牛顿有多牛？且看他的自然哲学的数学原理

　　相信对于绝大数人来说，听闻牛顿这个名字都会觉得如雷贯耳。
　　牛顿有多牛？他被称为百科全书式的全才，其所取得的成就，除了在力学上提出广为人知的牛顿三大定律外，他还在光学上发明和制造出第一架反射望远镜，和在数学上独立创建了微积分，等等；每一项都具有划时代的意义，诸多学术观点至今仍然是科学界的理论基础和占有不可动摇的统治地位。
　　关于牛顿这个人，历来都有许多名人对他作出过中肯的评价。爱因斯坦认为牛顿的思想和方法论体系是理论物理学领域中每一工作者的纲领，可见对牛顿评价之高。
　　而相比于众多评价，我觉得还是恩格斯概括得最为完整，恩格斯认为牛顿由于发现了万有定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学。
　　有人说，牛顿是个集16、17世纪乃至之前科学先驱成果之大成者，就像曹雪芹以《红楼梦》集中华文化之大成，就像周文王姬昌以《易经》集远古智慧之大成；可以说，牛顿是个神一般存在过的伟大人物，无论用什么言语去赞美他也不为过。
　　牛顿很牛，这是公认的事实。那么牛顿到底有多牛呢？我想很难尽概，但有一本书是非看不可的，这本书就是《自然哲学的数学原理》（以下简称《原理），我们可以通过读这本书，以见证他的创见，虽不全面，但或多或少都能够反映出他伟大的一面。
　　《原理》这本书，光是书名这几个字就大有讲究，它包含有两重含义，一是表示自然哲学里存在着数学原理，二是反过来说，可以用数学原理解释自然哲学。这两重含义几乎就是《原理》一书的核心思想，它不同于一般的哲学理论，只在若干文字里绕来绕去，可能会有争议，而牛顿则指出自然哲学里存在着数学原理，并且可以用数学的方法来解释自然哲学。
　　同时，自然哲学这四个字，如果分拆开来，则自然与哲学就是前后缀的关系，表明哲学从属于自然或来源于自然，这与《老子》人法地，地法天，天法道，道法自然的观点相类似；《老子》中的法就是表明人、地、天与自然之间存在着一定的特殊可循规律或法则，但不管怎么法，都效法于自然，某种程度上，牛顿的数学原理可以比作为《老子》中的法，两者的思想似乎是相通的。
　　但《老子》中的法，常常让人难以理解，说是玄之又玄，乃是众妙之门，而相较而言，西方人牛顿用的方法就直接得多。在《原理》这本书里，牛顿以天体间的相互作用而产生引力为主要论述对象，并以此作为主线来分析各种自然现象；根据牛顿的万有引力定律，任意两个质点之间都存在着力的相互吸引，因此，泛义来说，《原理》一书，是以物体间的相互作用引力来解释一切自然现象，而引力的大小，可以转化为数学运算；所以，回到书名上来，即是以数学原理解释一切自然现象，由于哲学从属于自然，故哲学问题在数学原理的解释下，就不会再有任何争议，以达到无可争辩的程度。牛顿到底有多牛，从这里就可见一斑。
　　再者，由于万事万物都是运动变化的，没有一刻是停止的，为了解释一切自然现象，在《原理》一书里，以其说牛顿是为了解决天体运动以及一些物理问题，不如说牛顿在这本书里，是应用和论述了他所创建的微积分术，因为只有运用微积分术才能解释自然里的一切运动变化现象。笔者曾在不同的时间里，先后读过三遍这本书，越读越觉得震憾，以笔者自己的看法，我认为《老子》中的法之所以说玄，秘密可能就藏在牛顿的微积分术里，不过，也许《老子》中的法要比牛顿的微积分术还要玄妙得多，所以才会说玄妙而深绝。
　　另外，牛顿在《原理》一书里，还以独立章节阐述了他著名的运动三定律，这运动三定律早已广为人知，但人人都知道并不代表都已经透彻理解，如下笔者就简单概括谈一谈。
