[转帖]物理学家简介

cesuoli88old

卡文迪什（Henry Cavendish）
 

(2004-02-06)
 
7 D& q! j: z. R1 x" x卡文迪什（Henry Cavendish）英国物理学家和化学家。1731年10月10日生于法国尼斯。174
9年考人剑桥大学，1753年尚未毕业就去巴黎留学。后回伦敦定居，在他父亲的实验室中做了
许多电学和化学方面的研究工作。1760年被选为英国皇家学会会员。1803年当选为法国科学院
外国院土。卡文迪什毕生致力于科学研究，从事实验研究达50年之久，性格孤僻，很少与外界
来往。卡文迪什的主要贡献有：1781年首先制得氢气，并研究了其性质，用实验证明它燃烧后
生成水。但他曾把发现的氢气误认为燃素，不能不说是一大憾事。1785年卡文迪什在空气中引
入电火花的实验使他发现了一种不活泼的气体的存在。他在化学、热学、电学、万有引力等方
/ A, g+ a2 M- D, K1 M+ Q面进行地行多成功的实验研究，但很少发表，过了一个世纪后，麦克斯韦整理了他的实验论文
，并于1879年出版了名为《尊敬的亨利·卡文迪什的电学研究》一书，此后人们才知道卡文迪
; v7 q& \& J3 J4 G( ?& Y9 ~5 v  O什做了许多电学实验。麦克斯韦说：“这些论文证明卡文迪什几乎预料到电学上所有的伟大事
实，这些伟大的事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界。” 

早在库仑之前，卡文迪什已经研究了电荷在导体上的分布问题。1777年，他向皇家学会提出
% t6 i1 h3 _9 d+ D! E0 m报告说：“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方，如果是这样的话，那么物体
( ?; k" g( q- ^7 O3 P) @' c中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方，而且这些电紧紧地压在一起，物体的其余部
分处于中性状态。”他还通过实验证明电荷之间的作用力。他还早于法拉第用实验证明电容器
' ?' z- x. e4 l0 q" s. G的电容取决于两极板之间的物质。他最早建立电势概念，指出导体两端的电势与通过它的电流
5 o. r) f1 a2 S- D, F/ ~成正比（欧姆定律在1827年才确立）。当时还无法测量电流强度，据说他勇敢地用自己的身体
$ o) U3 i; ~5 T3 i- n' w当作测量仪器，以从手指到手臂何处感到电振动来估计电流的强弱。 
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3 q( |- V/ Z, Z7 W! h( x4 H卡文迪什的重大贡献之一是1798年完成了测量万有引力的扭秤实验，后世称为卡文迪什实验
。他改进了英国机械师米歇尔（John Michell，1724～1793）设计的扭秤，在其悬线系统上附
/ z) y' I7 J$ F2 ?4 b, ?6 v* r加小平面镜，利用望远镜在室外远距离操纵和测量，防止了空气的扰动（当时还没有真空设备
）。他用一根39英寸的镀银铜丝吊一6英尺木杆，杆的两端各固定一个直径2英寸的小铅球，另
5 s0 B* l$ w0 I2 T. t用两颗直径12英寸的固定着的大铅球吸引它们，测出铅球间引力引起的摆动周期，由此计算出
两个铅球的引力，由计算得到的引力再推算出地球的质量和密度。他算出的地球密度为水密度
9 j6 Z( P8 C" R; E  y6 y* r0 k" x9 h的5.481倍（地球密度的现代数值为5.517g／cm3），由此可推算出万有引力常量G的数值为 6
.754×10-11 Nm2/kg2（现代值前四位数为6.672）。这一实验的构思、设计与操作十分精巧，
英国物理学家J.H.坡印廷曾对这个实验下过这样的评语：“开创了弱力测量的新时代”。 

; q/ W+ F1 |" V8 p卡文迪什在1766年发表了《论人工空气》的论文并获皇家学会科普利奖章。他制出纯氧，并
确定了空气中氧、氮的含量，证明水不是元素而是化合物。他被称为“化学中的牛顿”。 
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卡文迪什一生在自己的实验室中工作，被称为“最富有的学者，最有学问的富翁”。卡文迪
5 t& ]  k# f: f4 B& S" `什于1810年2月24日去世。 

后来，他的后代亲属德文郡八世公爵S.C.卡文迪什将自己的一笔财产捐赠剑桥大学于1871年
建成实验室，它最初是以 H.卡文迪什命名的物理系教学实验室，后来实验室扩大为包括整个
" _! Y' d- z* a: P6 y物理系在内的科研与教育中心，并以整个卡文迪什家族命名。该中心注重独立的、系统的、集
( R/ w4 f) p3 u# d8 ~; x团性的开拓性实验和理论探索，其中关键性设备都提倡自制。近百年来卡文迪什实验室培养出
的诺贝尔奖金获得者已达26人。麦克斯韦、瑞利、J.J.汤姆孙、卢瑟福等先后主持过该实验室
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/ z3 p6 j( ]1 A. f9 U3 G开尔文
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- Z) I* T! i) k开尔文是英国著名物理学家、发明家，原名W.汤姆孙。他是本世纪的最伟大的人物之一，是
5 g+ c/ v1 U: k* o一个伟大的数学物理学家兼电学家。他被看作英帝国的第一位物理学家，同时受到世界其他国
+ g; g* j( \3 K家的赞赏。他的一生获得了一切可能给予的荣誉。而他也无愧于这一切，这是他在漫长的一生
中所作的实际努力而获得的。这些努力使他不仅有了名望和财富，而且赢得了广泛的声誉。 
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1824年6月26日开尔文生于爱尔兰的贝尔法斯特。他从小聪慧好学，10岁时就进格拉斯哥大学
预科学习。17岁时，曾立志：“科学领路到哪里，就在哪里攀登不息”。1845年毕业于剑桥大
学，在大学学习期间曾获兰格勒奖金第二名，史密斯奖金第一名。毕业后他赴巴黎跟随物理学
家和化学家V.勒尼奥从事实验工作一年，1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学（物理学当时的
别名）教授，任职达53年之久。由于装设第一条大西洋海底电缆有功，英政府于1866年封他为
爵士，并于1892年晋升为开尔文勋爵，开尔文这个名字就是从此开始的。1890～1895年任伦敦
皇家学会会长。1877年被选为法国科学院院士。1904年任格拉斯哥大学校长，直到1907年12月
17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世为止。 

' w( G  d- @& i' |" w, l8 U* v, B　　开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用
* V$ W3 _7 w4 P" Q! D# v8 j8 z等方面都做出了贡献。他一生发表论文多达600余篇，取得70种发明专利，他在当时科学界享
2 k# w* G6 ]! T( `有极高的名望，受到英国本国和欧美各国科学家、科学团体的推崇。他在热学、电磁学及它们
8 e' Q) ^; r$ m+ ?, H3 ~的工程应用方面的研究最为出色。 

9 U% i! B8 L" Y( P( h　　开尔文是热力学的主要奠基人之一，在热力学的发展中作出了一系列的重大贡献。他根
据盖-吕萨克、卡诺和克拉珀龙的理论于1848年创立了热力学温标。他指出：“这个温标的特
3 h5 A, \8 ]6 C" a: B. |6 y* I" C点是它完全不依赖于任何特殊物质的物理性质。”这是现代科学上的标准温标。他是热力学第
二定律的两个主要奠基人之一（另一个是克劳修斯），1851年他提出热力学第二定律：“不可
. X* Q% p8 I+ ^3 W' i' \能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响。”这是公认的热力学第二定律的标
准说法。并且指出，如果此定律不成立，就必须承认可以有一种永动机，它借助于使海水或土
6 K+ ^/ A; g' g0 O壤冷却而无限制地得到机械功，即所谓的第二种永动机。他从热力学第二定律断言，能量耗散
是普遍的趋势。1852年他与焦耳合作进一步研究气体的内能，对焦耳气体自由膨胀实验作了改
" @7 y5 s: |1 g# P进，进行气体膨胀的多孔塞实验，发现了焦耳－汤姆孙效应，即气体经多孔塞绝热膨胀后所引
, n5 m5 [$ T' \9 B起的温度的变化现象。这一发现成为获得低温的主要方法之一，广泛地应用到低温技术中。1
856年他从理论研究上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，
导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆孙热）。这一现象后
叫汤姆孙效应。 

& |8 \# y5 |+ L: O$ P" O' ]在电学方面，汤姆孙以极高明的技巧研究过各种不同类型的问题，从静电学到瞬变电流。他
揭示了傅里叶热传导理论和势理论之间的相似性，讨论了法拉第关于电作用传播的概念，分析
了振荡电路及由此产生的交变电流。他的文章影响了麦克斯韦，后者向他请教，希望能和他研
, z( a7 k% B+ H( Y2 v' w* M9 C2 {究同一课题，并给了他极高的赞誉。 

　　开尔文在电磁学理论和工程应用上研究成果卓著。1848年他发明了电像法，这是计算一
定形状导体电荷分布所产生的静电场问题的有效方法。他深人研究了莱顿瓶的放电振荡特性，
于1853年发表了《莱顿瓶的振荡放电》的论文，推算了振荡的频率，为电磁振荡理论研究作出
了开拓性的贡献。他曾用数学方法对电磁场的性质作了有益的探讨，试图用数学公式把电力和
磁力统一起来。1846年便成功地完成了电力、磁力和电流的“力的活动影像法”，这已经是电
& u+ O; W+ O8 z( |4 @磁场理论的雏形了（如果再前进一步，就会深人到电磁波问题）。他曾在日记中写道：“假使
我能把物体对于电磁和电流有关的状态重新作一番更特殊的考察，我肯定会超出我现在所知道
& W/ l' ]5 e8 t/ Y6 f的范围，不过那当然是以后的事了。”他的伟大之处，在于能把自己的全部研究成果，毫无保
留地介绍给了麦克斯韦，并鼓励麦克斯韦建立电磁现象的统一理论，为麦克斯韦最后完成电磁
1 e$ [9 K, O6 e# w& [9 y% r+ g% C4 v场理论奠定了基础。 
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　　他十分重视理论联系实际。1875年预言了城市将采用电力照明，1879年又提出了远距离
" m+ m; l; `7 {5 ~# v! \: \  D输电的可能性。他的这些设想以后都得以实现。1881年他对电动机进行了改造，大大提高了电
动机的实用价值。在电工仪器方面，他的主要贡献是建立电磁量的精确单位标准和设计各种精
密的测量仪器。他发明了镜式电流计（大大提高了测量灵敏度）、双臂电桥、虹吸记录器（可
自动记录电报信号）等等，大大促进了电测量仪器的发展。根据他的建议，1861年英国科学协
会设立了一个电学标准委员会，为近代电学量的单位标准奠定了基础。在工程技术中，1855年
0 f+ T$ f* H! P! G8 c2 ^他研究了电缆中信号传播情况，解决了长距离海底电缆通讯的一系列理论和技术问题。经过三
次失败，历经两年的多方研究与试验，终于在1858年协助装设了第一条大西洋海底电缆，这是
2 W. C. r6 A0 |) _- l开尔文相当出名的一项工作。他善于把教学、科研、工业应用结合在一起，在教学上注意培养
学生的实际工作能力。在格拉斯哥大学他组建了英国第一个为学生用的课外实验室。 
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汤姆孙还将物理学用到完全不同的领域。他研究过太阳热能的起源和地球的热平衡。他的方
法可靠而有趣，但只由于他不知道太阳和地球上的能量来自核能，因而不可能得到正确的结论
5 o) A9 \9 @6 H* x4 F。他试图用落到太阳上的陨石或用引力收缩来解释太阳热能的起源。约在1854年，他估算太阳
0 X* a) e' @* D6 Y的"年龄"小于5×108年，而这只是我们现在知道的值的十分之一。 
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8 [: s; Z3 Z" P2 H. H　　从地球表面附近的温度梯度，汤姆孙试图推算出地球热的历史和年龄。他的估算仍然太
" P1 c$ x$ `- U  r" L低，仅为4×108年，而实际值约为5×109年。地质学家以地质现象的演变为理论根据，很快就
6 f' w' @7 ~/ V2 m/ E发现他的估算是错误的。他们不能驳倒汤姆孙的数学，但他们肯定他的假定是错误的。同样，
8 s. H. w- y! {: b生物学家也发现汤姆孙给出的时间进程与最新的进化论的观念相悖。这一争论持续了多年，汤
, o0 E: G! [# l# \" W. U" I% v/ h. w姆孙完全不理解别人的反对意见是正确的。最后，直到放射性和核反应的发现，才证明了汤姆
孙假设的前提是完全错误的。 

