力學世紀

經過許多科學家的努力，到16世紀，在天文學和力學方面已經積累了豐富的資料。在此基礎上，牛頓實現了天上力學和地上力學的綜合，形成了統一的力學體系。這是人類認識自然歷史的第一次大飛躍和理論大綜合。它開闢了一個新的時代，並對科學發展的進程以及後代科學家們的思維方式產生了及其深刻的影響。牛頓力學的建立是科學形態上的重要變革，標誌著近代理論自然科學的誕生，並成為其他各門自然科學的典範。然而，在十七八世紀裡，其他自然科學仍處於積累資料的階段。

“我不知道世人怎么看我，但我自認為我不過是像一個在海邊玩耍的孩童，不時為找到比常見的更光滑的石子或更美麗的貝殼而欣喜，而展現在我面前的是全然未被發現的浩瀚的真理海洋。”——伊薩克.牛頓

基本介紹

• 中文名：力學世紀
• 闡述：實現了天上力學和地上力學的綜合
• 時間：16世紀
• 相關：牛頓

經典力學體系建立的背景

1.1經典力學體系建立的歷史背景

1.1.1義大利的文藝復興

（1）中世紀後期，封建制度逐步解體，資本主義文化正在孕育之中。在義大利的商業貿易中心佛羅倫斯，最早興起了以弘揚人文主義為核心的文藝復興運動。文藝復興以復興古典文化為手段，歌頌人性，反對神性；提倡人權，反對神權；提倡個性自由，反對宗教桎梏；歌頌世俗生活，反對來世觀念和禁慾主義。文藝復興不只是一場復興古典文化的運動，更是一場新時代的啟蒙運動。

（2）近代科學的基本特徵之一是注重實驗。近代實驗傳統可以追隨到羅吉爾.培根，但直到文藝復興時期，實驗才開始為更多的人所接受。主要代表人物是李奧納多.達.芬奇，他在工程技術、物理學、生理學、天文學方面的思想，在科學史上也具有劃時代的意義，包括他發現了槓桿的基本原理，重新證明了阿基米德所得到的學過流體靜力學結論；他認識到人類的視覺來源於對外界光的接受，而不是從眼睛裡向外發射光線，並且繪製了一個眼睛模型，以說明外界光線如何在視網膜上形成圖像；在天文學上，他認識到地球也是諸多星體之一，整個宇宙是一部機器，按照自然規律運行，月球實際上也是由泥土組成的，靠反射太陽光而發光，而地球也一定像月球一樣可以反射太陽光。達.芬奇在科學方面的重要思想大多記錄在他的筆記本上，生前並沒有公之於眾，因此對近代科學的創建事業並未產生直接的影響。但他生前是一位社會名流，與社會各界知名人士交往甚密，他所崇尚的實驗精神無疑有助於近代自然科學的成熟和發展。

1.1.2宗教改革與人的解放

整箇中世紀，歐洲人的心靈被教會所禁錮，神恩、天啟、權威的概念主宰著人類精神。然而，新時代日益深入人心的人文主義思想，力圖將人從神的統治下解放出來。宗教改革便是這種時代要求的反應。點燃這場運動的是德國教士馬丁.路德（1483—1546），他於1517年10月31日在德國維滕貝格教堂門口貼出來九十五條論綱，對由來已久的贖罪券問題提出了出批判，他認為，贖罪券並不能代表上帝的意志，而只代表教會的意志。路德的新教學說，即所謂的“因信稱義”學說，主張信仰高於一切。惟有人心中有信仰，才能得救。至於對教會的服從，則是完全不重要的，因為教會乃是人為製造的，並不能真正代表天國的意志。路德以宗教的語言，表達了那個時代人們心中自由、平等的觀念，在基督教世界播撒著人文主義精神的種子。路德一改中世紀憤怒的上帝形象，而使上帝成了可親可敬的人類保護神，使人類與上帝和解，同時也使人與自然何解。自然界不再是此岸可詛咒的東西，而是上帝的傑作，是人應該給與關注的對象。

1.1.3羅盤、槍炮、印刷術與鐘錶的出現

在這個偉大的轉折時代，由中國人的四大發明所推進的技術上的進步，也是歐洲產生近代科學的動力之一。在諸多技術發明中，羅盤、槍炮、印刷術和鐘錶的出現具有特殊的意義：羅盤使航海事業如虎添翼，促使全球一體化；槍炮既摧毀了歐洲古城堡的封建割據，也打開了世界每一角落的大門；印刷術使知識不再為少數人所壟斷，而真正成為全人類的財富；鐘錶則使人類的生活進入了一個高節奏、人工化的時代。

（1）磁針羅盤最早於13世紀在歐洲出現。由於它對航海有特殊的用處，羅盤製造技術有了很快的發展。到了15世紀，用於航海的羅盤已非常普及，而且人們認識到磁針所指與真正的南北極方向有一個微小的差異。

（2）槍炮的出現，與鑄鐵技術的高度發展以及火藥配製技術的提高密切相關。中國人發明的火藥大約通過阿拉伯人再通過十字軍帶回歐洲。火器的出現促進了人們對彈道學的研究，而這方面的研究是近代力學的基礎性工作。此外，火器的大規模使用，開闢了近代技術的標準化、規範化的先河。因為槍彈要求高度的可互換性，這就導致了對槍枝零件標準化的關注和研究。

（3）中國的印刷術陸續通過蒙古人對歐洲的入侵而傳到歐洲。歐洲人結合自己的文字形式進一步改進了印刷術。德國美因茨的古登堡與1436至1450年間用金屬活字印刷術印出了極為精美的書籍，是近代印刷術的開山祖師。紙的大量生產以及印刷術的使用，使歐洲人更容易獨到聖經，獨到信教思想家的著作；使文藝復興運動和宗教改革運動在更大範圍內開展起來，日益深入人心。

（4）機械鐘錶是修道院制度的產物，也是中世紀手工製作技術高度發達的見證。古代人們的計時裝置有日晷、漏壺（水漏和沙漏）以及刻有刻度的蠟燭或香。中世紀後期歐洲出現了擺輪鐘，以重錘的重力作為動力。機械中工藝史上的劃時代的進步是由近代科學的先去伽利略和惠更斯做出的。伽利略發現了單擺的等時性，惠更斯則運用單擺的等時性原理製造出了第一個擺鐘。單擺的擺動本身不收驅動力的影響，使擺鐘的精讀大大提高。17世紀之後，機械鐘錶工藝上的進步被航海事業的大發展極大地推動，當時的擺鐘都經不住海上的搖晃，有人嘗試用發條做動力，物理學家胡克意識到發條不僅可以作動力，而且發條的彈性可以作為周期振動的動力，惠更斯第一個製造出了靠發條驅動的鐘表。

