牛顿的伟大科学成就有哪些

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(3)牛顿在光学上的成就

牛顿的法律法子论原理集中表述在《原理》第三篇“哲学中的推理法则”中的四条法则中,此处不再转引。概括起来,须要称之为简单性原理(法则1),因果性原理(法则2),普遍性原理(法则3),否证法原理(法则4,无反例证明者即成立)。许多人还主张把牛顿在下话语的思想称之为特性性原理:“自然哲学的目的在于发现自然界的特性的作用,这些 尽事先把它们归结为这些普遍的法规和一般的定律——用观察和实验来建立哪几种法则,从而导出事物的是因为着和结果”。

牛顿将古希腊以来求解无穷小现象的种种特殊法律法子统一为两类算法:正流数术(微分)和反流数术(积分),反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书中,以及被保存下来的1666年10月他写的在当我们当我们当我们 们后边传阅的一篇手稿《论流数》中。与此同時 ,他还在1676年首次提前大选了他发明权人的二项式展开定理。牛顿利甩它还发现了这些无穷级数,并用来计算面积、积分、解方程等等。1684年莱布尼兹从对曲线的切线研究中引入了和拉长的S作为微积分符号,从此牛顿创立的微积分学在各国迅速推广。

(1)牛顿的物理成就

②分析——综合法律法子。分析是从整体到次要(如微分、原子观点),综合是从次要到整体(如积分,也包括天与地的综合、三条运动定律的建立等)。牛顿在《原理》中说过:“在自然科学里,应该像在数学里一样,在研究困难的事物时,老会 应当先用分析的法律法子,这些 才用综合的法律法子……。一般地说,从结果到是因为着,从特殊是因为着到普遍是因为着,老会 论证到最普遍的原事先止,这随后我分析的法律法子;而综合的法律法子则假定是因为着已找到,这些 事先把它们定为原理,再用哪几种原理去解释由它们处于的现象,并证明哪几种解释的正确性”。

微积分的出现 ,成了数学发展中除几何与代数以外的另一重要分支——数学分析(牛顿称之为“借利于无限多项方程的分析”),并进一步进进发展为微分几何、微分方程、变分法等等,哪几种又反过来利于了理论物理学的发展。这些 瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲线的解答,这是变分法的最初始现象,十天内全欧数学家无人能解答。1697年,一天牛顿偶然听说此事,当天晚上一举解出,并匿名刊登在《哲学着报》上。伯努利惊异地说:“从这锋利的爪中我认出了雄狮”。

1685年,哈雷登门拜访牛顿时,牛顿事先发现了万有引力定律:有有哪几条 物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和有有哪几条 物体质量的乘积成正比。 当时事先有了地球半径、日地距离等精确的数据须要供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力,也证明了在太阳引力作用下,行星运动符合开普勒运动三定律。

这些 机械观,即把一切的物质运动形式都归为机械运动的观点,把解释机械运动现象所必需的绝对时空观、原子论、由初始条件须要决定事先任多会儿刻运动清况 的机械决定论、事物发展的因果律等等,作为整个物理学的通用思考模式。须要认为,牛顿是开始英语 英语 比较详细地建立物理因果关系体系的第一人,而因果关系正是经典物理学的基石。

《光学》第三篇是“拐折”(他认为光线被吸收)即衍射、双折射实验和他的3有有哪几条 现象。哪几种衍射实验包括头发丝、刀片、尖劈形单缝形成的单色窄光束“光带”(今称衍射图样)等10多个实验。牛顿事先走到了重大发现的大门口却失之交臂。他的3有有哪几条 现象极具启发性,说明牛顿在实验事实和物理思想心智心智心智成熟图片 图片 图片 图片 是什么是什么 图片 是什么是什么 图片 图片 前暂且先作绝对的肯定。牛顿在《光学》一、二篇中视光为物质流,即由光源发出的速度、大小不同的一群粒子,在双折射中他假设哪几种光粒子有方向性且各向异性。事先当时波动说还解释不了光的直进,他是倾向于粒子说的,但他认为粒子与波须要假定。他甚至认为以太的处于也是那么根据的。

(4)牛顿的哲学思想和科学法律法子

皇家学着经费不足英文,出不了这本书,前会靠了哈雷的资助,这部科学史上最伟大的著作之一才要能在1687年出版。 牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明权人的微积分这些 锐利的数学工具,不但从数学上论证了万有引力定律,这些 把经典力学确立为详细而严实的体系,把天体力学和地面上的物体力学统同時 来,实现了物理学史上第一次大的综合。

