牛顿简介|英国物理学家牛顿简介( 二 )
中年生活数学多数现代历史学家都相信,牛顿与莱布尼茨分别独立发明了微积分学 。根据牛顿周围的人所述,牛顿要比莱布尼茨早几年得出他的方法,但在1693年以前他几乎没有发表任何内容,并直至1704年他才给出了其完整的叙述 。其间,莱布尼茨已在1684年发表了他的方法的完整叙述 。两人创造了不同的微积分符号,欧洲大陆全面采用莱布尼茨符号,而英国坚持使用牛顿的微积分符号,直到1820年才全面采纳莱布尼兹的符号 。莱布尼茨的笔记本记录了他的思想从初期到成熟的发展过程,而在牛顿已知的记录中只发现了他最终的结果 。
牛顿与瑞士数学家尼古拉法蒂奥丢勒的联系十分密切,后者一开始便被牛顿的引力定律所吸引 。1691年,丢勒打算编写一个新版本的牛顿《自然哲学的数学原理》,但从未完成它 。在1694年这两个人之间的关系冷却了下来 。在那个时候,丢勒还与莱布尼茨交换了几封信件 。
1699年初,皇家学会(牛顿也是其中的一员)的成员们指控莱布尼茨剽窃了牛顿的微积分成果,这导致了激烈的牛顿与莱布尼茨的微积分学论战 。最终英国皇家学会宣布牛顿是微积分真正的发明者,斥责莱布尼茨剽窃 。但后来人们发现该调查评论莱布尼茨的结语是牛顿本人书写 。这场持续多年的激烈纠纷,沾污了牛顿与莱布尼茨声誉,直到莱布尼茨在1716年往生后才暂时停止 。
牛顿的一项被广泛认可的成就是广义二项式定理,它适用于任何幂 。他发现了牛顿恒等式、牛顿法,分类了立方面曲线(两变量的三次多项式),为有限差理论作出了重大贡献,并首次使用了分式指数和坐标几何学得到丢番图方程的解 。他用对数趋近了调和级数的部分和(这是欧拉求和公式的一个先驱),并首次有把握地使用幂级数和反转幂级数 。他还发现了的一个新公式 。
他在1669年被授予卢卡斯数学教授席位 。在那一天以前,剑桥或牛津的所有成员都是经过任命的圣公会牧师 。不过,卢卡斯教授之职的条件要求其持有者不得活跃于教堂(大概是如此可让持有者把更多时间用于科学研究上) 。牛顿认为应免除他担任神职工作的条件,这需要查理二世的许可,后者接受了牛顿的意见 。这样避免了牛顿的宗教观点与圣公会信仰之间的冲突 。
光学从1670年到1672年,牛顿负责讲授光学 。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 。
牛顿1672年使用的6英寸反射望远镜复制品,为皇家学会所拥有
他还通过分离出单色的光束,并将其照射到不同的物体上的实验,发现了色光不会改变自身的性质 。牛顿还注意到,无论是反射、散射或发射,色光都会保持同样的颜色 。因此,我们观察到的颜色是物体与特定有色光相合的结果,不是物体产生颜色的结果 。
牛顿发现棱镜可以将白光发散为彩色光谱
由此,他得出如下结论:任何折射望远镜都会受到光色散成不同颜色的影响,并因此发明了反射望远镜(现称作牛顿望远镜)来克服这个困难 。他自己打磨大直径的镜片,使用牛顿环来检验镜片的光学品质,从而制造出了优于折射望远镜的仪器 。1671年,他向皇家学会展示了自己的反射望远镜,随后出版了自己的光学笔记,后来扩编为《光学》一书 。罗伯特胡克批评了牛顿的某些观点,牛顿对此很不满,并退出了辩论会 。两人自此以后成为了敌人,这一直持续到胡克去世 。
牛顿认为光是由粒子或微粒组成的,并会因加速通过光密介质而折射,他认为薄膜的折射和透射现象可以用光的“波动理论”来解释,但自己的“微粒理论”才能更好地解释光学现象,如衍射 。1704年,牛顿著成《光学》,其中他详述了光的粒子理论 。他认为光是由非常微小的微粒组成的,而普通物质是由较粗微粒组成,并推测如果通过某种炼金术的转化“难道物质和光不能互相转变吗?物质不可能由进入其结构中的光粒子得到主要的动力吗?后世的物理学家多持波动理论观点 。后来的量子力学则认为光有波动和微粒二重性,称为波粒百思特网二象性,虽然该理论中的“微粒”光子与牛顿理论中的“微粒”差别很大 。
1675年出版的《解释光属性的假说》中,牛顿认为粒子间力的传递是透过以太进行的 。不过牛顿在与神智学家亨利莫尔接触后重新燃起了对炼金术的兴趣,并改用源于赫密斯神智学中粒子相吸互斥思想的神秘力量来解释,替换了先前假设以太存在的看法 。拥有许多牛顿炼金术著作的经济学大师约翰梅纳德凯恩斯曾说:“牛顿不是理性时代的第一人,他是最后的一位炼金术士 。”[10] 但牛顿对炼金术的兴趣却与他对科学的贡献息息相关[11],而且在那个时代炼金术与科学也还没有明确的区别 。如果他没有依靠神秘学思想来解释穿过真空的超距作用,他可能也不会发展出他的重力理论 。
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