1.1.4地理大發現：迪亞士、哥倫布、達.伽馬、亞美利哥、麥哲倫

很長時間以來，歐洲人對周圍世界的了解十分有限，對北非和亞洲近東比較熟悉一些，對遙遠的中國印象模糊，而對美洲一無所知。1271年，義大利威尼斯出生的馬可.波羅（1254—1323）跟著父親和叔叔沿陸路去東方旅行，花了4年時間，終於在1275年走到了當時的中國元朝上都（今內蒙的多倫）。在元帝國期間，馬可.波羅遊歷了大半箇中國，親眼目睹了中華帝國的高度發達的文明景象。1292年馬可.波羅一家由海路回到了祖國，寫下了著名的《馬可.波羅遊記》給歐洲人留下了極為深刻的印象。日益發達的商業貿易活動，東西方的往來都要經過阿拉伯世界，阿拉伯商人基本壟斷了歐洲與東方的貿易。但馬可.波羅所描繪的東方的財富，對於狂熱尋找黃金的歐洲商人來說太有誘惑力了，他們迫切需要尋找通往東方的新航路。

(1)最初尋找直通印度航路的是葡萄牙人，在親王亨利的大力倡導下，地處伊比利亞半島的葡萄牙人開始沿非洲西海岸南航，1419年占領了馬德拉群島，1432年占領了亞速爾群島，1445年到達非洲最西端的佛德角。新的葡萄牙國王裘安二世繼承了亨利的事業，繼續南航尋找新航路，1487年巴特羅繆.迪亞士率領的船隊到達了非洲的最南端，當時正值暴風雨，他們就將新發現的岬角稱為“暴風角”，裘安二世不同意這一叫法，認為非洲南端的這個岬角正是通往東方世界的希望之標誌，所以改為“好望角”。

（2）1497年7月8日，葡萄牙人瓦斯科.達.伽馬率領四隻船離開里斯本，開始探索由非洲到印度的航路。由精通航海技術的阿拉伯人阿馬得.佑恩.馬吉特領航，船隊只用了23天就順利地渡過了印度洋，於5月21日到達印度西南海岸的中心港口卡利庫特。這次艱苦卓絕的航行打破了阿拉伯帝國對海上貿易的壟斷，為葡萄牙人奪取了東西方貿易的控制權。

（3）出生於義大利熱那亞的克里斯朵夫.哥倫布於1476年在一次海盜行動中落水游上了葡萄牙的國土，從此在這個航海家的國度里學習航海知識，參加遠洋航行，熟練掌握了多種航海技術，但其遠洋計畫被義大利地理學家否定，所以他1485年在妻子離開後離開葡萄牙，前往西班牙，並得到西班牙王室的資助，於1492年開始西航計畫，共進行四次，發現了北美大陸和南美大陸，但他至死都始終認為自己找到了亞洲大陸。1492年義大利航海家哥倫布奉命攜帶西班牙國王致“中國大汗”國書首航，橫渡大西洋，於10月12日登上巴哈馬群島東側的聖薩爾瓦多島，他誤認為該島是印度附近的島嶼，後因該群島位於西半球，故稱兩印度群島，沿用至今。雖然哥倫布的西航沒有達到其功利性的目的，但是空前的激發了歐洲人的探險精神和想像力。

（4）“亞美利加洲”的簡稱以義大利探險家亞美利哥·維斯普奇的名字而得名。1499年。亞美利哥隨同葡萄牙人奧赫達率領的船隊從海上駛往印度，他們沿著哥倫布所走過的航路向前航行，克服重重困難終於到達美洲大陸。亞美利哥對南美洲東北部沿岸作了詳細考察，並編制了最新地圖。1507年，他的《海上旅行故事集》一書問世，引起了全世界的轟動。在這本書中，引人入勝地敘述了“發現”新大陸的經過，並對大陸進行了繪聲繪色的描述和渲染。亞美利哥向世界宣布了新大陸的概念，一下子沖跨了中世紀西方地理學的絕對權威普多列米制定的地球結構體系。於是，法國幾個學者便修改和補充了普多列米的名著《宇宙學》，並以亞美利哥的名字為新大陸命名，以表彰他對人類認識世界所做的傑出貢獻。新《宇宙學》一書出版後，根據書中的材料，在地圖上也加上了新大陸——亞美利哥洲。後來，依照其他大洲的名稱構詞形式，“亞美利哥”又改成“亞美利加”。起初，這一名字僅指南美洲，到1541年麥卡托的地圖上，北美洲也算美洲的一部分了。

（5）費迪南多.麥哲倫本是葡萄牙人，曾經在殖民戰爭中為祖國立下過汗馬功勞，但不知為何緣故，不僅沒有享受優良的待遇，反倒險些入獄，像當年的哥倫布一樣，在葡萄牙鬱郁不得志的的麥哲倫於1517年來到西班牙，立志完成哥倫布當年沒能完成的事業：從西面達到真正的東方。麥哲倫船隊的5艘遠洋海船隻剩下“維多利亞”號遠洋帆船，出發時的二百多名船員只剩下18名船員返回。麥哲倫船隊以巨大的代價獲得環球航行成功，證明了地球是圓球形的，世界各地的海洋是連成一體的。為此，人們稱麥哲倫是第一個擁抱地球的人。1521年，麥哲倫船隊橫渡了太平洋，那年3月8日，麥哲倫船隊抵達菲律賓群島中的胡穆奴島，3月27日，船隊到了馬克坦島，其後，又到了宿務島。麥哲倫想征服島上的土著居民，把島上的一個個小王國變成西班牙的殖民地。麥哲倫帶領船員，手持火槍、利劍，強行登上陸岸，用血腥手段征服這個地區，並用西班牙國王菲利普二世來命名這個地區，菲律賓的名稱就這樣由來。但是，遭到了土著居民的反抗。土著居民用箭、標槍對付入侵者。一支毒箭射中麥哲倫，使得航海探險家客死他鄉。

1.2經典力學體系建立的知識基礎

1.2.1伽利略—地上物體運動的力學定律

伽利略通過對自由落體的研究，已經發現了慣性運動和在重力作用下的勻加速運動，奠定了牛頓第一定律和第二定律的基本思想。但伽利略沒有給出這兩條定律的一般定義和表達式。關於慣性定律，伽利略只認識到物體沿水平方向的慣性運動；對於天體運動則認為勻速圓周運動是不需要外力的“自然運動”。在伽利略之後，笛卡兒進一步敘述了慣性原理：“一個物體在靜止的時候，具有保持靜止並抵抗使其改變靜止狀態的能力；同樣地，一個物體在運動的時候，具有以同一速度沿同一方向運動下去的能力。”伽利略關於拋物體運動定律的發現，對牛頓萬有引力的學說也有深刻的啟示作用。

1.2.2克卜勒—天上物體運動的力學定律

（1）天文學家克卜勒所發現的行星運動定律則是牛頓萬有引力學說產生的最重要前提。克卜勒曾是丹麥天文學家第谷布拉赫（1546—1601）的助手。第谷在理論上主張經過修正的地心說，即認為太陽繞著地球轉，行星繞著太陽轉。第谷在天文學上的主要貢獻是在天文觀測方面積累了豐富的資料。第谷死前把他在年中所積累的天文觀測資料贈給了克卜勒。克卜勒則相信哥白尼的日心說。他在整理天文資料的過程中發現，用天體作勻速正圓運動的觀念無法解釋天文觀測的事實，特別是火星運行的實際狀況出入最大。於是他從根本上拋開了偏心圓和勻速圓周運動的傳統觀念，經過多年的努力，終於找到了符合於觀測結果的行星運動的軌道形式橢圓，並用行星在橢圓軌道上有規律的變速運動代替了一成不變的勻速運動。