最有名的有有哪几条 说法是:在假期里,牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次,象以往屡次处于的那样,有有哪几条 苹果5从树上掉了下来…… 有有哪几条 苹果5的偶然落地,却是人类思想史的有有哪几条 转折点,它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍,引起他的沉思:究竟是哪几种是因为着使一切物体都受到差越多老会 朝向地心的吸引呢?牛顿思索着。终于,他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。

在研究这些 现象的过程中,牛顿还肯定:不管是伽利略望远镜(凹、凸)还是开普勒望远镜(有有哪几条 凸透镜),其特性一种生活都无法防止物镜色散引起起的色差。他发现经过仔细研磨后的金属反射镜面作为物镜可放大150~40倍。1671年他将此镜送皇家学着保存,至今的巨型天文望远镜仍用牛顿式的基本特性。牛顿磨制及抛光精密光学镜面的法律法子,至今仍是不少工厂光学加工的主要手段。

③归纳——演绎法律法子。上述分析一综合法与归纳一演绎法是相互结合的。牛顿从观察和实验出发。“用归纳法去从中作出普通的结论”,即得到概念和规律,这些 用演绎法推演出种种结论,再通过实验加以检验、解释和预测,哪几种预言的大次要须要前会得到证实。当时牛顿表述的定律他称为公理,即表明由归纳法得出的普遍结论,又可用演绎法去推演出这些结论。

牛顿的哲学思想和法律法子论体系被爱因斯坦赞为“理论物理学领域中每一工作者的纲领”。这是有有哪几条 指引着一代一代科学工作者前进的开放的纲领。但牛顿的哲学思想和法律法子论不可防止地有着明显的时代局限性和不彻底性,这是科学处于幼年时代的最高成就。牛顿当时只对物质最简单的机械运动作了初步系统研究,这些 把时空、物质绝对化,企图把粒子说外推到一切领域(如连他自己随后我能解释他所发现的“牛顿环”),哪几种须要他的致命伤。牛顿在看过事物的“第一是因为着”“不一定是机械的”时,提出了“哪几种事情须要原来地井井有条……不是好像有一位……无所没了的上帝”的现象,(《光学》,现象29),并长期转到神学的“科学”研究中,费了血块精力。这些 ,牛顿的历史局限性和他的历史成就一样,须要启迪后人不断前进的教材。

牛顿的成就,恩格斯在《英国清况 十八世纪》中概括得最为详细:“牛顿事先发明权人了万有引力定律而创立了科学的天文学,事先进行了光的分解而创立了科学的光学,事先创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学,事先认识了力的本性而创立了科学的力学”。

在流体力学方面,牛顿指出流体粘性阻力与剪切率成正比,这些 阻力与甲烷气体甲烷气体甲烷气体各次要之间的分离速度成正比,符合这些 规律的(如、空气与水)称为牛顿流体。

在牛顿事先,天文学着最显赫的学科。这些 为哪几种行星一定按照一定规律围绕太阳运行?天文学家无法圆满解释这些 现象。万有引力的发现说明,天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配。

①实验——理论——应用的法律法子。牛顿在《原理》序言中说:“哲学的详细任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力,而后用哪几种方去论证这些的现象。”科学史家I.B.Cohen正确地指出,牛顿“主随后我将实际世界与其复杂数学表示反复加以比较”。牛顿是从事实验和归纳实际材料的巨匠,也是将其理论应用于天体、流体、引力等实际现象的能手。

牛顿高明的地方就在于他防止了胡克等人那么要能防止的数学论证现象。1679年,胡克原来写信问牛顿,须要根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律,来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿那么回答这些 现象。

早在牛顿发现万有引力定律事先,事先有这些科学家严肃认真的考虑过这些 现象。比如开普勒就认识到,要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种生活力在起作用,他认怎么儿 力这些 磁力,就像磁石吸铁一样。1659年,惠更斯从研究摆的运动中发现,保持物体沿圆周轨道运动须要一种生活向心力。胡克等人认为是引力,这些 试图推到引力和距离的关系。 1664年,胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是事先太阳引力作用的结果;1673年,惠更斯推导出向心力定律;1679年,胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律,推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。 牛顿自己回忆,1666年前后,他在老家居住的事先事先考虑过万有引力的现象。

