插圖版世界經典科普讀本 自然哲學之數學原理 牛頓著正版力學數學科普

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艾薩剋·牛頓 著,餘亮 譯
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店鋪: 聚德實達圖書專營店
齣版社: 北京理工大學齣版社
ISBN:9787568245098
商品編碼:26635308339
包裝:平裝
叢書名: 自然哲學數學原理
外文名稱:自然哲學數學原理

具體描述

基本信息

書名:自然哲學之數學原理

定價:69.00元

售價:44.2元,便宜24.8元,摺扣64

作者: 艾薩剋·牛頓

齣版社:北京理工大學齣版社

齣版日期:2018-01-01

ISBN:9787568245098

字數:

頁碼:570

版次:1

裝幀:平裝

開本:16

商品重量:0.4kg

編輯


一、“世界經典科普讀本”係列精選瞭人類科學史和文明史上具有劃時代意義的經典著作,包括《幾何原本》《天體運行論》《物種起源》《人類在自然界的位置》《基因論》《自然哲學之數學原理》《相對論》《海陸的起源》《通俗天文學》等。

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二、它們是科學創造的結晶,是人類文化的遺産,是經過曆史檢驗的不朽之作,同時也是科學精神、科學思想和科學方法的載體,具有永恒的價值和意義。

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三、名傢名作,全新翻譯,裝幀精美,插圖珍藏版。

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四、經典力學的曠世巨著,牛頓“個人智慧的結晶”,一次科學的集大成之作。

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五、一個完整的科學的宇宙論和科學理論體係。它在物理學、數學、天文學和哲學等領域産生瞭巨大影響。

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內容提要


《自然哲學之數學原理》是一本劃時代的科學巨著,是人類掌握的一個完整的科學的宇宙論和科學理論體係,其影響遍布經典自然科學的所有領域。本書對萬有引力定律和三大運動定律進行瞭描述。這些描述奠定瞭此後三個世紀裏物理世界的科學觀點,成為現代工程學的基礎。它標誌著經典力學體係的建立。本書是人類科學史、思想史上的著作。它不僅影響瞭人類幾百年自然科學的研究,而且對人類的思維方式也産生過十分重要的影響。《自然哲學之數學原理》被法國科學傢拉普拉斯評為“人類智慧的産物中的傑作”。

目錄


緒 論/1

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  定 義/3

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  運動的公理或定律/16

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第1編 物體的運動/33

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  第1章 通過量的初值和終值的比例, 我們能證明以下命題/34

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  第2章 嚮心力的定義/46

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  第3章 物體在偏心圓錐麯綫上的運動/62

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  第4章 通過已知焦點求橢圓、拋物綫和雙麯綫的軌道/74

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  第5章 由未知焦點示麯綫軌道/83

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  第6章 怎樣求已知軌道上物體的運動/114

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  第7章 物體的直綫上升或下降/122

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  第8章 怎樣確定物體受任意類型嚮心力作用下運動的軌道/133

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  第9章 物體沿運動軌道進行運動和在迴歸點的運動/139

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  第10章 物體在指定錶麵上的運動和物體的擺動運動/151

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第11章 嚮心力作用下的物體間相互吸引運動/166

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  第12章 球體的吸引力/194

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  第13章 非球狀物的吸引力/215

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  第14章 受指嚮特大物體上各部分的嚮心力推動的細微物體的運動/228

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第2編 物體的運動(處於阻礙介質中時) /239

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  第1章 受到與速度成正比的阻力時物體的運動/240

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  第2章 受與速度平方成正比的阻力作用的物體的運動/251

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第3章 受部分與速度成正比, 部分與速度平方成正比的阻力作用的

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物體運動/279

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  第4章 物體在阻礙介質中的圓周運動/291

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  第5章 流體密度和壓力: 流體靜力學/300

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  第6章 擺體的運動及其受到的阻力/315

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  第7章 物體的運動: 流體施加於物體的阻力/344

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  第8章 通過流體傳播的運動/387

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  第9章 流體的圓運動/403

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第3編 宇宙體係(使用數學的論述) /415

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  哲學中的推理規則/416

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  現 象/419

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  命 題/425

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  月球交會點的運動/484

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  總 釋/566

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作者介紹


艾薩剋·牛頓(Isaac Newton,1643—1727)

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英國物理學傢、數學傢、天文學傢。1661年入劍橋大學三一學院。1669年,被授予劍橋大學盧卡斯數學教授席位。1703年任學會會長。1705年被安妮女王封為爵士。牛頓在諸多領域都有成就:在力學上,提齣的萬有引力定律、牛頓運動定律;在光學上,發明瞭反射式望遠鏡,並基於對鏡將白光發散成可見光譜的觀察,發展齣瞭顔色理論;在數學上,他與萊布尼茨分享瞭發展齣微積分學的榮譽。牛頓在自然科學領域裏做齣瞭奠基性的貢獻,他的理論和發現影響瞭人類幾百年自然科學的研究。

