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牛頓 Newton,Sir Issac (1642.12.25~1727.3.20)
發佈者:系統管理員 (2012-05-14 18:10:47)
最後修改者:系統管理員 (2012-05-14 23:31:45)
頓(Isaac Newton,1643~1727),英國物理學家、數學家、天文學家。1687年牛頓公開發表了萬有引力定律:自然界中任何兩個質點都以一定的力互相吸引著,這個力同兩個質點的質量乘積成正比,同它們之間的距離的二次方成反比。如果用m1和m2表示這兩個質點的質量,r表示它們之間的距離,則它們之間的吸引力
1. M1 / m2
2. F = G 
式中G是比例係數,稱為引力常數。
生平簡述
  1643年1月4日(儒略利1642年12月25日),牛頓誕生在英格蘭林肯郡的小鎮烏爾斯索普的一個普通農家。牛頓出生前三個月父親已病逝。牛頓是個不足月的產兒,體重只有1362克,以致家人們都擔心他是否能活下來。但是,這個弱小的生命竟然出人意料地活下來了。他兩歲時,因母親改嫁給鄰村的一位牧師,由外祖母來撫養他。上小學時,他體弱、靦腆,學習成績在班上也是較差的,他還經常受到頑皮學生的欺侮。但是,牛頓的意志很堅強,他要在學習上取勝,開始刻苦用功,果然一躍而為全班的第一名。牛頓自幼沉默寡言,受思考,性格孤僻、倔強,不願與其他孩子一起玩耍,這可能與他的身體狀況和家庭的處境有關。牛頓從少年時代起就對製造和各種器物有強烈的興趣,據說他做過一架磨坊模型,它能動作,動力是隻小老鼠,叫做"老鼠開磨坊",連大人見了都讚不絕口。他製作的風箏比從商店買的還要飛得高。有一次,他在風箏下面掛了個小燈,入夜,放飛後,燈光隨風箏搖曳,遠遠看去儼然彗星出現一般。12歲時,牛頓進入離家不遠的格蘭瑟姆文科中學讀書,寄住在當地的一個藥劑師家裡,使他受到了化學實驗的薰陶。他母親在第二個丈夫病逝後,1658年帶著與第二個丈夫所生的一子二女回到烏爾斯索普,並把牛頓也召回家來。母親原希望他成為一個農民,幫助自己管理家庭農場,所以時常叫他幹些農活。可是牛頓對學習著了迷,放羊時,他只顧在一旁看書,結果羊吃了鄰居的莊稼;派他去買東西,他看起書來就什麼都忘了,結果是空手而回;1658年9月的一天,狂風大作,人們都躲在家裡,唯獨牛頓在大路上著了魔似地一會兒順風跑,一會兒又逆風跑,原來他是在測試順風和逆風的速度差,以便計算風力的大小。
  隨著年齡的增長,牛頓對讀書、思考和實驗的熱情與日俱增。他喜歡繪畫、雕刻、製作水鐘,尤其是喜歡刻日晷,並用以根據日影的行動來測定時間。他還給同父異父的妹妹製作玩具。他所製作的水鐘和日晷至今仍保留在烏爾斯索普故居裡的牆角處和窗台上。在這段時間裡,他的學習成績雖不很突出,但對自然現象卻產生了強烈的好奇心,如顏色、四季裡日影的移動等。他特別喜愛幾何學和哥白尼學說的書籍,並分門別類地記下了讀書筆記和心得。他還喜歡別出心裁地做些小工具,鑽研小技巧、小發明。格蘭瑟姆中學的校長斯托克和牛頓的一位當神父的舅舅艾斯庫別具慧眼,看到了牛頓表現出來的好學精神,說服了牛頓的媽媽允許他上大學深造。1661年6月,牛頓以減費生的身份進入劍橋大學三一學院。他一面在學生餐廳裡服務,一面讀書。1664年,他獲得了獎學金。牛頓剛進入大學時,學校裡還在講授一些經院式課程,如邏輯、古文、語法、古代史、神學等。兩年後,三一學院出現了新氣象。盧卡斯出資設立了一個數學講座,規定講授自然科學知識,如地理、物理、天文和數學課程。講座的第一任教授巴羅是一位博學的科學家,正是他引導牛頓踏進了自然科學的大門。牛頓學習了歐幾里得的《幾何原本》,閱讀了克普勤的《光學》、笛卡兒的《幾何學》和《哲學原理》、伽利略的《關於兩大世界體系的對話》以及胡克的《顯微圖集》、皇家學會的歷史和早期的《哲學學報》等。在這段學習過程中,牛頓在算術、三角、幾何、光學等學科上打下了紮實的基礎。1665年初,牛頓大學畢業並獲文學學士學位。比牛頓大12歲的巴羅精於數學和光學,他對牛頓的才華極為讚賞,他認為牛頓的數學才能超過了自己。
