科技史第十讲近代经典力学体系的建立

科技史第十讲近代经典力学体系的建立演示文稿1当前1页，总共90页。2优选科技史第十讲近代经典力学体系的建立当前2页，总共90页。第十讲近代经典力学体系的建立当前3页，总共90页。内容简介1.了解近代资本主义工场手工业技术进步对近代力学的推动作用；2.把握牛顿之前近代力学发展的基本线索，重点掌握伽利略的力学成就和实验方法的意义；3.深入认识牛顿在力学上的重大成就及其意义；4.全面理解牛顿力学产生的历史必然性，尤其是牛顿力学的社会经济根源。当前4页，总共90页。一、近代力学知识的积累1.伽利略的力学贡献2.开普勒三定律的发现3.惠更斯、胡克等人的贡献二、牛顿力学体系的建立1.近代最伟大的科学家—牛顿2.牛顿经典力学体系的创立等当前5页，总共90页。一、近代力学知识的积累伽利略（GalileoGalilei）1564年2月15日生于比萨当前6页，总共90页。1.伽利略的力学贡献单摆的发明早在1581年，伽利略有一次到教堂去做礼拜，他看着摇晃的蜡烛架子摆动越来越小，最后慢慢停了下来。伽利略寻思：每次摆动的时间是否也越来越短？对此他数着脉搏作了测量。结果令他奇怪，尽管每次摆动的幅度越来越小，但每摆动一次的时间总是一样的。回家后伽利略用一根绳子绑了不同重量的石头重复了这个实验，发现结果都是一样的。发现：对于给定的绳子长度，不管绑的是重石头还是轻石头，摆动周期都相同。这就是我们现在都熟悉的单摆装置的问世。当前7页，总共90页。落体单摆的运动是重力引起下落的特例。如果我们放开一块石头，没有东西拴住它，它就会一直掉到地上。但是石头如果拴在绳子的一端，绳子的另一端固定在天花板上，那么石头被迫沿着一段圆弧下落。不管轻的或重的石头，它们拴在同一根绳子上，到达最低点的时间总是相同的。那么，这两块石头在同一高度放手后，掉到地上的时间也一定相同。这个结论与当时公认的亚里士多德的观点相抵触——后者认为重的东西比轻的东西下落的快！

当前8页，总共90页。比萨斜塔上的实验为了向别人证明自己是正确的，伽利略从比萨斜塔上扔下了两个重量不同的球，结果两个同时扔下的球同时着了地。历史考证似乎证明这次演示没有真得做过，但是伽利略肯定做过类似的实验——也许不在塔顶上，而是在自家房屋顶上。

当前9页，总共90页。“稀释重力”伽利略在实验中观察到，当石头被放开后，它在空中下落的速度越来越快。伽利略想知道这种越来越快的下落运动符合什么样的数学定律。由于自由落体运动得太快，伽利略没有现代的高速照相机，所以无法对落体运动进行详细研究。但是，伽利略想出了“稀释重力”的办法。他用球在斜面上滚动，斜面越陡，球滚动的越快。在垂直面的极限情况下，球沿这个面自由落下。

当前10页，总共90页。“稀释重力”和水钟

在这个实验中伽利略面临的主要困难是测量小球走过不同距离所需要的时间。当时钟表还没有发明，伽利略想出来的解决办法是用“水钟”,通过一个大容器里流出的水量来测量时间。

当前11页，总共90页。不同的斜面

伽利略记下小球从起点开始在相同时间间隔内走过的距离，发现这些距离成1:3:5:7……的比例。当斜面更陡时，相等时间里小球走过的相应距离也变长，但是它们的比例保持不变。伽利略推测这个规律在自由下落的极限情形下也一定成立。

当前12页，总共90页。速度=常数×时间在数学上，上面这个规律很容易改写成：小球走过的总距离与所经过时间的平方成正比。如果把小球在第一段时间间隔内所走过的距离取作单位长度，那么在以后一系列时间间隔的末尾，小球走过的总距离将是12:22:32:42……V1=1/1=1；V2=4/2=2V3=9/3=3；V4=16/4=4

