牛顿-英国科学家

牛顿简介

艾萨克·牛顿（1643年1月4日-1727年3月31日），爵士，英国皇家学会主席，英国著名物理学家和数学家，是百科全书式的“全才”，著有《自然哲学的数学原理》和《光学》。在1687年发表的论文《自然定律》中，他描述了万有引力和运动三定律。这些描述奠定了未来三个世纪物理世界的科学视角，并成为现代工程的基础。通过证明开普勒的行星运动定律和他的引力理论之间的一致性，他证明了地面物体和天体的运动遵循相同的自然定律；它为太阳中心理论提供了强有力的理论支持，推动了科学革命。在力学中，牛顿阐明了动量守恒和角动量守恒的原理，并提出了牛顿运动定律

在光学方面，他发明了一种反射望远镜，并基于对将白光发射到可见光谱中的三棱镜的观察，发展了一种颜色理论。他还系统地制定了冷却定律，并研究了声速。在数学方面，牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨共同获得了发展微积分的荣誉。他还证明了广义二项式定理，提出了逼近函数零点的“牛顿法”，为幂级数的研究做出了贡献。在经济学中，牛顿提出了金标准体系。

艾萨克·牛顿的一生

艾萨克·牛顿的少年时代

牛顿的家乡伍尔索普庄园

艾萨克·牛顿于1643年1月4日出生于英国林肯郡乡村的一个小村庄伍尔索普的伍尔索佩庄园。牛顿出生时，英国没有采用教皇的最新日历，因此他的生日被记录为1642年的圣诞节。牛顿出生前三个月，他的父亲，也就是艾萨克，刚刚去世。由于早产，新生儿牛顿非常瘦弱；据传，牛顿的母亲Hannah Ayscough曾说，牛顿出生时很小，可以把他放在一夸脱的杯子里。牛顿三岁时，他的母亲再婚，搬进了他的新婚丈夫Barnabus Smith牧师的房子，并将牛顿托付给了他的祖母Margery Ayscough。“年轻的牛顿不喜欢他的继父，并因母亲再婚而对她怀有敌意。牛顿甚至写道，‘威胁我的继父和生母把他们和房子一起烧掉。’”

牛顿

1648年，牛顿被派去学习。十几岁的时候，牛顿并不是一个神童，他的成绩也很一般。然而，他喜欢阅读书籍和介绍各种简单机械模型制作方法的材料。他受到启发，自己制作了一些奇怪的小工具，比如风车、木钟、折叠灯等等。传说，在了解了风车的机械原理后，小牛顿自己创造了一个风车模型。他把老鼠绑在一个有轮子的跑步机上，然后在轮子前面放一粒玉米，就在老鼠够不着的地方。老鼠想吃玉米，不停地跑，所以轮子不停地转动；还有一次，当他放风筝时，他在绳子上挂了一盏小灯。晚上，村民们敬畏地看着，怀疑彗星出现了；

笔记

拼音 双语对照他还做了一个小水钟。每天早上，小水钟都会自动把水滴到他的脸上，催促他起床。他还喜欢绘画和雕刻，尤其是日晷。他的日晷被放在家里的角落和窗台上，用来观察太阳阴影的移动。

艾萨克·牛顿的学生日

1654年，牛顿进入了离家十多公里的国王皇家高中。牛顿的母亲曾希望他成为一名农民，但牛顿本人并不打算这样做，并且喜欢阅读。随着年龄的增长，牛顿对阅读、冥想和做小型科学实验越来越感兴趣。当他在国王皇家高中学习时，有一次他寄宿在一位药剂师的家中，这让他受到了化学实验的影响。

艾萨克·牛顿

牛顿在高中时有着杰出的学术成就，喜欢阅读，对自然现象很好奇，比如颜色、太阳阴影在四季中的运动，尤其是几何、哥白尼的日心说等等。他还做不同类别的阅读笔记，喜欢做巧妙的小工具、小技巧、发明和实验。

当时，英国社会充斥着新的基督教思想，牛顿家有两个亲戚，他们都是牧师，这可能受到了牛顿晚年宗教生活的影响。仅从这些普通的环境和活动来看，尚不清楚牛顿是否在很小的时候就有着非凡的能力和能力。后来，由于生活困难，他的母亲命令牛顿休学，做一名家庭农场主来养家糊口。然而，牛顿一有机会就埋头读书，经常忘记工作。每当他的母亲让他和仆人一起去市场，熟悉交易业务时，他都恳求仆人独自出去，同时躲在灌木丛后面看书。有一次，牛顿的叔叔开始怀疑，跟着他来到镇上，发现他的侄子牛顿伸腿躺在草地上，全神贯注于一道数学题。牛顿的好学精神打动了他的叔叔，叔叔说服他的母亲让牛顿回到学校，并鼓励他上大学。牛顿又回到学校，如饥似渴地从书中吸收营养。根据E·T·贝尔的《数学人》和H·伊夫的《数学史导论》这两本书，“牛顿在一所乡村学校开始了他的学校生活，后来被送到格兰瑟姆的国王高中，在那里他成为了最优秀的学生。在国王高中期间，他与当地药剂师寄宿。威廉·克拉克（William Clarke）在家，并与药剂师的继女安妮·斯托勒订婚，19岁前往剑桥大学。后来，由于牛顿对研究的关注使爱情降温，斯托勒小姐嫁给了另一个人。“据说牛顿对这段恋情有着美好的记忆，但从那以后就再也没有其他浪漫的事情了，牛顿一生中也没有结婚过。”然而，根据牛顿的当代朋友威廉·斯图克利的《艾萨克·牛顿爵士生活回忆录》一书，牛顿去世后，斯图克利拜访了当时是牛顿情人的文森特夫人。文森特夫人的名字是凯瑟琳，而不是安妮，安妮是她的妹妹（见Arthur Storer），文森特夫人只说牛顿登机时对她只有“感情”。

牛顿晚年的画像-1712

从12岁到17岁左右，牛顿在国王皇家高中学习，在那里可以在图书馆的窗台上看到他的签名。1659年10月，他辍学回到埃尔索普村，因为他寡居的母亲希望牛顿成为一名农民。尽管牛顿听从了母亲的意愿，但据牛顿后来的同龄人说，务农让他很不开心。幸运的是，国王皇家高中校长亨利·斯托克斯说服了牛顿的母亲，牛顿被送回学校完成学业。18岁时，他完成了高中学业，并收到了一份完美的毕业报告。

