科学思想史

科学思想史,韩连庆北京航空航天大学人文社会科学学院Email：H,第十一讲,牛顿：“伟大的综合”,一、生平,牛顿（16421727）洛克：“无与伦比的牛顿先生”,伊萨克牛顿生于旧历1642年12月25日（新历43年1月4日），早产、遗腹子。喜摆弄小玩具、小机械，做过风车、灯笼、日晷性情孤僻,12岁进中学，因寄宿在药剂师家里而学会了化学实验1661年，18岁的牛顿进入剑桥大学深造卢卡斯设立一个数学教席，首任教授巴罗。在巴罗指导下牛顿阅读了开普勒的光学、笛卡尔的几何学和哲学原理，伽利略的对话，胡克的显微图,1665年初大学毕业，伦敦瘟疫，停学回家。是年初，二项式定理（任何幂的二项式化为一个展开的级数）；11月，发明流数运算法（微分运算）1666年1月，颜色理论，5月反流数运算（积分），同年推出行星引力与距离的反平方反比关系。,1667年回到剑桥1669年接任卢卡斯教席，时年27岁。是年发现太阳光并非单色光1671年向皇家学会提交反射式望远镜，成为会员。主张光的微粒说，与胡克闹矛盾。,在数学上，发明微积分在天文学上，发现了万有引力定律在力学上，系统总结了运动三定律在光学上，发现了太阳光谱，发明了反射式望远镜,机械论哲学专注于物理因果关系，因而在机械论哲学与毕达哥拉斯数学描述传统之间存在着紧张。而这种紧张的解除，就构成了17世纪科学的最高成就，即牛顿的工作。 统一天上动力学与地上力学。,塑造了后来的科学传统个人地位的变迁：反映了17世纪欧洲科学的社会作用和组织结构发生了快速变化。,有意塑造的科学英雄牛顿的另一面：炼金术士、宗教狂人分子是其力学、光学和数学所进行的自然哲学研究的继续和延伸。可能死于铅中毒。,二、“自然哲学的数学原理”,为什么行星总是绕太阳做封闭的曲线运动，而不是跑离太阳呢？1684年1月，胡克宣布发现了平方反比例作用下的行星运动规律是椭圆，但给不出数学证明。11月，牛顿写了论运动，证明了平方反比例与椭圆运动的关系。,1685年，使用微积分证明了，地球吸引外部物体，恰像全部质量集中在球心一样。在哈雷鼓励下，1686年写出自然哲学的数学原理，哈雷出资于1687年出版,原理：数学、几何学著作先定义术语（质量、力、绝对时空）运动三定律：惯性定律力的大小由运动的变化来度量作用力和反作用力,伽利略的自由落体定律可以牛顿的三定律导出。牛顿用力来说明运动的动力学是对伽利略的描述动力学的归纳和概括,第一卷，解决引力问题，共14章第1章，无穷算法第2章，推导引力的平方反比式第3章，反推第4、5、6章继续讨论圆锥曲线的几何问题第7章，扩充伽利略的落体运动定律第10章，摆的运动第11章，引力与质量成正比第12章，球体质点的等效性证明第14章，运用力学讨论光的折射和反射问题,在第1卷中讨论物体在自由空间里的运动，与开普勒三定律联系起来在中心向心吸引力作用下做轨道运动的物体遵从开普勒第二定律（行星在相同的时间扫过相等的面积），反之亦然。由开普勒第三定律（运动时间的平方和轨道半径的立方成正比）推出引力与距离的平方成反比,第二卷，讨论物体具有阻力的在介质中的运动。批评笛卡尔的宇宙旋涡假说。,第三卷，论宇宙体系论宇宙体系的原因论月亮论潮汐论岁差论彗星,在太阳系里做轨道运动的天体遵从开普勒三定律。提供了观测数据证实了日心说保持行星运动的力与距离平方成反比天体和地球统一起来,原理第二版：对上帝的专题论述星体系统中明显存在一个“智慧超群而且无所不能的上帝”上帝通过他在自然界中的设计为我们所知。上帝是最伟大的钟表师只用数学处理引力，不杜撰假说,原理的出版使牛顿成名英国诗人波普诗赞：大自然和它的规律隐藏在黑暗之中上帝说：让牛顿去吧一切使灿然明朗,1693年患上严重的精神疾病，不再考虑力学问题当选国会议员1690年开始研究圣经1695年被任命为造币厂督办。1699年任造币厂厂长。,1703年当选英国皇家学会会长英国科学独裁者的角色微积分之争：牛顿1665年1666年完成莱布尼兹1676年完成，1684年发表。后来采取的是莱布尼兹版本的微积分，而不是牛顿版本的微积分,三、关于光学的研究,1704年出版光学以前工作的总结光学描述的是实验方法，没有太复杂的数学牛顿的实验主义：只给出实验证据，没有进行过多的演绎。,第一卷记载了有关光谱的一些实验第1卷中的毕达哥拉斯和新柏拉图倾向7种颜色、7种音阶、数学比例关系,第二卷讨论薄膜现象：牛顿环物质理论和物质的原子结构第三卷讨论衍射现象和双折射现象,光学中列出了带有普遍意义的有待进行的科学研究的问题，建立了研究传统。以自然神学结束光学，在自然中发现了上帝。,牛顿的自然神学适合当时英国的宗教自由主义科学和意识形态的结合晚年转向神学和圣经预言,四、牛顿的综合,用微粒扩充数学自然认识：惠更斯和年轻的牛顿,把运动微粒说从“雅典”的认识结构中解放出来，与其他两种自然认识形式嫁接。 惠更斯研究碰撞问题 牛顿使用了一种自创的力的概念，并试图使之服从数学度量和规则。这时的牛顿还没有根本想到“引力”那样的概念。炼金术研究启发他作出了这种（从碰撞力到吸引力）的跳跃。,培根式的混合：波义耳、胡克和年轻的牛顿,波义耳：用化学检验物质和运动的产出能力。投身于炼金术研究。微粒假说与实验工作的结合卓有成效。 胡克：轨道运动。设想的是一种磁作用，猜测力与距离的平方成反比。 牛顿：炼金术的研究使他确信，即使是自然界中的“生长作用”也不能仅仅归因于微粒运动。,伟大的综合：牛顿完成革命,“自然哲学的数学原理”。这里所说的“自然哲学”已经与“雅典”意义上的自然哲学不再有什么共同之处。 起初，牛顿只是在一种抽象的力的前提下推到椭圆轨道，力在这里还没有具体的物理意义。而在设计“宇宙体系”的原理第三卷中，这种力已经有了明确的物理意义。,要想创造一个能够维持下去的宇宙，上帝已经别无选择，而只能用“平方反比律”。智能设计的标志。 用数学推导与实验验证对自然研究中的任意性加以限制，最大程度上排除任意性。,惠更斯、波义耳和胡克：自然认识中，确定性无法达到，这是雅典式的自然认识。（从第一原理出发）牛顿：数学推导的确定性与追求一致的世界图景这种幻象性的东西之间的张力支配着他。,如果撇开数学和实验，牛顿的工作中还剩下些什么？只剩下一位敏锐幻想家的富于想象的爆发，而不是一位研究者的确凿结论。,牛顿名言,如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上我不知道世人怎么看，但在我自己看来，我只不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为比别人找到一块更光滑、更美丽的卵石和贝壳而感到高兴，而在我面前的真理的