  1665~1666年,倫敦瘟疫流行,劍橋離倫敦不遠,學校唯恐波及而停課放假,1665年6月牛頓回到故鄉烏爾斯索普。牛頓在家躲避瘟疫的這18個月,也就是所謂"能創造奇跡的歲月",他的思想在自然科學領域裡馳騁,才華迸發,思想著前人從未思考過的問題,踏進前人從未涉及的領域,萌生了不朽的思想和見解,開始了創建前所未有的偉大業績的歷程。他開始思考引力、研究光學、磨製透鏡、探索光的本質、研究數學並提出了有關微積分的數學概念……
  瘟疫過後,1667年他回到劍橋,當選為三一學院的研究員,次年獲得文學碩士學位。出於對牛頓才能的充分認識,1669年10月27日,巴羅推荐年僅26歲的牛頓接替自己擔任盧卡斯講座教授。牛頓從此開始了長達27年的教學工作,教學之餘,他繼續自己的科研工作。牛頓把他的光講稿(1670~1672)"、算術和代數講稿(1673~1683)、《自然哲學的數學原理》的第一部份(1684~1685)以及《宇宙體系》(1687)等手稿送到劍橋大學圖書館收藏。1672年起,他被接納為皇家學會會員,1703年被選為皇家學會主席,之後年年連選連任,直到1727年他離開人世。
  牛頓在大學時代結識了貴族後裔查爾斯.蒙塔古,也就是後來的哈里法克勛爵,是他介紹牛頓進入宮廷和上層社會的。在他任財政大臣時,於1696年推荐牛頓為造幣廠督辦,1699年又升為廠長。當時英國幣制非常混亂,牛頓運用他的冶金學知識為英國鑄造了成色十足的貨幣。雖然牛頓對政治不感興趣,但1689~1690和1701~1702年間卻當選為代表大學的議會成員。1705年,因牛頓科學研究和改革幣制功勛卓著,安娜女王賜予他貴族稱號。因薪俸頗豐,生活富裕起來,造幣廠的工作和社會活動繁忙,對教學工作開始厭倦,1701年他辭去劍橋教授職位,退出三一學院。1722年,80歲的牛頓患了風濕病、膀胱病和膽石症。1727年2月他親自主持皇家學會在倫敦舉行的一次會議時,突然病倒。3月20日凌晨1點多,牛頓在安睡中與世長辭,享年85歲。英國政府在威斯敏斯特大教堂為他舉行了隆重的國葬典禮,他成為人類歷史上第一個獲得此項殊榮的自然科學家。牛頓終生未婚,晚年是在他的外甥女凱瑟琳,巴頓的照顧下渡過的。牛頓一生中除了發現萬有引力定律外,他對自然科學的主要貢獻還有許多。
重大貢獻
1.萬有引力定律
2.牛頓第運動定律
3.流數法
4.光的微粒說
5.牛頓冷卻定律 
 科學貢獻
  ●力學在伽利略等人工作的基礎上,牛頓進行了深入的研究,並總結出了以他的名字命名的三個基本定律:牛頓第一運動定律:任何物體在不受外力或受外力的合力為零時,保持原有的運動狀態不變。即原來靜止的繼續靜止,原來運動的繼續作勻速直線運動。牛頓第二運動定律:任何物體在外力作用下,運動狀態發生改變,其動量隨時間的變化率與所受的合外力成正比。通常可表述為:物體的加速度與所受的合外力成正比,與物體的質量成反比,加速度的方向與合外力的方向一致。牛頓第三運動定律:當物體甲給物體乙一個作用力時,物體乙必然同時給物體甲一個反作用力,作用力和反作用力大小相等,方向相反,而且在同一直線上。
  這三個簡明的物體運動定律,為力學奠定了堅實的基礎,並對其他學科的發展產生了巨大影響。其中第一定律的內容伽略利曾提出過,後笛卡兒做過形式上改進;第二定律的內容伽利略也曾非正式地提到過;第三定律的內容是牛頓在總結雷恩、沃利斯和惠更斯等人的研究結果之後得出的。牛頓指出,流體黏性阻力與剪切率成正比。他說:"流體部分之間由於缺乏滑性而引起阻力,如果其他都相同,與流體部分之間分離速度成比例"。現在把符合這一規律的流體稱為牛頓流體,其中包括最常見的水和空氣,不符合這一規律的稱為非牛頓流體。關於聲的速度,牛頓正確地指出,聲速與大氣壓力平方根成正比,與密度平方根成反比。