牛顿的著作和手稿

1661年6月3日，他进入剑桥大学三一学院学习。

当时，学院的教学以亚里士多德的理论为基础，但牛顿更喜欢阅读笛卡尔等现代哲学家和伽利略、哥白尼和开普勒等天文学家的更先进的思想。在1665年，

笔记

拼音 双语对照他发现了广义二项式定理，并开始发展一套新的数学理论，后来被称为微积分。1665年，牛顿获得了学位，为了防止伦敦大瘟疫，大学关闭了。在接下来的两年里，牛顿继续在国内学习微积分、光学和引力定律。

图片：

艾萨克·牛顿的生涯

1669年，他被授予卢卡斯大学数学教授的职位。

1689年，他当选为国会议员。牛顿在1689年至1690年和1701年期间是英国皇家科学院的成员。1703年，他成为皇家科学院院长，任职24年。在历任总统中，他仅次于约瑟夫·班克斯，也是法国科学院的成员。1696年，牛顿得到时任财政大臣查尔斯·蒙塔古的提拔，并搬到伦敦监督皇家铸币局，直到他去世。他主持了英国最大的铸币重铸行动，这一职位通常是非官方的，但牛顿对此非常重视。作为皇家铸币局的负责人，牛顿估计大约20%的硬币是伪造的。要给那些臭名昭著的罪犯定罪是非常困难的；但事实证明牛顿做得很好。出于这个原因，牛顿成为了一位绅士。1705年，牛顿被安妮女王封为爵士。

牛顿在16世纪70年代写了许多关于圣经文本解释的宗教小册子。亨利·摩尔对宇宙的信仰和他对笛卡尔二元论的拒绝影响了牛顿的宗教信仰。在他寄给约翰·洛克的一份未出版的手稿中，他对三位一体的存在提出了质疑。

艾萨克·牛顿去世

1727年（公历）3月31日，伟大的艾萨克·牛顿去世，与许多杰出的英国人一起被安葬在威斯敏斯特大教堂。他的墓碑上刻着“让人们为世界上曾经存在的人类荣耀欢呼”

牛顿墓

1727年牛顿去世，享年85岁，英国人将他安葬在威斯敏斯特大教堂。威斯敏斯特大教堂的前身是一座修道院。1579年，英国女王伊丽莎白一世将威斯敏斯特教堂改建为学院，校长由英国君主任命。因此，威斯敏斯特教堂的正式名称改为“威斯敏斯特圣彼得学院教堂”。在接下来的三个世纪里，威斯敏斯特教堂成为继牛津和剑桥之后的第三所英国高等教育机构。诗人亚历山大·波普为牛顿写下了以下墓志铭：《自然》和《自然的法则》；戈德说：“让纽顿来吧”，一切都很轻松

笔记

拼音 双语对照大自然及其规律隐藏在黑暗中；上帝说：“让牛顿来吧！

笔记

拼音 双语对照“所以一切都变得光明了。900多年来，西敏寺一直是英国庆祝活动的重要场所，除了向信徒提供礼拜、祈祷和礼拜。英国名人很荣幸死后被埋葬在这里。据统计，西敏教堂（西敏寺圣彼得学院教堂）埋葬了3300多人。”，占地2972平方米，包括许多当代名人，如达尔文、狄更斯、牛顿、丘吉尔，以及无数在英国有深远影响的历史人物，都安息在威斯敏斯特大教堂，而许多名人本人并没有埋葬在这里，而是在地上嵌入了一块写有其名字的石板作为纪念。其中最著名的是牛顿，他是人类历史上第一位接受国葬的自然科学家。他的墓地位于威斯敏斯特大教堂前殿的中心，也就是人们所熟知的中殿。墓地上方矗立着一尊牛顿雕像，双手未合十，坐在一堆书上。在两个天使的环绕下，有一个巨大的地球形状来纪念他在科学方面的成就。无论牛顿的一生有多少谜团和争议，都不足以减少牛顿的影响。1726年，伏尔泰曾说牛顿是最伟大的人，因为“他用真理的力量统治着我们的思想，而不是用武力奴役我们”。

牛顿的浮雕

事实上，如果你查阅科学百科全书的索引，你会发现关于牛顿及其定律和发现的材料是任何科学家的两到三倍。莱布尼茨不是牛顿的朋友，他们之间发生了非常激烈的争论。但他写道，“从世界之初到牛顿生命的时代，牛顿对数学的发展做出了绝大多数贡献。”伟大的法国科学家拉普拉斯写道，“《原理》是人类智慧产物中最杰出的杰作。”拉格朗日常说牛顿是有史以来最伟大的天才。在美国学者迈克·哈特撰写的“影响人类历史进步的100位名人排名”中，牛顿排名第二，仅次于穆罕默德。书中指出，自牛顿诞生以来的数百年里，人们的生活方式发生了巨大的变化，而这些变化大多是基于牛顿的理论和发现。在过去的500年里，随着现代科学的兴起，大多数人的日常生活发生了革命性的变化。与1500年前的人们相比，我们的穿着、饮食和工作都有所不同。更重要的是，与他们不同，我们还有很多空闲时间。科学发现不仅带来了技术和经济革命，还彻底改变了、宗教思想、艺术和哲学。2003年，在英国广播公司评选最伟大英国人的全球活动中，牛顿被评为最伟大的英国人。历史学家特里斯特拉姆·亨特在《伟大的英国人》系列纪录片中编辑了他的专著，他说：“全球公众都意识到，牛顿的成就是世界性的，对全人类都有影响。这些选民显然超越了国界，他很高兴牛顿发挥了带头作用。”

艾萨克·牛顿的主要成就

艾萨克·牛顿在力学方面的成就

1679年，牛顿重返力学研究：引力及其对行星轨道的影响、开普勒行星运动定律，以及与胡克和弗雷姆斯特德就力学进行的讨论。他在《轨道中物体的运动》（1684）一书中总结了自己的成就，该书包含了后来在《原理》中发展起来的初步运动定律。

