牛顿做出经典力学体系的过程

  作者:dir

  牛顿在1686年完成的伟大著作《自然哲学的数学原理》标志经典力学体系的建立。它的主要内容,包括万有引力定律,应该是在1680年以后做出的,并不是 通常宣传的在《原理》发表二十年前就做出的。没有理由如此重大的发现二十年都不发表。(这二十年他主要精力是在神学和炼金术。)

  真正原因是在1680年以前,牛顿有诸多错误的认识。(一)在1665-1666年 (所谓他的奇迹年),牛顿认为月亮绕地球转受到退离中心的力“离心力”,是 某种涡旋把月亮固定在其轨道上。他从圆周运动得到了该离心力是与距离平方成反比的。所以即使那时有苹果砸到他头上,他也不可能把地面上重力和那个离心力联到一起。这也就是说那时他不会有万有引力的概念。(这个错误也说明圆周运动和直线运动的分析有质的区别,矢量不是平凡的概念。)(二)在1680年以 前,牛顿认为重力是不随距离而变化的。所以他算出月亮受到的离心力大小是其重力的四千分之一,因为他算月亮受的重力(如果有的话)用了地面的重力加速度。

  罗伯特.胡克在1674年发表《试证地球运动》,定性上正确地理解了行星运 动,文中没有离心力的说法,提出轨道运动是物体在向心力作用下的结果。这里近似万有引力的概念才出现。1679年胡克写信给牛顿,说了自己的思想,并进一步推测引力和距离平方成反比,因为这可以理解开普勒的定理。这之后,牛顿迅速接受了胡克所谈的观念,认识到“万有引力”。

  然后,这方面研究的长期积累包括失败和挫折,使得牛顿的天才大爆发,经 过数年全神贯注的工作,澄清以前的概念思想,用缜密的逻辑,提出三大运动定律、万有引力定律,证明了行星运动的椭圆轨道,等等。

  参考文献:
  理查德.韦斯特福尔,《牛顿传》(1999,中国对外翻译出版公司)

(XYS20160619)

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