（2）1609年克卜勒出版了他的《新天文學》一書，公布了太陽系行星運動的兩條基本定律：行星運行第一定律：行星的軌道為橢圓，太陽在橢圓的一個焦點上；行星運動第二定律；在相等的時間內，行星和太陽的聯線所掃過的面積相等，亦稱面積定律。在這之後，克卜勒又發現了行星運動第三定律：太陽系中任何兩顆行星公轉周期的平方比等於它們軌道半徑（半主軸長）的立方比，亦稱周期定律。

（3）行星運動三定律的發現，使整個太陽系的運動的圖景以更加簡單明了的形式被揭示出來。描述太陽系六大行星的運動，既不需要托勒密的70多個本輪和均輪，也不需要哥白尼的三十幾個圓圈，只要6個橢圓就足夠了。不僅如此，由於克卜勒的發現，更使太陽系成為一個嚴格按照確定規律運行的力學系統。因此，西方人把克卜勒稱之為“天空立法者”。

1.2.3伽利略與克卜勒

作為同時代的人，他們分別發現了地上物體運動的三個力學定律和天體運動的三個力學定律。如果把伽利略的慣性原理用於對天體運動的分析，找到行星作橢圓軌道運行的向心力是什麼，就會進一步解釋行星沿橢圓軌道繞日運動的動力學原理。特別是如果把伽利略的拋物體運動定律擴展套用到天體運動上去，就應該找到把行星束縛在太陽系的橢圓軌道上的向心力。但是克卜勒沒有伽利略的慣性概念，他一直堅持亞里士多德的見解，認為物體只有在力的持續作用下才能運動；而伽利略則又未能接受克卜勒的三定律。他一直認為行星是在圓周軌道上作勻速直線運動的。因此，他們都未能對行星繞日運動的動力學原因作出完滿的解釋。這一任務是由他們的後繼者主要是牛頓完成的。

1.2.4日心說與地心說爭論的歷史

（1）公元二世紀，古希臘天文學家托勒密(90—168年)創立了地心宇宙體系，提出地球靜止在宇宙中心，日、月、星辰沿圓形軌道圍繞地球作晝夜旋轉。在以後的一千多年裡，托勒密的地心說被世人奉為經典，後來更被教會所利用，成為上帝創造世界的理論支柱。

（2）在15、16世紀，隨著社會生產力的提高和航海事業的發展，推進了對天象的觀測，人們對宇宙的認識開始發生革命性的改變。1543年，波蘭天文學家哥白尼（1477—1543）出版了他的不朽著作《天體運行論》，提出了太陽中心說，認為：地球不是宇宙的中心，太陽是宇宙的中心，行星都繞太陽運轉；地球是圍繞太陽運轉的一顆普通行星，本身在自轉著；月球是地球的衛星，地球帶著月球繞日運行；行星在太陽系中的排列次序是土、木、火、地、金、水，它們的繞日周期分別是30年、12年、2年、1年、9月、88天。

（3）哥白尼的日心說比較合理地解釋了行星的不規則運動及其他天體的運動現象，摧毀了地球居於宇宙中心是上帝安排的神學宇宙觀，給宗教神學以沉重的打擊。因此引起教會的驚恐和不安，《天體運行論》也被教廷列為禁書。後來，義大利學者布魯諾因堅持日心說並宣揚宇宙無限的思想，在1600年被教會判火刑焚死在羅馬。

（4）德國天文學家克卜勒（1571—1630）是哥白尼日心說的堅決擁護者。他經過十幾年的艱苦工作，發現了行星運動的三大定律：軌道定律、面積定律和周期定律。這三條定律的發現，在理論上證明和發展了哥白尼學說。也因此，克卜勒被稱為“天空立法者”。

（5）伽利略（1564—1642）是科學革命過程中以及近代科學史上的一位關鍵性人物，在人類對宇宙的探索上起了重要作用。1609年，伽利略把自製的望遠鏡指向了天空，發現了月球上的山脈和環形山；發現銀河是由許許多多的恆星構成的；次年發現了木星的四顆衛星。後來他又發現了金星的相位，說明行星也和地球一樣，是被太陽照亮的。這些發現為哥白尼的日心說提供了有力的證據。由於伽利略的發現和積極宣揚，使哥白尼的日心說日漸深入人心，影響越來越大。最終，伽利略於1633年受到宗教裁判所的審判，並被判處終身監禁。

（6）牛頓（1642—1727）是英國的天才科學家，兼長數學、天文學和物理學，最終由他將哥白尼、第谷、克卜勒和伽利略的傑出成就與不懈努力統一建構起來，形成完整的體系。1666年，年僅24歲的牛頓就發現了萬有引力定律。1687年，出版了他的不朽巨著《自然哲學的數學原理》。在這本書中，牛頓證明了作軌道運動的物體如果遵從克卜勒三定律，必然受到萬有引力作用，反之亦然；他還提供了非常可靠的觀測數據，用以說明行星繞太陽的運動，以及衛星繞行星的運動都符合克卜勒第三定律；牛頓還討論了潮汐現象、月球軌道、地球形狀和彗星等問題。最終，牛頓把天體和地球統一起來，結束了自古以來的無休止的宇宙學爭論，向人們展示了一個嶄新的世界。

牛頓及其力學體系

2.1牛頓的簡介

艾薩克.牛頓（1643年1月4日—1727年3月21日（格里曆））爵士，英國皇家學會會員，是一位英國物理學家、數學家、天文學家、自然哲學家、鍊金術士，百科全書式的“全才”，著有《自然哲學的數學原理》、《光學》、《二項式定理》和《微積分》。他在1687年發表的論文《自然定律》里，對萬有引力和三大運動定律進行了描述。這些描述奠定了此後三個世紀裡物理世界的科學觀點，並成為了現代工程學的基礎。他通過論證克卜勒行星運動定律與他的引力理論間的一致性，展示了地面物體與天體的運動都遵循著相同的自然定律；為太陽中心說提供了強有力的理論支持，並推動了科學革命。牛頓對科學的傑出貢獻是他建立了經典力學的體系，在他的著作《自然哲學的數學原理》（1687）一書中。這部著作共分三卷：第一卷分析了物體在向心力作用下的運動。第二卷分析了物體在阻力介質中的運動。在這兩卷中，闡述了作為力學基礎的時間、空間、質量、動量、力等基本概念，敘述了運動的基本定律，即牛頓力學三定律，解釋了書中所使用的數學問題，並用演繹方法推演出萬有引力定律。第三卷是關於宇宙的構造，這是用已發現的力學定律去解釋哥白尼學說和天體運動的規律。

2.2牛頓經典力學體系

2.2.1第一定律

伽利略早已發現了慣性定律，笛卡兒曾作過明確表述，但牛頓引入“力”的概念，用更明確的力學語言把慣性定律表述為：每一物體保持它原來的靜止狀態或勻速直線運動不變（Fnet=0），除非由作用於它的力迫使它改變這種狀態。這就是牛頓的第一定律。