　　第一：关于引力定律
　　在用引力定律来解释天空和海洋等等一切自然现象时，牛顿认为任意两个质点之间都存在着力的相互吸引，但这些力不会有丝毫减弱，而是在所有方向上总是按距离平方反比减弱的规律无穷传播。牛顿用这个方法来解释包括光波在内的一切自然现象。
　　如果我们细想起来，牛顿的引力定律简直不可思议。由于物质之间的相互作用形式多样，并且绝非单一的存在，可能同时存在千千万万的相互作用力，微妙到我们无法全都能理解和知道，所以各种力的作用就会使事物之间发生微妙变化，也就是我们平时说的运动，有些作用力会促使物质间发生粘合，而有些作用力则会促使物质间发生排斥或分解，如此聚聚合合运动变化着，所以归根到底牛顿还是为了阐述和应用他的微积分术，也许《老子》里说的玄，玄就玄在我们无法理解和知道的万千种力的作用里。
　　特别值得一提的是，牛顿引力定律认为物质间的相互作用力是不会减弱或消失的，只会传播，这与某些哲学观点里的不增不减也相类似。
　　第二：关于天体
　　牛顿认为太阳、地球和其他行星存在着在相互引力的作用力，它们之间是一个存在忽彼忽此各种运动的天体系统；在太阳系里，其他行星绕着太阳公转，但是，由于太阳的作用，其他行星也会产生一定的速度移动，这样就必然使运动轨道的曲率发生变化。这些变化虽然可能很小，甚至小到几乎觉察不到的程度，但运动变化总是存在的，那么就可以通过这些轨道曲率的变化和之间的距离等参数来进行计算。牛顿在书里给出了一些计算参数，由于学术性太强，这里略过不表。
　　如前文所述，牛顿在《原理》这本书里，是以天体间的相互作用而产生引力为主要论述对象，并以此作为主线来分析各种自然现象的；由于万有引力定律认为任意两个质点之间都存在着力的相互吸引，所以在理论上，各种自然现象也可以以同样的方法进行解释或计算，而数学中的微积分具有描述运动变化的能力，只要定义极限，设定函数，就可以在任意指定的区间里进行运算；牛顿在《原理》里没有明讲这些，但在本质上，他写这本书的目的似乎还是为了应用和论述了他所创建的微积分术。
　　第三：关于潮汐
　　牛顿在《原理》这本书里，专门讲到潮汐现象。总的来说就是由于太阳和月亮之间存在着相互吸引力，距离越近影响越大，反之，距离越远影响越小，并且以它们的视直径的三次方成正比，而天体对潮汐的影响取决于它们离地球的远近，我们常见的潮汐现象就是这样产生的。由于潮汐现象大家都比较熟悉，这里就不赘述了。
　　纵观牛顿《原理》这本书，始终不离天体间的相互作用而产生引力这一主轴，表面上是在讲天体，但根据他的万有引力定律，任意两个质点之间都存在着力的相互吸引，那么实际上泛指一切自然现象。
　　如果我们熟悉了牛顿在《原理》这本书里的学术主张，那么似乎就可以得出一个结论物体（物质）间因为相互作用力而产生运动变化，力是那个万能的主张。牛顿这一学术主张似乎与其它的一些论著有些不同，笔者也曾涉猎过一些其它类似的学术论著，其中不少观点认为是能量改变一切，不过，如果细究起来，笔者还是倾向于牛顿的观点，为什么？因为许多自然现象告诉我们，能量的产生最终可以归结为力的作用，例如古人的钻木取火，现代的水力发电等等。
　　笔者甚至觉得，牛顿在《原理》这本书里的学术主张，仍然还有很大的挖掘空间，也许力改变一切的观点仍将在未来很长一段时间里指导着我们。
　　就在笔者读这本书的时候，曾经数度掩卷而思，但因为我自己才疏学浅，至今也只是停留在冥思苦想的层面上。不过，也许通过学习牛顿的《原理》这本书，读者你能有新发现。
　　作者：然好
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