百科全书X：艾萨克·牛顿插图

《自然哲学的数学原理》（现简称《原理》）在埃德蒙·哈雷的鼓励和支持下于1687年7月5日出版。在这本书中，牛顿详细阐述了在接下来的两百年里被认为是正确的三条运动定律。牛顿用拉丁语单词“gravity”（重）来命名今天的引力，并定义了万有引力定律。在这本书中，他还提出了第一种基于波义耳定律测量空气中声速的分析方法。

由于《原理》的成就，牛顿获得了国际认可，并为他赢得了一大群支持者：牛顿与瑞士数学家尼古拉斯·法蒂奥·杜勒建立了非常密切的关系，直到1693年他们的友谊破裂。这段友谊的结束使牛顿患上了神经衰弱。

牛顿在伽利略等人的工作基础上进行了深入的研究，

笔记

拼音 双语对照总结了物体运动的三个基本定律（牛顿三定律）：第一定律（即惯性定律）。当任何物体没有受到任何外力或与它所受到的力平衡时（Fnet=0），它总是保持均匀的线性运动或静态，直到作用在它身上的外力迫使它改变这种状态。牛顿第二定律是力的瞬时作用定律。力和加速度同时产生、改变和消失F=ma是一个矢量方程，应用时应在正方向上指定。所有与正方向相同的力或加速度都应取正值，反之亦然。通常，加速度的方向被视为正方向。根据力的独立作用原理，当使用牛顿第二定律来解决物体在平面内的运动问题时，作用在物体上的力可以正交分解，牛顿第二定理的分量形式可以应用于两个相互垂直的方向：Fx=max，Fy=可列方程。牛顿第二定律的六个财产：①因果关系：力是加速度的原因。②同质性：F、m和a对应于同一物体。③矢量性：力和加速度都是矢量，物体的加速度方向由施加在物体上的外力方向决定。在牛顿第二定律的数学表达式∑F=ma中，等号不仅表示左右两侧的值相等，还表示物体的加速度方向与所施加外力的方向相同。④瞬时：当外力作用在物体（具有一定质量）上突然改变时，由该力确定的加速度的大小和方向也会发生突然变化；

笔记

拼音 双语对照当合力为零时，加速度也为零，加速度和合力保持一一对应。牛顿第二定律是一个瞬时对应定律，表明了力的瞬时效应相对论：在自然界中，存在一个坐标系，在该坐标系中，物体在不受力时将保持均匀的线性运动或静态。这样的坐标系被称为惯性参考系。地面和相对于地面在一条直线上静止或均匀移动的物体可以被视为惯性参考系，牛顿定律仅在惯性参考系中成立。独立性：作用在物体上的每个力都可以独立地产生加速度，并且由每个力产生的加速度的矢量和等于由组合外力产生的加速度。适用范围：①仅适用于低速（低于光速）移动的物体。②“牛顿第二定律不适用于微观原子，只适用于宏观物体。”参考系应该是惯性系。在同一条直线上，两个物体之间的力和反作用力大小相等，方向相反。（详见牛顿第三运动定律）第三定律表达式F=-F'（F表示力，F'表示反作用力，负号表示反作用力F'与力的方向相反）这三个非常简单的物体运动定律为力学奠定了坚实的基础，并对其他运动定律的发展产生了重大影响学科。伽利略提出了第一定律的内容，后来笛卡尔进行了形式上的改进。伽利略还非正式地提到了第二定律的内容。第三定律的内容是牛顿在总结了C.Ryan、J.Wallis和C.Huygens的结果后得出的。牛顿是万有引力定律的发现者。从1665年到1666年，他开始考虑这个问题。《万有引力定律》由艾萨克·牛顿于1687年发表在《自然哲学的数学原理》中。1679年，R·胡克在给他的一封信中提出，重力应该与距离的平方成反比。抛射物在地球上高海拔的轨道是椭圆形的。假设地球有一个狭缝，抛射物将返回其原始位置，而不是牛顿所设想的倾向于地球中心的螺旋线。牛顿没有回应这封信，但采纳了胡克的观点。在开普勒行星运动定律和其他研究成果的基础上，他用数学方法推导出了万有引力定律。牛顿将地球上物体的力学和天体力学统一为一个基本的力学系统，创造了一个经典力学的理论体系。正确反映宏观物体低速运动的宏观运动规律，实现了自然科学的首次大统一。这是人类对自然认识的一次飞跃。牛顿指出，流体的粘性阻力与剪切速率成正比。他说：“如果其他情况都一样，那么流体部分之间缺乏润滑所造成的阻力与流体部分之间的分离速度成正比。”符合这一规则的流体被称为牛顿流体，包括最常见的水和空气。不符合此规则的流体称为非牛顿流体。在给出平板在气流中的阻力时，牛顿采用了气体的粒子模型，得出了阻力与攻角的正弦平方成正比的结论。这个结论通常是不正确的，但由于牛顿的权威地位，它长期以来被后人视为一种信仰。20世纪，T·卡门在总结空气动力学的发展时打趣道，牛顿在一个世纪后制造了飞机。关于声速，牛顿正确地指出，声速与大气压的平方根成正比，与密度的平方根呈反比。然而，由于他将声音传播视为一个等温过程，结果与现实不符。后来，P-S·拉普拉斯考虑到绝热过程，修正了牛顿的声速公式。

