小編整理: 《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是物理學(xué)哲學(xué)著作,由
英國(guó) 物理學(xué)家艾薩克·牛頓創(chuàng)作于1687年。這本書(shū)是牛頓的經(jīng)典力學(xué)著作,被認(rèn)為是物理學(xué)史上的里程碑之一。書(shū)中提出了牛頓三定律,以及他對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的研究,包括物體運(yùn)動(dòng)、重力、萬(wàn)有引力、慣性等概念。這些理論對(duì)后來(lái)物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響,被廣泛運(yùn)用于宇宙學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域。
牛頓在這本著作中展示了如何使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言和
公式 描述自然現(xiàn)象,并強(qiáng)調(diào)了數(shù)學(xué)在物理學(xué)中的重要性。他的這種方法不僅改變了人們對(duì)自然界的看法,也推動(dòng)了數(shù)學(xué)和自然科學(xué)的發(fā)展。因此,《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》被視為現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ),是物理學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科的重要參考著作。
自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 1687年牛頓創(chuàng)作的物理學(xué)著作
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是英國(guó)物理學(xué)家 艾薩克·牛頓 創(chuàng)作的物理學(xué)哲學(xué)著作,1687年首次出版。
基本信息
外文名
Mathematical Principles of Nature Philosophy
內(nèi)容簡(jiǎn)介 《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的宗旨是從各種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象中探究自然力,再用這些力來(lái)解釋自然現(xiàn)象。貫穿全書(shū)始終的核心內(nèi)容,是三大運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律。全書(shū)共分五部分,第一部分是寫(xiě)在正文前面的一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的“說(shuō)明”,對(duì)書(shū)中用到的一些概念,諸如力、天體、力學(xué)、運(yùn)動(dòng)、 物質(zhì)的量 等給出了定義和必要的說(shuō)明;第二部分是“公理或運(yùn)動(dòng)的定律”,詳細(xì)介紹了物體運(yùn)動(dòng)的三大定律: 慣性定律 、力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的定律、作用和反作用的定律;第三部分為該書(shū)的第一卷,討論了物體在無(wú)阻力的自由空間中的運(yùn)動(dòng);第四部分為該書(shū)的第二卷,對(duì)比了不同物體在阻滯介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng),得出阻力大小與物體速度的一次及 二次方 成正比的計(jì)算公式,還討論了氣體的彈性和可壓縮性,以及聲音在空氣中的速度等問(wèn)題;第五部分為該書(shū)的第三卷,它根據(jù)前四部分的論證,導(dǎo)出萬(wàn)有引力定律,并以大量的自然事實(shí)來(lái)說(shuō)明萬(wàn)有引力的存在,這些自然事實(shí)包括月球運(yùn)動(dòng)的偏差、 海洋潮汐 的大小變化、歲差的長(zhǎng)短不一等。
作品目錄 定義
公理或運(yùn)動(dòng)的定律
第一卷 論物體的運(yùn)動(dòng)
第一章 論用于此后證明的最初比和最終比方法
第二章 論求向心
第三章 論物體在偏心的 圓錐截線 上的運(yùn)動(dòng) 第四章 論由給定的焦點(diǎn),求橢圓形、拋物線形和雙曲線形軌道
第五章 論當(dāng)焦點(diǎn)未被給定時(shí)求軌道
第六章 論在給定的軌道上求運(yùn)動(dòng)
第七章 論物體的直線上升和下降
第八章 論求軌道,物體在任意種類的向心力推動(dòng)下在其上運(yùn)行
第九章 論物體在運(yùn)動(dòng)著的軌道上的運(yùn)動(dòng)及拱點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)
第十章 論物體在給定表面上的運(yùn)動(dòng)及擺的往復(fù)運(yùn)動(dòng)
第十一章 論以向心力互相趨向的物體的運(yùn)動(dòng)
第十二章 論非球形物體的吸引力
第十三章 論極小物體的運(yùn)動(dòng),它受到趨向任何大物體的各個(gè)部分的向心力的推動(dòng)
第二卷 論物體的運(yùn)動(dòng)
第一章 論所受的阻礙按照速度之比的物體的運(yùn)動(dòng)
第二章 論所受的阻礙按照速度的二次比的物體的運(yùn)動(dòng)
第三章 論所受的阻礙部分地按照速度之比且部分地按照速度的二次比的物體的運(yùn)動(dòng)
第四章 論物體在阻力介質(zhì)中的圓形運(yùn)動(dòng)
第六章 論擺體的運(yùn)動(dòng)和阻力