　　流体力学特别是其中的涡旋理论成为汤姆孙最喜爱的学科之一，他受亥姆霍兹工作的启
示，发现了一些有价值的定理。他航行的收获之一是在1876年发明了适用于铁船的特殊罗盘，
9 @7 ]/ _  P" b+ H$ O这一发明后来为英国海军所采用，而且一直用到被现代回转罗盘代替为止。汤姆孙的企业生产
了许多磁罗盘和水深探测仪，从中大为获利。 
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　　基于他的实践经验和理论知识，汤姆孙感到迫切需要统一电学单位，公制的引入使法国
革命向前跨了一大步，但是电学测量却产生了全新的问题。高斯和韦伯奠定了绝对单位制的理
论基础，"绝对"意味着它们与特定的物质或标准无关，仅取决于普适的物理定律。在绝对单位
制中如何确定刻度，如何选择合适的倍数因子使它能方便地应用于工业，如何劝说科技界共同
" ?) B% B4 W( ]2 G3 v接受这一单位制，所有这一切都是重要并且困难的任务。1861年英国科学协会任命一个委员会
9 B9 u! d: G* z开始这项工作，汤姆孙是其中的一员。他们努力工作了许多年，一直到1881年，由汤姆孙和亥
姆霍兹起主导作用的在巴黎召开的一次国际代表大会，和1893年，在芝加哥召开的另一次代表
大会，才正式接受这一新的单位制，并采用伏特、安培、法拉和欧姆等作为电学单位，从此它
0 h% Z5 @$ \% k& w; P们被普遍使用。然而，单位制的问题并未就此解决，后来的一些会议又改变了其中某些标准量
/ i1 D) K$ D- s0 H0 ^& F( F0 z( D的定义，它们的实际值也相应变动了，虽然这种变动是非常小的。 

& ?. v) {) N3 F2 i6 D　　开尔文一生谦虚勤奋，意志坚强，不怕失败，百折不挠。在对待困难问题上他讲：“我
. h6 J- q$ n" d们都感到，对困难必须正视，不能回避；应当把它放在心里，希望能够解决它。无论如何，每
个困难一定有解决的办法，虽然我们可能一生没有能找到。”他这种终生不懈地为科学事业奋
9 X9 H9 I: M4 p2 _. |斗的精神，永远为后人敬仰。1896年在格拉斯哥大学庆祝他50周年教授生涯大会上，他说：“
5 E1 I1 _, ~% Q2 M' T8 w) y  O有两个字最能代表我50年内在科学研究上的奋斗，就是‘失败’两字。”这足以说明他的谦虚
品德。为了纪念他在科学上的功绩，国际计量大会把热力学温标（即绝对温标）称为开尔文（
开氏）温标，热力学温度以开尔文为单位，是现在国际单位制中七个基本单位之一。 
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; m  p6 N  h8 a/ Q, z6 Q" N开尔文的一生是非常成功的，他可以算作世界上最伟大的科学家中的一位。他于1907年12月
3 d# v8 }' d: t17日去世时，得到了几乎整个英国和全世界科学家的哀悼。他的遗体被安葬在威斯敏斯特教堂
牛顿墓的旁边。 
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. y$ |) [, L5 Q魏格纳
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4 s: r8 K: K/ K: Y$ q魏格纳(1880-1930)是德国气象学家、地球物理学家，1880年11月1日生于柏林，1930年11月
4 I+ L( a$ O$ t7 _# S在格陵兰考察冰原时遇难。 
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19世纪以前，人们尚未开始系统地研究地球整体的地质构造，对海洋与大陆是否变动，并没
有形成固定的认识。1910年德国的地球物理学家阿尔弗雷德·魏格纳在偶然翻阅世界地图时，
* Z7 n+ W$ ]3 b+ t0 a8 n. v% p发现一个奇特现象：大西洋的两岸——欧洲和非洲的西海岸遥对北南美洲的东海岸，轮廓非常
, _+ @, @+ N# X+ j# {$ n相似，这边大陆的凸出部分正好能和另一边大陆的凹进部分凑合起来；如果从地图上把这两块
大陆剪下来，再拼在一起，就能拼凑成一个大致上吻合的整体。把南美洲跟非洲的轮廓比较一
+ T# Q! ?4 U1 d; X下，更可以清楚地看出这一点：远远深入大西洋南部的巴西的凸出部分，正好可以嵌入非洲西
9 P$ e3 E) w, y2 L5 {* U海岸几内亚湾的凹进部分。 

魏格纳结合他的考察经历，认为这绝非偶然的巧合，并形成了一个大胆的假设：推断在距今
3亿年前，地球上所有的大陆和岛屿都连结在一块，构成一个庞大的原始大陆，叫做泛大陆。
- @% ?; ^' c, H0 `8 b! k, D泛大陆被一个更加辽阔的原始大洋所包围。后来从大约距今两亿年时，泛大陆先后在多处出现
裂缝。每一裂缝的两侧，向相反的方向移动。裂缝扩大，海水侵入，就产生了新的海洋。相反
地，原始大洋则逐渐缩小。分裂开的陆块各自漂移到现在的位置，形成了今天人们熟悉的陆地
0 C0 g  _' i1 X7 ^/ x- N8 S6 l分布状态。 

魏格纳少年时便向往到北极去探险，由于父亲的阻止，他没能在高中毕业后就加入探险队，
+ T& e+ P& h- {6 \3 i- Q而是进入大学学习气象学。1905年，他以优异成绩获得气象学博士学位后，致力于高空气象学
的研究。1906年，他和弟弟两人驾驶高空气球在空中连续飞行了52小时，打破了当时的世界纪
; d. W7 F: C+ \# e录。后来他又参加了去格陵兰岛的探险队，岛上巨大冰山的缓慢运动留给他的极其深刻的印象
0 q9 a( S/ R) J  q, V可能催化了后来他面对世界地图迸发的联想和兴趣。他开始利用业余时间搜集地学资料，查找
+ x2 }- C4 C1 I" ]海陆漂移的证据。 

1912年1月6日，魏格纳在法兰克福地质学会上做了题为“大陆与海洋的起源”的演讲，提出
了大陆漂移的假说。此后，由于研究冰川学和古气候学第二次去了格陵兰。在随后的第一次世
" ~* x# [% \- l: ~: O' M界大战中，他的研究工作中断了，在战场上身负重伤，养病期间他于1915年出版了《海陆的起
源》一书，系统地阐述了大陆漂移说。他在《大陆和海洋的形成》这部不朽的著作中努力恢复
地球物理、地理学、气象学及地质学之间的联系——这种联系因各学科的专门化发展被割断—
—用综合的方法来论证大陆漂移。魏格纳的研究表明科学是一项精美的人类活动，并不是机械
地收集客观信息。在人们习惯用流行的理论解释事实时，只有少数杰出的人有勇气打破旧框架
- N1 ^! ]# J* R- K: O/ F6 Y提出新理论。但由于当时科学发展水平的限制，大陆漂移由于缺乏合理的动力学机制遭到正统
学者的非议。魏格纳的学说成了超越时代的理念。 
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+ O  F9 h  J% E* X! J* R大陆漂移说一提出，就在地质学界引起轩然大波。年轻一代为此理论欢呼，认为开创了地质
4 _+ i8 u) t/ Y$ O学的新时代，但老一代均不承认这一新学说。魏格纳在反对声中继续为他的理论搜集证据，为
3 F) @) k4 M9 B! t; ?4 \( F. S此他又两次去格陵兰考察，发现格陵兰岛相对于欧洲大陆依然有漂移运动，他测出的漂移速度
& }/ a6 Y5 w: I1 Z& T, [) p是每年约1米。1930年11月2日，魏格纳在第4次考察格陵兰时遭到暴风雪的袭击，倒在茫茫雪
# r6 q1 Q1 ?4 [$ ~4 A原上，那是他50岁生日的第二天。直到次年4月，搜索队才找到他的遗体。 
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4 `# I. ~2 D6 S3 g# _1968年，法国地质学家勒比雄在前人研究的基础上提出6大板块的主张，它们是——欧亚板块
1 k3 u* c( i: \( Y/ C、非洲板块、美洲板块、印度板块、南极板块和太平洋板块。板块学说很好地解决了魏格纳生
前一直没有解决的漂移动力问题，使地质学在一个新的高度上获得了全面的综合。随着板块运
5 {6 D; k+ P6 z动被确立为地球地质运动的基本形式，地学也进入了一个新的发展阶段。大陆分久必合、合久
必分，海洋时而扩张、时而封闭，已成为人们接受的地壳构造图景。到了20世纪80年代，人们
% q# s* ?3 P$ n确实相信，从大陆漂移说的提出到板块学说的确立，构成了一次名副其实的现代地学领域的伟
! ^3 z6 w$ Z5 b! j1 k大的革命。 

魏格纳去世30年后，板块构造学说席卷全球，人们终于承认了大陆漂移学说的正确性。由此
可见：一种正确的理论在其初期阶段常常被当作错误抛弃或是被当作与宗教对立的观点被否定
，后期阶段则被当作信条来接受。但无论如何，人们至今还纪念魏格纳的，不是他生前冷遇与
4 O( o" p# ]  ~; H死后热闹，而是他毕生寻求真理、正视事实、勇于探索和不惜献身的科学精神。 
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麦克斯韦
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麦克斯韦 (1831-1879)。麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库
8 E3 e. E* n3 ?/ r. b1 j$ f3 F仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一
个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质
的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业
、电子工业和无线电工业的基础。 

麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁堡，他的父亲原是律师，但他的主要兴趣是在制作各种机
械和研究科学问题，他这种对科学的强烈爱好，对麦克斯韦一生有深刻的影响。麦克斯韦10岁
进入爱丁堡中学， 14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》，反
2 Y% Z- f- a6 s映了他在几何和代数方面的丰富知识。16岁进入爱丁堡大学学习物理，三年后，他转学到剑桥
大学三一学院。在剑桥学习时，打下了扎实的数学基础，为他尔后把数学分析和实验研究紧密
结合创造了条件。他阅读了W.汤姆生的科学著作，他十分赞同法拉第提出的新观点，并且精心
- B# _0 `% u2 A* ?研究法拉第的《电学的实验研究》一书。他以法拉第的力线概念为指导，透过这些似乎杂乱无
章的实验记录，看出了它们之间实际上贯穿着一些简单的规律。于是，他发表了第一篇电磁学
- F4 v4 U- {3 Y论文《论法拉第的力线》。在这篇论文中，法拉第的力线概念获得了精确的数学表述，并且由
. p; {0 g- d% E. R# b# i) G, q此导出了库仑定律和高斯定律。这篇文章还只是限于把法拉第的思想翻译成数学语言，还没有
  V5 L, g8 q, ^% d& Q# p. V引导到新的结果。1862年他发表了第二篇论文《论物理力线》，不但进一步发展了法拉第的思
! M, N3 L) C: h" r3 i想，扩充到磁场变化产生电场，而且得到了新的结果：电场变化产生磁场，由此预言了电磁波
2 L* v& ?' I7 f) d' g的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研
) @/ A$ e8 r- t# n1 j4 x究电磁理论达到的主要结果。1864年他的第三篇论文《电磁场的动力学理论》，从几个基本实
! h( y" P$ ^0 s' Y0 ?/ l验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。1873年出版的《电学和磁学
论》一书是集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果
! v% m" R) j8 S/ r* Y，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《
物种起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。 

2 M# D; l2 J0 `/ C( {/ W麦克斯韦在总结前人工作的基础上，引入位移电流的概念，建立了一组微分方程。这方程组
0 n1 C% m% x% m1 Z( }' F确定电荷、电流（运动的电荷）、电场、磁场之间的普遍联系，是电磁学的基本方程，麦克斯
+ u4 i9 P$ B6 C; g! J* G韦方程组表明，空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场，而变化的电场又能激发涡旋
3 e, P  x4 ]+ ~2 O- ]磁场。交变的电场和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡即电磁波。麦克斯韦方程还说
明，电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化，由此式可证明电微波在以太（即真空）中
2 p1 F8 h; Z- s; ~传播的速度，等于光在真空中传播的速度。这不是偶然的巧合，而是由于光和电磁波在本质上
- A; y0 ?! `- ~. R* ]- s# ?% N是相同的。光是一定波长的电磁波，这就是麦克斯韦创立的光的电磁学说。 
4 t! I. g# U# D1 j! }6 D. o
麦克斯韦被大多数近代物理学家看作是19世纪的科学家，但他对20世纪的物理学影响很大，
他与牛顿和爱因斯坦齐名。1931年爱因斯坦在麦克斯韦生辰百年纪念会上曾指出：麦克斯韦的
+ d  q0 ^& E' d0 ~: E; _工作“是牛顿以来，物理学最深刻和最富有成果的工作”，从而使物理现实的概念得到了改变
$ S9 h$ I& J# U  C; s- k。麦克斯韦提出的电磁辐射的概念和他的场方程组，是根据法拉第的电力线和磁力线的实验观
察提出来的，从而引出了爱因斯坦的狭义相对论，并建立了质量和能量的等效性原理。使麦克
斯韦成为历史上最伟大的科学家之一的工作是他关于电磁学的研究，麦克斯韦说，他最重要的
* s( ^- m3 }" y! T" N. w6 M# [工作是把法拉第的物理观点用数学表达出来。麦克斯韦曾表示电磁波是能在实验室内产生的，
这种可能性首先由赫兹在1887年实现了，这时麦克斯韦以去世8年。所以，具有广泛应用价值
的无线电工业实际上来源于麦克斯韦的著述。在电磁理论以外，麦克斯韦在物理学其他领域中
也有重大贡献。20多岁时麦克斯韦曾写过一篇有关土星的论文证实土星外围的那些换都是由一
; G( [- S& J$ ^2 c# M6 p% @( l" x块块不相粘附的物质组成的，100多年以后当一架“航行者”太空推测器到达土星周围时，证
实了这一理论。1871年麦克斯韦被推选为卡文迪什讲座教授。他设计了卡文迪什实验室，而且
亲自监督施工。 

