[英國]牛頓 著

作者簡介

牛頓（1642~1727）出生于英格蘭沃爾斯索普的一個小村莊。這位被后人稱贊為“天才的超人”，從小并沒表現(xiàn)出特別的聰明與智慧。

牛頓在大學(xué)時期，就已學(xué)習(xí)和研究開普勒的三定律、伽利略的落體實(shí)驗(yàn)和笛卡爾的漩渦理論等方面的著作。1665年回鄉(xiāng)下躲避瘟疫時便開始探索關(guān)于重力的問題，試圖依靠地球上的力學(xué)原理來說明行星的運(yùn)動。1672年，牛頓被選為英國皇家學(xué)會會員，后成為皇家學(xué)會會長直到去世。

內(nèi)容精要

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（以下簡稱《原理》）于1687年出版發(fā)行，1713年發(fā)行第二版，1725年，牛頓去世的前兩年，又修訂發(fā)行了第三版。

牛頓在《原理》的序言中說：“我們的研究不在技術(shù)而在科學(xué)，不在人手之力而在自然之力”，“我們的研究是自然理論的數(shù)學(xué)原理”，“于物理學(xué)的范圍中盡量以數(shù)學(xué)推出”，“把自然現(xiàn)象都?xì)w宿到數(shù)學(xué)定理上去。”可見，牛頓的立意是非常遠(yuǎn)大的。他的根本目的就是要用物理學(xué)的內(nèi)容和數(shù)學(xué)的方法建立起一個新的自然哲學(xué)（自然理論）體系，為所有自然現(xiàn)象確立一個新的力學(xué)解釋的框架。

《原理》正文共有三編。正文之前有兩節(jié)導(dǎo)論，其篇幅雖僅占全書的百分之四左右，但其內(nèi)容卻十分重要。

導(dǎo)論一為“說明和附說”。在這里，牛頓先為力學(xué)的一些基本概念如質(zhì)量、動量和力下了定義，對向心力的性質(zhì)、作用以及量度作了描述。然后，牛頓引入了絕對空間和絕對時間的新概念，建立起他的絕對時空觀。牛頓的時空觀在今天看來有很大的局限性，但它對牛頓力學(xué)的規(guī)范作用是必不可少的。

導(dǎo)論二為“運(yùn)動之基本定理和定律”。在這里，牛頓闡述了著名的運(yùn)動三大定律。第一定律亦即慣性定律：“每個物體若非有外力影響使其改變狀態(tài)，則該物體仍保持其原來靜止的或等速直線運(yùn)動的狀態(tài)。”第二定律亦即運(yùn)動定律：“運(yùn)動的變化與所施的力成正比，并沿力的作用方向發(fā)生。”這兩個定律都是伽利略已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或已經(jīng)接觸到的，牛頓則給以它們更加明確、更加概括的表述形式。第三定律是作用力與反作用力定律，這是牛頓首先明確提出的。有了這三個基本定律，經(jīng)典力學(xué)關(guān)于運(yùn)動的描述就完備化了。三大定律之后，還附有6個推論。有力的合成與分解原理，運(yùn)動迭加以及相對性原理，還有重要的動量守恒原理等。

正文第一編的總標(biāo)題是“論物體之運(yùn)動”，下分14章。主要是研究在引力作用下物體運(yùn)動的軌道與力的關(guān)系。重點(diǎn)之一是提出了微積分學(xué)要點(diǎn)，用以確定無限小量之比。重點(diǎn)之二是用極限方法、且運(yùn)用無窮小量來解釋了開普勒三定律的真正含義。例如，證明了引力的作用與開普勒面積定律的關(guān)系，推導(dǎo)出引力與距離平方成反比的關(guān)系。牛頓在這一編里，還提出了光學(xué)的力學(xué)本性，但卻得出了一個錯誤的結(jié)論：“光在光密介質(zhì)中的速度比在光疏介質(zhì)中的速度大一些。”