內容：

表述一：任何一個物體在不受外力或受平衡力的作用時（Fnet=0），總是保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態為止。原來靜止的物體具有保持靜止的性質，原來運動的物體具有保持運動的性質，因此我們稱物體具有保持運動狀態不變的性質稱為慣性。一切物體都具有慣性，慣性是物體的物理屬性。所以此定律又稱為“慣性定律”

表述二：當質點距離其他質點足夠遠時，這個質點就作勻速直線運動或保持靜止狀態。

即：質量是慣性大小的量度。

慣性大小隻與質量有關，與速度和接觸面的粗糙程度無關。

質量越大，克服慣性做功越大；質量越小，克服慣性做功越小。

力不是保持物體運動狀態的原因，而是改變物體運動狀態的原因。

2.2.2第二定律

伽利略早已發現了力對物體運動的影響不在於它的速度，而在於它的速度改變即加速度這一事實，區分了速度和加速度的概念，並在自由落體定律的研究中發現了速度與時間成正比的關係。在這一基礎上，牛頓引入“動量”（質量與速度的乘積）的概念作為運動的量度，把物體運動狀態的改變與力的關係定量地揭示出來，即運動的改變（動量的改變）與施加的力成正比，並且發生在所加的力那個直線方向上。由於質量（m）為一常數，動量的改變就是加速度（a）的改變，所以外加力（F）與加速度（a）成正比，即F=ma。這就是牛頓第二定律。

內容：

物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

公式：

F合=ma（單位：N（牛）或者千克米每二次方秒）N=(kg×m)/(s×s)

牛頓發表的原始公式：F=mv/t（見自然哲學之數學原理）

動量為p的物體，在合外力為F的作用下，其動量隨時間的變化率等於作用於物體的合外力。

用通俗一點的話來說，就是以t為自變數，p為因變數的函式的導數，就是該點所受的合外力。

即：F=dpd/t=d(mv)/dt（d不是delta（△），而是微分的意思。但是在中學學習的一般問題中，兩者可以不 做 區別 ）而當物體低速運動，速度遠低於光速時，物體的質量為不依賴於速度的常量，所以有

F=m(dv/dt)=ma

這也叫動量定理。在相對論中F=ma是不成立的，因為質量隨速度改變，而F=d(mv)/dt依然使用。

由實驗可得在加速度一定的情況下F與m成正比,在質量一定的情況下F與a成正比

2.2.3第三定律

內容

兩個物體之間的作用力和反作用力，在同一直線上，大小相等，方向相反。

表達式

F=-F'　（F表示作用力，F'表示反作用力，負號表示反作用力F'與作用力F的方向相反）

　　

　　

這三個非常簡單的物體運動定律，為力學奠定了堅實的基礎，並對其他學科的發展產生了巨大影響。第一定律的內容伽利略曾提出過，後來R.笛卡兒作過形式上的改進，伽利略也曾非正式地提到第二定律的內容。第三定律的內容則是牛頓在總結C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的結果之後得出的。

2.2.4萬有引力定律

①如前所述，自克卜勒之後，許多科學家都在思考：究竟是什麼力量使得行星周而復始地繞太陽作橢圓運動。1666年義大利醫生兼物理學家波勒利（公元1608—1679）提出了一個重要觀點，說行星的運行需要有另一種力來平衡離心力，就像甩流星時石頭對繩子所施加的離心力那樣。他把這另外一種力稱之為重力，並推測這個重力的大小是與行星和太陽的距離有關，因為行星繞日是按橢圓軌道運行的，行星越接近太陽，就運行得越快，則重力就應增加，以平衡增加了的離心力。但是，波勒利未能用數學公式表達他的思想。

②英國科學家胡克（公元1635—1703）曾企圖探查物體在地面上、礦井裡和在高山頂上時重量的變化，來對此加以證明。在當時的情況下，未能獲得測量結果。

③1673年，荷蘭物理學家惠更斯（公元1629—1695）在對擺鐘的研究中，發現了離心力定律，指出離心力與半徑成正比，與周期的平方成反比。

④胡克和英國數學家、天文學家雷恩（公元1632—1723）在年利用惠更斯的這一成果，從克卜勒的第三定律中推論出向心力的平方反比定律。這就是說，按惠更斯的離心定律，離心力與周期的平方成正比，按克卜勒的第三定律，周期的平方又與半徑的立方成正比，由此推斷：平衡離心力的向心力必依半徑除以半徑立方而變化，也就是依半徑的平方的倒數而變化。上述推論都是假定行星沿著圓形軌道運行的情況下得出來的，但是行星運行並不是圓形軌道，而是橢圓形軌道。

⑤1680年初，胡克兩次寫信給牛頓，提出如果有一個中心引力使物體偏離它的慣性軌道而作曲線運動，當力與距離平方成反比時，這一曲線將如何呢？胡克相信牛頓能夠解決這個難題。胡克在基本物理概念上確實已經有了萬有引力的思想，認為行星的運動是由一個依切線的直線運動與一個向著中心物體的吸引運動所合成，而這個行星吸向太陽的向心力是與二者之間的距離平方成正比的。這本來已接近了行星繞日運動的答案，也許是由於數學上的障礙，他未能找到具體的答案。

⑥這個任務最終是由牛頓完成了，並由此發現了萬有引力定律：F=GMm/r2 ，式中M與m分別是兩物體的質量r為兩者質心距離，G為引力常數。這一公式表明，兩個物體之間的引力是與它們各自的質量成正比，而與兩者間的距離平方成反比。

內容：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小與兩物體的質量的乘積成正比，與兩物體間距離的平方成反比。

公式表示

F=G*M1M2/(R*R)

F:兩個物體之間的引力

G:萬有引力常量

M1:物體1的質量

M2:物體2的質量

R:兩個物體之間的距離

依照國際單位制，F的單位為牛頓(N)，m1和m2的單位為千克(kg)，r的單位為米(m)，常數G近似地等

6.67×10^-11N·m^2/kg^2（牛頓平方米每二次方千克）。

牛頓早在大學期間就開始考慮引力問題，並已得出萬有引力公式，但是直到20年後才敢於將其結果公布於世。牛頓在這一過程中付出了艱辛勞動。在20年的時間裡，牛頓一直在為如下的問題而絞盡腦汁：一是作橢圓運動是否也遵守平方反比定律的問題；二是偌大的地、日等天體，在討論其引力大小時，是否可以按質點來處理。經過20年的研究，終於獲得了結果。首先，牛頓通過嚴格的推理和數量計算，證明了兩個物體相互吸引時，其中一物體必定圍繞著另一個相對固定的物體運動，並且其軌道為橢圓；其次，證明了如果地球、太陽等星體的全部質量都集中在中心，那么其引力均保持不變，所以可把天體當做質點看待。這樣，便可以用處理質點的辦法來處理天體間的引力作用，消除了長期以來在進行天體運動計算上的困惑。

