牛頓對化學學的貢獻摘要牛頓一是一位偉大的化學學家、數學家和天文學家。他在自然科學史上占有奇特的地位。他的科學專著《自然哲學的物理原理》的出版,標志著精典熱學體系的構建。精典熱學理論體系的科學成就和科學的方式論啟迪了人類征服自然的無窮智慧,對現代化科學技術發展和社會進步形成了非常深遠的影響。關鍵詞牛頓數學學貢獻牛頓是偉大的化學學家,在他所處的時代,哥白尼提出了日心說,谷的觀測資料中總結了經驗的行星三定理,伽利略又給出了力、加速度等概念并發覺了慣性定理和自由落體定理。并且,這種數學概念和數學規律是孤立的,邏輯上是各自獨立的東西。牛頓正是“站在那些巨人的肩上”對行星及地面上的物體運動作了整體的考察和研究,用物理方式,使數學學成為才能敘述因果性的一個完整體系。正如牛頓所說“自然哲學應稱之為數學學”的目的在于發覺自然界的結構和作用,但是盡可能地把它們歸結為一些普遍的法則和通常的定理—用觀察和實驗來構建這種法則,因而導入事物的緣由和結果”。牛頓對熱學的研究成果集中彰顯在他的科學專著《自然哲學的物理原理》中,這本書是科學史上極為重要的偉大專著。牛頓在《自然哲學的物理原理》書中,提出了熱學的三大定理和萬有引力定理,對宏觀物體的運動給出了精確的描述,總結了他自己的數學發覺和哲學觀點。
可以說在整個科學史上沒有一部專著在創新或思維方面可以和該書相抗衡,在取得偉大成就方面也是這么。它除了標志了十六、十七世紀科學革命的頂點,也是人類文明進步的劃時代標志,它除了總結和發展了牛頓之前數學學的幾乎全部重要成果,并且也是后來所有科學專著和科學方式楷模。該書的出版,標志著精典熱學體系的完善,立刻作為新科學的精典專著而遭到崇拜,在科學發展史上構建了一個不朽的壯歌。1.1時代的專著——《自然哲學的物理原理》《自然哲學的物理原理》一書分為兩大部份,在第一部份中,牛頓首先明晰了當時人們經常混淆的幾個重要概念,如質量、慣性、外力、向心力、時間、空之后提出了運動的基本定律和定理,即牛頓熱學三定理,力的合成與分解、動量守恒定理、質心運動定理、相對性原理以及力的等效原理等。這一部份盡管篇幅不大,但它是全書的基礎,內容極為重要。第二部份是這種定理的應用,又分為三篇,前兩篇是用詮釋推理的方式導入了萬有引力定理,確定了這一定理的具體方式討論減振運動、流體動力學以及流體靜力學等。在第三篇中,頓與精典熱學的構建解釋宇宙體系,研究天體的觀測資料,其中包括行星圍繞太陽的運動,衛星圍繞行星的運動,地面上物體的降落運動和填裝運動,彗星軌道的確定,歲差以及潮汐現象與萬有引力的符合程度等,首次把地上的運動與天體運動用物理方法聯系上去。
牛頓的時空觀是絕對的,它似乎不能正確闡明作為物質存在方式的空間和時間的統一性,不能正確闡明物質和運動的統一性,但它正確反映了當速率遠高于光速時的精典理論的基礎,它是在當時實驗條件下的科學總結,是人類認識自然的一個里程碑。1.2知名的牛頓三定理在明晰了這種概念,完善了時空觀之后,牛頓又精辟地探討了知名的運動三定理。“定律每位物體繼續保持其靜止或沿仍然線作等速運動的狀態,除非有力加于其上促使它改變這些狀態。”“定律運動的改變和所加的動力成反比,但是發生在所加的力的那種直線方向上”“定律每位作用總有一個相等的反作用和它相對抗,或則說,兩物體彼此之間互相作用永遠相等,而且各指其對方。”牛頓三定理是在觀察和實驗的基礎上發覺的,已被公認為宏觀自然規律,并成為物理詮釋的基礎。第一定理是在伽利略、笛卡兒關于慣性定理的基礎上完善上去的,對現今的數學學家來說,它幾乎自然地成了熱學的基礎。第二定理是在明晰了質量概念之后,對伽利略動力學思想的發展,它是運動三定理的核心。牛頓第一和第二定理是密切相關的。第一定理表明一個不受干擾力的質點保持它的原有的運動狀態第二定理則表明,力只能導致原有運動狀態的改變。故這兩個定理否定了伽利略—牛頓時代曾經關于必須有力能夠保持運動的錯誤觀點。