( U5 x( |) h$ D* A麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面，同时在天体物理学、气体分子运动论、热力学、统
  w. O% m, z. D" P1 h* R, l" j7 N5 {计物理学等方面，都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立者普朗克（Max Plank l858—194
4 T9 J' X) s- Q9 _" [1 [  i' ]7）指出的：“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上，永放光芒。从生地
来说，他属于爱丁
/ I8 ]- `5 B! u: R- B- J: `* S 
" A! ]% q4 h6 D
, R6 ~, @! y( i8 G8 b1 M% e库仑
 
5 S  d+ l9 u  l) M$ L- e8 P, K7 \
(2004-02-06)
$ }, v# C' `, c4 g! D$ D& q 
库仑 (1736-1806)。电学是物理学的一个重要分枝，在它的发展过程中，很多物理学巨匠都
曾作出过杰出的贡献。法国物理学家查利·奥古斯丁·库仑就是其中影响力非常巨大的一员。
 

1 j8 G/ y6 C5 O3 _& ?5 H库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。库仑家里很有钱，在青少年时期，他就受到了良好
4 {4 ?) E1 ~- h- O! C# v! U- z- x& j的教育。他后来到巴黎军事工程学院学习，离开学校后，他进入西印度马提尼克皇家工程公司
; f: }4 N7 Q& I" d' }  k工作。工作了八年以后，他又在埃克斯岛瑟堡等地服役。这时库仑就已开始从事科学研究工作
，他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上。 
" `( X9 f$ `" ]' w: }/ p
: a" [) d6 F) o/ F. Y( T1 q他在军队里从事了多年的军事建筑工作，为他1773年发表的有关材料强度的论文积累了材料
$ R  a" U4 n+ U6 {! E( k。在这篇论文里，库仑提出了计算物体上应力和应变的分布的方法，这种方法成了结构工程的
1 g9 K! ?4 U) R9 N$ v$ i( l理论基础，一直沿用到现在。 
3 V! g& M4 H9 ?9 S
) G) z4 {4 y! K) c% Y6 q1777年法国科学院悬赏，征求改良航海指南针中的磁针的方法。库仑认为磁针支架在轴上，
必然会带来磨擦，要改良磁针，必须从这根本问题着手。他提出用细头发丝或丝线悬挂磁针。
, j0 c. ~. {: i3 `. c. ?( N1 r2 R同时他对磁力进行深入细致的研究，特别注意了温度对磁体性质的影响。他又发现线扭转时的
扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置算出静电力或磁力的大小。这导致他发
明了扭秤，扭秤能以极高的精度测出非常小的力。由于成功地设计了新的指南针结构以及在研
究普通机械理论方面作出的贡献，1782年，他当选为法国科学院院士。为了保持较好的科学实
. \6 {4 S% K# ~验条件，他仍在军队中服务，但他的名字在科学界已为人所共知。 
- P. k. C2 m9 l' l8 s
, ~6 D9 S& J, l' E/ N库仑在1785年到1789年之间，通过精密的实验对电荷间的作用力作了一系列的研究，连续在
& O9 |& d$ L- V/ X$ u4 G皇家科学院备忘录中发表了很多相关的文章。 

% F8 i/ K# L- A& F2 n/ P1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。同年，他在给法国科学院
) ?4 E8 x1 c! m' V2 Z9 J的《电力定律》的论文中详细地介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。 
+ V2 H5 n& `6 Q- t
库仑的扭秤是由一根悬挂在细长线上的轻棒和在轻棒两端附着的两只平衡球构成的。当球上
没有力作用时，棒取一定的平衡位置。如果两球中有一个带电，同时把另一个带同种电荷的小
球放在它附近，则会有电力作用在这个球上，球可以移动，使棒绕着悬挂点转动，直到悬线的
扭力与电的作用力达到平衡时为止。因为悬线很细，很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离
( W0 P6 k% r" p4 M其原来位置，转动的角度与力的大小成正比。库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电
荷，并改变它们之间的距离： 

, u/ M- j" q# K9 O, X第一次，两球相距36个刻度，测得银线的旋转角度为36度。 

4 p+ k! w" z4 Y2 u. p! M第二次，两球相距18个刻度，测得银线的旋转角度为144度。 

第三次，两球相距8.5个刻度，测得银线的旋转角度为575.5度。 

上述实验表明，两个电荷之间的距离为4：2：1时，扭转角为1：4：16。由于扭转角的大小与
扭力成反比，所以得到：两电荷间的斥力的大小与距离的平方成反比。库仑认为第三次的偏差
是由漏电所致。 
* c9 l2 S6 O) i
经过了这们巧妙的安排，仔细实验，反复的测量，并对实验结果进行分析，找出误差产生的
原因，进行修正，库仑终于测定了带等量同种电荷的小球之间的斥力。 

但是对于异种电荷之间的引力，用扭称来测量就遇到了麻烦。因为金属丝的扭转的回复力矩
仅与角度的一次方成比例，这就不能保证扭称的稳定。经过反复的思考，库仑发明了电摆。他
利用与单摆相类似的方法测定了异种电荷之间的引力也与它们的距离的平方成反比。 

$ _  d+ n2 Q( A3 g" }) d# ?最后库仑终于找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及它们之
3 u4 F, ~4 y; F4 S% j! M间的距离的定量关系，这就是静电学中的库仑定律，即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比，
与两者的距离平方成反比。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定
1 v3 b, E7 N! p8 y$ Q1 T% N, d. s5 }性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的。
& ], l! X" K4 e9 u' M" R7 e- K' W 
* N0 V  o; N0 \  e; N
* V( C2 f. `) V. R  f$ m磁学中的库仑定律也是利用类似的方法得到的。1789年法国大革命爆发，库伦隐居在自己的
5 W' S; f( l3 f领地里，每天全身心地投入到科学研究的工作中去。同年，他的一部重要著作问世，在这部书
1 R  @5 j$ K$ c, v5 ]3 A& Y里，他对有两种形式的电的认识发展到磁学理论方面，并归纳出类似于两个点电荷相互作用的
7 y# N9 P! y. v, I$ ~, H! y两个磁极相互作用定律。库仑以自己一系列的著作丰富了电学与磁学研究的计量方法，将牛顿
9 P: ~6 P5 i* W7 `/ Q) n% l的力学原理扩展到电学与磁学中。库仑的研究为电磁学的发展、电磁场理论的建立开拓了道路
。这是他的扭秤在精密测量仪器及物理学的其它方面也得到了广泛的应用。 
2 O% i) g; a6 a7 K# {
, r6 V/ {/ |1 t- x库仑不仅在力学和电学上都做出了重大的贡献，做为一名工程师，他在工程方面也作出过重
要的贡献。他曾设计了一种水下作业法。这种作业法类似于现代的沉箱，它是应用在桥梁等水
1 m: w, e% u4 a; ^: [) a下建筑施工中的一种很重要的方法。 

* N5 W: i( u5 V' ^3 G2 B他还给我们留下了不少宝贵的著作，其中最主要的有《电气与磁性》一书，共七卷，于1785
年至1789年先后公开出版发行。 

  C3 m( ?  Z: T# W" p/ [2 T/ E1806年8月23日，库仑因病在巴黎逝世，终年七十岁。 
8 y$ T1 B  u6 u; B! g. P
3 s, Z6 |) f/ w+ h' j) J9 c库仑是十八世纪最伟大的物理学家之一，他的杰出贡献是永远也不会磨灭的。
( P+ e) v, S7 L* N: d 
8 P+ U0 A( S( s1 @# N6 v
. j! s6 |5 J. ]. V9 l1 j法拉第
! G, |7 k. s8 S1 A" U 

3 i/ l5 v& ^4 \; s(2004-02-06)
2 P9 c$ f& T: [ 
法拉第(1917-1867)1791年9月22日生在一个手工工人家庭，家里人没有特别的文化，而且颇
5 w6 n" l" s% J' U% R: P为贫穷。法拉第的父亲是一个铁匠。法拉第小时候受到的学校教育是很差的。十三岁时，他就
5 g: {! C$ j# n6 ]8 y4 t, [到一家装订和出售书籍兼营文具生意的铺子里当了学徒。但与众不同的是他除了装订书籍外，
# E4 C  R; o0 A* ?2 n9 R还经常阅读它们。他的老板也鼓励他，有一位顾客还送给了他一些听伦敦皇家学院讲演的听讲
# g; o2 F; |* ]8 K/ m证。1812年冬季一天，正当拿破仑的军队在俄罗斯平原上遭到溃败的时候，一位二十一岁的青
年人来到了伦敦皇家学院，他要求和著名的院长戴维见面谈话。作为自荐书，他带来了一本簿
% L" ^; ~* x+ {# e5 Y子，里面是他听戴维讲演时记下的笔记。这本簿子装订得整齐美观，这位青年给戴维留下了很
3 r0 y7 c& q9 T. @& k好的印象。戴维正好缺少一位助手，不久他就雇用了这位申请者。 
+ s0 X7 c$ E" e5 k4 Y5 q* a; ^# T
当上了戴维的助手后，不久他就成为皇家学院的一员。1813年戴维夫妇决定去欧洲大陆游历
，他们带着法拉第作为秘书。这次旅游进行了18个月，这对法拉第的教育起了重大作用。他见
到了许多著名的科学家，象安培、伏特、阿拉戈和盖·吕萨克等，其中几位学者立即发现了这
位陪伴戴维的朴实年青人的才华。 
; K4 M# ^& o9 ^* W3 ?
0 W& ]1 e& k3 Q法拉第的科学活动是惊人的。他从欧洲大陆旅游回来后，几年内都致力于化学分析，并在皇
8 P( v' p* b! D# i! p  m家学院担任助手工作，其中包括对戴维的重要协助。他在1816年发表的第一篇论文，是论述托
$ O2 q) }! l9 S4 Y' B. g斯卡纳生石灰的性质的。1860年前后，法拉第的研究活动结束时，他的实验笔记已达到一万六
千多条，他仔细地依次编号，分订成许多卷，在这里法拉第快乐的显示了他过去当装订工时学
9 [5 d' ~3 M- I# S会的高超技能。这些笔记以及其他在装订成书以前或以后的几百条笔记，都已编成书分卷出版
6 R; d' a& l# H: E1 m2 C，其中最著名的是他的《电学实验研究》。 
5 _/ b0 Y) Z0 C0 U3 q& }
+ r# S; F  q3 I; W0 ^法拉第所研究的课题广泛多样，按编年顺序排列,有如下各方面：铁合金研究（1818－1824）
/ j( K+ S" J5 j: b+ g；氯和碳的化合物（1820）；电磁转动（1821）；气体液化（1823，1845）；光学玻璃（182
5－1831）；苯的发明（1825）；电磁感应现象（1831）；不同来源的电的同一性（1832）；
电化学分解（1832年起）；静电学，电介质（1835年起）；气体放电（1835年）；光、电和磁
+ m! |( A6 F& y$ Y（1845年起）；抗磁性（1845年起）；"射线振动思想"（1846年起）；重力和电（1849年起）
；时间和磁性（1857年起）。 
: t/ @# C. d! S6 _
在大约1830年以前，法拉第主要是一位化学家，但他曾在1821年第一次着手研究电和磁，可
1 C! t- U' ^' l  h能由此而种下了种子，十年以后即有了伟大的发现。法拉第的第一个科学活动时期终止于183
, @% e/ Z) m* a  l0年，那时他已成为很有成就的专业分析化学和实际顾问，而且更重要的是，由于他的坚实的
科学成就，已赢得了国际声誉。这些科学成就包括制备一些新的碳化合物，如由他命名的"高
氯化碳"或现代命名的"六氯乙烷"CCI3．CC13和四氯乙烯CCI2：CC12，以及研究伦敦照明用的
8 y- B( k- s3 R& Q" I+ u气体（法拉第的哥哥在该部门工作）。这种气体是用动物油加热而制成的，储存在圆柱形铁罐
内，它往往在铁罐内残留下一种液体。法拉第非常仔细而巧妙地对这种残余液体进行了分析，
0 q+ A; O7 _4 ]发现它含有一种沸点固定在80℃的成分，它的大致组分为CH。这就是苯，它是有机化学的主要
支柱之一。但是法拉第发现苯时，并没有认识到它在后来的重要性，当然也不了解它的奇异的
分子结构。这些发明和发现表明，如果法拉第没有其他贡献，他也将被认为是杰出的化学家。
# X8 B- y/ g- z8 B$ ~ 

