牛顿世界观与其《原理》20

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统讲述物理学本身，这里是第四季第20篇

17世纪新科学的发展是很多研究人员共同努力的结果。然而，将这些努力汇集在一起的，是牛顿在1687年发表的著作《自然哲学的数学原理》，通常被简称为《原理》（Principia，源于这部著作的拉丁文名称Principia Mathematica Philosophiae Naturalis）。

《原理》展示了一种新的物理学，与运动的地球保持一致，同时建立了我们现在所认为的牛顿科学的核心。这部著作还提供了一个易于使用的方法，可以用来研究牛顿世界观，也就是一个新的观点拼图，一个可以替代亚里士多德世界观的观点拼图。

上一章节我们也阐述过，随着后人对宇宙观测的数据发现和总结，发现了很多亚里士多德的问题，其最重要的是亚里士多德世界观的核心部分无法与运动的地球拼合在一起，因此，接受了地球围绕太阳运转，就意味着需要一种全新的科学。

牛顿世界观

亚里士多德世界观是一个以地球为中心的世界观。“地球在宇宙中心”的观点并不是一个简单的外围观点，而是核心观点，不能在不替换观点拼图中其他大多数拼板的情况下替换这个观点。

牛顿科学为一个新的观点拼图提供了很多科学拼板，具体来说，牛顿所提供的科学体系在解释方面能力卓著，而且值得注意的是，这个科学可以与运动的地球保持一致。

在亚里士多德世界观中，宇宙被认为是有目的、有本质存在的。物体因内在的本质性质而形成其运转模式。

在牛顿科学中，物体运转模式的形成原因不再是其内在本质；相反，物体是在外力的影响下而形成其运转模式。

整个亚里士多德世界观中关于宇宙的观点，也就是认为“宇宙充满了目标和目的”的观点，不能与新科学拼合在一起，而且事实上，此时宇宙已开始被看作一台机器。在一台机器中，不同的零件之间彼此推拉，而各种零件之所以会有如此表现，原因正是其他零件所施加的作用力。

同样地，宇宙中的物体也开始被认为是在其他物体的推拉和外力的影响下而形成其运转模式。

这个机器的比喻在新世界观中占了主导地位，也就是牛顿的世界观。在这样一个宇宙中，外力的推拉是理解宇宙中物体运转模式的核心，而这样的宇宙观几乎与亚里士多德的整体观点完全相反。

随着机器比喻的出现，人们对神明的观点也发生了变化。

宗教观点通常都不容易改变，所以毫不意外，大多数人并没有放弃自己的宗教观点。然而，上帝的概念则发生了相当大的变化。具体来说，人们开始认为是一位类似于工程师或钟表匠这样的上帝设计、构建了宇宙，并让宇宙运转了起来。但从这以后，宇宙可以自行运转，并不需要前一个世界观里所必需的神明来持续介入。

总的来说，在亚里士多德世界观中，宇宙是一个比较小而舒适的空间，同时，地球在宇宙的中心。

宇宙充满了天然目标和目的，因此这是一个目的论、本质论的宇宙观。这个宇宙观也延伸到了人的身上，每个人在自己所处的整体环境中都有其天然位置，就像物体在宇宙中都有各自的天然位置一样。而且，在日常生活中，需要有上帝或与上帝类似的存在来使宇宙保持运转。

随着新世界观的出现，以上所有观点都发生了变化。现在，宇宙被认为是广阔的，甚至可能是无限大的，太阳只是太阳系的中心，行星围绕太阳运转。宇宙现在还被认为像机器一样，物体不再为了实现某个目的或目标而运转。

相反，物体是在没有目的的外力作用下运转。同时，也不需要上帝或类似上帝的存在来使宇宙运转。事实上，宇宙一天一天保持运转，就像钟表每天嘀嗒嘀嗒走个不停。

三大定律

牛顿《原理》的第一部分是定义，在这部分里，牛顿解释了在书中他将如何使用各种术语。接下来是一个较为简短的部分（大约10页），在这部分里，牛顿提出了三大运动定律。

牛顿第一运动定律是我们现在通常所说的惯性定律。任何物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态.

惯性定律与我们的日常经验相矛盾，是能在17世纪得出的比较难以理解的定律之一。惯性定律的多种前身在16世纪得到了广泛探讨。

在17世纪早期，伽利略对运动的物体进行了一系列研究，几乎正确总结出了惯性的核心概念，但还是差了那么一点儿。到了17世纪中叶，笛卡尔对惯性进行了准确的总结表述，牛顿第一运动定律在很大程度上借鉴了笛卡尔的表述。

牛顿第二运动定律的表述是，物体运动的改变与其所受作用力成正比，而且与其所受作用力在一条直线上。这条定律通常被归纳为F=ma，也就是物体所受作用力等于质量乘以加速度。

思考一下击打棒球时的情形。你越用力击打棒球，棒球飞出的速度就会越快，飞出的距离会越远。也就是说，棒球运动的变化与其所受到的力（也就是你击打棒球时所用的力）是成正比的。

牛顿第三运动定律的表述是，对任何作用力，总会存在一个方向相反、大小相等的反作用力。

万有引力

万有引力通常被表述为任意两个物体之间的相互吸引力。

举个例子，太阳的万有引力作用吸引着地球向太阳靠近，与此同时，地球的万有引力作用也吸引着太阳向地球靠近。同样地，当我扔出一本书，地球的万有引力作用将书往地球的方向吸引，然而与此同时，书的万有引力作用也把地球向书的方向吸引。

书的万有引力作用实际上对地球没有效果，这是因为地球的质量远远大于书的质量。同样地，在前面关于太阳和地球的例子中，太阳的质量远远大于地球的质量，这就解释了为什么相较于太阳的万有引力作用对地球的效果，地球的万有引力作用对太阳可以说几乎没有影响。

具体说，两个物体之间的万有引力作用与物体的质量成正比例。也就是说，物体质量越大，万有引力作用越强。同时，万有引力作用与两个物体之间距离的平方成反比例，因此，随着物体之间距离的增加，它们之间的万有引力作用迅速减弱。

总结

旧的亚里士多德世界观不能与17世纪的新发现保持一致。它的替代者当然不是一夜之间就建立起来的，不过，最终我们在前面所描述的新的世界观出现了，这正是我们所说的牛顿世界观。

与亚里士多德世界观的情况相同，牛顿世界观也随时间推移而经历了发展，不过一个机械论的、像机器一样的宇宙一直保留了下来，并且成为这一世界观的核心观点。

好，今天就到这里了

Masir 2022/02/20

于 东莞

参考文献 

理查德.德威特 《世界观》

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