1、自然科学的发展自然科学的发展西方史学家把西罗马帝国灭亡的公元四百七十六年到文艺复兴运动蓬勃发展的公元一千四百五十三年这段近千年的欧洲历史称为中世纪或称为“黑暗时代”。中世纪也是欧洲封建社会形成和发展时期，原先的罗马帝国版图分裂成一些诸侯割据的王国，相互间争战不休。这种群雄争霸的社会格局类似于中国的战国时代。在战乱的废墟中，罗马教廷成为混乱状态中的唯一的有秩序的组织并日益壮大，教皇逐渐拥有了至高无上的权力。这种世界史上少见的“政教合一”的社会制度对欧洲民众的思想形成严重的禁锢，致使中世纪欧洲的生产力和科技水平几乎停滞了上千年！加上十四世纪横扫欧洲的鼠疫（又称“黑死病”）直接导致两千五百万人的死亡
2、，人口减员达三分之一。也许是太多的灾难使欧洲民众开始怀疑天主的存在，也许是资本主义萌芽的驱使，也许是由于哥伦布、麦哲伦等人航海事业开拓贸易的同时也开拓了欧洲民众的眼界，总之，一场旨在复兴古希腊、古罗马文学艺术的伟大运动在欧洲展开了。这场解放思想的运动其意义在今天看来远不止文艺的复兴，它造就了影响世界的资本主义制度及西方文明，也催生了现代科学的根苗。五百多年来，西方文明的高速发展似乎是在对长达千年的“黑暗时代”的补偿。当时的资产阶级还是刚刚登上历史舞台、正在成长的新生力量，为抗衡并最终战胜顽固、保守、愚昧而残暴的天主教会，必须找到一种强大的思想武器来武装自己。它必须能唤起大众的觉醒意识，同时应以
3、非暴力、非革命的面目出现。于是，资产阶级将目光投向了古希腊、古罗马时期。他们认为，那是欧洲人都引以为豪的光辉时代，是欧洲文化史上的一个高峰，那时盛极一时的古典自然科学、哲学、文学、艺术和罗马法将可用以同天主教会作斗争的实用的、有效的武器。于是，资产阶级积极倡导复兴古希腊、古罗马文化，掀起了从文化到社会各领域的变革活动。“文艺复兴”即由此得名，它的起止跨度为十三至十六世纪，但丁、薄伽丘、达芬奇、米开朗基罗等人都是这一时期的代表人物。将“黑暗时代”的终结定在公元一千四百五十三年的另一个理由是，在那年穆斯林军队攻占了君士坦丁堡，建立了奥斯曼帝国，结束了东罗马帝国的统治，从此残酷的罗马天主教廷政教合一
4、的时代一去不复返了。现代科学就是在这样的历史背景下诞生的。公元一千四百七十三年出生于波兰的科学家哥白尼是现代科学的领军人物，他创立的“日心说”则是一面伟大的旗帜。该学说认为：太阳是宇宙的中心，地球和其它行星围绕着太阳运转。这个在今天的人们看来习以为常的理论在十六世纪中叶的人类社会犹如石破天惊，它颠覆了人们大脑中的常识，动摇了人们对上帝的信仰，威胁了教皇的大于世俗君主的神权。“日心说”推翻了垄断天文学长达一千多年的“地心说”。“地心说”简而言之就是：大地静止不动，日月星辰围绕地球作圆周运动。早在亚里士多德以前的古希腊和屈原时代的中国，“地心说”的雏形就已出现，如楚辞：天问写过：“日月安属？列星安
5、陈？出自汤谷，次于蒙汜。”屈原在这里说的就是太阳绕大地而旋转，出自东方的汤谷，没于西方的蒙汜。“地心说”成为完整的学说主要归功于一千八百多年前的著名的希腊天文学家托勒密，他也象哥白尼一样作出了一个伟大结论：人类生活在地球上！托勒密以前的学者包括亚里士多德均以为全人类生活在扁平的大地上，同时看到日月升落，同时进入白天或黑夜。“地球”的概念最早由公元前六世纪的数学家、天文学家毕达哥拉斯提出，后经公元前三世纪的地理学家埃拉托色尼几何学论证，但这个观点是通过托勒密的“地心说”才得以普及。托勒密在他的天文学著作至大论中创立了流行千年以上的天体运行的轨道模式，而且他还是当时杰出的地理学家，其地理学著作达八
