從共同的規(guī)律，引力常量的數(shù)值都是一天上人間服從共同的規(guī)律，引力常量的數(shù)值都是一樣的。樣的。 實(shí)驗(yàn)的成功，使牛頓萬有引力定律更加完美，實(shí)驗(yàn)的成功，使牛頓萬有引力定律更加完美，卡文迪許的扭秤卡文迪許的扭秤實(shí)驗(yàn)被實(shí)

20、驗(yàn)被物理學(xué)世界物理學(xué)世界評(píng)為歷史上評(píng)為歷史上“最美麗最美麗”十大物理的實(shí)驗(yàn)之一。十大物理的實(shí)驗(yàn)之一。哈雷彗星哈雷彗星海王星海王星理論預(yù)言的實(shí)踐檢驗(yàn)理論預(yù)言的實(shí)踐檢驗(yàn)哈雷彗星哈雷彗星和和海王星海王星的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 海王星的發(fā)現(xiàn)是對(duì)牛頓萬有引力理論最有力的海王星的發(fā)現(xiàn)是對(duì)牛頓萬有引力理論最有力的支持，被譽(yù)為支持，被譽(yù)為“筆尖上的發(fā)現(xiàn)筆尖上的發(fā)現(xiàn)” ” 5 5引力理論的成就和意義引力理論的成就和意義 萬有引力定律深刻地揭示了宇宙萬物間所遵萬有引力定律深刻地揭示了宇宙萬物間所遵循的引力規(guī)律，打破了以前人們頭腦中認(rèn)為天體循的引力規(guī)律，打破了以前人們頭腦中認(rèn)為天體運(yùn)動(dòng)與地上物體運(yùn)動(dòng)有天壤之別的鴻溝，把天上運(yùn)

21、動(dòng)與地上物體運(yùn)動(dòng)有天壤之別的鴻溝，把天上和人間和諧地統(tǒng)一了起來。和人間和諧地統(tǒng)一了起來。增加了人類增加了人類“自然界自然界規(guī)律是統(tǒng)一規(guī)律是統(tǒng)一”的信念。的信念。 同時(shí)萬有引力定律揭示了物理學(xué)是美的科學(xué)。同時(shí)萬有引力定律揭示了物理學(xué)是美的科學(xué)。萬有引力理論的普遍性超越了宇宙的邊緣，從蘋萬有引力理論的普遍性超越了宇宙的邊緣，從蘋果到月亮，從太陽到宇宙，凡有引力參與的一切果到月亮，從太陽到宇宙，凡有引力參與的一切復(fù)雜現(xiàn)象無一不歸結(jié)到這條簡潔的定律之中，還復(fù)雜現(xiàn)象無一不歸結(jié)到這條簡潔的定律之中，還有什么比這更美嗎有什么比這更美嗎? ? 萬有引力定律的建立，對(duì)物理學(xué)的發(fā)展萬有引力定律的建立，對(duì)物理學(xué)的發(fā)

22、展還具有深遠(yuǎn)的方法論的還具有深遠(yuǎn)的方法論的意義意義： 從第谷的觀測(cè)到開普勒的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述，再上從第谷的觀測(cè)到開普勒的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述，再上升到萬有引力定律以及進(jìn)一步的預(yù)言、驗(yàn)證等等，升到萬有引力定律以及進(jìn)一步的預(yù)言、驗(yàn)證等等，為后人提供了建立物理學(xué)理論的一種標(biāo)準(zhǔn)模式。為后人提供了建立物理學(xué)理論的一種標(biāo)準(zhǔn)模式。牛頓以后，牛頓以后，尋找不同事物之間的聯(lián)系，建立統(tǒng)一尋找不同事物之間的聯(lián)系，建立統(tǒng)一的理論解釋，的理論解釋，已經(jīng)成為物理學(xué)家堅(jiān)持不懈的持久已經(jīng)成為物理學(xué)家堅(jiān)持不懈的持久的追求。的追求。 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理六、牛頓的自然哲學(xué)思想六、牛頓的自然哲學(xué)思想 “ “我把這部著作叫我把這部著