2.2.5對萬有引力的證實

1.一是哈雷彗星的發現。英國科學家哈雷（公元1656—1742）是與牛頓同時代的科學家。哈雷充分認識到牛頓研究成果的重要性，不僅力促牛頓向皇家學會呈報其研究結果，而且為《自然哲學的數學原理》一書的出版支付印刷費用。他根據萬有引力定律，對一個彗星的運動軌道進行計算，指出這一彗星必將在1758年或1759年再次出現。在哈雷逝世後，1758年12月25日，這顆彗星真的又回到地球附近，證實了萬有引力的正確性。人們為紀念哈雷，將這顆彗星命名為哈雷彗星。是哈雷彗星的發現。科學家哈雷根據萬有引力定律，對一個彗星的運動軌道進行計算，指出這一彗星必將在1758年或1759年再次出現，在哈雷逝世後，1758年12月25日，這顆彗星真的又回到地球附近，證實了萬有引力的正確性。

2.二是地球形狀的證實。根據萬有引力和慣性離心力的概念推斷，地球應該是兩極扁平、赤道突出的球體。這一推斷遭到法國一些人的反對。18世紀30年代，巴黎科學院曾就地球形狀問題展開爭論。法王路易十五世授權巴黎科學院於1735、1736兩年先後派出兩支遠征隊對地球形狀進行實測，結果表明地球確實是扁平的，證實了牛頓的推斷。.地球形狀的證實。根據萬有引力和慣性離心力的概念推斷，地球應該是良機扁平、赤道突出的球體。

3.三是關於行星攝動現象的證實。按照牛頓的理論，不僅行星與太陽之間由於萬有引力的作用，使行星按橢圓軌道運行，而且行星與行星之間也有萬有引力作用，使行星偏離其橢圓軌道，這種不規則的微小偏離稱之為行星的攝動。1781年英國天文學家赫舍爾（公元1738—1822）發現了天王星，首次發現了行星的攝動，後來又發現了其他行星的攝動。1799年法國著名科學家拉普拉斯（公元1749—1827）出版了《天體力學》一書，建立了行星運動的攝動理論和行星的形狀的理論，進一步證實了萬有引力定律的正確性。在這之後，人們運用萬有引力定律對天王星攝動現象進行複雜的計算，預言了海王星的存在。1845年發現了海王星，這是對萬有引力定律的有力證明。關於引力常數G的測定等，也都證實了萬有引力定律。建立行星運動的攝動理論和行星的形狀的理論，進一步證實了萬有引力定律的正確性。1845年發現了海王星，這是對萬有引力定律的有力證明。

2.2.6牛頓經典力學的缺陷

①牛頓提出的“絕對時間”、“絕對空間”概念，是沒有科學根據的；牛頓把物體的質量看成絕對不變的東西，同樣缺乏足夠的理由；他把引力質量和慣性質量相等當做是不證自明的公理，並沒有作出論證；對於物體之間的相互吸引，牛頓是用某種“超距作用”來解釋的，即把它看做是既不需要介質也不需要時間的過程。在牛頓那裡實際上只有兩種相互作用：一種是擠壓推拉的“接觸作用”，一種是“超距作用”，對其他作用形式，則沒有注意到。

②牛頓由於發現萬有引力，找到了行星按橢圓形軌道運動的原因。然而，單有萬有引力還不能充分解釋橢圓形軌道運動的問題。橢圓形軌道是引力與切向力合作的結果。那么，切向運動又是從何而來的呢？牛頓不能用行星的起源和演化去解釋，因而就採用了創造者的力量，即超自然的“第一推動”去說明。按照牛頓的說法是“沒有神力之助，我不知道自然界中還有什麼力量竟能促成這種切向運動”，他把宇宙的設計歸之於全智的上帝。牛頓仍然主張上帝創造世界，認為上帝在一開始就把物質均勻地散布在空間，賦予各種微粒以萬有引力，並把宇宙推動使之運轉，即第一推動，這是牛頓的局限。但是牛頓同樣主張，在上帝把宇宙推動之後，世界上的一切就像時鐘那樣按機械的規則運轉，上帝不再進行干涉了。

2.3牛頓的其他成就

2.3.1數學成就

牛頓的一項被廣泛認可的成就是廣義二項式定理，它適用於任何冪。他發現了牛頓恆等式、牛頓法，分類了立方面曲線（兩變數的三次多項式），為有限差理論作出了重大貢獻，並首次使用了分式指數和坐標幾何學得到丟番圖方程的解。他用對數趨近了調和級數的部分和（這是歐拉求和公式的一個先驅），並首次有把握地使用冪級數和反轉（revert）冪級數。他還發現了π的一個新公式。

微積分的創立是牛頓最卓越的數學成就。牛頓為解決運動問題，才創立這種和物理概念直接聯繫的數學理論的，牛頓稱之為"流數術"。它所處理的一些具體問題，如切線問題、求積問題、瞬時速度問題以及函式的極大和極小值問題等，在牛頓前已經得到人們的研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對以往分散的結論加以綜合，將自古希臘以來求解無限小問題的各種技巧統一為兩類普通的算法——微分和積分，並確立了這兩類運算的互逆關係，從而完成了微積分發明中最關鍵的一步，為近代科學發展提供了最有效的工具，開闢了數學上的一個新紀元。牛頓關於微積分的理論集中反映在《分析學》、《流數法》和《求積術》這三本小冊子中。雖然它們寫作在《自然哲學的數學原理》一書之前，卻都發表在它之後。最能表達牛頓微積分思想的是他的《流數法》一書。他指出，變數是由點、線、面的連續運動產生的，他把那些隨時間的變化而改變的物理量稱之為“流量”，把流量的增量稱之為“流數”，並用一套記法來表示。數學家萊布尼茲通過研究曲線的切線和求曲線圍城的面積問題，成為微積分的又一位發明者。萊布尼茲直接用了x和y的無窮小增量或微分，求出他們之間的關係。萊布尼茲認為，微分是把一個量為x分為可以小於任意指定量的量，即dx；積分則相反，是微分的求和。他花費了很大精力創造了一套微分、積分、導數等符號系統以及分式、積分式。也學正是由於這些通行符號的優越性對於普及微積分有重大意義。使得這些符號一直沿用到今天，顯示了這一數學工具的威力。牛頓與萊布尼茲分別發明了微積分之後，引起了敢於優先權的爭論，以致使許多數學家都被牽扯了進來。一些人指責萊布尼茲為“剽竊者”；歐洲大陸的數學家則為萊布尼茲辯護。兩方面形成了對立，甚至達到了停止學術交流的程度。調查結果表明，是兩人分別獨立的發明了微積分。科學史上這樣的事例是不少的。它雄辯的證明了科學的發現有其歷史的必然性。

牛頓對解析幾何與綜合幾何都有貢獻。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出密切線圓（或稱曲線圓）概念，提出曲率公式及計算曲線的曲率方法。並將自己的許多研究成果總結成專論《三次曲線枚舉》，於1704年發表。此外，他的數學工作還涉及數值分析、機率論和初等數論等眾多領域。

