牛頓第壹定律也被稱為慣性定律。
牛頓第二定律是物體的加速度與作用力成正比，與物體的質量成反比。
牛頓第三定律是兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，並且作用在同壹條直線上。
經典物理學的大師牛頓
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不知道自己在別人眼裏是什麽樣的人；但在我自己看來，我就像壹個在海邊玩耍的孩子，時不時地發現壹塊比平時更光滑的鵝卵石或壹個比平時更美麗的貝殼而沾沾自喜，但我根本沒有發現擺在我面前的真理的浩瀚海洋。
牛頓
年輕的牛頓
10月4日，牛頓出生在英國林肯郡沃爾索普的壹個農民家庭。牛頓是個早產兒，出生時只有三磅重。助產士和他的親屬擔心他是否能活下來。誰也沒想到，這個看似不起眼的小東西會成為科學巨人，並活到85歲。
牛頓出生前三個月，父親去世了。當他兩歲時，他的母親改嫁給了壹名牧師，並將牛頓留給了他的祖母撫養。在11歲時，我母親的斯蒂芬斯班德去世了，我母親帶著她和斯蒂芬斯班德生的壹個兒子和兩個女兒回到了牛頓。牛頓從小沈默寡言，性格倔強，這可能來自於他的家庭情況。
大約從五歲開始，牛頓被送到公立學校。牛頓少年時並不是神童。他的資質壹般，成績壹般，但他喜歡看書，看介紹各種簡單機械模型制作方法的書，並受到這些書的啟發，自己動手制作了壹些奇怪的小玩意，如風車、木制鐘表、折疊燈籠等。
傳說年輕的牛頓在徹底了解風車的機械原理後制作了壹個風車模型。他把老鼠綁在壹個有輪子的跑步機上，然後在輪子前面放壹個玉米，正好放在老鼠夠不到的地方。老鼠想吃玉米，所以它不停地跑，所以輪子不停地轉；又壹次，當他放風箏時，他在繩子上掛了壹盞小燈。晚上，村民們驚訝地發現壹顆彗星出現了。他還做了壹個小水鐘。每天早上，小水鐘都會自動往他臉上滴水，督促他起床。他還喜歡繪畫和雕刻，尤其是雕刻日晷。他把日晷放在家裏的角落和窗臺上，以觀察日影的移動。
牛頓在12歲時進入離家不遠的格蘭瑟姆中學。牛頓的母親曾希望他成為壹名農民，但牛頓本人並沒有這樣做的打算，並且熱愛閱讀。隨著年齡的增長，牛頓越來越喜歡閱讀、冥想和做小科學實驗。當他在格蘭瑟姆中學學習時，他住在壹個藥劑師家，這使他受到化學實驗的影響。
牛頓在中學的學習成績並不突出，但他只是熱愛閱讀，他對自然現象很好奇，比如顏色和四季的運動，尤其是幾何學、哥白尼的日心說等等。他還做不同類別的讀書筆記，喜歡制作精巧的小玩意、小把戲、發明和實驗。
當時的英國社會洋溢著基督教的新思想，牛頓家有兩個親戚都是牧師，這可能會影響牛頓晚年的宗教生活。從這些普通的環境和活動中，我們看不出牛頓是壹個天賦出眾的孩子。
後來，生活所迫，他的母親要求牛頓停止學業，在家務農養家。但是牛頓壹有機會就埋下壹本書，以至於他經常忘記工作。每次，當他的母親告訴他和仆人壹起去市場並熟悉貿易業務時，他都懇求仆人獨自去購物，而他則躲在樹後看書。有壹次，牛頓的叔叔起了疑心，跟著牛頓來到了上市鎮。他發現他的侄子伸開四肢躺在草地上，全神貫註於壹道數學題。牛頓勤奮好學的精神打動了他的叔叔，於是他說服母親讓牛頓重返校園，並鼓勵他上大學。牛頓回到學校，從書本中汲取營養。
多年的學習
