關(guān)于牛頓的偉大事跡
牛頓是世界近代科學(xué)技術(shù)史上偉大的物理學(xué)家、天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家。牛頓是人類認(rèn)識(shí)自然界漫長(zhǎng)歷程中的一個(gè)重要人物，他的科學(xué)貢獻(xiàn)已成為人類認(rèn)識(shí)自然的里程碑。下面是學(xué)習(xí)啦小編跟大家分享的牛頓偉大事跡，歡迎大家來(lái)閱讀學(xué)習(xí)。
牛頓的人物生平
1.少年牛頓
1643年1月4日，在英格蘭林肯郡小鎮(zhèn)沃爾索浦的一個(gè)自耕農(nóng)家庭里，牛頓誕生了。牛頓是一個(gè)早產(chǎn)兒，出生時(shí)只有三磅重，接生婆和他的親人都擔(dān)心他能否活下來(lái)。誰(shuí)也沒(méi)有料到這個(gè)看起來(lái)微不足道的小東西會(huì)成為了一位名垂千古的科學(xué)巨人，并且竟活到了84歲的高齡。
牛頓出生前三個(gè)月父親便去世了。在他兩歲時(shí)，母親改嫁給一個(gè)牧師，把牛頓留在外祖母身邊撫養(yǎng)。11歲時(shí)，母親的后夫去世，母親帶著和后爸所生的一子二女回到牛頓身邊。牛頓自幼沉默寡言、性格倔強(qiáng)，這種習(xí)性可能來(lái)自他的家庭處境。
大約從五歲開(kāi)始，牛頓被送到公立學(xué)校讀書。少年時(shí)的牛頓并不是神童，他資質(zhì)平常、成績(jī)
一般，但他喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡(jiǎn)單機(jī)械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動(dòng)手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風(fēng)車、木鐘、折疊式提燈等等。
傳說(shuō)小牛頓把風(fēng)車的機(jī)械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他將老鼠綁在一架有輪子的踏車上，然后在輪子的前面放上一粒玉米，剛好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不斷的跑動(dòng)，于是輪子不停的轉(zhuǎn)動(dòng);又一次他放風(fēng)箏時(shí)，在繩子上懸掛著小燈，夜間村人看去驚疑是彗星出現(xiàn);他還制造了一個(gè)小水鐘。每天早晨，小水鐘會(huì)自動(dòng)滴水到他的臉上，催他起床。他還喜歡繪畫、雕刻，尤其喜歡刻日晷，家里墻角、窗臺(tái)上到處安放著他刻畫的日晷，用以驗(yàn)看日影的移動(dòng)。
牛頓12歲時(shí)進(jìn)了離家不遠(yuǎn)的格蘭瑟姆中學(xué)。牛頓的母親原希望他成為一個(gè)農(nóng)民，但牛頓本人卻無(wú)意于此，而酷愛(ài)讀書。隨著年歲的增大，牛頓越發(fā)愛(ài)好讀書，喜歡沉思，做科學(xué)小實(shí)驗(yàn)。他在格蘭瑟姆中學(xué)讀書時(shí)，曾經(jīng)寄宿在一位藥劑師家里，使他受到了化學(xué)試驗(yàn)的熏陶。
牛頓在中學(xué)時(shí)代學(xué)習(xí)成績(jī)并不出眾，只是愛(ài)好讀書，對(duì)自然現(xiàn)象有好奇心，例如顏色、日影四季的移動(dòng)，尤其是幾何學(xué)、哥白尼的日心說(shuō)等等。他還分門別類的記讀書筆記，又喜歡別出心裁的作些小工具、小技巧、小發(fā)明、小試驗(yàn)。
當(dāng)時(shí)英國(guó)社會(huì)滲透某宗教新思想，牛頓家里有兩位都以神父為職業(yè)的親戚，這可能影響牛頓晚年的宗教生活。從這些平凡的環(huán)境和活動(dòng)中，還看不出幼年的牛頓是個(gè)才能出眾異于常人的兒童。
后來(lái)迫于生活，母親讓牛頓停學(xué)在家務(wù)農(nóng)，贍養(yǎng)家庭。但牛頓一有機(jī)會(huì)便埋首書卷，以至經(jīng)常忘了干活。每次，母親叫他同傭人一道上市場(chǎng)，熟悉做交易的生意經(jīng)時(shí)，他便懇求傭人一個(gè)人上街，自己則躲在樹(shù)叢后看書。有一次，牛頓的舅父起了疑心，就跟蹤牛頓上市鎮(zhèn)去，發(fā)現(xiàn)他的外甥伸著腿，躺在草地上，正在聚精會(huì)神地鉆研一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題。牛頓的好學(xué)精神感動(dòng)了舅父，于是舅父勸服了母親讓牛頓復(fù)學(xué)，并鼓勵(lì)牛頓上大學(xué)讀書。牛頓又重新回到了學(xué)校，如饑似渴地汲取著書本上的營(yíng)養(yǎng)。
2.求學(xué)歲月
1661年，19歲的牛頓以減費(fèi)生的身份進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，靠為學(xué)院做雜務(wù)的收入支付學(xué)費(fèi)，1664年成為獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，1665年獲學(xué)士學(xué)位。
17世紀(jì)中葉，劍橋大學(xué)的教育制度還滲透著濃厚的中世紀(jì)經(jīng)院哲學(xué)的氣味，當(dāng)牛頓進(jìn)入劍橋時(shí)，那里還在傳授一些經(jīng)院式課程，如邏輯、古文、語(yǔ)法、古代史、神學(xué)等等。兩年后三一學(xué)院出現(xiàn)了新氣象，盧卡斯創(chuàng)設(shè)了一個(gè)獨(dú)辟蹊徑的講座，規(guī)定講授自然科學(xué)知識(shí)，如地理、物理、天文和數(shù)學(xué)課程。
講座的第一任教授伊薩克·巴羅是個(gè)博學(xué)的科學(xué)家。這位學(xué)者獨(dú)具慧眼，看出了牛頓具有深邃的觀察力、敏銳的理解力。于是將自己的數(shù)學(xué)知識(shí)，包括計(jì)算曲線圖形面積的方法，全部傳授給牛頓，并把牛頓引向了近代自然科學(xué)的研究領(lǐng)域。
在這段學(xué)習(xí)過(guò)程中，牛頓掌握了算術(shù)、三角，讀了開(kāi)普勒的《光學(xué)》，笛卡爾的《幾何學(xué)》和《哲學(xué)原理》，伽利略的《兩大世界體系的對(duì)話》，胡克的《顯微圖集》，還有皇家學(xué)會(huì)的歷史和早期的哲學(xué)學(xué)報(bào)等。
牛頓在巴羅門下的這段時(shí)間，是他學(xué)習(xí)的關(guān)鍵時(shí)期。巴羅比牛頓大12歲，精于數(shù)學(xué)和光學(xué)，他對(duì)牛頓的才華極為贊賞，認(rèn)為牛頓的數(shù)學(xué)才華超過(guò)自己。后來(lái)，牛頓在回憶時(shí)說(shuō)道：“巴羅博士當(dāng)時(shí)講授關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)的課程，也許正是這些課程促使我去研究這方面的問(wèn)題。”
