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）
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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
本詞條是多義詞，共2個義項
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是牛頓重要的物理學(xué)哲學(xué)著作。全書分為三卷，第一卷“論物體的運動”，表述了牛頓三定律；第二卷也是“論物體的運動”，論述了阻力下物體的運動，為流體力學(xué)開先河；第三卷“論宇宙的系統(tǒng)”，討論了宇宙系統(tǒng)。
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》總結(jié)了近代天體力學(xué)和地面力學(xué)的成就，為經(jīng)典力學(xué)規(guī)定了一套基本概念，提出了力學(xué)的三大定律和萬有引力定律，從而使經(jīng)典力學(xué)成為一個完整的理論體系。該書意味著經(jīng)典力學(xué)的成熟，其中所建立的經(jīng)典力學(xué)的理論體系成為近代科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)尺度。
基本信息
| 中文名 | 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 |
| 作者 | 艾薩克·牛頓 |
| 外文名 | Mathematical Principles of Nature Philosophy |
| 別名 | 自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理 |
| 類別 | 物理學(xué)哲學(xué) |
| 字數(shù) | 500000字 |
| 出版時間 | 1687年 |
收起
內(nèi)容簡介
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的宗旨是從各種運動現(xiàn)象中探究自然力，再用這些力來解釋自然現(xiàn)象。貫穿全書始終的核心內(nèi)容，是三大運動定律和萬有引力定律。全書共分五部分，第一部分是寫在正文前面的一個長長的“說明”，對書中用到的一些概念，諸如力、天體、力學(xué)、運動、物質(zhì)的量等給出了定義和必要的說明；第二部分是“公理或運動的定律”，詳細介紹了物體運動的三大定律：慣性定律、力和運動關(guān)系的定律、作用和反作用的定律；第三部分為該書的第一卷，討論了物體在無阻力的自由空間中的運動；第四部分為該書的第二卷，對比了不同物體在阻滯介質(zhì)中的運動，得出阻力大小與物體速度的一次及二次方成正比的計算公式，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題；第五部分為該書的第三卷，它根據(jù)前四部分的論證，導(dǎo)出萬有引力定律，并以大量的自然事實來說明萬有引力的存在，這些自然事實包括月球運動的偏差、海洋潮汐的大小變化、歲差的長短不一等。
作品目錄
定義 |
公理或運動的定律 |
第一卷 論物體的運動 |
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 |
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創(chuàng)作背景
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，牛頓提出了一個假設(shè)實驗：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“公理或運動的定律”部分，牛頓了提出并論述了“運動的定律”，也就是牛頓三大定律。其中第一定律，也叫慣性定律：“每個物體繼續(xù)保持其靜止或沿一直線作等速運動的狀態(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\動的改變和所加的動力成正比，并且發(fā)生在所加的力的那個直線方向上?！钡谌?，也叫作用和反作用定律：“每一個作用總是有一個相等的反作用和它對抗；或者說，兩物體彼此之間的相互作用永遠相等，并且各自指向其對方?！迸ｎD的運動定律，是他對物理學(xué)的一項貢獻。
論物體的運動
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第一卷“論物體的運動”。在這一卷里，牛頓闡述了物體運動的基礎(chǔ)理論，并嚴密地證明了，在各種不同條件的引力作用下物體運動的規(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。牛頓用了若干個輔助定理說明極限的意義，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，就開宗明義地宣稱：“由于古人認為在研究自然事物時力學(xué)最為重要，而今人則舍棄其實體形狀和隱蔽性質(zhì)而力圖以數(shù)學(xué)定律說明自然現(xiàn)象，因此我在這本書中，也致力于用數(shù)學(xué)來探討有關(guān)的哲學(xué)問題?！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》的全書中，都體現(xiàn)了牛頓的這個初衷。他將新的數(shù)學(xué)工具運用于分析引力、潮汐、彗星、聲和光、流體阻力，乃至整個宇宙。其中一個最輝煌的戰(zhàn)果就是萬有引力定律。牛頓經(jīng)過嚴密的數(shù)學(xué)論證，得出結(jié)論：“萬物彼此都吸引著；這個引力的大小與各個物體的質(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“萬有引力定律”。牛頓運用萬有引力定律，不僅解釋了已有的理論已經(jīng)說明的現(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，如圓滿地解釋了開普勒的行星運動三定律。更難得的是，它還預(yù)見了新的尚未發(fā)現(xiàn)的天文現(xiàn)象，包括后來證實的天王星的存在。牛頓還引入了絕對時間、絕對空間和絕對運動的觀念。
