牛顿力学的基本定律与光粒子学说

1687年，牛顿《自然哲学的数学原理》的发表，标志着牛顿经典物理学的建立。在《自然哲学的数学原理》中，牛顿确立了力学的3条基本规律和万有引力定律［47］。

牛顿运动定律包括：

（1）牛顿第一定律，任何物体都保持静止的或匀速直线运动的状态，直到其他物体的作用迫使它改变这种状态为止。

物体保持它的原有运动状态不变的性质称为物体的惯性，所以牛顿第一定律又称为惯性定律，惯性定律是由伽利略发现的，因此有时也称为伽利略惯性定律。

（2）牛顿第二定律，物体的动量对时间的变化率同该物体所受的力成正比，并和力的方向相同。

（3）牛顿第三定律，又称作用和反作用定律，其内容是：对于任何一个作用必有一个大小相等而方向相反的反作用。即两物体之间的相互作用一定是大小相等、方向相反，且沿同一直线。

牛顿万有引力定律为：自然界中任何两个物体都以一定的力互相吸引着，力同两个物体的质量乘积成正比，同它们之间距离的二次方成反比。如果用m1和m2表示两个物体的质量，r表示它们之间的距离，则万有引力定律可表示为

在《自然哲学的数学原理》中，牛顿指出宇宙中的一切物体均按万有引力定律互相吸引，他还运用引力定律和力学原理解释了一些重要的天文现象。例如：在讨论星系运动时，不仅要考虑太阳的引力，还必须考虑其他天体的摄动可能导致对椭圆轨道的偏离；讨论了太阳摄动对月球运动的影响。牛顿还解释了潮汐的成因，确定了彗星的轨道，从而，人们第一次揭开了天体运行之谜。为了描述物体运动，牛顿和莱布尼茨几乎同时发明了微积分。《自然哲学的数学原理》反映了人类对自然认识的一次大飞跃和第一次伟大的综合。

在牛顿之前，物理学和天文学并不统一，人们普遍认为，宇宙中的规律有两种，即天上的规律和地上的规律。牛顿的重大贡献就在于，他发现了支配宇宙中物体运动的乃是同一套定律：它使苹果落到地上，也使行星绕着太阳旋转。牛顿力学理论不仅可以解释开普勒发现的行星运动的规律，而且也实现了天上的运动规律与地上的运动规律的统一。

1704年，牛顿的另一巨著《光学》出版，在这部著作中牛顿认为，发光物体发射出以直线运动的微粒子流，微粒子流冲击人的视网膜就引起视觉。在整个18世纪，科学家们大都相信牛顿的光粒子学说，这个学说认为光是由光源以极高的速度发出的粒子组成［48］。

在《光学》一书的最后部分，牛顿还以独特的形式附上一份著名的问题表，表中共提出了31个问题，这31个问题不仅包括光的折射和反射，还涉及光在真空、重力和天体中的问题，这些问题内容丰富，并具有启发性，后人评价这些问题是《光学》中最重要的部分，它对牛顿之后的科学产生了巨大的影响。在牛顿提出的31个问题中，其中一个涉及光受引力的作用，黑洞就是由这一问题引申出来的。