简述牛顿的著作《自然哲学的数学原理》的内容和影响内容《自然哲学的数学原理》提出了经典力学的三个基本定律和万有引力定律,这些定律都...
简述牛顿的著作《自然哲学的数学原理》的内容和影响
《自然哲学的数学原理》提出了经典力学的三个基本定律和万有引力定律,这些定律都是建立在客观研究的基础上。牛顿十分重视科学研究的方法和态度,他指明了研究自然的四条基本规则,这四条规则的核心问题是强调研究的客观性,即坚持对自然研究的唯物主义的态度。他自身的研究就是建立在长期实际观察的基础上。
同时他通过定律对自然现象的解释,是以大量的数学分析为基础的,在本书的第一编第一章中,牛顿讲述了有关微积分及几何学方面的内容。这些内容实际上是全书的数学基础。牛顿本来是微积分的发明人之一,但为了便于读者接受,他在这本书中却尽量避免使用比较困难的微积分的方法。他用的数学工具严格地限于几何。
书的开头部分有很长的“说明”,对书中所运用的一些概念的基本定义,诸如力、天体、力学、运动等进行必要的解释说明。
在“说明”之后,牛顿认真详细地介绍了“运动之基本定理或定律”,即牛顿关于物体运动的三个定律。这就是我们现在所说的经典力学的三个基本定律。
第一定律:每个物体如果没有外界影响使其改变状态,那么该物 苹果的故事体仍保持其原来静止的或等速直线运动的状态。牛顿认为这是一个基本的普遍的自然界的事实,也是无可争辩的。由这条定律出发,外力是改变物体运动状态的原因,而不是维持原有状态的原因。例如炮弹会停止和下落,是因为空气的阻力和重力的影响,如果不存在这种外力,那么炮弹将保持它匀速运动的状态。
第二定律:运动的变化与所施加的力成正比,并沿力的作用方向发生。这其实就是今天我们所说的动量问题,动量等于物体的质量与速度的乘积,速度的变化就是加速度。对同一个物体而言,所施加的力与由此产生的加速度成正比。
第三定律:对于每一个作用力,总存在一个与之相等的反作用力和它对抗;或者说,两个物质彼此施加的相互作用力恒等,方向则恰恰相反。根据这个定律,牛顿指出,相互作用的两个物体不管表面上是否产生运动状态的变化,它们之间的作用力和反作用力都是成对出现或同时存在的。例如人用桨划船前进的运动中,船能前进,就在于人用桨划入水中时,对水有作用力,水产生了一个相等的反作用力,推动船的前进。第三定律同样也适用于圆周运动中的向心力和离心力。 《自然哲学的数学原理》
《原理》的主要内容是万有引力定律的确立及其应用。《原理》第一编第二章就是“论向心力之法”。从这章开始,牛顿通过对各种涉及到向心力的特殊运动形态的仔细认真地研究,逐步扩展到第三编论宇宙系统。他在第三编第一章论宇宙系统之原因的开头部分,用三个定理分别说明“使木星恒离开直线运动而留在其轨道内之力”,“使行星恒离开直线运动而留在其轨道内之力”,和“使月球不能离开其轨道的力”,都是一种向心力(其心分别为木星、太阳和地球),这些向心力均与其心的距离平方成反比。他在区别引力与磁力的不同之后,做出结论:一切物体均有重力(即引力),而且与其所含的物质之量(即质量)相比即成正比。牛顿提出了关于万有引力定律的比较完整的也是经典的叙述:
定理:两个球之物质相互间有重量,即相互间有吸引力,假如此物质在其距中心相等处为均匀的,则其一球对于其他球之重量即二者之间的吸引力,与二中心间距离之平方成反比。
在对万有引力定律进行了经典的表述之后,牛顿立即用它解释大量的实际问题,也就是从大量的自然事实来说明万有引力的存在。他所举的自然事实,包括月球运动的偏差、潮汐的大小变化、岁差的长短不一等等。
影响和评价
《自然哲学的数学原理》无论从科学史还是整个人类文明史来看,牛顿的《自然哲学的数学原理》都是一部划时代的巨著。在科学的历史上,《自然哲学的数学原理》是经典力学的第一部经典著作,也是人类掌握的第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系,其影响所及遍布经典自然科学的所有领域,在其后的300年时间里一再取得丰硕成果。从科学研究内部来看,《自然哲学的数学原理》示范了一种现代科学理论体系的样板,包括理论体系结构、研究方法和研究态度、如何处理人与自然的关系等多个方面的内容。此外,《自然哲学的数学原理》及其作者与同时代著名人物的互动关系也是科学史研究和其它学术史研究中经久不息的话题。
牛顿
时间、空间、向心力等的定义。
《自然哲学的数学原理》有什么作用?