  ●數學牛頓在前人工作的基礎上,提出"流數法",建立了三項式定理,並和萊布尼茲幾乎同時創立了微積分學,得出了導數、積分的概念和運算法則,闡明了求導數和求積分是逆的兩種運算,為數學的發展開闢了一個新紀元。
  ●光學牛頓用三稜鏡研究日光,得出結論:白光是由不同顏色(即不同波長)的光混合而成的,不同波長的光有不同的折射率。在可見光中,紅光波長最長,折射率最小;紫光波長最短,折射率最大。牛頓的這一重要發現成為光譜分析的基礎,揭示了光色的秘密。他把一個磨得很精密,曲率半徑較大的凸透鏡的凸面,壓在一個十分光潔的平面玻璃上,在白光照射可看到,中心的是暗點,周圍是明暗相間的同心圓圈的等厚干涉條紋。後人把這一現象稱為"牛頓環"。他創立了光的微粒說,從一個側面反映了光的運動性質(他對光的波動說也是贊同的)。
  ●熱學發現了牛頓冷卻定律,即物體表面與周圍有溫差時,單位時間內從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。
天文學牛頓於1672年創製了反射望遠鏡,成功地避免了色差現象,由於其獨特的優點,直到現在這種結構的反射望遠鏡仍在發揮著效用。他利用萬有引力定律證明或解釋了天文學上一系列重要現象和問題。
主要著作理
  《自然哲學的數學原理》(簡稱《原理》),1687年出版。該書總結了牛頓一生中許多重要的發現和研究成果。是牛頓最重要的著作。這部堪稱人類有史以來最偉大的自然科學著作的出版,標誌著經典力學的建立,並成為所有自然科學著作的一個範例。這部鴻篇巨制,以其思想之精湛、體系之嚴謹、內容之豐富,"在對當代代和後代思想的影響上,無疑沒有什麼別的傑作可以同《原理》相媲美。"(著名科學家沃爾夫語)。《光學》,1704年出版。該書系統地闡述了他在光學方面的研究成果。這部物理學巨著也是自然科學界的經典著作。此外還有《三次曲線枚舉》、《利用無窮級數求曲線(所圍)的面積和長度》、《微積分》、《使用級數、流數等等的分析》等。人們用各種美好的語言來讚美牛頓。英國詩人波普懷著極其崇敬的心情寫道:"上帝叫牛頓出世,世界才一片光明。"這雖然是詩人的語言,但並不算太誇張。牛頓生前曾有兩句名言,能使我們認識他的品格,第一句是:"如果我比別人看得遠些,那是因為我站在巨人的肩上。"第二句是:"我不知道世人是怎樣看我的,但是在我自己看來,我只不過像個在海邊玩耍的孩子,為不時撿到一塊比較光滑的石子,一只比較漂亮的貝殼而喜悅,而真理的大海在我面前,我卻一點也沒有發現。"
牛頓趣事
  牛頓傑出成就主要應歸功於他的勤奮。他喜歡讀書和思考。據說有人問他為什麼能在科學上做出那樣多的頁獻時,他說,靠的是夜以繼日的思考。牛頓對科學研究的專心,真是達到了忘我的地步。據說有一次,牛頓一邊讀書一邊煮雞蛋,等他準備吃雞蛋的時候,才發現鍋裡煮的原來是自己的懷錶。還有一次,他請一位朋友吃飯,菜已經擺好了,他說要去拿一瓶好酒,結果又突然想起了什麼問題,就去了書房,很久也不回來。朋友等得不耐煩了, 便自己吃起來,並把牛頓的一份雞也吃了,骨頭留在盤子裡,然後不辭而別。當牛頓回到飯桌前,看到自己盤裡的骨頭時,自言自語地說:"我還以為自己沒有吃呢,原來已經吃過了。"牛頓剛上大學時,由於生活拮据,又忙於讀書和思考,無暇留意自己的儀表。以致三一學院圖書館館長說牛頓"就是那個呆頭呆腦的傢伙。"據說牛頓也談過戀愛,只是在和姑娘約會時,他又想起了什麼,竟將姑娘的手指一個勁地往煙斗裡塞,姑娘驚叫著走開了,戀愛也就結束了。