牛頓有哪些貢獻?他對後世產生了哪些影響?
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牛頓是英國著名的物理學家,百科全書式的“全才”。牛頓是科學史上的一位偉人,一生科學貢獻卓越, 他是近代科學的鼻祖, 他開拓了向科學進軍的新紀元。
從小我們便對“一個蘋果砸在牛頓腦袋上”而引起他力學思考的軼事耳熟能詳。事實上,他在物理,數學,天文學和化學等多個領域都做出了卓越貢獻,幫助引領了科學革命。雖然蘋果落在他腦袋上很可能是假的,但他的貢獻確確實實改變了我們看待和理解我們周圍世界的方式,產生了極大影響。
在《影響人類歷史進程的100名人排行榜》中,艾薩克·牛頓名列第2位,僅次於穆罕默德。書中指出:在牛頓誕生後的數百年裏,人們的生活方式發現了翻天覆地的變化,而這些變化大都是基於牛頓的理論和發現。牛頓的一生是天才的一生,戰鬥的一生,也是孤獨的一生。一輩子沒有朋友,也沒有結過婚。
1642年,牛頓出生於農民家庭,在他出生前三個月,父親就病逝了,牛頓是早產兒,眼看就要死了。母親名叫哈拿,她在絕望中想起聖經上也有位名叫哈拿的女子,曾在困苦中向神禱告:“萬軍之耶和華阿,你若垂顧婢女的苦情,眷念不忘婢女,賜我一個兒子,我必使他終身歸與耶和華,不用剃頭刀剃他的頭。”
後來聖經裏的哈拿女子就生了撒母耳。牛頓的母親便發出了同樣的禱告,神讓牛頓活下來了。而之後,牛頓終身未婚,成全了母親“終身歸與耶和華”的禱告,用畢生精力向世人見證神的大能。
1661年6月3日,他進入了劍橋大學的三一學院。 在那時,該學院的教學基於亞里士多德的學説,但牛頓更喜歡閲讀一些笛卡爾等現代哲學家以及伽利略、哥白尼和開普勒等天文學家更先進的思想。1665年,大學為了預防倫敦大瘟疫而關閉了。在這兩年多無課可上的日子裏,牛頓習慣於在花園裏長時間地禱告和默想,習慣於在信仰中思索科學,在科學中深思信仰。
據他的好友斯蒂克利説,他確實是由於花園裏一個掉落的蘋果想到了萬有引力,並引發了一系列永遠改變科學界的事件,以致於蘋果後來成了萬有引力的標誌。但是,蘋果,以及其它任何的水果,都不能保證他一定發現萬有引力,真正導致他有此偉大的發現,是他的信念,以及他在花園裏禱告和默想的習慣。
牛頓是怎樣改變現代世界的?
他的運動定律為經典力學奠定了基礎
一個東西在靜止或運動的時候,除非有外力作用其上,不然的話它會始終保持靜止或運動。根據這項法則,他幫助我們解釋為什麼汽車在撞到牆壁時會停下來,但車內的人體將繼續以相同的恆定速度移動,直到車身撞擊外力,如儀表板或安全氣囊。力等於質量乘以加速度,或者表述為F=ma。這就很好地解釋了為什麼需要更大的力來移動或改變較大或較重的物體,紅綠燈路口,摩托車啟動甚至比轎車更快,以及為什麼用棒球棒擊打小物體會比用相同的球棒撞擊大物體產生更大的傷害等現象。
第三定律是對我們周圍的世界具有簡單的對稱性地一個創造性理解:對於每一個動作,都有一個平等而相反的反應。這在生活中是非常常見的。當你坐在椅子上時,你正在向椅子施加力量,但椅子正在施加相同的力量讓你保持直立。當火箭發射到太空時,這要歸功於火箭對氣體的向後的力以及氣體對火箭的向前的推力。
同樣是在該書中,他提出了萬有引力的想法。根據廣為流傳的説法,這與他家果園一個有靈性的蘋果有關。雖然這個故事是否屬實已經無從考證,但這仍然不失為一個用來解釋引力背後科學的有趣故事。牛頓通過計算得出,如果重力能將蘋果從樹上拉下來,那麼重力也可能會在很遠的距離上對物體施加拉力。
牛頓的理論有助於證明所有物體,無論是像蘋果一樣小,還是像行星一樣大,都受到引力的影響。正是由於萬有引力的存在,行星才會保持圍繞太陽旋轉的狀態,河流和潮汐的起伏的產生也歸因於此。這一定律還指出,較大質量較大的物體會產生更大的引力,這就是為什麼在較小的星球上行走時,人會感受到失重感。
他推動了微積分的發展
為了幫助更好地解釋他的引力和運動理論,牛頓在前人的研究基礎上,創造了一種新的,抽象的,專業化的數學形式。這種形式最初被稱為“流數”,也就是現在的微積分,它以現有代數和幾何不能做到的方式描繪了物體連續變化的自然狀態。在他的研究之後,微積分逐漸被人們接受、重視起來,不僅僅在運動方面,在數學、工程等各領域都有重要作用,奠定了它的歷史地位。
他創造了現代望遠鏡
在牛頓之前,已經有標準望遠鏡了,它提供放大倍率但有很大缺點。這種儀器使用的玻璃鏡片在不同的角度會改變不同顏色的方向。這導致通過這種鏡頭觀察物體會存在“色差”,而且在周圍產生模糊的離焦區域。牛頓不斷研磨自己的鏡片,經過大量的改進和測試,終於找到了解決方案。他用鏡像鏡頭取代了原來的鏡頭,他發明的新望遠鏡包括一個用於顯示主要圖像的大型凹面鏡,以及一個用於向眼睛反射該圖像的較小的平面鏡。他在1668年建造的第一個模型只有6英寸長,但可以將物體放大40倍。後來他把這個模型捐贈給了英格蘭皇家學會。
他幫助提出光譜分析法
在他之前,科學家們主要堅持古代的色彩理論,認為所有的顏色都來自輕盈和黑暗。但是牛頓不這麼認為。他進行了一系列看似無窮無盡的實驗來證明他的理論:在他昏暗的房間裏工作時,白光穿過牆上的水晶稜鏡,將其分成我們現在知道的七種顏色。科學家已經知道許多這些顏色存在,但他們相信稜鏡本身將白光轉化為這些顏色。但是,當牛頓將這些相同的顏色射回另一個稜鏡時,它們形成白光,證明白光實際上是彩虹所有顏色的組合。現如今我們在雨後天晴的時候看到彩虹想到其成因,或許還要感慨、感謝一下牛頓的貢獻呢。
無論初中高中還是大學階段,無論在課堂上還是考試中,你我可能都感受過被微積分、運動定律支配的恐懼。他在光學、天文學等多個領域同樣有所建樹。不可否認的是,經過幾個世紀的時間和實踐證明,牛頓的創造為大家的研究、計算提供了很好的方法、思路和工具,讓數學家、科學家、工程師們大大提高了工作效率和深度,這些無疑是無價之寶。這位17世紀的百科全書式奇才至今依然深深影響着現代世界。
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