161年，19歲的牛頓以減免學費的學生身份進入劍橋大學三壹學院，通過為學院做雜務來支付學費，並在1664年成為獎學金獲得者，在1665年獲得學士學位。
17世紀中葉，劍橋大學的教育體系仍彌漫著濃厚的中世紀經院哲學氣息。當牛頓進入劍橋時，仍有壹些經院哲學課程，如邏輯、古文、語法、古代史、神學等。兩年後，三壹學院出現了新氣象。盧卡斯創造了壹個獨特的講座，規定要教授自然科學知識，如地理、物理、天文和數學。
講座的第壹位教授艾薩克·巴羅是壹位博學的科學家。這位學者眼光獨到，看出牛頓具有深刻的觀察力和敏銳的理解力。於是他把自己所有的數學知識都教給了牛頓，包括計算曲線圖形面積的方法，並把牛頓引向了現代自然科學的研究領域。
在此學習期間，牛頓掌握了算術和三角學，閱讀了開普勒的《光學》、笛卡爾的《幾何與哲學原理》、伽利略的《兩個世界體系的對話》、胡克的《微觀地圖集》以及英國皇家學會的歷史和早期哲學期刊。
牛頓在巴羅門下的那段時間是他研究的關鍵時期。巴羅比牛頓大12歲。他擅長數學和光學。他非常欣賞牛頓的才華，認為牛頓的數學比自己好。後來，牛頓回憶說:“巴羅博士當時教授運動學方面的課程，也許正是這些課程促使我研究這個問題。”
當時，牛頓主要依靠自學數學。他研究了歐幾裏得的《幾何原本》、笛卡爾的《幾何》、沃利斯的《無窮算術》、巴羅的數學講義以及許多數學家的作品。其中，笛卡爾的《幾何》和沃利斯的《無窮算術》對牛頓產生了決定性的影響，使牛頓迅速走向了當時數學的前沿——解析幾何和微積分。1664年，牛頓被選為巴羅的助手，第二年，劍橋大學理事會通過了授予牛頓學士學位的決定。
從1665到1666，嚴重的瘟疫席卷倫敦，劍橋離倫敦不遠。由於恐懼，學校關閉了，牛頓於6月1665離開學校回家。
由於牛頓在劍橋受到數學和自然科學的影響和培養，他對探索自然現象產生了濃厚的興趣，家鄉安靜的環境使他的思想展翅飛翔。從1665到1666的短暫時期成為牛頓科學生涯的黃金時期。他在自然科學領域充滿了思考，他才華橫溢，善於思考前人從未思考過的問題，涉足前人未曾涉足的領域，創造了前所未有的驚人成就。
1665年初，牛頓創立了級數的逼近方法和任意次冪的二項式轉化為級數的規律；同年6月165438+10月，正流數法（微分）成立；次年（65438+10月）用棱鏡研究色彩理論；5月開始研究反流數法（積分）。在這壹年中，牛頓開始想到研究引力，並希望將引力理論擴展到月球軌道。他還從開普勒定律推導出，使行星保持在軌道上的力必須與它們離旋轉中心的距離的平方成反比。當牛頓看到蘋果落地時，他意識到了萬有引力的傳說，這也是發生在這個時候的壹件趣聞。
總之，在家鄉的兩年時間裏，牛頓以前所未有的旺盛精力從事科學創造，並關心自然哲學。他的三大成就:微積分、萬有引力和光學分析都是在這個時候構思和形成的。可以說，此時的牛頓已經開始描繪他壹生中大多數科學創造的藍圖。
1667年復活節後不久，牛頓回到劍橋大學。6月10，1日，他被選為三壹學院的初級學院合夥人，並於次年3月16日獲得碩士學位，同時成為高級學院合夥人。1669，10 10月27日，巴羅為了幫助牛頓辭去了教授職務。26歲時，牛頓晉升為數學教授，並擔任盧卡斯講座教授。巴羅為牛頓的科學生涯鋪平了道路。如果沒有牛頓叔叔和巴羅的幫助，牛頓這匹千裏馬可能不會在科學的道路上馳騁。巴羅讓位給智者，這是科學史上的壹段佳話。
