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1、 牛顿的科学成就与历史地位一、 牛顿（Isaac Newton）简介： 1. 时代背景l 文艺复兴运动之后思想启蒙专向定量科学时期l 宗教改革进入激进的清教动时期l 神创论转向自然神论时期l 自然哲学向自然科学转变时期l 实验哲学具体化到实验科学为主的时期l 英国资产阶级革命与王朝复辟交错并终于取得胜利的时期牛顿作为一心做学问的科学家，内心倾向请教，属于自然神论、以实验与定量分析科学相结合治学，以自己的实践进行了近代科学需要大综合和划时代飞跃、形成科学理论体系，它适应了新兴的资产阶级极其需要近代科学技术的波切需要， 而成为近代科学的标志性理论体系的完成者和主要代表人物。2经历和著作：世界近代科
2、学史上最著名的英国科学家和数学家，1664年毕业于剑桥大学三一学院，1668年在剑桥大学读完研究生课程，并且继巴罗担任卢卡锡讲座教授。1696年出任英国造币局监督，1699年任造币局局长，1703-1727年连五届任皇家学会主席。主要著作有自然哲学的数学原理、光学、宇宙系统和月球理论等，还有古王国变迁史。主要科学论文有“论分析”、“级数和流数方法论著”、普通数学或数学结构与题解集、未发表的科学论文集（A.R.Hall 编）、。 还有被烧掉的化学书手稿，留下了千百万字的手稿。他也是近代科学革命成就的集大成者和做出决定性贡献的伟大科学家。他生于1643年1月4日（公历，按古罗马的儒略历应为1642
3、年2月25日），死于1727年3月20日（公历），活了85岁。3. 主要贡献：牛顿在他的时代是一位几乎在各个学科领域都作出划时代贡献的，并集大成的划时代人物。尽管他的天才、勤奋和成就令至今的世人所敬仰，但是它毕竟受到历史条件的局限，因而为后代留下了广阔的发展空间。他奠定的理论力学、微积分、物质组成思想、光学实验发现和理论、万有引力定律、运动三定律、低速流体阻力定律、彗星理论、潮汐理论和宇宙系统论等都在各学科的历史上留下了划时代的和奠基性的巨大贡献。4. 成就的典型评价：爱因斯坦在1927年几年牛顿逝世200周年时写道：“我觉得有必要在这样的时刻来纪念这位杰出的天才，在它以前和以后都还没有人像他
4、那样决定着西方的思想、研究和实践的方向。 他不仅作为某些关键性的方法的发民者来说是杰出的，而且他在善于运用他那是的经验材料上也是独特的，同时还对于史学和物理学的详细证明方法有惊人的创造才能。由于这些理由，它应当受到我们最深挚的尊敬”；关于牛顿的成就与爱因斯坦的成就相比较谁大谁小的问题，爱因斯坦本人早就作出回答。在他和英费尔德合写的物理学的进化一书中说：“科学的发展不是像毁掉一座仓库，在原地建设起一座仓库，而是像爬上一样，沿着一个个山头向上爬，爬得高了，看到起步小山还在那里，只不过显得矮些罢了”。著名科学家卢瑟福（Lord Ernest Rutherford）在1931年回答有人提问这个问题时说
5、过：“今天有一种颇为流行的误解，即科学是由推翻以前建立的理论才前进的，但这是极少的情况。例如，时常有人说爱因斯坦的广义相对论推翻了牛顿在引力上的工作。真理再前进一步会变成缪误就爱因斯坦的工作与牛顿的工作的关系而言，仅仅是它的基础的一种普遍的推广，一个伟大的真理不是可抛弃的，而是予以修改，以便将它放在更加广泛和稳固的基础之上”。 (A.S.Eve, Rutherord being ,1939,p.)生物物理学家、科学学奠基人和第一任世界和平理事会主席J.D.Bernal评价牛顿的原理说：“这部书坚持阐述了物理的说理，在全部科学史上是无与伦比的。就数学而论，只可以拿欧几里得的几何原本与它相比，就洞
6、察物理的卓识和对思想上的影响而论，就只有达尔文的物种起源比得上它。这本书立即成为新科学的景点，这倒不是说他已到了作为正统学说的源泉的底部而受到崇敬虽然多少有这种危险，特别在英国而是说书中提到的种种方法可以作为以后推广的源泉而受到崇敬”。 （贝尔纳，历史上的科学，1981，p.277）二、 牛顿科学思想的核心是粒子和力 他的物质观是原子论，原子论在科学上的应用就是原子粒子质点质点系重心质心的概念。它的物质组成学说是多层次的粒子靠吸引力与排斥力的作用，而形成物质三态，以至万物。l 数学上：几何点， 物理上：质点和重心，化学上：粒子的结合和分解， 天文学上：以质点代天体。在原理的未发表的Conclu
7、sio手稿中写道：“Thus almost all the phenomena of nature will depend on the forces of particles, if only it be possible to prove that forces of particles of this kind do exist. And although the names of attractive and repulsive forces will displeased many, yet what we have thus far said about these forces
