牛顿--科学家评价

牛顿的“科学”与“人生”

姓名：学号：学院：

电话：日期：

摘要：谈到物理学的发展史，却不谈及牛顿，那么物理学的故事就是不完整的，牛顿的科学研究在他所处的时代，始终处于科学的前沿。牛顿在在光学、力学、运动定律、数学领域等方面有着突出的贡献，此外牛顿还发展出了理论及实验的科学。本文探讨了牛顿在不同的人生阶段的生活、科学思想与科学发现，牛顿的方法是归纳和演绎的综合，而理论的真理性并不由逻辑，而最终由经验终判定。众所周知，牛顿身上最大的争议来自他对炼金术和神学长久的痴迷，本文立足于牛顿所处的时代背景，辩证的探讨了牛顿的神秘主义思想对他的科学思想的意义；并探讨了牛顿的思想和科学发现对他所在的时代的科学研究与思想进步的意义。

关键词：牛顿、学术传统、光学理论、运动理论、炼金术、科学美、

引言

Nature and nature's laws lay hid in night；

God said "Let Newton be" and all was light。

自然与自然的法则在黑夜隐藏，上帝说，让牛顿出世！世界一片光。

——摘自牛顿的“墓志铭”

牛顿在十七世纪度过了他人生的大半时光，当时，世界还停留在炼金术的时代，许多让我们赖以度日的小东西还没有出现：没有卫生纸，没有牙膏，也没有电视电话。但那已是个书籍和报纸的时代，是书信和日记（17世纪的博客）的时代。伴随着牛顿的手稿和信件的断续公开，关于牛顿的研究以及关于牛顿的争议，颇有柳暗花明又一村之势……

在阅读文献和书籍时，我曾试图把牛顿的感性和理性，或者说把牛顿的科学和炼金术分开评说，但我发现，牛顿的生活以及牛顿的思想是一种“混浊一体”的包含了很多矛盾的状态，比如我们难以理解牛顿的科学以及对炼金术的狂热的追逐……但是牛顿当年孜孜不倦于书房、图书馆和他的炼金术炉火旁时，他并没有把自己限制在我们所定义的“科学”，他面对的是整个自然，自然作为一个整体，永不停息的运动着，而理性则深藏其间。

一、牛顿所继承的学术基础

在人类认识自然的历史上，17世纪是一个英雄的时代。从1492年哥伦布首航美洲起一个多世纪，新的发现和新的事物、新的想法和新的理论层出不穷，冲击着人们的大脑。如何把纷繁的现象，错综杂陈的事物归纳梳理，如何建立理性的知识体系能以囊括各种现象，这在17世纪初就困惑着学者。培根、伽利略和笛卡尔从不同的方面回答了这一挑战。1650年代末当牛顿面对这个世界的时候，他正站在这些巨人的肩上。他们为牛顿日后的发展提供了素材，指明了方向。

二、牛顿的科学观点与理论发现

1665年夏，英格兰发生瘟疫，剑桥大学因此暂停了学校的日常活动，牛顿于是回到了阔别四年的家乡伍尔索普……在四年紧张的学校生活和冥思苦想之后，轻松的乡间气氛必然有助于牛顿的创造力，在此期间牛顿的研究范畴几乎覆盖了17世纪科学所有的主要方面，也包括了他以后近三十年中发表的大部分成果，而且所有这些又都是在几乎与外界，尤其是学术界完全隔绝的情形下做出的，确乎是个“神奇年代”。而“神奇年代”之后的十几年，事实上是一个消化、充实和发展的重要时期，但这一时期的工作无论在研究主题上还是方法上都迥然不同于“神奇年代”：驰骋的想象和天才的猜测逐步转变为严谨的实验和推理。首先是数学和光学，然后是炼金术和物质理论，最后是力和作用，牛顿想要知道的，是整个自然的作用，这种研究既然步步深入……

牛顿的科学研究在他所处的时代，始终处于科学的前沿。牛顿在在光学、力学、万有引力等方面有着突出的贡献；同样地，在数学领域，他编写了《自然哲学的数学原理》（牛莱微分公式应该就是记忆最深刻的知识点，对于学过高等数学的人）……此外牛顿还发展出了理论及实验的科学。

1、关于光学的理论

提起牛顿，人们无不钦佩他所建立的经典力学的完美，而说到他的《光学》著作则不那么热情了。其原因就在于对牛顿光学思想及其影响的认识上有失偏颇。要了解和正确评价牛顿的光学成就，最好的办法是看他的著作怎么说，结合他所处的那个时代，考察牛顿的光学思想发生和发展的整个历程，牛顿《光学》著作于1704年问世。牛顿利用三棱镜分解日光得到了连续光谱，用三棱镜的分光原理证明了白光是复合光。其中第一编描述了关于颜色起源的实验和讨论；第二编阐述了光的干涉现象，关于薄膜的颜色，创造了突发理论；第三编叙述了对衍射现象的11个观察实验。随后多次再版中又陆续补充了31个富有启发性的疑问，对光学的一系列基本问题，诸如物体内部光的吸收、物与光间的相互转变、光的周期性、光的偏振、以太模型等作了广泛的讨论。牛顿的思想发表后在当时的学术界引起了很大的争论，在以后的很长的一段时间里“以太”的观点也引发了持久的争议并被证明是错误的……但是，特别值得注意的是，这一工作在1669-1671年的发展中，牛顿系统地综合了实验和推理方法。因为牛顿工作的本身就是一个世纪的实验和计算的精华，更重要的是它显示了理论与实验的奇妙结合，是科学创作方法论的典范。