偉大的成就~建立微積分
在牛頓的所有科學貢獻中，數學成就占有突出地位。他數學生涯中的第壹個創造性成就是發現了二項式定理。根據牛頓自己的回憶，他在1664和1665年冬天研究沃利斯博士的《無窮算術》時試圖修改他的求圓面積系列時發現了這個定理。
笛卡爾的解析幾何將描述運動的函數關系與幾何曲線對應起來。牛頓在老師巴羅的指導下，在研究笛卡爾解析幾何的基礎上找到了新的出路。任何時刻的速度都可以看作是小時間範圍內的平均速度，它是小距離與時間間隔的比值。當這個小時間間隔縮小到無窮大時，就是這個點的精確值。這就是差異化的概念。
求導相當於求時間和距離在某壹點的關系的正切斜率。變速運動物體在壹定時間範圍內所行進的距離可以看作是在壹個小的時間間隔內所行進的距離之和，這就是積分的概念。積分相當於求時間和速度關系曲線下的面積。牛頓從這些基本概念中建立了微積分。
微積分的建立是牛頓最傑出的數學成就。牛頓為了解決運動問題，創立了這個與物理概念直接相關的數學理論。牛頓稱之為“流量計數”。它所處理的壹些具體問題，如切線問題、求積問題、瞬時速度問題和函數的最大值和最小值問題，在牛頓之前已經有人研究過了。但是牛頓超越了他的前輩。他從更高的角度，將過去分散的努力整合起來，將古希臘以來解決無窮小問題的各種技巧統壹為兩種普通算法——微分和積分，並建立了這兩種運算之間的互逆關系，從而完成了微積分發明中最關鍵的壹步，為現代科學的發展提供了最有效的工具，開辟了數學的新紀元。
牛頓沒有及時發表微積分的研究成果。他可能比萊布尼茨更早研究微積分，但萊布尼茨采用的表達方式更合理，有關微積分的著作比牛頓更早出版。
在牛頓和萊布尼茨之間，當爭論誰是這門學科的創始人時，實際上引起了軒然大波。這種爭吵在他們各自的學生、支持者和數學家之間持續了很長時間，引起了歐洲大陸數學家和英國數學家之間的長期對立。英國數學有壹段時間閉關鎖國，受限於民族偏見，過於拘泥於牛頓的“流量計數”，數學的發展因此落後了整整壹百年。
應該說，壹門科學的建立絕不是壹個人的成就。它必須由壹個人或幾個人經過許多人的努力和大量成果的積累才能完成。微積分也是如此，它是由牛頓和萊布尼茨在前人的基礎上獨立建立起來的。
1707年，牛頓代數講義整理出版，取名《普通算術》。他主要討論了代數的基礎及其在解決各種問題中的應用。該書陳述了代數的基本概念和運算，以大量實例說明了如何將各種問題轉化為代數方程，並深入討論了方程的根和性質，從而在方程理論方面取得了豐碩的成果。例如，他畫出了方程根與其判別式之間的關系，並指出利用方程的系數可以確定方程根的冪和，即牛頓冪和公式。
牛頓對解析幾何和綜合幾何都有貢獻。在1736出版的《解析幾何》中，他引入了曲率中心，給出了閉線圓（或曲線圓）的概念，提出了曲率公式和曲線的曲率計算方法。並將自己的許多研究成果總結成專著《三次曲線的計數》，出版於1704。此外，他的數學工作涉及數值分析、概率論和初等數論等多個領域。
偉大的成就~光學的三大貢獻
在牛頓之前，墨子、培根、達芬奇等人都研究過光學現象。反射定律是人們早就知道的光學定律之壹。現代科學興起時，伽利略通過望遠鏡發現了“新宇宙”，震驚世界。荷蘭數學家斯尼奇首先發現了光的折射定律。笛卡爾提出了光的粒子...
