【精品版】——論牛頓力學(xué)體系及其科學(xué)方法對近代科學(xué)的影響

1、論牛頓力學(xué)體系及其科學(xué)方法對近代科學(xué)的影響牛頓(Isaac Newton .1643. 1. 4 1727. 3. 20)，英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家，經(jīng)典物理學(xué)理論體系的建立者 錢臨照“牛頓”中國大百科全書 (物理學(xué)I) ,1987 馬克思恩格斯全集北京：人民出版社，1965。牛頓的一生是傳奇而偉大的，他建立起來的牛頓力學(xué)體系 完成了人類文明史上第一次自然科學(xué)的大綜合。牛頓力學(xué)體系的建立不僅達到了十六、十七對近代科學(xué)乃至整個人類文明進程,世紀科學(xué)革命的頂點，也是人類社會劃時代進步的標志, 都有著深遠影響和不可估量的的歷史意義。一.牛頓力學(xué)體系對近代科學(xué)發(fā)展的影響牛頓所處的時代，是一個科學(xué)

2、思想大爆炸的時代。哥白尼提出了日心說， 開普勒從第谷的觀測資料中總結(jié)了經(jīng)驗的行星運動三定律，伽利略又描繪出了力、 加速度等概念并發(fā)現(xiàn)了慣性定律和自由落體定律。但是，直到牛頓之前，這些物理概念和物理規(guī)律還是孤立的、沒有體現(xiàn)本質(zhì)聯(lián)系的、 邏輯上各自獨立的東西。 也正是在這個時候， 牛頓對行星及地面上的物 體運動作了整體的考察，他把歸納演繹、分析綜合等數(shù)學(xué)方法與物理學(xué)發(fā)現(xiàn)完美的結(jié)合在了一起，使物理學(xué)成為能夠表述因果性的一個完整體系。這就是我們今天所說的經(jīng)典力學(xué)體系。按照牛頓力學(xué)體系的原理，人們利用描寫物體運動的坐標及速度的初始值和受力情況，就可以確定地知道該物體運動的過去與將來。牛頓建立的經(jīng)典物理學(xué)

3、具有因果關(guān)系的完整體系一經(jīng)發(fā)表便在近代科學(xué)的海洋里引起了渲染大波并得到了廣泛的實際應(yīng)用。他所建立的力學(xué)體系不僅能說明已有的理論已經(jīng)說明的現(xiàn)象，如充分地解釋伽利略發(fā)現(xiàn)的慣性定律和自由落體定律而且能說明并解釋已有的理論不能說明的現(xiàn)象，如完滿地解釋了開普勒的行星運動三定律。更重要的是，牛頓的力學(xué)理論能預(yù)見到新的物理現(xiàn)象和物理事實，并能以天文觀測或?qū)嶒炞C實它們的正確性。在萬有引力理論的基礎(chǔ)上，人們后來發(fā)現(xiàn)并證實海王星和冥王星的存 在，這是牛頓力學(xué)理論的有力佐證。牛頓力學(xué)既可以用予說明地面上的物質(zhì)運動，又可以用予解釋太陽系中的行星運動，充分證明了該理論具有的自然規(guī)律的普遍性法則。也正是由于牛頓力學(xué)原來廣

4、泛的適應(yīng)性，使其在之后數(shù)百年間成為引導(dǎo)科學(xué)發(fā)展的綱領(lǐng)。同時，值得一提的是，牛頓的力學(xué)為十八世紀的工業(yè)革命及其之后的機器化大生產(chǎn)準備 了科學(xué)理論。馬克思曾經(jīng)認為，在十八世紀臻于完善的力學(xué)是“大工業(yè)的真正科學(xué)的基礎(chǔ)。 2毫無疑問， 當時這個“科學(xué)的基礎(chǔ)”的最主要而且也是最重要的部分是牛頓的力學(xué)。牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系和他的方法論使物理學(xué)在十八、十九世紀期間得以迅速發(fā)展，并成為那時理論物理學(xué)的規(guī)范。所有物質(zhì)運動都要追溯或探究其是否符合牛頓的運動定律，從而把牛頓的質(zhì)點運動定律推廣到剛體及連續(xù)體的物質(zhì)運動上。直到十九世紀下半葉，電磁場概念的產(chǎn)生也可以看作是牛頓引力場理論的一次重大飛躍。迄至今日，人們關(guān)于宏觀

