⑴ 牛顿在物理方面的成就有哪些
力学和引力
牛顿自己的《原理》副本,并带有为第二版所作的修正。1679年,牛顿重新回到力学的研究中:引力及其对行星轨道的作用、开普勒的行星运动定律、与胡克和弗拉姆斯蒂德在力学上的讨论。他将自己的成果归结在《物体在轨道中之运动》(1684)一书中,该书中包含有初步的、后来在《原理》中形成的运动定律。
《自然哲学的数学原理》(现常简称作《原理》)在埃德蒙·哈雷的鼓励和支持下出版于1687年7月5日。该书中牛顿阐述了其后两百年间都被视作真理的三大运动定律。牛顿使用拉丁单词“gravitas”(沉重)来为现今的引力(gravity)命名,并定义了万有引力定律。在这本书中,他还基于波义耳定律提出了首个分析测定空气中音速的方法。
由于《原理》的成就,牛顿得到了国际性的认可,并为他赢得了一大群支持者:牛顿与其中的瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒建立了非常亲密的关系,直到1693年他们的友谊破裂。这场友谊的结束让牛顿患上了神经衰弱。
光学
牛顿1672年使用的6英寸反射式望远镜复制品,为皇家学会所拥有。从1670年到1672年,牛顿负责讲授光学。在此期间,他研究了光的折射,表明棱镜可以将白光发散为彩色光谱,而透镜和第二个棱镜可以将彩色光谱重组为白光。
他还通过分离出单色的光束,并将其照射到不同的物体上的实验,发现了色光不会改变自身的性质。牛顿还注意到,无论是反射、散射或发射,色光都会保持同样的颜色。因此,我们观察到的颜色是物体与特定有色光相合的结果,不是物体产生颜色的结果。(更多的细节,参看牛顿的色彩理论。)
从这项工作中,他得出了如下结论:任何折射式望远镜都会受到光散射成不同颜色的影响,并因此发明了反射式望远镜(现称作牛顿式反射望远镜)来回避这个问题。他自己打磨镜片,使用牛顿环来检验镜片的光学品质,制造出了优于折射式望远镜的仪器,而这都主要归功于其大直径的镜片。1671年,他在皇家学会上展示了自己的反射式望远镜。皇家学会的兴趣鼓励了牛顿发表他关于色彩的笔记,这在后来扩大为《光学》(Opticks)一书。但当罗伯特·胡克批评了牛顿的某些观点后,牛顿对其很不满并退出了辩论会。两人自此以后成为了敌人,这一直持续到胡克去世。
牛顿认为光是由粒子或微粒组成的,并会因加速通过光密介质而折射,但他也不得不将它们与波联系起来,以解释光的衍射现象。[8]而其后世的物理学家们则更加偏爱以纯粹的光波来解释衍射现象。现代的量子力学、光子以及波粒二象性的思想与牛顿对光的理解只有很小的相同点。
在1675年的着作《解释光属性的解说》(Hypothesis Explaining the Properties of Light)中,牛顿假定了以太的存在,认为粒子间力的传递是透过以太进行的。不过牛顿在与神智学家亨利·莫尔(Henry More)接触后重新燃起了对炼金术的兴趣,并改用源于赫密斯神智学(Hermeticism)中粒子相吸互斥思想的神秘力量来解释,替换了先前假设以太存在的看法。拥有许多牛顿炼金术着作的经济学大师约翰·梅纳德·凯恩斯曾说:“牛顿不是理性时代的第一人,他是最后的一位炼金术士。”[9]但牛顿对炼金术的兴趣却与他对科学的贡献息息相关[10],而且在那个时代炼金术与科学也还没有明确的区别。如果他没有依靠神秘学思想来解释穿过真空的超距作用,他可能也不会发展出他的重力理论。(参见艾萨克·牛顿的神秘学研究)
1704年,牛顿着成《光学》,其中他详述了光的粒子理论。他认为光是由非常微小的微粒组成的,而普通物质是由较粗微粒组成,并推测如果通过某种炼金术的转化“难道物质和光不能互相转变吗?物质不可能由进入其结构中的光粒子得到主要的动力(Activity)吗?[11]牛顿还使用玻璃球制造了原始形式的摩擦静电发电机[12]。
⑵ 物理牛顿在物理学方面取得过哪些贡献
牛顿,英国着名的物理学家、数学家,网络全书式的“全才”。着有《自然哲学的数学原理》、《光学》等。
牛顿在1687年发表的论文《自然定律》里,对万有引力和三大运动定律进行了系统性描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。
在力学上,牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理,提出牛顿运动三大定律、万有引力定律。
在光学上,他发明了反射望远镜,并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察,发展出了颜色理论。
在数学上,牛顿与莱布尼茨分享了创立微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理,提出了“牛顿法”以趋近函数的零点,并为幂级数的研究做出了贡献。
牛顿是迄今为止世界上最伟大的物理学家(没有之一)。
⑶ 牛顿发现了什么定律
牛顿运动定律。
牛顿运动定律是牛顿总结于上世纪并发表于《自然哲学的数学原理》上的牛顿第一运动定律(即惯性定律)、牛顿第二运动定律和牛顿第三运动定律三大经典力学基本定律的总称。
牛顿运动定律创作过程:
1665年伦敦瘟疫爆发,剑桥大学被迫关闭,牛顿回到妹妹在乡下的庄园。庄园很闭塞,同时又缺少必要的数学工具描述不断变化的力量和运动——而这些又是他感兴趣的,因此他觉得十分沮丧。他决心弄清楚使物体运动(或静止)的力量。
牛顿运动定律除了阅读当时比较新的开普勒和哈雷的专着之外,牛顿还研读了伽利略和亚里士多德的着作。他搜集了早期希腊学者以来的研究结果和理论,这些理论都很零散,而且经常相互矛盾。他仔细筛选这些材料并把它们重新提炼,找出其中的普遍真理和谬误。牛顿非常善于从大量观点中筛选出包含真理的少数,他的这一才能让人称奇。
牛顿算不上是实验者,他喜欢思考问题,像爱因斯坦那样在脑海里做实验。他会长时间专注地想事情,直到得出他需要的答案。用他自己的话说,他会“把问题摆在面前,然后开始等待,一直等到出现第一缕曙光,接着渐渐变得清晰,最后豁然开朗”。不久,一个问题开始困扰着牛顿:是什么力量导致了运动呢?他集中精力研究伽利略的自由落体定律和开普勒的行星运动规律。
他痴迷到了废寝忘食的地步,身体几乎处于崩溃的边缘。1666年初,牛顿创立了三大运动定律,这些定律为他发明微积分和发现地球引力创造了必不可少的条件。但直到20年后哈雷鼓励牛顿写《自然哲学的数学原理》时,牛顿才公布了他创立的三大定律。