當前消息！站在巨人肩膀上的巨人：牛頓

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“如果我比別人看得更遠，那是因為我站在巨人的肩上。”這句家喻戶曉的名言來自一位叫艾薩克·牛頓的科學家。你一定聽過這個名字，而當你深入了解了這位科學家的生平，或許會打心底感嘆一句，他不僅站在巨人的肩上，他自己就是巨人。

假如給牛頓整理一份簡歷，那他應該算是當今非常時髦的“斜杠青年”，在身份一欄或許會這樣寫著：

(資料圖片)

“牛頓：天文學家/物理學家/數學家/自然哲學家/煉金術士。”

可不只是簡單涉獵，這里幾乎每一個領域都有牛頓所創造的成就與發現。比如，牛頓是第一個變出彩虹的魔術師，他率先使用三棱鏡將白色的太陽光分散為七色光，發現了光的色散現象；牛頓還是一個讓現在的大學生“苦惱”的人，當你進入大學，一定會接觸到一門叫做微積分的課程，而牛頓正是它的創立者之一。作為數學家的牛頓與另一位數學家萊布尼茲分別獨立創立了微積分學，也就是大名鼎鼎的牛頓-萊布尼茲公式；他還喜歡仰望星空，所以發明了反射式望遠鏡。

當然，在他創立的諸多成就中，具有最大影響力的還數經典力學體系。從物理學的發展來看，正是從牛頓開始，才有了對物理學的系統研究。這些發現發表于他的傳世巨作《自然哲學的數學原理》中。這套理論最終被概括為萬有引力定律和牛頓運動學三大定律。

萬有引力定律為我們揭示了重力的來源，而運動學三大定律，則在物體的運動狀態和所受到的力之間連起了一條線。讓我們來分別認識這三大定律——所有的物體都很懶，它們更喜歡保持原有的運動狀態。這就是牛頓第一定律的一種解釋。如果你不用手去碰，放在桌子上的茶杯會一直穩當當地靜止，不會突然“跑起來”；在光滑的地板上，小球會一直向前滾動，除非碰到墻壁。物體都具有保持本來運動狀態的天然屬性，這一性質被稱為“慣性”，所以，牛頓第一定律又被稱為慣性定律。可如果我們想要改變物體的運動狀態，應該怎么辦呢？受力。這便是牛頓第二定律，這一定律總結出了力的大小和運動加速度（表示速度變化的快慢）之間的關系。

還是拿放在桌子上的茶杯來舉例。最開始它在桌面上保持靜止，是因為所受到的力相互抵消，綜合效果就好像不受力一樣，所以一直保持著不動的狀態。當你用手推動時，茶杯受到了新的力，因此在力的作用下運動狀態改變，并且你推動茶杯的力越大，它的速度變化就越快。牛頓第二定律告訴我們，同一個物體受到的外力越大，速度變化就越快；而如果在施加相同外力的前提下，物體的質量越小，速度變化越快。換句話說，質量越大的物體運動狀態越難改變。

在你推動茶杯的過程中，一定會感受到來自茶杯的“對抗”——一陣反方向的力。這便是牛頓第三定律的內涵，在自然界的力總是成對存在的。你推茶杯的同時，茶杯也在推你，這兩個力性質相同，大小相等，方向卻相反，分別由施力物體和受力物體發出。

讀到這里你一定發現，牛頓的確是個了不起的天才。他用自己發現的物理學規律解釋了許多生活里司空見慣的現象。雖然如今，量子物理學的發展在不斷對牛頓所創立的經典物理學理論發出挑戰，但依然不能抹去牛頓對整個物理學發展的貢獻。而牛頓本人也十分謙卑，他說，他就像是一位在海岸邊撿貝殼的孩子，而遠處的汪洋大海充滿了科學的神秘與未知。

作者：比鄰星

審稿： 張軒中（中國科普作家協會會員，中國物理學會會員）

標簽： 運動狀態 萬有引力定律 牛頓第二定律 牛頓第一定律