因此，速度与时间成正比：当前13页，总共90页。落体规律伽利略还证明了，在从静止开始的匀加速运动中，运动物体走过的距离是它在整个时间内以不变的速度运动时所应走过距离的一半。因此这种从现象中抽出物理规律，并用数学公式表述之的研究方法成为近代以后科学的基本特征。

当前14页，总共90页。平抛物体之运动合成伽利略对动力学的另一个重要贡献，是关于运动合成的观念。对于水平抛出的石头，伽利略认为这块石头参与了两个独立的运动：

1）速度恒定的水平运动，这个速度是抛石头的手给它的；

2）速度与时间成正比的自由落体运动。

当前15页，总共90页。运动的船伽利略的运动合成观念具有深刻的物理意义。假定从一艘快速运动的帆船的桅杆顶上投下一块石头，它将掉在何处？在伽利略时代，大家相信亚里士多德的教导，认为物体只有受到推力时才运动。推力一旦消失，运动就要停止。根据这种观点，在桅杆顶上投下的石头会垂直掉下来，而船在继续前进，这样石头会掉在船尾附近的甲板上。当前16页，总共90页。伽利略的答案当放手的瞬间石头也具有与船一样的水平速度，所以放手之后它还会继续以这一水平速度运动，直到它落到桅杆底部前，一直保持这个水平速度。石头运动的垂直部分是加速的自由落体运动，所以它将正好落在桅杆底部的甲板上。在这里，伽利略涉及了一条运动学的基本原理——运动相对性原理。在1632年出版的《对话》中，伽利略对运动的相对性作了生动的描述。

当前17页，总共90页。密闭的船舱内

设想把你和你的朋友关在一只大船的舱板下最大的房间里，里面招来一些蚊子、苍蝇以及诸如此类有翅膀的小动物。再拿一只盛满水的大桶，里面放一些鱼；再把瓶子挂起来，让它可以一滴一滴地把水滴出来，滴入下面放着的另一只窄颈瓶子中。当前18页，总共90页。船静止

于是，船在静止不动时，我们看到这些有翅膀的小动物如何以同样的速度飞向房间各处；看到鱼如何毫无差别地向各个方向游动；又看到滴水如何全部落到下面所放的瓶子中。而当你把什么东西扔向你的朋友时，只要他和你的距离保持一定，你向某个方向扔时不必比向另一个方向要用更大的力。如果你在跳远，你向各个方向会跳得同样远。当前19页，总共90页。船运动

尽管看到这一切细节，但是没有人怀疑，如果船上情况不变，当船以任意速度运动时这一切应当照样发生。只要这运动是均匀的，不在任何方向发生摇摆，你不能辨别得出上述这一切结果有丝毫变化，也不能靠其中任何一个结果来推断船是在运动还是静止不动。当前20页，总共90页。伽利略的力学贡献总结(1)伽利略的斜面实验，开创了以可控性实验为基础的近代科学的新时代。(2)伽利略的力学成就：匀加速运动定律；自由落体定律；惯性原理；抛射体运动定律。(3)将实验研究和数学推理有机结合起来，为近代科学理论的建构提供了基本范式。当前21页，总共90页。2.开普勒三定律的发现

（1）星学之王——第谷第谷（TychoBrahe1546-1601）出生于一个丹麦贵族家庭，很小就进哥本哈根大学学习。由于有特权的出身，可以免于通常的谋职压力。他从一个大学徘徊到另一个大学。16岁时的第谷已经对天文现象十分感兴趣了。第谷当前22页，总共90页。王室资助第谷对新星和大彗星的观测，使用的是商业上可得到的仪器；但是直到大彗星出现之际，第谷一直在致力于仪器和观测技术的基本改革。为此目的，他将需要王室级别上的资金资助。

