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牛顿力学及其对理论物理学发展的影响

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本文是爱因斯坦在牛顿逝世200周年纪念日上的演讲,选自1927年德文期刊《自然科学》第15卷。

就在200年前,牛顿闭上了双眼。此时此刻,我们怎能不缅怀这位杰出的天才,他决定了西方思想、研究、实践的道路,前无古人,后无来者。他不仅出色地创立了某些关键方法,而且对那个时代的经验材料有独特的理解,同时在数学和物理的具体证明方法上具有不可思议的创造力。因为这些原因,他应接受我们最深的敬意。然而,关于牛顿这个人物,有一点甚至比他的天才更重要,就是命运将他放置在人类智慧史的转折点上。为生动地看到这一点,我们必须认识到:牛顿之前不存在完备的物理因果关系的体系,能设法描绘经验世界的任何深层特征。

毫无疑问,伟大的古希腊唯物主义者坚信,所有物质事件都应归于严格规律的一系列原子运动,而不承认任何活物的意愿也是独立的原因。毫无疑问,笛卡儿以自己的方式重新研究了这个问题。但是,解决这个问题仍是个大胆的奢望,是一群哲学家不切实际的理想。人们相信存在完整的物理因果链条,但支持这种信仰的实际结果在牛顿之前几乎是不存在的。

牛顿的目的是回答:是否有一些简单的法则,一旦知道我们行星系统的天体在某一时刻的运动状态,就能完整地计算出这些天体的运动。从第谷·布拉赫的观测资料中推导出的开普勒的行星运动经验定律,需要牛顿给出解释。[1]确实,这些定律给出了关于行星如何围绕太阳运动问题的完整答案:椭圆形轨道,行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等,长半轴和公转周期的关系。但是这些规则并未给出因果关系的解释。它们是三个逻辑独立的规则,没有揭示出内在的互相联系。第三定律不能简单定量地用到其他非太阳的中心天体上(比如,行星绕太阳的公转周期和卫星绕行星的周期之间是没有联系的)。然而最重要的一点是:这些定律涉及的是整体的运动,不是此刻的系统运动状态如何引起下一时刻的运动状态这一问题。按照我们现在的话说,这些定律是积分定律,而非微分定律。

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