2.3.2光學成就

牛頓曾致力於顏色的現象和光的本性的研究。1666年，他用三稜鏡研究日光，得出結論：白光是由不同顏色（即不同波長）的光混合而成的，不同波長的光有不同的折射率。在可見光中，紅光波長最長，折射率最小；紫光波長最短，折射率最大。牛頓的這一重要發現成為光譜分析的基礎，揭示了光色的秘密。牛頓還曾把一個磨得很精、曲率半徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個十分光潔的平面玻璃上，在白光照射下可看到，中心的接觸點是一個暗點，周圍則是明暗相間的同心圓圈。後人把這一現象稱為“牛頓環”。他創立了光的“微粒說”，從一個側面反映了光的運動性質，但牛頓對光的“波動說”並不持反對態度。1704年，牛頓著成《光學》，系統闡述他在光學方面的研究成果，其中他詳述了光的粒子理論。他認為光是由非常微小的微粒組成的，而普通物質是由較粗微粒組成，並推測如果通過某種鍊金術的轉化“難道物質和光不能互相轉變嗎？物質不可能由進入其結構中的光粒子得到主要的動力（Activity）嗎？牛頓還使用玻璃球製造了原始形式的摩擦靜電發電機。

2.3.3提出光的微粒說

從1670年到1672年，牛頓負責講授光學。在此期間，他研究了光的折射，表明稜鏡可以將白光發散為彩色光譜，而透鏡和第二個稜鏡可以將彩色光譜重組為白光。他還通過分離出單色的光束，並將其照射到不同的物體上的實驗，發現了色光不會改變自身的性質。牛頓還注意到，無論是反射、散射或發射，色光都會保持同樣的顏色。因此，我們觀察到的顏色是物體與特定有色光相合的結果，而不是物體產生顏色的結果。他得出了如下結論：任何折光式望遠鏡都會受到光散射成不同顏色的影響，並因此發明了反射式望遠鏡（現稱作牛頓望遠鏡）來迴避這個問題。他自己打磨鏡片，使用牛頓環來檢驗鏡片的光學品質，製造出了優於折光式望遠鏡的儀器，而這都主要歸功於其大直徑的鏡片。1671年，他在皇家學會上展示了自己的反射式望遠鏡。皇家學會的興趣鼓勵了牛頓發表他關於色彩的筆記，這在後來擴大為《光學》（Opticks）一書。牛頓認為光是由粒子或微粒組成的，並會因加速通過光密介質而折射，但他也不得不將它們與波聯繫起來，以解釋光的衍射現象。而其後世的物理學家們則更加偏愛以純粹的光波來解釋衍射現象。現代的量子力學、光子以及波粒二象性的思想與牛頓對光的理解只有很小的相同點。在1675年的著作《解釋光屬性的解說》（HypothesisExplainingthePropertiesofLight）中，牛頓假定了以太的存在，認為粒子間力的傳遞是透過以太進行的。

2.3.4熱學成就

牛頓確定了冷卻定律，即當物體表面與周圍有溫差時，單位時間內從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。

2.3.5天文學成就

牛頓1672年創製了反射望遠鏡。他用質點間的萬有引力證明，密度呈球對稱的球體對外的引力都可以用同質量的質點放在中心的位置來代替。他還用萬有引力原理說明潮汐的各種現象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有關，而且同太陽的方位有關。牛頓預言地球不是正球體。歲差就是由於太陽對赤道突出部分的攝動造成的。

牛頓時代其他科學的發展

3.1數學

1、從近代科學產生起，許多科學家都在力圖運用數學的方法定量地描述自然規律，從哥白尼到牛頓都是如此。一些數學家以極大的熱情投身於力學的研究中去，使數學和力學並駕齊驅，相得益彰。到了17世紀，適應作曲線的切線問題和力學中求速度的問題的要求，直接導致了變數數學的產生。

2、笛卡兒十分關心曲線研究中的圖用代數來研究幾何，敏銳地看到了數學方法對科學研究的重要性。他創造了坐標幾何和解析幾何，試要建立一種普遍的數學，使算術、代數和幾何統一起來，特別是他把過去對立著的兩個研究對象“形”和“數”統一起來，並在數學中引入“變數”，使數學開始處理變數之間的關係，這樣就出現了函式概念。自笛卡兒建立解析幾何之後，曲線已被看做是動點的軌跡。其實伽利略在自由落體運動的描述中，克卜勒的橢圓形軌道定律、伽利略的拋物線定律，都涉及了變數與函式的關係。到1667年哥列高利（公元1638—1675）首先給出了函式的定義，使函式終於作為一個明確的數學概念建立起來了。變數和函式，成了微積分建立的必要前提。

3、牛頓和萊布尼茲在繼承前人數學研究成果的基礎上，分別獨立地完成了微積分的建立工作。

3.2光學

1、光學研究是從描述光現象開始的。古代人就發現了光的直線傳播和反射現象。伽利略曾提出光是按有限速度傳播的。克卜勒考察過光的折射現象，並認為光的強度與光源距離的平方成反比而衰減。荷蘭數學家斯涅耳發現了光的折射定律，提出了折射率概念。丹麥天文學家雷默算出了光速。

2、在近代科學發展的初期，人們就開始了對光的本質的研究。笛卡兒根據光的直線傳播和反射等現象，認為光是由微粒實體組成的。義大利的格里馬第在光學實驗中，發現了光的衍射現象，他從影子邊緣模糊和有顏色這樣的事實出發，構想光是一種能作波浪式運動的流體。胡克認為笛卡兒的觀點不能正確解釋顏色，提出光是“以太”的縱向振動，振動的頻率決定光的顏色。惠更斯則主張光是靠靜止以太為介質來傳播的縱波，並從光的波動說推出了光的直線傳播和反射折射定律，但他卻難以說明光的偏振現象。

3、牛頓對於光學的研究成果，集中地反映在1701年出版的《光學》一書中。在本書的最後牛頓還闡明了科學研究的方法論，提出了有待進一步研究的問題。例如，物體能否對光發生作用，這種作用能否使光發生彎曲；大的物體能否轉變為光，光能否轉變為物體；射到黑色物體上的光如何在物體內部進行反射、折射以及被物體所吸收；光能如何轉變為熱能，固體加熱到一定溫度為什麼會發光等等。這些問題的提出對以後光學乃至整個物理學的研究都產生了極為重要的影響。科學家的研究成果，當然主要地是看他解決了什麼問題，但同時也必須承認，一個科學家能夠提出別人所未能提出的研究問題，這同樣是科學家的重要貢獻。

3.3電學與電磁學

1、17世紀，吉爾伯特認識到磁極必須成對出現，並使用了“電”的概念。之後，義大利的卡畢奧（公元1686—1736）發現了兩種性質的電和同性電相斥的現象。格里凱製造了可以連續轉動的靜電起電機，為靜電學的研究提供了新的手段。

2、在電和磁學的實驗研究方面，英國劍橋大學的米歇爾（公元1724—1793）用扭秤作實驗，在年發現了兩個磁極（m1、m2分別為磁場的強度）之間的作用力（f1）與磁極間距離（r）的平方成反比，即f=k.m1m2/r2,k即為比例常數。這一公式在形式上與萬有引力定律相似，使得當時的人們認為磁力與萬有引力是同屬一類的，磁力也可以不需要介質和時間過程進行傳遞。但這樣理解是不正確的。世紀電磁感應定律發現後，特別是有了磁場概念之後才糾正了這一認識。