1575年第谷拜访了黑森伯爵威廉四世──也是一位非常热心的观测者。可能是在伯爵的推荐下，次年第谷被丹麦国王授权掌管了在丹麦海峡的汶岛（Hven）。在那里，第谷有了空间、时间和财政来源，建立了基督教欧洲第一个重要的天文台。当前23页，总共90页。精密天文学第谷的天文学工作主要在实测方面，他研究了精密天文学的大多数问题，包括研制建造高精度的天文仪器，获得精确而系统的观测资料，以很高的精度测定了许多重要的天文常数。当前24页，总共90页。宇宙学的考虑每个天文学家都是潜在的宇宙学家，第谷也不例外。对我们来说，第谷在观测方面的改革是他最大的成就，因为它给天文学带来了对事实的尊重，这在我们看来是具有现代科学特征的。但对于他自己，最自豪的也许是提出了被称为“第谷体系”的宇宙论，这个体系很快取代了托勒密成为最流行的地心宇宙图象。第谷虽然颇能欣赏哥白尼宇宙学说的优点，但他是个传统主义者，他认为哥白尼那样做的代价太高了。当前25页，总共90页。第谷体系地球静止，位于中心。周围环绕着月亮和太阳。五颗行星是太阳的卫星，并且在太阳的带动下绕地球旋转。在最远的行星到达的地方之外是一层很薄的空间外壳，这个外壳以地球为中心，恒星就在这个外壳上。第谷的宇宙显得令人安心地紧凑，其半径相当于地球半径的14,000倍。即使是托勒密的宇宙半径也比它大一半。当前26页，总共90页。一个时代的结束第谷的“天堡”始终是脆弱的，因为他只能依靠王家赞助人的热情来维持。1588年弗里德里希二世（FrederickII）的去世并没有立即带来变化，因为后来摄政的也被第谷的家庭和朋友主宰着。但随着时间的推移，年轻的克里斯蒂安四世开始亲政，汶岛的升平岁月结束了。1597年第谷离开了天堡，两年之后，他到了布拉格，开始为更欣赏他的赞助人鲁道夫皇帝二世服务。当前27页，总共90页。一个邀请鲁道夫极尽慷慨之能事，但此时的第谷已经失去了观测的兴趣。他的四个仪器仍然留在汶岛，剩下最大的一个收藏在马格德堡。他主要关心的是对他过去研究成果的出版。第谷现在只有几个月的生命了，就在这几个月里，他再次向一位年轻人约翰尼斯·开普勒发出了先前已经作出过的邀请，请他前来担任助手，而这一次开普勒接受了。当前28页，总共90页。（2）开普勒发现行星运动三定律开普勒（JohannesKepler1751-1630）1571年12月27日出生于斯图加特附近魏尔市的一个中等家庭。进图宾根大学，打算进入仕途，但在1594年他被提名出任格拉茨的数学教师。1600年初他应邀到布拉格拜访第谷；年末在格拉茨受到宗教迫害之后回到布拉格成为第谷的助手，并于1601年成为第谷的接班人。当前29页，总共90页。遗嘱第谷积累了大量的行星观测资料，一直试图根据这些观测结果建立一个数值行星理论，以满足星历表的简便编算，但是他的早逝使得他没有实现愿望。第谷在病榻上把这项工作托付给开普勒。据说他嘱咐开普勒要按照第谷体系，而不是按照哥白尼的体系构建新理论。当前30页，总共90页。三大遗产开普勒最终能在行星运动理论上取得突破性的成就，获益于他能获得的三大遗产：