當(dāng)時(shí)，牛頓在數(shù)學(xué)上很大程度是依靠自學(xué)。他學(xué)習(xí)了歐幾里得的《幾何原本》、笛卡爾的《幾何學(xué)》、沃利斯的《無(wú)窮算術(shù)》、巴羅的《數(shù)學(xué)講義》及韋達(dá)等許多數(shù)學(xué)家的著作。其中，對(duì)牛頓具有決定性影響的要數(shù)笛卡兒的《幾何學(xué)》和沃利斯的《無(wú)窮算術(shù)》，它們將牛頓迅速引導(dǎo)到當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)最前沿～解析幾何與微積分。1664年，牛頓被選為巴羅的助手，第二年，劍橋大學(xué)評(píng)議會(huì)通過(guò)了授予牛頓大學(xué)學(xué)士學(xué)位的決定。
1665～1666年嚴(yán)重的鼠疫席卷了倫敦，劍橋離倫敦不遠(yuǎn)，為恐波及，學(xué)校因此而停課，牛頓于1665年6月離校返鄉(xiāng)。
由于牛頓在劍橋受到數(shù)學(xué)和自然科學(xué)的熏陶和培養(yǎng)，對(duì)探索自然現(xiàn)象產(chǎn)生濃厚的興趣，家鄉(xiāng)安靜的環(huán)境又使得他的思想展翅飛翔。1665～1666年這段短暫的時(shí)光成為牛頓科學(xué)生涯中的黃金歲月，他在自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)思潮奔騰，才華迸發(fā)，思考前人從未思考過(guò)的問(wèn)題，踏進(jìn)了前人沒(méi)有涉及的領(lǐng)域，創(chuàng)建了前所未有的驚人業(yè)績(jī)。
1665年初，牛頓創(chuàng)立級(jí)數(shù)近似法,以及把任意冪的二項(xiàng)式化為一個(gè)級(jí)數(shù)的規(guī)則;同年11月，創(chuàng)立正流數(shù)法(微分);次年1月，用三棱鏡研究顏色理論;5月，開(kāi)始研究反流數(shù)法(積分)。這一年內(nèi)，牛頓開(kāi)始想到研究重力問(wèn)題，并想把重力理論推廣到月球的運(yùn)動(dòng)軌道上去。他還從開(kāi)普勒定律中推導(dǎo)出使行星保持在它們的軌道上的力必定與它們到旋轉(zhuǎn)中心的距離平方成反比。牛頓見(jiàn)蘋果落地而悟出地球引力的傳說(shuō)，說(shuō)的也是此時(shí)發(fā)生的軼事。
總之，在家鄉(xiāng)居住的兩年中，牛頓以比此后任何時(shí)候更為旺盛的精力從事科學(xué)創(chuàng)造，并關(guān)心自然哲學(xué)問(wèn)題。他的三大成就：微積分、萬(wàn)有引力、光學(xué)分析的思想都是在這時(shí)孕育成形的。可以說(shuō)此時(shí)的牛頓已經(jīng)開(kāi)始著手描繪他一生大多數(shù)科學(xué)創(chuàng)造的藍(lán)圖。
1667年復(fù)活節(jié)后不久，牛頓返回到劍橋大學(xué)，10月1日被選為三一學(xué)院的仲院侶(初級(jí)院委)，翌年3月16日獲得碩士學(xué)位，同時(shí)成為正院侶(高級(jí)院委)。1669年10月27日，巴羅為了提攜牛頓而辭去了教授之職，26歲的牛頓晉升為數(shù)學(xué)教授，并擔(dān)任盧卡斯講座的教授。巴羅為牛頓的科學(xué)生涯打通了道路，如果沒(méi)有牛頓的舅父和巴羅的幫助，牛頓這匹千里馬可能就不會(huì)馳騁在科學(xué)的大道上。巴羅讓賢，這在科學(xué)史上一直被傳為佳話。
3.晚年牛頓
對(duì)于牛頓的晚年，人們普遍存在一些“誤解”。認(rèn)為牛頓開(kāi)始相信上帝。但事實(shí)并非如此。對(duì)于微積分的研究是牛頓晚年的研究重點(diǎn)。微積分可以在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出物理量之間關(guān)系的函數(shù)形式，但具體函數(shù)物無(wú)從知曉(簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是知道誰(shuí)和誰(shuí)呈正比或反比關(guān)系，但作為初始條件的比例系數(shù)不知道)，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知。所以，牛頓提出“上帝第一次推動(dòng)”這一個(gè)概念，就是說(shuō)，像密度等物質(zhì)固有屬性是大自然自己制定的，無(wú)法更改，也無(wú)從推導(dǎo)。而人們的誤解普遍來(lái)源于“上帝第一次推動(dòng)”，誤解為“上帝第一次推動(dòng)力”(牛頓生活的時(shí)代還沒(méi)有力的物理概念，牛頓定律是牛頓通過(guò)動(dòng)量形式表達(dá)出來(lái)的)。
4.宗教觀點(diǎn)
萬(wàn)有引力定律是牛頓最著名的發(fā)現(xiàn)。牛頓警告，不可用此發(fā)現(xiàn)把宇宙看成只是機(jī)器，猶如一個(gè)大時(shí)鐘。他說(shuō)：“重力解釋行星的運(yùn)行，但不能解釋誰(shuí)使行星運(yùn)行。上帝治理萬(wàn)物，知道一切可做或能做的事?！钡桥ｎD不相信三位一體論和救恩，他明確表示不相信三位一體和很多基本某宗教教義比如救恩，也不相信禱告。而且諷刺的是，他是神圣的劍橋大學(xué)三一學(xué)院的院士。著名科學(xué)哲學(xué)家李察·威斯科(Richard Westfall)稱牛頓為“原型自然神論者”(proto-deist)，所謂“自然神論”，是相信神創(chuàng)造這世界之后，就讓自然規(guī)律去統(tǒng)治這個(gè)世界，自己再不插手，世界在自然規(guī)律的支配下運(yùn)轉(zhuǎn)。牛頓正是抱著這種宇宙觀，所以牛頓對(duì)事情的解釋是自然規(guī)律加概率，當(dāng)然沒(méi)禱告什么事。在他那部著名的著作里面，牛頓明確地說(shuō)：他認(rèn)為天體之所以會(huì)運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)樘熘鲃?chuàng)造了萬(wàn)物以后， 也設(shè)定了各種自然規(guī)律， 比如運(yùn)動(dòng)定律等等。天主先把它們一推，然后天體就按“動(dòng)者恒動(dòng)”的定律一直運(yùn)動(dòng)下去，事物都就按照自然規(guī)律和概率順其自然的發(fā)生。天主不再作任何事情。牛頓的宇宙觀，屬于宗教的另外一個(gè)分支，也叫做“機(jī)械宇宙觀”、或者“鐘表宇宙觀”。這種見(jiàn)解當(dāng)然與某宗教的基本教義相去甚遠(yuǎn)，難怪循道會(huì)創(chuàng)始人約翰·衛(wèi)斯理(John Welsey)對(duì)牛頓的信仰表示懷疑。
牛頓的成就影響
《流數(shù)法》(Method of Fluxions，1671)
《Of Natures Obvious Laws & Processes in Vegetation》(1671–75)有關(guān)煉金術(shù)未完成的作品
《物體在軌道中之運(yùn)動(dòng)》(De Motu Corporum in Gyrum，1684)
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica，1687)
《光學(xué)》(Opticks，1704)
《作為鑄幣廠主管的報(bào)告》(Reports as Master of the Mint，1701-1725)
《廣義算術(shù)》(Arithmetica Universalis，1707)