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餘亮

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哈爾濱工業大學碩士,曾多次接待外賓來訪並陪同口譯,有著多年筆譯經驗。參與過多部英文著作及影視劇的翻譯工作,譯有《野性生活》《蜂鳥》《神勇老爸》《沙漠呢喃》《低地國傢的高雅藝術》《阿爾伯特·卡恩的映像奇觀》《鴨丫俱樂部》《藝術海盜》《弗蘭妮的小腳丫》等。

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文摘


定義1

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物質的量是聯閤同一物質的密度和體積的度量。

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將空氣密度提高一倍,容納的空間擴大一倍,可得到四倍的空氣;將容納的空間擴大兩倍,可得六倍的空氣。對通過壓縮或液化而凝固的雪或粉狀物質,以任何方式、任何原因而凝固的物體,也可同理理解。也許存在一種介質,能自由進入物體各部分間的縫隙,而我在這裏不考慮這種介質。在本書其餘部分,我所說的物體或物質的量就是這個量。所有物體的重量也按同理解釋,通過鍾擺實驗發現,物質的量與它的重量成比例,該實驗將在後麵介紹。

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定義2

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運動的量是聯閤物體的速度和量的度量。

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整體的運動是物體各部分運動的總和;因此,當物體的量擴大一倍,速度不變,則運動的量是原來的兩倍,如速度加快一倍,則運動的量為原來的四倍。

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定義3

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物質固有的力(vis insita)是一種抵抗力,能讓所有物體盡量保持自身靜止或一直嚮前做勻速運動的狀態。

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該力一直與物體自身成比例,和物體的慣性一樣,差彆在於我們對這兩個概念的理解。由於物質的慣性,改變物體本身的靜止或運動狀態存在睏難。因此,固有的力也可以改為一個更廣為人知的名字:慣性力(vis inertiae)。但是隻有外力施加在物體上,想改變它自身的狀態時,固有的力纔會發揮作用;在不同的觀點下,固有的力的使用既是阻力也是推動力;站在物體保持自身狀態,抵抗外加的力的角度,它是阻力;站在物體不會輕易屈服於外力,而外力是想改變物體狀態的角度,它是推動力。通常阻力歸因於靜止物體,而推動力歸因於運動物體;然而運動和靜止,在人們通常的認知中,隻是一種相對性的區分;通常人們認為靜止之物,其實並非處於靜止狀態。

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定義4

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外力作用於一個物體之上,目的在於改變它的靜止或一直嚮前勻速運動的狀態。

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這個力隻存於作用之中,作用結束後並不會保留在物體中。因為物體的新狀態隻會由慣性力保持。另外,外力有不同的來源,比如擊打、擠壓和嚮心力。

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定義5

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嚮心力會將物體拖往、推嚮或以其他任何方式趨嚮一個作為中心的點。

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這一類力中有重力,它使物體趨嚮地心;有磁力,使鐵塊受磁石吸引;還有一種力,無論它名稱為何,它將行星不斷從直綫運動上拉迴,迫使行星做麯綫運動。當石頭係在投石器上鏇轉時,它試圖逃離讓它鏇轉的手,石頭的運動繼續拉伸瞭投石器,鏇轉越快,拉伸也越大;當鬆開投石器時,石頭會彈射齣去。與石頭努力掙脫投石器相反的力,驅使投石器不斷把石頭拉迴手的位置,保持石頭在運動軌道上,這個力的方嚮指嚮軌道中心位置的手,我稱這個力為嚮心力。對於所有物體,當它們被迫在軌道上運動時,道理是一樣的。它們都在努力逃脫軌道的中心,除非有某個與逃脫方嚮相反的力留住它們,迫使它們在軌道上運動,所以我稱這種力有嚮心作用,否則它們會以勻速運動沿直綫離開。一個拋齣的物體,如沒有重力,不會落迴地麵,而是會沿直綫飛嚮太空,如果不計空氣阻力的話。自身重力將拋齣的物體從直綫路徑拉迴,不斷嚮地麵偏移,運動的軌跡基本由其重力和速度決定。它的重力越小,或說它的物質的量越小,或者它在拋齣時的速度越大,它的運動軌跡就越接近拋物綫,它也能飛到更遠的地方。假設一個鉛球,在山頂由大炮射齣,它得到一個給定的速度,運動方嚮和地平綫平行,它會沿著麯綫前進兩英裏,然後落到地麵;同理,如果不計空氣阻力,鉛球得到兩倍或十倍速度時,前進的距離也將會是兩倍或十倍。隻要增加速度,拋齣的物體飛行的距離可隨意增加,同時它的運動麯綫的麯率也會減小,使它以10度,30度或90度的角度落地;甚至能環繞地球,飛入太空,繼續運動直至無窮。對於一個拋射體,同理,受到重力影響,可能在軌道上繞著地球飛行,而月球的情況也一樣,如果它自身有重力,則受重力影響,或其他的力的影響,驅使它嚮地球運動,偏離它固有的力作用的拋物綫運動,按照它現在的軌道運動;沒有這個力,月球也不會在自己的軌道上運動。這個力如果太小,就不足以讓月球偏離拋物綫運動;如果太大,又會使月球過度偏離軌道,嚮地球移動。保持力的大小閤適是關鍵,找到一個力讓物體以指定的速度在指定的軌道上運行,這是數學傢的責任;反之亦然,指定一個力,使物體偏離本身的拋物綫運動,以指定的速度在指定的位置,數學傢要找到它運動的麯綫軌跡。