(1)哥白尼的日心体系。

(2)第谷的精确观测资料――火星的位置资料。

(3)威廉·吉尔伯特（WilliamGilbert，1544－1603）的《论磁》（OntheMagnet1600），在书中他认为地球是一个巨大的球形磁体。

当前31页，总共90页。偏差根据开普勒的正多面体模型计算出来的行星距离与观测所得并不完全一致。但开普勒在当时简单地把这种偏差归咎于观测的误差。直到他得到第谷的那些无可争议的精确观测资料之后，开普勒对行星的距离和运动进行了更细致的研究。当前32页，总共90页。抛弃圆开普勒能够用单个圆构成的模型生成火星的黄经运动；但是当他研究这个圆是否也能说明行星的黄纬运动时，他发现有8′的误差。这误差对于任何一个第谷的前辈，都是可以接受的，但是第谷观测的精确性高于8′，要作为一个理想的解决方法，圆不得不被放弃。当前33页，总共90页。行星运动速度不均匀为了寻找替代理论，开普勒暂时放开火星，开始研究地球的运动。刚开始研究地球运动，开普勒就发现，依然需要偏心圆。只是地球的偏心率比火星的更小。这样，为了搞清楚偏心问题，开普勒转而注意起行星的运动速度不均匀这一现象。

当前34页，总共90页。行星速度与离开太阳的距离成反比开普勒证实了行星在远日点和近日点的速度大致与行星到太阳的距离成反比。于是他把这个结论加以推广。认为行星的速度与离开太阳的距离成反比：

事实上这个结论是错误的。

当前35页，总共90页。行星绕日运动的物理原因：力开普勒不把哥白尼体系当成纯粹的数学虚构，而是把它作为实在的东西接受，并进而考察行星绕日运动的物理原因。起先，开普勒怀着神秘的想法，认为行星具有灵魂或意志，它们有意识地使行星运动。等到发现行星的速度与到太阳的距离成反比这一结果，开普勒抛弃了灵魂的想法，提出了力（vis）作用于行星的见解。

当前36页，总共90页。对亚里斯多德的反叛和继承开普勒体现了一种对亚里斯多德物理学的反叛和继承。在亚里斯多德那里，天体运动是自然运动，没有必要作出更详细的说明。把天体运动看做是有力引起的，意味着抛弃以“固有位置”为根基的运动论。但是，这里开普勒只是把地上的亚里斯多德力学推广到了天上。行星的速度和所受力都与到太阳的距离成反比，完全符合运动速度与所受力成正比的亚里斯多德运动学规律。

当前37页，总共90页。抛弃柏拉图以来的信条开普勒找到了计算给定时刻的行星位置的方法。据此，从给定的三个位置就能计算出该行星的远日点位置、偏心率。开普勒挑选了火星的几组三个位置进行计算，发现结果互相不一致。于是开普勒抛弃了从柏拉图以来把天体看做沿圆形轨道运动的信条，并得出结论说：火星轨道不可能是圆形。

当前38页，总共90页。开普勒第一定律为了找到正确的轨道形状，开普勒起先考虑卵形轨道，但计算结果难以与面积定律符合。后来他尝试椭圆，经过冗长的计算和“简直发疯似的思索”，最后他确认，唯有椭圆才是火星的轨道。开普勒再次大胆地把从火星得来的规律推广到所有行星。

当前39页，总共90页。《新天文学》NewAstronomy在1609年出版的《新天文学》中，开普勒发表了行星运动的第一定律和第二定律。这是一本令人望而生畏的巨著，从概念上说，它在数学和作为基础的物理学两方面都是可疑的。它所表达的革命显示在书的全名：《新天文学：基于原因或天体的物理学，关于火星运动的有注释的论述》。开普勒把作为几何学一个分支的天文学转变成了物理学的一个分支。当前40页，总共90页。开普勒第一定律：椭圆定律

行星沿椭圆轨道绕太阳运动，太阳是位于椭圆的一个焦点上（1609《新天文学》）当前41页，总共90页。开普勒第二定律：面积定律从太阳到行星的矢径在相等时间里扫过相等的面积（1609《新天文学》）当前42页，总共90页。天体音乐

