基本介紹

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是英國物理學(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,。

《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(yùn)動(dòng)”,，表述了牛頓三定律,；第二卷也是“論物體的運(yùn)動(dòng)”，論述了阻力下物體的運(yùn)動(dòng),，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(gè)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,。

內(nèi)容介紹

《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,，再用這些力來解釋自然現(xiàn)象。貫穿全書始終的核心內(nèi)容，是三大運(yùn)動(dòng)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(gè)長長的“說明”，對(duì)書中用到的一些概念,，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,；第三部分為該書的第一卷,，討論了物體在無阻力的自由空間中的運(yùn)動(dòng)；第四部分為該書的第二卷,，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(shí)來說明萬有引力的存在，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,、歲差的長短不一等。

背景介紹

1684年,，在牛頓想到了萬有引力問題之后大約過了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,，但卻誰都沒能給出一個(gè)滿意的證明。再者,，也沒有誰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)問題,。以此為契機(jī)，在哈雷的鼓動(dòng)下,，牛頓將他在同一問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》。

作者介紹

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(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，他被選為國會(huì)中的大學(xué)代表,。晚年的牛頓開始致力于對(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,。

鑒賞評(píng)價(jià)

作品思想

牛頓三大定律

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,，牛頓提出了并論述了“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),。”第二定律為：“運(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,。”第三定律,，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，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(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(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)果就是萬有引力定律。牛頓經(jīng)過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)論證,，得出結(jié)論：“萬物彼此都吸引著,；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,。”這就是“萬有引力定律”,。牛頓運(yùn)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(yùn)動(dòng)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(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(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。

后世影響

《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)性的問題,，另一方面又有著人們長期的技術(shù)實(shí)踐所積累起來的豐富經(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17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),，成就了英國工業(yè)革命,，在法國誘發(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,。

2020年4月，列入《教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心 中小學(xué)生閱讀指導(dǎo)目錄（2020年版）》,。