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任何形式的嚮心力有三種量:量、加速量和使動量。

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定義6

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嚮心力的量是同一個力的一種度量,大小與它從中心嚮周圍環形區域傳播引發的效力成比例。

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根據磁石的尺寸和磁力的強弱,磁力在一塊磁石上會較強,而在另一塊上會較弱。

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定義7

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嚮心力的加速量是同一個力的一種度量,與給定時間內它所得到的速度成比例。

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磁石産生的磁力,距離越近則越大,距離越遠就越小;或如重力,在山榖中較大,在山頂則較小,當遠離地球時(書中以後會提到)就更小;然而當距離相等時,重力在各處都一樣,這是因為所有下落物體,無論是重是輕,是大是小,(無論是否計算空氣阻力),其加速度是一樣的。

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定義8

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嚮心力的使動量是同一個力的一種度量,與指定時間內它驅使的運動成比例。

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體積較大的物體更重,體積較小的物體更輕;同一物體,接近地錶時更重,在空中則更輕。這個量是稱為整個物體的嚮心性,或朝嚮中心的傾嚮,而我認為這是它的重量;有一個與它大小相等、方嚮相反的力能阻止物體下落,而這個量也藉由這個力廣為人知。

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力的這些量,為求簡潔,可稱為運動力、加速力和力;為便於區分,設定它們分彆作用於物體中心,作用於物體各處,作用於力的中心;即運動力作用於物體上,由物體各個部分全力傳動,如同整個物體趨嚮一個中心運動;加速力作用於物體的不同位置,像是某種效力,從中心嚮周圍各處擴散,使那些位置的物質運動;力作用於物體中心,它們的産生自有原因,沒有它這些運動力無法在物體各處傳播;這些原因可能來自物體本身(如磁力中心的磁石或重力的地球),也可能尚未查明。而我在此隻能給齣這些力的數學概念,不考慮它們的物理原因和情況。

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加速力與運動力的關係,如同速度之於運動。因為運動的量來自速度和物質的量的結閤;且運動力來自加速力和同一物質的量的結閤。由於加速力在物體的每個部分上的作用的總和是整個物體的運動力。在地錶附近,重力的加速度或重力的産生力對所有物體都是相同的,重力的運動力或物體的重量等同於物體;如果上升到一個區域,這兒的重力加速度減小,重量也減小,而且總是等於物體質量和重力加速度的結閤。那麼,設定物體在一個區域的重力加速度減半,質量減半或減少三分之二,則重量減為原來的四分之一或六分之一。

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我會把吸引和推動與加速和運動畫上等號,吸引、推動或趨嚮,這類指嚮中心的詞我會不加區彆地混用;以數學而非物理來考慮這些詞。因此當我碰巧提到中心吸引,或中心引力時,讀者請不要認為我用這些詞來定義某種運動,或運動的方式、運動的緣由或物理原因,或我將這些力歸因於某些真實或物理意義上的中心(它們僅僅有數學意義)。

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附注

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截止到目前,對於一些比較陌生的詞,我已解釋它們在之後討論中該如何去理解。時間、空間、地方(locus)和運動是每個人都熟知的。但務必注意,普通人正是從他們對可感知的物體的關係來領悟這些量,從而産生的偏見。為瞭消除偏見,把這些量區分為和相對的,真實和錶麵的,數學和普遍的比較恰當。

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1.的、真實的和數學的時間,它自身以及它自己的本性與外在物無關,它流逝的節奏不變,由另一個名字定義為持續的(duratio)、相對的、錶麵的和普遍的時間,它是可感知的和外在的運動持續時長的度量(無論是否精準),常常代替真實時間使用,例如小時、日、月、年。

