愛因斯坦的成就及對物理界貢獻

1、牛頓對物理學的貢獻摘要：牛頓是人類歷史上出現(xiàn)過的最偉大、最有影響的科學家，同時也是物理學家、數(shù)學家 和哲學家。他在1687年7月5日發(fā)表的不朽著作自然哲學的數(shù)學原理里用數(shù)學方法闡 明了宇宙中最基本的法則一一萬有引力定律和三大運動定律。這四條定律構成了一個統(tǒng)一的體系，被認為是“人類智慧史上最偉大的一個成就”，由此奠定了之后三個世紀中物理界的科 學觀點，并成為現(xiàn)代工程學的基礎。關鍵詞：個人簡介經典力學天文學光學一、個人簡介：牛頓 （1642年12月25日1727年3月31日）爵士，英國 皇家學會會員，是一位英國物理學家、數(shù)學家、天文學家、自然哲學家和 煉金術士。著有自然哲學的數(shù)學原理、光學、二項定

2、理和微 積分。他在1687年發(fā)表的論文自然哲學的數(shù)學原理里，對萬有引力和三大運動定律進行了描述。這些描述奠定了此后三個世紀里物理世 界的科學觀點，并成為了現(xiàn)代工程學的基礎。他通過論證開普勒行星運動 定律與他的引力理論間的一致性，展示了地面物體與天體的運動都遵循著 相同的自然定律；從而消除了對太陽中心說的最后一絲疑慮，并推動了科 學革命。在力學上，牛頓闡明了動量角動量守恒之原理。在光學上，他發(fā) 明了反射式望遠鏡，并基于對三棱鏡將白光發(fā)散成可見光譜的觀察，發(fā)展 出了顏色理論。他還系統(tǒng)地表述了冷卻定律，并研究了音速。在數(shù)學上， 牛頓與戈特弗里德萊布尼茨分享了發(fā)展出微積分學的榮譽。他也證明了 廣義二項

3、式定理，提出了“牛頓法”以趨近函數(shù)的零點，并為幕級數(shù)的研 究作出了貢獻。在 2005年，英國皇家學會進行了一場“誰是科學史上最有 影響力的人”的民意調查，牛頓被認為比阿爾伯特愛因斯坦更具影響力。二牛頓對力學的貢獻牛頓是經典力學理論的開創(chuàng)者。他在伽利略等人工作的基礎上，進行了深入 研究，經過大量的實驗，總結出了運動三定律，創(chuàng)立了經典力學體系。牛頓所研 究的機械運動規(guī)律，首先是建立在絕對時空觀基礎之上的。 絕對化的時間和絕對 化的空間是指不受物體運動狀態(tài)影響的時間和空間。在兩個勻速運動狀態(tài)下的觀察者，對機械運動具有相同的測量結果。 在高速運動狀態(tài)下，這種時空觀已不能采用，這時（運動速度與光速可以比

4、擬），牛頓力學將被相對論力學所代替。在 微觀情況下，由于粒子的波動性已明顯表現(xiàn)出來，牛頓力學將被量子力學所代替。 牛頓在力學方面另一巨大貢獻是在開普勒等人工作的基礎上，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。牛頓認為：太陽吸引行星，行星吸引衛(wèi)星，以及吸引地面上一切物體的力都 是具有相同性質的力。牛頓用微積分證明了，任何一曲線運動的質點，如果半徑 指向靜止或勻速直線運動的點，且繞次點掃過與時間成正比的面積， 則此質點必 受指向該點的向心力的作用，如果環(huán)繞的周期之平方與半徑的立方成正比， 則向 心力與半徑的平方成反比。牛頓還在力學發(fā)展中，首先確定了一系列的基本概念， 如質量、動量、慣性和力等。經過牛頓的工作，力學已形

5、成了嚴密、完整、系統(tǒng) 的科學體系。牛頓是經典力學理論的開創(chuàng)者。他在伽利略等人工作的基礎上，進 行了深入研究，經過大量的實驗，總結出了運動三定律，創(chuàng)立了經典力學體系。 牛頓所研究的機械運動規(guī)律，首先是建立在絕對時空觀基礎之上的。 絕對化的時 間和絕對化的空間是指不受物體運動狀態(tài)影響的時間和空間。在兩個勻速運動狀態(tài)下的觀察者，對機械運動具有相同的測量結果。 在高速運動狀態(tài)下，這種時空 觀已不能采用，這時（運動速度與光速可以比擬），牛頓力學將被相對論力學所 代替。在微觀情況下，由于粒子的波動性已明顯表現(xiàn)出來， 牛頓力學將被量子力 學所代替。牛頓在力學方面另一巨大貢獻是在開普勒等人工作的基礎上，發(fā)現(xiàn)了

6、萬有引力定律。牛頓認為：太陽吸引行星，行星吸引衛(wèi)星，以及吸引地面上一切 物體的力都是具有相同性質的力。牛頓用微積分證明了，任何一曲線運動的質點， 如果半徑指向靜止或勻速直線運動的點， 且繞次點掃過與時間成正比的面積，則 此質點必受指向該點的向心力的作用，如果環(huán)繞的周期之平方與半徑的立方成正 比，則向心力與半徑的平方成反比。 牛頓還在力學發(fā)展中，首先確定了一系列的 基本概念，如質量、動量、慣性和力等。經過牛頓的工作，力學已形成了嚴密、 完整、系統(tǒng)的科學體系。牛頓經典力學體系的建立開辟了科學發(fā)展的一個新天地、新時代。經典 力學的廣泛傳播和運用對人們的生活和思想產生了重大影響，在一定程度 上推動了人