2、牛顿的运动定律

在1665-1666年间，牛顿还考察了的物体的运动，日后让牛顿永垂不朽的运动定律和用以解释行星运动的万有引力定律都在这一时期形成雏形。牛顿的经典力学体系构成了17世界物理学大厦的根基，然而，和以往的自然哲学家不同，他的工作不是猜想，而是建立在数学分析之上的；和以往的天文学家也不同，他的工作不是一种力图描绘现象的数学模型，而是建立在物理原理之上的数学解释，这一解释可以用天文观测来验证。牛顿的这一工作，为以后三个世纪的力学和天文学的发展规定了方向。

在牛顿的很多研究成果之中，最著名的算是利用引力的概念来说明天体的运动。当彗星按照人的理性所理解的那样在预期的时刻出现在预期的天区时，它所造成的震动不是我们这些生活在三百年以后的人所能想象的。人的理性之不可动摇的至上地位从此确立，并成为以后文化

发展之不可须臾或缺的一环。

3、牛顿的数学原理

我们现在能看见关于数学的手稿大约写于1666年10月，在手稿里牛顿考察了点以不同的速度沿曲线运动的情形，这儿的“速度”很接近微商的概念，并考察了相当于我们今天所说的积分的概念。这些概念经过半个多世纪的时间，最终变成了数学分析理论。当时处理变化的量和极限情形的数学工具还不完备，而牛顿的光荣在于他利用数学工具给出了严谨的推导，这对当时已有的数学理论所作的重大的发展和创造。

《自然哲学的数学原理》（以下简称《原理》）是牛顿为人类理解自然的做出的又一伟大贡献，在这本厚达511页，牛顿系统地处理了当时学界所关心的天体运动的问题：通过引进关于时间、空间和运动的定义和公理，并利用他所发明的数学方法，建立了完整的力学体系，这一体系最终给出了天体运动的图景，这一图景可以由天文观测验证。

《原理》几乎无懈可击的完美解决了当时知识界所关心的天体运行问题，同时也建立起了经典力学的大厦。对于它以前一个半世纪的物理学，《原理》是一次综合，一个总结；对于它以后三个世纪的物理学，《原理》则提供了一个不可或缺的基础，一种解决问题的范式。我们这些在三个世纪以后受教育的人，现在仍然很难想象，建立一种运动规律，统帅大到星系小到尘埃，质量跨越五十个数量级的世界，需要的是一种怎样的综合！

就科学本身来说，这是物理学和数学的综合。这一做法起于伽利略，至于牛顿而臻完善。对于天地万物的讨论，现在得以用数学的语言准确地进行，而数学所具有的独特的推理能力又帮助人在时间和空间上突破了感官的限制，现在，人是真正地面对上下四方往古来今的宇宙了。

从亚里士多德时代起，天和地就是两回事。第谷发现的新星和善星打破了这一界限，而牛顿则更以一种严整的理论完成了这一统一。“天”的庄严观念随之被破坏殆尽，宇宙原来不像中世纪哲学教导的那样狭小，尘世较之天国也并非那么黯淡。牛顿把关于天的学问和关于也的学问会聚在一起的时候，展示了上帝和自然会聚在一起形成的权威。于是有一群人想去试图揭示上帝的智慧，而他们所显示的却是人的智慧。

在学术思想上，则是隐秘幻术所代表的神秘主义和诉诸理性的机械论的对抗。从某种意义上说，牛顿的工作就是在机械论构造的世界图景里引进了力的概念，而这个概念本身在本质上与上述图景并不相容。当牛顿把这两种相互排斥的东西揉合在一起时，他时时遭遇困难并为此苦恼很多年，直至他生命最后的年代。

在《原理》这部书里，牛顿给出了科学理论结构的模式：从归纳现象出发，通过严格的演绎推理，建立逻辑上自洽的理论体系；作为这一体系的推理结果，理论必须给出可供经验验证的预期。牛顿所展示的归纳和演绎相结合、数学推理和物理图景相结合的研究方式，连同理论本身一起，构成了所谓科学思维的规范。这一规范不仅为牛顿以后所有关于自然的研究所尊崇，而且深人到人类文化的各个方面，从此以后，准确的观测、严密的推理、精密的验证作为一种全新的思维模式，进入了人类的理性生活。

4、炼金术or寻找哲人泵