! Y- \# B2 \$ U% Y/ S事实上，在十九世纪二十年代，他就已成功地液化了好几种气体。他最初所用的仪器非常简
陋，只是一个弯成倒"V"字形的结实的玻璃管。他在玻璃管一端放入产生气体的物质，把另一
端浸在致冷混合液体中。这时放出的气体使管内的压力增加。他就是采用这种简单技巧，液化
" w0 q& X; @$ [1 G了氯、二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、一氧化二氮、氨、氯化氢以及其他物质。 
, i# A* E! }1 m. T; _' t9 I9 z
; Z6 z/ o2 z9 D* H, w7 e$ i8 u- g1818年起，法拉第和一位外科医生、皇家学会会员斯托达特合作了几年，试图制造出一种改
良钢，它的防锈能力要比英国当时所用的钢产品更强，能用来制造更锋利的刀片。当时的冶金
技术仍然偏重于经验技术。印度生产的一种"乌兹钢"，是当时最优质的刀片钢。法拉第和斯托
达特在铁内掺入其他金属，例如铂、银、钯、铬等，制成了各种合金钢，但斯托达特在1823年
去世，法拉第转到其他工作去了。他们当时是可能发现现代冶金学的一些重要结果的。他们所
制刀片的一些样品至今仍保存着，其中有一些质量很高。 
8 O( b, G. s" G! k0 Q) `
所有这些工作都证明了法拉第卓越的化学才能和工艺才能。他把他的丰富经验总结为一本六
& G+ E+ J8 y% {) l& d$ p百多页的巨著《化学操作》中，于1827年出版。这是法拉第除了电学研究和其他研究论文集外
所写的唯一的一本书。就是在今天仔细阅读它，也会给人一种直接和新颖的非凡印象。 

戴维曾想表示他对法拉第的感激，但皇家学院经济一直困难。1825年他建议任命法拉第为实
验室主任，以表示他的敬意。此后不久，法拉第创办了一个定期的"星期五晚讲座"，至今仍延
续下来。法拉第曾花费了许多精力来提高他的讲演艺术，并且为此而名声卓著。他对讲演提出
6 ~) k9 Q/ [2 X2 n% W0 m' o了各种建议和准则，完善到包括一切细节，这些建议和准则一直传给了皇家学院现在的讲演人
。尽管皇家学院的听讲费颇为昂贵，但只要是法拉第讲演，讲演大厅里就会挤得水泄不通。其
他人的讲演平均只有三分之二的听众。除了星期五晚讲座外，法拉第还为儿童设立了专门的通
: O. A0 B5 ~& [6 ?7 Q$ M俗讲演，在圣诞节期间举行，他的圣诞节讲座的主题之一是《蜡烛的化学史》。一个多世纪以
7 Z- L* L# D5 I* v& X来，曾经鼓舞了无数青年人，使他们从中获得快乐。这本书已被译成了许多种文字。　　一旦
有了可能，法拉第就拒绝大部分兼职工作，严格地削减社会活动，而把全部精力用于实验研究
。人们得到的印象是，只有实验研究才是他真正的兴趣所在。他不参加任何社会活动，拒绝了
许多授给他的荣誉，包括1857年要选他为皇家学会会长。 
* S: Z2 H7 D4 x+ Y5 M" i
7 ]  s! W7 a) A0 ]7 D, H$ G$ P' S法拉第成就最大的时期是1830至1839年，当时他是对现代电学发现作出贡献的第一流科学家
8 v" m2 l6 F5 u* O6 o& W。1821年他研究了奥斯特发现的电流的磁作用，作出了一项重大发现：磁作用的方向是与产生
磁作用的电流的方向垂直的。法拉第还制成了一种电动机，证明了导线在恒定磁场内的转动。
5 p# o. @4 R  j他甚至还证明了在地磁场内的这种转动。这个实验给他本人和他的同时代人都留下了深刻的印
象。 
, N2 a6 n7 X7 Y+ f. r! {# S
法拉第坚信，电与磁的关系必须被推广，如果电流能产生磁场，磁场也一定能产生电流。法
3 ~$ y0 c) d& B3 z% y拉第为此冥思苦想了十年。他做了许多次实验结果都失败了。直到1831年年底，他才取得了巨
  o1 H/ h/ N& `; m. Q5 S大的突破他发明了一种电磁电流发生器，这就是最原始的发电机。这时的法拉第不仅作出了跨
时代的贡献而且奠定了未来电力工业的基础。 

! B. _, ~9 E, O7 u- s1 W9 A曾有一个政治家问法拉第，他的发明有什么用处。他回答说："我现在还不知道，但有一天你
将从它们身上去抽税。" 

2 V0 Q( B# p4 [! K4 ^0 P抗磁性是法拉第的另一大发现。许多物质在做成细针时会使自己的方向垂直于磁力线。而且
* M) O/ w3 f' d3 K6 f& N  W  I它被磁铁的两极推开，这种行为是由很弱的力产生的，它要比作用在磁场中铁上的力弱得多。
% |7 l# _* k8 \. c3 i: i4 `这是很值得仔细研究的一种现象，为此法拉第花费了好几个月来研究它。 
# p& v4 R3 L0 f. W0 T
法拉第在他的一篇短文《对射线振动的一些想法》中包含了一些令人惊异的新的基本观点。
1 c, x2 Y# u: s5 t' ?7 q到十八年后，麦克斯韦建立了光的电磁理论，他说："法拉第教授在他的《对射线振动的一此
3 C  U8 U5 `5 H* p" I些想法》一文中明确地提出了横向磁扰动的传播的概念而为顾正常的磁扰动。他提出的光的电
磁理论，实质上和我在这篇文章中开始提出的是相同的，不同是只是在1846年还没有实验数据
可以用来计算传播速度。" 
' @3 w8 k$ P: b6 h3 S4 B
在十九世纪五十年代，法拉第的科学活动能力有所减弱。他又为记忆力和日益衰退而苦恼。
# B' h& C/ E' `8 I, Q他虽然仍能做些实验，但速度已不如前。他力图找出重力和电之间的相互作用，结果是否定的
。但这探索从法拉第爱因斯坦，一直到现在，仍在继续进行。1862年法拉第做了最后一次实验
8 u( ?5 f* q3 H+ u，试图发现磁场对放在磁场内的光源发出的光线的影响，但结果是否定的，因为他用的仪器还
/ d  C- x1 B$ V不够灵敏，不能探测到这种微细的效应。三十年后，当时还是青年的塞曼，从阅读法拉第的实
验计划受到启发，他用更精密的仪器重新做实验，，发现了塞曼效应，它是新原子物理学的先
兆之一。 

+ f- K' J: C0 b" H1 t7 R+ u! {1860年他发表了他最后一次圣诞节讲演，18645年他辞去了皇家学院教授职务。他于1867去世
- m9 B* Q/ p# @, N' s& _5 h' W，终年七十六岁。 

( Z/ N/ p7 {) ]: T: K- k法拉第被公认为最伟大的"自然哲学家"之一。法拉第的伟大成功也许部分地正是由于他所生
- d0 S$ I9 Q' `1 `4 p: [活的时代。丰富的想象力加上足智多谋的实验才能，工作热情和相应的耐性，使他能够迅速地
# y1 i! O6 C% m, \2 T0 ~% ]分辨假象，统观一切。他具有哲学思想，他在几何学和空间上的洞察力，以及善于持久思考的
能力，正好补偿了他数学上的不足。在他留下来的笔记中，有下面一段话： 
% f% `" i" y& C( [( ]# X0 o
! z; \' g$ \9 Y　　"我一直冥思苦索什么是使哲学家获得成功的条件。是勤奋和坚韧精神加上良好的感觉能
9 t7 s, t# R8 o力和机智吗？难道适度的自信和认真精神不是必要的条件吗？许多人的失败难道不是因为他们
. o! f, |; _9 r' G, e/ Y7 L, ^所向往的是猎取名望，而不是纯真地追求知识，以及因获得知识而使心灵得到满足的快乐吗？
我相信，我已见到过许多人，他们是矢志献身于科学的高尚的和成功的人，他们为自己获得了
很高名望，但是还有一种此在他们心灵上总是存在着妒忌或后悔的阴影，我不能设想一个人有
# r% V0 |4 N) T- y- o2 H0 v3 P了这种感情能够作出科学发现。至于天才及其威力，可能是存在的，我也相信是存在的，但是
# u$ x  D! z2 `- l，我长期以来为我们实验室寻找天才却从未找到过。不过我看到了许多人，如果他们真能严格
要求自己，我想他们已成为有成就的实验哲学家了。" 

开尔文勋爵对法拉第非常了解，他在纪念法拉第的文章中说："他的敏捷和活跃的品质，难以
5 z7 c" V  c% T用言语形容。他的天才光辉四射，使他的出现呈现出智慧之光，他的神态有一种独特之美，这
有幸在他家里 -- 皇家学院见过他的任何人都会感觉到的，从思想最深刻的哲学家到最质朴的
; }+ ?- J, `' y4 Y/ K) j& X. t. |儿童。" 

( Y. I& W' C2 g: N2 R0 q 
爱因斯坦
 

; S, z  e1 ~6 G9 b( t(2004-02-06)
 
1 m7 V6 K5 h/ Q/ C5 E- [7 U! N* K爱因斯坦(1879-1955)是20世纪最伟大的自然科学家，物理学革命的旗手。1879年 3月14日生
" W, [: ^: P: _- X5 F于德国乌耳姆一个经营电器作坊的小业主家庭。一年后，随全家迁居慕尼黑。父亲和叔父在那
里合办一个为电站和照明系统生产电机、弧光灯和电工仪表的电器工。在任工程师的叔父等人
0 y' T: l. K4 G* y" L# E. X的影响下,爱因斯坦较早地受到科学和哲学的启蒙。1894年,他的家迁到意大利米兰,继续在慕
/ z. J- B+ a% g尼黑上中学的爱因斯坦因厌恶德国学校窒息自由思想的军国主义教育，自动放弃学籍和德国国
籍，只身去米兰。1895年他转学到瑞士阿劳市的州立中学；1896年进苏黎世联邦工业大学师范
3 a! Y+ E% z; N8 v系学习物理学，1900年毕业。由于他的落拓不羁的性格和独立思考的习惯，为教授们所不满，
$ Q* u1 @- q& r  _大学一毕业就失业，两年后才找到固定职业。1901年取得瑞士国籍。1902年被伯尔尼瑞士专利
% j( G3 N6 X* z  k0 B局录用为技术员，从事发明专利申请的技术鉴定工作。他利用业余时间开展科学研究，于190
5年在物理学三个不同领域中取得了历史性成就，特别是狭义相对论的建立和光量子论的提出
，推动了物理学理论的革命。同年,以论文《分子大小的新测定法》，取得苏黎世大学的博士
学位。1908年兼任伯尔尼大学编外讲师，从此他才有缘进入学术机构工作。1909年离开专利局
5 m8 U. E- C- @4 @任苏黎世大学理论物理学副教授。1911年任布拉格德语大学理论物理学教授，1912年任母校苏
黎世联邦工业大学教授。1914年，应M.普朗克和W.能斯脱的邀请，回德国任威廉皇帝物理研究
( q! F4 Y% r$ c8 ~/ z6 f所所长兼柏林大学教授，直到1933年。1920年应H.A.洛伦兹和P.埃伦菲斯特（即P.厄任费斯脱
5 u0 ?0 `/ Z* o+ h）的邀请，兼任荷兰莱顿大学特邀教授。回德国不到四个月，第一次世界大战爆发，他投入公
% K* i' I) g5 Z0 t$ Q3 k& C开的和地下的反战活动。他经过8年艰苦的探索,于1915年最后建成了广义相对论。他所作的光
线经过太阳引力场要弯曲的预言，于1919年由英国天文学家A.S.爱丁顿等人的日全食观测结果
所证实，全世界为之轰动，爱因斯坦和相对论在西方成了家喻户晓的名词，同时也招来了德国
; H* }& I- l% c! l( U" _( d# f和其他国家的沙文主义者、军国主义者和排犹主义者的恶毒攻击。1933年1月纳粹攫取德国政
权后,爱因斯坦是科学界首要的迫害对象，幸而当时他在美国讲学，未遭毒手。3月他回欧洲后
避居比利时,9月9日发现有准备行刺他的盖世太保跟踪，星夜渡海到英国，10月转到美国普林
" T4 n  [! g  J6 D斯顿，任新建的高级研究院教授，直至1945年退休。1940年他取得美国国籍。1939年他获悉铀
核裂变及其链式反应的发现，在匈牙利物理学家L.西拉德推动下，上书罗斯福总统，建议研制
原子弹，以防德国占先。第二次世界大战结束前夕，美国在日本两个城市上空投掷原子弹，爱
因斯坦对此强烈不满。战后，为开展反对核战争的和平运动和反对美国国内法西斯危险，进行
了不懈的斗争。1955年 4月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不举行任何
丧礼，不筑坟墓，不立纪念碑，骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地
。 
1 _1 y! m+ n  c) y, i. G
7 x8 ?8 t0 z( ]1 }) t# R. V8 W
欧姆
 