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2. 的空間,它的自我本性與外物無關,保持相似且靜止,相對的空間是該空間的度量或移動的尺度(dimensio),在我們的感覺中,它通過自身相對於物體的位置而確定,常常用來代替靜止的空間:如地下、空中和太空中的空間,常常以它們相對於地球的位置而定。和相對空間在種類和大小上一緻;但在數值上有所差彆。例如,當地球運動時,我們空中的空間是相對的,且相對地球保持不變,它有時會成為空間的一部分,空氣從中通過;有時會成為空間的另一部分,所以,它會在空間中不停變化。

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3. 場所是物體占據的空間的一部分。它既是的,也是相對的,由空間的性質而定。我在這所指的場是空間的一部分,並非指物體在空間的位置,也不是說物體的外錶麵。這是因為,如果兩個固體相等,則占據的空間也相等,但場所的錶麵卻往往因為形狀各異而不同。位置不存在量的概念。所以,它們不是場所,它們和場所隻是一種從屬關係。物體總體的運動等於各部分運動的總和,亦即,物體總體離開場所的位移,相當於其各個部分離開場所的位移之和,同時,物體總體占據的空間等於各部分占據空間的和。從這一點來說,場所是內在性質,位於整體物體之內。

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4. 運動和相對運動。物體從一個場所移往另一個場所,稱為運動,物體從一個相對場所移往另一個相對場所稱為相對運動。一艘正在航行的船,物體的相對場所就是其在船上占據的位置,它正是船艙中堆放物體的那塊區域,這塊區域和船一起運動。而相對靜止是指物體堆放在船或船艙的同一區域。實際上,靜止是指物體堆放在靜止空間中的相同區域,相對於這個區域,船、船艙和船上所載的貨物都在運動中。所以,如果地球真的處於靜止狀態,相對於船來說,船上的物品是相對靜止的,此時,物體會以船行駛的速度,進行真正的、的運動。然而,如果地球此時也在運動,那麼物體真正的運動應該如此描述:一部分是地球在靜止空間裏的真實運動;一部分是船在地球上的相對運動。如果物體在船上也在相對運動,這時物體的運動就成瞭:一部分是地球在靜止空間裏的真實運動,一部分是船在地球上的相對運動,和物體在船上的相對運動。而這些相對運動決定瞭物體在地球上進行的相對運動。比如,船所在的地球這一區域,嚮東做真實運動,將速度設為10010小節;此時,大風中船在嚮西航行,速度是10小節;而有一位水手在船上嚮東走,速度為1小節;這時,水手在靜止空間所做的運動是嚮東運動,速度為10001小節,而相對地球錶麵而言,水手在嚮西運動,速度為9小節。

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在天文學中,用通俗時間的平均值或糾正值,來區分時間和相對時間。因為,雖然人們認為自然日是相等的,並以此作為衡量時間的一種單位。可事實上,它們是有差異的。天文學傢糾正這種差錯,目的在於能更準確地測量天體的運動規律。用勻速運動來測量時間是個巧妙的辦法,但可能無法實現。所有的運動都可以加速或減速,但時間的流逝永遠是真實而穩定的,不會因外界變化而有所改變。無論運動快慢,還是已經停止,物體本身能持續存在且保持不變。所以,應該將這一持續性和隻能靠感知的時間進行區分。對這一問題,我們可以用天文學中的均值對它進行計算。計算這種均值的必要性,在對現象的時間測量中已經體現瞭齣來,例如,鍾擺實驗和木星的衛星的日蝕。

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如同時間各部分的次序無法改變,空間各部分的秩序也一樣。現假設將空間中的一部分移齣它們的場所,那麼它們也會移齣自身。因為時間和空間就是它們自身和其他事物的場所。所有的事物在時間裏有著先後次序,在空間中排列齣位置。它們的本性就是場所,因此認為物體的主要場所能夠移動是荒謬的。所以,這些場所是場所,離開這些場所而進行的運動,也是運動。

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因為空間的那一部分我們看不見,也無法通過感知來分辨,所以我們用感知的度量來替代。從物體的位置到公認是靜止物體的移動距離中,我們可以定義齣各種場所。之後,再根據物體在這些場所中的相對位移,便能估算齣物體在場所間做的所有運動。因此,我們一般使用相對場所和相對運動,而非場所和運動,這樣做並不會讓問題變得更難。但是,如果是做哲學研究,我們應該憑藉感知對事物進行抽象處理,同時對事物的特性進行思索,從而分析齣一些信息,這與單憑感知去衡量事物全然不同。因為牽涉到相對於其他運動物體的場所和運動,所以不存在真正的靜止物體。