开普勒寻求在几何学和天文学的各个方面可以发现的算术比例中的和谐，在《宇宙和谐论》第五卷中，他研究了行星在轨道上的加速和减速等问题，他相信能够从中得出天体音乐的真正音符。当前43页，总共90页。开普勒的“第三定律”开普勒还在《宇宙和谐论》中寻求能揭示行星轨道大小和周期数学模型；他不知何故发现了如下事实：行星周期的平方和其轨道半径的立方成固定比例。哥白尼曾很高兴地发现，一个行星离太阳越远，它的旋转周期越长。开普勒现在知道了确证这个事实的数学规律。当前44页，总共90页。开普勒第三定律：周期定律各行星公转周期的平方与轨道半长径的立方成正比（1619《宇宙和谐论》）当前45页，总共90页。开普勒行星运动三定律（1）轨道定律

（2）面积定律（速率v近日>v远日）

(SAB=SCD=SEK)

（3）周期定律(R3/T2=K)

当前46页，总共90页。3.惠更斯、胡克等人的贡献（1）惠更斯的向心力定律F=mv²/r（2）胡克的平方反比定律：天体间的引力与两天体之间的距离平方成反比惠更斯向心定律

平方反比定律当前47页，总共90页。二、牛顿力学体系的建立（一）近代最伟大的科学家——牛顿（二）牛顿经典力学体系的创立（三）牛顿力学的重大历史意义与局限性（四）牛顿经典力学体系产生的历史必然性（五）牛顿力学的应用与完善当前48页，总共90页。（一）近代最伟大的科学家—牛顿1.沉静多思的有志少年2.开创“牛顿时代”的科学泰斗3.彷徨于科学与宗教之间的神学家

牛顿环牛顿追光灯牛顿抛物线科学巨人牛顿当前49页，总共90页。孤寂的家庭生活使他养成了沉静多思的性格;少年牛顿不显聪明但善于制作仪器;牛顿虽辍学在家助耕，但仍继续攻读;牛顿复学后发奋学习，成为一名成绩优秀的学生。1.沉静多思的有志少年

伊萨克·牛顿(IsaacNewton,1642～1727)当前50页，总共90页。2.开创“牛顿时代”的科学泰斗

1661年6月5日，牛顿考上剑桥大学三一学院。1665-1666年牛顿因伦敦闹瘟疫回故乡躲避这是他科学创造精力最为旺盛、科学成绩最大的时期。1667年，牛顿回到剑桥，当先为三一学院的研究员。剑桥大学三一学院剑桥大学王后学院牛顿数学桥当前51页，总共90页。

1669年巴罗鉴于牛顿的数学天才，毅然辞去“数学卢卡斯讲座”教授职位而让年仅27岁的牛顿接替。

1669-1687年，牛顿制造了反射式望远镜，提出了光微粒说，发展了流数法，系统研究了理论力学，并以1687年7月《自然哲学的数学原理》的出版而达到高潮。牛顿的《自然哲学的数学原理》牛顿正在做三棱镜分光实验牛顿制作的反射式望远镜牛顿的微积分手稿当前52页，总共90页。

恩格斯高度评价牛顿

对近代自然科学的巨大贡献

“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理而创立了科学的数学，由于认识了力的本性创立了科学的力学。”（《马克思恩格斯全集》第1卷，人民出版社1956年版第657页）正因为牛顿在近代自然科学的诸多领域做出了开创性的贡献，以至人们将十七、十八世纪称为“牛顿时代”。当前53页，总共90页。3.彷徨于科学与宗教之间的神学家

《原理》出版以后，牛顿还做过一些化学实验，手稿不幸被焚毁；由于《原理》不提上帝和蕴涵“反神创论”倾向受到宗教界和部分科学家的抨击和反对；胡克1692年向皇家学会提出万有引力定律发现权问题。上述原因使性格孤僻而内向的牛顿因过度苦恼而神经衰弱以致失常。胡克当前54页，总共90页。

牛顿在1669年被任命为造币厂厂长，1703年当选皇家学会主席，1705年被封为贵族，还做过议员，终身末婚。在其后半生的近40年中，他除了从事学术领导、货币改革、研究炼金术和注释圣经外几乎没有什么突出的科学成就。牛顿于1727年3月20日凌晨在睡梦中去世。他是英国历史上第一个获得国葬待遇的科学家。牛顿的葬礼当前55页，总共90页。