3、電學方面在世紀的進展，首先是因為有了靜電起電機和萊頓瓶的發明。荷蘭萊頓大學的森布羅克（公元1692—1761）和德國的克萊斯特（公元1700—1748）分別發明了能儲存靜電電能的電容器，即萊頓瓶。靜電起電機與萊頓瓶的發明為靜電研究提供了實驗工具。美國的富蘭克林（公元1706—1790）經過實驗揭示了萊頓瓶能儲電只與瓶子玻璃（電介質）有關，他把物體帶的電分為陰電和陽電兩種。

4、在富蘭克林之後，1785年，法國軍事工程師庫侖（公元1736—1806）重新發現了米歇爾的扭秤。他通過實驗測定，建立了靜電荷之間相互作用的數量關係式，即庫侖定律：f=c.q1q2/r2，c是比例常數，q1和q2分別是兩電荷的荷電量，r為電荷間的距離。在對電的本質的認識上，同熱學一樣，科學家們都被一種所謂的“電流體”說統治著。

3.4化學

1、15世紀以後，作為化學原始形式的鍊金術已經衰落，代之而起的則是醫藥化學。它在16世紀的主要代表人物是瑞士的帕拉塞斯（公元1493—1541）。他雖然採納了鍊金術的某些觀點，但他把鍊金術規定為“把天然的原料轉變成對人類有益的成品的科學”，而且主張化學研究的目的不在於點金而應當是製藥。世紀的醫藥化學家們發現了一些新的化學屬性、化學反應和化學藥品。醫藥化學的目的具有鮮明的實用性質，並具有某些神秘主義的色彩。

2、17世紀真正把化學確立為一門科學的是著名的英國科學家波義耳（公元1627—1691）。他在流體力學的研究中，利用能製造真空的抽氣唧筒研究空氣的彈力和重量，發現對一定重量的空氣來說，它所占有的體積與它所受壓力成反比，即波義耳定律。波義耳在化學方面的貢獻是根據大量的實驗論證了化學元素的概念，把元素同化合物、混合物區別開來，使化學從鍊金術脫離開來。波義耳把嚴格的實驗方法引入了化學，確立了化學的獨立性，成了近代化學的奠基者。

3、化學在十七八世紀的重要成果是法國科學家拉瓦錫建立了氧化燃燒理論。波義耳在焙燒實驗中，提出了一個錯誤的結論，認為火焰中包含著有重量的“火粒子”，甚至認為火也是一種實在的元素。德國化學家貝歇爾（公元1635—1682）在1669年提出：燃燒是一種分解作用，動植物和可燃礦物至少有兩種成分，一是燃燒時殘留的堅實成分，一是燃燒時放出的可燃要素，這是燃素說的萌芽。德國醫生及化學家施塔爾（公元1660—1734）則在1703年提出了系統的燃素說。他認為一切可燃物都含有細小的、活潑的燃素，並用燃素說解釋了當時已知的事實。但燃素說在解釋金屬煅燒時遇到了困難。按照燃素說，金屬煅燒時是燃素的釋放，即金屬燃素煅渣。金屬放在密封容器中煅燒時，不僅沒有減少重量，反而增加了重量，容器越大則生成的煅渣越多，增重越多。這是用燃素說所無法解釋的。

4、氧的發現才最終否定了燃素說。1774年英國化學家普列斯特利（公元1733—1804）利用凸透鏡把日光聚焦，給裝在玻璃瓶里的紅色氧化汞粉末加熱，使氧化汞還原為水銀，同時放出一種氣體。他發現這種氣體具有能夠幫助可燃物質燃燒的奇異性質。由於普列斯特利仍然受燃素說的束縛，故仍然用燃素說來解釋這種氣體的助燃特性，將其稱之為“失燃素氣體”，即由於它不含燃素，所以對燃燒物的燃燒具有特別的吸引力。就在同一年拉瓦錫得知這一實驗以後，立即作了重複實驗，認識到這個實驗的真正價值。他認為，燃素說是把事情弄顛倒了。他把這種新發現的氣體命名為氧，並提出了新的燃燒學說：物體只有在氧存在時才會燃燒並放出光和熱；空氣是由兩種成分組成，物質在空氣中燃燒時要吸收空氣中的氧，其增加的重量等於所吸收的氧的重量；一切酸中都含有氧元素，氧是酸的本原。這就徹底地推翻了燃素說，將過去在燃素說形式上倒立著的化學扭轉過來了。

5、對燃燒現象的深入研究，不僅得到了氧，還導致了18世紀對碳酸氣、氫氣、氯氣、氮氣等的發現。18世紀的化學家們還改進了化學分析方法，發展了吹管分析、濕法分析等分析方法。這一切為19世紀原子、分子學說的提出，為化學工業的成長，奠定了科學技術基礎。

3.5生物學

1、顯微鏡是推動生理學、生物學前進的重要觀察儀器。雖然在年就有人發明了複式顯微鏡，但因放大倍數小，使用價值不大。後經許多人的改進才逐漸成為科學的儀器。特別是經過荷蘭人列文霍克（公元1632—1723）的改進，使顯微鏡放大倍數已達270倍，這就為觀察生物的微結構和微小的生物提供了有力的工具。

2、胡克在1665年用自製的顯微鏡觀察軟木組織，發現它是由許多薄壁分隔成的“小盒或小室”組成的，胡克把這些像小盒式的單元稱為“細胞”。馬爾比基（公元1628—1694）等人在植物中觀察到了細胞組織，列文霍克又在顯微鏡下發現了血液中的血細胞，從而揭開了細胞學研究的序幕。年，列文霍克在污水中發現了大量的極小的動物微生物，這就使生物學的研究進入了一個新的領域，即微生物世界。

3、第一個對自然發生說提出疑義的是義大利的雷迪（公元1626—1676），他通過實驗證明了如果不讓死動物的肉體與蟲類接觸，就不會生蛆。斯帕朗扎克（公元1729—1799）證實了這些實驗，並證實經大火煎熬的湯液，如不與空氣接觸，任何微小的生物都不會出現。直到19世紀，才由巴斯德（公元1822—1895）的著名實驗，徹底否定了自然發生說。

4、在十七八世紀中，關於物種由來的問題曾發生過預成說與漸成說的爭論。自從哈維於1651年提出“一切都是卵生的”觀點之後，有人主張，組成生物驅體的各種器官，不是新生成的，而是在卵里就已經形成了，後來只不過是它的擴展而已。人們把這種生物胚胎中就包含著一切未來預成模型的觀點稱之為預成說。與此相反，有人認為，各種器官不是以卵子或精子中就已形成的形式存在，而是由尚未分化的基體漸漸形成的。德國生物學家沃爾弗（公元1733—1784）是這種學說的倡導者。1757年他在《發生論》一書中就主張這種漸成說。他論證說：如果把生物體看成是在種子或卵子中就預先形成的，就像可以在雞蛋里看見有毛一樣，這是不可能的。沃爾弗因此而被譴責為無神論者，德國大學無人聘請他，最後到俄國去度過了他的晚年。在十七八世紀裡占統治地位的是預成說。隨著胚胎學的進步，預成說才逐漸破產了。

5、早在古代就有兩種關於動植物的分類方法：一種是著眼於物種間的不連續性，抓住生物的一個或幾個特徵，把生物劃分為若干類群；另一種則著眼於物種間的連續性，通過對生物的不同特徵進行比較，找到不同生物間的聯繫，把生物界看做是一個有親緣關係的生物鏈條。前者通常叫“人為分類法”，後者叫“自然分類法”。直到世紀，這兩種分類方法都在使用。由於分類方法不統一，動植物名稱更不統一，這為生物學研究帶來許多困難。

