经典力学理论基础

经典力学理论基础

人只有献身社会，才能找出那实际上是短暂而有风险的生命的意义。

——爱因斯坦

牛牛顿在剑桥工作的25年中写下了许多论文和著作，其中包括《自然哲学之数学原理》 ，但牛顿把很多论文锁在抽屉里，并没拿出去发表，有些发表的文章，是被他的朋友们发现，在朋友们的催促下才发表的。

牛顿在数学上的贡献也十分巨大。他跟德国数学家莱布尼兹分别独立地创建了微积分学，借助于这种新的数学分析方法，力学和数学都出现了辉煌的成就。

尽管牛顿取得如此巨大的成就，但在他评价自己的科学成就时却说： “我好像是站在海滨上玩耍的孩子，时而拾到几块莹洁的石子，时而拾到几片美丽的贝壳并为之欢欣。那浩瀚的真理海洋仍然在我的前面未被发现。 ”牛顿认为他所以能登上科学的高峰， “那是由于我站在巨人们的肩上的缘故。 ”

牛顿的万有引力定律公布后，一开始并没有被许多科学家所接受。在天文观察中发现，行星的运行轨道跟用牛顿万有引力定律计算得到的数值总有些差距，特别是哈雷发现，多年来木星一直在有规则地加速，土星则在减速。这个现象能用万有引力定律解释吗？后经许多科学家努力，才搞清这个问题，原来并非总是木星在加速，土星在减速，而是经过很长一段时间后情况刚好倒过来。1784年拉普拉斯通过用万有引力定律计算，指出这是木星和土星的相互作用，产生了930年这样长的周期性运动。由于拉普拉斯这一成就，使万有引力定律得到了有力的验证，也使牛顿力学摆脱了最严重的危机。

1844年，亚当斯研究当时太阳系中最边缘的天王星的观测资料时，发现观测位置和用万有引力定律计算得到的位置有偏差。亚当斯想到这可能是由于天王星之外还有一颗当时未知的行星对天王星作用的结果。亚当斯克服重重困难，于1845年10月计算得出了这颗新行星的位置，并将此报告分别送给了当时的格林尼治天文台台长艾里和剑桥大学天文台台长查理士，但没有引起他们的重视。后来德国天文学家伽勒根据法国勒威耶的计算找到了这颗新行星——海王星。用类似的办法，人们又找出了冥王星。至此万有引力定律才被科学家公认。

海王星

冥王星

继牛顿在质点动力学方面取得成就之后，俄国数学家欧勒提出了质点及刚体运动的一般微分方程；法国科学家达朗贝尔提出了达朗贝尔原理，这个原理有可能把动力学问题化为平衡问题来处理；拉格朗日建立了虚功原理的普遍形式，并与达朗贝尔原理相结合，提出了广义坐标动力学。这些科学家的贡献为经典力学逐步向一门严密而完整的科学发展奠定了基础。

经典力学所取得的辉煌成果，以致19世纪末叶，不少科学家错误地认为一切自然现象都可以用力学概念和定律来说明，这就形成了哲学上机械唯物论的观点。