牛頓和他的同時代人，如胡克和惠更斯，也像伽利略和笛卡爾壹樣以極大的興趣和熱情研究光學。1666年，當牛頓在家度假時，他得到了壹個棱鏡，他用這個棱鏡進行了著名的色散實驗。壹束太陽光通過棱鏡後，被分解成幾種顏色的光譜帶。牛頓用狹縫擋板擋住了其他顏色的光，只讓壹種顏色的光通過第二個棱鏡，結果只有同壹種顏色的光。就這樣，他發現了白光是由不同顏色的光組成的，這是第壹個重大貢獻。
為了驗證這壹發現，牛頓試圖將幾種不同的單色光組合成白光，並計算出不同顏色光的折射率，從而準確地解釋了色散現象。物質的顏色之謎被解開了。原來，物質的顏色是由不同顏色的光在物體上的反射率和折射率不同造成的。公元1672年，牛頓在《皇家學會哲學雜誌》上發表了他的研究成果，這是他發表的第壹篇論文。
許多人研究光學是為了改進折射望遠鏡。牛頓發現了白光的組成，認為折射望遠鏡透鏡的色散現象無法消除（後來有人用不同折射率的玻璃制成的透鏡消除了色散現象），於是設計制造了反射望遠鏡。
牛頓不僅擅長數學計算，而且能夠自己制作各種實驗設備和進行精細的實驗。為了制作望遠鏡，他設計了壹臺研磨拋光機，並試驗了各種研磨材料。1668年，他做出了第壹臺反射望遠鏡樣機，這是第二大貢獻。1671年，牛頓將改進的反射望遠鏡贈送給皇家學會，這使他壹舉成名，並當選為皇家學會會員。反射望遠鏡的發明奠定了現代大型光學天文望遠鏡的基礎。
同時，牛頓還進行了大量的觀測實驗和數學計算，如研究惠更斯發現的冰川石頭的異常折射現象、胡克發現的肥皂泡的顏色現象、牛頓環的光學現象等。
牛頓還提出了光的“粒子說”，認為光是由粒子形成的，走最快的直線運動路徑。他的“粒子理論”和惠更斯的“波動理論”後來形成了關於光的兩個基本理論。此外，他還制作了牛頓色輪等光學儀器。
偉大的成就~建造壹座機械大樓
牛頓是經典力學理論的大師。他系統地總結了伽利略、開普勒和惠更斯的工作，得到了著名的萬有引力定律和牛頓三大運動定律。
在牛頓之前，天文學是最突出的學科。但是為什麽行星必須按照壹定的規律繞太陽運行呢？天文學家無法完全解釋這個問題。萬有引力的發現表明，天上的星星和地面上的物體的運動受同壹規律支配——力學規律。
早在牛頓發現萬有引力定律之前，許多科學家就認真考慮過這個問題。例如，開普勒意識到必須有壹種力在起作用，才能使行星沿著橢圓軌道運行。他認為這種力類似於磁力，就像磁鐵吸引鐵壹樣。在1659年，惠更斯通過研究鐘擺的運動發現，它需要壹個向心力來保持物體在圓形軌道上運動。胡克等人認為這是引力，並試圖推導出引力和距離之間的關系。
1664年，胡克發現當彗星接近太陽時，由於太陽的引力，它們的軌道是彎曲的。1673年，惠更斯推導出向心力定律；1679年，胡克和哈雷根據向心力定律和開普勒第三定律推導出維持行星運動的引力與距離的平方成反比。
牛頓自己回憶說，大約在1666年左右，他住在家鄉時就已經考慮過重力的問題。最著名的說法之壹是牛頓經常在假期在花園裏坐壹會兒。壹次，就像以前發生過很多次壹樣，壹個蘋果從樹上掉了下來...
蘋果的意外落地是人類思想史上的壹個轉折點，它打開了坐在花園裏的人的思維，並引發了他的沈思:所有物體幾乎總是被地心吸引的原因是什麽？牛頓沈思著。最後，他發現了對人類具有劃時代意義的萬有引力。
牛頓的高明之處在於他解決了胡克等人無法解決的數學論證問題。1679年，胡克寫信給牛頓，問他能否根據向心力定律和引力與距離的平方成反比的定律證明行星在橢圓軌道上運動。牛頓沒有回答這個問題。1685年，哈雷拜訪牛頓時，牛頓已經發現了萬有引力定律:兩個物體之間存在引力，引力與距離的平方成反比，與兩個物體質量的乘積成正比。
當時，地球半徑和日地距離等精確數據可供計算。牛頓向哈雷證明了地球引力是使月球繞地球運動的向心力，還證明了行星在太陽引力作用下的運動符合開普勒三大運動定律。
在哈雷的敦促下，1686年底，牛頓寫下了劃時代的巨著《自然哲學的數學原理》。皇家學會資金短缺，無法出版這本書。後來，科學史上最偉大的著作之壹在哈雷的支持下於1687年出版。