第二編的總標(biāo)題也是“論物體之運(yùn)動”，但主要是討論在有阻力介質(zhì)中物體之運(yùn)動。共分9章。首先討論的是物體運(yùn)動時受到與速度或速度平方成正比的阻力的情形，接著討論流體靜力學(xué)和動力學(xué)的一些定理與推測。最后一章研究了液體中的漩渦運(yùn)動，指出漩渦運(yùn)動不可能使行星遵循開普勒三定律，從而否定了笛卡爾對行星運(yùn)動的以太漩渦假說。

第三編的標(biāo)題是“論宇宙系統(tǒng)”，用力學(xué)的基本原理、基本定律來解說宇宙間的各種現(xiàn)象。最重要的部分是牛頓準(zhǔn)確闡述了萬有引力定律，并且運(yùn)用這一定律成功地解釋了行星及其衛(wèi)星的運(yùn)動、彗星的運(yùn)動、潮汐現(xiàn)象和地球兩極略扁的橢圓形問題。

牛頓在第三編里還鄭重地提出了至今意義仍十分重大的“自然哲學(xué)之推理法則”。法則一：“除那些真實(shí)而已足夠說明其現(xiàn)象者外，不必去尋求自然界事物的其他原因……因?yàn)樽匀唤缦矚g簡單化，不愛用多余的原因夸耀自己。”法則二：“對于自然界中同一類結(jié)果，必須盡可能歸之于同一種原因。”法則三：“物體的屬性，凡既不能增強(qiáng)也不能減弱者，又為我們實(shí)驗(yàn)所能及的范圍內(nèi)的一切物體所具有者，就應(yīng)視為所有物體的普遍屬性。”法則四：“在實(shí)驗(yàn)哲學(xué)中，我們必須把那些從各種現(xiàn)象中運(yùn)用一般歸納法而導(dǎo)出的命題看作是完全正確的，或者是非常接近于正確的；雖然可以想像出任何與之相反的假說，但是沒有出現(xiàn)其他現(xiàn)象足以使之更為正確或者出現(xiàn)例外以前，仍然應(yīng)當(dāng)給以如此的對待。”

牛頓的法則一實(shí)質(zhì)上就是簡單性原則；法則二即是統(tǒng)一性原則。對于自然科學(xué)研究，簡單性原則是合理又符合科技美學(xué)的，它始終是人們對科學(xué)理論進(jìn)行評價的基本標(biāo)準(zhǔn)之一。統(tǒng)一性法則看到了自然界中的相似性與統(tǒng)一性，它有效地鼓舞和幫助人們?nèi)ヌ角蟾嗟淖匀灰?guī)律。法則三與法則四也從方法論和認(rèn)識論的角度對科學(xué)研究做出了正確的指導(dǎo)。法則三強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)與理性相結(jié)合；法則四肯定歸納法的科學(xué)性又不認(rèn)為“歸納萬能”，從而避免了懷疑主義的不可知論，也避免了形而上學(xué)的機(jī)械唯實(shí)論。這兩個法則實(shí)際上已暗含了相對真理與絕對真理的辯證關(guān)系以及真理的檢驗(yàn)和發(fā)展的規(guī)律。

學(xué)術(shù)評價

牛頓是一位舉世公認(rèn)的偉大科學(xué)家，他總結(jié)了天體力學(xué)和地面力學(xué)的成就，為經(jīng)典力學(xué)規(guī)范了一套基本概念，提出了運(yùn)動三定律和萬有引力定律，從而建立起經(jīng)典力學(xué)的宏偉體系；他又發(fā)明了微積分，將新的數(shù)學(xué)分析工具引入力學(xué)的證明與推導(dǎo)，把整個力學(xué)都建立在嚴(yán)密的演繹基礎(chǔ)之上，使力學(xué)成為了真正的科學(xué)。這些輝煌成就記載在牛頓親自寫成的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》之中。

在牛頓時代，科學(xué)與哲學(xué)沒有分家，“哲學(xué)”一詞，其含意就是科學(xué)與哲學(xué)。《原理》一書，主要建功于自然科學(xué)方面，而在哲學(xué)思想上也有出類拔萃的洞見，它不僅是科學(xué)史上的里程碑，也是科學(xué)研究上的指明燈。