6、部之多。他发现大地是个没有支撑的、悬空的圆形的球体；发明了测量经纬度和天体高度的的星盘和角距测量仪；首次在他绘制的地图上标出传说中的“蚕丝之国”的位置。托勒密与几乎同时代的中国的科学之父张衡同样伟大，值得一提的是：他的伟大光辉被哥白尼等后世的科学家遮掩了，而张衡的伟大光辉则被他先前的“诸子”所掩盖，他们在科学史上有着相似的地位和命运，但还不属于历史上某些不幸的科学家。例如，早在“地心说”尚未成熟之前，古希腊天文学家阿里斯塔克就已发现太阳与固定的恒星不会运动；地球绕太阳运行；地球的轨道是圆形的；太阳位于该圆的中心；固定的恒星距离太阳与地球极为遥远，无法看到由于地球公转而造成的恒星视角差现象。这种
7、超越时代局限的正确理论很可能源于观察和推测，属于人类智慧升华出的灵感，但由于这个理论诞生得太早而不合时宜，致使阿里斯塔克在当时的学术界无人认可，他的“日心地动说”论文也早已失传。这就是为什么“日心说”的创始人是哥白尼而不是阿里斯塔克的原因，但哥白尼深受阿里斯塔克的启发则是每个天文学家都知道的典故。哥白尼由于害怕教会的迫害，他在多年的时间里将他的“日心说”论文天体运行论藏而不露，直到他晚年自知来日无多之时才将大作付梓。据说，他是在去世的当日才收到出版社的寄来的样书。为什么天体运行论被今人视为现代科学的开端？且不说哥白尼使用过何种方式进行观察，也不说他的论文有着多么缜密的逻辑推理，单说他计算出地球
8、绕太阳公转一周即我们通常所说的一年是365天6小时9分40秒，这个结果是何等精确，仅比当代天文学家用最精准的原子钟测定的值多出30秒！而他对地球与月球的平均距离的计算也同样精确。就在哥白尼去世二十一年后，被当今科学界尊为“现代科学之父”的意大利科学家伽利略诞生了。这顶至高无上的荣誉桂冠为什么加冕于伽利略而不是哥白尼呢？哥白尼作为一名基督教的神职人员并没有捍卫科学或愿为之献身的崇高理念，他由一个天文爱好者变成杰出的天文学家是完全不自觉的，是智慧加兴趣使然。他强调过自己的发现与基督教并不矛盾。哥白尼的研究方法虽然没有超越古代科学的方法（肉眼观天、日晷计时），但他推导出的“日心说”却是超越肉眼、颠覆
9、常识的，即透过现象看到了本质，加上至今看来还是那么精确的计算结果，因而具有了现代科学的特征。但是，哥白尼划时代的天体运行论在当时只是学说而非定论,最后证实的工作是由伽利略完成的。一个最显著的理由是伽利略发明了望远镜，从而结束了几千年来人类仅靠肉眼观察大自然的历史。“日心说”成立后的巨大意义在于它改变了圣经的教义，打开了束缚人类思想的桎梏，形成了科学与神学分庭抗礼的局面。说到这里，我们就可以这样形象地认为：哥白尼以他的“日心说”拉开了现代科学这个“舞台”的序幕，伽利略则是第一个成功登台演出的明星！为什么伽利略是现代科学的创始人？说清了这个问题的话，现代科学的概念也就不言而喻。首先，伽利略发明了望
10、远镜，极大地拓展了人类观察事物的能力；其二，他开创了科学实验的风尚，改进了古代科学靠肉眼观察、数学计算和逻辑推理的模式，使自然科学变成了真正的实验科学；其三，他有最强烈的捍卫真理的科学精神，他敢于质疑学术上的一切至圣先师，敢于面对残忍的宗教裁判所，即使在晚年失去爱女、双目失明的悲惨境遇下也未放弃对真理的追求。总之，伽利略是第一个用拓展了人类感官的工具对客观事物进行观察和实验，在实验中他融汇了数学、物理学、天文学、逻辑学的知识作出了一系列重大科学发现和相关理论。例如，他发现并证实了月球不发光，月光来自太阳光的反射。关于这一理论，中国的张衡早于伽利略一千四百年前就已提出，只是他没能象伽利略那样用望
