牛頓對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)

1、牛頓對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)摘要 牛頓一是一位偉大的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家。他在自然科學(xué)史上 占有獨(dú)特的地位。他的科學(xué)巨著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理的出版 , 標(biāo)志著經(jīng)典力 學(xué)體系的建立。經(jīng)典力學(xué)理論體系的科學(xué)成就和科學(xué)的方法論啟迪了人類征服自 然的無(wú)窮智慧 , 對(duì)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。 關(guān)鍵詞 牛頓 物理學(xué) 貢獻(xiàn) 牛頓是偉大的物理學(xué)家 , 在他所處的時(shí)代 , 哥白尼提出了日心說(shuō) , 開(kāi)普勒從第 谷的觀測(cè)資料中總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)的行星三定律 , 伽利略又給出了力、 加速度等概念并 發(fā)現(xiàn)了慣性定律和自由落體定律。 但是 , 這些物理概念和物理規(guī)律是孤立的 , 在 邏輯上是各自獨(dú)立的東西。

2、牛頓正是“ 站在這些巨人的肩上” 對(duì)行星及地面上 的物體運(yùn)動(dòng)作了整體的考察和研究 , 用數(shù)學(xué)方法 , 使物理學(xué)成為能夠表述因果 性的一個(gè)完整體系。 正如牛頓所說(shuō)“ 自然哲學(xué)應(yīng)稱之為物理學(xué)” 的目的在于發(fā) 現(xiàn)自然界的結(jié)構(gòu)和作用 , 并且盡可能地把它們歸結(jié)為一些普遍的法則和一般的 定律用觀察和實(shí)驗(yàn)來(lái)建立這些法則 , 從而導(dǎo)出事物的原因和結(jié)果”。 牛頓對(duì) 力學(xué)的研究成果集中體現(xiàn)在他的科學(xué)巨著 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 中, 這本書(shū)是 科學(xué)史上極為重要的偉大著作。 牛頓在 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 書(shū)中 , 提出了力 學(xué)的三大定律和萬(wàn)有引力定律 , 對(duì)宏觀物體的運(yùn)動(dòng)給出了精確的描述 , 總結(jié)了 他自己的物理發(fā)現(xiàn)和

3、哲學(xué)觀點(diǎn)。 可以說(shuō)在整個(gè)科學(xué)史上沒(méi)有一部著作在創(chuàng)新或思 維方面可以和該書(shū)相媲美 , 在取得偉大成就方面也是如此。它不僅標(biāo)志了十六、 十七世紀(jì)科學(xué)革命的頂點(diǎn) , 也是人類文明進(jìn)步的劃時(shí)代標(biāo)志 , 它不僅總結(jié)和發(fā) 展了牛頓之前物理學(xué)的幾乎全部重要成果 , 而且也是后來(lái)所有科學(xué)著作和科學(xué) 方法楷模。該書(shū)的出版 , 標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的建立 , 立即作為新科學(xué)的經(jīng)典著 作而受到崇敬 , 在科學(xué)發(fā)展史上建立了一個(gè)不朽的豐碑。1.1 時(shí)代的巨著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一書(shū)分為兩大部分 , 在第一部分中 , 牛頓首先明確 了當(dāng)時(shí)人們常?；煜膸讉€(gè)重要概念 , 如質(zhì)量、慣性、外力、向心力、時(shí)間、空

4、 間等 , 然后提出了運(yùn)動(dòng)的基本定理和定律 , 即牛頓力學(xué)三定律 , 力的合成與分 解、動(dòng)量守恒定律、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定律、相對(duì)性原理以及力的等效原理等。這一部分 雖然篇幅不大 , 但它是全書(shū)的基礎(chǔ) , 內(nèi)容極為重要。第二部分是這些定律的應(yīng)用 又分為三篇 , 前兩篇是用演繹推理的方法導(dǎo)出了萬(wàn)有引力定律 , 確定了這一定 律的具體形式討論阻尼運(yùn)動(dòng)、 流體動(dòng)力學(xué)以及流體靜力學(xué)等。 在第三篇中 , 用牛 頓與經(jīng)典力學(xué)的建立解釋宇宙體系 , 研究天體的觀測(cè)資料 , 其中包括行星圍繞 太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng) , 衛(wèi)星圍繞行星的運(yùn)動(dòng) , 地面上物體的降落運(yùn)動(dòng)和拋射運(yùn)動(dòng) , 慧星 軌道的確定 , 歲差以及潮汐現(xiàn)象與萬(wàn)有引力的符

