中文名:艾薩克·牛頓。
艾薩克·牛頓
國籍:英國
出生地:英國林肯郡埃爾肖普村
出生日期:1643 65438+10月4日。
死亡日期:1727年3月20日
職業:教授、科學家、煉金術士
畢業學校:英國劍橋大學
信仰:基督教
主要成就:發明微積分。
發現萬有引力定律
創建經典力學
發明反射望遠鏡
發現光的色散原理
代表作:自然哲學的數學原理
死亡地點:英國倫敦肯辛頓
牛頓於1643 65438+10月4日出生於英國林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村。161年進入英國劍橋大學三壹學院。1665年發現二項式定理，1665年獲得文學學士學位。
牛頓爵士
在接下來的兩年裏，他從家鄉的瘟疫中逃脫，在那裏他為壹生中最重要的科學創造繪制了藍圖。牛頓1667回到劍橋後，被選為劍橋大學三壹學院的成員，次年獲得碩士學位。65438年至0669年擔任劍橋大學盧卡斯數學教授，直至1701。從65438年到0696年，他是皇家鑄幣廠的主管，並移居倫敦。1703皇家學會會長。1706被安娜女王封為爵士。晚年，牛頓致力於自然哲學和神學。3月31727日，牛頓在倫敦去世，享年84歲。
(備註:牛頓出生日期為儒略歷1642 65438+2月25日，即公歷1643 65438+10月4日；死亡日期為儒略歷1727年3月20日，即公歷1727年3月30日。)
年輕的牛頓
1643 65438+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，會成為不朽的科學巨人，活到84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，並把牛頓留給了他的祖母撫養。11歲時，母親的stephusband去世，母親帶著與繼父所生的壹子二女回到牛頓。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。他資質壹般，成績很好。
童年的牛頓
總的來說，他喜歡讀書，喜歡看介紹各種簡單機械模型制作方法的書，並受其啟發自己動手制作壹些稀奇古怪的小玩意，比如風車、木鐘、折疊燈籠等等。
傳說年輕的牛頓在徹底了解風車的機械原理後，制作了壹個磨坊的模型。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，所以壹直跑，所以輪子壹直轉；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，催他起床。他還喜歡繪畫和雕刻，尤其是雕刻日晷。他的日晷被放在他房子的角落和窗臺的每個地方，以觀察日影的運動。
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，但牛頓本人無意如此，而且熱愛閱讀。隨著年齡的增長，牛頓越來越喜歡閱讀、冥想和做小的科學實驗。在格蘭瑟姆中學讀書時，他住在壹個藥劑師家裏，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，但他就是愛讀書，對自然現象很好奇，比如顏色，四季的運動，尤其是幾何，哥白尼的日心說等等。他還分門別類地做讀書筆記，喜歡做精巧的小玩意、小把戲、發明和實驗。
當時英國社會彌漫著基督教新思想，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。從這些平凡的環境和活動中，我們看不出牛頓是壹個天賦出眾的孩子。
後來生活所迫，母親讓牛頓休學在家務農養家。但是牛頓壹有機會就埋壹本書，以至於經常忘記工作。每次，當他的母親告訴他和仆人壹起去市場，熟悉貿易業務時，他就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感動了他的叔叔，於是他說服母親讓牛頓回到學校，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
牛頓(10張)
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，1664年成為獎學金獲得者，1665年獲得學士學位。
17世紀中期，劍橋大學的教育體系仍然彌漫著濃厚的中世紀經院哲學氣息。牛頓進劍橋的時候，還有壹些經院哲學的課程，比如邏輯學、古文、語法、古代史、神學等等。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、數學等。
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，把牛頓引向了現代自然科學的研究領域。