对自然哲学的系统探究,起源于古希腊时期的泰勒斯、毕达哥拉斯、芝诺、德谟克利特等人,并发展出伊奥尼亚派、毕达哥拉斯派、爱利亚派、元素派等诸多派系。自然哲学的核心研究对象是宇宙的生成。从智者学派开始,经苏格拉底、柏拉图和亚里士多德的发展,古希腊人从自然哲学的研究转向对人自身的哲学思考。自然哲学研究的第一个高峰宣告终结。但从科学角度而言,人们并没有放弃对宇宙生成的思索和探究。1687年,牛顿的《自然哲学的数学原理》诞生。这本书的内容就是我们今天初中生、高中生,以及物理专业的大学生在物理课上所学习的内容。但这本书并不叫《力学》。
在大多数人的潜意识当中,物理学家、化学家等科学家必然是唯物的。在这本书的正文中,没有任何关于“神”和“上帝”的字眼,因此由此书就认为牛顿是一个唯物主义的无神论科学家(尽管大多数人的确是这么认为的),那就大错特错了。牛顿是一个不折不扣的神学家。牛顿认为每一个哲学家的最崇高的职责是认识并证明上帝的存在和完美,自然界是上帝创造的,它只是上帝的神性的外在形式,它可以为人类所认识和想象,人类只能通过自然哲学去研究自然才能最终认识上帝。所以,牛顿是个哲学家和神学家,只不过他在用数学语言来阐述神学和哲学问题。
该书第一版发行后,由于在书中未提及“上帝”,结果招致贝克莱大主教的批评。贝克莱认为牛顿的绝对时空观排除了上帝存在的可能性。但事实上,牛顿一生在物理学和数学上投入的时间并不多,他的大部分精力都用于天文学、炼金术、圣经考古学和圣经年代学以及神学的研究,其研究目的就是为了服务于他心目中的上帝。在该书的第二版中,牛顿写下了一段著名的“总释”,集中表述了牛顿对于宇宙间万事万物的运动的根本原因——万有引力以及我们的宇宙为什么是一个这样的优美的体系的总原因的看法,集中表达了他对于上帝的存在和本质的见解。
《自然哲学的数学原理》是第一次科学革命的集大成之作,被认为是古往今来最伟大的科学著作,它在物理学、数学、天文学和哲学等领域产生了巨大影响。在写作方式上,牛顿遵循古希腊的公理化模式,从定义、定律(公理)出发,导出命题;对具体的问题(如月球的运动),他把从理论导出的结果和观察结果相比较。全书共分五部分,首先“定义”,这一部分给出了物质的量、时间、空间、向心力等的定义。第二部分是“公理或运动的定律”,包括著名的运动三定律。接下来的内容分为三卷。前两卷的标题一样,都是“论物体的运动”。第一卷研究在无阻力的自由空间中物体的运动,许多命题涉及已知力解定受力物体的运动状态(轨道、速度、运动时间等),以及由物体的运动状态确定所受的力。第二卷研究在阻力给定的情况下物体的运动、流体力学以及波动理论。压卷之作的第三卷是标题是“论宇宙的系统”。由第一卷的结果及天文观测牛顿导出了万有引力定律,并由此研究地球的形状,解释海洋的潮汐,探究月球的运动,确定彗星的轨道。本卷中的“研究哲学的规则”及“总释”对哲学和神学影响很大。
《自然哲学的数学原理》无论从科学史还是整个人类文明史来看,牛顿的《自然哲学的数学原理》都是一部划时代的巨著。在科学的历史上,《自然哲学的数学原理》是经典力学的第一部经典著作,也是人类掌握的第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系,其影响所及遍布经典自然科学的所有领域,在其后的300年时间里一再取得丰硕成果。从科学研究内部来看,《自然哲学的数学原理》示范了一种现代科学理论体系的样板,包括理论体系结构、研究方法和研究态度、如何处理人与自然的关系等多个方面的内容。此外,《自然哲学的数学原理》及其作者与同时代著名人物的互动关系也是科学史研究和其它学术史研究中经久不息的话题。
新航路的开辟对中国历史的发展产生了怎样的影响
外交上,新航路开辟后西方殖民者开始侵扰我国.一方面中国被迫开始了反侵略的战争,捍卫国家主权,如郑成功收复台湾;另一方面为抵制西方殖民者在东南沿海海盗式的骚扰,清政府设置了广州行,开始实行“闭关锁国”政策,导致中国失掉了对外贸易的主动权,阻碍了中外经济文化的交流,阻碍了生产的发展和科学技术的进步,阻碍了中国资本主义萌芽的发展,从而导致近代中国逐渐落伍.
文化上,“西学东渐”开始,利玛窦等西方传教士东来,传播了一些先进的西方文化,如《坤舆万国全国》.徐光启等人开始注意吸收西方科技成果,如在《农政全书》中介绍了欧洲先进的水利技术与工具.
1.自然经济的逐步解体
2.地主阶级发起的自救运动——洋务运动
3.民族资本主义产生
(二)思想:固步自封→向西方学习
(三)政治:封建社会→半殖半封
残酷的殖民掠夺从此开始,给中国人民带来了深重的灾难,造成了东方从属于西方的畸形局面,使西欧资本主义的发展具备了原始积累
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