《簡(jiǎn)編年史》(Short Chronicle)、《世界之體系》(The System of the World)、《光學(xué)講稿》(Optical Lectures)、《古王國(guó)年表，修訂》(The Chronology of Ancient Kingdoms, Amended)和《De mundi systemate》在他死后的1728年出版。
《兩處著名圣經(jīng)訛誤的歷史變遷》 (An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture，1754)
1.創(chuàng)立微積分
大多數(shù)現(xiàn)代歷史學(xué)家都相信，牛頓與萊布尼茨獨(dú)立發(fā)展出了微積分學(xué)，并為之創(chuàng)造了各自獨(dú)特的符號(hào)。根據(jù)牛頓周圍的人所述，牛頓要比萊布尼茨早幾年得出他的方法，但在1693年以前他幾乎沒(méi)有發(fā)表任何內(nèi)容，并直至1704年他才給出了其完整的敘述。其間，萊布尼茨已在1684年發(fā)表了他的方法的完整敘述。此外，萊布尼茨的符號(hào)和“微分法”被歐洲大陸全面地采用，在大約1820年以后，英國(guó)也采用了該方法。萊布尼茨的筆記本記錄了他的思想從初期到成熟的發(fā)展過(guò)程，而在牛頓已知的記錄中只發(fā)現(xiàn)了他最終的結(jié)果。牛頓聲稱他一直不愿公布他的微積分學(xué)，是因?yàn)樗卤蝗藗兂靶?。牛頓與瑞士數(shù)學(xué)家尼古拉·法蒂奧·丟勒(Nicolas Fatio de Duillier)的聯(lián)系十分密切，后者一開(kāi)始便被牛頓的引力定律所吸引。1691年，丟勒打算編寫一個(gè)新版本的牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，但從未完成它。一些研究牛頓的傳記作者認(rèn)為他們之間的關(guān)系可能存在愛(ài)情的成分。不過(guò)，在1694年這兩個(gè)人之間的關(guān)系冷卻了下來(lái)。在那個(gè)時(shí)候，丟勒還與萊布尼茨交換了幾封信件。
在1699年初，皇家學(xué)會(huì)(牛頓也是其中的一員)的其他成員們指控萊布尼茨剽竊了牛頓的成果，爭(zhēng)論在1711年全面爆發(fā)了。牛頓所在的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)宣布，一項(xiàng)調(diào)查表明了牛頓才是真正的發(fā)現(xiàn)者，而萊布尼茨被斥為騙子。但在后來(lái)，發(fā)現(xiàn)該調(diào)查評(píng)論萊布尼茨的結(jié)語(yǔ)是由牛頓本人書寫，因此該調(diào)查遭到了質(zhì)疑。這導(dǎo)致了激烈的牛頓與萊布尼茨的微積分學(xué)論戰(zhàn)，并破壞了牛頓與萊布尼茨的生活，直到后者在1716年逝世。這場(chǎng)爭(zhēng)論在英國(guó)和歐洲大陸的數(shù)學(xué)家間劃出了一道鴻溝，并可能阻礙了英國(guó)數(shù)學(xué)至少一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展。
牛頓的一項(xiàng)被廣泛認(rèn)可的成就是廣義二項(xiàng)式定理，它適用于任何冪。他發(fā)現(xiàn)了牛頓恒等式、牛頓法，分類了立方面曲線(兩變量的三次多項(xiàng)式)，為有限差理論作出了重大貢獻(xiàn)，并首次使用了分式指數(shù)和坐標(biāo)幾何學(xué)得到丟番圖方程的解。他用對(duì)數(shù)趨近了調(diào)和級(jí)數(shù)的部分和(這是歐拉求和公式的一個(gè)先驅(qū))，并首次有把握地使用冪級(jí)數(shù)和反轉(zhuǎn)(revert)冪級(jí)數(shù)。他還發(fā)現(xiàn)了π的一個(gè)新公式。
他在1669年被授予盧卡斯數(shù)學(xué)教授席位。在那一天以前，劍橋或牛津的所有成員都是經(jīng)過(guò)任命的圣公會(huì)牧師。不過(guò)，盧卡斯教授之職的條件要求其持有者不得活躍于教堂(大概是如此可讓持有者把更多時(shí)間用于科學(xué)研究上)。牛頓認(rèn)為應(yīng)免除他擔(dān)任神職工作的條件，這需要查理二世的許可，后者接受了牛頓的意見(jiàn)。這樣避免了牛頓的宗教觀點(diǎn)與圣公會(huì)信仰之間的沖突。
2.提出光的微粒說(shuō)
從1670年到1672年，牛頓負(fù)責(zé)講授光學(xué)。在此期間，他研究了光的折射，表明棱鏡可以將白光發(fā)散為彩色光譜，而透鏡和第二個(gè)棱鏡可以將彩色光譜重組為白光。他還通過(guò)分離出單色的光束，并將其照射到不同的物體上的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了色光不會(huì)改變自身的性質(zhì)。牛頓還注意到，無(wú)論是反射、散射或發(fā)射，色光都會(huì)保持同樣的顏色。因此，我們觀察到的顏色是物體與特定有色光相合的結(jié)果，而不是物體產(chǎn)生顏色的結(jié)果。
從這項(xiàng)工作中，他得出了如下結(jié)論：任何折光式望遠(yuǎn)鏡都會(huì)受到光散射成不同顏色的影響，并因此發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡(現(xiàn)稱作牛頓望遠(yuǎn)鏡)來(lái)回避這個(gè)問(wèn)題。他自己打磨鏡片，使用牛頓環(huán)來(lái)檢驗(yàn)鏡片的光學(xué)品質(zhì)，制造出了優(yōu)于折光式望遠(yuǎn)鏡的儀器，而這都主要?dú)w功于其大直徑的鏡片。1671年，他在皇家學(xué)會(huì)上展示了自己的反射式望遠(yuǎn)鏡?；始覍W(xué)會(huì)的興趣鼓勵(lì)了牛頓發(fā)表他關(guān)于色彩的筆記，這在后來(lái)擴(kuò)大為《光學(xué)》(Opticks)一書。但當(dāng)羅伯特·胡克批評(píng)了牛頓的某些觀點(diǎn)后，牛頓對(duì)其很不滿并退出了辯論會(huì)。兩人自此以后成為了敵人，這一直持續(xù)到胡克去世。
牛頓認(rèn)為光是由粒子或微粒組成的，并會(huì)因加速通過(guò)光密介質(zhì)而折射，但他也不得不將它們與波聯(lián)系起來(lái)，以解釋光的衍射現(xiàn)象。而其后世的物理學(xué)家們則更加偏愛(ài)以純粹的光波來(lái)解釋衍射現(xiàn)象?，F(xiàn)代的量子力學(xué)、光子以及波粒二象性的思想與牛頓對(duì)光的理解只有很小的相同點(diǎn)。
在1675年的著作《解釋光屬性的解說(shuō)》(Hypothesis Explaining the Properties of Light)中，牛頓假定了以太的存在，認(rèn)為粒子間力的傳遞是透過(guò)以太進(jìn)行的。不過(guò)牛頓在與神智學(xué)家亨利·莫爾(Henry More)接觸后重新燃起了對(duì)煉金術(shù)的興趣，并改用源于漢密斯神智學(xué)(Hermeticism)中粒子相吸互斥思想的神秘力量來(lái)解釋，替換了先前假設(shè)以太存在的看法。擁有許多牛頓煉金術(shù)著作的經(jīng)濟(jì)學(xué)大師約翰·梅納德·凱恩斯曾說(shuō)：“牛頓不是理性時(shí)代的第一人，他是最后的一位煉金術(shù)士?！钡ｎD對(duì)煉金術(shù)的興趣卻與他對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)息息相關(guān)，而且在那個(gè)時(shí)代煉金術(shù)與科學(xué)也還沒(méi)有明確的區(qū)別。如果他沒(méi)有依靠神秘學(xué)思想來(lái)解釋穿過(guò)真空的超距作用，他可能也不會(huì)發(fā)展出他的引力理論。(參見(jiàn)艾薩克·牛頓的神秘學(xué)研究)