在此期間的學習中，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。
牛頓在巴羅門下的時期是他研究的關鍵時期。巴羅比牛頓大12歲，擅長數學和光學。他非常欣賞牛頓的天賦，認為牛頓在數學方面的天賦超過了自己。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。”
當時牛頓很大程度上依靠自學數學。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。
1665年到1666年，嚴重的瘟疫席卷倫敦，劍橋離倫敦不遠。因為害怕，學校停課，牛頓在1665年6月離校回家。
因為牛頓在劍橋受到數學和自然科學的影響和熏陶，對探索自然現象產生了濃厚的興趣，家鄉安靜的環境讓他的思想展翅飛翔。從1665到1666的短暫時期，成為牛頓科學生涯的黃金時代。他在自然科學領域充滿了思考，才華橫溢，生成性強，思考著前人未曾思考過的問題，踏入了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化為級數的規律；同年6月165438+10月，正流水號法(微分)成立；次年(65438+10月)用棱鏡研究色彩理論；5月份開始研究反流數法(積分)。這壹年間，牛頓開始想到研究引力，想把引力理論推廣到月球軌道上。他還從開普勒定律推導出，使行星保持在軌道上的力壹定與它們離旋轉中心的距離的平方成反比。牛頓看到蘋果落地才意識到萬有引力的傳說，也是這個時候發生的奇聞。
總之，牛頓在家鄉的兩年時間裏，以比以往更旺盛的精力從事科學創造，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。10年6月1日當選三壹學院專科合夥人，次年3月16日獲得碩士學位，同時成為專科合夥人。1669，10年10月27日，巴羅為了幫助牛頓，辭去了教授的職務。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，這在科學史上被傳為佳話。
建立微積分
在牛頓的所有科學貢獻中，數學成就占據著突出的地位。他數學生涯中的第壹個創造性成就是二項式定理的發現。據牛頓自己回憶，他是在1664和1665年冬天學習沃利斯博士的《無窮算術》時，試圖修改他的求圓面積系列時發現這個定理的。
笛卡爾的解析幾何將描述運動的函數關系對應到幾何曲線上。牛頓在老師巴羅的指導下，在學習笛卡爾解析幾何的基礎上，找到了新的出路。任意時刻的速度都可以看作是壹個小時間範圍內的平均速度，是壹個小距離與壹個時間間隔的比值。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。
微積分的建立是牛頓最傑出的數學成就。牛頓創立這個與物理概念直接相關的數學理論，就是為了解決運動的問題。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、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。他從更高的角度綜合了過去零散的結論，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，開辟了數學的新時代。
牛頓沒有及時發表微積分的研究成果。他研究微積分的時間可能比萊布尼茨早，但萊布尼茨采用的表述更合理，微積分方面的著作發表的時間也比牛頓早。
牛頓和萊布尼茨之間，在爭論誰是這門學科的創始人時，其實引起了軒然大波。這種爭吵在各自的學生、支持者和數學家中持續了很長時間，造成了歐洲大陸數學家和英國數學家的長期對立。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”，所以數學的發展落後了整整壹百年。
1707年，牛頓的代數講義整理出版，命名為《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，用大量的例子說明了如何把各種問題化為代數方程，深入探討了方程的根和性質，從而在方程理論方面取得了豐碩的成果，如:他得出了方程的根與其判別式之間的關系，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》，發表於1704。此外，他的數學工作涉及數值分析、概率論、初等數論等多個領域。
晚年的牛頓