(2004-02-06)
5 o, b/ g9 l, r: M6 M9 _" Q 
乔治·西蒙·欧姆(1789-1854) 生于德国埃尔兰根城，父亲是锁匠。父亲自学了数学和物理
7 l! p0 i) g# F& n! Y  _# P2 u1 x% T方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣。16岁时他进入埃尔兰根大学
+ F2 U" P9 I. T4 @+ {: p研究数学、物理与哲学，由于经济困难，中途缀学，到1813年才完成博士学业。欧姆是一个很
% B1 t6 h- X! G7 @7 D9 A有天才和科学抱负的人，他长期担任中学教师，由于缺少资料和仪器，给他的研究工作带来不
: R5 h) Z- Z+ Z. f$ t7 j% i少困难，但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究，自己动手制作仪器。 
7 v- d' C# [& Q2 v4 z/ k
欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发，导热杆中两点间
$ X9 w% @: ]1 U' ]* H- J# F6 p的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为，电流现象与此相似，猜想导线中两点之间的
9 q6 L0 e2 s" }; u3 n1 Q电流也许正比于它们之间的某种驱动力，即现在所称的电动势。欧姆花了很大的精力在这方面
进行研究。开始他用伏打电堆作电源，但是因为电流不稳定，效果不好。后来他接受别人的建
% g: y- u7 Y4 X% S, i4 }2 R, Y议改用温差电池作电源，从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小，这在当时还是
一个没有解决的难题。开始，欧姆利用电流的热效应，用热胀冷缩的方法来测量电流，但这种
- N! D# o4 x/ y5 d7 C方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来，巧妙
# h! }  H  z5 \# }- l) W4 j2 V! r6 h+ z地设计了一个电流扭秤，用一根扭丝悬挂一磁针，让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置
；再用铋和铜温差电池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用两个水银槽作电极，与铜
线相连。当导线中通过电流时，磁针的偏转角与导线中的电流成正比。他将实验结果于1826年
发表。1827年欧姆又在《电路的数学研究》一书中，把他的实验规律总结成如下公式：Ｓ＝?
肊。式中S表示电流；E表示电动力，即导线两端的电势差，γ为导线对电流的传导率，其倒数
. ]) ^" U2 R0 |2 V5 b4 B即为电阻。 
+ @# I" }) s$ J) a9 j
欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正确理解和评价这一发现，并遭到怀疑和尖锐的批评
。研究成果被忽视，经济极其困难，使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣
誉的科普利金牌，才引起德国科学界的重视。 
  l( _( I( O% f7 D8 ?
* D8 ?5 F& X/ I' y+ @' {欧姆在自己的许多著作里还证明了：电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积和传导性
, f$ [$ h0 _* O0 I$ e3 Y. ?2 \成反比；在稳定电流的情况下，电荷不仅在导体的表面上，而且在导体的整个截面上运动。 
. j  ]3 m" O/ L' [! s7 B# d
人们为纪念他，将测量电阻的物理量单位以欧姆的姓氏命名。

& i5 c6 `% H% g 
; |* E& y" [! V. G; j( P安培
 
$ h- b' z: Z+ N4 g! ]! b
( C. n6 N6 [0 x7 H1 N% ](2004-02-05)
 
2 q; v  V7 r4 g4 b& P& C) q安培(André Marie Ampè 1775～1836年)，法国物理学家，对数学和化学也有贡献。1775年
4 ]7 d; \2 j1 O4 K1月22日生于里昂一个富商家庭。年少时就显出数学才能。他的父亲信奉J．J．卢梭的教育思
2 _! `1 A5 V- G' y想，供给他大量图书，令其走自学的道路，于是他博览群书，吸取营养；卢梭关于植物学的著
作燃起了他对科学的热情。 

科学成就 
8 e0 a* b) |$ f0 N
; a& J1 U9 z' ^6 f1．安培最主要的成就是1820～1827年对电磁作用的研究。 

  n- H+ @6 I3 q$ v, R4 G( l+ f1 \①发现了安培定则 

0 n* N) e# w- G% l- j2 z  K奥斯特发现电流磁效应的实验，引起了安培注意，使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的
信条受到极大震动，他全部精力集中研究，两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及
/ V$ U2 Z& h( ~. Y6 x1 d$ m" J7 ?- W7 k5 D从右手定则的报告，以后这个定则被命名为安培定则。 

% w( [( Q7 l7 q②发现电流的相互作用规律 
4 j: K7 o4 |( S0 _. `; Q
接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引，电流方向相反的两条平行载流
3 h& ^, G5 l6 s( ^: Q+ C' r, [导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。 

③发明了电流计 

安培还发现，电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似，创制出第一个螺线管，
在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。 

④提出分子电流假说 

他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了著名的分
" k  r4 Y' v2 C2 D7 r子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的
9 Y' A% g- ]6 A  E; L存在，每个磁分子成为小磁体，两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是
杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。当外界磁场作用后，分子电流的取向
" J  u9 s9 Y2 `% a/ G, ?' t9 P大致相同，分子间相邻的电流作用抵消，而表面部分未抵消，它们的效果显示出宏观磁性。安
) o! [3 \* a5 Z4 N. ?0 i6 m培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实，它带有相当大的臆测成分；
在今天已经了解到物质由分子组成，而分子由原子组成，原子中有绕核运动的电子，安培的分
子电流假说有了实在的内容，已成为认识物质磁性的重要依据。 

⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律 

安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验，并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作
用力的定律，描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系
。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”，1827年
1 p) h; l2 q: ~/ A! s. p8 q! z5 a安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部
重要的经典论著。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献，电流的单位“安培”以他的姓氏命名。
/ L! @- h; P& ^ 

, F- q3 |; q& K9 f8 W4 ^5 b他在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程；他几乎与H戴维同时
0 R) M' m# |$ X5 V4 u认识元素氯和碘，导出过阿伏伽德罗定律，论证过恒温下体积和压强之间的关系，还试图寻找
: Z& K; X* ]; K7 h& `各种元素的分类和排列顺序关系。 
- U7 M' N1 w) X; U+ j9 z5 O
3．“电学中的牛顿” 
  r# y  U+ B% v( J
安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中，成为电磁学史上一部重要的经
典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一，还把安培誉为“电学中的牛
6 H* K. `, n, F% V8 j2 a1 h! L顿”。 

) S& [8 ?6 O+ B! ?/ a( }  L/ ~& A% a6 P0 a安培还是发展测电技术的第一人，他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器，以后经过改进
称电流计。 
: r* E: l- d& ^- j' a
安培在他的一生中，只有很短的时期从事物理工作，可是他却能以独特的、透彻的分析，论
述带电导线的磁效应，因此我们称他是电动力学的先创者，他是当之无愧的。 
- r0 A, n, N0 C

 
, M6 \1 A- _$ X' f& \阿基米德
  a* P5 ?' h, _  i6 a 
" M+ z3 ?) d3 j6 K0 Y9 r. \
( G2 q1 Z5 r) A(2004-02-05)
 
阿基米德 (公元前287-前212),古希腊伟大的数学家、力学家。生于西西里岛的叙拉古，卒于
6 R) k  H% B. C, B+ Z8 C同地。早年在当时的文化中心亚历山大跟随欧几里得的学生学习，以后和亚历山大的学者保持
紧密联系，因此他算是亚历山大学派的成员。后人对阿基米德给以极高的评价，常把他和I.牛
顿、C.F.高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。他的生平没有详细记载，但关于他的许
多故事却广为流传。据说他确立了力学的杠杆定律之后，曾发出豪言壮语：“给我一个立足点
，我就可以移动这个地球！”叙拉古的亥厄洛王叫金匠造一顶纯金的皇冠，因怀疑里面掺有银
9 b5 ~3 J3 P7 U! o+ z* C1 H子，便请阿基米德鉴定一下。当他进入浴盆洗澡时,水漫溢到盆外,于是悟得不同质料的物体，
虽然重量相同，但因体积不同，排去的水也必不相等。根据这一道理，就可以判断皇冠是否掺
; v+ M7 d: ^/ R6 ^4 S假。阿基米德高兴得跳起来,赤身奔回家中，口中大呼：“尤里卡！尤里卡！”（希腊语意思
2 m6 X* v( n* |0 n3 W; Z是“我找到了”）他将这一流体静力学的基本原理，即物体在液体中减轻的重量,等于排去液
% O# H  p6 e- N0 Z3 v体的重量,总结在他的名著《论浮体》中，后来以“阿基米德原理”著称于世。第二次布匿战
! F; o" v8 Z* j. R2 Y4 W  F) t争时期,罗马大军围攻叙拉古,阿基米德献出自己的一切聪明才智为祖国效劳。传说他用起重机
' d0 R$ p6 G# a6 M$ v抓起敌人的船只，摔得粉碎；发明奇妙的机器，射出大石、火球。还有一些书记载他用巨大的
5 ~5 r( f1 J1 z# K2 }火镜反射日光去焚毁敌船,这大概是夸张的说法。总之,他曾竭尽心力，给敌人以沉重打击。最
后叙拉古因粮食耗尽及奸细的出卖而陷落，阿基米德不幸死在罗马士兵之手。流传下来的阿基
# |" i2 e1 ?! q, H+ @$ d2 h米德的著作,主要有下列几种。《论球与圆柱》，这是他的得意杰作，包括许多重大的成就。
他从几个定义和公理出发，推出关于球与圆柱面积体积等50多个命题。《平面图形的平衡或其
重心》，从几个基本假设出发，用严格的几何方法论证力学的原理，求出若干平面图形的重心
。《数沙者》，设计一种可以表示任何大数目的方法，纠正有的人认为沙子是不可数的，即使
可数也无法用算术符号表示的错误看法。《论浮体》，讨论物体的浮力，研究了旋转抛物体在
! l  v2 a/ t0 _4 H: n流体中的稳定性。阿基米德还提出过一个“群牛问题”，含有八个未知数。最后归结为一个二
次不定方程。其解的数字大得惊人，共有二十多万位! 阿基米德当时是否已解出来颇值得怀疑
. ]7 D; l6 ]& q* K: x1 f1 {。除此以外，还有一篇非常重要的著作，是一封给埃拉托斯特尼的信，内容是探讨解决力学问
题的方法。这是1906年丹麦语言学家J.L.海贝格在土耳其伊斯坦布尔发现的一卷羊皮纸手稿，
原先写有希腊文，后来被擦去，重新写上宗教的文字。幸好原先的字迹没有擦干净，经过仔细
辨认，证实是阿基米德的著作。其中有在别处看到的内容，也包括过去一直认为是遗失了的内
容。后来以《阿基米德方法》为名刊行于世。它主要讲根据力学原理去发现问题的方法。他把
5 H7 m/ B2 p4 j1 Z5 c, Z7 b6 d2 h一块面积或体积看成是有重量的东西，分成许多非常小的长条或薄片，然后用已知面积或体积
' u5 B0 W& o. w+ h: q去平衡这些“元素”，找到了重心和支点，所求的面积或体积就可以用杠杆定律计算出来。他
- {3 l# I2 f8 {, v" A) A- A把这种方法看作是严格证明前的一种试探性工作,得到结果以后,还要用归谬法去证明它。他用
这种方法取得了大量辉煌的成果。阿基米德的方法已经具有近代积分论的思想。然而他没有说
明这种“元素”是有限多还是无限多，也没有摆脱对几何的依赖, 更没有使用极限方法。尽管
* `. a  m6 t! `! [( w1 t. p* D/ ~如此, 他的思想是具有划时代意义的，无愧为近代积分学的先驱。他还有许多其他的发明，没
有一个古代的科学家，象阿基米德那样将熟练的计算技巧和严格证明融为一体，将抽象的理论
5 o$ R0 @1 ?% V* p和工程技术的具体应用紧密结合起来。 
( G+ U0 z) d# l% C( M# h
3 s, s* ?7 D/ a) k" p- L
 牛顿
 

(2004-02-05)
 
古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中世纪中埋没风尘，黯然失色。15世纪，文艺复兴的大旗飘
扬在欧洲大陆上，自然科学获得新的生命，蓬勃成长。科学巨匠N.哥白尼、第谷、J.开普勒、
伽利略以及R.笛卡儿等先后驰名于欧洲。一场科学革命冲破了中世纪封建势力和经院哲学的层
层罗网，不断取得胜利。 
! ]- Z& K9 ?$ k  N' o+ a$ z' e9 @. X
4 J9 k0 I' Q6 l: H2 `+ A牛顿──伟大的科学家，经典物理学理论体系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济和科
学文化新变革的时代诞生的。 