11、远镜等手段加以证实。伽利略用望远镜观察到：月亮和我们生存的地球一样，有高峻的山脉，也有低凹的洼地（当时伽利略称它是“海”）。他还从月亮上亮的和暗的部分的移动，发现了月亮自身并不能发光，月亮的光是透过太阳得来的。他还用文字和图谱向世人再现了他的观察。用同样的方式，他也证实了哥白尼的“日心说”使其在学术界真正置换了“地心说“的位置；不仅如此，他还把望远镜的视角投向更遥远的银河，发现银河是由无数星球所组成，推翻了学界公认的理论即银河是地球散发到天穹的水蒸气所组成。严格地说，伽利略是现代天文学的创始人之一，他与同时代的哥白尼、开普勒和第谷三大天文学家一起共同奠定了现代天文学的基础（为了便于记住他们，暂
12、且戏称之为伽利略时代的“四大天王”）。特别值得一提的是德国天文学家开普勒，他采用了合作伙伴、当时享有“星学之王”美誉的丹麦天文学家第谷二十年的天文观察资料，推导出了三条行星运动定律，即后世著名的“开普勒三定律”。开普勒第一定律（椭圆定律）：每一行星沿一个椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。开普勒第二定律（面积定律）：行星绕太阳公转时，从太阳到行星所联接的直线在每一段相等的时间内扫过同等的面积。这两条定律的发表恰恰是伽利略发明望远镜的一六零九年。开普勒第三定律（调和定律）：所有行星到太阳的平均距离的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。开普勒第三定律较前两条晚十年问世，它与前两条定律
13、一起揭示了行星绕太阳运行的模式；计算出了行星、太阳之间的距离与行星公转周期的比例关系。它为日后的牛顿发现更加伟大的万有引力定律开辟了道路。天文学是直接拓展人类视野的科学，它是通过与其相关的历法学、地理学等方面间接地影响人类社会生活的。但是，平心而论，它对人类社会生产力的影响远不如物理学那么直接而重大。如果说物理学是自然科学的主干，那么，经典力学则是物理学的根基。伽利略在经典力学方面的贡献也同样使他成为现代物理学的创始人。早在二十五岁左右，他就在意大利的比萨斜塔上作了一个著名的“自由落体”实验，否定了人们沿用近两千年的定律：在同一高处落下轻重不同的两个物体时，重量大的先着地。这是亚里士多德提出的
14、定律。伽利略将十磅和一磅的两个铁球从塔上同时落下，结果是两个铁球同时着地。不久后，他于1590年通过进一步实验，计算出物体从高处下落过程存在的一个重力加速度常数，这个代号为G的常数之值为9.8。它的含义是物体下落过程中，速度会每秒增加9.8米/秒.这个看似简单的实验及其相关的自由落体定律有如下重大的意义：1.不仅突破了亚里士多德的落体理论，也表明了伽利略之前的一千多年内西方学者们不尚实验、盲从权威的严重程度。2.让自然科学进入了“实验”的殿堂，开创了科学要重视实验的学风，科学因此而走入现代。3.以自由落体定律为主，连同伽利略的其它物理学贡献，诸如，悬吊物摆动的等时性定律（荷兰科学家惠更斯据此发
