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(《自然哲学的数学原理》,I,42)
牛顿举了两个例子,一个是地上的,一个是天上的,这样就把在此之前分隔开来的物理学的两个领域合在一起。
因此,如果一个炮弹在一座山上朝水平方向射出,其速度使它能穿越八公里的距离后才落到地上,如果速度增加一倍,它就能在穿越十六公里左右的距离后才落到地上,如果速度增加到十倍,它穿越的距离就增加到十倍(如不考虑空气阻力),这样,增加这个物体的速度,就可以增加它落到地上之前所穿越的距离,并减少它勾画出的线条的曲率,因此,它可以在穿越三十度、六十度或九十度的距离后才落到地上,或者它可以围绕地球转,并永远不落下来,甚至可以沿着直线向无垠的天上飞去。
然而,一个炮弹可以因重力而围绕地球转,由于同样的原因,月球也可以因它的重力(假设它因万有引力而运转)或其他某种使它趋向于地球的力而时刻偏离直线,以便向地球接近,并使它不得不沿曲线运转,没有这样一种力,月球就不会留在它的轨道上。如果这种力比需要的要小,月球对直线的偏离就会不够大,如果这种力比需要的要大,月球就会离开轨道朝地球飞来。因此,这种力的大小应该是确定的,这要由数学家来计算出使一个物体在确定的轨道上运行所必需的向心力,并确定一个物体从某个确定的地点出发、因某种确定的向心力而用某种确定的速度做圆周运动时所画出的曲线。
(《自然哲学的数学原理》,I, 42—43)
他确切指出力和加速度之间的关系。
第七条定义:向心力的加速度矢量同向心力在某一时刻产生的速度成正比。同一磁铁距离小时磁力大,距离大时磁力小。重力在平原上较大,在高山顶上较小,在离地面的距离更大时还要小(这点将在后面证明),如距离相等,则重力在各个方向均相等,因此,它使所有落体加速度的矢量相等,不管它们是轻是重,是大是小,条件是要除去空气的阻力。
第八条定义:向心力的动量同它在某一时间里产生的运动成正比。物体的质量越大,重量就越大,同一物体在接近地球表面时要比它被移到天上时来得重。向心力的动量是物体趋向于中心的总量,确切地说是它的重量;只要了解能阻止物体下落的方向相反、大小相等的力,就总是能了解这种力。
(《自然哲学的数学原理》,A.科伊雷和B.科恩编辑出版,I,44—45)
在下了这些定义之后,牛顿阐述三条定律,它们将成为经典力学的基础。
第一条,任何物体如处于静止或匀速直线运动状态,只要没有某种外力作用于它或迫使它改变状态,它仍将保持自己的状态。[……]第二条,运动中出现的变化与动力的大小成正比,并在这种力发出的直线上发生。[……]第三条,作用总是同反作用相等,但方向相反,即两个物体的相互作用总是相等的,并处于相反的方向。
(《自然哲学的数学原理》,I,54—56)
在《自然哲学的数学原理》结尾部分的长长附注中,牛顿批判了笛卡尔的涡流学说,然后指出自己理论的局限,因为万有引力不仅不能阐明世界的秩序,而且不能保证世界的稳定,另外,万有引力仍是个谜。
太阳、行星和彗星的这种出色安排,只能由万能、聪明的神来做出。如果每个恒星都是一个与我们的星系相同的星系的中心,那么,可以肯定,一切都带有同一目的的印记,一切都应该听从于同一个神的安排,因为太阳和恒星相互发射的光性质相同。另外,我们看到,安排好这个宇宙的神使恒星之间的距离十分遥远,因为神担心一些恒星会因重力的作用而落到另一些恒星上面。
这威力无限的神主宰着一切,并非作为世界的灵魂,而是作为万物之主。由于这种统治,上帝被称为宇宙之主。上帝这个词是比较而言的,同一些信徒有关,因此我们应该把神理解为最大的力量,这种力量并不像仅仅把上帝看做世界的灵魂的人们认为的那样,只是作用于物质存在,而是还作用于听从神的能思维的生物。[……]上帝是活生生的、聪明的和强大的上帝,他凌驾于万物之上,是十全十美的。他是永恒的和无限的,是强大的和无所不知的,就是说,他从过去的永恒存在至今,并将在未来的永恒中存在,他在无限的空间到处存在:他支配一切,并了解现在存在和可能存在的一切。他不是永恒也不是无限,但他是永恒的和无限的;他不是时间也不是空间,但他活着并存在着,他一直活着并到处存在,他一直存在并在任何地点存在,他构成空间和时间。[……]
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