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牛顿简介

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牛顿简介

　　牛顿 Isaac Newton （1642——1727）     牛顿 Isaac Newton （1642——1727）伟大的英国物理学家、数学家、天文学家。1642年12月25日生于林肯郡的一个农村家庭。1661年进剑桥大学三一学院学数学，1665年毕业，获学士学位。1667年进三一学院当研究生，次年获硕士学位。1669年，牛顿受l。巴罗博士推举而继承他的数学教授职位。1689和1701年牛顿两次作为剑桥大学代表被选入议会。1696年受聘担任造币厂监督。1703年起任英国皇家学会会长。牛顿一生未婚。1727年3月20日因肾结石症在伦敦逝世。为了颂扬这位伟大的学者，当时英国著名诗人A。波普（1688——1744）为牛顿写了一个碑铭，镶嵌在牛顿出生的房屋墙壁上，大意是“道法自然，久藏玄冥；天降牛顿，万物生明”（此为古人的翻译，现代人的翻译大家都很熟悉了哈，就不提了，不过现代人的翻译也太没味道了）。

　　力学方面的贡献

　　牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究，总结出了物体运动的三个基本定律：①任何物体在不受外力或所受外力的合力为零时，保持原有的运动状态不变，即原来静止的继续静止，原来运动的继续作匀速直线运动。②任何物体在外力作用下，运动状态发生改变，其动量随时间的变化率与所受的合外力成正比。通常可表述为：物体的加速度与所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向一致。③当物体甲给物体乙一个作用力时，物体乙必然同时给物体甲一个反作用力，作用力和反作用力大小相等，方向相反，而且在同一直线上。这三个非常简单的物体运动定律，为力学奠定了坚实的基础，并对其他学科的发展产生了巨大影响。第一定律的内容伽利略曾提出过，后来R。笛卡儿作过形式上的改进，伽利略也曾非正式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C。雷恩、J。沃利斯和C。惠更斯等人的结果之后得出的。

　　牛顿是万有引力定律的发现者。他在1665——1666年开始考虑这个问题。1679年，R。胡克在写给他的信中提出，引力应与距离平方成反比，地球高处抛体的轨道为椭圆，假设地球有缝，抛体将回到原处，而不是像牛顿所设想的轨道是趋向地心的螺旋线。牛顿没有回信，但采用了胡克的见解。在开普勒行星运动定律以及其他人的研究成果上，他用数学方法导出了万有引力定律。

　　牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律，实现了自然科学的第一次大统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。

　　牛顿指出流体粘性阻力与剪切率成正比。他说：流体部分之间由于缺乏润滑性而引起的阻力，如果其他都相同，与流体部分之间分离速度成比例。现在把符合这一规律的流体称为牛顿流体，其中包括最常见的水和空气，不符合这一规律的称为非牛顿流体。

　　在给出平板在气流中所受阻力时，牛顿对气体采用粒子模型，得到阻力与攻角正弦平方成正比的结论。这个结论一般地说并不正确，但由于牛顿的权威地位，后人曾长期奉为信条。20世纪，T。von卡门在总结空气动力学的发展时曾风趣地说，牛顿使飞机晚一个世纪上天。

　　关于声的速度，牛顿正确地指出，声速与大气压力平方根成正比，与密度平方根成反比。但由于他把声传播当作等温过程，结果与实际不符，后来P。——S。拉普拉斯从绝热过程考虑，修正了牛顿的声速公式。

　　数学方面

　　牛顿在前人工作的基础上，提出“流数（fluxion）法”，建立了二项式定理，并和G。W。莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，得出了导数、积分的概念和运算法则，阐明了求导数和求积分是互逆的两种运算，为数学的发展开辟了一个新纪元。

　　光学方面

　　牛顿曾致力于颜色的现象和光的本性的研究。1666年，他用三棱镜研究日光，得出结论：白光是由不同颜色（即不同波长）的光混合而成的，不同波长的光有不同的折射率。在可见光中，红光波长最长，折射率最小；紫光波长最短，折射率最大。牛顿的这一重要发现成为光谱分析的基础，揭示了光色的秘密。牛顿还曾把一个磨得很精、曲率半径较大的凸透镜的凸面，压在一个十分光洁的平面玻璃上，在白光照射下可看到，中心的接触点是一个暗点，周围则是明暗相间的同心圆圈。后人把这一现象称为“牛顿环”。他创立了光的“微粒说”，从一个侧面反映了光的运动性质，但牛顿对光的“波动说”并不持反对态度。1704年，他出版了《光学》一书，系统阐述他在光学方面的研究成果。