15、明单摆自鸣钟）、惯性定律（物理学最基本的定律）、抛射定律（炮弹、导弹及火箭的发射均与之有关）等等，被后人视为现代物理学开山之作，并促使物理学在随后的四百多年里以突飞猛进的速度发展。毫无疑问，与自由落体实验相关的故事在科学史中占有显著的位置。但这个故事中有一点值得怀疑，那就是亚里士多德的落体理论很可能被后人包括伽利略曲解了。他的原意应该是：两个物体从同一高处落下，比重大的先着地。理由如下：1.普通人都会有这样的经验体会，从同一高处落下的棉球和铁球，铁球肯定先着地，原因是棉球的比重小而体积大，所受的空气阻力比铁球大。亚里士多德的原意就是针对这个简单的现象而言，他并没有声明是“两个同样物质的物体落下
16、”。如果他加上了“同样物质”的前提，那么伽利略用大小两个铁球所作的实验才称得上推翻了亚里士多德的落体理论。2.据史家记载，亚里士多德的多如百科全书般的著作大部分是由他的一班助手对他的授课笔记以及他的学生的课堂笔记整理出来的，这应该是合情合理的信史，每个人的精力和可支配的时间是有限的。由于“旁人整理笔记”的原因，所以存在误录或误释亚里士多德原意的可能性。即使伽利略误解了亚里士多德理论的原意，也无损于他自己创立的自由落体定律的伟大意义。因为，亚里士多德的落体理论只是对大众常识的总结。伽利略发现的是在当时普通人根本想不到甚至难以理解的自然规律：如果在排除空气阻力的情况下，在相同高度处同时落下的任何物
17、体都会同时着地！伽利略对现代科学的伟大贡献不仅令后辈今人为之敬仰，就连当初迫害过他的天主教组织也于上世纪七十年代末正式为之道歉和平反。这在人类宗教史上是件破天荒的大事！之所以说伽利略开现代科学之先河，并不单纯是由于他重视科学实验。最早把观察、实验同数学方法融为一体的科学家是古希腊的阿基米德。他的成就主要是在数学和力学。数学上的著作包括：抛物线面积的求法、论球和圆柱、论螺线等。力学上他证明了杠杆原理，发现了浮力定律。其中，最著名的当属浮力定律：即物体在水中受到的浮力等于它排开的水的重量。这个定律和他的杠杆原理在现今各国的中学教科书里还在讲授。伽利略和那些同样重视实验的前辈科学家的最大区别在于他发
18、明了望远镜，极大地拓展了人类认识自然界的能力。扩大宏观视野的望远镜和增强微观视力的显微镜是现代科学高速发展的两个最重要的武器，这两个重要的武器就像现代科学的硬件，而分析法和演绎法这两大科学思维方式连同文艺复兴带来的思想大解放就象现代科学的软件，它们合在一起打开了人类认识大自然的潘多拉盒子。这五百年因为有了现代科学这一强大的武器，人类对世界的认识以及所获得的知识远远超过了之前有文化传承的一万多年的总和。因为，古代科学是一种经验科学，是我们的祖先们在劳动中发现的自然现象并对它们进行归纳和总结，更确切地说是古人靠肉眼观察和简单试验所获得的知识体系。而现代科学则是人类掌握的打开自然界的钥匙，它不再是对
19、自然现象的总结，而是对它的内在规律的总结。有时，现代科学得出的结论是与肉眼看到的相关现象相悖；而古代科学的结论与肉眼的观察反倒总是一致的。一般而言，古代科学是就现象讨论现象，例如，古人在看到日出日落的现象的基础上，创立了“地心说”，即太阳绕地球转动；现代科学则是透过现象讨论本质，例如，哥白尼就没有被现象所蒙蔽，他通过缜密观察和数学推理创立的“日心说”不符合当时或之前的每一个人的观察经验。正因为他知道“日心说”冒天下之大不韪，所以哥白尼将他的论文故意“按下不表”，直到一五四三年五月二十四日，双目失明的哥白尼才在病榻上抚摸着自己刚刚出版的伟大作品离开人世，享年七十岁。这种明智的自我保护意识是否值得