1704年，牛頓著成《光學(xué)》，其中他詳述了光的粒子理論。他認(rèn)為光是由非常微小的微粒組成的，而普通物質(zhì)是由較粗微粒組成，并推測(cè)如果通過(guò)某種煉金術(shù)的轉(zhuǎn)化“難道物質(zhì)和光不能互相轉(zhuǎn)變嗎?物質(zhì)不可能由進(jìn)入其結(jié)構(gòu)中的光粒子得到主要的動(dòng)力(Activity)嗎?牛頓還使用玻璃球制造了原始形式的摩擦靜電發(fā)電機(jī)。
3.牛頓力學(xué)
1679年，牛頓重新回到力學(xué)的研究中：引力及其對(duì)行星軌道的作用、開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)定律、與胡克和弗拉姆斯蒂德在力學(xué)上的討論。他將自己的成果歸結(jié)在《物體在軌道中之運(yùn)動(dòng)》(1684年)一書中，該書中包含有初步的、后來(lái)在《原理》中形成的運(yùn)動(dòng)定律。
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(現(xiàn)常簡(jiǎn)稱作《原理》)在埃德蒙·哈雷的鼓勵(lì)和支持下出版于1687年7月5日。該書中牛頓闡述了其后兩百年間都被視作真理的三大運(yùn)動(dòng)定律。牛頓使用拉丁單詞“gravitas”(沉重)來(lái)為現(xiàn)今的引力(gravity)命名，并定義了萬(wàn)有引力定律。在這本書中，他還基于波義耳定律提出了首個(gè)分析測(cè)定空氣中音速的方法。
由于《原理》的成就，牛頓得到了國(guó)際性的認(rèn)可，并為他贏得了一大群支持者：牛頓與其中的瑞士數(shù)學(xué)家尼古拉·法蒂奧·丟勒建立了非常親密的關(guān)系，直到1693年他們的友誼破裂。這場(chǎng)友誼的結(jié)束讓牛頓患上了神經(jīng)衰弱。
4.中國(guó)影響
牛頓生活的年代相當(dāng)于明亡之前一年到清雍正5年，《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書發(fā)表的時(shí)間相當(dāng)于康熙25年。從牛頓《原理》發(fā)表的1687年到1840年的150余年間，牛頓物理學(xué)和天文學(xué)知識(shí)幾乎沒(méi)有介紹到中國(guó)。《原理》一書的基本內(nèi)容直到鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)之后才在中國(guó)傳播。
哥白尼的太陽(yáng)中心說(shuō)、開(kāi)普勒的橢圓軌道、牛頓的萬(wàn)有引力三者相繼傳入中國(guó)，它們和中土奉為圭臬的“天動(dòng)地靜”、“天圓地方”、“陰陽(yáng)相感”的傳統(tǒng)有天壤之別。這就不能不引起中國(guó)人的巨大反響。牛頓學(xué)說(shuō)在中國(guó)的傳播決不只是影響了學(xué)術(shù)界，喚醒了人們對(duì)于科學(xué)真理的認(rèn)識(shí)。更重要的是，也為中國(guó)資產(chǎn)階級(jí)改革派發(fā)起的戊戌變法(1898年)提供了一種輿論準(zhǔn)備。這個(gè)運(yùn)動(dòng)的主將康有為、梁?jiǎn)⒊妥T嗣同等人，都無(wú)例外地從牛頓學(xué)說(shuō)中尋找維新變法的根據(jù)，尤其是牛頓在科學(xué)上革故圖新的精神鼓舞了清代一切希望變革社會(huì)的有志之士。
牛頓的主要貢獻(xiàn)
力學(xué)方面的貢獻(xiàn)
牛頓在伽利略等人工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究，總結(jié)出了物體運(yùn)動(dòng)的三個(gè)基本定律(牛頓三定律)：
第一定律
即慣性定律
任何一個(gè)物體在不受任何外力或受到的力平衡時(shí)(Fnet=0)，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。
第二定律
1)牛頓第二定律是力的瞬時(shí)作用規(guī)律。力和加速度同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消逝?！、艶=ma是一個(gè)矢量方程，應(yīng)用時(shí)應(yīng)規(guī)定正方向，凡與正方向相同的力或加速度均取正值，反之取負(fù)值，一般常取加速度的方向?yàn)檎较颉！、歉鶕?jù)力的獨(dú)立作用原理，用牛頓第二定律處理物體在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題時(shí)，可將物體所受各力正交分解，在兩個(gè)互相垂直的方向上分別應(yīng)用牛頓第二定律的分量形式：Fx=max，F(xiàn)y=may列方程。牛頓第二定律的六個(gè)性質(zhì)⑴因果性：力是產(chǎn)生加速度的原因?！、仆w性：F合、m、a對(duì)應(yīng)于同一物體。?、鞘噶啃裕毫图铀俣榷际鞘噶浚矬w加速度方向由物體所受合外力的方向決定。
牛頓第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式∑F = ma中，等號(hào)不僅表示左右兩邊數(shù)值相等，也表示方向一致，即物體加速度方向與所受合外力方向相同?！、人矔r(shí)性：當(dāng)物體(質(zhì)量一定)所受外力發(fā)生突然變化時(shí)，作為由力決定的加速度的大小和方向也要同時(shí)發(fā)生突變;當(dāng)合外力為零時(shí)，加速度同時(shí)為零，加速度與合外力保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。牛頓第二定律是一個(gè)瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的規(guī)律，表明了力的瞬間效應(yīng)。?、上鄬?duì)性：自然界中存在著一種坐標(biāo)系，在這種坐標(biāo)系中，當(dāng)物體不受力時(shí)將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，這樣的坐標(biāo)系叫慣性參照系。地面和相對(duì)于地面靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體可以看作是慣性參照系，牛頓定律只在慣性參照系中才成立。