安葬牛顿的威斯敏斯特教堂的纪念碑上刻着一首诗:“这里躺着牛顿爵士，他以超人的智力首先证明了行星的运动和图形、彗星的轨道和海洋的潮汐。他孜孜不倦地研究光线的各种折射率及其所产生颜色的种种性质。对于自然、考古和圣经是一位前所未有的勤奋、敏锐而忠实的诠释者。他的哲学中确认了上帝的尊严，他的行为中展现了真正的纯朴。让人类欢呼曾经生存过这样伟大的一位人类之光吧!”当前56页，总共90页。牛顿晚年热衷于宗教事务，不能简单地斥之为搞宗教迷信和唯心主义。其实，科学与宗教的关系是极其复杂的。科学与宗教是牛顿学术生涯的两翼，对它们的研究常常是交织在一起的。作为清教徒的牛顿对神学的研究具有明显的异教倾向，他把上帝理性化了，认识上帝被看作是追求真理。其结果是使牛顿既可以发现真理，也可能走入死胡同。当前57页，总共90页。

牛顿经典力学体系，是以绝对化的四个基本概念空间、时间、质量、力为基础，以著名的三大定律为核心，以万有引力定律为最高的综合，用微积分来描述物体运动的因果律的一个结构严谨、逻辑严密、以实验和观察对结果进行验证的科学体系。《原理》就是这个体系的集中表现。（二）牛顿经典

力学体系的创立当前58页，总共90页。1.力学三大定律的建立

牛顿以哥白尼体系为力学运动规律的参考系，利用古希腊哲学关于物质的原子结构的思想，以自然科学唯物主义为出发点，根据他自己建立的同物质运动状态无关的时间、空间、力和质量等概念，结合伽利略对自由落体研究所发现的惯性运动和在重力作用下的匀加速运动等成果，提出了力学的三大定律。古希腊哲学对物质的原子结构的诠释伽利略的自由落体实验哥白尼的日心说当前59页，总共90页。第一定律:“每一个物体都始终维持在静止或匀速直线运动的状态，只有受了外加的力，才被改变其状态”。

A.第一定律牛顿的第一定律当前60页，总共90页。伽利略的自由落体实验第一定律也叫惯性定律，最早由伽利略发现。对于惯性定律，伽利略的认识是不彻底的。他没有完全摆脱亚里士多德的影响，不能把物体保持惯性运动的属性作为一个普遍的自然规律来加以认识。牛顿从伽利略的发现中看到了这一性质的普遍意义并把它表述为一个自然规律。当前61页，总共90页。第二定律：“运动的改变和所加的外力成正比，并且发生在所加的力的那个直线方向上”。经典公式：F=maB.第二定律牛顿的第二定律当前62页，总共90页。为了衡量物体运动状态的变化，牛顿总结了笛卡儿和惠更斯对物体碰撞的研究成果，利用伽利略等人提出的加速度的概念，与他自己提出的力、质量、动量等概念相结合，提出了第二定律。牛顿规定，物体的动量以它们的速度和质量的乘积来度量。外力的变化与动量的变化成正比。牛顿的质点动量定理当前63页，总共90页。第三定律：“每一个作用总是有一个相等的反作用和它相对抗；或者说，两物体彼此之间的相互作用永远相等，并且各自指向其对方。”第三定律提高了第二定律的适用性。第三定律使质点力学向质点组力学过渡。C.第三定律当前64页，总共90页。

自行星运动的正圆轨道被打破后，天文学家开始关注行星为什么总是绕太阳作封闭曲线运动，而不是作直线运动离开太阳的问题。2.万有引力定律的发现当前65页，总共90页。

1684年1月，胡克声称发现了天体在与距离平方成反比的力作用下的轨道运行规律。但他未能做出数学证明。

胡克当前66页，总共90页。

1684年，哈雷请教牛顿在与距离平方反比的力作用下行星作何运动，牛顿肯定运动轨道是椭圆，并于当年11月就行星运动轨道与按距离平方反比的作用力之关系作了透彻的数学证明。哈雷当前67页，总共90页。牛顿当时面临的主要困难是，他不能肯定是否应该由地心开始计算月地距离，因为这牵涉到地球对月亮的引力是否正像它的全部质量都集中在中心点上那样，这一点足以使谨慎过人的牛顿放弃这种本来十分卓越的思想。