20、后人称赞有待商榷。而哥白尼的一位著名的追随者布鲁诺不但公开宣扬“日心说”理论，而且离奇地揭示出比哥白尼更加“超前”的学说：宇宙中每个恒星都是一个太阳，千千万万颗恒星都是如同太阳那样巨大而炽热的星辰，这些星辰都以巨大的速度向四面八方疾驰不息。它们的周围也有许多像我们地球这样的行星。这些在今天看来属于我们习以为常的科学理论，在当时的神权社会简直就是“骇人听闻”。一六零零年，五十二岁的布鲁诺在罗马的鲜花广场被活活烧死，这是中世纪罗马天主教对待异教徒和巫师们的常用极刑。临刑前几日他毅然拒绝了宗教裁判所的利诱：放弃他的学说，重新回归天主，则不仅可保全性命，还将可得到教职。这种为宣传科学理论而奋不顾身的精
21、神是伟大的、值得敬仰的，布鲁诺的精神是否值得推广也需要人们进一步思考。同样伟大的科学家伽利略曾经在教廷施加的精神和肉体的折磨下，违心地写下了悔过书。结果，既挽救了自己的生命，同时也挽救了他的科学研究。这是否意味着兼得“鱼”和“熊掌”才是最高境界？自然科学涵盖了物理学、化学、数学、生命科学、天文学、地理学等等，这其中物理学是自然科学当之无愧的灵魂，而其他各门类学科作为“形体”部分与物理学共同构建了自然科学的有机体。例如，数学除了被人们直接用在日常工作、生活中的算术功能外，基本上它是服务于其它学科的工具。前瞻性研究的纯数学既无日常的算术功能，也无作为其它学科的工具作用，纯粹是为了拓展人类自身的推理
22、能力和范围而存在，数学界迄今尚未彻底攻破的哥德巴赫猜想就是个典型例子。化学是与人类生活息息相关的应用科学，它的每一步进展几乎都会伴随相应的技术的诞生。化学的尖端领域诸如分子结构、原子核的组成等研究内容实质上与高能物理学的范畴相联通。也可以说化学是建立在物理学基础之上，而生命科学则是建立在化学之上。从这个意义上说，当我们简述现代自然科学的发展时，物理学的发展的轨迹自然就是主要的脉络。这就是为什么接下来要谈到现代科学创始阶段的另外三位物理学家的原因：其一，弗朗西斯培根，这位比伽利略年长三岁的英国人曾经是两朝国王身边的重臣，这在科学家的队伍中是闻所未闻的。从他二十三岁成为国会议员到最后因一次“受贿”
23、的指控被逐出政坛，他有长达三十七年的为官生涯。就是在扮演这样一个繁忙的人生角色的同时，他居然还为后世贡献出大量的哲学思想、文学作品和指导现代科学的方法论。在哲学方面，他提出了著名的“四假相说”，对一切谬误产生的根源作了分类；他主张打破“偶像”，铲除各种偏见和幻想，他提出“真理是时间的女儿而不是权威的女儿”。培根还以文笔优美著称，他的论说文集、培根人生论、自然界的大事等著作挥洒出大量的名句格言：如“知识就是力量”、“读史使人明智，读诗使人聪慧，数学使人周密，科学使人深刻，伦理学使人庄重，逻辑修辞之学使人善辩。凡有所学，皆成性格。”、“如果你把快乐告诉一个朋友，你将得到两个快乐；而如果你把忧愁向一
24、个朋友倾吐，你将被分掉一半忧愁。”培根对热力学和机械方面做过很多实验，虽未能作出具体的科学发明创造，但他创立了一种极为重要的科学思维方式归纳法，它事实上成为后来的现代科学发展步入快车道的指路明灯，这一贡献足以使他在科学史上占有重要的位置。归纳法是与演绎法比肩的人类两大科学思维方式之一。它是指从个别事物的性质、特点和关系中概括出一类事物的性质、特点和关系的推理形式；是将众多的或零散的或反复出现的具体事实，按其同类做梳理，使之由繁杂到简约、由纷乱到条理、由个性到共性，同时排除次要的、非本质的内容，达到理性认识。加之，培根反复强调了实验对于科学的必要性以及他个人的身体力行，使得他被后来的马克思称为“