⑹獨(dú)立性：作用在物體上的各個(gè)力，都能各自獨(dú)立產(chǎn)生一個(gè)加速度，各個(gè)力產(chǎn)生的加速度的失量和等于合外力產(chǎn)生的加速度。適用范圍⑴只適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體(與光速比速度較低)?！、浦贿m用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀原子?！、菂⒄障祽?yīng)為慣性系。兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，在同一直線上，大小相等，方向相反。(詳見(jiàn)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律)表達(dá)式 F=-F'
第三定律
(F表示作用力，F(xiàn)'表示反作用力，負(fù)號(hào)表示反作用力F'與作用力F的方向相反)這三個(gè)非常簡(jiǎn)單的物體運(yùn)動(dòng)定律，為力學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并對(duì)其他學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。第一定律的內(nèi)容伽利略曾提出過(guò)，后來(lái)R.笛卡兒作過(guò)形式上的改進(jìn)，伽利略也曾非正式地提到第二定律的內(nèi)容。第三定律的內(nèi)容則是牛頓在總結(jié)C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的結(jié)果之后得出的。
牛頓是萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)者。他在1665～1666年開(kāi)始考慮這個(gè)問(wèn)題。萬(wàn)有引力定律(Law of universal gravitation)是艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》上發(fā)表的。1679年，R·胡克在寫給他的信中提出，引力應(yīng)與距離平方成反比，地球高處拋體的軌道為橢圓，假設(shè)地球有縫，拋體將回到原處，而不是像牛頓所設(shè)想的軌道是趨向地心的螺旋線。牛頓沒(méi)有回信，但采用了胡克的見(jiàn)解。在開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律以及其他人的研究成果上，他用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出了萬(wàn)有引力定律。
牛頓把地球上物體的力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一到一個(gè)基本的力學(xué)體系中，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)理論體系。正確地反映了宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了自然科學(xué)的第一次大統(tǒng)一。這是人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的一次飛躍。
牛頓指出流體粘性阻力與剪切率成正比。他說(shuō)：流體部分之間由于缺乏潤(rùn)滑性而引起的阻力，如果其他都相同，與流體部分之間分離速度成比例。在此把符合這一規(guī)律的流體稱為牛頓流體，其中包括最常見(jiàn)的水和空氣，不符合這一規(guī)律的稱為非牛頓流體。
在給出平板在氣流中所受阻力時(shí)，牛頓對(duì)氣體采用粒子模型，得到阻力與攻角正弦平方成正比的結(jié)論。這個(gè)結(jié)論一般地說(shuō)并不正確，但由于牛頓的權(quán)威地位，后人曾長(zhǎng)期奉為信條。20世紀(jì)，T·卡門在總結(jié)空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展時(shí)曾風(fēng)趣地說(shuō)，牛頓使飛機(jī)晚一個(gè)世紀(jì)上天。
關(guān)于聲的速度，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。但由于他把聲傳播當(dāng)作等溫過(guò)程，結(jié)果與實(shí)際不符，后來(lái)P.-S.拉普拉斯從絕熱過(guò)程考慮，修正了牛頓的聲速公式。
數(shù)學(xué)方面的貢獻(xiàn)
創(chuàng)建微積分
17世紀(jì)以來(lái)，原有的幾何和代數(shù)已難以解決當(dāng)時(shí)生產(chǎn)和自然科學(xué)所提出的許多新問(wèn)題，例如：如何求出物體的瞬時(shí)速度與加速度?如何求曲線的切線及曲線長(zhǎng)度(行星路程)、矢徑掃過(guò)的面積、極大極小值(如近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)、最大射程等)、體積、重心、引力等等;盡管牛頓以前已有對(duì)數(shù)、解析幾何、無(wú)窮級(jí)數(shù)等成就，但還不能圓滿或普遍地解決這些問(wèn)題。當(dāng)時(shí)笛卡兒的《幾何學(xué)》和沃利斯的《無(wú)窮算術(shù)》對(duì)牛頓的影響最大。牛頓將古希臘以來(lái)求解無(wú)窮小問(wèn)題的種種特殊方法統(tǒng)一為兩類算法：正流數(shù)術(shù)(微分)和反流數(shù)術(shù)(積分)，反映在1669年的《運(yùn)用無(wú)限多項(xiàng)方程》、1671年的《流數(shù)術(shù)與無(wú)窮級(jí)數(shù)》、1676年的《曲線求積術(shù)》三篇論文和《原理》一書中，以及被保存下來(lái)的1666年10月他寫的在朋友們中間傳閱的一篇手稿《論流數(shù)》中。所謂“流量”就是隨時(shí)間而變化的自變量如x、y、s、u等，“流數(shù)”就是流量的改變速度即變化率，寫作等。他說(shuō)的“差率”“變率”就是微分。與此同時(shí)，他還在1676年首次公布了他發(fā)明的二項(xiàng)式展開(kāi)定理。牛頓利用它還發(fā)現(xiàn)了其他無(wú)窮級(jí)數(shù)，并用來(lái)計(jì)算面積、積分、解方程等等。1684年萊布尼茲從對(duì)曲線的切線研究中引入了和拉長(zhǎng)的S作為微積分符號(hào)，從此牛頓創(chuàng)立的微積分學(xué)在大陸各國(guó)迅速推廣。
微積分的出現(xiàn)，成了數(shù)學(xué)發(fā)展中除幾何與代數(shù)以外的另一重要分支——數(shù)學(xué)分析(牛頓稱之為“借助于無(wú)限多項(xiàng)方程的分析”)，并進(jìn)一步進(jìn)進(jìn)發(fā)展為微分幾何、微分方程、變分法等等，這些又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了理論物理學(xué)的發(fā)展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲線的解答，這是變分法的最初始問(wèn)題，半年內(nèi)全歐數(shù)學(xué)家無(wú)人能解答。1697年，一天牛頓偶然聽(tīng)說(shuō)此事，當(dāng)天晚上一舉解出，并匿名刊登在《哲學(xué)學(xué)報(bào)》上。伯努利驚異地說(shuō)：“從這鋒利的爪中我認(rèn)出了雄獅”。