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憑藉事物的自身特點、原因和結果,我們可以將一種事物和其他事物的靜止和運動,與相對進行區分。靜止的屬性是,真正靜止的物體對於另一個靜止的物體來說,它應該也是靜止的。實際上,在恒星存在的遙遠太空,或更遠的地方,很有可能存在一些所謂的靜止的物體。但在我們的世界中,我們不可能依靠物體的相對位置,來研究這個世界中的物體是否與那遙遠太空中的物體保持著同樣的位置。這等於說,在我們的世界裏,物體的位置不能確定為的靜止。

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當物體運動時,其中一部分保持原本在整體中的給定位置,並參與整體中的一係列運動,這是運動的性質。在一個鏇轉的物體中,它的每一部分都有可能離開鏇轉軸;嚮前運動的物體的衝力等於物體所有部分衝力之和。所以,如果周圍的物體開始運動,那麼,原先在裏麵那些相對靜止的物體,也將和它們一起運動。這錶明,那些看上去是靜止的物體的位移不能決定物體真實而的運動,這是因為,外圍的物體不能隻當作形式上的靜止物體,它應該是真正靜止的狀態。同時,所有包括在內的物體,除瞭從它們鄰近的物體處進行位移外,它們也參與到瞭真正的運動。即使它們沒有發生位移,也不會是真正的靜止,隻是看上去如此。因為,周圍的物體與它們所包圍的物體的關係,像是一個物體外錶部分和內裏部分的關係,亦或是果殼和果仁的關係;然而,當果殼運動時,果仁作為整體的一部分,也會隨之運動,而果仁在靠近果殼處並沒有運動。

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與前述內容相關的運動的另一特性是,如果場所移動瞭,位於該場所的物體也會隨之移動;因此,當物體移齣所在場所時,物體也參與瞭所在場所的運動。因此,所有離開場所的運動,都隻能是整體運動和運動中的一部分。並且,每個整體運動都是物體和所在場所移齣原來位置而作齣的運動所組成的,直到後到瞭一個不能再移動的場所,比如,我們前麵提及的船在海中航行的例子。所以,隻有靜止場所能決定整體和運動。我在前麵將靜止場所與運動放在一起,將可移動場所和相對運動連起來也是這個道理。除瞭那些從無限到無限的事物之外,沒有任何場所是完全靜止的,而那些做無限運動的事物保持相對的、給定的位置不變,它們一直保持靜止不動,從而構成瞭靜止的空間。

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真實運動和相對運動之所以不同,是因為力施加在物體上,使物體發生運動。如果沒有力施加於物體上,促使其移動,真實的運動既不會産生,也不會改變,但相對運動就是另外一迴事瞭,即使沒有力施加在物體上,相對運動也可能産生,也會發生改變。隻要對和前一個物體進行比較的其他物體施加某種力,就足以說明這件事。由於其他物體的退讓,先前存在於其他物體中相對靜止或相對運動的關係也會隨之改變。而且,當一種力施加到運動物體上時,真實運動通常肯定會有所變化,而相對運動則不會發生改變。如果用相同的力施加到作比較用的其他物體上,相對位置可能會得以保持,相對運動依托的條件也能保持。所以,當真實運動保持不變時,相對運動可能會有變化,反之,真實運動改變時,相對運動又可能保持不變。從這個角度說,真實運動絕不可能在這種關係中産生。

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憑藉脫離鏇轉軸的力,能從成效上區分運動和相對運動。因為,對於純粹的相對運動,這種力根本不會存在。這種力隻存在於真正的運動中,但運動的量決定瞭這種力的大小。如果我們將一個容器掛在一條長繩上,使其頻繁鏇轉,從而擰緊長繩,然後往容器中注滿水,讓容器和水都處於靜止;這時,突然施加另外一個力,使容器嚮反方嚮鏇轉,這時候長繩會自動鬆開,而容器的運動會持續一段時間。開始時,水的錶麵是平靜的,因為容器的運動尚未開始,但隨著容器不斷將運動傳播到水,水會開始鏇轉,水逐漸地脫離,沿著容器壁上升,形成一個小漩渦。運動速度越快,水會上升得越高,到後,它會和容器一起鏇轉而進入一種相對靜止狀態。水的升高預示著它有脫離運動軸的趨勢,這時,水的真實而的鏇轉運動與它的相對運動産生矛盾,不過這種趨勢可以用來衡量這種矛盾。開始時,容器中的水的相對運動達到峰值時,它沒有脫離運動軸的傾嚮,也沒有錶現齣鏇轉的趨勢,更不會沿容器壁上升,此時水麵保持平靜,因為水真正的鏇轉運動還沒開始。可是,此後,水的相對運動開始減弱,它沿著容器壁升高,顯示齣要脫離運動軸的傾嚮,這種傾嚮在預告水真正的鏇轉運動持續加強,直到獲得大的量,水在容器中纔會實現相對靜止。所以,這種傾嚮不會由水和它周邊物體的移動來決定,同時,這樣的移動也無法對真正的鏇轉運動下定義。任何一個鏇轉物體都隻會在一個真實的鏇轉運動中存在,它也隻和一種力(試圖讓它脫離運動軸的力)相關,這是一個閤適而恰當的結果。然而,同一個物體內的相對運動的數量是不可數的,這一點可以憑藉它和外界物體間的多種關係來界定,和其他關係相同,它們絕大多數都沒有真實的成效,除非它們可能參與瞭的真實運動。對於天體世界,可按照以下方式理解:天空和行星一起,圍繞著恒星鏇轉。天空中的一部分區域是靜止的,行星相對於天空也是靜止的,可是,它們卻是真正地在運動中。因為它們不停變換著彼此的位置(而真正靜止的物體不會如此),並且由於行星的場所在天空中,因此它們也參與瞭天空的運動,成為鏇轉整體的一部分,而且也有要逃離運動軸的傾嚮。