艾萨克·牛顿的数学成就

牛顿微积分

大多数现代历史学家认为，牛顿和莱布尼茨独立发展了微积分，并为其创造了自己独特的符号。据牛顿周围的人说，牛顿比莱布尼茨早几年发展出了他的方法，

笔记

拼音 双语对照但在1693年之前，他几乎没有发表过任何东西，直到1704年他才对其进行了完整的描述。与此同时，莱布尼茨在1684年发表了他的方法的完整描述。此外，莱布尼茨的符号和“微分法”被欧洲大陆完全采用，大约在1820年之后，英国人也采用了这种方法。莱布尼茨的笔记本记录了他的思想从婴儿期到成熟期的发展，而牛顿已知的记录只揭示了他的最终结果。牛顿声称，他一直不愿意发表他的微积分，因为他害怕被嘲笑。牛顿与瑞士数学家尼古拉斯·法蒂奥德·杜伊勒关系密切，后者最初被牛顿引力定律所吸引。1691年，杜勒计划撰写新版牛顿的《自然哲学的数学原理》，但从未完成。一些研究牛顿的传记作家认为，他们的关系可能有爱情的成分。然而，在1694年，这两个人之间的关系降温了。当时，杜勒还与莱布尼茨交换了几封信。1699年初，英国皇家学会的其他成员（牛顿也是其中一员）指控莱布尼茨抄袭牛顿的作品，1711年爆发了争议。牛顿皇家学会宣布，一项调查表明牛顿是真正的发现者，莱布尼茨被谴责为子。然而，后来人们发现莱布尼茨对调查评论的结论是牛顿自己写的，因此调查受到了质疑。这导致了牛顿和莱布尼茨之间关于微积分的激烈争论，并扰乱了他们的生活，直到1716年他们去世。这场争论拉开了英国和欧洲大陆数学家之间的差距，并可能阻碍英国数学的发展至少一个世纪。牛顿公认的成就之一是广义二项式定理，它适用于任何幂。他发现了牛顿恒等式和牛顿方法，对三次曲线（两个变量的三次多项式）进行了分类，对有限差分理论做出了重大贡献，并首次使用分数指数和坐标几何来获得丢番图方程的解。他使用对数来逼近谐波级数的部分和（这是欧拉求和公式的前身），并首次自信地使用幂级数和逆幂级数。他还发现了π的一个新公式。1669年，他被授予卢卡斯大学数学教授的职位。在那一天之前，剑桥或牛津的所有成员都被任命为圣公会牧师。然而，卢卡斯教授职位的条件要求其持有者不得在教堂活动（大概是为了让他们投入更多的时间进行科学研究）。牛顿认为他应该被免除担任牧师的条件，这需要查理二世的许可，查理二世接受了牛顿的意见。这避免了牛顿的宗教观点和圣公会信仰之间的冲突。自17世纪以来，原始的几何和代数一直难以解决当时生产和自然科学提出的许多新问题，例如：如何计算物体的瞬时速度和加速度？如何找到曲线（行星路径）的切线和长度、矢量扫过的面积、最大值和最小值（如近日点、远日点、最大范围等）、体积、重心、重力等；

笔记

拼音 双语对照尽管牛顿之前在对数、解析几何和无穷级数方面取得了成就，但这些问题尚未得到令人满意或普遍的解决。当时对牛顿影响最大的是笛卡尔的《几何》和瓦利斯的《无限算术》。牛顿将古希腊以来求解无穷小问题的各种特殊方法统一为两种算法：正向流（微分）和反向流（积分），这反映在1669年的三篇论文《使用无限多项式方程》、1671年的《流与无限级数》、1676年的《曲线正交》和《原理》一书中，1666年10月，他写了一份手稿，并在朋友之间流传，《流数字》（On Stream Numbers）被保存了下来。所谓“流量”是指随时间变化的自变量，如x、y、s、u等。“流量数”是指流量的变化率，即变化率、书写率等。他所指的“差异率”和“变化率”是微分。与此同时，他在1676年首次发表了他发明的二项式展开定理。牛顿用它来发现其他无穷级数，并用它们来计算面积、积分、求解方程等。1684年，莱布尼茨在研究曲线切线时引入了细长的S作为微积分的符号，从此，牛顿创立的微积分在大陆各国迅速推广。微积分的出现已经成为数学发展中除了几何和代数之外的另一个重要分支——数学分析（牛顿称之为“无限多项式方程分析”），并进一步发展为微分几何、微分方程、变分方法等。这些反过来又促进了理论物理学的发展。例如，瑞士的J·伯努利曾要求求解最快下降曲线，这是变分法的最初问题，欧洲各地的数学家都无法在半年内解决。1697年的一天，牛顿偶然听说了这件事。那天晚上，他立刻解决了这个问题，并匿名发表在《哲学杂志》上。伯努利惊讶地说：“我从这只锋利的爪子上认出了雄狮。”微积分的发明是牛顿最杰出的数学成就。牛顿为了解决运动问题，创造了与物理概念直接相关的数学理论。牛顿称之为“流动命理学”。它所处理的一些具体问题，如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的最大值和最小值问题，在牛顿之前就已经研究过了。然而，牛顿超越了他的前辈，采取了更高的视角，综合了以前零散的结论，将古希腊以来解决无穷小问题的各种技术统一为两种普通算法——微分和积分，并建立了这两种运算之间的倒数关系。由此，他完成了微积分发明中最关键的一步，为现代科学的发展提供了最有效的工具，开启了数学的新时代。牛顿没有及时发表他在微积分方面的研究成果。他对微积分的研究可能早于莱布尼茨，但莱布尼茨的表达更合理，他的微积分研究早于牛顿。在牛顿和莱布尼茨关于谁是这门学科的创始人的争论中，他们各自的学生、支持者和数学家之间爆发了持续了相当长一段时间的骚动，导致欧洲大陆的数学家与英国数学家之间长期对峙。有一段时间，英国数学对外封闭，受制于民族偏见，过于拘泥于牛顿的“数字流”。因此，数学的发展落后了整整100年。1707年，牛顿的代数讲义被整理出版，并被命名为“通用算术”。他主要讨论代数的基本原理及其在解决各种问题中的应用（通过求解方程）。在书中，阐述了代数的基本概念和运算，并用大量的例子说明了如何将各种问题转化为代数方程。同时，对方程的根和财产进行了深入的讨论，在方程理论方面取得了丰硕的成果。例如，他获得了方程根及其判别式之间的关系，并指出方程根的幂和可以使用方程系数来确定，即，

笔记

拼音 双语对照“牛顿幂和公式”。牛顿对分析几何和合成几何都有贡献。在1736年出版的《分析几何》中，他引入了曲率中心，给出了稠密切圆（或曲线圆）的概念，并提出了计算曲线曲率的曲率公式和方法。他将自己的许多研究成果总结成专著《三次曲线的枚举》，于1704年出版。此外，他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等多个领域。在前人工作的基础上，牛顿提出了“通量法”，建立了二项式定理，并与莱布尼茨几乎同时建立了微积分。他推导了导数和积分的概念和算法，阐明了计算导数和积分是相互逆运算，开创了数学发展的新时代。二项式定理1665年，年仅22岁的牛顿发现了二项式理论，这是微积分全面发展的重要一步。二项式定理广泛应用于组合理论、高阶等差序列的求和以及差分方法。

促销形式

二项式级数展开是研究级数理论、函数理论、数学分析和方程理论的有力工具。今天，我们将发现这种方法只适用于n为1，2，3，…的正整数，。。。并且该序列正好在n+1处终止。如果n不是正整数，则级数不会终止，并且此方法不适用。“但我们应该知道，当时莱布尼茨在1694年才引入函数这个术语。在微积分的早期阶段，使用它们的级别来处理超越函数是最有效的方法。".