5、自然過程的宏觀低速狀態(tài)下的物理認識都可以看作是牛頓力學(xué)思想的一種系統(tǒng)的發(fā)展。二.牛頓力學(xué)體系的科學(xué)方法對近代科學(xué)的影響牛頓由于“發(fā)明了萬有引力定律而創(chuàng)立了科學(xué)的天文學(xué)，由于進行了光的分解而創(chuàng)立了科學(xué)的光學(xué).由于創(chuàng)立了二項式定律和無限理論而創(chuàng)立了科學(xué)的數(shù)學(xué)。由于認識了力的性而創(chuàng)立了科學(xué)的力學(xué)” 牛頓自然哲學(xué)著作選北京：商務(wù)印書館，1962。更重要的是，牛頓在科學(xué)方法論上的貢獻也是十分杰出的。著名科 學(xué)家愛因斯坦在評價牛頓對世人的影響時特別指出了他在研究方法上的創(chuàng)造，“在他以前和以后，都還沒有人能像他那樣決定著西方的思想、研究和實踐的方向。 他不僅作為某些關(guān)鍵性方法的發(fā)明者來說是杰出的，而且他在善

6、于運用他那時的經(jīng)驗材料上也是獨特的，同時他還對于教學(xué)和物理學(xué)的詳細證明方法有驚人的創(chuàng)造才能?！敝茖W(xué)家拉普拉斯在談到牛頓的貢獻時，也曾著重強調(diào)過認識這位天才的研究方法對于科學(xué)進步的重要性?？梢?，牛頓力學(xué)體系對近代科學(xué)的影響不僅僅局限于其先進的理論帶給了人們認識世界的全新高度，牛頓力學(xué)的科學(xué)方法作為一代科學(xué)巨人留給我們的寶貴財富，對后世數(shù)百年的科學(xué)研究都有著無可比擬的重要意義。概括的說，牛頓的方法論可總結(jié)如下：1分析一綜合法。從整體到部分的方法是分析法，從部分到整體的方法是綜合法。整體 與部分不可分割，分析與綜合也同樣不能割裂。 在伽利略那里，科學(xué)的研究方法是以實驗數(shù) 學(xué)方法為標志的各種方法的

7、“復(fù)合體”，而牛頓則使這“復(fù)合體”瓦解，重新構(gòu)成一個科學(xué)方法的和諧體系。2 歸納一演繹法。從個別到一般的方法是歸納法，從一般到個別的方法是演繹法。牛頓在自然科學(xué)研究中確立了歸納法在邏輯學(xué)方法中從未有過的特殊地位。同時，他針對歸納法的局限性，極力排斥，取締同事實、經(jīng)驗無關(guān)的臆測“假說”，因而通過實驗檢驗去消除歸納結(jié)論及其演繹結(jié)果的或然性，他強調(diào)實驗是“自然哲學(xué)”發(fā)展的動力因素之一，也是檢驗“普通結(jié)論”是否正確的至高無上的裁判4。3 實驗的方法。實驗的方法是科學(xué)研究的基本方法。任何實驗總是在一定科學(xué)理論指導(dǎo)下的實驗，而大量的實驗總可以經(jīng)過科學(xué)的抽象、科學(xué)的假設(shè)上升為科學(xué)理論。牛頓正是在大量的實驗證明的基礎(chǔ)下，得出了普適性的結(jié)論。牛頓力學(xué)體系所體現(xiàn)的科學(xué)方法，是人類自然科學(xué)的第一次空前變革。以他的科學(xué)名著自然哲學(xué)之數(shù)學(xué)原理 為標志的偉大成就， 影響著他所在時代的哲學(xué)形態(tài)，而且更為