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因此,相對的量並非那些人們賦予其名字的量本身,而是一種可感知的量(不正確),它們常常用來代替本身的度量。如果這些詞的定義來自它們的用途,那麼像時間、空間、場所和運動這樣的詞,它們的度量的解釋是正確的。假如度量的量代錶自身,那麼這種錶述就很特彆,它代錶瞭純粹的數學意義。這些詞的詞意本該言簡意賅,而有些人在解讀這些詞意時,卻誤解瞭詞意。另有些人混淆瞭真實的量和與它們相關的可感知的度量,這簡直玷汙瞭數學和哲學真理的純潔性。

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要對特定物體的真實運動有真正的認識,並區分這種真實運動和錶象上的運動,實非易事。這是因為,對於運動中的靜止空間的那部分,單憑人類的感官是感知不到的。然而此事也不是說毫無希望,因為尚有一些論據可以指導我們,部分論據源自錶象運動,它們和真實運動不同,另外的一部分來自力,力是真實運動的原因和結果。比如,用一根細繩將兩個球相連,然後始終保持它們的距離,使它們圍繞著共同的重心鏇轉,從細繩的張力上,我們得知球在嘗試脫離運動軸,從這裏我們可以計算齣鏇轉量。如果將一個相同的力施加在球的兩側,以求或減少它們的鏇轉量,再根據細繩張力的加強或減弱,我們就能計算齣運動量的增減。而且,我們還能發現力應施加在球的哪一麵上纔能大程度地增加球的運動量。即,我們能知道它們的後麵,也就是鏇轉運動中位置較後的一麵,知道瞭這後麵的一麵,以及和它對應的一麵,便可知道球的運動方嚮。所以,我們可以知道這種運動的量和方嚮,即使是在一個巨大的真空體係中,不存在任何外界物體能為我們感知,能與球進行比較,也能辦到這一點。然而,如果是在真空中,有一些遙遠的物體,它們相互的位置保持不變,和我們這的恒星世界相同,那麼,我們就無法對球在那些物體中的相對運動進行判定,該運動是屬於球還是屬於那些物體。但是,如果我們觀察繩子,會發現繩子的張力剛好是球要運動所需的力度。所以我們可得齣結論:運動的是球,而物體是靜止的;後,根據球在物體間的運動,我們還能找到它們運動的方嚮。可是怎樣通過原因、成效和錶象差異來推斷齣真正的運動,以及如何進行反嚮推導,我會在後續篇章中詳細解釋和說明,同時,這也是我創作本書的目的。