　　热学方面

　　牛顿确定了冷却定律，即当物体表面与周围有温差时，单位时间内从单位面积上散失的热量与这一温差成正比。

　　天文学方面

　　牛顿1672年创制了反射望远镜。他用质点间的万有引力证明，密度呈球对称的球体对外的引力都可以用同质量的质点放在中心的位置来代替。他还用万有引力原理说明潮汐的各种现象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有关，而且同太阳的方位有关。牛顿预言地球不是正球体。岁差就是由于太阳对赤道突出部分的摄动造成的。

　　牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义，他承认时间、空间的客观存在。如同历史上一切伟大人物一样，牛顿虽然对人类作出了巨大的贡献，但他也不能不受时代的限制。例如，他把时间、空间看作是同运动着的物质相脱离的东西，提出了所谓绝对时间和绝对空间的概念；他对那些暂时无法解释的自然现象归结为上帝的安排，提出一切行星都是在某种外来的“第一推动力”作用下才开始运动的说法。

　　《自然哲学的数学原理》 牛顿最重要的著作，1687年出版。该书总结了他一生中许多重要发现和研究成果，其中包括上述关于物体运动的定律。他说，该书“所研究的主要是关于重、轻流体抵抗力及其他吸引运动的力的状况，所以我们研究的是自然哲学的数学原理。”该书传入中国后，中国数学家李善兰曾译出一部分，但未出版，译稿也遗失了。现有的中译本是数学家郑太朴翻译的，书名为《自然哲学之数学原理》

　　个人评价

　　勤奋学习

　　一谈到近代科学开创者牛顿，人们可能认为他小时候一定是个“神童”、“天才”、有着非凡的智力。其实不然，牛顿童年身体瘦弱，头脑并不聪明。在家乡读书的时候，很不用功，在班里的学习成绩属于次等。但他的兴趣却是广泛的，游戏的本领也比一般儿童高。

　　牛顿爱好制作机械模型一类的玩艺儿，如风车、水车、日晷等等。他精心制作的一只水钟，计时较准确，得到了人们的赞许。有时，他玩的方法也很奇特。一天，他作了一盏灯笼挂在风筝尾巴上。当夜幕降临时，点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中。发光的灯笼在空中流动，人们大惊，以为是出现了彗星。尽管如此，因为他学习成绩不好，还是经常受到歧视。

　　时间对人是一视同仁的，给人以同等的量，但人对时间的利用不同，而所得的知识也大不一样。

　　牛顿十六岁时数学知识还很肤浅，对高深的数学知识甚至可以说是不懂。“知识在于积累，聪明来自学习”。牛顿下决心靠自己的努力攀上数学的高峰。在基础差的不利条件下，牛顿能正确认识自己，知难而进。他从基础知识、基本公式重新学起，扎扎实实、步步推进。他研究完了欧几里德几何学后，又研究笛卡儿几何学，对比之下觉得欧几里德几何学肤浅，便悉心钻研笛氏几何学，直到掌握要领、融会贯通。遂之发明了代数二项式定理。传说中牛顿“大暴风中算风力”的佳话，可为牛顿身体力学的佐证。有一天，天刮着大风暴。风撒野地呼号着，尘土飞扬，迷迷漫漫，使人难以睁眼。牛顿认为这是个准确地研究和计算风力的好机会。于是，便拿着用具，独自在暴风中来回奔走。他踉踉跄跄、吃力地测量着。几次沙尘迷了眼睛，几次风吹走了算纸，几次风使他不得不暂停工作，但都没有动摇他求知的欲望。他一遍又一遍，终于求得了正确的数据。他快乐极了，急忙跑回家去，继续进行研究。

　　有志者事竟成。经过勤奋学习，牛顿为自己的数学高塔打下了深厚的基础。不久，牛顿的数学高塔就建成了，二十二岁时发明了微分学，二十三岁时发明了积分学，为人类数学事业作出了巨大贡献。

