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牛頓力學及其對理論物理學發展的影響

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本文是愛因斯坦在牛頓逝世200週年紀念日上的演講,選自1927年德文期刊《自然科學》第15卷。

就在200年前,牛頓閉上了雙眼。此時此刻,我們怎能不緬懷這位傑出的天才,他決定了西方思想、研究、實踐的道路,前無古人,後無來者。他不僅出色地創立了某些關鍵方法,而且對那個時代的經驗材料有獨特的理解,同時在數學和物理的具體證明方法上具有不可思議的創造力。因為這些原因,他應接受我們最深的敬意。然而,關於牛頓這個人物,有一點甚至比他的天才更重要,就是命運將他放置在人類智慧史的轉折點上。為生動地看到這一點,我們必須認識到:牛頓之前不存在完備的物理因果關係的體系,能設法描繪經驗世界的任何深層特徵。

毫無疑問,偉大的古希臘唯物主義者堅信,所有物質事件都應歸於嚴格規律的一系列原子運動,而不承認任何活物的意願也是獨立的原因。毫無疑問,笛卡兒以自己的方式重新研究了這個問題。但是,解決這個問題仍是個大膽的奢望,是一群哲學家不切實際的理想。人們相信存在完整的物理因果鏈條,但支援這種信仰的實際結果在牛頓之前幾乎是不存在的。

牛頓的目的是回答:是否有一些簡單的法則,一旦知道我們行星系統的天體在某一時刻的運動狀態,就能完整地計算出這些天體的運動。從第谷·布拉赫的觀測資料中推匯出的開普勒的行星運動經驗定律,需要牛頓給出解釋。[1]確實,這些定律給出了關於行星如何圍繞太陽運動問題的完整答案:橢圓形軌道,行星與太陽的連線在相等時間內掃過的面積相等,長半軸和公轉週期的關係。但是這些規則並未給出因果關係的解釋。它們是三個邏輯獨立的規則,沒有揭示出內在的互相聯絡。第三定律不能簡單定量地用到其他非太陽的中心天體上(比如,行星繞太陽的公轉週期和衛星繞行星的週期之間是沒有聯絡的)。然而最重要的一點是:這些定律涉及的是整體的運動,不是此刻的系統運動狀態如何引起下一時刻的運動狀態這一問題。按照我們現在的話說,這些定律是積分定律,而非微分定律。

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