第三定理的強調,可以說是牛頓對熱學發展的一個最具創造性的獨特的貢獻,這個定理的確立強調了每一個力都有其反斥力,因而對力的概念作了完整的概括。這三個看上去十分簡單的物體運動定理作為一個整體是動力學的基礎。這個基礎,從牛頓奠定以后又成為近代動力學和天體熱學研究的基本出發點,因而得到化學學家,甚至所有科學家和自然哲學家的極大注重。1.3萬有引力定理在引力問題上,牛頓在觀念上肯定了月球上的重力與天體間引力的同一性,這在科學史上有非常重要的意義。他從構建總的熱學體系出發,排除次要誘因,發揮他精湛的物理能夠處理變量問題,在前人已知引力平方正比定律的基礎上,把向心力與物體天體的質量聯系上去,并借助了他的反作用定理,進而推廣為普適的萬有引力定理峽。借助萬有引力理論,人們發覺了海王星、冥王星,解釋了今后幾百年內極多的地面現象與天彰顯象,比如哈雷彗星、地球的扁形等。定理經過了實踐的嚴格檢驗,得到了全世紀的公認。直至明天,萬有引力定理仍是最精密可靠的基本定理之一,也是天體熱學和宇宙航行估算的基礎。1.4牛頓的戰功及精典熱學的成立對現代科學發展的影響和啟示恩格斯在提到牛頓的成就時說,牛頓“借助于萬有引力定理而創造了科學的天文學,利用于對光學的分解而創造了科學的光學,利用于二項式定律和無窮級數理論而成立了科學的物理,利用于對力的本性認識而創造了科學的熱學”牛頓總結的物理規律奠定了經典物理學基礎牛頓總結的物理規律奠定了經典物理學基礎，借此對牛頓的科學貢獻作了極高的評價。
牛頓一生的重要貢獻是集十六、十七世紀科學先驅們成果的大成。以《自然哲學的物理原理》出版為標志成立了一個完整的精典熱學理論體系,把天地間萬物的運動規律概括在一個嚴密的統一理論中,正確地反映了宏觀物體低速運動的宏觀運動規律,進而完成了人類文明史上第一次自然科學的大綜合。以牛頓命名的熱學是精典數學學和天文學的基礎,也是現代工程熱學以及與之有關的工程技術的理論基礎。據悉,為了說明天彰顯象和數學規律,牛頓在物理上創建的微積分，微積分的發明也歸功于萊布她們幾乎同時成立了微積分學與微分多項式,為后來自然科學的發展提供了最為必要的思想工具和物理手段,開創了物理發展的新紀元。同樣,牛頓在力學、光學、天文學等方面都作出了自己的卓越貢獻。就像歷史上一切偉大人物一牛頓似乎對人類做出了巨大的貢獻,但他也不能不受時代的限制。他對這些暫時未能解釋的自然現象歸結為上帝的安排,提出所謂“第一推進力”,耗費后半生的心血寫出幾萬字的神學論著。牛頓即使有這樣或那樣的缺點或不足,但是正是精典熱學的構建表明了一個新時代和新科學文明的到來。牛頓是近代理論化學學的創始人,他所構建的熱學理論體系除了能說明已有的理論和早已說明的現象,更重要的是,精典熱學理論能預看到新的化學現象和數學事實,并能以天文觀測或實驗否認它們的正確性。
諾貝爾化學學獎獲得者楊振寧院士在提到化學學發展時曾強調數學學發展的動力有兩個,一個是實另一個是數學學本身的結構。理論化學學是以實驗為基礎的,沒有實驗,有對客觀現象的剖析和研究就不可能有數學學的發展。和精典熱學體系相應的是,牛頓構建了研究自然科學的新方式。他站在巨人的肩上以培根的實驗歸納方式為基礎,又吸收了笛卡兒的物理詮釋體系,產生了他的比較全面的科學方式通過實驗和觀察即剖析現象,之后加以概括和總結為普遍法則即綜合方式,啟開了實驗科學的房門,使作為實驗科學的數學學產生了一個光輝的體系。這已成為人類認識事物本質的智能彰顯和重要的方式論之一,三百年來為自然科學的繁榮立下了不朽功勛。牛頓的精典熱學體系和他的方式論使化學學在十八、十九世紀期間得以迅速發展,并成為那時理論化學學的綱領或規范,直至麥克斯韋電磁理論誕生,類對客觀世界的認識擴充到電磁領域,提出電磁場概念。這也可以覺得是牛頓引力場理論的一次重大飛越。量子熱學和相對論的構建以及人們對自然過程的數學認識都可以看作是牛頓思想的一種系統的發展。牛頓是一位偉大的科學家，他在自然科學史上占有奇特的地位,給兩個多世紀的自然科學的內容和結構打上了自己的烙印。
他的精典熱學體系所奠定的數學基礎和技巧啟迪了人們征服自然的無窮智慧,二百多年來深受人們的高度崇拜。他的科學成就和哲學觀點除了對當時的學術界和思想界起著重大推進作用,并且還影響了的后來的一些社會改革,對現代化科學發展和社會進步都形成了非常深刻的影響。參考文獻《物理學史箋注》天津和科學技術出版社；《物理學史簡明教程》北京師范學院出版社；丁士章等《簡明數學學史》山西人民出版社；周培源在記念牛頓《自然哲學的物理原理》三百華誕會議上的講話數學通報；《中國大百科全書化學學》中國大百科全書出版社；《中國大百科全書化學學》中國大百科全書出版社；