　　牛顿是个十分谦虚的人，从不自高自大。曾经有人问牛顿：“你获得成功的秘诀是什么？”牛顿回答说：“假如我有一点微小成就的话，没有其它秘诀，唯有勤奋而已。”

　　站在巨人的肩上

　　牛顿的研究领域非常广泛，他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越贡献外，他还花费大量精力进行化学实验。他常常六个星期一直留在实验室里，不分昼夜的工作。他在化学上花费的时间并不少，却几乎没有取得什么显著的成就。为什么同样一个伟大的牛顿，在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢？

　　其中一个原因就是各个学科处在不同的发展阶段。在力学和天文学方面，有伽利略、开普勒、、惠更斯等人的努力，牛顿有可能用已经准备好的材料，建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。正象他自己所说的那样“如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上”。而在化学方面，因为正确的道路还没有开辟出来，牛顿没法走到可以砍伐材料的地方。

　　牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的：“我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。”

　　这当然是牛顿的谦逊。

　　受争议

　　牛顿还是学生时，就发现了一种计算无 *** 的方法。他用这个秘密的方法，算出了双曲面积到二百五十位数。他曾经高价买下了一个棱镜，并把它作为科学研究的工具，用它试验了白光分解为的有颜色的光。后来，牛顿边研究，边把自己二十几年的研究成果编撰成一本厚六百多页的巨著。有人认为牛顿的发现只是一种个人的消遣，为的是使自己在寂静的书斋中解闷。

　　牛顿善于观察各种现象，甚至包括日常生活中的小事，作出了科学史上一个个重要的发现。因为醉心于科学研究，牛顿在生活中常常废寝忘食，曾因为对研究过于专注闹了笑话，后来被大家传为趣谈。一次，他一边读着书，一边在火炉上去煮鸡蛋。等他揭开锅想吃鸡蛋时，却发现锅里是一只怀表。还有一次，他请朋友吃饭，当饭菜准备好时，牛顿突然脑子中灵感闪现，想到一个问题，便立即进了书房，朋友等了他好久还是不见他出来，于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了，鸡骨头留在盘子，不告而别了。等牛顿想起，出来后，见了盘子里的骨头，以为自己已经吃过了，便转身又进了内室，继续研究他的问题。

　　亚历山大•蒲柏说到：

　　自然和自然的法则在黑夜中隐藏；

　　上帝说，“让牛顿诞生！”于是一切都被照亮。

　　未婚的原因

　　原因1：不结婚是社会时尚——终身未婚在欧洲大陆无论是过去还是现在都太普遍了，据资料显示，英国詹姆世一世当国王时期，英国的所有50岁以上的妇女未婚率是25％，50岁以上的男子的未婚率也差不多是20％， 维多利亚女王时代未婚率下降到大约20％，工业革命以后又有上升，但始终保持在50岁以上人口25％左右的未婚率，这些人绝大多数都没有后代。这在同期的中国，乃至现在的中国都是不可想象的。

　　原因2：生活与成长经历影响！牛顿出生之前，父亲已去世。牛顿生而孱弱，生下来只有两斤七两。过了3年，他的母亲再嫁给一位牧师，把孩子留在他祖母身边抚养。8年之后牧师病故，牛顿的母亲带着后夫所生的一子二女回到乌尔斯索普。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强，这种习性可能来自他的家庭处境。或许这种凄惨的童年生活对牛顿留下了终生影响。

　　原因3：为科学研究错过了婚姻！牛顿少年时代志向远大，他曾在一首诗里表白自己的远大抱负——世俗的冠冕啊，我鄙视它如同脚下的尘土，它是沉重的，而最佳也只是一场空虚；可是现在我愉快地欢迎顶荆棘冠冕，尽管刺得人痛，但味道主要的是甜；我看见光荣之冠在我的面前呈现，它充满幸福，永恒无边。

　　可以说，每一个伟大的科学家，都是富有 *** 、富有理想的诗人，但牛顿是一个追求用科学中的光线谱来解释他的理想的特殊类型的诗人。他让他的思想展翅飞翔，以整个宇宙作为藩篱。在他的整个心田里，填满了自然、宇宙。也许这是他终身未娶的最根本原因。