對牛頓晚年有壹些誤解。認為牛頓開始相信上帝了。但事實並非如此。微積分的研究是牛頓晚年的重點。微積分可以在實驗的基礎上推導出物理量之間關系的函數形式，但具體函數未知(簡而言之就是知道誰和誰成正比或反比，但作為初始條件的比例系數未知)，只能通過實驗才能知道。因此，牛頓提出了“上帝首推”的概念，也就是說，密度等物質的固有屬性是大自然自己制定的，無法改變或推導。人們的誤解壹般來自於“神首推”，被誤解為“神首推”(牛頓生活在壹個沒有力的物理概念的時代，牛頓定律是牛頓用動量的形式表達的)。
編輯此段落
主要貢獻
二項式定理
1665年，年僅22歲的牛頓發現了二項式定理，這是微積分全面發展必不可少的壹步。二項式定理廣泛應用於組合論、高次冪、高階等差數列求和及差分方法中。
促銷形式
二項式級數展開是研究級數理論、函數理論、數學分析和方程理論的有力工具。今天我們會發現這種方法只適用於n為正整數的情況，當n為1，2，3的正整數時，.....，該系列正好在n+1處結束。如果n不是正整數，數列不會結束，此方法不適用。但要知道，萊布尼茨是在1694年才引入函數這個詞的。在微積分的早期階段，用超越函數的層次來對待超越函數是最有效的方法。
創建微積分
牛頓在數學方面最傑出的成就是創立了微積分。他的突出成就是把古希臘以來各種解決無窮小問題的特殊技巧統壹為兩種通用算法——微分和積分，並建立了這兩種運算之間的互逆關系。比如面積計算，可以看作是求切線的逆過程。
當時萊布尼茨剛剛提出微積分的研究報告，引發了微積分發明專利權的爭論，直到萊布尼茨去世。後人認為牛頓更早提出微積分的概念，但萊布尼茨的方法更完善。在微積分的方法上，牛頓極其重要的貢獻在於，他不僅清楚地看到了，而且大膽地使用了代數所提供的方法論，這是比幾何優越得多的。他用代數方法代替了卡瓦列裏、格雷戈裏、惠更斯和巴羅的幾何方法，完成了積分的代數化。此後，數學逐漸從感覺的學科轉向思維的學科。
在微積分早期，因為沒有建立堅實的理論基礎，所以被壹些喜歡思考的人研究。這導致了著名的第二次數學危機。這個問題直到19世紀極限理論建立才得以解決。
方程理論和變分法
牛頓還對代數做出了經典貢獻，他的廣義算術極大地促進了方程理論。他發現實多項式的虛根必須成對出現，並發現了多項式根的上界規律。他用多項式的系數表示了多項式的根的和公式，並給出了限制實多項式虛根個數的笛卡兒符號法則的推廣。
牛頓還設計了求數值方程和超越方程的實根的近似值的對數的方法。這種方法的修改現在被稱為牛頓法。
牛頓在力學領域也有重大發現，力學是解釋物體運動的科學。
牛頓
第壹運動定律是伽利略發現的。這個定律說明，如果壹個物體處於靜止或勻速直線運動，只要沒有外力，它就會保持靜止或繼續勻速直線運動。這個定律也被稱為慣性定律，它描述了力的壹個性質:力可以使壹個物體從靜止運動到運動，從運動到靜止，也可以使壹個物體從壹種運動形式變為另壹種運動形式。這就是所謂的牛頓第壹定律。力學中最重要的問題是物體在相似的情況下如何運動。牛頓第二定律解決了這個問題；這個定律被認為是經典物理中最重要的基本定律。牛頓第二定律定量描述了力可以改變物體的運動。表示速度的時間變化率(即加速度A與力F成正比，但與物體質量成反比，即a=F/m或F = Ma力越大，加速度越大；質量越大，加速度越小。力和加速度都有大小和方向。加速度是由力引起的，方向與力相同；如果有幾個力作用在壹個物體上，合力就會產生加速度。第二定律是最重要的，所有的冪的基本方程都可以通過微積分從中推導出來。
此外，牛頓根據這兩個定律制定了第三定律。牛頓第三定律指出，兩個物體之間的相互作用總是大小相等，方向相反。對於直接接觸的兩個物體來說，這個定律更容易理解。書對子桌子的向下壓力等於桌子對書的向上支撐，即作用力等於反作用力。重力也是如此。飛行中的飛機拉起地球的力在數值上等於地球拉下飛機的力。牛頓運動定律廣泛應用於科學和動力學中。
牛頓運動定律
牛頓運動定律是艾薩克·牛頓提出的物理學三大運動定律的總稱，被視為經典物理學的基礎。
牛頓第壹定律(慣性定律:所有物體在沒有任何外力的情況下總是保持勻速直線運動或靜止狀態，直到有外力迫使它們改變這種狀態。——它闡明了力與運動的關系，提出了慣性的概念)，“牛頓第二定律(物體的加速度與作用在物體上的合力F成正比，與物體的質量成反比，加速度的方向與合力的方向相同。公式:F=kma(當m的單位為kg，a的單位為m/s2時，k=1)牛頓第三定律(同壹直線上兩個物體之間的作用力和反作用力大小相等，方向相反)。)"
光學貢獻
在牛頓之前，墨子、培根、達芬奇等人都是研究光學現象的。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。荷蘭數學家斯冷笑首先發現了光的折射定律。笛卡爾提出了光的粒子...