微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學(xué)成就。牛頓為解決運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學(xué)理論的，牛頓稱之為"流數(shù)術(shù)"。它所處理的一些具體問(wèn)題，如切線問(wèn)題、求積問(wèn)題、瞬時(shí)速度問(wèn)題以及函數(shù)的極大和極小值問(wèn)題等，在牛頓前已經(jīng)得到人們的研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對(duì)以往分散的結(jié)論加以綜合，將自古希臘以來(lái)求解無(wú)限小問(wèn)題的各種技巧統(tǒng)一為兩類普通的算法——微分和積分，并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系，從而完成了微積分發(fā)明中最關(guān)鍵的一步，為近代科學(xué)發(fā)展提供了最有效的工具，開(kāi)辟了數(shù)學(xué)上的一個(gè)新紀(jì)元。
牛頓沒(méi)有及時(shí)發(fā)表微積分的研究成果，他研究微積分可能比萊布尼茨早一些，但是萊布尼茨所采取的表達(dá)形式更加合理，而且關(guān)于微積分的著作出版時(shí)間也比牛頓早。
在牛頓和萊布尼茨之間，為爭(zhēng)論誰(shuí)是這門學(xué)科的創(chuàng)立者的時(shí)候，竟然引起了一場(chǎng)悍然大波，這種爭(zhēng)吵在各自的學(xué)生、支持者和數(shù)學(xué)家中持續(xù)了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，造成了歐洲大陸的數(shù)學(xué)家和英國(guó)數(shù)學(xué)家的長(zhǎng)期對(duì)立。英國(guó)數(shù)學(xué)在一個(gè)時(shí)期里閉關(guān)鎖國(guó)，囿于民族偏見(jiàn)，過(guò)于拘泥在牛頓的“流數(shù)術(shù)”中停步不前，因而數(shù)學(xué)發(fā)展整整落后了一百年。
1707年，牛頓的代數(shù)講義經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術(shù)》。他主要討論了代數(shù)基礎(chǔ)及其(通過(guò)解方程)在解決各類問(wèn)題中的應(yīng)用。書中陳述了代數(shù)基本概念與基本運(yùn)算，用大量實(shí)例說(shuō)明了如何將各類問(wèn)題化為代數(shù)方程，同時(shí)對(duì)方程的根及其性質(zhì)進(jìn)行了深入探討，引出了方程論方面的豐碩成果，如：他得出了方程的根與其判別式之間的關(guān)系，指出可以利用方程系數(shù)確定方程根之冪的和數(shù)，即“牛頓冪和公式”。
牛頓對(duì)解析幾何與綜合幾何都有貢獻(xiàn)。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出密切線圓(或稱曲線圓)概念，提出曲率公式及計(jì)算曲線的曲率方法。并將自己的許多研究成果總結(jié)成專論《三次曲線枚舉》，于1704年發(fā)表。此外，他的數(shù)學(xué)工作還涉及數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領(lǐng)域。
牛頓在前人工作的基礎(chǔ)上，提出“流數(shù)(fluxion)法”，建立了二項(xiàng)式定理，并和G.W.萊布尼茨幾乎同時(shí)創(chuàng)立了微積分學(xué)，得出了導(dǎo)數(shù)、積分的概念和運(yùn)算法則，闡明了求導(dǎo)數(shù)和求積分是互逆的兩種運(yùn)算，為數(shù)學(xué)的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)新紀(jì)元。
二項(xiàng)式定理
在一六六五年，剛好二十二歲的牛頓發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定理，這對(duì)于微積分的充分發(fā)展是必不可少的一步。二項(xiàng)式定理在組合理論、開(kāi)高次方、高階等差數(shù)列求和，以及差分法中有廣泛的應(yīng)用。
二項(xiàng)式級(jí)數(shù)展開(kāi)式是研究級(jí)數(shù)論、函數(shù)論、數(shù)學(xué)分析、方程理論的有力工具。在今天我們會(huì)發(fā)覺(jué)這個(gè)方法只適用于n是正整數(shù)，當(dāng)n是正整數(shù)1，2，3，....... ，級(jí)數(shù)終止在正好是n+1項(xiàng)。如果n不是正整數(shù)，級(jí)數(shù)就不會(huì)終止，這個(gè)方法就不適用了。但是我們要知道那時(shí)，萊布尼茨在一六九四年才引進(jìn)函數(shù)這個(gè)詞，在微積分早期階段，研究超越函數(shù)時(shí)用它們的級(jí)來(lái)處理是所用方法中最有成效的。
熱學(xué)方面的貢獻(xiàn)
牛頓確定了冷卻定律，即當(dāng)物體表面與周圍有溫差時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。
天文學(xué)的貢獻(xiàn)
牛頓1672年創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡。他用質(zhì)點(diǎn)間的萬(wàn)有引力證明，密度呈球?qū)ΨQ的球體對(duì)外的引力都可以用同質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)放在中心的位置來(lái)代替。他還用萬(wàn)有引力原理說(shuō)明潮汐的各種現(xiàn)象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有關(guān)，而且同太陽(yáng)的方位有關(guān)。牛頓預(yù)言地球不是正球體。歲差就是由于太陽(yáng)對(duì)赤道突出部分的攝動(dòng)造成的。
哲學(xué)方面的貢獻(xiàn)
牛頓的哲學(xué)思想基本屬于自發(fā)的唯物主義，他承認(rèn)時(shí)間、空間的客觀存在。如同歷史上一切偉大人物一樣，牛頓雖然對(duì)人類作出了巨大的貢獻(xiàn)，但他也不能不受時(shí)代的限制。例如，他把時(shí)間、空間看作是同運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)相脫離的東西，提出了所謂絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念;他對(duì)那些暫時(shí)無(wú)法解釋的自然現(xiàn)象歸結(jié)為上帝的安排，提出一切行星都是在某種外來(lái)的“第一推動(dòng)力”作用下才開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法。