25、英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖”。假如，把他三十七年的高官生涯转换成对自然科学的研究，现代科学史的内容也许就不一定是今天的样子。其二，真正集哲学家、数学家和物理学家于一身的法国人勒内笛卡尔。他比伽利略小三十二岁，两人对人类作出贡献的年代几乎相同，所不同的是，笛卡尔主要是靠天才的思辨能力作出成就；而伽利略是以科学实验为特长，所以他的成就更能体现现代科学的本质。笛卡尔认为欧几里德的几何学过于依赖于图形，束缚了人的想象力；同时又认为代数学是枯燥的法则和公式。因此他提出必须把几何与代数的优点结合起来，建立一种新的数学门类。笛卡尔的思想核心是：把几何学的问题归结成代数形式的问题，用代数学的方法
26、进行计算、证明，从而达到最终解决几何问题的目的，从而改变了自古以来代数学与几何学分道扬镳的局面。基本原理是两线十字交叉构成坐标系，横线为横坐标，竖线纵坐标，中间交点表示数字零。纵坐标零以上为正数向量，零以下则为负数向量，离零越远绝对值越大；横坐标零的右侧是正数，左侧为负数，离零越远绝对值越大。任何一个点，在坐标系中都可以找到两个对应的数字来表示，而图形实质上是点组成的。这样，几何图形就可用数字来展现了。笛卡尔建立的这种新的数学体系就是今天的“解析几何学”，它为牛顿发明微积分架设了桥梁。他在著作论人和哲学原理中，论述了光的本质的概念，他对光学的主要贡献是推导了折射定律。他还对人眼进行光学分析，设
27、计了矫正视力的透镜。在力学方面，他提出了宇宙间运动量守恒定律，该定律认为宇宙的运动量总和是个恒定值，为能量守恒定律奠定了基础。笛卡儿还是欧洲近代哲学的奠基人之一，黑格尔称他为“现代哲学之父”。他的哲学著作里闪耀出大量名言诸如“我思故我在”、“除了我在怀疑这件事以外，一切都是可以怀疑的”等等，它们在哲学史上产生了深远的影响。其三，克里斯蒂安惠更斯。这位荷兰历史上最著名的科学家是在培根逝世三年后出生的，他比笛卡尔小三十三岁，并接受过他的指导。早在十三岁时，他就因自制了一台车床的事而在科学史上留下一段佳话。惠更斯是现代科学的伽利略时代和牛顿时代的承前启后者。他一生留下的科学论文和著作多达六十余种，主
28、要涉猎：1,数学：一六五七年发表的论赌博中的计算，对创立数学的新学科概率论起了推动作用。或许是受笛卡尔解析几何学的影响，惠更斯早在二十二岁时就发表过关于计算圆周长、椭圆弧及双曲线的著作。他对各种平面曲线，如悬链线、曳物线、对数螺线等都进行过研究。2，物理学：他发明了有摆自鸣钟取代了重力齿轮钟，标志着现代钟表时代的来临，与之相关的单摆周期公式和自鸣钟的制作工艺都记录在他的摆钟论一书中。在研究摆的运动特性过程中，他又进一步发现离心力原理。惠更斯提出：一个作圆周运动的物体具有飞离中心的倾向，它向中心施加的离心力与速度的平方成正比，与运动半径成反比。今天的宇宙飞船遨游太空就离不开离心力的计算方法。从一
