牛顿的科学学习方法

【工业革命简介】

课堂讨论专题论文

专题题目：牛顿在科学方法上的特点与贡献指导老师：方文熙

学院：福建农林大学东方学院

专业（方向）年级：金融学（国际方向）（2）班

学号：071913032

学生姓名：林世明

2008年 05 月 23 日

牛顿在科学方法上的特点与贡献

【牛顿的科学研究方法】

【牛顿在科学方面给世界人们带来的贡献】

牛顿是有史以来最伟大，最有影响力的科学家。他于1642年圣诞节那天诞生在英格兰的伍尔托斯普。牛顿定律及其世界体系的建立，是人类认识客观世界过程中的一次飞跃。美国科学史家Kuhn把它称为科学革命。如果日心说是第一次科学革命，牛顿力学就是第二次科学革命。科学革命是技术革命的先导，在牛顿的科学革命之后大约一百年，出现了18世纪末19世纪初的工业革命或产业革命。

《一》牛顿的科学研究方法：

牛顿牛顿在科学上的巨大成就连同他的朴素的唯物主义

哲学观点和一套初具规模的物理学方法论体系，给物理

学及整个自然科学的发展，给18世纪的工业革命、社会

经济变革及机械唯物论思潮的发展以巨大影响。顿在科

学方法论上的贡献正如他在物理学特别是泳装品牌力学中

的贡献一样，不只是创立了某一种或两种新方法，而是

形成了一套研究事物的方法论体系，提出了几条方法论

原理。在牛顿《原理》一书中集中体现了以下几种科学

方法：

① 验——理论——应用的方法。牛顿在《原理》序言中说：“哲

学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然

之力，而后用这些方去论证其他的现象。”科学史家

I.B.Cohen正确地指出，牛顿“主要是将实际世界与其简化

数学表示反复加以比较”。牛顿是从事实验和归纳实际材料

的巨匠，也是将其理论应用于天体、流体、引力等实际问

题的能手。

② ②分析——综合方法。分析是从整体到部分（如微分、原

子观点），综合是从部分到整体（如积分，也包括天与地的综合、三条运动定律的建立等）。牛顿在《原理》中说过：“在自然科学里，应该像在数学里一样，在研究困难的事

物时，总是应当先用分析的方法，然后才用综合的方

法……。一般地说，从结果到原因，从特殊原因到普遍原

因，一直论证到最普遍的原因为止，这就是分析的方法；

而综合的方法则假定原因已找到，并且已经把它们定为原理，再用这些原理去解释由它们发生的现象，泳装品牌并证明这些解释的正确性”。

③归纳——演绎方法。上述分析一综合法与归纳一演绎法是相互结合的。牛顿从观察和实验出发。“用归纳法去从中作出普通的结论”，即得到概念和规律，然后用演绎法推演出种种结论，再通过实验加以检验、解释和预测，这些预言的大部分都在后来得到证实。当时牛顿表述的定律他称为公理，即表明由归纳法得出的普遍结论，又可用演绎法去推演出其他结论。

④物理——数学方法。牛顿将物理学范围中的概念和定律都“尽量用数学演出”。爱因斯坦说：“牛顿才第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础，从这个基础出发他用数学的思维，逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合”，“只有微分定律的形式才能完全满足近代物理学家对因果性的要求，微分定律的明晰概念是牛顿最伟大的理智成就之一”。牛顿把他的书称为《自然哲学的数学原理》正好说明这一点。

牛顿在《原理》中提出了力学的三大定律和万有引力定律，把地面上物体的运动和太阳系内的行星的运动统一在相同的物理定律之中，从而完成了人类文明史上第一次自然科学的大综合。它不仅标志了16，17世纪科学革命的顶点，也是人类文明、进步的划时代标志。它不仅总结和发展了牛顿之前物理学的几乎全部

重要成果，而且也是后来所有科学著作和科学方法的楷模。牛顿的科学思想和科学方法对他以后三百年来自然科学的发展产生了极其深远的影响。

牛顿的方法论原理集中表述在《原理》第三篇“哲学中的推理法则”中的四条法则中，此处不再转引。概括起来，可以称之为简单性原理（法则1），因果性原理（法则2），普遍性原理（法则3），否证法原理（法则4，无反例证明者即成立）。有人还主张把牛顿在下一段话的思想称之为结构性原理：“自然哲学的目的在于发现自然界的结构的作用，并且尽可能把它们归结为一些普遍的法规和一般的定律——用观察和实验来建立这些法则，从而导出事物的原因和结果”。

牛顿的科学观是因果决定论的科学观。他认为天体运动的原因就是万有引力，行星运动的规律是由万有引力定律决定的。他根据万有引力定律成功地解释了行星、卫星和彗星的运动，直至最微小的细节，同样也解释了潮汐和地球的进动。在牛顿力学中只要知道质点在初始时刻的位移和速度，根据牛顿定律就可以预言其后时刻的运动情况，这是典型的因果描写。但是，在牛顿以前往往并不用因果论来解释自然现象，而用目的论来解释自然现象，即按照某种目的或结果来解释运动现象，而不是用力的原因作解释。牛顿采用因果性的解释在物理学的发展中是重要的一步。爱因斯坦指出：“在牛顿以前还没有实际的科学成果来支持

那种认为物理因果关系有完整链条的信念。”牛顿建立了物理因果性的完整体系，从而揭示了物理世界的深刻特征。

在决定论科学观的基础上，牛顿确立了他的物理框架，所谓物理框架就是对物理现象解释的一种标准。牛顿框架的核心是力和力所决定的因果性，认为找到了力的规律就是找到了对运动现象的解释。

然而，在牛顿以前并不使用力的框架，而是“和谐性”的框架。在哥白尼—开普勒时期，他们追求的是和谐性，即寻找运动的和谐，认为找到了和谐就找到了解释，这种思想在这一时期发展到了顶峰。哥白尼之所以怀疑托勒密体系，主要是他认为托勒密体系很不和谐，在托勒密体系中行星有时逆行。如果将中心从地球移到太阳，则行星的运动更加和谐。正如哥白尼说的显示了“令人欣赏的对称性”和“清晰的和谐性”。

到了牛顿一代，不再采用和谐性框架，不再认为寻找“和谐”就是寻找对运动现象原因的解释，牛顿认为找到了力才是找到了对运动现象的解释。以后的物理学家主要依据力的框架进行工作。爱因斯坦指出：“直到19世纪末，它一直是理论物理学领域中每个工作者的纲领。”“这个物理学框架在将近二百年中给予科学以稳定性和思想指导。”沿用牛顿的框架发展到顶峰的是麦克斯韦，麦克斯韦坚持牛顿的力的框架，他建立了电磁学的力学模型，企图用以太中的力来解释电磁现象，发展电磁理论，后来，他不再采用力学模型，而是用电磁场的概念来分析问题，这反映出框架