自然科学简史论文——论牛顿力学体系及其科学方法对近代科学的影响

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论牛顿力学体系及其科学方法对近代科
学的影响
牛顿(Isaac Newton.1643.1.4—1727.3.20),英国物理学家、数学家和天文学家,经典物理学理论体系的建立者1。

牛顿的一生是传奇而伟大的,他建立起来的牛顿力学体系完成了人类文明史上第一次自然科学的大综合。

牛顿力学体系的建立不仅达到了十六、十七世纪科学革命的顶点,也是人类社会划时代进步的标志,对近代科学乃至整个人类文明进程,都有着深远影响和不可估量的的历史意义。

一.牛顿力学体系对近代科学发展的影响
牛顿所处的时代,是一个科学思想大爆炸的时代。

哥白尼提出了日心说,开普勒从第谷的观测资料中总结了经验的行星运动三定律,伽利略又描绘出了力、加速度等概念并发现了惯性定律和自由落体定律。

但是,直到牛顿之前,这些物理概念和物理规律还是孤立的、没有体现本质联系的、逻辑上各自独立的东西。

也正是在这个时候,牛顿对行星及地面上的物体运动作了整体的考察,他把归纳演绎、分析综合等数学方法与物理学发现完美的结合在了一起,使物理学成为能够表述因果性的一个完整体系。

这就是我们今天所说的经典力学体系。

按照牛顿力学体系的原理,人们利用描写物体运动的坐标及速度的初始值和受力情况,就可以确定地知道该物体运动的过去与将来。

牛顿建立的经典物理学具有因果关系的完整体系一经发表便在近代科学的海洋里引起了渲染大波并得到了广泛的实际应用。

他所建立的力学体系不仅能说明已有的理论已经说明的现象,如充分地解释伽利略发现的惯性定律和自由落体定律而且能说明并解释已有的理论不能说明的现象,如完满地解释了开普勒的行星运动三定律。

更重要的是,牛顿的力学理论能预见到新的物理现象和物理事实,并能以天文观测或实验证实它们的正确性。

在万有引力理论的基础上,人们后来发现并证实海王星和冥王星的存在,这是牛顿力学理论的有力佐证。

牛顿力学既可以用予说明地面上的物质运动,又可以用予解释太阳系中的行星运动,充分证明了该理论具有的自然规律的普遍性法则。

也正是由于牛顿力学原来广泛的适应性,使其在之后数百年间成为引导科学发展的纲领。

同时,值得一提的是,牛顿的力学为十八世纪的工业革命及其之后的机器化大生产准备了科学理论。

马克思曾经认为,在十八世纪臻于完善的力学是“大工业的真正科学的基础。

”2毫无疑问,当时这个“科学的基础”的最主要而且也是最重要的部分是牛顿的力学。

牛顿的经典力学体系和他的方法论使物理学在十八、十九世纪期间得以迅速发展,并成为那时理论物理学的规范。

所有物质运动都要追溯或探究其是否符合牛顿的运动定律,从而把牛顿的质点运动定律推广到刚体及连续体的物质运动上。

直到十九世纪下半叶,电磁场概念的产生也可以看作是牛顿引力场理论的一次重大飞跃。

迄至今日,人们关于宏观自然过程的宏观低速状态下的物理认识都可以看作是牛顿力学思想的一种系统的发展。

二.牛顿力学体系的科学方法对近代科学的影响
牛顿由于“发明了万有引力定律而创立了科学的天文学,由于进行了光的分解而创立了科学的光学.由于创立了二项式定律和无限理论而创立了科学的数学。

由于认识了力的性而创立了科学的力学”3。

更重要的是,牛顿在科学方法论上的贡献也是十分杰出的。

著名科学家爱因斯坦在评价牛顿对世人的影响时特别指出了他在研究方法上的创造,“在他以前和以后,都还没有人能像他那样决定着西方的思想、研究和实践的方向。

他不仅作为某些关键性方法的发明者来说是杰出的,而且他在善于运用他那时的经验材料上也是独特的,同时他还对于教学和物理学的详细证明方法有惊人的创造才能。

”著名科学家拉普拉斯在谈到牛顿的贡献时,也曾着重强调过认识这位天才的研究方法对于科学进步的重要性。

可见,牛顿力
1钱临照“牛顿”中国大百科全书(物理学I) ,1987
2马克思恩格斯全集.北京:人民出版社,l965
3牛顿自然哲学著作选.北京:商务印书馆,l962
学体系对近代科学的影响不仅仅局限于其先进的理论带给了人们认识世界的全新高度,牛顿力学的科学方法作为一代科学巨人留给我们的宝贵财富,对后世数百年的科学研究都有着无可比拟的重要意义。

概括的说,牛顿的方法论可总结如下:
1.分析—综合法。

从整体到部分的方法是分析法,从部分到整体的方法是综合法。

整体与部分不可分割,分析与综合也同样不能割裂。

在伽利略那里,科学的研究方法是以实验数学方法为标志的各种方法的“复合体”,而牛顿则使这“复合体”瓦解,重新构成一个科学方法的和谐体系。

2.归纳—演绎法。

从个别到一般的方法是归纳法,从一般到个别的方法是演绎法。

牛顿在自然科学研究中确立了归纳法在逻辑学方法中从未有过的特殊地位。

同时,他针对归纳法的局限性,极力排斥,取缔同事实、经验无关的臆测“假说”,因而通过实验检验去消除归纳结论及其演绎结果的或然性,他强调实验是“自然哲学”发展的动力因素之一,也是检验“普通结论”是否正确的至高无上的裁判4。

3.实验的方法。

实验的方法是科学研究的基本方法。

任何实验总是在一定科学理论指导下的实验,而大量的实验总可以经过科学的抽象、科学的假设上升为科学理论。

牛顿正是在大量的实验证明的基础下,得出了普适性的结论。

牛顿力学体系所体现的科学方法,是人类自然科学的第一次空前变革。

以他的科学名著《自然哲学之数学原理》为标志的伟大成就,影响着他所在时代的哲学形态,而且更为深刻地、更为直接地实现了科学方法的丰富、发展与变革。

探讨牛顿的科学方法,这对于我们揭示科学的真谛,预示科学和科学方法的新发展动向。

无疑是大有裨益的。

4斯蒂芬.F.梅森(英)著、周煦良等译.自然科学
史.上海:上海译文出版社.1980.。

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