第七章 論流體的運(yùn)動(dòng)及 拋射體 所遇到的阻力 第八章 論通過(guò)流體傳播的運(yùn)動(dòng)
第九章 論流體的圓形運(yùn)動(dòng)
第三卷 論宇宙的系統(tǒng)
研究哲學(xué)的規(guī)則
天象
命題
主題索引
注釋
創(chuàng)作背景 1684年,在牛頓想到了 萬(wàn)有引力問(wèn)題之后大約過(guò)了20年,胡克、 雷恩 和 哈雷 等人舉行了一次研討會(huì)。在研討會(huì)上,“在距離的平方反比的力的作用下,物體的運(yùn)動(dòng)軌跡將呈何種形狀”成為中心的議題。似乎一致的結(jié)論是軌道為橢圓形的,但卻誰(shuí)都沒(méi)能給出一個(gè)滿意的證明。再者,也沒(méi)有誰(shuí)能理解在此種力作用下的物體的相互作用樣式。哈雷想到或許牛頓可以解決這個(gè)問(wèn)題。于是他拜訪了牛頓。結(jié)果是他看到牛頓已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。以此為契機(jī),在哈雷的鼓動(dòng)下,牛頓將他在同一問(wèn)題上的研究成果整理后,于1687年出版了他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。
作品鑒賞 在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中有關(guān)“定義”的部分,牛頓提出了一個(gè)假設(shè)實(shí)驗(yàn):在高山之巔放射炮彈,炮力不足,炮彈飛了一陣便以弧形曲線下落地面。假如炮力足夠大,炮彈將繞地球面周行,這是向心力的表演。在“公理或運(yùn)動(dòng)的定律”部分,牛頓了提出并論述了“運(yùn)動(dòng)的定律”,也就是牛頓三大定律。其中第一定律,也叫慣性定律:“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)?!钡诙蔀椋骸斑\(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?!钡谌?,也叫作用和反作用定律:“每一個(gè)作用總是有一個(gè)相等的反作用和它對(duì)抗;或者說(shuō),兩物體彼此之間的相互作用永遠(yuǎn)相等,并且各自指向其對(duì)方。”牛頓的運(yùn)動(dòng)定律,是他對(duì)物理學(xué)的一項(xiàng)貢獻(xiàn)。 論物體的運(yùn)動(dòng)
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第一卷“論物體的運(yùn)動(dòng)”。在這一卷里,牛頓闡述了物體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)理論,并嚴(yán)密地證明了,在各種不同條件的引力作用下物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。也就是在這部分,牛頓第一次正式公布了他發(fā)明的 微積分 。牛頓用了若干個(gè)輔助定理說(shuō)明極限的意義,導(dǎo)出微積分方法(即流數(shù)術(shù)和反流數(shù)術(shù))。牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的序言里,就開(kāi)宗明義地宣稱:“由于古人認(rèn)為在研究自然事物時(shí)力學(xué)最為重要,而今人則舍棄其實(shí)體形狀和隱蔽性質(zhì)而力圖以數(shù)學(xué)定律說(shuō)明自然現(xiàn)象,因此我在這本書(shū)中,也致力于用數(shù)學(xué)來(lái)探討有關(guān)的哲學(xué)問(wèn)題?!痹诘谝痪淼淖C明中,牛頓就用了微積分這種新的 分析方法。在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的全書(shū)中,都體現(xiàn)了牛頓的這個(gè)初衷。他將新的數(shù)學(xué)工具運(yùn)用于分析引力、潮汐、彗星、聲和光、流體阻力,乃至整個(gè)宇宙。其中一個(gè)最輝煌的戰(zhàn)果就是萬(wàn)有引力定律。牛頓經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)論證,得出結(jié)論:“萬(wàn)物彼此都吸引著;這個(gè)引力的大小與各個(gè)物體的質(zhì)量 成正比例 ,而與它們之間的距離的平方成反比例?!边@就是“萬(wàn)有引力定律”。牛頓運(yùn)用萬(wàn)有引力定律,不僅解釋了已有的理論已經(jīng)說(shuō)明的現(xiàn)象,如 伽利略 發(fā)現(xiàn)的慣性定律和 自由落體定律 ,而且能說(shuō)明并解釋已有的理論不能解釋的現(xiàn)象,如圓滿地解釋了開(kāi)普勒的行星 運(yùn)動(dòng)三定律。更難得的是,它還預(yù)見(jiàn)了新的尚未發(fā)現(xiàn)的天文現(xiàn)象,包括后來(lái)證實(shí)的 天王星 的存在。牛頓還引入了絕對(duì)時(shí)間、絕對(duì)空間和絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀念。 《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第二卷“論物體的運(yùn)動(dòng)”,為第一卷基本定律的具體運(yùn)用,闡述了物體在空或水中受到阻力時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況,并涉及聲學(xué)的研究。牛頓有力地批駁了當(dāng)時(shí)廣為流行的笛卡爾旋渦理論。牛頓明確指出,在旋禍中轉(zhuǎn)動(dòng)的行星不可能符合 開(kāi)普勒定律 。 論宇宙的系統(tǒng)