艾萨克·牛顿的光学成就

牛顿致力于研究颜色现象和光的性质。1666年，他用棱镜研究了太阳光，得出结论，白光是不同颜色（即不同波长）的光的混合物，不同波长的光具有不同的折射率。在可见光中，红光具有最长的波长和最小的折射率；

笔记

拼音 双语对照紫光具有最短的波长和最高的折射率。牛顿的重要发现成为光谱分析的基础，揭示了光和颜色的秘密。牛顿还曾将曲率半径较大的精细抛光凸透镜的凸面压在非常光滑的平板玻璃上。在白光下，可以看到中心的接触点是一个黑点，周围是一个明暗同心圆。后人把这种现象称为“牛顿环”。他创立了光的“粒子理论”，从一个侧面反映了光的运动财产，但牛顿并不反对光的“波动理论”。1704年，牛顿撰写了《光学》一书，系统阐述了他在光学方面的研究成果，其中详细阐述了光的粒子理论。他认为光是由非常小的粒子组成的，而普通物质是由较粗的粒子组成，并推测如果通过某种炼金术转化，“物质和光不能相互转化吗？物质不能从进入其结构的轻粒子中获得主要能量吗？牛顿还用玻璃球创造了一种原始形式的摩擦静电发生器。他提出了轻粒子理论

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牛顿

从1670年到1672年，牛顿负责教授光学。在此期间，他研究了光的折射，表明棱镜可以将白光分散成光谱，而透镜和第二个棱镜可以将光谱重新组织成白光。他还发现，通过分离单色光束并将其照射到不同的物体上，彩色光不会改变其财产。牛顿还注意到，无论反射、散射还是发射，彩色光都会保持相同的颜色。因此，我们观察到的颜色是物体与特定色光组合的结果，而不是物体产生颜色的结果。从这项工作中，他得出了以下结论：任何折射望远镜都会受到光散射成不同颜色的影响，因此发明了一种反射望远镜（现在称为牛顿望远镜）来避免这个问题。“他亲自打磨透镜，用牛顿环测试透镜的光学质量，并生产出优于折射望远镜的仪器，所有这些都主要是因为它们的大直径透镜。”。1671年，他在英国皇家学会展出了他的反射望远镜。英国皇家学会的兴趣促使牛顿出版了关于色彩的笔记，后来扩展到了《光学》一书中。但当罗伯特·胡克批评牛顿的一些观点时，牛顿对此非常不满，并退出了辩论。从那时起，两人成为了敌人，一直持续到胡克去世。

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牛顿使用的望远镜

牛顿认为，光是由粒子或粒子组成的，在光密集的介质中加速会发生折射，但他也必须将它们与波联系起来，才能解释光的衍射现象。后来的物理学家更倾向于用纯光波来解释衍射现象。量子力学、光子和波粒二象性的现代思想与牛顿对光的理解只有细微的相似之处。在1675年出版的《解释光的财产》一书中，牛顿假设了乙醚的存在，并相信粒子之间的力传递是通过乙醚进行的。然而，在与神学家亨利·莫尔联系后，牛顿重新燃起了他对炼金术的兴趣，并用一种神秘的力量取代了之前对以太存在的假设，这种力量源于赫尔墨斯主义中的粒子吸引和互斥思想。拥有牛顿许多炼金术著作的经济学家约翰·梅纳德·凯恩斯说：“牛顿不是理性时代的第一人，他是最后一位炼金术士。”。然而，牛顿对炼金术的兴趣与他对科学的贡献密切相关，当时炼金术和科学之间没有明确的区别。“如果他没有依靠神秘的思想来解释真空中的超越行为，他可能就不会发展出他的引力理论”。

艾萨克·牛顿在热力学方面的成就

牛顿建立了冷却定律，即当物体表面与其周围环境之间存在温差时，

笔记

拼音 双语对照每单位面积每单位时间损失的热量与该温差成比例。

艾萨克·牛顿的天文成就

牛顿在1672年发明了反射望远镜。他利用粒子之间的万有引力来证明，具有球对称密度的球体的外部引力可以被放置在中心的相同质量的粒子所取代。他还利用万有引力原理解释了潮汐的各种现象，指出潮汐的大小不仅与月相有关，还与太阳的方位有关。牛顿预测地球不是一个正球体。岁差是由太阳对赤道凸起的扰动引起的。

艾萨克·牛顿的哲学成就

牛顿的哲学思想基本上属于自发唯物主义，它承认时间和空间的客观存在。像历史上所有伟大的人物一样，牛顿为人类做出了巨大贡献，但他无法逃脱时代的限制。例如，他将时间和空间视为与运动物质分离的事物，并提出了绝对时间和绝对空间的概念；

笔记

拼音 双语对照他将那些暂时无法解释的自然现象归因于上帝的安排，提出所有行星都是在某种外部“第一驱动力”的影响下开始运动的。《自然哲学的数学原理》，牛顿最重要的著作，出版于1687年。这本书总结了他一生中的许多重要发现和研究成果，包括上述物体的运动规律。他说，这本书“主要研究重、轻流体的阻力和其他吸引运动的力，所以我们正在研究自然哲学的数学原理。”这本书传入中国后，中国数学家李善兰曾翻译过其中的一部分，但没有出版，翻译也丢失了。现存的中文版本由数学家郑泰璞翻译，标题为“自然哲学的数学原理”。商务印书馆于1931年首次出版，并于1957年、1958年和2006年再版三次。