29、九七零年中国发射第一颗人造卫星东方红1号到二零零八年的神舟7号载人飞船，每次都需要借助火箭的推力将它们送往太空。火箭需要多少燃料、产生多大的推动力才能达到使它们刚好绕地球作圆周运动的第一宇宙速度7.9公里/秒，这就涉及到离心力的计算。此外，惠更斯在1690年出版的光论一书中提出了光的波动说，建立了著名的“惠更斯原理”。这是与牛顿有关光的微粒说并称于世的两个最基本的光学理论。在此原理基础上，他推导出了光的反射和折射定律，圆满地解释了光速在光密介质中减小的原因。可以说在牛顿以前，由于惠更斯的贡献，光学研究最发达的国家是荷兰。3，天文学：惠更斯设计制造了精妙绝伦的光学和天文仪器，如磨制了透镜，极大地
30、改进了伽利略发明的望远镜和凡列文虎克（荷兰科学家，微生物学的创始人）发明的显微镜，也为牛顿发现太阳的光谱提供了科学手段。惠更斯用自制的改良望远镜率先发现并描述了土星的光环，清楚地解释了他的前辈科学家伽利略百思不解的问题为什么土星有个时隐时现的“耳朵”？现代自然科学在创始阶段是以意大利和德国为中心的，大约经历百年时光，这一中心转到了英国和法国。在形成这一转变的过程中，培根、笛卡尔以及英国化学家波义耳等人起了铺路石的作用，完成这一转变最显著的标志人物当首推牛顿，其次是后来的电磁学家法拉第、麦克斯韦，也包括化学界的拉瓦锡和道尔顿、生物界的达尔文等等。几乎就在伽利略去世一年后的一六四三年，也就是哥白尼
31、去世整整一百年，学术界公认的最伟大的科学家之一、英国人艾萨克牛顿诞生了（就在这年，在距英国一万二千公里以东的中国，李自成的农民军浩浩荡荡地“闯”入北京，吓得崇祯皇帝仓皇躲到皇宫后苑的煤山，把自己挂在了一棵歪脖子树上）。现今世界各国的大、中学教科书都少不了牛顿三大定律的内容。牛顿第一定律也称惯性定律，内容是“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。”有人用中国文言风格的语言将这一定律浓缩为“动者恒动，静者恒静”。牛顿第二定律的内容是“物体的加速度跟物体所受的外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟外力的方向一致。”这个定律的数学公式是作用力等于物体受力后
32、的加速度乘以物体的质量。第二定律是三大定律的核心，它的伟大之处在于不但揭示了力与运动之间的关系，而且还把这种关系用数学的公式表达出来了。牛顿第三定律的内容是“两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向相反。”牛顿的三大定律恰似数学化的哲学，这从他发表这三大定律的著作名称即自然哲学的数学原理可以看出。除了这三条构成经典力学基础的定律之外，牛顿的伟大之处集中体现在以下三项发现中。1，发现万有引力定律：世界上任何两个物体之间都存在一种引力，引力的大小与两个物体的质量的乘积成正比，与两个物体的距离的平方成反比。行星之所以绕太阳公转而不脱离远去，就是万有引力的作用；月圆之时，海潮泛滥最盛，也是万有引力的原因。2，发明微积分：牛顿在笛卡儿解析几何的基础上，倡导了“极限”概念。如果有两个相互依赖的物理量，当它们逐渐变小时，其比率也在逐渐变化；当自变量达到无限小值时，这个比率就达到一个极限值。牛顿把这种变量数学称之为“流数术”，这就是微积分的最早的一种形式。牛顿把变量引进运动学之后，解决了困扰当时科学家的两大难题：在变速运动中，已知路程如何求速度或已知速度怎样计算路程。牛顿发明的微积分，在全部由常量数学构建的人类数学体系中增添了一门变量数学，给人类研究变化着的世界万物提供了有力的工具
