時(shí)間:1687年
人物:牛頓
影響:牛頓力學(xué)體系的建立,不僅為現(xiàn)代物理學(xué)和天文學(xué)奠定了基礎(chǔ),還實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上天體力學(xué)和地面的物體力學(xué)的第一次大綜合,開(kāi)辟了一個(gè)全新的宇宙體系。
研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的力學(xué)是物理學(xué)中最重要、發(fā)展較早的一支。早在古希臘時(shí)期,哲學(xué)家亞里士多德就曾提出關(guān)于“力和運(yùn)動(dòng)”關(guān)系的觀點(diǎn),其中不乏偏頗和錯(cuò)誤,但是就是這些觀點(diǎn)影響了歐洲幾千年。文藝復(fù)興之后,自然科學(xué)開(kāi)始飛速地發(fā)展,隨著測(cè)量技術(shù)的不斷提高,人們開(kāi)始通過(guò)試驗(yàn)的形式對(duì)力學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確而深入的研究,在布魯諾、伽利略、開(kāi)普勒等眾多科學(xué)家的不懈努力下,力學(xué)向前邁出了一大步,終于擺脫了之前的傳統(tǒng)束縛。
到了17世紀(jì)后半葉,力學(xué)在之前的基礎(chǔ)上有了更大的突破——系統(tǒng)的經(jīng)典力學(xué)體系得以建立,而為科學(xué)做出如此大成就的科學(xué)家就是被后人譽(yù)為“科學(xué)史上最有影響力的人”——牛頓。
艾薩克?牛頓,1642年圣誕節(jié)出生于英格蘭林肯郡埃爾斯托普。牛頓很聰明,雙手靈巧,從童年時(shí)代就表現(xiàn)出在機(jī)械方面的天賦。19歲時(shí),牛頓以近乎完美的成績(jī)中學(xué)畢業(yè),同年6月進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院學(xué)習(xí)。當(dāng)時(shí)占統(tǒng)治地位的是亞里士多德的學(xué)說(shuō),而牛頓卻獨(dú)自鐘情于伽利略、哥白尼、開(kāi)普勒等天文學(xué)家的先進(jìn)思想。1665年,24歲的牛頓從三一學(xué)院畢業(yè)回到家鄉(xiāng),就在這一年,他發(fā)現(xiàn)了廣義二項(xiàng)式定理,并以此發(fā)展成一套新的數(shù)學(xué)理論,即后來(lái)廣為人知的微積分學(xué)。之后,他又在光學(xué)領(lǐng)域取得了巨大的成就,并于1668年發(fā)明了第一架反射式望遠(yuǎn)鏡,現(xiàn)在這種望遠(yuǎn)鏡被廣泛應(yīng)用于天文觀測(cè)。1704年,牛頓又發(fā)表巨著《光學(xué)》。
他最突出的貢獻(xiàn)是在力學(xué)領(lǐng)域。1679年,牛頓開(kāi)始把主要精力放在研究力學(xué)上。1684年,牛頓發(fā)表《論運(yùn)動(dòng)》。在這部書(shū)稿中,牛頓把之前發(fā)現(xiàn)的“向心力與半徑的平方成反比”的結(jié)論給出了數(shù)學(xué)證明,不久又在《論物體在均勻介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)》一文中探討了力與質(zhì)量的關(guān)系,但是這一切遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能解決萬(wàn)有引力的問(wèn)題。
在著名的蘋(píng)果落地的故事中,牛頓發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)的那個(gè)力與地面物體的重力是同一種類(lèi)型的力,但是卻沒(méi)有辦法計(jì)算出在這種力的作用下物體是如何運(yùn)動(dòng)的。此后,牛頓經(jīng)過(guò)了二十余年的不懈努力,終于在1685年利用微積分證明了此前的觀點(diǎn),同時(shí)還得出了星球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受太陽(yáng)引力的影響沿橢圓形軌跡運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)論,此外他還公布說(shuō)“宇宙中所有的球體如果全部質(zhì)量都集中在球體的中心的話,那么它的引力保持恒定,即球體的引力等于球心質(zhì)點(diǎn)的引力”。至此,萬(wàn)有引力定律被確定了下來(lái)。
而1687年,牛頓發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》則標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)的最終建立,奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里物理世界的科學(xué)觀點(diǎn),并成為了現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ),與《光學(xué)》一起被稱(chēng)為科學(xué)史上的兩座豐碑。
在《數(shù)學(xué)原理》中,牛頓在伽利略等前人的基礎(chǔ)上,通過(guò)無(wú)數(shù)次的研究和計(jì)算,總結(jié)出力學(xué)三定律:第一定律描述物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);第二定律描述了受到外力時(shí)物體如何運(yùn)動(dòng);作為補(bǔ)充,牛頓的第三定律說(shuō)明每一個(gè)作用力都存在一個(gè)與其大小相等、方向相反的反作用力;再加上他最為著名的萬(wàn)有引力定律,足以使他成為力學(xué)界的泰斗。
牛頓力學(xué)體系的建立,不僅為現(xiàn)代物理學(xué)和天文學(xué)奠定了基礎(chǔ),還實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上天體力學(xué)和地面的物體力學(xué)的第一次大綜合,開(kāi)辟了一個(gè)全新的宇宙體系。值得一提的是,在他的身上,人們學(xué)會(huì)了用理性來(lái)解決問(wèn)題。
【伽利略】
伽利略于1564出生于意大利,當(dāng)時(shí)正值文藝復(fù)興時(shí)期,受先進(jìn)思潮的影響,他對(duì)很多傳統(tǒng)的學(xué)說(shuō)都產(chǎn)生了質(zhì)疑。之后他自制望遠(yuǎn)鏡,通過(guò)觀察打破了統(tǒng)治歐洲近兩千年的亞里士多德的錯(cuò)誤觀念。他在天文學(xué)上的另一個(gè)重大貢獻(xiàn)是證明了哥白尼日心說(shuō)的正確性。此外,他在力學(xué)、哲學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)上都取得了巨大成就,不僅開(kāi)創(chuàng)了研究科學(xué)的新方法,同時(shí)也是近代實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的開(kāi)拓者,被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”。