艾萨克·牛顿出版书籍

艾萨克·牛顿的个人生活

艾萨克·牛顿家族的成员

尼斯：凯瑟琳（丈夫约翰·康登）

艾萨克·牛顿人物轶事

在中小学教科书中，学生一定不止一次接触到牛顿这个非同寻常的名字。众所周知，他是一位伟大的英国物理学家、数学家和天文学家，提出了万有引力定律、力学三定律、白光由各种颜色的光组成的理论，并开创了微积分等。在迈克尔·怀特的《100位杰出人士》中，艾萨克·牛顿（1642-1727）被列为第二大影响力人物，仅次于穆罕默德，在耶稣基督之前。他之所以能够获得这样的荣誉，当然要归功于他对科学发展的杰出贡献。人们往往将科学史上具有划时代意义的伟大科学家视为具有高尚道德品质的天才和圣贤，被无数荣誉和光环所包围，使人们很难理解他们作为普通人的真实气质。最新出版的《牛顿传：最后的炼金术士》通过丰富的详细信息和原始档案，还原了一个真实的牛顿。这位站在巫术终结和科学崛起的历史转折点上的天才，通过对未知世界的无尽探索，使他成为有史以来最伟大的科学家之一，也使他一生中在炼金术上花费了更多的精力。牛顿总共留下了50多万字的英语炼金术手稿和100多万字的神学手稿，这些作品与他的科学发现几乎没有关系。此外，他还专门研究治疗他所患的假想疾病的药物。本书作者从科学遗传学的角度提出了牛顿对炼金术的痴迷与现代科学基础之间的重要关系。借助牛顿留下的重要信件和未发表的笔记，他解释了牛顿在炼金术和神学方面的研究在他发现万有引力中的作用，以及他随后对统一场论的研究。值得一提的是，直到1936年，牛顿现实的另一面才逐渐出现，这要归功于20世纪经济学家和牛顿研究者约翰·梅纳德·凯恩斯。当时，牛顿留下的一组文件被苏富比拍卖公司拍卖。这些文件是剑桥大学大约50年前收到的捐赠中被认为是“非科学”的藏品的一部分。因此，凯恩斯在拍卖会上买下了这些文件。在研究了这些从未向世界公开的秘密文件后，凯恩斯于1942年在英国皇家学会发表演讲，将这位历史上最著名、最高尚的科学家描绘成一个有争议的人格偏执狂。凯恩斯对牛顿的重新评价值得我们思考和思考：“自18世纪以来，牛顿一直被认为是第一位也是最伟大的现代科学家，一位理性主义者，他教会我们冷静思考和公正推理。但现在我想说，我不这么认为。看了那盒文件，我想没有人会认为他是一个道德高尚的伟人。"

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百科全书X：约翰·弗雷姆斯特德插图

莱布尼茨和牛顿独立创造了微积分。尽管牛顿比莱布尼茨早几年发现微积分，但他很晚才发表自己的著作。因此

笔记

拼音 双语对照谁是微积分的第一位创造者，成为当时科学界的一个主要问题。牛津大学的基尔教授在《哲学公报》上发表了一篇关于离心力的文章，其中以牛顿的名义记录了微积分发明的主要贡献，莱布尼茨也被提到<；

笔记

拼音 双语对照这与“天动地静”、“天圆地圆”、“阴阳和谐”的传统相去甚远。这不得不在中国人民中引起巨大反响。牛顿理论在中国的传播不仅影响了学术界，也唤醒了人们对科学真理的认识。更重要的是，它还为中国资产阶级改革者发起的戊戌变法提供了舆论准备。这场运动的领导者，如康有为、梁启超和谭嗣同，无一例外地从牛顿理论中寻求改革的基础。特别是牛顿的科学创新精神激励了清朝所有有抱负的人，他们希望改变社会。

科学与神学牛顿活了80年，但在40年的时间里，他致力于科学研究，在其他40年里，他痴迷于神学。他用许多“科学现象”来证明上帝的存在，甚至在研究地球的年龄时，他甚至用圣经来计算6000年。在如此鲜明的对比下，人们很难将这些事情与这位科学巨人联系起来。

唯一的遗憾是牛顿一生都对科学做出了杰出的贡献。他是现代科学的鼻祖。他开创了一个推进科学的新时代，但他羞愧地向一个女孩坦白，白白失去了结婚的机会。然后，他一生中从未结婚或生过孩子，所以他没有后代。

艾萨克·牛顿的哲学思想

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牛顿的著作《自然哲学的数学原理》

亚里士多德的哲学强调事物的和谐，寻求和谐的思想是正确的。然而，亚里士多德认为，太阳、月亮和恒星在天空中的轨道是圆形的，因为只有圆形运动才是完美和谐的，而地面上的运动，例如重物的直线下落，是世俗的。古希腊哲学家的和谐思想在天地之间是不可能统一的。17世纪，牛顿利用引力理论和三大运动定律，将天体及其卫星的运动定律与引力落地现象统一起来，实现了天地统一。这是牛顿对自然哲学的巨大贡献。众所周知，牛顿在理解光的性质方面持有微粒理论。但在与Hu和Huygens讨论光的性质时，他说光有一种或另一种本能来刺激以太的振动。这意味着以太是光振动的媒介（参见以太坊）。牛顿似乎理解光的对偶性；