1685年，牛顿运用他自己发明的微积分证明了，地球吸引外部物体时，如同全部的质量集中在球心一样。在哈雷的鼓励下，牛顿系统总结他关于动力学和引力问题的研究，于1686年撰成《原理》。当前68页，总共90页。皇家学会当时资金不足，不能资助出版此书，哈雷便决定自己出资出版这部著作。1687年7月,牛顿的《自然哲学的数学原理》以拉丁文初版问世，立刻轰动全欧学术界。

《自然哲学的数学原理》牛顿当前69页，总共90页。（三）牛顿力学的重大历史意义与局限性1.牛顿力学的重大历史意义

第一、实现了第一次物理学大综合。牛顿把地球上的物体运动与天上的天体运动都统一到万有引力定律基础之上，从而达到物理学上第一次理论大综合；牛顿三大定律和万有引力定律揭示了自然界最基本的宏观物体低速机械运动的客观规律性，实现了人类对自然界的认识的“第一次大飞跃”。当前70页，总共90页。

第二、导致了力学科学的革命。牛顿在建立力学体系的过程中的确继承了前辈和同时代科学家的诸多科学成果，但并不是像通常有些学者所认为的只是对前辈和同时代科学家的思想或原理的汇集或综合，而应该既是科学大综合，更是科学革命。

A.牛顿力学的重大历史意义当前71页，总共90页。美国科学史家科恩指出：

“牛顿革命不同于我们业已考察过的那些(确实发生了或据说发生了的)科学革命和数学革命，在其一生当中，牛顿一直被认为引起了一场革命。在其《自然哲学的数学原理》中，牛顿导致了微积分革命和力学科学的革命”，当然，在牛顿的前辈中，也曾有过一些伟大的人物探索过用数学原理来陈述自然哲学，如西蒙·斯蒂文，伽利略，开普勒，沃利斯，胡克，惠更斯等。从这个意义上讲，牛顿革命是（可以追溯到科学革命之初的）诸多学者所创造出的成果的顶峰，而不是牛顿的某种全新的创造。把牛顿的《原理》与开普勒的《新天文学》、伽利略的《两种新科学》、沃利斯的《力学》、胡克有关运动问题的论述、或惠更斯(有关摆钟的论文里)关于匀加速运动的论述等作最简单的比较就可以看出，在深度、范围和技巧几个等级方面，存在着某种不同。正是由于总体规模的猛增，牛顿的《原理》成了‘物理学革命’的‘新纪元’”。“时常有人断言，牛顿把诸如开普勒、伽利略或胡克等科学家们完全不同的思想或原理汇集在一起，并对它们进行了综合。然而，很难说牛顿富有革命性的科学就是这些思想的合成或组合，因为实际上，牛顿在其《原理》中把它们的荒谬不实之处披露了出来。‘真’科学不可能只是荒谬不实的思想或原理的产物。”（科恩：《科学中的革命》第202～203页，商务印书馆，1999年版）

当前72页，总共90页。第三、推动了力学和其他学科的全面发展。它使天文学、力学的分支得以产生，对地质、机械等学科都有深远的影响。到了十八世纪和十九世纪上半叶，形成了“分析力学”、“固体力学”、“弹性力学”、“流体力学”等多种力学分支。当前73页，总共90页。第四、开创了理性新时代。

它是文艺复兴以来科学革命的伟大成果，标志着古代人从对自然界的感性直观的认识进入到近代人的抽象理性认识的阶段，十八世纪法国哲学家伏尔泰把牛顿的《原理》巨著带到法国，法国百科全书派把牛顿力学作为唯物主义的自然科学基础。

