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【名家说第18期】牛顿第一大贡献:《自然哲学的数学原理》与万有引力定律

环球物理  · 公众号  · 物理  · 2017-04-28 23:00

正文

大家好,

这里是放眼宇宙世界、纵观物理发展、

科技人文共赏,环球物理

【名家说】!

前面我们已经跟大家一起分享了

上一节我们已经分享了牛顿的生平与主要工作,

今天我们将继续跟大家分享——牛顿贡献一:

力学原理与万有引力定律的发现





首先我们来详细介绍牛顿的动力学原理。

图1-4邮票是为了纪念《原理》出版300周年而发行的, 《原理》总结了动力学原理并宣布了万有引力定律,人们评价它是历史上最伟大的科学著作,正是这本著作奠定了牛顿的英名。 但这套邮票并不限于 《原理》的内容,也介绍了牛顿在光学上的巨大成就。第一枚邮票上是苹果和《原理》书 名。第二枚票上是天体沿椭圆轨道运行。第三枚票巧妙地用一个盛水的烧瓶表现了光的折 射、色散等现象和牛顿的另一专著《光学》的封面。第四枚票上的文字是世界体系,这也是 《原理》第三篇的标题。

关于牛顿和万有引力定律的邮票有不少 ,图1-5格林纳达2000,千年纪邮票,邮票上画了好几个苹果,图表示地球对月亮的引力如何成为月球绕地球运动的向心力,上面的小字是“1666年牛顿表述了万有引力定律”。图1-5(贝宁1977),这张邮票试图表示把苹果拉下来的力与使月亮绕地球转的力是一回事。图1-6邮票上有万有引力的平方反比公式 万有引力的平方反比关系是从大量科学观测事实总结出来的,特别是从开普勒的行星运动三定律。 关于平方反比的万有引力定律与行星运行轨道的关系,事实上包括两个问题: 一个是正问题,使行星沿椭圆轨道运动的力必定指向太阳,并和它们到太阳的距离平方成反比。按照牛顿自己的说法,他早在1666年就已从开普勒定律推出来了,但是他没有公 开发表,后来别人(如胡克)也得出了这一看法。这个问题的逆问题,即在平方反比的有心 引力作用下行星沿什么轨道运动,则要难得多。(正问题只是一个求微商的问题,逆问题 则要对运动方程求积分。)



1684年的一天,胡克、天文学家哈雷和著名建筑师雷恩在一起讨论这个问题,胡克声称他已解决了这个问题,但却给不出数学证明。 雷恩因此决定悬赏征解。哈雷是牛顿的好朋友,他专程到剑桥请教牛顿。牛顿肯定回答轨道是椭(一般情况下为圆锥曲线),他几年前就已算过。 但一时找不到原来的手稿,牛顿答应重新写出来。三个月后,牛顿写出了论文《论公转运动》,就行星的椭圆轨道运动和平方反比力的关系作了严格的数学证明。哈雷对此文极为赞赏,并怂恿牛顿写一本专著。 《自然哲学的数学原理》一书,由哈雷亲自编辑并承担出版费用,于1687年出版 。《原理》总结了动力学原理并宣布了万有引力定律,证明天上和地上的物体服从同样的运动规律,建立了经典物理学的体系。 人们评价它是历史上最伟大的科学著作,正是这本著作奠定了牛顿的英名。


除了英国外,别的国家也发行邮票纪念《原理》出版300周年,如上面的摩纳哥,还有苏联如图1-7, 苏联邮票附票上的文字是对《原理》的评价:“牛顿的创造 活动的顶峰《自然哲学的数学原理》首次缔造了天上和地上的统一的力学体系,它是经典物理学的基础。” 这两枚邮票上的牛顿肖像是牛顿的标准像,是1689年牛顿当选下院议员后 由当时著名的画家内勒( Godfrey Kneller )画的。牛顿时年 46 岁,正处于心智的巅峰时期, 并且开始得到世界性声誉。他一头浓密的银发披在肩上,目光犀利,瘦削的下巴显得刚 毅。之所以选用这张画是因为画像日期离《原理》出版日期最近(只隔两年),能最好地 表现《原理》出版时牛顿的形象。


今天就先跟大家分享到这里,明天我们继续为大家分享——牛顿贡献二:《自然哲学的数学原理》



《方寸格致》的介绍:

方寸,可跨越时空,可俯仰宇宙。

格致,需潜心治学,需蓦然顿悟。

然而,迥异的名词,却在这本《方寸格致》(原名《邮票上的物理学史》)中完美契合。

本书作者 秦克诚先生 自幼开始集邮,入读北京大学后,他将这一业余兴趣与专业志趣结合起来。经历新中国的建立,经历十年浩劫,也曾飘洋过海去斯坦福大学进修,去德国访问,无论何时何地,他始终坚持这一兴趣,集邮迄今已逾甲子轮回,占据了他年岁的近九成。



秦克诚先生崇尚古希腊璀璨的文明,更崇尚亚里士多德响彻云霄的“吾尤爱真理”的宣言;他热爱文艺复兴的波澜壮阔,不忘达芬奇神来之笔下的黄金分割;他赞美被苹果引发灵感的牛顿,也赞美牛顿同时代的群星荟萃;他向爱因斯坦的幽默与豁达致敬,尤其是72岁生日留影时伸出的舌头……这些都记录在一格一格的方寸之上,格物的态度、致知的精神,在方寸间追溯了古往今 ,跨越了须弥芥子。

本书是秦先生毕生的蒐求,是艺术对科学的回响,也是赠予世界的礼物。

他的书曾经获得这样的评价:

诺贝尔奖得主杨振宁教授2006年7月5日主持吴大猷奖颁奖典礼时的讲话——

作者用深入浅出的文笔,把邮票上的物理事件、重要发现、主要人物和事件发生的经过,写成这本图文并茂的书,很有意思,这种科普书会影响很多人。

清华大学 陈难先院士——







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