瑞典學者林耐（公元1707—1778）於年出版了《自然系統》一書。儘管他也關注自然分類法，但在書中則採用了人為分類法，以花的雄蕊數目和位置作為劃分植物的特徵標準，把有花植物分為個綱，無花植物為個綱，成為“林式綱”。綱下又分為目、屬、種，從而建立了植物的分類體系。在動物分類上則繼承前人的成果，把動物分成個綱。同時，他還發展了生物命名的“雙名法”，即無論對動物、植物、微生物都用兩個拉丁字母表示，第一字是表示屬名，第二字表示種名。林耐基本上完成了生物的人為分類，也使後人有可能進一步研究物種之間的關係和物種進化。

6、在18世紀時也有人堅持自然分類法，反對人為分類法。演化思想的先驅者法國的布豐（公元1707—1788）認為，自然界是沒有柵欄的，把生物分為不連續的鋼、目、屬、種是錯誤的。布豐從他的觀點出發，寫了《動物自然史》，對大量動物進行了詳細分類。布豐並且主張大自然能夠從一個原始的類型發展出一切其他的生物種類，最早提出了物種演化的觀念。但他同時又認為這種物種間的變化，則是從最完善的生物逐漸下降到最不具備形狀的東西的退化過程。例如馬退化為驢，人退化為猿。科學的進化論還要到19世紀才能出現。

科學觀與自然觀的變革

從16世紀中葉由哥白尼發起的天文學革命，到17世紀末葉牛頓經典力學體系的建立，是近代自然科學發展的第一個時期。經典力學體系的建立，標誌著理論自然科學首先在力學領域誕生了。理論自然科學是建立在實驗基礎之上，並且是定量地表述自然規律的一種知識體系。它與古代自然哲學的直覺猜測不同，又與實用科學的經驗知識匯集有根本的區別。力學在這時期里作為帶頭學科，它的概念和方法對其他自然科學的發展有著深刻的影響。

4.1科學觀的變革

近代自然科學發展的個重要特點，就是許多科學都表現出對當時一些主要技術問題的關切。新科學在同舊科學的傳統決裂之後，就逐漸地為解決技術發展中所提出的問題尋求解決辦法。對科學的這種工具性理解，導致科學和工業的結合。導致18世紀英國的工業革命已開始顯現出科學的工具價值，以至出現了工具理性主義的科學觀。儘管在科學上作出貢獻的許多科學家中間，還仍然在理性與信仰之間、科學與宗教之間，以妥協的方式實行某種程度的調和，甚至有人主張“雙重真理觀”，即科學與宗教均有其自己的真理。但神學統治科學的日子已經結束了。

4.2自然觀的變革

隨著近代科學的發展，不僅推動了科學觀的變革，也使自然觀發生了巨大的變化，形成了機械唯物主義的自然觀。它吸取了近代自然科學的營養，變得更加充實、豐富，克服了古代的樸素唯物主義的缺陷。同時由於當時科學發展狀況的限制，這種自然觀又有明顯的形上學和機械論的特徵。簡而言之：在近代自然科學產生時期，首先需要把自然界分解開來加以研究，考察各種自然過程的區別，這是科學研究必由之路，人們在認識事物時，開始總是先要注意這種事物是什麼和有多少，難免忽略事物的產生、發展和轉化過程；自然科學的發展中，首先是以機械運動形式為對象的力學達到完善的程度，其他自然科學還處在積累資料的階段，因此，也就難免用力學的尺度衡量一切，用力學的規律解釋一切。科學發展的一定的歷史階段，形成了唯物主義自然觀的一定的歷史形態。伴隨19世紀自然科學在各個領域的全面發展，形上學的機械唯物主義自然觀的局限性被日益暴露出來，一種嶄新的、辯證唯物主義自然觀的產生就成為歷史的必然了。

4.3經驗歸納法與演繹法

培根倡導的經驗歸納法受到一些人的推崇，他們相信世界的知識只能來自經驗；而笛卡兒所倡導的演繹方法則更有許多人的支持，他們相信人類能從由直覺獲得的普遍原理推導出所有關於客觀世界的知識，如果說前者是經驗主義者，後者則是理性主義者。經驗主義與理性主義的分野實際上是古代學者傳統與工匠傳統的延續。自培根以後，在英國主張經驗主義的哲學家是洛克。他認為：一切知識最終都是經驗，它們或者是感覺直接給予我們的，或者是過去的感覺給予我們的觀念的複合。思想的任務在於回顧和記憶這些觀念，將它們分門別類，聯合它們以形成較複雜的觀念，分解它們以得到較簡單的觀念，考察它們以找出其間的關係。

4.4機械還原論

經驗主義方法論和理性主義方法論是牛頓時代兩大主要的科學方法論思潮。它們從根本上影響了當時的科學，滲透於各門科學之中。然而，同一時代的這兩大對立方法，都有著共同的特點。機械還原論的思維方式就是其共同的特點之一。機械還原論就是努力把宇宙中的一切現象還原到機械圖景的思想方法。在18世紀，法國唯物主義者的機械還原論則達到了登峰造極的地步。受還原論的指引，科學家們往往吧自然界的各種基本運動形式都還原為機械運動來處理。在化學中，波義耳、拉瓦錫直至後來的道爾頓逐步地把化學反應還原為原子的機械運動；在生物學上哈維的血液循環理論也是典型的力學過程理論；在光學上，不論是光之波動說還是微粒說，都力圖吧光理解為物質的機械運動。今天的人們當然可以指責機械還原論的局限，但正是它指引那個時代的科學家們開拓和征服了一個又一個自然領域，使他們被人們理解和認知。

4.5科學分析法

與還原論密切相關的另種科學方法是分析的方法。即把整體對象分解為各個因素或組成部分加以研究的方法。笛卡兒使用此法建立了解析幾何。史蒂芬創立了把力分解為兩個力合力的平行四邊形法則。伽利略和牛頓在力學上取得成功的前提，在於把複雜的運動理解為若干運動的簡單合成。

它是和機械還原論密切相關的另一種科學方法。即把整體對象分解為各個因素或組成部分加以研究的方法。運用這種科學方法：笛卡爾建立了解析幾何，史蒂芬創立了把力分解為兩個力合力的平行四邊形法則，伽利略和牛頓在力學上取得成功的前提，在於把複雜的運動理解為若干運動的簡單合成。在牛頓那個時代，如果不進行這種分解，行星運動將永遠得不到解釋。把複雜現象化解為簡單現象來加以解釋，就是那個時代在科學方法上的共同特徵。

參考資料

《科學技術發展簡史》：遠德玉、丁雲龍編著，東北大學出版社2008年。

《科學的歷程》第二版：吳國盛著，北京大學出版社2012年。

《科學技術史》：王鴻生著，中國人民大學出版社2011年。

《全球通史》斯塔夫里阿諾斯著。北京大學出版社2006年。

《西方文明史》蘇里文謝爾曼哈里森著，海南出版社2009年。