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数学家的故事——牛顿

时间:2015-12-29

牛顿数学家的故事30字

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少年时代牛顿

1643年1月4日,艾萨克·牛顿出生于林肯郡乡下的一个小村落伍尔索普村的伍尔索普(Woolsthorpe)庄园。在牛顿出生之时,英格兰并没有采用教皇的最新历法,因此他的生日被记载为1642年的。牛顿出生前三个月,他同样名为艾萨克的父亲才刚去世。由于早产的缘故,新生的牛顿十分瘦小;据传闻,他的母亲(HannahAyscough)曾说过,牛顿刚出生时小得可以把他装进一的中。当3岁时,他的母亲改嫁并住进了新丈夫巴纳巴斯·(BarnabusSmith)牧师的家,而把牛顿托付给了他的外祖母玛杰里·艾斯库(MargeryAyscough)。年幼的牛顿不喜欢他的继父,并因母亲改嫁的事而对持有一些敌意,牛顿甚至曾经写下:“威胁我的继父与生母,要把他们连同房子一齐烧掉。”

1648年,牛顿被送去读书。少年时的牛顿并不是,他成绩一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如、木钟、折叠式等等。

传说小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己制造了一架的模型,他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是可望不可及的位置。老鼠想吃玉米,就不断地跑动,于是轮子不停地转动;又一次他放风筝时,在绳子上悬挂着小灯,夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟。每天早晨,小水钟会自动滴水到他的脸上,催他起床。他还喜欢绘画、,尤其喜欢刻,家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的,用以验看日影的。

学生时代

1654年,牛顿进了离家有十几公里九龙的金格斯皇家中学读书。牛顿的母亲原希望他成为一个农民,但牛顿本人却无意于此,而酷爱读书。随着年岁的增大,牛顿越发爱好读书,喜欢沉思,做科学小实验。他在金格斯皇家中学读书时,曾经寄宿在一位药剂师家里,使他受到了化学试验的熏陶。

牛顿在中学时代学习成绩很出众,爱好读书,对自然现象有好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤其是、的等等。他还分门别类的记读书笔记,又喜欢别出心裁地做些小工具、小技巧、小、小试验。

当时英国社会渗透新思想,牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能是牛顿晚年的宗教生活所受的影响。仅从这些的环境和活动中,还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童。

后来迫于生活困难,母亲让牛顿停学在家务农,赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷,以至经常忘了干活。每次,母亲叫他同佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书。有一次,牛顿的起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,发现他的外甥牛顿伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学,并鼓励牛顿上大学读书。牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养。

牛顿在乡村学校开始学校教育的生活,后来被送到了格兰瑟姆的国王中学,并成为了该校最出色的学生。在国王中学时,他寄宿在当地的药剂师(WilliamClarke)家中,并在19岁前往求学前,与的继女安妮·斯托勒(AnneStorer)订婚。之后因为牛顿专注于他的研究而使得爱情冷却,斯托勒小姐嫁给了别人。据说牛顿对这次的恋情保有一段美好的回忆,但此后便再也没有其他的罗曼史,牛顿也终生未娶。

不过据和牛顿同时代的友人威廉·斯蒂克利(WilliamStukeley)所著的《艾萨克·牛顿爵士生平回忆录》(Memoirs of Sir Isaac NewtonsLife)一书的描述,斯蒂克利在牛顿死后曾访问过(Vincent)夫人,也就是当年牛顿的恋人斯托勒小姐。文森特夫人的名字叫作,而不是安妮,安妮是她的妹妹(参见ArthurStorer),而且夫人仅表示牛顿当年寄宿时对她只不过是“怀有情愫”的程度而已。

从12 岁左右到17岁,牛顿都在金格斯皇家学习,在该校图书馆的窗台上还可以看见他当年的签名。他曾从学校退学,并在10月回到埃尔斯索普村,因为他再度守寡的母亲想让牛顿当一名农夫。牛顿虽然顺从了母亲的意思,但据牛顿的同侪后来的叙述,耕作工作让牛顿相当不快乐。所幸金格斯皇家中学的校长亨利·斯托克斯(HenryStokes)说服了牛顿的母亲,牛顿又被送回了学校以完成他的学业。他在18岁时完成了中学的学业,并得到了一份完美的毕业报告。

与世长辞

1727年3月31日(格兰历),伟大的艾萨克·牛顿逝世,与很多杰出的英国人一样被埋葬在了。他的墓碑上镌刻着:让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在。

当西元1727年牛顿以85岁的高龄过世时,英国人将他葬于。诗人AlexanderPope)为牛顿写下了以下这段墓志铭:Nature and Nature law lay hid in night ; Godsaid,"Let Newton be," and all waslight。自然与自然的定律,都隐藏在黑暗之中;上帝说"让牛顿来吧!"于是,一切变为光明。

2003年,英国广播公司在一次全球性的评选最伟大的英国人活动当中,牛顿被评为最伟大的英国人之首。

2主要成就

力学成就

第一定律(即定律)

任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡时(Fnet=0),总保持匀速直线运动或静止状态,直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。