5、合程度等 , 首次把地上的運(yùn)動(dòng) 與天體運(yùn)動(dòng)用數(shù)學(xué)方式聯(lián)系起來(lái)。 牛頓的時(shí)空觀是絕對(duì)的 , 它雖然不能正確揭示 作為物質(zhì)存在形式的空間和時(shí)間的統(tǒng)一性 , 不能正確揭示物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性 , 但它正確反映了當(dāng)速度遠(yuǎn)低于光速時(shí)的經(jīng)典理論的基礎(chǔ) , 它是在當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)條件 下的科學(xué)總結(jié) , 是人類認(rèn)識(shí)自然的一個(gè)里程碑。1.2 著名的牛頓三定律在明確了這些概念 , 建立了時(shí)空觀以后 , 牛頓又精辟地闡述了著名的運(yùn)動(dòng) 三定律?！?定律每個(gè)物體繼續(xù)保持其靜止或沿一直線作等速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài) , 除非 有力加于其上迫使它改變這種狀態(tài)。 ”“ 定律運(yùn)動(dòng)的改變和所加的動(dòng)力成正比 , 并且發(fā)生在所加的力的那個(gè)直線方向上”“

6、定律每個(gè)作用總有一個(gè)相等的反作 用和它相對(duì)抗 , 或者說(shuō) , 兩物體彼此之間相互作用永遠(yuǎn)相等 , 并且各指其對(duì) 方?！迸ｎD三定律是在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的 , 已被公認(rèn)為宏觀自然規(guī)律 , 并成為數(shù)學(xué)演繹的基礎(chǔ)。 第一定律是在伽利略、 笛卡兒關(guān)于慣性定律的基礎(chǔ)上建 立起來(lái)的 , 對(duì)當(dāng)今的物理學(xué)家來(lái)說(shuō) , 它幾乎自然地成了力學(xué)的基礎(chǔ)。 第二定律是 在明確了質(zhì)量概念以后 , 對(duì)伽利略動(dòng)力學(xué)思想的發(fā)展 , 它是運(yùn)動(dòng)三定律的核心。 牛頓第一和第二定律是密切相關(guān)的。 第一定律表明一個(gè)不受干擾力的質(zhì)點(diǎn)保持它 的原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)第二定律則表明 , 力只能引起原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。 故這兩個(gè) 定律否定了伽利略牛頓

7、時(shí)代以前關(guān)于必須有力才能保持運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。 第三 定律的指出 , 可以說(shuō)是牛頓對(duì)力學(xué)發(fā)展的一個(gè)最具創(chuàng)造性的獨(dú)到的貢獻(xiàn) , 這個(gè) 定律的確立指出了每一個(gè)力都有其反作用力 , 從而對(duì)力的概念作了完整的概括。 這三個(gè)看起來(lái)非常簡(jiǎn)單的物體運(yùn)動(dòng)定律作為一個(gè)整體是動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。 這個(gè)基礎(chǔ) , 從牛頓奠定之后又成為近代動(dòng)力學(xué)和天體力學(xué)研究的基本出發(fā)點(diǎn) , 因此得到物 理學(xué)家 , 甚至所有科學(xué)家和自然哲學(xué)家的極大重視。1.3 萬(wàn)有引力定律在引力問(wèn)題上 , 牛頓在觀念上肯定了地球上的重力與天體間引力的同一性 , 這在科學(xué)史上有特別重要的意義。他從建立總的力學(xué)體系出發(fā) , 排除次要因素 , 發(fā)揮他高超的數(shù)學(xué)才能

8、處理變量問(wèn)題 , 在前人已知引力平方反比定理的基礎(chǔ)上 , 把向心力與物體天體的質(zhì)量聯(lián)系起來(lái) , 并利用了他的反作用定律 , 從而推廣為普 適的萬(wàn)有引力定律峽。 利用萬(wàn)有引力理論 , 人們發(fā)現(xiàn)了海王星、 冥王星 , 解釋了 今后幾百年內(nèi)極多的地面現(xiàn)象與天體現(xiàn)象 , 例如哈雷慧星、 地球的扁形等。 定律 經(jīng)過(guò)了實(shí)踐的嚴(yán)格檢驗(yàn) , 得到了全世紀(jì)的公認(rèn)。 直到今天 , 萬(wàn)有引力定律仍是最 精密可靠的基本定律之一 , 也是天體力學(xué)和宇宙航行計(jì)算的基礎(chǔ)。1.4 牛頓的功績(jī)及經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立對(duì)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的影響和啟示 恩格斯在談到牛頓的成就時(shí)說(shuō) , 牛頓“ 借助于萬(wàn)有引力定律而創(chuàng)造了科 學(xué)的天文學(xué) , 借助于

9、對(duì)光學(xué)的分解而創(chuàng)造了科學(xué)的光學(xué) , 借助于二項(xiàng)式定理和 無(wú)窮級(jí)數(shù)理論而創(chuàng)立了科學(xué)的數(shù)學(xué) , 借助于對(duì)力的本性認(rèn)識(shí)而創(chuàng)造了科學(xué)的力 學(xué)”，以此對(duì)牛頓的科學(xué)貢獻(xiàn)作了極高的評(píng)價(jià)。牛頓一生的重要貢獻(xiàn)是集十六、 十七世紀(jì)科學(xué)先驅(qū)們成果的大成。 以自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 出版為標(biāo)志創(chuàng)立了 一個(gè)完整的經(jīng)典力學(xué)理論體系 , 把天地間萬(wàn)物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律概括在一個(gè)嚴(yán)密的統(tǒng) 一理論中 , 正確地反映了宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律 , 從而完成了人類 文明史上第一次自然科學(xué)的大綜合。 以牛頓命名的力學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)和天文學(xué)的 基礎(chǔ) , 也是現(xiàn)代工程力學(xué)以及與之有關(guān)的工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 此外, 為了說(shuō)明 天體現(xiàn)象和物理規(guī)律

