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  • 1 # 我愛印第安

    《自然哲學的數學原理》內容精要:《自然哲學的數學原理》(以下簡稱《原理》)於1687年出版發行,1713年發行第二版,1725年,牛頓去世的前兩年,又修訂發行了第三版。

    牛頓在《原理》的序言中說:“我們的研究不在技術而在科學,不在人手之力而在自然之力”,“我們的研究是自然理論的數學原理”,“於物理學的範圍中儘量以數學推出”,“把自然現象都歸宿到數學定理上去。”可見,牛頓的立意是非常遠大的。他的根本目的就是要用物理學的內容和數學的方法建立起一個新的自然哲學(自然理論)體系,為所有自然現象確立一個新的力學解釋的框架。

    《原理》正文共有三編。正文之前有兩節導論,其篇幅雖僅佔全書的百分之四左右,但其內容卻十分重要。

    導論一為“說明和附說”。在這裡,牛頓先為力學的一些基本概念如質量、動量和力下了定義,對向心力的性質、作用以及量度作了描述。然後,牛頓引入了絕對空間和絕對時間的新概念,建立起他的絕對時空觀。牛頓的時空觀在今天看來有很大的侷限性,但它對牛頓力學的規範作用是必不可少的。

    導論二為“運動之基本定理和定律”。在這裡,牛頓闡述了著名的運動三大定律。第一定律亦即慣性定律:“每個物體若非有外力影響使其改變狀態,則該物體仍保持其原來靜止的或等速直線運動的狀態。”第二定律亦即運動定律:“運動的變化與所施的力成正比,並沿力的作用方向發生。”這兩個定律都是伽利略已經發現或已經接觸到的,牛頓則給以它們更加明確、更加概括的表述形式。第三定律是作用力與反作用力定律,這是牛頓首先明確提出的。有了這三個基本定律,經典力學關於運動的描述就完備化了。三大定律之後,還附有6個推論。有力的合成與分解原理,運動迭加以及相對性原理,還有重要的動量守恆原理等。

    正文第一編的總標題是“論物體之運動”,下分14章。主要是研究在引力作用下物體運動的軌道與力的關係。重點之一是提出了微積分學要點,用以確定無限小量之比。重點之二是用極限方法、且運用無窮小量來解釋了開普勒三定律的真正含義。例如,證明了引力的作用與開普勒面積定律的關係,推匯出引力與距離平方成反比的關係。牛頓在這一編裡,還提出了光學的力學本性,但卻得出了一個錯誤的結論:“光在光密介質中的速度比在光疏介質中的速度大一些。”

    第二編的總標題也是“論物體之運動”,但主要是討論在有阻力介質中物體之運動。共分9章。首先討論的是物體運動時受到與速度或速度平方成正比的阻力的情形,接著討論流體靜力學和動力學的一些定理與推測。最後一章研究了液體中的漩渦運動,指出漩渦運動不可能使行星遵循開普勒三定律,從而否定了笛卡爾對行星運動的以太漩渦假說。

    第三編的標題是“論宇宙系統”,用力學的基本原理、基本定律來解說宇宙間的各種現象。最重要的部分是牛頓準確闡述了萬有引力定律,並且運用這一定律成功地解釋了行星及其衛星的運動、彗星的運動、潮汐現象和地球兩極略扁的橢圓形問題。

    牛頓在第三編裡還鄭重地提出了至今意義仍十分重大的“自然哲學之推理法則”。法則一:“除那些真實而已足夠說明其現象者外,不必去尋求自然界事物的其他原因……因為自然界喜歡簡單化,不愛用多餘的原因誇耀自己。”法則二:“對於自然界中同一類結果,必須儘可能歸之於同一種原因。”法則三:“物體的屬性,凡既不能增強也不能減弱者,又為我們實驗所能及的範圍內的一切物體所具有者,就應視為所有物體的普遍屬性。”法則四:“在實驗哲學中,我們必須把那些從各種現象中運用一般歸納法而匯出的命題看作是完全正確的,或者是非常接近於正確的;雖然可以想像出任何與之相反的假說,但是沒有出現其他現象足以使之更為正確或者出現例外以前,仍然應當給以如此的對待。”

    牛頓的法則一實質上就是簡單性原則;法則二即是統一性原則。對於自然科學研究,簡單性原則是合理又符合科技美學的,它始終是人們對科學理論進行評價的基本標準之一。統一性法則看到了自然界中的相似性與統一性,它有效地鼓舞和幫助人們去探求更多的自然規律。法則三與法則四也從方法論和認識論的角度對科學研究做出了正確的指導。法則三強調經驗與理性相結合;法則四肯定歸納法的科學性又不認為“歸納萬能”,從而避免了懷疑主義的不可知論,也避免了形而上學的機械唯實論。這兩個法則實際上已暗含了相對真理與絕對真理的辯證關係以及真理的檢驗和發展的規律。

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