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第二卷“論物體的運動”，為第一卷基本定律的具體運用，闡述了物體在空或水中受到阻力時的運動情況，并涉及聲學(xué)的研究。牛頓有力地批駁了當(dāng)時廣為流行的笛卡爾旋渦理論。牛頓明確指出，在旋禍中轉(zhuǎn)動的行星不可能符合開普勒定律。
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”，強調(diào)“尋求自然事物的原因，不得超出真實和足以解釋其現(xiàn)象者”，以及“對于相同的自然現(xiàn)象，必須盡可能地尋求相同的原因”等，提出了萬物的普遍屬性。這反映出牛頓深信宇宙萬物是按簡單、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，牛頓討論了太陽系的行星、月球和彗星的運行，以及地球上海洋潮汐的成因。他還特別對木星和土星的衛(wèi)星運動做了研究，指出它們嚴格遵循平方反比定律。牛頓運用月球引力作用，成功地解釋了海洋潮汐現(xiàn)象。這是當(dāng)時對月球運動最為詳盡的解釋。他對地球的形狀做了精確的計算。牛頓根據(jù)幾個實驗數(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)說的觀點恰好相反。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。牛頓對已有的大量彗星資料和觀測記錄做了分析，論證了平方反比關(guān)系也適合于彗星和太陽之間。他得出結(jié)論道，彗星與普通行星并沒有本質(zhì)區(qū)別，這不過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)。也因為人們將該體系成功地運用于對天體運動的討論。在17世紀(jì)力學(xué)發(fā)展的背景當(dāng)中，一方面有著學(xué)者們在對舊理論所進行的批判和反思當(dāng)中提出的一系列富有挑戰(zhàn)性的問題，另一方面又有著人們長期的技術(shù)實踐所積累起來的豐富經(jīng)驗。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)問題的解決奠定了基礎(chǔ)，同時又為人們深化對自然的認識提供了有力的武器。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)對日后機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，就人類文明史而言，它為工業(yè)革命奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，成就了英國工業(yè)革命，在法國誘發(fā)了啟蒙運動和大革命，在社會生產(chǎn)力和基本社會制度兩方面都有直接而豐富的成果。
作者簡介
艾薩克·牛頓（1643—1727），英國科學(xué)家。牛頓出生在英格蘭林肯郡小鎮(zhèn)沃爾索浦的一個自耕農(nóng)家庭里。1661年，19歲的牛頓以減費生的身份進入劍橋大學(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鏡樣機。1671年，牛頓把經(jīng)過改進的反射望遠鏡獻給了皇家學(xué)會，因此名聲大振，并被選為皇家學(xué)會會員。隨著科學(xué)聲譽的提高，牛頓的政治地位也得到了提升。1689年，他被選為國會中的大學(xué)代表。晚年的牛頓開始致力于對神學(xué)的研究，他否定哲學(xué)的指導(dǎo)作用，埋頭于寫以神學(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。
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《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是牛頓的科學(xué)才華處于巔峰時期所寫的曠世巨著，是他“個人智慧的偉大結(jié)晶”。牛頓不但總結(jié)出了力學(xué)的基本定律，而且還發(fā)現(xiàn)了證明這些定律的數(shù)學(xué)方法，奠定了數(shù)學(xué)成為描述宇宙運動的語言的基礎(chǔ)。在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》之后，人類在自然科學(xué)中的偉大成就層出不窮，但這些成就無一不與這部非凡的著作息息相關(guān)。牛頓提供了科學(xué)思維體系的樣板?！蹲匀徽軐W(xué)的數(shù)學(xué)原理》標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的建立，是人類科學(xué)史乃至整個人類文明史中的不朽巨著。《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》不僅影響著自它面世后的300年里的自然科學(xué)領(lǐng)域，而且對人類的宇宙觀也產(chǎn)生了深刻的影響。
（英）艾薩克·牛頓/人文社科/33.5萬字
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