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》牛頓最重要的著作，1687年出版。該書總結(jié)了他一生中許多重要發(fā)現(xiàn)和研究成果，其中包括上述關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)的定律。他說(shuō)，該書“所研究的主要是關(guān)于重、輕流體抵抗力及其他吸引運(yùn)動(dòng)的力的狀況，所以我們研究的是自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理?！痹摃鴤魅胫袊?guó)后，中國(guó)數(shù)學(xué)家李善蘭曾譯出一部分，但未出版，譯稿也遺失了?，F(xiàn)有的中譯本是數(shù)學(xué)家鄭太樸翻譯的，書名為《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》，1931年商務(wù)印書館初版，1957、1958年兩次重印。
經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的貢獻(xiàn)：提出金本位制度。
方程論與變分法
牛頓在代數(shù)方面也作出了經(jīng)典的貢獻(xiàn)，他的《廣義算術(shù)》大大推動(dòng)了方程論。他發(fā)現(xiàn)實(shí)多項(xiàng)式的虛根必定成雙出現(xiàn)，求多項(xiàng)式根的上界的規(guī)則，他以多項(xiàng)式的系數(shù)表示多項(xiàng)式的根n次冪之和公式，給出實(shí)多項(xiàng)式虛根個(gè)數(shù)的限制的笛卡兒符號(hào)規(guī)則的一個(gè)推廣。
牛頓在還設(shè)計(jì)了求數(shù)值方程的實(shí)根近似值的對(duì)數(shù)和超越方程都適用的一種方法，該方法的修正，現(xiàn)稱為牛頓方法。
牛頓在力學(xué)領(lǐng)域也有偉大的發(fā)現(xiàn)，這是說(shuō)明物體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)。
第—運(yùn)動(dòng)定律是伽利略發(fā)現(xiàn)的。這個(gè)定律闡明，如果物體處于靜止或作恒速直線運(yùn)動(dòng)，那么只要沒(méi)有外力作用，它就仍將保持靜止或繼續(xù)作勻速直線運(yùn)動(dòng)。這個(gè)定律也稱慣性定律，它描述了力的一種性質(zhì)：力可以使物體由靜止到運(yùn)動(dòng)和由運(yùn)動(dòng)到靜止，也可以使物體由一種運(yùn)動(dòng)形式變化為另一種形式。此被稱為牛頓第一定律。力學(xué)中最重要的問(wèn)題是物體在類似情況下如何運(yùn)動(dòng)。牛頓第二定律解決了這個(gè)問(wèn)題;該定律被看作是古典物理學(xué)中最重要的基本定律。牛頓第二定律定量地描述了力能使物體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化。它說(shuō)明速度的時(shí)間變化率(即加速度a與力F成正比，而與物體的質(zhì)量里成反比，即a=F/m或F=ma;力越大，加速度也越大;質(zhì)量越大，加速度就越小。力與加速度都既有量值又有方向。加速度由力引起，方向與力相同;如果有幾個(gè)力作用在物體上，就由合力產(chǎn)生加速度，第二定律是最重要的，動(dòng)力的所有基本方程都可由它通過(guò)微積分推導(dǎo)出來(lái)。
此外，牛頓根據(jù)這兩個(gè)定律制定出第三定律。牛頓第三定律指出，兩個(gè)物體的相互作用總是大小相等而方向相反。對(duì)于兩個(gè)直接接觸的物體，這個(gè)定律比較易于理解。書本對(duì)子桌子向下的壓力等于桌子對(duì)書本的向上的托力，即作用力等于反作用力。引力也是如此，飛行中的飛機(jī)向上拉地球的力在數(shù)值上等于地球向下拉飛機(jī)的力。牛頓運(yùn)動(dòng)定律廣泛用于科學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題上。
牛頓運(yùn)動(dòng)定律
牛頓運(yùn)動(dòng)定律是艾薩克·牛頓提出了物理學(xué)的三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律的總稱，被譽(yù)為是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。
為“牛頓第一定律(慣性定律：一切物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止?！鞔_了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系及提出了慣性的概念)”、“牛頓第二定律(物體的加速度跟物體所受的合外力F成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。)公式：F=kma(當(dāng)m單位為kg，a單位為m/s2時(shí)，k=1)、牛頓第三定律(兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，在同一條直線上，大小相等，方向相反。)”
光學(xué)貢獻(xiàn)
在牛頓以前，墨子、培根、達(dá)·芬奇等人都研究過(guò)光學(xué)現(xiàn)象 。反射定律是人們很早就認(rèn)識(shí)的光學(xué)定律之一。近代科學(xué)興起的時(shí)候，伽利略靠望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了“新宇宙”，震驚了世界。荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅爾首先發(fā)現(xiàn)了光的折射定律。笛卡爾提出了光的微粒說(shuō)……
牛頓以及跟他差不多同時(shí)代的胡克、惠更斯等人，也像伽利略、笛卡爾等前輩一樣，用極大的興趣和熱情對(duì)光學(xué)進(jìn)行研究。1666年，牛頓在家休假期間，得到了三棱鏡，他用來(lái)進(jìn)行了著名的色散試驗(yàn)。一束太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡后，分解成幾種顏色的光譜帶，牛頓再用一塊帶狹縫的擋板把其他顏色的光擋住，只讓一種顏色的光在通過(guò)第二個(gè)三棱鏡，結(jié)果出來(lái)的只是同樣顏色的光。這樣，他就發(fā)現(xiàn)了白光是由各種不同顏色的光組成的，這是第一大貢獻(xiàn)。
牛頓為了驗(yàn)證這個(gè)發(fā)現(xiàn)，設(shè)法把幾種不同的單色光合成白光，并且計(jì)算出不同顏色光的折射率，精確地說(shuō)明了色散現(xiàn)象。揭開(kāi)了物質(zhì)的顏色之謎，原來(lái)物質(zhì)的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛頓把自己的研究成果發(fā)表在《皇家學(xué)會(huì)哲學(xué)雜志》上，這是他第一次公開(kāi)發(fā)表的論文。
許多人研究光學(xué)是為了改進(jìn)折射望遠(yuǎn)鏡。牛頓由于發(fā)現(xiàn)了白光的組成，認(rèn)為折射望遠(yuǎn)鏡透鏡的色散現(xiàn)象是無(wú)法消除的(后來(lái)有人用具有不同折射率的玻璃組成的透鏡消除了色散現(xiàn)象)，就設(shè)計(jì)和制造了反射望遠(yuǎn)鏡。