牛顿的哲学观点与他在力学上的奠基性成随后我分不开的,一切自然现象他都力图力学观点加以解释,这就形成了牛顿哲学上的自发的唯物主义,同時 也是因为着了机械论的盛行。事实上,牛顿把一切化学、热、电等现象看过作“与吸引或排斥力有关的事物”。这些 他最早阐述了化学亲和力,把化学置换反应描述为一种生活吸引作用的相互竞争;认为“通过运动或发酵而发热”;火药爆炸也是硫磺、炭等粒子相互猛烈撞击、分解、放热、膨胀的过程,等等。

在热学方面,牛顿的冷却定律为:当物体表表皮层与俯近形成温差时,单位时间单位面积上散失的热量与这些 温差成正比。

④物理——数学法律法子。牛顿将物理学范围中的概念和定律都“尽量用数学演出”。爱因斯坦说:“牛顿才第有有哪几条 成功地找到了有有哪几条 用公式清楚表述的基础,从这些 基础出发他用数学的思维,逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象这些 同经验相符合”,“不到微分定律的形式要能详细满足近代物理学家对因果性的要求,微分定律的明晰概念是牛顿最伟大的理智成就之一”。牛顿把他的书称为《自然哲学的数学原理》正好说明这些 点。

《光学》第二篇描述了光照射到叠放的凸透镜和平面玻璃上的“牛顿环”现象的各种实验。除产生环的是因为着他那么涉及外,他作了现代实验所能想到的一切实验,并作了精确测量。他把干涉现象解释为光行进中的“突发”或“切合”,即周期性的时而老会 “易于反射”,时而“易于透射”,他甚至测出这些 等间隔的大小,如黄橙色之间有一种生活色光的突发间隔为1/89000英寸(即现今2854×10-10米),正好与现代波长值5710×10-10米相差一半!

在声学方面,他指出声速与大气压强平方根成正比,与密度平方根成反比。他原来把声传播作为等温过程对待,前会P.S.拉普拉斯纠正为绝热过程。

牛顿在科学法律法子论上的贡献正如他在物理学有点是力学中的贡献一样,不随后我创立了某一种生活或一种生活新法律法子,随后我形成了一套研究事物的法律法子论体系,提出了哪几条法律法子论原理。在牛顿《原理》一书中集中体现了以下几种科学法律法子:

(2)牛顿的数学成就

第一篇是几何光学和颜色理论(棱镜光谱实验)。从1663年起,他开始英语 英语 磨制透镜和自制望远镜。在他送交皇家学着的信中报告说:“我在1666年初做了有有哪几条 三角形的玻璃棱镜,以便试验那著名的颜色现象。为此,我弄暗我的房间……”接着详细叙述了他开小缝、引阳光进行的棱镜色散实验。关于光的颜色理论从亚里士多德到笛卡儿都认为白光纯洁均匀,乃是光的本色。“色光乃是白光的变种。牛顿细致地注意到阳光须要像过去当我们当我们当我们 所说的五色随后我在红、黄、绿、蓝、紫色之间还有橙、靛青等后边色共七色。奇怪的还有棱镜分光后形成的须要圆形随后我长条椭圆形,接着他又试验“玻璃的不同深度图次要”、“不同大小的窗孔”、“将棱镜放到外边”再通过孔、“玻璃的不平或偶然不规则”等的影响;用有有哪几条 棱镜正倒放置以“消除第一棱镜的效应”;取“来自太阳不同次要的光线,看其不同的入射方向会产生哪几种样的影响”;并“计算各色光线的折射率”,“观察光线经棱镜须要不用沿曲线运动”;最后才做了“判决性试验”:在棱镜所形成的彩色带中通过屏幕上的小缝取出单色光,再投射到第二棱镜后,得出核色光的折射率(当时叫“折射程度”),原来就得出“白光一种生活是由折射程度不同的各种彩色光所组成的非匀匀的混合体”。这些 惊人的结论推翻了前人的学说,是牛顿细致观察和多项反复实验与思考的结果。

牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。

在哈雷的敦促下,1686年底,牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书。

牛顿在科学上的巨大成就连同他的朴素的唯物主义哲学观点和一套初具规模的物理学法律法子论体系,给物理学及整个自然科学的发展,给18世纪的工业革命、社会经济变革及机械唯物论思潮的发展以巨大影响。这里只简略勾画这些轮廓。

牛顿的《光学》是他的另一本科学经典著作(1704年)。该书用标副标题是“关于光的反射、折射、拐折和颜色的论文”,集中反映了他的光学成就。