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  • 1 # 中略文教玉裁集

    艾薩克·牛頓(1643年1月4日—1727年3月31日)爵士,英國皇家學會會長,英國著名的物理學家,百科全書式的“全才”,著有《自然哲學的數學原理》、《光學》。

    他在1687年發表的論文《自然定律》裡,對萬有引力和三大運動定律進行了描述。這些描述奠定了此後三個世紀裡物理世界的科學觀點,併成為了現代工程學的基礎。他透過論證開普勒行星運動定律與他的引力理論間的一致性,展示了地面物體與天體的運動都遵循著相同的自然定律;為太陽中心說提供了強有力的理論支援,並推動了科學革命。

    在力學上,牛頓闡明瞭動量和角動量守恆的原理,提出牛頓運動定律 。在光學上,他發明了反射望遠鏡,並基於對三稜鏡將白光發散成可見光譜的觀察,發展出了顏色理論。他還系統地表述了冷卻定律,並研究了音速。

    在數學上,牛頓與戈特弗裡德·威廉·萊布尼茨分享了發展出微積分學的榮譽。他也證明了廣義二項式定理,提出了“牛頓法”以趨近函式的零點,併為冪級數的研究做出了貢獻。

    在經濟學上,牛頓提出金本位制度。

    哲學上,牛頓的哲學思想基本屬於自發的唯物主義,他承認時間、空間的客觀存在。如同歷史上一切偉大人物一樣,牛頓雖然對人類作出了巨大的貢獻,但他也不能不受時代的限制。例如,他把時間、空間看作是同運動著的物質相脫離的東西,提出了所謂絕對時間和絕對空間的概念;他對那些暫時無法解釋的自然現象歸結為上帝的安排,提出一切行星都是在某種外來的“第一推動力”作用下才開始運動的說法。

    牛頓在科學方法論上的貢獻正如他在物理學特別是力學中的貢獻一樣,不只是創立了某一種或兩種新方法,而是形成了一套研究事物的方法論體系,提出了幾條方法論原理。在牛頓《原理》一書中集中體現了以下幾種科學方法:

    ①實驗——理論——應用的方法。牛頓在《原理》序言中說:“哲學的全部任務看來就在於從各種運動現象來研究各種自然之力,而後用這些方法論證其他的現象。”科學史家 I.B.Cohen正確地指出,牛頓“主要是將實際世界與其簡化數學表示反覆加以比較”。牛頓是從事實驗和歸納實際材料的巨匠,也是將其理論應用於天體、流體、引力等實際問題的能手。

    ②分析——綜合方法。分析是從整體到部分(如微分、原子觀點),綜合是從部分到整體(如積分,也包括天與地的綜合、三條運動定律的建立等)。牛頓在《原理》中說過:“在自然科學裡,應該像在數學裡一樣,在研究困難的事物時,總是應當先用分析的方法,然後才用綜合的方法……。一般地說,從結果到原因,從特殊原因到普遍原因,一直論證到最普遍的原因為止,這就是分析的方法;而綜合的方法則假定原因已找到,並且已經把它們定為原理,再用這些原理去解釋由它們發生的現象,並證明這些解釋的正確性”。

    ③歸納——演繹方法。上述分析一綜合法與歸納一演繹法是相互結合的。牛頓從觀察和實驗出發。“用歸納法去從中作出普通的結論”,即得到概念和規律,然後用演繹法推演出種種結論,再透過實驗加以檢驗、解釋和預測,這些預言的大部分都在後來得到證實。當時牛頓表述的定律他稱為公理,即表明由歸納法得出的普遍結論,又可用演繹法去推演出其他結論。

    ④物理——數學方法。牛頓將物理學範圍中的概念和定律都“儘量用數學演出”。愛因斯坦說:“牛頓才第一個成功地找到了一個用公式清楚表述的基礎,從這個基礎出發他用數學的思維,邏輯地、定量地演繹出範圍很廣的現象並且同經驗相符合”,“只有微分定律的形式才能完全滿足近代物理學家對因果性的要求,微分定律的明晰概念是牛頓最偉大的理智成就之一”。牛頓把他的書稱為《自然哲學的數學原理》正好說明這一點。

    牛頓的哲學思想和方法論體系被愛因斯坦贊為“理論物理學領域中每一工作者的綱領”。這是一個指引著一代一代科學工作者前進的開放的綱領。但牛頓的哲學思想和方法論不可避免地有著明顯的時代侷限性和不徹底性,這是科學處於幼年時代的最高成就。牛頓當時只對物質最簡單的機械運動作了初步系統研究,並且把時空、物質絕對化,企圖把粒子說外推到一切領域(如連他自己也不能解釋他所發現的“牛頓環”),這些都是他的致命傷。牛頓在看到事物的“第一原因”“不一定是機械的”時,提出了“這些事情都是這樣地井井有條……是否好像有一位……無所不在的上帝”的問題,(《光學》),並長期轉到神學的“科學”研究中,費了大量精力。但是,牛頓的歷史侷限性和他的歷史成就一樣,都是啟迪後人不斷前進的教材。

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