宇宙的和諧:一部關於天體運動與力學的恢弘史詩 本書並非關於牛頓的《自然哲學的數學原理》的介紹或導讀,也與任何版本的“世界經典科普讀本”中的力學部分無關。它是一部獨立、深入探討經典天文學與力學基礎的著作,旨在揭示宇宙運行的深刻秩序與數學之美。 第一部分:從地心到日心——認知的革命 本書的第一部分,將帶領讀者重溫人類對宇宙結構認知的漫長演變。我們不會直接引用牛頓的著作,而是專注於解析前人的觀察與理論構建過程。 首先,我們將細緻考察托勒密體係的精妙與局限。托勒密模型的復雜性,源於其試圖在有限的、完美的圓形軌道框架內解釋肉眼可見的天體現象,特彆是行星的逆行。我們會詳細分析本輪、均輪和偏心圓等幾何工具是如何被巧妙地組閤起來,以求得與觀測數據的一緻性。這部分內容側重於現象的描述與幾何學的應用,而非其背後的物理動力學。 接著,我們將進入哥白尼的“靜止的地球”構想。哥白尼的貢獻在於其觀念上的簡化和係統性的統一。本書將重點分析日心說的引入如何從根本上改變瞭我們對行星運動的理解——逆行不再是行星自身的復雜行為,而是地球視角所緻的視錯覺。我們不會深入探討牛頓後來的引力解釋,而是聚焦於哥白尼模型在描述行星相對位置上的優雅性與初步的定量優勢。 隨後,我們將詳述第榖·布拉赫無與倫比的觀測成就。第榖的貢獻在於其精密的數據積纍。我們將討論他如何通過極其準確的儀器,記錄下火星等行星的精確位置,為後繼理論的誕生提供瞭堅實的實證基礎。這部分強調的是觀測科學的嚴謹性,而非理論的推導。 最後,我們將探討開普勒的突破。開普勒定律是連接幾何描述與規律性描述的關鍵橋梁。我們將逐一解析三條定律的含義: 1. 橢圓軌道定律: 強調瞭偏離完美圓形的必要性,以及對“天體運動是自然而然”這一傳統觀念的衝擊。我們將通過現代幾何語言來重述橢圓的定義與焦點性質,展示其如何完美擬閤第榖的數據。 2. 麵積定則: 闡述瞭行星在不同位置速度的變化,暗示瞭某種內在的動力學聯係,盡管開普勒本人未能完全闡明其物理原因。 3. 周期定律($P^2 propto a^3$): 揭示瞭所有行星軌道周期與其半長軸之間普遍存在的、簡潔的數學關係。 在第一部分結束時,讀者將對“是什麼”有深刻理解,但“為什麼”的物理機製仍將是一個懸而未決的問題。 第二部分:運動的幾何與動力學的萌芽 本書的第二部分將從更基礎的運動學和動力學概念齣發,探討在牛頓力學建立之前,人們如何理解力和運動的關係,重點在於伽利略的貢獻及其對慣性概念的初步確立。 我們將深入分析伽利略在斜麵實驗中對自由落體運動的研究。本書的重點在於他如何將抽象的運動分解為沿斜麵的勻加速運動,並將其推廣到水平運動。我們會詳細闡述伽利略對“速度”和“加速度”的精確定義,並探討他如何通過實驗推理,提齣瞭“物體在無阻礙的水平麵上將永遠保持勻速直綫運動”的早期慣性思想。這與亞裏士多德的“力是維持運動的原因”形成瞭鮮明對比。 接著,我們將探討力的概念在當時的應用。在牛頓之前,力更多地被理解為推或拉的直接作用,尤其是在處理拋體運動時,人們往往將重力視為持續施加的力量。我們將對比幾種早期的拋體運動模型,分析它們在預測落點上的差異,以及它們如何反映齣對慣性與重力如何疊加這一問題的不同理解。 我們還會花篇幅討論衝量和動量的早期概念。雖然動量守恒定律的完整錶述需要更晚的理論發展,但書中會追溯早期物理學傢如惠更斯等人,在處理碰撞問題時所錶現齣的對“質量乘以速度”這一量值的直覺認識。這部分內容側重於對“動量”這一物理量的經驗性發現過程,而非嚴格的數學證明。 第三部分:張力的數學化——從地球到月球 本書的第三部分將探討如何將地球上觀察到的力學原理,推廣到解釋天體運動上,這是在尋找統一物理定律過程中的關鍵一步。 我們將考察惠更斯在圓周運動方麵的貢獻,特彆是嚮心力的概念。在沒有完全理解引力本質的情況下,惠更斯通過研究繩子拉動石子的運動,推導齣瞭物體保持圓周運動所需的嚮心力公式 $F propto mv^2/r$。我們將詳細分析這個推導過程,著重於其幾何基礎——圓周運動可以看作是無數小段直綫運動的逼近。 隨後,我們將討論“萬有引力”思想的先驅們是如何嘗試連接地麵上的落體加速度 $g$ 和月球繞地球的加速度的。我們會構建一個概念模型,展示如何假設引力與距離的平方成反比,然後代入月球的軌道周期和半徑,來檢驗這一假設是否與已知的地球引力強度相符。這部分強調的是尺度之間的類比推理和數學模型的檢驗能力,而非牛頓體係的完整建立。 總結 本書旨在提供一個獨立、詳盡的視角,審視人類從觀察天象到建立描述運動的數學工具的整個認知曆程。它專注於對觀測、幾何、早期動力學思想(如慣性概念的萌芽)以及尺度間類比推理的深入剖析,是一部關於科學思想發展史的力學入門讀物,而非對某一特定權威著作的解讀。它力求展示科學發現的艱辛、前人的智慧以及數學在揭示自然規律中的不可或缺性。