) v8 k6 P8 K! f+ `/ Y$ i9 n
家世和生平 

; f. E" o* C. ^2 @( Y& E1643年1月4日(儒略历1642年12月25日)牛顿诞生于英格兰林肯郡的小镇乌尔斯普的一个自耕
7 M+ C$ @  w  H7 ?. o) v# O, c, l! k& s农家庭。牛顿出生之前，父亲已去世。牛顿生而孱弱，过了3年,他的母亲再嫁给一位牧师,把
孩子留在他祖母身边抚养。8年之后，牧师病故，牛顿的母亲带着后夫所生的一子二女又回到
乌尔斯索普。牛顿自幼沉默寡言,性格倔强,这种习性可能来自他的家庭处境。牛顿少年时代喜
4 \9 c% B0 e, `2 D2 u欢摆弄机械小技巧。传说他做过一架磨坊的模型，动力是小老鼠；有一次他放风筝时，在绳子
/ D+ l" P% R" Z$ X2 D' D上悬挂着小灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现。他喜欢绘画、雕刻，尤喜欢刻日晷，家里墙角
、窗台上到处安放着他刻划的日晷，用以验看日影的移动，以知时刻。12岁进离家不远的格兰
瑟中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，能赡养家庭，但牛顿本人却无意于此而酷爱读书
，以致经常忘了干活。随着年岁增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做科学小试验。他在格
  H3 `0 N" Z; e9 ^7 J+ b兰瑟姆中学读书时，曾寄寓在一位药剂师家里，使他受到化学实验的熏陶。牛顿在中学时代学
习成绩并不出众，只是爱好读书，对自然现象有好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤好几何
学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类地记读书心得笔记，又喜欢别出心裁地做些小工具、
6 y9 C* G/ I0 m1 Y9 Z小技巧、小发明、小试验。当时英国社会渗入基督教新教思想，牛顿家里有两位都以神父为职
, Y% {# @+ |+ Z; h业的亲戚，这可能影响牛顿晚年的宗教生活。从这些平凡的环境和活动中，看不出幼年的牛顿
是一个才能出众异于常人的儿童。然而格兰瑟姆中学的校长J.斯托克斯，还有牛顿的一位当神
6 ^2 X) m9 y0 m7 q父的叔父W.艾斯库别具慧眼，鼓励牛顿上大学读书。牛顿于1661年以减费生的身份进入剑桥大
3 d* e+ o* [" Q  v( q# X; `. S学三一学院，1664年成为奖学金获得者，1665年获学士学位。17世纪中叶，剑桥大学的教育制
2 I6 B( R* J1 Y9 h% V6 p' r度还浸透着浓厚的中世纪经院哲学的气味。当牛顿进入剑桥大学时,那里还在传授一些经院式
课程，如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。两年之后三一学院出现了新气象。H.卢卡斯
2 F0 f- B" B% x! I$ j创设了一个独辟蹊径的讲座，规定讲授自然科学知识如地理、物理、天文和数学课程。讲座的
第一任教授I.巴罗是一位博学的科学家。就是这位教师把牛顿引向自然科学。在这段学习过程
! [7 w/ r4 F5 V4 |# a中，牛顿掌握了算术、三角，学习了欧几里得的《几何原理》。他又读了开普勒的《光学》，
笛卡儿的《几何学》和《哲学原理》，伽利略的《两大世界体系的》，R.胡克的《显微图集》
，还有皇家学会的历史和早期的《哲学学报》等。牛顿在巴罗的门下学习，是他学习的关键时
期。巴罗比牛顿大12岁，精于数学和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，他认为牛顿的数学才能
超过自己。1665～1666年伦敦大疫。剑桥离伦敦不远，为恐波及，学校停课。牛顿于1665年 
6月回到故乡乌尔斯索普。 
8 ^& C9 x8 [* |) t0 A6 O7 h! q6 C
　由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养，对探索自然现象产生极为浓厚的兴趣
, u' l, G! l* ]8 p( o。就在1665～1666年这两年之内，他在自然科学领域内思潮奔腾，才华迸发，思考前人从未思
考过的问题，踏进前人没有涉及的领域，创建前所未有的惊人业绩。1665年初他创立级数近似
法以及把任何幂的二项式化为一个级数的规则。同年11月，创立正流数法（微分）；次年 1月
，研究颜色理论；5月，开始研究反流数法（积分）。这一年内,牛顿还开始想到研究重力问题
，并想把重力理论推广到月球的运行轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们
轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说
3 }/ ]% G5 N2 P6 l% d: \( v，说的也是在此时发生的轶事。总之，在家乡居住的这两年中，牛顿以比此后任何时候更为旺
* C7 P7 G  m3 J' x盛的精力从事科学创造，并关心自然哲学问题。由此可见，牛顿一生的重大科学思想是在他青
春年华、思想敏锐短短两年期间孕育、萌发和形成的。 

1667年牛顿重返剑桥大学，10月1日被选为三一学院的仲院侣，次年 3月16日选为正院侣。当
时巴罗对牛顿的才能有充分认识。1669年10月27日巴罗便让年仅26岁的牛顿接替他担任卢卡斯
2 r5 @; I  J' `& }讲座的教授。牛顿把他的光学讲稿(1670～1672)、算术和代数讲稿(1673～1683)《自然哲学的
, K% [% d$ k) w" h  v9 z! R数学原理》（以下简称《原理》）的第一部分(1684～1685)，还有《宇宙体系》(1687)等手稿
1 m  G/ ^1 ^  J. a: a) _: P6 y送到剑桥大学图书馆收藏。1672年起他被接纳为皇家学会会员，1703年被选为皇家学会主席直
# _0 ~/ q1 x" d7 B- m3 D1 H& H, }# U/ i到逝世。其间牛顿和国内外科学家通信最多的有R.玻意耳、J.柯林斯、J.夫拉姆斯蒂德、D.格
雷果理、E.哈雷、胡克、C.惠更斯、G.W.F.von莱布尼兹和J.沃利斯等。牛顿在写作《原理》
7 H% d9 j' F6 K" v( e- ~之后，厌倦大学教授生活，他得到在大学学生时代结识的一位贵族后裔C.蒙塔古的帮助，于1
696年谋得造币厂监督职位，1699年升任厂长，1701年辞去剑桥大学工作。当时英国币制混乱
，牛顿运用他的冶金知识，制造新币。因改革币制有功,1705年受封为爵士。晚年研究宗教,著
有《圣经里两大错讹的历史考证》等文。牛顿于1727年 3月31日（儒略历20日）在伦敦郊区肯
辛顿寓中逝世，以国葬礼葬于伦敦威斯敏斯特教堂。 
# y1 Y: Y9 u' O1 O. N
* ^) h  y# t" [《光学》和反射式望远镜的发明，光学和力学一样，在古希腊时代就受到注意。用于天文观
8 D% x5 u7 C0 f: d测的需要,光学仪器的制作很早就得到了发展,光的反射定律早在欧几里得时代已经闻名，但折
射定律直到牛顿出生之前不久才为荷兰科学家W.斯涅耳所发现。玻璃的制作早已从阿拉伯辗转
7 q0 o( v; e: _" ]1 z传入西欧。16世纪荷兰磨制透镜的手工业大兴。把透镜适当组合成一个系统就可成为显微镜或
2 z9 V$ i' f% l8 q0 G望远镜。这两种仪器的发明对科学发展起了重大作用。在牛顿之前，伽利略首先把他所制作的
望远镜用在天象观测上。枷利略式的望远镜是以一片会聚透镜为目镜、一片发散透镜为物镜的
望远镜。还有当时盛行的由两片会聚透镜组成的开普勒望远镜。两种望远镜都无法消除物镜的
/ w2 I& }$ r& I* N" `6 F( S: l色散。牛顿发明以金属磨成的反射镜代替会聚透镜作为物镜，这样就避免了物镜的色散。当时
牛顿制成的望远镜长6英寸，直径1英寸，放大率为30～40倍。经过改进，1671年他制作了第二
架更大的反射式望远镜，并送到皇家学会评审。这台望远镜被皇家学会作为珍贵科学文物收藏
起来。为了制造反射式望远镜，牛顿亲自冶炼合金和研磨镜面。牛顿自幼爱好动手制模型，做
; N# n- S- @* D/ F试验，这对他在光学实验上的成功有极大帮助。光的颜色问题早在公元前就有人在作猜测，把
虹的光色和玻璃片的边缘形成的颜色联系起来。从亚里士多德以来到笛卡儿都认为白光是纯洁
. n% D  m8 T& ~9 I! ^2 [" Q  _的、均匀的，是光的本质，而色光只是光的变种。他们都没像牛顿那样认真做过实验。 
4 Q/ ^( w0 S- R; z* g- T( j6 ]4 g
0 p6 R% [3 |1 ~$ _大约在1663年，牛顿即开始热衷于光学研究，磨玻璃、制作望远镜也在这个时期。1666年，
- b* x  f1 J8 {/ H. B他购得一块玻璃三棱镜，开始研究色散现象。为了这个目的，牛顿在他的《光学》一书中写道
:“把我的房间弄暗,在我的窗板上开一个小孔,以便适量的太阳光射入室内,就在入口处安置我
: u4 Q3 l7 M4 B2 ]) l的棱镜，光通过棱镜折射达到对面的墙上。”牛顿看到墙上有彩色的光带，光带之长数倍于原
来的白光点，他意识到这些彩色就是组成白色太阳光的原始光色。为了证明这一点，牛顿进一
& L7 Z/ m" B& e$ A! d. K9 A步做实验。在光带投射的屏上也打一个小孔，让光带中彩色的一部分穿过第二个小孔，经过放
在屏后的第二个棱镜折射投到第二个屏上，又让第一棱镜绕它的轴缓慢转动，只见穿出第二个
小孔落在第二屏上的像随着第一棱镜转动而上下移动。于是看到，为第一棱镜折射最大的蓝光
! Y! Y5 |# X' ~' D8 K3 v& d& ~,经过第二棱镜也是折射得最大；反之,红光被前后两个棱镜折射得最小。于是牛顿作出结论:
“经过第一棱镜折射后所得长方形的彩色光带不是别的，正是由不同的彩色光所组成的白色光
* v; r& c8 N7 q& X3 \+ \8 ~经折射而形成的。”也就是说：“白光本身是由折射程度不同的各种彩色光所组成的非均匀的
混合体。”这就是牛顿的光色理论。它是通过实验建立起来的，牛顿自称这个实验为“关键性
实验”。这个实验可说是一个半世纪后 J.von夫琅和费建立光谱术的基础。事实上牛顿在他的
《光学》第 1卷命题4问题1中用过1～2英寸长、宽仅1/10或1/20英寸的长方形的孔代替小圆孔
* W6 r/ j3 y  h7 n' S% s,他说所得结果较前更清晰,但没有夫琅和费线的记载。牛顿在这方面做了大量的实验之后，于
, \3 ^! p5 I! ~( M+ s3 U8 @! Z+ M/ F1672年把他的结论用书信形式送交皇家学会评审。不料竟引起一场尖锐的论战。当时惠更斯反
$ C* I' n3 b6 E! C$ R! N' W( u对他，胡克攻击他尤甚。早在1665年胡克就在英国提出光的波动理论，这只是一个假说。惠更
斯则把它完整起来，认为空间的以太是无所不在的，他把以太作为振动的媒质，把媒质的每一
5 y1 j; U( O5 t8 X3 R个质点都看成一个中心，在中心的周围形成一个波，惠更斯成功地用这个物理图像来解释光的
反、折射、还以此来研究冰洲石的双折射（但是光的波动学说的确立还有待于一个半世纪之后
* Z$ e/ Q( ~1 G! `& ?: d, ]由英国的T.杨的干涉实验来证明）。牛顿则持光的微粒说，他认为波动说的最大障碍是不能解
) y% G. L  C( b9 i1 h2 k; G; y释光的直线进行。他提出发光物体发射出以直线运动的微粒子、微粒子流冲击视网膜就引起视
觉。它也能解释光的折射与反射，甚至经过修改也能解释F.M.格里马尔迪发现的“衍射”现象
。但对薄膜形成的彩色，牛顿则承认微粒说不如波动说解释得明快。微粒说与波动说之争在当
时是十分激烈的，双方争论持续多年。当年光的微粒说与波动说之争，现在可以引用E.T.惠特
克的话来结束这桩公案：“当A.爱因斯坦以M.普朗克的量子原理来解释光电效应，光的微粒思
想经过一个世纪的沉寂而在1905年又获得了新生，并因此而导致光量子存在的基本原理。他的
思想为实验所充分肯定，特别是光子与电子碰撞所产生的康普顿效应服从经典的碰撞力学定律
。而同时,关于光的波动性的实验并没有失效，于是我们不得不承认波动说和微粒假说都是正
确的。”无疑,牛顿的《光学》(Opticks)是和他的《原理》同为物理学的巨著，也是科学界的
5 Q3 u3 Y% Y4 u2 V9 T2 A. C$ }" o经典著作。《光学》第一版印于1704年，在胡克逝世之后问世。《光学》最后部分以独特的形
0 d  a1 V8 B6 [( G( D# r8 I) k式附上一份著名的“问题”表，共提出31个“问题”（第一版提出16个“问题”）。在“问题
”中所谈到的不仅是光的折射、反射等，还涉及光与真空,甚至重力、天体等问题。在多处谈
+ x' D& I# M7 ?6 r, ?1 W到光的波动,涉及太阳光与物质的相互作用等问题，这些问题涉及物理学的诸多方面，富有启
发性，后人评价这些“问题”是《光学》中最重要的部分，并非虚语。牛顿在《光学》一书中
凭借实验的结果与分析，建立了光的理论。但在全书中没有提起不同玻璃具有不同折射率，在
  W8 u% s6 X7 a6 Q0 \  x$ O全书中也没有做消色差的实验，这或许是由于他当时还没有获得不同质玻璃的三棱镜的缘故。
* W1 t  P( I: I0 ]但是牛顿制造反射式望远镜来避免物镜的色散，却是个妙法，迄今大型望远镜的制造还遵从此
4 o/ G# w7 M) d! F法。牛顿死后3年(1730)出版了经牛顿生前订校过的《光学》第 4版。现在流行的1931年版本
! c+ x) {8 s8 c- C就是根据第4版重印的。 
; f: X7 j( K$ b. A
爱因斯坦在为牛顿《光学》1931年重印本所作的序中说：“牛顿的时代早已被淡忘了……牛
4 B: |  F; U3 i9 p顿的各种发现已进入公认的知识宝库，尽管如此，他的光学著作的这个新版本还是应当受到我
8 K) Z' S8 E7 k们怀着衷心感激的心情去欢迎的，因为只有这本书才能使我们有幸看到这位伟大人物本人的活
$ R. u7 Y  O* r; v  X动。” 
& `; e# y( n- I
# Z4 u! Q% N# R  a! e* F/ Z' j万有引力定律和《自然哲学的数学原理》，16世纪丹麦天文学家第谷对行星绕日运行作了长
年累月的观测，他死后德国天文学家开普勒整理并分析了第谷的20年的观测记录，总结出行星
( ~( v9 ]- o) V( T# ~! i. k运动的著名开普勒三定律。这个发现不仅为经典天文学奠定了基础，更重要的是导致了其后万
- q+ X! T2 `' w: Q% ?& W有引力定律的发现。开普勒在得出行星运动三定律之前，1596年曾提出关于太阳行星间的吸引
# V8 n1 _! [( u. @- `作用的思想；随之提出物体作圆周运动时出现离心力问题。一般认为伽利略已领悟到离心力,
# q6 p. j3 X9 q/ E但对它作进一步的认识和计算则有待于牛顿。1664年 1月20日牛顿在他的《算草本》上已提出
  P. Y, g  g$ K9 o+ Z% x如何计算物体作圆周运动时的向心力的具体方法。牛顿把推导、计算方法详尽地写入他的《原
理》（第 3版）第一编第二章命题4定理4下面推论1中，明确地指出：“因此,由于这些圆弧代
1 T8 W  L0 T& R- m9 o表运动物体的速度，向心力就是这个速度的平方除以圆周半径。”从这里可以看出，向心力的
求得对于距离平方反比定律的推导是不可少的。顺便提一下，惠更斯从不同途径推导得离心力
5 m" ~4 J( _" V8 r7 k方程和牛顿的相似，结果于1673年发表。牛顿虽在早年的《算草本》上提出求向心力的方法，
$ K' z0 z# u- G' I5 U- @但他自己说“惠更斯先生后来所发表的离心力理论，我相信在我之前”。引人注意的是，在《
原理》第一编和第三编中，凡提到轨道运行时，牛顿都没有提及离心力一词，总是强调拉向轨
道中心的向心力。 