笔记

拼音 双语对照事实上，事实并非如此。他对以太介质存在的感知与空气的普遍存在非常相似，但它要薄得多，更细，更强大。他还声称，正是由于以太的动物气质，肌肉收缩和伸展，使动物能够运动。他进一步用以太来解释光的反射和折射、透明度和不透明度以及颜色的产生。他甚至认为，地球的引力是由一种伟大气质的不断凝聚引起的。在《原理》第二版第六章的结尾，有人说，根据记忆，他做过一些实验，倾向于声称以太填充了所有物体的空隙，尽管以太对重力没有感知作用。14.自15世纪以来，欧洲学者一直对以太着迷，以太理论已经流行了一段时间。当时，科学巨人笛卡尔对以太的存在深信不疑。他认为行星的运动可以用以太的漩涡来解释。以太理论成为了一种短暂的哲学潮流。牛顿尊重实验，不可避免地卷入了这股哲学思想的洪流，并倾向于它的存在。当时，人们对超距离的影响有不同的看法。牛顿曾指出他的引力相互作用定律，这并不是最终的解释，而是从实验中总结出来的一条规则。因此，牛顿没有得出关于引力性质的结论。牛顿在科学方面的成就必须植根于他的哲学思想和科学方法。牛顿的学生R·科茨曾在第二版《原理》的序言中解释了其中的奥秘。古希腊和罗马的哲学家根据他们对自然现象的观察和思考（类似于战国时期的中国）总结了他们的断言，例如泰勒斯的万物之根是水的理论。“即使是德谟克利特和卢克莱修的原子理论，总的来说，也得到了很高的评价。”。但他们的方法依赖于天才的想象力、思维和辩论，被称为思辨哲学。中世纪，经院哲学统治着欧洲。科学和哲学已经成为神学的奴隶。在15世纪和16世纪，哥白尼、G·布鲁诺、伽利略和其他人坚持不懈地反对教会，不怕被监禁或火化，摆脱了为上帝服务的枷锁。对自然现象进行观察、测量和实验的氛围已经逐渐形成。在物理学中，伽利略的实验工作是实验物理学的开端，牛顿深受其影响。随后，牛顿作为一门实验科学形成了一个辉煌的物理学体系，同时，他使科学实验方法闯入了哲学思想的殿堂。牛顿认为科学原理可以从现象中推导出来，或者说基本的科学原理可以由现象中推导或推断出来。牛顿在他的两本书《原理》和《光学》中明确表达了他的学习方法，即明确区分猜测、假设和实验结果（以及由此得出的结论），以及从某些假设条件中得出的数学推导。“原理”第一部分第14章中处理细粒子运动的模型和第二部分主题23中气体中存在相互排斥粒子的假设是牛顿使用物理物质数学模型的例子。然而，他在这些问题上缺乏实质性的实验证据，也无法写出无可辩驳的陈述。理论家可能认为，牛顿只专注于使用归纳方法从实验中推导定律，而忽视了演绎方法的重要性。这与事实相反。1713年，牛顿出版了第二版《原理》，在给学生科茨的一封信中，他提到运动定律是第一定律或公理，并说它们都是从现象或推论中推导出来的，并用归纳法将它们推广开来。牛顿说：“这是一个命题在哲学中所能达到的最高水平的例子。”事实上，必须看到归纳和演绎是不能人为对立的。恩格斯指出，“归纳和演绎，就像分析和综合一样，不可避免地是相互关联的。一个人不应该牺牲一个，把另一个提升到天堂。”。牛顿很早就来了。牛顿曾在各种场合讨论过实验和假设之间的关系。他在给奥尔登堡的信中说，

笔记

拼音 双语对照“进行哲学研究的最好和最可靠的方法似乎是努力探索事物的财产并通过实验加以证明。然后，他继续建立一些假设来解释这些事物的本质。”在他给科茨的信中，他说：“任何不是从现象中推断出来的陈述都应该被称为假设，而这样的假设，无论是形而上学的还是物理的，无论是隐藏的还是机械的，在实验哲学中都没有立足之地。”牛顿的陈述奠定了自然哲学的基础，打开了实验科学的大门，在过去的300年里，他们为自然科学的繁荣做出了不朽的贡献。牛顿研究事物规律的方法不同于那些只从简单的物理假设开始，而是通过逻辑推导来获得对事物现象的解释的方法。爱因斯坦指出，“牛顿是第一个成功地找到了一个可以用公式清晰表达的基础。从这个基础上，他运用数学思维，从逻辑和定量上推导出了一系列广泛的现象，并与经验相一致。”“在牛顿之前，没有任何实际结果支持物理因果关系具有完整链条的信念。“牛顿是完全物理因果关系的创始人；因果关系是古典物理学的基石。牛顿来自一个信奉基督教的家庭。在剑桥大学期间，他珍视宗教生活中自由的幻想和工作，就像在科学实验中一样。《原理》完成后，他开始研究基督教圣经，并开始撰写有关圣经的著作。这份手稿总计150万字，其中大部分未发表。可以看出，牛顿在宗教著作上花费了大量的时间和精力。牛顿对1692年至1693年本特利大主教关于造物主（真主、真主、上帝和亚伯拉罕）存在的四封信的回复受到了后人的最多批评。所谓神圣的手臂是从第四个字母开始的第一次推动。从现代宇宙学的角度来看，在不需要“神的帮助”的情况下，在物理框架内解决第一次推动是完全可能的。牛顿当时反对英国国教。“他反对三位一体的学说，但没有明确表达自己的意愿，而是暗中表示不愿意担任神圣的职位。”。简而言之，牛顿在宗教问题上赴汤蹈火的精神比他的先驱哥白尼、布鲁诺和伽利略弱得多。1942年，爱因斯坦写了一篇纪念牛顿诞辰300周年的文章，这样评价牛顿的一生：“只有把他的一生看作是为永恒真理而奋斗的舞台上的一幕，我们才能理解他”。这种赞美是最恰当的。牛顿的哲学思想和科学方法：牛顿在科学领域的巨大成就，加上他简单的唯物主义哲学观点和一套初步建立的物理方法论体系，对物理学和整个自然科学的发展，对工业革命、社会经济变化，以及18世纪机械唯物主义的发展。这里只画了一个简短的轮廓。牛顿的哲学观点与他在力学方面的基础性成就是分不开的，他试图从力学的角度解释所有的自然现象，这导致了牛顿哲学的自发唯物主义和机制的盛行。事实上，牛顿将所有的化学、热学和电学现象都视为“与吸引或排斥有关的事物”。例如，他首先阐述了化学亲和力，将化学取代反应描述为两种类型的吸引之间的竞争；想想“通过运动或发酵发烧”；