牛頓不但擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)計(jì)算，而且能夠自己動(dòng)手制造各種試驗(yàn)設(shè)備并且作精細(xì)實(shí)驗(yàn)。為了制造望遠(yuǎn)鏡，他自己設(shè)計(jì)了研磨拋光機(jī)，實(shí)驗(yàn)各種研磨材料。公元1668年，他制成了第一架反射望遠(yuǎn)鏡樣機(jī)，這是第二大貢獻(xiàn)。公元1671年，牛頓把經(jīng)過(guò)改進(jìn)得反射望遠(yuǎn)鏡獻(xiàn)給了皇家學(xué)會(huì)，牛頓名聲大震，并被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。反射望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明奠定了現(xiàn)代大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)。
同時(shí)，牛頓還進(jìn)行了大量的觀察實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算，比如研究惠更斯發(fā)現(xiàn)的冰川石的異常折射現(xiàn)象，胡克發(fā)現(xiàn)的肥皂泡的色彩現(xiàn)象，“牛頓環(huán)”的光學(xué)現(xiàn)象等等。
牛頓還提出了光的“微粒說(shuō)”，認(rèn)為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運(yùn)動(dòng)路徑。他的“微粒說(shuō)”與后來(lái)惠更斯的“波動(dòng)說(shuō)”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。此外，他還制作了牛頓色盤等多種光學(xué)儀器。
構(gòu)筑力學(xué)大廈
牛頓是經(jīng)典力學(xué)理論的集大成者。他系統(tǒng)的總結(jié)了伽利略、開(kāi)普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的萬(wàn)有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律。
在牛頓以前，天文學(xué)是最顯赫的學(xué)科。但是為什么行星一定按照一定規(guī)律圍繞太陽(yáng)運(yùn)行?天文學(xué)家無(wú)法圓滿解釋這個(gè)問(wèn)題。萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明，天上星體運(yùn)動(dòng)和地面上物體運(yùn)動(dòng)都受到同樣的規(guī)律——力學(xué)規(guī)律的支配。
早在牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律以前，已經(jīng)有許多科學(xué)家嚴(yán)肅認(rèn)真的考慮過(guò)這個(gè)問(wèn)題。比如開(kāi)普勒就認(rèn)識(shí)到，要維持行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)必定有一種力在起作用，他認(rèn)為這種力類似磁力，就像磁石吸鐵一樣。1659年，惠更斯從研究擺的運(yùn)動(dòng)中發(fā)現(xiàn)，保持物體沿圓周軌道運(yùn)動(dòng)需要一種向心力。胡克等人認(rèn)為是引力，并且試圖推到引力和距離的關(guān)系。
1664年，胡克發(fā)現(xiàn)彗星靠近太陽(yáng)時(shí)軌道彎曲是因?yàn)樘?yáng)引力作用的結(jié)果;1673年，惠更斯推導(dǎo)出向心力定律;1679年，胡克和哈雷從向心力定律和開(kāi)普勒第三定律，推導(dǎo)出維持行星運(yùn)動(dòng)的萬(wàn)有引力和距離的平方成反比。
牛頓自己回憶，1666年前后，他在老家居住的時(shí)候已經(jīng)考慮過(guò)萬(wàn)有引力的問(wèn)題。最有名的一個(gè)說(shuō)法是：在假期里，牛頓常常在花園里小坐片刻。有一次，象以往屢次發(fā)生的那樣，一個(gè)蘋果從樹(shù)上掉了下來(lái)……
一個(gè)蘋果的偶然落地，卻是人類思想史的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，它使那個(gè)坐在花園里的人的頭腦開(kāi)了竅，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物體都受到差不多總是朝向地心的吸引呢?牛頓思索著。終于，他發(fā)現(xiàn)了對(duì)人類具有劃時(shí)代意義的萬(wàn)有引力。
牛頓高明的地方就在于他解決了胡克等人沒(méi)有能夠解決的數(shù)學(xué)論證問(wèn)題。1679年，胡克曾經(jīng)寫信問(wèn)牛頓，能不能根據(jù)向心力定律和引力同距離的平方成反比的定律，來(lái)證明行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。牛頓沒(méi)有回答這個(gè)問(wèn)題。1685年，哈雷登門拜訪牛頓時(shí)，牛頓已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律：兩個(gè)物體之間有引力，引力和距離的平方成反比，和兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積成正比。
當(dāng)時(shí)已經(jīng)有了地球半徑、日地距離等精確的數(shù)據(jù)可以供計(jì)算使用。牛頓向哈雷證明地球的引力是使月亮圍繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力，也證明了在太陽(yáng)引力作用下，行星運(yùn)動(dòng)符合開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)三定律。
在哈雷的敦促下，1686年底，牛頓寫成劃時(shí)代的偉大著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書?；始覍W(xué)會(huì)經(jīng)費(fèi)不足，出不了這本書，后來(lái)靠了哈雷的資助，這部科學(xué)史上最偉大的著作之一才能夠在1687年出版。
牛頓在這部書中，從力學(xué)的基本概念(質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、力)和基本定律(運(yùn)動(dòng)三定律)出發(fā)，運(yùn)用他所發(fā)明的微積分這一銳利的數(shù)學(xué)工具，不但從數(shù)學(xué)上論證了萬(wàn)有引力定律，而且把經(jīng)典力學(xué)確立為完整而嚴(yán)密的體系，把天體力學(xué)和地面上的物體力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上第一次大的綜合。
牛頓的三大衡定定律
物質(zhì)不滅定律，說(shuō)的是物質(zhì)的質(zhì)量不滅;能量守恒定律，說(shuō)的是物質(zhì)的能量守恒;動(dòng)量守恒定律。
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