正文 第80章 牛頓創立經典力學——“我站在了巨人的肩膀上”(1 / 2)

發生時間

17世紀末~18世紀

入選理由

牛頓創立經典力學開辟了科學發展的新時代,標誌著理論自然科學的誕生。

事件簡介

1687年,英國數學家、物理學家艾薩克·牛頓出版了《自然哲學的數學原理》一書,係統地闡述了他的萬有引力定律和牛頓運動三大定律。此書一經出版,立刻在英國本土和歐洲大陸掀起了一場力學研究的熱潮。牛頓的經典力學不僅極大地促進了自然科學的研究,使經典物理學得以最終建立,也對哲學和人類思維方式的發展,產生了革命性的影響。

事件經過

1642年,是一個值得記憶的年份,偉大的科學家伽利略在這一年與世長辭,而另一位科學巨人——牛頓則在這一年呱呱墜地。這種巧合並非完全沒有意義,因為在接下來的一個世紀,牛頓將伽利略的研究推進到了一個嶄新的階段,正如他自己所說:“我站在了巨人的肩膀上。”

除了伽利略,哥白尼、開普勒、笛卡爾等人,都被牛頓奉為“能使自己看得更遠”的“巨人”,這些人之中又以伽利略和開普勒對牛頓創立經典力學的影響最大。在研究自由落體時,伽利略已經發現了物體的慣性運動以及在重力作用下的勻加速運動,他的發現為牛頓第一定律和第二定律提供了基礎。而伽利略關於拋物體運動定律的發現以及開普勒發現的行星運動定律,則是牛頓建立萬有引力學說的重要前提。

牛頓關於牛頓運動三大定律,很難考證牛頓究竟是在何時、如何發現的,這三大定律雖然很重要,但顯然沒有牛頓創立萬有引力學說那麼富於傳奇色彩,因此也隻能作為一個結論,在《自然哲學的數學原理》一書出版之時被公之於眾。簡單地說,三大定律從“力”的概念以及“力”的相互作用的角度重新解釋了物體的運動。牛頓將受力的物體稱為“質點”,將質點所受到的所有外力作為一個統一的受力係統,而物體的運動就是這些外力共同作用的結果。第一定律又稱“慣性定律”,科學地解釋了物體的慣性運動;第二定律指出了物體運動過程中的加速度定律;第三定律用以分析方向相反的力共同作用物體時所體現的法則。三大定律揭示了物體運動的奧秘,但更重要的是,三大定律的提出為人類提供了一種以“力”為核心的新視角,奠定了牛頓經典力學的基礎。

關於牛頓發現萬有引力定律的過程,有一個有趣的小故事可以講述。這個故事最初是由法國作家伏爾泰講述的,作為牛頓的狂熱“粉絲”,他在1727年前往英國,在他寫的通訊中最早提到了這個故事。他在文章中說,是牛頓的侄女告訴他的:據說,在1665年~1666年之間,為了躲避劍橋大學流行的黑死病,牛頓回到家鄉英格蘭。有一天,牛頓正在一棵蘋果樹下看書、思考,突然一個蘋果落了下來。牛頓在日記中回憶道“蘋果並沒有砸到自己”,但這位科學天才卻在蘋果落地的一瞬間,找到了千百年來人們一直試圖尋找的一種“力量”。

這種“力量”被命名為“萬有引力”。牛頓之前的科學家曾經困惑良久:究竟是什麼力量使行星永遠按照橢圓的軌道運行而不會直線飛離。正是這種力量,牛頓猛然間攫住了一種詮釋宇宙的靈感。在此基礎上,牛頓進行了深入的研究和運算,終於提出了聞名於世的“萬有引力定律”。在《自然哲學的數學原理》一書中,牛頓係統地表述了這一定律,簡單地說便是:一切物質都在運動,任何兩個質點之間都存在著一種相互吸引的力,其大小和它們質量的乘積成正比,和它們之間距離的平方成反比。大到宇宙天體,小到生活中的物件,都適用於這個定律。這無疑是人類認識世界的一次重大飛躍,經典物理學由此建立了。在愛因斯坦之前,牛頓的經典力學始終被作為物理學界的最高權威。