6 t# h. H* ?8 n5 [8 G0 n- e关于引力反比于距离平方定律，历史上记载了当时对此发明权的争论，有人以为距离平方反
比定律可以从开普勒第三定律直接推出，但缺乏向心力的概念和运动，不可能推出这定律。而
向心力的概念与运算都是牛顿最早做出来的。长牛顿7岁的胡克当年就宣称他早已知道引力反
比于距离平方定律，但提不出证据来。当《原理》第1版在印刷时,胡克通过哈雷向牛顿要求分
享此定律的发明权。牛顿加以拒。在《原理》（第 3版）上述命题 4下的注释中提到距离平方
反比定律适用于天体运动时,牛顿说:“雷恩爵士、胡克博士和哈雷博士曾分别注意过。”同时
也提及“惠更斯先生在他的出色著作《钟摆的振荡》中曾把重力比之于旋转体的离心力”。这
* o# c, n8 \) y样，人们对距离平方反比定律的发明权就有所了解了。有人认为，1666年牛顿在乌尔斯索普家
% h& b8 J$ K4 A- G# A* p2 ^2 o$ c中试图以地球表面大圆弧上 1度的长度为60英里来计算月地之间的引力；通过实际计算，月球
8 [, B. i9 y0 x4 _( n* k" t绕地球的周期与实际不能符合，算稿便弃置一旁。1682年牛顿获悉J.皮卡德的地球经度 1度之
长为69.1英里的数据，便重行计算，才使计算与实际观测相吻合。牛顿把日常所见的重力和天
  U& J  m( l$ q& Y2 a体运动的引力统一起来，在科学史上有特别重要的意义。行星绕日运动的轨道究竟是什么样？
4 m9 Y$ r! {- l* V" Q* M这是当时科学界所关心的问题。这问题答案的公开和《原理》的出版密切相关,科学史上已有
8 a2 a/ e0 a7 @( d9 p: m生动的记载。1684年1月C.雷恩、哈雷和胡克 3位英国当时科学界著名人士在伦敦相叙讨论行
星运动轨道问题。胡克虽说他已通晓，但拿不出计算结果。于是牛顿的好友哈雷专程去剑桥请
教牛顿。牛顿告诉哈雷他自己已计算过了，肯定地说，行星绕日轨道是椭圆；但手稿压置多年
一时找不到，应允重行计算，约期3个月后交稿。哈雷如约再度访剑桥,牛顿交给一份手稿《论
运动》，哈雷大为赞赏。牛顿在此稿基础上另写一书《论物体运动》，1684年12月送交英国皇
+ d3 s1 ^+ M5 @( T; X; q7 \& d家学会。此书第一部分主要相当于后来的《原理》第一编及第二编；而其余部分成为《原理》
的第三编。哈雷怂恿牛顿写成《原理》全书公开出版，由他出资印刷，并亲自督校。1687年7
月《自然哲学的数学原理》(Philosophiae Naturaalis Principia Мathematica)第1版问世
, 时距1664年牛顿开始思考并进行草算已23年。《原理》第2版于1713年出版,第3版于1725年
# m9 E4 L, ]% {3 k出版（见彩图牛顿名著《原理》（1686）扉页）。《原理》原用拉丁文写成。牛顿逝世后2年
由A.莫特译成英文付印,即今所见的流行的《原理》英文本。《原理》第一编之前有两部分重
1 c3 h  M/ |& s0 [1 s要的论述。第一部分为定义。定义共8条，其中有关向心力的有5条。他说，施加于物体的力有
不同来源，例如撞击、压力和向心力。向心力一词是牛顿创造的（在另一场合即惠更斯称之为
6 I, t) K3 a0 D8 s离心力的补充词）。牛顿在定义一章中有长篇诠释，其中提到了一个假想实验：“在高山上发
射炮弹、炮力不足，炮弹飞了一阵便以弧形曲线下落地面。假如炮力足够大,炮弹将绕地球面
2 D' L: Q. l( ?3 a周行,这是向心力的表演。”今日人造卫星的设想在那时牛顿的脑子里已浮现出来了。在定义
! X; n' `$ q; v9 t. w6 d一章中牛顿尽情阐述了他的时空绝对性概念。他对人们熟知的空间与时间，择名绝对空间和绝
对时间。牛顿认为，只有在绝对空间中绝对运动才可以觉察，特别是在物体旋转时。当时惠更
* I2 o: ]+ P: K/ l0 l斯和英国大主教G.贝克莱对此表示疑问。无论如何，这短短一章定义表达了牛顿对力与时空的
基本观点，是研究牛顿的重要原始文献。 
( J- T' T( b. m  f- ?) ^- P
在第一编之前,除定义一章外,还有公理或称运动定理一章。在这章里牛顿阐述著名的运动三
定律（见牛顿运动定律）。第一运动定律一般称作惯性定律，通常认为已由伽利略和笛卡儿所
道出。为了要变更物体运动方向(或称变更运动速度)必须有外力作用，这其间必然会产生质量
: i1 Z/ ]  p5 X3 ^的概念。质量(原文物质的量)这个基本概念是由牛顿在《原理》第一编定义章中首先提出的，
成为物理学中最基本概念之一。他清楚地把质量和重量区分开来，阐明了在各种不同环境中两
) k; k; m' L4 w0 Y- E个量的相互关系。在力学中牛顿用质量表示物体的特征。爱因斯坦指出：“只有引进质量这一
新概念之，他（牛顿）才能把力和加速度联系起来。”动量一词牛顿也作了定义。牛顿指出，
' W6 A: a1 A. u& I! H动量是衡量物质运动的量,它联系物质与运动两个量;物质加倍，动量加倍；物质与运动都加倍
；动量即为原来的4倍。随后阐述动量守恒。牛顿在运动三定律之后有7个推论,其中论述到两
. p& V/ A2 S, C3 J6 j# g力同时作用一物体上,则物体加速度方向和力的合成都在两力平行四边形的对角线上。此后还
有一段很长的诠释，总论运动三定律的联系性，还用两摆的弹性碰撞和非弹性碰撞实验来阐述
+ ]1 \( o! V* e, X; C运动守恒并说明第二定律和第三定律之间的关系。从上面看，牛顿运动三定律不是分立的,而
是相关的。牛顿早年在《算草本》中以碰撞实验研究力，在《原理》中他强调以“冲量”作为
3 S& W" o# `( J5 ~, h力的概念。随后发展这个概念，说无限短促间隙的相关系列冲量就成为连续作用力。这句话就
, j, q0 e% ?8 y* u4 c% `+ K  ^包含以 
& h" Z" g9 k0 x( t1 y5 l0 d& o
微分形式表达力的定义。牛顿设想，一质点在直线上作惯性运动，这质点和线外某一定点相
: H3 q, |5 I: l$ C联，在相等时间内这联线扫过的面积必然相等；如果在线上某点遇到一个外力，则质点要偏向
. G( s& z8 i% q; W质点原运动方向与外力方向之间的某一方向上运动。牛顿用他创造的无限小概念极限的方法最
终证明了：一个运动着的质点，受到某个定点的外力作用，如果这个外力在质点和定点的联线
' @1 a& G3 C9 w, ?* ~8 H上，而且力的强度反比于距离二次方，那么这质点运动轨迹很可能是个椭圆，这定点就是椭圆
的焦点。于此，牛顿得出行星与太阳之间联线所扫过的面积必然和时间成比例。牛顿又设想，
1 H9 ?* @1 O+ l2 u, B: O质点在椭圆上从一点经过无限短时间运行，这质点在短暂时间运行所到之处偏离切线的距离反
" {0 t; ^5 D6 {. P比于从焦点到该点的距离平方。而当椭圆上两点相接近时，牛顿得出，在这极限情况下开普勒
# S) E' K$ a- W0 |8 J. @4 ~0 _的面积定律是关键条件。总之，牛顿得到如下结论：假如面积定律有效，椭圆形轨道意味着指
/ d6 \( z- w  q5 [5 ], P' P向焦点的力必然反比于距离平方。牛顿于是着意证明，面积定律是作用在运动物体的力指向中
心的充分和必要条件。这揭示了开普勒的第一、第二两定律的重要性。《原理》第二编论述在
有阻力媒质(气体、液体)内的质点运动。牛顿在这里用了更多的数学方法，而物理涵义较前为
少。在第一编里牛顿费尽心力用各种方法证明宇宙间引力（向心力）之存在；而在第二编里，
& d3 o9 [4 c; _4 i0 j3 o: x牛顿设想，在媒质中阻力与物体运行速度成正比；又设想与速度平方成正比；甚至认为一部分
& C3 o6 L9 p- {/ l$ }2 z/ m0 S为速度之比，另一部分为速度平方之比。他还论证过一些其他的问题。在这些工作中牛顿以数
学技巧来处理一些看来无实际物理意义的问题。他还研究了气体的弹性和可压缩性。在《原理
/ M, W3 }5 _' U+ l8 q- Q》第二编中，牛顿用摆在流体中的运动实验测定重量（即地球引）和惯性大小的关系。在经典
& u% Q! m* Y: j3 Y6 ]物理学中这两个量只能由实验来测定。关于声学的研究，《原理》第二编中记载了牛顿从理论
/ o5 ]& A# [3 K+ O上研究声速（见定理48、49、50），所得结果比实测低16％。他认为声速正比于所谓“弹性力
”的方根而反比于媒质密度方根。牛顿又研究了声传播的形式，他说声的传播是空气的脉动所
致，指出波的脉动只是媒质中质点上下交替运动，与摆的运动无异。在第二编最后文字中牛顿
5 c  a& \' T/ ^) {4 q6 O澄清了涡旋假设与天体运动无关。牛顿原想把《原理》第三编写成一般性的总结。但后来改变
了计划，标题为“宇宙体系”。在这编里讨论了太阳系的行星、行星的卫星、彗星的运行，以
$ U" |! w  c/ H8 L/ D及海洋潮汐的产生。他把这些作用的力叫做引力，即今所谓万有引力。他解释引力是两物体间
相互作用的力，太阳对行星有引力使之在轨道上运行，同时行星对太阳也有作用力，这是运动
第三定律规定的。只是太阳与行星的质量悬殊太大，太阳的运动微乎其微。行星之间运动相互
5 Q1 @5 S0 W5 K# h" Y) O1 l6 s受到引力干扰，所谓多体问题中的摄动，牛顿在第三编中阐述了太阳对月亮的摄动，土星对木
5 A4 I0 \5 G* f2 @. |# t7 N) d星的摄动。在第三编中还计算了木星卫星的距离与卫星运转周期，作为开普勒第三定律的实例
; J8 _4 `3 @) }! f。 
' D. C6 ]+ c/ V3 {# i$ o
1680年11月与1681年 3月大彗星两度出现。牛顿开始以为是在直线上运动的两个不同的彗星
，只是方向相反。夫拉姆斯蒂德通过观察提醒牛顿，这只是同一个彗星,绕着太阳运动。于是
牛顿通过计算得出,1680年的彗星是以太阳为焦点作抛物线运动，它对太阳的向心力也是服从
! w8 a$ x1 u. h" z$ s9 J距离平方反比定律的。1695年哈雷假定这颗1680年彗星的轨道是绕着太阳运行的一个扁而长的
椭圆形。哈雷与牛顿对此重作计算。在《原理》第2版和第3版的第三编中有详细的观测记录和
推算，预言这颗彗星约以75年绕日运动一周，即今日所知著名的哈雷彗星（中国最早对此彗星
的记录在公元前1057年）。最后牛顿在结论中说，“彗星是行星之一种，它绕太阳运行具有极
* \, Y6 v9 E6 a% u  x3 q3 M9 {大的偏心率”但他又说“三次观测数据即可定出彗星在抛物线上运动轨道”。 
& S0 u$ N7 g" {
( ]3 g+ z; B1 \4 F) t5 l  K. d谈牛顿的物理学，不能不提及他在数学上的伟大贡献。《原理》的全名是《自然哲学的数学
4 @5 u  H7 Q8 R+ s原理》。所谓自然哲学在那时的含义包括物理、化学等，而主要是物理学。上面提过第一、第
( G( L$ F2 a2 c0 E& \0 o: {1 W二两编的中心是借数学方法来阐明物体运动的规律，因此可以看出数学在《原理》中的重要地
位。读者初读《原理》往往以为是作者写作时崇尚古希腊欧几里得的几何的规范。但细读就可
发现作者取几何学的形式而实质赋有崭新的内涵。作者在建立几何条件之后，立即引入某种经
过精心下定义的所谓极限法。这种方法基于极限术的一组普遍原理，有别于经典式的古希腊几
, O5 ^4 Q- A! L$ V; D% H何学。极限学说详述在《原理》第一编第一章11个引理和诠释之中。在那里详细说明了极限的
  D8 \( \, z& g0 v0 Y8 Y意义：有两个相互依赖的物理量，当两个量逐渐变小时，牛顿称它为流数,它的比率也在逐渐
# T  c' X: D5 C变化,而自变量达到无限小时比率达到一个极限定值，牛顿叫它流率。即今称导数或微商。牛
) N% }' x/ W6 C9 _7 f顿发现他的流变术非常有用，反过来此术可以求曲线包围的面，即今所称积分。第一编第八章
" m- L- P) G) S; }( ]& v! `9 u命题41即为积分术的应用。可以说，《原理》一书的中心内容是论述了牛顿在数学上的伟大创
1 b$ ~! L7 V: b  H造即微积分术，并且应用这个创造去解决天体运动以及其他相关物理问题。微积分之发明,史
家也归功于莱布尼兹,对于这一数学上的伟大发明,牛顿与莱布尼兹孰先孰后,后世论者纷纷；
  ?( ^0 a, r! Q7 k9 W8 k即在当时两方亦就此书信往来，已有争议。试听爱因斯坦如何赞美牛顿的微分发现。他说“只
8 J, p; k% c, z. H; ^" }有微分定律的形式才能完全满足近代物理学家对因果性的要求。微分定律的明晰概念是牛顿最
伟大的理智成就之一”。 