23、作叫做做自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理理，因?yàn)檎軐W(xué)的全部，因?yàn)檎軐W(xué)的全部任務(wù)看來就在于從各種任務(wù)看來就在于從各種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象來研究各種自運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象來研究各種自然之力，而后用這些力然之力，而后用這些力去論證其他的現(xiàn)象。去論證其他的現(xiàn)象。” ” 原理原理提出提出4 4條條“哲學(xué)中的推理法則哲學(xué)中的推理法則”：因果性原理：因果性原理： 對(duì)于自然界中同一類結(jié)果，必須盡可能歸之于對(duì)于自然界中同一類結(jié)果，必須盡可能歸之于同一種原因。同一種原因。簡單性原理：簡單性原理： 除那些真實(shí)而已足夠說明其現(xiàn)象者外，不必再除那些真實(shí)而已足夠說明其現(xiàn)象者外，不必再去尋求自然界事物的其他原因。去尋求自然界事物的其他原因。 統(tǒng)

24、一性原理統(tǒng)一性原理： 物體的屬性，凡是既不能增強(qiáng)也不能減弱者，物體的屬性，凡是既不能增強(qiáng)也不能減弱者，又為我們實(shí)驗(yàn)所能及的范圍的一切物體所具有者，又為我們實(shí)驗(yàn)所能及的范圍的一切物體所具有者，就應(yīng)視為所有物理的普遍屬性。就應(yīng)視為所有物理的普遍屬性。 真理性原理真理性原理： 在實(shí)驗(yàn)哲學(xué)中，我們必須把那些從各種現(xiàn)象中在實(shí)驗(yàn)哲學(xué)中，我們必須把那些從各種現(xiàn)象中運(yùn)用一般歸納而導(dǎo)出的命題看作是完全正確的或很運(yùn)用一般歸納而導(dǎo)出的命題看作是完全正確的或很接近于真實(shí)的，雖然可以想象出任何相反的假說，接近于真實(shí)的，雖然可以想象出任何相反的假說，但是在沒有出現(xiàn)其他現(xiàn)象足以使之更為正確或者出但是在沒有出現(xiàn)其他現(xiàn)象足以使

25、之更為正確或者出現(xiàn)例外之前，仍然應(yīng)當(dāng)給予如此的對(duì)待?，F(xiàn)例外之前，仍然應(yīng)當(dāng)給予如此的對(duì)待。 在在300300多年前，牛頓所提出的自然哲學(xué)思想多年前，牛頓所提出的自然哲學(xué)思想對(duì)對(duì)17-2017-20世紀(jì)科學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展影響十分巨大，世紀(jì)科學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展影響十分巨大，他正是從自然哲學(xué)的高度來審視具體科學(xué)問題，他正是從自然哲學(xué)的高度來審視具體科學(xué)問題，在力學(xué)、光學(xué)、微積分、天文學(xué)等方面都作出了在力學(xué)、光學(xué)、微積分、天文學(xué)等方面都作出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。近代科學(xué)也在牛頓自然哲學(xué)的推開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。近代科學(xué)也在牛頓自然哲學(xué)的推動(dòng)下得到了迅速發(fā)展。動(dòng)下得到了迅速發(fā)展。 牛頓被譽(yù)為近代科學(xué)革命的主要牛頓被譽(yù)為近代科

26、學(xué)革命的主要奠基人。奠基人。牛頓牛頓“作為巨人無與倫比，作為凡人無甚可取作為巨人無與倫比，作為凡人無甚可取” “ “如果說我比其他人看得遠(yuǎn)一點(diǎn)的話，那是如果說我比其他人看得遠(yuǎn)一點(diǎn)的話，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟?。因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟??！?“ “我不知世人將如何看待我我不知世人將如何看待我, ,但是在我看來但是在我看來, ,我不過像一個(gè)在海濱玩耍的孩子，為時(shí)而發(fā)現(xiàn)一我不過像一個(gè)在海濱玩耍的孩子，為時(shí)而發(fā)現(xiàn)一塊比平常光滑的石子或美麗的貝殼而感到高興；塊比平常光滑的石子或美麗的貝殼而感到高興；但那浩瀚的真理之海洋，卻還在我的面前未曾發(fā)但那浩瀚的真理之海洋，卻還在我的面前未曾發(fā)現(xiàn)呢?，F(xiàn)呢?！逼?、站在巨人