牛頓和他同時代的人，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，牛頓在家休假時，得到了壹個棱鏡，他用這個棱鏡做了著名的色散實驗。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。
牛頓望遠鏡
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，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。牛頓發現了白光的構成，認為折射式望遠鏡鏡片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鏡片消除了色散現象)，於是設計制造了反射式望遠鏡。
牛頓不僅擅長數學計算，而且能夠自己制作各種實驗設備，做精細的實驗。為了制作望遠鏡，他設計了研磨拋光機，試驗了各種研磨材料。1668年，他做出了第壹臺反射式望遠鏡樣機，這是第二大貢獻。1671年，牛頓將改進後的反射式望遠鏡贈送給皇家學會，這使他名聲大振，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“粒子論”和惠更斯的“波動論”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和其他光學儀器。
建造壹座機械樓
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運動三定律。
在牛頓之前，天文學是最突出的學科。但是為什麽行星壹定要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，很多科學家就已經認真考慮過這個問題。例如，開普勒意識到壹定有壹種力在起作用，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。1659年，惠更斯通過研究鐘擺的運動發現，需要壹個向心力來保持物體在圓形軌道上運動。胡克等人認為是引力，並試圖推導出引力與距離的關系。
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，惠更斯推導向心力定律；1679年，胡克和哈雷從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，1666左右，他在家鄉生活的時候就已經考慮過引力的問題。最著名的壹句話是，牛頓經常在假期裏在花園裏坐壹會兒。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...
壹個蘋果的意外落地，是人類思想史上的壹個轉折點，打開了坐在花園裏的人的思維，引發他沈思:所有物體幾乎都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，哈雷拜訪牛頓的時候，牛頓已經發現了萬有引力定律:兩個物體之間存在引力，與距離的平方成反比，與兩個物體質量的乘積成正比。
當時有地球半徑、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，也證明了行星運動在太陽引力作用下符合開普勒運動三定律。
在哈雷的催促下，1686年底，牛頓寫出了劃時代的巨著《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。
在這本書裏，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，而且將經典力學確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。
牛頓的三個天平
物質不滅定律是指物質的質量不滅；能量守恒定律是指物質的能量守恒；動量守恒定律。
蘋果的傳奇
很多介紹牛頓的書都有介紹牛頓和蘋果的傳奇故事:1665-1666年間，由於劍橋黑熱病流行，學校被迫停課，剛從劍橋拿到學士學位的牛頓也回到了家鄉。有壹天，當牛頓坐在壹棵蘋果樹下讀書思考時，壹個蘋果掉了下來，這壹下子給了牛頓靈感。但後來被專家發現，當時的蘋果並沒有砸到牛頓。而且牛頓畫像牛頓(19)的日記裏回憶說蘋果沒有砸到他。這位23歲的學生立刻想到，蘋果壹定是被地球引力拉下來的。經過多年的努力，他終於完成了萬有引力定律的闡述、數學證明和公式推導。
這個故事流傳很廣，但是最近有壹個歷史學家提出了異議，他認為他說的並不真實。他的依據如下:
法國作家伏爾泰(1694-1778)首先公開了這個故事。他對牛頓的研究成果有極大的熱情，並積極宣傳。1726年，他去了英國，當年寫了25篇通訊，其中15通訊提到了蘋果落地的故事。他在文章中說，這個故事是牛頓的侄女告訴他的。這是1726。
後來在1752，有壹個牛頓的朋友(威廉·斯圖克雷)，比牛頓小45歲。在他的回憶文章中，牛頓在去世前壹年講了這個故事，牛頓是在1727年去世的，也就是說，牛頓在1726年自己講了這個故事。
所以歷史學家指出，在同壹年(1726)，如果兩個人都談到了，誰先發言？所以，關於蘋果的故事壹定是編出來的。有人認為，這個蘋果故事中至少有兩件事與已經知道的歷史事實不符:
第壹，萬有引力不是牛頓壹個人的獨立發現，而是歷史上幾個人逐步探索和研究積累的結果。有些書以牛頓命名萬有引力定律，這是不能接受的。另外，說牛頓發現萬有引力是受蘋果下落啟發的自然結果，顯然是對歷史的嚴重歪曲。第二，1665年，牛頓還沒有完全理解天體的運動規律。如果我們承認了這個蘋果的故事，豈不是相當於把牛頓發現萬有引力的時間至少提前了20年？事實上，牛頓直到二十多年後才得出最終結論，完成了數學論證和公式推導。