8、will appear less contrary to reason if one considers that the parts of bodies certainly do cohere, and that distant particle can be impelled towards one another by the same causes by which they cohereI am far from affirming that my views are correct, and I acknowledge their great imperfection, never
9、theless they are simple and easy to conceive, and same kind as the natural philosophy of the cosmic system which depends on the attractive forces of greater bodies.”牛顿定义力是相互作用，定义吸引力为“All forces attractive by which bodies are impelled towards each other, come together and cohere, whatever the causes
10、be”.可见重力只是其中的一种。排斥力与吸引力相反。l 吸引力与排斥力的关系： “Such operations may be supposed to be affected by double forces； One of these impels adjacent particles towards one another; this is s but decreases more quickly with distance from particle. The other force is weaker but decreases more slowly and so at greate
11、r distances exceeds the former force; they drive the particles to cohere and separateIf Nature be simple and pretty conformable to itself, causes will operate in the same kind of way in all phenomena, so that the motion of smaller bodies depend upon certain smaller forces just as the motion of large
12、r bodies are ruled by the greater force of gravity.”“在某距离上排斥力超过吸引力”一词, 被前苏联的VaviloB 说成预见了卢瑟福发现的原子核及其核势垒”。 三、数学上的贡献1. 1664年发明无限级数、收敛级数。2. 1664-1665年发明用极限法做曲线的切线。3. 1665年发明二项式定理1665-1666年将原子论的质点、数学和物理上的求速度和加速度，三种知识结合起来, 并运用求极限法，发明了流数法或微积分，显示了学科交叉的重要作用。也是牛顿而非纯数学家能发明微积分的原因。y/t= v, 用 y 上加 “ ”表示。 在5月20日写的
13、一篇论文残片中，说“用带点的字母表示流量的流数”。 案例：给出一个方程，表示两个以上的动体A、B、C在同时间内 的径迹x、y、z，求它们的速度p、q、r ？ A xB y Cz dx / dt = p, dy /dt=q, dz / dt = rX 牛顿得出： X3+ 2xxy + 4xx + 7xyy y3 130 = 0 3xxp 4xyp+8xp + 7yyp 2xxq +14xyq 3yyq = 0 流数的反求法就是积分，表示法是x上面加矩形框“”表xdx示。 牛顿在1665年中期写的关于计算基础理论的探讨手稿中，列出很长的抛物线方程的积分表和双曲线方程的微分表。所以微积分英发明于16
14、65-1666年。正式 总结成论用无限相方程所作的分析”。1679-1671年之交的冬天，他又写出级数和流数方法论著达数十页。二文直到1736年才由后人正式发表。三、 关于微积分发明权的争论争论发生在牛顿与莱布尼茨之间。莱布尼茨在1669年通过与皇家学会数学家J.Collins 的通信了解到一些内容。1673年莱布尼茨到伦敦访问并当选为皇家学会会员。据Fatio 的Duillier后来给皇家学会的信中说，莱布尼茨通过Collins等多种渠道看到牛顿的论分析并听说牛顿的流数原理，并从皇家学会的秘书转交的牛顿的信中也得知详情。1676年莱布尼茨再访伦敦，对牛顿的流数有了更详细的了解，不久通过皇家学会秘书转交的几封信有更全面的了解。莱布尼茨再给秘书的信中谈到“你们杰出的牛顿又秋季的方法，可测量一切曲线的面积及旋成体的体积和球重心的方法是用渐进的方法求的,这一方法是普遍的和方便的，值得奖励，并且我毫不换衣者会证明他值得成为最有才气焕发的发现者”。莱布尼茨后来在微分和积分的表示法上采用了今天用的 dx / dx 和 xdx的表示法，更加方便。牛顿一直在思考和修改，莱布尼茨在1684和686年先后发表了微分原理和积分原理。牛顿不得不在原理中说“10年前再狠说戏的几何学家莱布尼茨与我的通信中，我通知他握有确定极大和极小、花切线和形成类似的的