在這本書中，牛頓從力學的基本概念（質量、動量、慣性、力）和基本定律（運動三定律）出發，不僅從數學上論證了萬有引力定律，而且將經典力學建立為壹個完整而嚴密的體系，將天體力學與地面物體力學統壹起來，實現了物理學史上的第壹次大綜合。
站在巨人的肩膀上
牛頓的研究領域非常廣泛。除了在數學、光學和力學方面做出突出貢獻外，他還在化學實驗上花費了大量精力。他經常在實驗室呆上六個星期，夜以繼日地工作。他在化學上花了很多時間，但幾乎沒有取得什麽顯著成就。為什麽同樣偉大的牛頓在不同的領域表現如此不同？
原因之壹是各種學科處於不同的發展階段。在力學和天文學方面，在伽利略、開普勒、胡克、惠更斯等人的努力下，牛頓可能用準備好的材料建造壹座宏偉的力學大廈。正如他自己所說:“如果我看得遠，那是因為我站在巨人的肩膀上”。在化學方面，由於正確的道路沒有開辟出來，牛頓不能去他能砍材料的地方。
牛頓在去世前總結了自己的人生道路:“我不知道在別人眼中我是壹個什麽樣的人；但在我自己看來，我就像壹個在海邊玩耍的孩子，時不時地發現壹塊比平時更光滑的鵝卵石或壹個比平時更漂亮的貝殼而沾沾自喜，但我還沒有發現擺在我面前的浩瀚的真理海洋。"
這當然是牛頓的謙遜。
怪異的牛頓
牛頓不擅長教學。當他教授新發現的微積分時，學生們無法接受。但他解決難題的能力遠超常人。當牛頓還是學生時，他發現了壹種計算無窮大的方法。他用這種秘密方法將雙曲面積計算到250位數。他曾經高價購買了壹個棱鏡並將其用作科學研究的工具，並用它來測試白光分解為彩色光的過程。
起初，他不想發表他的觀察結果。他的發現只是個人的消遣，為了在沈默的研究中自娛自樂。他獨自在自己創造的超級世界裏遊蕩。後來，在好友哈雷的勸說下，他勉強同意發表自己的手稿，劃時代的名著《自然哲學的數學原理》問世了。
作為壹名大學教授，牛頓經常忙得不修邊幅。他經常不系領帶、不系吊襪帶、不穿短褲就走進大學餐廳。有壹次，當他向壹個女孩求婚時，他又走神了，他只記得無限二項式定理。他抓住女孩的手指，誤以為是管子，並強行插入管子，導致女孩尖叫並離開他。因此牛頓從未結婚。
牛頓不慌不忙地觀察日常生活中的小事，並取得了科學史上的重要發現。他很邋遢，開了很多玩笑。壹次讀書時，他煮雞蛋。當他打開鍋想吃雞蛋時，他發現鍋裏有壹塊懷表。還有壹次，他請朋友吃飯。飯做好了，牛頓突然想到壹個問題，獨自走進內室。朋友等了他很長時間，仍然沒有看到他出來，於是朋友自己吃了所有的雞，沒有說再見就把雞骨頭留在了盤子裏。當牛頓想起時，他出來發現了盤子裏的骨頭。他認為他已經吃了它們，所以他轉身回到裏屋繼續研究他的問題。
牛頓晚年
然而，由於時代的局限性，牛頓基本上是壹個形而上學的機械唯物主義者。他認為運動只是機械力學的運動，是空間位置的變化；宇宙像太陽壹樣，沒有發展變化；由於引力的作用，恒星總是處於固定的位置...
隨著科學聲譽的提高，牛頓的政治地位也得到了提高。1689年，他在國民議會中當選為大學代表。作為壹名國會議員，牛頓逐漸開始疏遠給他帶來巨大成就的科學。他不時表達對他所代表的領域的厭惡。與此同時，他花了大量時間與胡克和萊布尼茨等當代著名科學家就科學的優先地位進行辯論。
牛頓晚年在倫敦過著華麗的生活。1705年，他被安妮女王封為貴族。牛頓在這個時候非常富有，被普遍認為是在世的最偉大的科學家。他曾擔任英國皇家學會主席。在位二十四年期間，他以鐵腕統治社會。沒有他的同意，任何人都不能當選。
晚年，牛頓開始致力於神學研究。他否認哲學的指導作用，虔誠地信仰上帝，埋頭撰寫神學著作。當他遇到難以解釋的天體運動時，他提出了“上帝的第壹推動力”的謬論。他說:“真主統治萬物，我們是他的仆人，所以我們敬畏他。”。
偉大的艾薩克·牛頓於1727年3月20日逝世。像許多其他傑出的英國人壹樣，他被安葬在威斯敏斯特教堂。他的墓碑上刻著:
讓人們為這樣壹位偉人歡呼。
人類的榮耀曾經存在於世界上。