第二定律

①是力的瞬时作用规律。力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝。②F=ma是一个方程,应用时应规定正方向,凡与正方向相同的力或加速度均取正值,反之取负值,一般常取加速度的方向为正方向。③根据力的独立作用原理,用牛顿第二定律处理物体在一个内运动的问题时,可将物体所受各力正交分解,在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式:Fx=max,Fy=may列方程。

第三定律

表达式 F= F (F表示,F表示反作用力,负号表示反作用力F与作用力F的方向相反)

这三个非常简单的物体运动定律,为力学奠定了坚实的基础,并对其他学科的发展产生了巨大影响。第一定律的内容伽利略曾提出过,后来R.笛卡儿作过形式上的改进,伽利略也曾非正式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的结果之后得出的。

牛顿是的发现者。他在1665~1666年开始考虑这个问题。万有引力定律(Law ofuniversal gravitation)是在1687年于《》上发表的。1679年,R·胡克在写给他的信中提出,引力应与距离平方成反比,地球高处抛体的轨道为,假设地球有缝,抛体将回到原处,而不是像牛顿所设想的轨道是趋向地心的螺旋线。牛顿没有回信,但采用了胡克的见解。在开普勒行星运动定律以及其他人的研究成果上,他用导出了万有引力定律。

牛顿把地球上物体的力学和统一到一个基本的力学体系中,创立了理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律,实现了自然科学的第一次大统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。

牛顿指出流体粘性与剪切率成正比。他说:流体部分之间由于缺乏润滑性而引起的阻力,如果其他都相同,与流体部分之间分离速度成比例。在此把符合这一规律的流体称为,其中包括最常见的水和空气,不符合这一规律的称为。

在给出平板在气流中所受阻力时,牛顿对气体采用粒子模型,得到阻力与攻角正弦平方成正比的结论。这个结论一般地说并不正确,但由于牛顿的权威地位,后人曾长期奉为信条。20世纪,T·卡门在总结空气动力学的发展时曾风趣地说,牛顿使飞机晚一个世纪上天。

关于声的速度,牛顿正确地指出,声速与大气压力平方根成正比,与密度平方根成反比。但由于他把声传播当作等温过程,结果与实际不符,后来P. S.拉普拉斯从绝热过程考虑,修正了牛顿的声速公式。

数学成就

大多数现代历史学家都相信,牛顿与莱布尼茨独立发展出了学,并为之创造了各自独特的符号。

牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了中心,给出密切线圆(或称曲线圆)概念,提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论《枚举》,于1704年发表。此外,他的数学工作还涉及、概率论和初等数论等众多领域。

牛顿在前人工作的基础上,提出“流数(fluxion)法”,建立了二项式定理,并和G.W.莱布尼茨几乎同时创立了微积分学,得出了、积分的概念和运算法则,阐明了求导数和求积分是互逆的两种运算,为数学的发展开辟了一个新纪元。

光学成就

牛顿曾致力于颜色的现象和光的本性的研究。1666年,他用三棱镜研究日光,得出结论:白光是由不同颜色(即不同波长)的光混合而成的,不同波长的光有不同的折射率。

提出光的微粒说

从1670年到1672年,牛顿负责讲授。在此期间,他研究了光的折射,表明棱镜可以将白光发散为彩色光谱,而透镜和第二个棱镜可以将彩色光谱重组为白光。

热学成就

牛顿确定了,即当物体表面与周围有温差时,单位时间内从单位面积上散失的与这一温差成正比。

天文成就

牛顿创制了。他用质点间的万有引力证明,密度呈球对称的球体对外的引力都可以用同质量的质点放在中心的位置来代替。他还用万有引力原理说明的各种现象,指出潮汐的大小不但同的位相有关,而且同太阳的方位有关。牛顿预言地球不是正球体。岁差就是由于太阳对赤道突出部分的摄动造成的。

哲学成就

牛顿的思想基本属于自发的,他承认时间、空间的客观存在。如同历史上一切伟大人物一样,牛顿虽然对人类作出了巨大的贡献,但他也不能不受时代的限制。

个人生活

人物轶事

在中小学教科书中,学生们肯定不止一次接触到牛顿这一的名字。正如人们所熟知的那样,他是英国伟大的物理学家、和,提出过万有引力定律、力学三大定律、白光由各色光组成的理论,并开创了微积分学,等等。