伏尔泰孟德斯鸠

卢梭狄德罗

当前74页，总共90页。牛顿力学体系有巨大的方法论意义，其数学方法，逻辑推导给后人留下深刻印象，为后三百年的科研奠定了基础。科恩指出:“牛顿革命也成了意识形态的一个重大的组成部分，唯一可与之相提并论的则是另一场科学革命，即达尔文革命。艾塞亚·伯林(1980,144)对牛顿的影响作了总结:牛顿思想的冲击是巨大的;无论对它们的理解正确与否，启蒙运动的整个纲领，尤其是在法国，是有意识地以牛顿的原理和方法为基础的，同时，它从他那惊人的成果中获得了信心并由此产生了深远的影响。科恩指出：而这，在一定时期中，使现代西方文化的一些中心概念和发展方向发生了确实是极富创造性的转变，道德的、政治的、技术的、历史的、社会的等等思想领域和生活领域，没有哪个能避免这场文化变革的影响。”（科恩：《科学中的革命》第219页，商务印书馆，1999年版）当前75页，总共90页。2.牛顿力学的局限性

第一、绝对时空观。

“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”；“绝对的真正的和数学上的时间自身在流逝着、而且由于其本性而在均匀地与任何其他外界事物无关地流逝着”。牛顿把时间看作是与物质运动无关的绵延，空间则是与物质状态无关的空架子，这是没有科学根据的。当前76页，总共90页。第二、超距作用力。对于物体之间的相互吸引，牛顿是用某种“超距作用”来解释的，也就是把物体间的引力传递看作是既不需要介质又不需要时间的过程，无论多么遥远的物体或物体之间的空间多么真空，引力一下子就会由此物体达到彼物体。

当前77页，总共90页。第三、上帝是宇宙运动的“第一推动者”。

牛顿认为：“各行星周日转动不可能由重力而得来，而需要有神力在它们轨道的切线方向上给以推动。……，就需要有神力在它们轨道的切线方向上给以推动。”当前78页，总共90页。

第四、机械的自然观。牛顿力学的运动三定律将自然界的一切力学事件连结起来而形成一个统一的因果锁链，整个自然界被认为像一架机器一样有秩序地按照力学规律运动着。这种信念导致了指导物理学发展甚至影响整个自然科学达数百年之久的机械的自然观。

当前79页，总共90页。第一、牛顿力学产生的根源在于资本主义经济发展的强大动力。进入十七世纪，意大利逐渐没落，英国在欧洲兴起。英国通过几百年的资本原始积累，争得海上霸主，取得了资产阶级革命的胜利。欧洲的政治、经济、科学的中心由意大利转移到英国。尤其是资产阶级夺取政权后，比以往更加重视发展数学和自然科学。资本主义工场手工业的工作机的改革，机器的间或应用，为近代力学的建立，提供了实际的支点和刺激力。

（四）牛顿经典力学

体系产生的历史必然性当前80页，总共90页。

第二、牛顿力学是科学发展的必然结果。

牛顿力学体系是牛顿经过二十多年的实验和研究才取得的，也是他的先辈们所领导的科学革命的继续和完成。当前81页，总共90页。

正如牛顿自己所说“如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”这些巨人就是哥白尼、伽利略、开普勒、惠更斯、费尔马、波义耳，以及他尊敬的老师巴罗。尤其是伽利略和开普勒的成就直接为牛顿经典力学体系的建立奠定了自然科学基础。哥白尼伽利略开普勒费尔马惠更斯当前82页，总共90页。

第三、英国良好的文化氛围十分有利于科学的发展。英国资产阶级革命的成功，为营造科学发展的文化氛围提供了强大的政治保障。英国的国王和大臣都支持发展自然科学。培根“知识就是力量”的名言已深入人心，热心科学的人迅速增加。在英国伦敦大商人格列沙姆创办了以讲授新的科学技术知识为主，有别于旧式大学的格列沙姆学院。民间组织“哲学学会