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第三卷的標(biāo)題為“論宇宙的系統(tǒng)”。在這一卷中,牛頓提出了四條“哲學(xué)中的推理規(guī)則”,強(qiáng)調(diào)“尋求自然事物的原因,不得超出真實(shí)和足以解釋其現(xiàn)象者”,以及“對(duì)于相同的自然現(xiàn)象,必須盡可能地尋求相同的原因”等,提出了萬(wàn)物的普遍屬性。這反映出牛頓深信宇宙萬(wàn)物是按簡(jiǎn)單、和諧和統(tǒng)一的原則構(gòu)成的。牛頓的這四條推理規(guī)則,直到今天都是科學(xué)研究中所遵循的基本準(zhǔn)則。
接著,牛頓討論了 太陽(yáng)系 的行星、月球和彗星的運(yùn)行,以及地球上海洋潮汐的成因。他還特別對(duì)木星和 土星 的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)做了研究,指出它們嚴(yán)格遵循 平方反比定律 。牛頓運(yùn)用月球引力作用,成功地解釋了海洋潮汐現(xiàn)象。這是當(dāng)時(shí)對(duì)月球運(yùn)動(dòng)最為詳盡的解釋。他對(duì)地球的形狀做了精確的計(jì)算。牛頓根據(jù)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 指出,地球在南北極比赤道處要扁平些,這是由于地球自轉(zhuǎn)造成的。這同 笛卡爾 學(xué)說(shuō)的觀點(diǎn)恰好相反。在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第三卷中,還有關(guān)于彗星的理論。牛頓對(duì)已有的大量彗星資料和觀測(cè)記錄做了分析,論證了平方反比關(guān)系也適合于彗星和太陽(yáng)之間。他得出結(jié)論道,彗星與普通行星并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別,這不過(guò)比它的軌道偏心率大得多而已,這種扁橢圓軌道很接近拋物線。
作品影響 《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中,牛頓所提出的一整套力學(xué)體系為日后力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。也因?yàn)槿藗儗⒃擉w系成功地運(yùn)用于對(duì) 天體運(yùn)動(dòng) 的討論。在17世紀(jì)力學(xué)發(fā)展的背景當(dāng)中,一方 面有著學(xué)者們?cè)趯?duì)舊理論所進(jìn)行的批判和反思當(dāng)中提出的一系列富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題,另一方面又有著人們長(zhǎng)期的技術(shù)實(shí)踐所積累起來(lái)的豐富經(jīng)驗(yàn)。在正在興起的工業(yè)中,牛頓體系的完成同樣也意味著上述歷史上的學(xué)者和工匠傳統(tǒng)的結(jié)合。這一結(jié)合,為日后技術(shù)問(wèn)題的解決奠定了基礎(chǔ),同時(shí)又為人們深化對(duì)自然的認(rèn)識(shí)提供了有力的武器。1842年, 海王星 的發(fā)現(xiàn)使牛頓的理論威名大振,而光學(xué)、電磁學(xué)、原子、分子的結(jié)合等學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展,又進(jìn)一步拓展了 牛頓力學(xué) 的適用范圍。而在哲學(xué)上,牛頓力學(xué)對(duì)日后 機(jī)械自然觀 的形成也產(chǎn)生了影響。 《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是人類掌握的第一個(gè)完整的科學(xué)的宇宙論和科學(xué)理論體系,其影響所及遍布經(jīng)典自然科學(xué)的所有領(lǐng)域?!蹲匀徽軐W(xué)的數(shù)學(xué)原理》在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)和哲學(xué)等領(lǐng)域都產(chǎn)生了巨大影響。
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》標(biāo)志著世紀(jì)科學(xué)革命的頂點(diǎn),就人類文明史而言,它為 工業(yè)革命 奠定了科學(xué)基礎(chǔ),成就了 英國(guó)工業(yè)革命 ,在法國(guó)誘發(fā)了 啟蒙運(yùn)動(dòng) 和大革命,在社會(huì)生產(chǎn)力和基本社會(huì)制度兩方面都有直接而豐富的成果。
作者簡(jiǎn)介 艾薩克·牛頓(1643—1727),英國(guó)科學(xué)家。牛頓出生在英格蘭林肯郡小鎮(zhèn)沃爾索浦的一個(gè)自耕農(nóng)家庭里。1661年,19歲的牛頓以減費(fèi)生的身份進(jìn)入 劍橋大學(xué)三一學(xué)院 ,1665年獲學(xué)士學(xué)位。1667年,26歲的牛頓晉升為數(shù)學(xué)教授,并擔(dān)任盧卡斯講座的教授。1668年,牛頓制成了第一架 反射望遠(yuǎn)鏡 樣機(jī)。 1671年 ,牛頓把經(jīng)過(guò)改進(jìn)的反射望遠(yuǎn)鏡獻(xiàn)給了皇家學(xué)會(huì),因此名聲大振,并被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。隨著科學(xué)聲譽(yù)的提高,牛頓的政治地位也得到了提升。1689年,他被選為國(guó)會(huì)中的大學(xué)代表。晚年的牛頓開(kāi)始致力于對(duì)神學(xué)的研究,他否定哲學(xué)的指導(dǎo)作用,埋頭于寫(xiě)以神學(xué)為題材的著作。1727年3月20日,艾薩克·牛頓逝世,他被埋葬在了 威斯敏斯特教堂 。