　　不过，牛顿并没有完全与爱情绝缘。他一生中甚至有过两次恋爱。牛顿23岁正在剑桥大学求学时，由于剑桥发生了瘟疫，学校放假。牛顿回到乡下，住在舅父家里。在那里，他一次爱上了美丽、聪明、好学、富有思想的表妹。表妹也很喜欢这个学识渊博、卓见非凡的大学生。他们常常一起散步。牛顿喜欢即兴发表长篇讲话，他的讲话内容又多是他正在学习和研究的问题。表妹虽听不懂，但她还是耐心地听，似乎觉得很有趣。牛顿在心里想：“这样一个可爱的女子，对于我所讲的觉得这样有味，我一定很不错。当然，她的脑筋一定也很好，是个不平凡的女子。如果能得到她的帮助，解决我的许多困难问题，与我共同工作，那该多好啊！”但是牛顿生性腼腆，并未及时向表妹表白心中的爱情。等他回到剑桥大学后，又聚集会神地沉浸到科学研究中去了。他早已忘记了远方的乡村还有一位美丽的少女在等着他。他对个人生活一直不予重视，而她的表妹却误以为牛顿对她冷淡，便择夫另嫁了。牛顿因醉心于科学研究而耽误了一次爱情的大好时机。

　　牛顿实在太忙了，他连做梦想是宇宙、世界。他往往领带不结，鞋带不系好，马裤也不扣好，就走进大学餐厅。尽管如此，牛顿毕竟是个年轻人，还有一颗浪漫的心。有一次，“青春迫不及待的 *** ”，催使他向一位年轻姑娘求婚。他轻轻地握着她的手，含情脉脉地看着这位美人。正在这紧要关头，他的心思忽地溜到另一个世界去了。他的头脑中只剩下无穷量的二项式定理。他像做梦似的，下意识地抓住情人的一个手指，把它当成是通烟斗的通条，硬往烟斗里塞。姑娘痛得大叫一声，他才清醒过来。面对吃惊的姑娘，他连忙象只绵羊似的柔声道歉：“啊，亲爱的，饶恕我吧！我知道，我是不行了。看来，我是该打一辈子光棍！”姑娘饶恕了牛顿，却无法理解他，爱情又成了泡影。科学上许多新的问题不断扑向牛顿的脑海，他整个热情都集中到了科学事业上。此后那种“青春的热情”再也没有涌现。

　　原因4：受到周边人士的影响！牛顿的“切线”老师贝若（1saac Barrow，1603——1677年）似乎有着与牛顿相同的经历。贝若的父亲是富有的布商，四岁时贝若母亲病逝，由于父亲生意太忙，贝若就搬到到乡下跟祖父一起住。贝若的祖父以前就反对儿子与那个身体孱弱的女孩结婚，他们却私奔到伦敦去结婚，结果不出他所料，那女孩早逝，给他留下小孙子。祖父带着近乎报复的心理惩治这个小孩子，对贝若非常严格，经常打他，骂他是小杂种。在这种环境下长大的贝若，从六岁开始几度离家出走，每次被抓回来就是一顿毒打……或许，就是这种童年阴影导致贝若终身未婚。或许，就是贝若的经历导致牛顿终身未婚姻。

　　原因5：有人怀疑牛顿是个同性恋者！原因是牛顿晚年烧毁信件时侥幸留存下来的信笺，表明了他和“密友”——英俊年轻的瑞士数学家法蒂奥•德•杜利尔的同性恋关系。牛顿终身未婚，他或许只爱着法蒂奥，可是因为宗教和世俗的压力，他们只能于1693年停止了亲密关系。其后十八个月里，伟大的牛顿经受了一段彻底的精神崩溃。他意志消沉，对任何人都怀有敌意，他通过写恶毒的信件来表示对世俗的反抗。有一次竟然无辜骂到洛克门上。他写到：“先生，认为你尽力通过女人和别的手段来缠我，我会如此感动……要是你死了，那才好呢。”

　　力学单位

　　牛顿，简称牛，是一种衡量力的大小的国际单位。

　　在物理中牛顿（Newton，符号为N）是力的公制单位。它是以创立经典力学的艾萨克•牛顿（Sir Isaac Newton）命名。

　　牛顿是一个国际单位制导出单位，它是由kg•m•s＾？2的国际单位制基本单位导出。

 

　　能使一千克质量的物体获得1m／s＾2的加速度所需的力的大小定义为1牛顿。