艾萨克-牛顿
艾萨克-牛顿爵士(Sir Isaac Newton FRS PRS,1642年12月25日-1726/27年3月20日)是英国物理学家、数学家和天文学家。他以其在运动定律、光学、重力和微积分方面的工作而闻名。1687年,牛顿出版了一本名为《自然哲学原理》(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)的书,在书中提出了他的万有引力理论和三大运动定律。
牛顿于1668年建造了第一台实用的反射式望远镜,他还根据观察到的棱镜将白光分解成彩虹的现象,提出了光的理论。他还根据棱镜将白光分解成彩虹色的观察,发展了光的理论。牛顿还与戈特弗里德-莱布尼茨分享了微积分发展的功劳。
牛顿关于光、运动和引力的思想在接下来的三个世纪里主导了物理学,直到被爱因斯坦的相对论所修改。
生活
早年生活
艾萨克-牛顿于1642年12月25日(北纬1643年1月4日)圣诞节"午夜后一两个小时"出生(根据当时英国使用的朱利安历),出生在英国林肯郡的一个小村庄Woolsthorpe-by-Colsterworth的Woolsthorpe庄园。他的父亲也叫艾萨克-牛顿,在他出生前三个月去世。当牛顿三岁时,他的母亲汉娜-艾斯考夫与巴纳巴斯-史密斯牧师再婚。年幼的牛顿一直和他的外祖母玛格丽-艾斯考夫在一起。
从1655年到1659年,牛顿在格兰瑟姆的国王学校接受教育。当他17岁时,他被退学。他的母亲想让他当农民,但他不喜欢这样。国王学校的校长亨利-斯托克斯要求他母亲送他回学校。
1661年6月,他被送到剑桥大学学习。有时有人说,牛顿在树下看书时,树上的一个苹果掉到了他旁边。这导致了他对万有引力的计算。
早期发现
牛顿通过数学解释了宇宙的运作。他描述了运动和引力定律。这些定律是数学公式,解释了当一个力作用在物体上时,物体如何运动。艾萨克在1687年出版了他最著名的著作《原理论》,当时他是剑桥大学三一学院的数学教授。在《原理论》中,艾萨克解释了支配物体运动方式的三个基本规律。然后,他描述了他关于万有引力的想法,或理论。万有引力是导致事物坠落的力量。如果一支铅笔从桌子上掉下来,它将落在地板上,而不是天花板上。在他的书中,艾萨克还用他的定律证明了行星围绕太阳旋转的轨道是椭圆形的,而不是圆形的。艾萨克还发现了衍射。这使他进入了物理学领域,并在那里得到了发展。
牛顿三定律
以下是运动的三大定律。
- 第一定律(惯性定律)
牛顿运动第一定律指出,一个物体如果没有受到某种力量的推拉,就会保持不动,或者以稳定的速度保持直线运动。很容易理解,火箭不会移动,除非有东西推或拉它。要理解一个物体在没有帮助的情况下会继续移动是比较困难的。再想想火箭。如果有人在驾驶火箭,在火箭停止前跳下,会发生什么?火箭会继续前进,直到进入太空。物体保持静止不动,或以稳定的速度保持直线运动的趋势叫做惯性。
- 第二定律(加速度定律)
第二个定律解释了力是如何作用于物体的。物体沿着力的移动方向加速。如果有人骑上自行车,把脚踏板往前推,自行车就会开始移动,如果有人从后面推自行车,自行车就会加速。如果有人从后面推自行车,自行车就会加速。如果骑车人向后推脚踏板,自行车就会减速。如果骑车人转动车把,自行车就会改变方向。显示这个规律的公式是F=m*a,或者说作用在物体上的力等于质量乘以加速度。
- 第三个法则(互惠行为法)
第三定律指出,如果一个物体被推或被拉,那么这个物体将同样被推或拉向相反的方向。如果有人举起一个沉重的盒子,他们用力把它推上去。盒子之所以重,是因为它在举起者的手臂上产生了一个相等的向下的力。重量通过举重者的腿转移到地板上。地板向上推的力是相等的。如果地板向后推的力量较小,举箱的人就会从地板上掉下来。如果推回的力量较大,举箱者会飞到空中。
万有引力定律的发现
当大多数人想到艾萨克-牛顿的时候,他们会想到他坐在苹果树下看着苹果掉下来。有些人甚至认为苹果落到了他的头上。牛顿明白,让苹果这样的东西掉到地上的是一种特殊的力量--我们称之为引力。牛顿认为,引力是苹果和地球等两个物体之间的吸引力。他还认为,物质较多的物体对较小的物体施加的力和它们对它施加的力是一样的。这意味着地球的大质量将物体拉向它。这就是为什么苹果会往下掉而不是往上掉的原因,也是为什么人不会漂浮在空中的原因。
牛顿继续思考万有引力的问题。在牛顿之前,人们认为只有靠近地球的物体才会掉下来。但牛顿认为,引力不应该仅仅局限于地球和地球上的物体。如果万有引力到了月球,甚至更远的地方呢?
牛顿发明了一个计算两个物体之间吸引力的公式。他用它来计算让月亮绕着地球移动所需的力。然后,他把它与使苹果向下坠落的力进行了比较。在考虑到月球离地球更远,质量更大的事实后,他发现,两者的力是一样的。月球在地球引力的作用下,围绕着地球的轨道运行。
牛顿发明的公式叫万有引力定律。
影响力
牛顿的计算改变了人们理解宇宙的方式。没有人能够解释为什么行星会停留在它们的轨道上。是什么支撑着它们?在牛顿出生前不到50年 人们认为行星是被一个无形的盾牌固定住的。艾萨克证明了它们是被太阳的引力固定住的。他还证明了引力是受距离和质量影响的。他并不是第一个明白行星的轨道不是圆形的,而是更多的拉长,像一个椭圆形。他所做的是解释它的工作原理。
艾萨克-牛顿爵士是第一个发现万有引力定律和运动定律的人。他还建立了一个新的数学领域,即微积分,尽管德国人戈特弗里德-莱布尼茨在同一时间发展了这些思想。他的工作在科学和数学领域做出了巨大的贡献,使他成为人类历史上最有影响力的科学家之一,也是最伟大的数学家之一。
伟大的物理学家爱因斯坦认为,牛顿的万有引力思想并不完全准确。他纠正了牛顿所做的许多事情。
死亡
艾萨克-牛顿于(1727-03-31)1727年3月31日[O.S.1726年3月20日]在英国伦敦去世。
问题和答案
问:艾萨克-牛顿爵士是谁?答:艾萨克-牛顿爵士是一位英国物理学家、数学家和天文学家。
问:他因什么而闻名?
答:他因其在运动定律、光学、重力和微积分方面的工作而闻名。
问:他在1687年出版了什么书?
答:1687年,牛顿出版了一本名为《自然哲学原理》的书,他在书中提出了他的万有引力理论和三个运动定律。
问:他在1668年发明了什么?
答:1668年,牛顿制造了第一个实用的反射式望远镜。
问:牛顿是如何解释光的?
答:牛顿在观察到棱镜将白光分解成彩虹的颜色的基础上,提出了光的理论。
问:在发展微积分方面,还有谁与他共享功劳?
答:牛顿与戈特弗里德-莱布尼茨在发展微积分方面有共同的功劳。
问:在被爱因斯坦的相对论修改之前,他的思想在物理学中占主导地位有多久?
答:他关于光、运动和引力的观点在接下来的三个世纪里一直主宰着物理学,直到它们被阿尔伯特-爱因斯坦的相对论所修正。