牛顿一生的重要贡献是集16、17世纪科学先驱们成果的大成，建立起一个完整的力学理论体
% K* d. R& u) `! F+ s4 k系，把天地间万物的运动规律概括在一个严密的统一理论中。这是人类认识自然的历史中第一
5 x/ B( m; F2 @+ Z5 k2 R次理论的大综合。以牛顿命名的力学是经典物理学和天文学的基础，也是现代工程力学以及与
* H' r* }6 }  X4 {  e之有关的工程技术的理论基础。这一成就，使以牛顿为代表的机械论的自然观，在整个自然科
学领域中取得了长达两百年的统治地位。 

　　　　　 哲学、宗教和其他 
6 j" S; x* J5 i! p( ?6 Z
& h( p3 m& R2 q; I& Y( n亚里士多德的哲学讲求事物的和谐，求和谐思想是正确的，但亚里士多德认为天上的日、月
1 x9 I$ o. w- ~2 U  L  j4 e& `3 c( g、星辰的运行轨道是圆形，因为只有圆运动才是完美的、和谐的，而地上的运动，例如重物直
: P% F4 Z& n" {线下落是凡俗的。古希腊哲学家的和谐思想不能在天与地之间连贯。到了17世纪，牛顿用引力
理论和运动三定律把天上行星和它们的卫星运动规律，同地上重力下坠的现象统一起来，实现
了天上人间的统一，这是牛顿在自然哲学上的伟大贡献。众所周知，牛顿在理解光的本质上持
* ~1 q: g! e/ T, o4 p% g0 O微粒说。但他在同胡、惠更斯等讨论光的本质时，说光具有这种或那种本能激发以太的振动。
这意味着以太是光振动的媒质(见以太论)。于此，似乎牛顿对光的双重性有所理解；其实不然
8 i7 m# L* v6 a7 E+ X9 e,他对以太媒质之存在极似空气之无所不在,只是远为稀薄、微细而具有强有力的弹。他又申说
# S/ g9 e1 P" C! ~0 a/ F，就是由于以太的动物气质才使肌肉收缩和伸长，动物得以运动。他又进一步以以太来解释光
的反射与折射，透明与不透明，以及颜色的产生，他甚至于设想地球的引力是由于有如以大气
7 H1 q( L2 z3 R* E% E: j, h& f质不断凝聚使然。《原理》第二编第六章诠释的结尾说，从记忆中他曾做实验倾向于以太充斥
8 L' U# [9 g: N5 J" ?8 Q. d于所有物体的空隙之中的说法，虽然以太对于引力没有觉察的影响。14、15世纪以来欧洲的学
7 G+ [& A% x9 W; ]者对以太着了迷，以太学说风靡一时。当时科学巨擘笛卡儿对以太存在深信不疑。他认为行星
5 _- i7 s* g6 B( h: R之运行可以以太旋涡来解释。以太学说成为一时哲学思潮。尊重实验的牛顿也不免卷入这股哲
2 f$ E; s- K; B9 S+ b! k7 R! k学思潮激流中去，倾向于它存在。当时人们对超距作用看法不一。牛顿曾经指出他的引力相互
作用定律，并不认为是最终的解释，而只是从实验中归纳出来的一条规则。因此，牛顿并未就
) s$ ~$ L4 [( J( d9 B& J引力本质作出结论。 

' w( b. O3 Z. f. N牛顿在科学上的成就须由他的哲学思想和科学方法来寻根求源。牛顿的学生R.科茨曾在《原
理》第 2版序言中道出了其中的奥妙。古希腊、罗马的哲学家凭着对自然现象的观察和思考(
中国先秦时代也有类似之处)总结出论断，例如泰勒斯的学说：万物的根源是水。即使像德谟
克利特、卢克莱修的原子论，现在来评价还是很高的。但是他们的方法凭天才的臆测、思维与
辩论，称之为思辨哲学。到了中世，经院哲学统治着欧洲。科学、哲学沦为神学的奴婢。到1
! ?/ _, N8 G% p5、16世纪，哥白尼、G.布鲁诺、伽利略等人不畏坐牢、火刑等坚持不屈地向教会作斗争，挣
8 E# x/ u7 ?. ^, n$ ], U脱了侍奉上帝的桎梏。对自然现象的观察、测量和实验的风气逐渐形成了。在物理学科中伽利
- |* _: g/ y' ]2 n8 }- e略的实验工作是实验物理学的开端，牛顿深受其影响。随后牛顿使作为实验科学的物理学形成
一个光辉体系，同时也使科学实验方法闯入了哲学思想的殿堂。 

牛顿认为从现象中可以得出科学原理，或者说科学基本原理可以从现象中导得或推出。牛顿
" `- \/ W8 [' x1 l+ |8 P( F在《原理》和《光学》两书中明白表达他的做学问的方法，即要明白无误地区别猜测、假设和
实验结果（及由此而归纳得出的结论），还有从某些假设条件下所得到数学推导。《原理》第
一编十四章中处理细微粒子的运动和第二编命题23中设想气体中有相互排斥质点的模型都是牛
: m/ `6 J  o4 ]3 M+ {顿运用具有物理实质性的数学模型的例子，但是他对这些问题缺少实质性的实验证据，未能写
: I' _) v& ^" |9 ~& J1 L4 c3 Q出无可辩驳的论述。论者可能认为牛顿只注重从实验运用归纳法得出定律，而无视演绎法的重
要性。这是有违事实的。1713年牛顿在出版《原理》第 2版时在给他的学生科茨的信中提到运
动定律是居于首位的定律或称之为公理，并说它们都是从现象中推断或称演绎而来的，并运用
5 `+ k4 Z5 k) M8 F  u归纳法使之普适化。牛顿说：“这是一个命题在哲学中所能达到最高境界的例证。”诚然，必
须看到归纳与演绎不能人为地对立起来。恩格斯指出“归纳和演绎正如分析和综合一样，是必
) a+ L. u; L0 n3 [3 B! {0 t* D2 x然相互联系着的。不应当牺牲一个而把另一个捧到天上去”。牛顿在此早着先鞭。关于实验与
假设之间的关系，牛顿在各种场合都有论述。他在给奥尔登堡的信中说：“进行哲学研究的最
4 i& Y% D6 }+ J$ i2 J! r* R  _好和最可靠的方法，看来第一是勤勤恳恳地探索事物的属性并用实验来证明这些属性。然后进
4 @# |" z! c0 ]1 x! u" \而建立一些假说，用以解释这些事物的本性。”给科茨信中说：“任何不是从现象中推论出来
! v; Y( }. ^& h8 z; h7 U的说法都应称之为假说，而这样一种假说无论是形而上学的还是物理学的，无论属于隐蔽性质
的还是力学性质的，在实验哲学中都没有它们的地位。”牛顿这些论述奠定了自然哲学的基础
7 y, Q  ?/ Z  w8 _# w6 C，启开了实验科学的大门,300年来为自然科学的繁荣立下了不朽功勋。牛顿研究事物规律的方
法不同于那些只从简单的物理假设出发的人，而是通过逻辑的演绎法得到对事物现象的解释。
! A5 E: q0 i2 T* @) @! c6 d爱因斯坦指出：“牛顿才第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础，从这基础出发他用
数学的思维，逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合。”“在牛顿之前还没
/ {# j0 a& t, D$ z% p- L( p) b0 a5 V有什么实际的结果支持那种认为物理因果关系有完整链条的信念。”牛顿是完整的物理因果关
系创始人；而因果关系正是经典物理学的基石。牛顿出身于笃信基督教的家庭。在剑桥求学时
代,他就怀着宗教生活里亦如科学实验一样可以自由自在的幻想和工作。《原理》完成后，他
便着手有关基督教《圣经》的研究，并开始写这方面的著作,手稿达150万字之多，绝大部分未
发表。可见牛顿在宗教著述上浪费了大量时间的精力。关于牛顿在1692～1693年间答复本特莱
大主教 4封信论造物主（上帝）之存在，最为后人所诟病。所谓神臂就是第一推动出于第四封
信中。从现代宇宙学来说，第一推动完全可能在物理框架中解决，而无需“神助”。 

3 I- M5 t) N% u9 [/ W: E2 S& f牛顿反对那时英国的国教“英格兰教”。他反对三一教义，但不鲜明表白自己的意志，只是
# L" K* N0 b- m% \5 `; N0 ?隐蔽地表明不愿担任圣职。总之，在对于宗教问题上牛顿比之于他的先驱者如哥白尼、布鲁诺
6 V2 l! x' D) A* B、伽利略等赴汤蹈火而不辞的精神，则逊色多了。 

1942年爱因斯坦为纪念牛顿诞生 300周年而写的文章，对牛顿的一生作如下的评价“只有把
! w  k" y9 {1 Y5 A: m" C- U! h他的一生看作为永恒真理而斗争的舞台上一幕才能理解他”。此赞语最恰当不过的了。 
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梧桐秋叶

好多科学家 少了麦克斯韦这头大牛 还有量子力学的任务

alexanderkuang

麦克斯韦方程组，

weixinmaths

第5元素

不错啊~篇幅挺长的。。。

yunbuhuiku

嘿嘿，回个贴表明我来过。

栗栗o子