笔记

拼音 双语对照火药爆炸也是硫和碳等粒子剧烈碰撞、分解、放热、膨胀等的过程。这种力学观点是指所有形式的物质运动都被归类为机械运动的观点，并采用绝对时空观、原子理论，机械决定论可以通过初始条件决定随后任何时刻的运动状态，以及事物发展的因果律，这些都是解释机械运动问题所必需的，作为整个物理学的一般思维模式。可以认为，牛顿是第一个建立相对完整的物理因果关系体系的人，这是经典物理学的基石。牛顿对科学方法论的贡献，就像他对物理学，特别是力学的贡献一样，不仅仅是创造了一两种新方法，而是形成了一个研究事物的方法体系，提出了几个方法论原则。牛顿的《原理》一书体现了以下科学方法：①实验理论应用方法。在《原理》的序言中，牛顿说：“哲学的全部任务似乎在于从各种运动现象中研究各种自然力，然后用这些方法来证明其他现象。”科学历史学家I.B.科恩正确地指出，牛顿“主要是将现实世界与其简化的数学表示反复进行比较。”。牛顿是实验和推广实用材料的大师，也是将其理论应用于天体、流体和重力分析等实际问题的专家。综合方法。分析是从整体到局部的（如微分和原子观点），综合是从局部到整体的（如积分，也包括天地合成、运动三定律的建立等）。牛顿在《原理》中说：“在自然科学中，就像在数学中一样，在研究困难的事情时，总是要先使用分析方法，然后再使用综合方法。一般来说，从结果到原因，从特殊原因到一般原因，从论证到最常见的原因，这就是分析的方法；

笔记

拼音 双语对照而综合方法假设原因已经找到，并且它们已经被确立为原则，然后使用这些原则来解决它们解释它们发生的现象并证明这些解释的正确性归纳-演绎方法。上述分析综合法和归纳演绎法是相互结合的。牛顿从观察和实验开始。“用归纳法从中得出普通的结论”是指获得概念和规律，然后用演绎的方法推导出各种结论，然后通过实验对其进行测试、解释和预测。这些预测中的大部分后来都得到了证实。牛顿当时表达的定律被称为公理，这表明从归纳中得出的普遍结论也可以使用演绎方法——物理——数学方法——从其他结论中推导出来。牛顿“试图用数学在物理学的范围内执行概念和定律。”。爱因斯坦说，“牛顿是第一个成功地找到用公式明确表达的基础的人。从这个基础上，他用数学思维从逻辑和定量上推导出了广泛的现象，并与经验相一致。”。”“只有微分定律的形式才能完全满足现代物理学家对因果关系的要求，而清晰的微分定律概念是牛顿最伟大的智力成就之一。”。牛顿称他的书为《自然哲学的数学原理》来说明这一点。牛顿的方法论原理集中在《原理》第三章“哲学中的推理规则”中的四个原理中，这里就不引用了。综上所述，它可以称为简单性原理（规则1）、因果性原理（准则2）、普遍性原则（规则3）和否定原则（规则4，如果没有反例证明，则成立）。一些人还认为，牛顿在下一段中的想法被称为结构原理：“自然哲学的目的是发现自然结构的作用，并尽可能将其归结为一些普遍规律和一般规律——通过观察和实验建立这些规律，从而推导出事物的原因和后果。”。牛顿的哲学思想和方法体系被爱因斯坦誉为“理论物理学领域每一位工作者的指导原则。“。这是一个开放的平台，引导着一代又一代科学工作者的进步。然而，牛顿的哲学思想和方法论不可避免地具有明显的局限性和时代的不完整性，这是科学在起步阶段的最高成就。当时，牛顿只对物质最简单的机械运动进行了初步的系统研究，并赦免了试图将粒子理论外推到所有领域（例如他无法解释他发现的“牛顿环”）。这些是他的致命伤。当牛顿看到事物的“第一个原因”“不一定是机械的”时，他提出了“这些事物是否组织得很好……是否似乎有一个…无所不在的上帝”的问题（《光学》，问题29），他花了很多精力长期转向神学的“科学”研究。然而，牛顿的历史局限性，就像他的历史成就一样，都是激励后代前进的教科书。

艾萨克·牛顿手稿研究

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“牛顿手稿的漂流史”

《牛顿手稿的漂流史》，[英]萨拉·德里著，王哲然译，湖南科学技术出版社，2022年；

艾萨克·牛顿性格的评价

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牛顿图像

在1688年出版的《自然哲学的数学原理》一书中，他描述了万有引力和运动三定律。这些描述奠定了未来三个世纪物理世界的科学视角，并成为现代工程的基础。通过证明开普勒的行星运动定律和他的引力理论之间的一致性，他证明了地面物体和天体的运动遵循相同的自然定律；

笔记

拼音 双语对照从而消除了对太阳中心理论的最后怀疑，促进了科学革命。在力学中，牛顿阐明了角动量守恒的原理。在光学方面，他发明了一种反射望远镜，并根据三角棱镜将白光发射到可见光谱的观测结果发展了一种颜色理论。他还系统地制定了冷却定律，并研究了声速。在数学方面，牛顿与戈特弗里德·莱布尼茨共同获得了发展微积分的荣誉。他还证明了广义二项式定理，提出了逼近函数零点的“牛顿法”，为幂级数的研究做出了贡献。1687年的伟大著作《自然哲学的数学原理》开创了大科学时代。牛顿是最有影响力的科学家，被誉为“物理学之父”。他是基于经典力学的牛顿运动定律的创始人。他发现的三条运动定律和万有引力定律为现代物理学和力学奠定了基础。他的万有引力定律和哥白尼的日心说为现代天文学奠定了理论基础。直到今天，这仍然是计算人造地球卫星、火箭和航天器发射和轨道的理论基础。2005年，英国皇家学会进行了一项题为“谁是科学史上最有影响力的人？”的民意调查，牛顿被认为比阿尔伯特·爱因斯坦更有影响力。对牛顿头发的基因分析表明，牛顿是阿斯伯格综合症的携带者，并且有XQ28基因的表达，这增加了牛顿的神秘感，但不会影响他的巨大形象。“牛顿不是理性时代的第一人。他是最后的魔术师……他看待可见世界和思想世界的方式与数千年来为人类思想传承做出贡献的前辈们没有什么不同。”。至于牛顿精神状态这一古老话题，凯恩斯确信，牛顿的神学和炼金术信仰源于一个精神正常的人，手稿显示了牛顿在进入晚年或可能变得精神失常之前所写的“严谨的学术、准确的方法和极其冷静的陈述”。（著名经济学家凯恩斯）

笔记

拼音 双语对照

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