7、類社會的發(fā)展進步。但經典力學存在的固有缺點和局限性也在 一定程度上阻礙了人類社會的進步，產生了消極作用。本文將以經典力學 的建立背景為起點，進一步用辯證的方法分析經典力學在人類歷史與現(xiàn)實 中發(fā)揮的作用與產生的不良影響。17世紀的歐洲，經過許多科學家的努力，在天文學和力學方面積累了 豐富資料的基礎上，英國科學家牛頓實現(xiàn)了天上力學和地上力學的綜合， 形成了統(tǒng)一的力學體系一一經典力學。經典力學體系的建立，是人類認識 自然及歷史的第一次大飛躍和理論的大綜合，它開辟了一個新的時代，并 對科學發(fā)展的進程以及人類生產生活和思維方式產生及其深刻的影響。牛 頓經典力學的建立是科學形態(tài)上的重要變革，標志著近代理論

8、自然科學的 誕生，并成為其他各門自然科學的典范。三牛頓對天文學的貢獻在天文學方面，牛頓可以稱為近代偉大天文學家。 他的杰出貢獻是制作了反 射式望遠鏡，反射式望遠鏡的制造成功，是天文學史上的一項重大革新。自伽利 略發(fā)明第一架天文望遠鏡以來，人們對于宇宙的認識范圍迅速擴展， 但是當時流 行的伽利略、開普勒等人發(fā)明和制造的折射望遠鏡， 口徑有限，制造大型望遠鏡 不但困難，而且太龐大，同時折射望遠鏡的折射色差和球差都很大， 這些大大限 制了天文觀測的范圍。牛頓由于了解了白光的組成，因而于1668年設計制成了第一架反射式望遠鏡。這種望遠鏡能反射較廣光譜范圍的光而無色差，容易獲得 較大的口徑，同時對球差也

9、有校正。這樣牛頓為現(xiàn)代大型天文望遠鏡的制造奠定 了基礎。牛頓在天文學上的另一重要貢獻是對行星的運動規(guī)律進行了全面考察，特別是對開普勒等人的學說進行過系統(tǒng)的研究。1686年他在給哈雷的信中說明了天 體可以按照質點處理并證明了開普勒的行星運動的橢圓形軌道以及彗星的拋物 線軌道。牛頓還進一步發(fā)展了自己的理論， 認為行星都由于自轉而使兩極扁平赤 道突出，還預言地球也是這樣的球體。由于地球不是正球體，牛頓就指出，太陽 和月球的引力攝動將不會通過地球中心， 因此地軸將作一緩慢的圓錐運動，這便 出現(xiàn)了二分點的歲差現(xiàn)象。對于潮汐現(xiàn)象，牛頓也作出了解釋，他認為這是太陽 和月球引力造成的。四牛頓對光學的貢獻在牛頓

10、以前，墨子、培根、達芬奇等人都研究過光學現(xiàn)象。反射定律是人 們很早就認識的光學定律之一。近代科學興起的時候，伽利略靠望遠鏡發(fā)現(xiàn)了 “新 宇宙”，震驚了世界。荷蘭數(shù)學家斯涅爾首先發(fā)現(xiàn)了光的折射定律。笛卡爾提出 了光的微粒說,牛頓以及跟他差不多同時代的胡克、惠更斯等人，也象伽利略、笛卡爾等前輩一樣，用極大的興趣和熱情對光學進行研究。1666年，牛頓在家休假期間，得到了三棱鏡，他用來進行了著名的色散試驗。 一束太陽光通過 三棱鏡后，分解成幾種顏色的光譜帶，牛頓再用一塊帶狹縫的擋板把其他顏色的 光擋住，只讓一種顏色的光在通過第二個三棱鏡，結果出來的只是同樣顏色的光。 這樣，他就發(fā)現(xiàn)了白光是由各種不同顏

11、色的光組成的，這是第一大貢獻。牛頓為了驗證這個發(fā)現(xiàn)，設法把幾種不同的單色光合成白光， 并且計算出不同顏色光的 折射率，精確地說明了色散現(xiàn)象。揭開了物質的顏色之謎，原來物質的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛頓把自己的研究成果發(fā)表在皇家學會哲學雜志上，這是他第一次公開發(fā)表的論文。 許多人研究光學是為了改進折射望遠鏡。 牛頓由于發(fā)現(xiàn)了白光的組成，認為折射 望遠鏡透鏡的色散現(xiàn)象是無法消除的（后來有人用具有不同折射率的玻璃組成的 透鏡消除了色散現(xiàn)象），就設計和制造了反射望遠鏡。牛頓不但擅長數(shù)學計算， 而且能夠自己動手制造各種試驗設備并且作精細實驗。為了制造望遠鏡

12、，他自己設計了研磨拋光機，實驗各種研磨材料。公元 1668年，他制成了第一架反射望 遠鏡樣機，這是第二大貢獻。公元 1671年，牛頓把經過改進得反射望遠鏡獻給 了皇家學會，牛頓名聲大震，并被選為皇家學會會員。反射望遠鏡的發(fā)明奠定了 現(xiàn)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察實驗和數(shù)學計 算，比如研究惠更斯發(fā)現(xiàn)的冰川石的異常折射現(xiàn)象， 胡克發(fā)現(xiàn)的肥皂泡的色彩現(xiàn) 象，“牛頓環(huán)”的光學現(xiàn)象等等。牛頓還提出了光的“微粒說”，認為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運動路徑。他的“微粒說”與后來惠更斯 的“波動說”構成了關于光的兩大基本理論。此外，他還制作了牛頓色盤等多種 光學儀器。牛頓對人類的貢獻是巨大的。然而牛頓卻能清醒地評價自己的一生。他對自 己所以能在科學上有突出的成就以及這些成就的歷史地位有清醒的認識。他曾說過：“如果說我比多數(shù)人看得遠一些的話，那是因為我站在巨人們的肩上?！痹?臨