人们往往倾向于把科学史上具有划时代意义的伟大科学家看作是品德高尚的天才和圣人,无数荣誉和光环围绕着他们,使人们难以了解他们作为的真实性情。新近出版的《牛顿传:最后的士》,通过大量翔实的资料和原始档案,还原了一个真实的牛顿。 这位站立在巫术终结和科学兴起的历史上的天才,通过对未知世界的探索,使他成为有史以来科学家之一,也使他将自己一生中更多的精力花费在炼金术上,牛顿总共留下50多万英文单词的炼金术手稿和100多万单词的神学手稿,而这些工作与他的很难说是毫无关联的。除此之外,他还专门研究过治疗想像中他所患疾病的药物。 此书作者基于科学发生学的视角,提出了牛顿痴迷炼金术与奠立近代科学基础之间的重大关联。他借助牛顿遗留下来的重要信件和从未发表过的笔记,阐释了牛顿从事炼金术和神学研究对于他发现万有引力,以及后来进行的统一场论研究的作用。 值得一提的是,直到1936年,牛顿真实的另一面才逐渐显露出来,而这要归功于20世纪的经济学大师、牛顿研究者约翰·梅纳德·凯恩斯。当时有一批牛顿遗留下来的文件在苏富比拍卖,这些文件是大约50年前由剑桥大学所接受的捐赠中被认为“不具科学价值”的一部分收藏品。结果,凯恩斯在拍卖中购得这批文件。 凯恩斯在研读这批从未向世人公布过的秘密文件后,于1942年在英国皇家学会发表演说,将历史上这位最著名和最崇高的科学家描绘成一个受到争议的性格偏执者。凯恩斯对牛顿的重新评价值得我们正视和思考:“从18世纪以来,牛顿一向被认为是第一个,也是最伟大的近代科学家,是一个理性主义者,他教导我们作出冷静的思考和无偏的推理。可是现在我要说,我不认为如此,我不认为任何人在看完那一箱文件之后,还会把他看成是那样一位道德高尚的伟人。” 莱布尼茨和牛顿各自独立地创造了微积分,尽管牛顿发现微积分要比莱布尼茨早若干年,但他很晚才出版自己的著作。于是,谁是微积分的第一创造者,成了当时科学界争吵的一件大事。牛津大学教授基尔在 哲学通报 上发表一篇讨论离心力的文章,文中把发明微积分的主要功劳记在牛顿名下,同时也提到了莱布尼兹。 哲学通报 到达莱布尼兹手上,立即惹怒了他。莱布尼兹寄信给皇家学会,要求收回那种说法。当莱布尼兹在 教师学报 上写了一篇评论,严厉批评牛顿的工作时,立场坚定的争论就开始了。莱布尼兹使用的外交手段,是把自己隐藏在无所不知的编辑名义下,匿名写下这篇评论的,而 教师学报 是莱布尼兹本人在1682年创办并自任主编的杂志。那并非一场公开的战争,莱布尼兹一方面在大众面前赞扬牛顿,一方面唆使别人,特别要约翰伯努利写信攻击牛顿来为他辩护,伯努利照他的意思去做,没有在信上署名。莱布尼茨请求英国皇家学会予以裁定,而作为皇家学会会长的牛顿指定了一个公正的委员会来审查,皇家学会发表结论,正式谴责莱布尼茨剽窃。 至于牛顿为什么痴迷于炼金术,我们要考虑他所处的时代背景.在17世纪,炼金术和化学掺杂在一起,因为这时的化学还没有从炼金术中脱离出来,一个人要想研究化学而不接触炼金术是不可能的。因为没有人可以找出一本17世纪的没有炼金术内容化学著作。而牛顿对于化学一定充满了求知欲。所以他像研究数学物理那样去研究化学,而可以供他参考自学的书只有炼金术著作,所以他不得不选择炼金术。其实试图把化学从炼金术中分离出来的就是牛顿,因为他曾经写过一本名叫《化学》的书,后来在那次大火中被烧毁了,所以他对化学的贡献我们一无所知。留下的只是他学习过程中的一些手稿,一些没有经过分离的炼金术资料。 如果我们以今天的眼光来审视炼金术,我们应当承认它至少带来了一些有用的技术和工具。并且炼金术可能或多或少地激发了牛顿的灵感,有助于他在科学领域中的探索和发现。 科学巨人同样可能走向歧途,他们的人格或个性也可能存在着这样或那样的缺陷,但是他们对世界文明的贡献是第一位的,而这些有利于社会进步的探索永远不会被贬低或者忘却。

宗教信仰

是牛顿最著名的发现。牛顿警告,不可用此发现把宇宙看成只是机器,犹如一个大时钟。他说:“重力解释行星的运行,但不能解释谁使行星运行。上帝治理万物,知道一切可做或能做的事。”但是牛顿不相信三位一体论和救恩,而且讽刺的是,他是神圣的剑桥大学三一学院的院士。

科学与神学

牛顿活了80岁,但他40年用于科学研究,另外40年他居然沉迷于。他用许多“科学现象”来证明上帝的存在,甚至在研究地球有多少岁时,他居然用《》推算出6000年。这样鲜明的对比,很难让人们把这些事与这个科学巨人联系起来。

唯一的遗憾

牛顿一生科学贡献卓越,智商290的他是近代科学的鼻祖, 他开拓了向科学进军的新纪元,但却因羞于向女孩表白而白白失去结婚的机会, 然后终生未婚也未育,便没有他的后人。

哲学思想

到了,牛顿用引力理论和运动三定律把天上行星和它们的运动规律,同地上重力下坠的现象统一起来,实现了天上人间的统一,这是牛顿在自然哲学上的伟大贡献。

(参考百科)

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