用戶評價

評分

拋開那些專業術語和理論不談,這本書最吸引我的地方在於它所蘊含的思想史的深度。閱讀它,就像是進行瞭一次跨越時空的對話,去傾聽人類智慧的源頭是如何思考宇宙的秩序和運動規律的。它不僅僅是在講述“是什麼”,更是在探討“為什麼會這樣想”。我特彆留意瞭其中關於“公理化體係構建”的論述,那種從最基本的幾個不證自明的真理齣發,去推導齣整個宏大世界的邏輯框架的過程,簡直是哲學與科學完美結閤的典範。這種嚴謹的、層層遞進的思維方式,對於我們現在這個碎片化信息爆炸的時代來說,是一種極好的“思維體操”。它教會我們如何保持專注、如何進行深層次的邏輯推理,而不是被錶麵的現象所迷惑。讀完之後,感覺自己的思考方式都變得更加有條理、更加沉穩瞭。

評分

我得承認,在閱讀過程中,我時常會跳齣書本,去查閱一些相關的曆史資料和現代科學的解釋,但這套書的價值恰恰在於它提供瞭一個錨點。它讓我明確地看到瞭,那些今天被視為理所當然的科學常識,在那個時代是多麼具有顛覆性和革命性。比如,書中對慣性概念的初步探討,雖然還帶著時代的局限性,但那種敢於挑戰亞裏士多德體係的勇氣和邏輯力量,是令人震撼的。這種閱讀體驗不是單純的知識獲取,更像是一種對人類認知進步曆程的身臨其境的體驗。我能想象到當時的學者們在麵對這些新發現時所産生的巨大衝擊和興奮感。這種“曆史感”和“發現感”的結閤,讓這本書的閱讀過程充滿瞭探險的樂趣,每一頁都可能隱藏著一個改變世界的思想火花。

評分

這套書的裝幀設計真是讓人眼前一亮,那種復古又帶著現代設計感的封麵,拿在手裏就有一種沉甸甸的知識感。我尤其喜歡那種紙張的質感,微微泛黃,翻閱起來手感特彆好,不像有些現代印刷品那麼光滑冰冷。內頁的排版也很講究,字號和行距都經過精心設計,長時間閱讀也不會覺得眼睛纍。而且,這本書的插圖部分,簡直是神來之筆。我一直覺得,科學思想的傳遞,光靠文字是不夠的,尤其是像經典著作這種跨越時空的對話,圖文並茂纔能真正讓人領會作者的深層意圖。那些精美的圖解,不僅僅是裝飾,更是對復雜概念的直觀闡釋,讓那些原本感覺遙不可及的物理圖景,變得觸手可及。我花瞭好長時間研究其中幾幅關於天體運行的示意圖,那種精細程度,讓人不得不佩服那個時代的匠心。總而言之,從物質形態上來說,這本書已經超越瞭一本普通科普讀物的範疇,更像是一件值得珍藏的藝術品。

評分

這本書的定價雖然不算低廉,但考慮到其內容密度和製作水準,我完全認為它物超所值。我不是一個純粹的物理學愛好者,更多的是一個對知識抱有好奇心的人。對於我這樣的讀者來說,這本書最可貴的地方在於它提供瞭一個堅實的基礎和廣闊的視野。它不像那些過度簡化的現代科普讀物,隻給你一個快速的結論,然後就結束瞭。它要求你慢下來,去品味論證的過程,去理解理論構建的艱辛。這種“慢讀”的過程,最終帶來的知識積纍是更深刻、更持久的。它讓我明白瞭,真正的“科學精神”並非一蹴而就,而是建立在無數次嚴謹的觀察、猜想與驗證之上的,這對於培養年輕一代正確的學習態度,也具有不可替代的教育意義。我計劃將它放在書架的最顯眼位置,隨時可以拿齣來重新溫習那些令人心潮澎湃的篇章。

評分

我本來對這些古老的科學論著是有些敬畏和畏懼的,總覺得裏麵充滿瞭晦澀難懂的術語和復雜的邏輯推導,恐怕自己一個現代的普通讀者是無法消化的。然而,這套“讀本”的編輯和翻譯團隊顯然深諳“化繁為簡”的藝術。他們似乎站在讀者的角度,將那些拗口的拉丁文和嚴苛的數學證明,用一種既尊重原文的嚴謹性,又兼顧現代人閱讀習慣的語言重新組織起來。我發現,很多關鍵的段落,都有非常貼心的注釋和背景知識的補充,這就像是有一個經驗豐富的嚮導,在你探索知識迷宮時,及時為你指點迷津。這讓我在閱讀過程中,不再是孤軍奮戰,而是能感受到一種知識的“陪伴感”。特彆是對於那些涉及到幾何和力學平衡的論述,新的翻譯版本在描述上更加流暢自然,使得那些曾經讓我望而卻步的概念,現在也能在我腦海中構建齣清晰的圖像。

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