27、肩膀上的牛頓七、站在巨人肩膀上的牛頓 當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速率很高時(shí)（接近光速），當(dāng)所當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速率很高時(shí)（接近光速），當(dāng)所描寫的體系很小時(shí)（微觀體系），當(dāng)所描述的物描寫的體系很小時(shí)（微觀體系），當(dāng)所描述的物質(zhì)系統(tǒng)很大時(shí)，或引力很強(qiáng)時(shí)，牛頓的萬有引力質(zhì)系統(tǒng)很大時(shí)，或引力很強(qiáng)時(shí)，牛頓的萬有引力運(yùn)動(dòng)定律和牛頓的時(shí)空觀就不完全正確了，將由運(yùn)動(dòng)定律和牛頓的時(shí)空觀就不完全正確了，將由新的理論來代替。新的理論來代替。八、牛頓物理學(xué)的局限性八、牛頓物理學(xué)的局限性只可惜好景不長，只可惜好景不長，魔鬼大喝一聲：魔鬼大喝一聲：“派愛因斯坦去派愛因斯坦去”于是一切又恢復(fù)了原樣于是一切又恢復(fù)了原樣時(shí)間的定義時(shí)間的定義 時(shí)間是絕

28、對(duì)的：時(shí)間一直向前時(shí)間是絕對(duì)的：時(shí)間一直向前“流去流去”，與物，與物體的存在以及物理現(xiàn)象的發(fā)生毫無關(guān)系。體的存在以及物理現(xiàn)象的發(fā)生毫無關(guān)系。 我們無法降低或加快時(shí)間流動(dòng)的速度，并且在我們無法降低或加快時(shí)間流動(dòng)的速度，并且在宇宙中任何一個(gè)地方時(shí)間流動(dòng)的情形都是相同的。宇宙中任何一個(gè)地方時(shí)間流動(dòng)的情形都是相同的。 因此在我們地球上一秒鐘的間隔和其他星球上因此在我們地球上一秒鐘的間隔和其他星球上一秒的間隔是完全相等的，不管這些星球間是否有一秒的間隔是完全相等的，不管這些星球間是否有相對(duì)速度的存在。相對(duì)速度的存在。 銅壺滴漏銅壺滴漏(1316(1316年年) )古代一種計(jì)時(shí)儀器古代一種計(jì)時(shí)儀器 時(shí)間時(shí)

29、間只是依照特定的方只是依照特定的方法用標(biāo)準(zhǔn)鐘量出來的具有單法用標(biāo)準(zhǔn)鐘量出來的具有單位的數(shù)字，時(shí)間單位是秒。位的數(shù)字，時(shí)間單位是秒。目前國際上對(duì)目前國際上對(duì)“秒秒”的定的定義：義： 1967年定義年定義“秒秒”是是“銫銫”133 原子基態(tài)的兩原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷相個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷相對(duì)應(yīng)的輻射的對(duì)應(yīng)的輻射的9192631770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間”?？臻g的定義空間的定義 空間是絕對(duì)的：空間的存在是永恒的，空間是絕對(duì)的：空間的存在是永恒的，與空間里是否有物質(zhì)存在毫無關(guān)系。與空間里是否有物質(zhì)存在毫無關(guān)系。 假設(shè)空間是假設(shè)空間是歐幾里德空間歐幾里德空間：例如：例如： 空間內(nèi)兩點(diǎn)間最短的連線是直線；空間內(nèi)兩點(diǎn)間最短的連線是直線； 空間內(nèi)任意三角形的內(nèi)角之和為空間內(nèi)任意三角形的內(nèi)角之和為180。 1983年，第十七屆國際計(jì)量大會(huì)通過：年，第十七屆國際計(jì)量大會(huì)通過： 米是光在真空中米是光在真空中1/299792458秒的時(shí)間間秒的時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)行路程的長度。隔內(nèi)運(yùn)行路程的長度。 （規(guī)定真空中光速值（規(guī)定真空中光速值 c = 299792458米米/秒）秒） 空間空間在物理學(xué)上只是以一標(biāo)準(zhǔn)米尺用特在物理學(xué)上只是以一標(biāo)準(zhǔn)米尺用特定的方法比較或度量出來的且有一定單位的定的方法比較或度量出來的且有一定單位的數(shù)字。數(shù)字。國際上對(duì)長度基準(zhǔn)國際上對(duì)長度基準(zhǔn)“米米”的定義的定