10、, 牛頓在數(shù)學(xué)上創(chuàng)建的微積分， 微積分的發(fā)明也歸功于萊布 尼茲 , 他們幾乎同時(shí)創(chuàng)立了微積分學(xué)與微分方程 , 為后來(lái)自然科學(xué)的發(fā)展提供 了最為必要的思想工具和數(shù)學(xué)手段 , 開(kāi)創(chuàng)了數(shù)學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元。 同樣 , 牛頓在熱 學(xué)、光學(xué)、 天文學(xué)等方面都做出了自己的卓越貢獻(xiàn)。 如同歷史上一切偉大人物一 樣 , 牛頓雖然對(duì)人類作出了巨大的貢獻(xiàn) , 但他也不能不受時(shí)代的限制。 他對(duì)那些 暫時(shí)無(wú)法解釋的自然現(xiàn)象歸結(jié)為上帝的安排 , 提出所謂“第一推動(dòng)力” , 花費(fèi)后 半生的心血寫(xiě)出幾萬(wàn)字的神學(xué)著述。 牛頓雖然有這樣或那樣的缺點(diǎn)或不足 , 然而 正是經(jīng)典力學(xué)的建立表明了一個(gè)新時(shí)代和新科學(xué)文明的到來(lái)。牛頓是近代理

11、論物理學(xué)的創(chuàng)始人 , 他所建立的力學(xué)理論體系不僅能說(shuō)明已 有的理論和已經(jīng)說(shuō)明的現(xiàn)象 , 更重要的是 , 經(jīng)典力學(xué)理論能預(yù)見(jiàn)到新的物理現(xiàn) 象和物理事實(shí) , 并能以天文觀測(cè)或?qū)嶒?yàn)證實(shí)它們的正確性。 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得 者楊振寧教授在談到物理學(xué)發(fā)展時(shí)曾指出物理學(xué)發(fā)展的動(dòng)力有兩個(gè) , 一個(gè)是實(shí) 驗(yàn), 另一個(gè)是物理學(xué)本身的結(jié)構(gòu)。 理論物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的 , 沒(méi)有實(shí)驗(yàn) , 沒(méi) 有對(duì)客觀現(xiàn)象的分析和研究就不可能有物理學(xué)的發(fā)展。 和經(jīng)典力學(xué)體系相應(yīng)的是 牛頓建立了研究自然科學(xué)的新方法。 他站在巨人的肩上以培根的實(shí)驗(yàn)歸納方法為 基礎(chǔ) , 又吸收了笛卡兒的數(shù)學(xué)演繹體系 , 形成了他的比較全面的科學(xué)方法通過(guò) 實(shí)

12、驗(yàn)和觀察即分析現(xiàn)象 , 然后加以概括和總結(jié)為普遍法則即綜合方法 , 啟開(kāi)了 實(shí)驗(yàn)科學(xué)的大門(mén) , 使作為實(shí)驗(yàn)科學(xué)的物理學(xué)形成了一個(gè)光輝的體系。 這已成為人 類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的智能體現(xiàn)和重要的方法論之一 , 三百年來(lái)為自然科學(xué)的繁榮 立下了不朽功勛。牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系和他的方法論使物理學(xué)在十八、 十九世紀(jì)期間得以迅速 發(fā)展 , 并成為那時(shí)理論物理學(xué)的綱領(lǐng)或規(guī)范 , 直到麥克斯韋電磁理論誕生 , 人 類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)擴(kuò)展到電磁領(lǐng)域 , 提出電磁場(chǎng)概念。 這也可以認(rèn)為是牛頓引 力場(chǎng)理論的一次重大飛躍。 量子力學(xué)和相對(duì)論的建立以及人們對(duì)自然過(guò)程的物理 認(rèn)識(shí)都可以看作是牛頓思想的一種系統(tǒng)的發(fā)展。 牛頓是一位偉大的科學(xué)家， 他在 自然科學(xué)史上占有獨(dú)特的地位 , 給兩個(gè)多世紀(jì)的自然科學(xué)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)打上了 自己的烙印。他的經(jīng)典力學(xué)體系所奠定的物理基礎(chǔ)和方法啟迪了人們征服自然的 無(wú)窮智慧 , 二百多年來(lái)受到人們的高度崇敬。 他的科學(xué)成就和哲學(xué)觀點(diǎn)不僅對(duì)當(dāng) 時(shí)的學(xué)術(shù)界和思想界起著重大推動(dòng)作用 , 而且還影響了的后來(lái)的一些社