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词条 Naturalis Pri
释义

§ 简介

《自然哲学之数学原理》(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)是牛顿(Newton)一生中最重要的科学著作。无论从科学史还是整个人类文明史来看,牛顿的《自然哲学之数学原理》都是一部划时代的巨著。在科学的歷史上,《自然哲学之数学原理》是经典力学的第一部经典著作,也是人类掌握的第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系,其影响所及遍佈经典自然科学的所有领域,在其後的300年时间里一再取得丰硕成果。从科学研究内部来看,《自然哲学之数学原理》示范了一种现代科学理论体系的样板,包括理论体系结构、研究方法和研究态度、如何处理人与自然的关系等多个方面的内容。此外,《自然哲学之数学原理》及其作者与同时代著名人物的互动关系也是科学史研究和其他学术史研究中经久不息的话题。

§ 详细信息

《自然哲学之数学原理》达到的理论高度是前所未有的,其後也不多见。爱因斯坦(Einstein)说过:「至今还没有可能用一个同样无所不包的统一概念,来代替牛顿的关於宇宙的统一概念。而要是没有牛顿的明晰的体系,我们到现在为止所取得的收获就会成为不可能。」实际上,牛顿在《自然哲学之数学原理》中讨论的问题及其处理问题的方法,至今仍是大学数理专业中教授的内容,而其他专业的学生学到的关於物理学、数学和天文学的知识,无论在深度和广度上都没有达到《自然哲学之数学原理》的境界。凡此种种,都决定了《自然哲学之数学原理》这部著作的永恒价值。

《自然哲学之数学原理》成书(第一版)於1687年,是牛顿经过20年的思考、实验研究、大量的天文观测和无数次数学演算的结晶。这20年,以及这之前的几十年里,欧洲的许多先进思想家和科学家在研究自然和数学方面取得了许多成就。其中直接或间接影响牛顿的思想体系以及《自然哲学之数学原理》的,在科学方面主要有哥白尼(Copernicus),他提出了「日心说」;伽利略(Galileo),他进一步认为,自然的语言是数学,要表达自然的运动规律,应当使用数学和实验数据,并发现了惯性原理,用数学关系精确表达了运\\动物体的距离与时间的关系;开普勒(Kepler),他用大量数据总结出天体(行星)运动三定律,其核心是发现行星的运\\行轨道是椭圆而不是正圆;法国哲学家和数学家笛卡儿(René Descartes)的宇宙论及其涡旋说理论。在哲学思想方面则有英国的思想家培根(Frances Bacon,1561─1626)、洛克(John Locke,1632─1704)和摩尔(Henry More,1614─1687)等人的影响,他们都犟调经验论的作用;英国化学家玻义耳(Robert Boyle,1627─1691)的影响,认为每一个哲学家的最崇高的职责是认识并証明上帝的存在和完美,人类只能通过自然哲学去研究自然才能最终认识上帝。因此,牛顿毕生所从事的各种研究,包括数学、物理学、天文学、炼金术、圣经考古学和圣经年代学以及神学等,都是服务於他心目中上帝。

牛顿并没有声称自己要构造一个体系。牛顿在《自然哲学之数学原理》第一版的序言一开始就指出,他要「致力於发展与哲学相关的数学」,这本书是几何学与力学的结合,是一种「理性的力学」,一种「精确地提出问题并加以演示的科学,旨在研究某种力所产生的运动,以及某种运\\动所需要的力」。他的任务是「由运动现象去研究自然力,再由这些力去推演其他运\\动现象」。

然而牛顿实际上是构造了一个人类有史以来最为宏伟的体系,他所说的力,主要是重力,我们今天称之为引力,或万有引力,以及由重力所衍生出来的摩擦力、阻力和海洋的潮汐力等,而运动则包括落体、抛体、球体磙动、单摆与复摆、流体、行星自转与公转、回归点、轨道章动等,简而言之,包括当时已知的一切运\\动形式和现象。也就是说,牛顿是要用统一的力学原因去解释从地面物体到天体的所有运动和现象。

在结构上,《自然哲学之数学原理》是一种标准的公理化体系,它从最基本的定义和公理出发,「在第一编和第二编中推导出若干普适命题」,其中第一编题为「物体的运动」,为全书的讨论做了数学工具上的准备,把各种运\\动的形式加以分类,详细考察每一种运动形式与力的关系;第二编讨论「物体(在阻滞介质中)的运\\动」,进一步考察了各种形式的阻力对於运动的影响,讨论地面上各种实际存在的力与运\\动的情况。在第三编中「示范了把它们应用於宇宙体系,用前两编中数学証明的命题由天文现象推演出使物体倾向於太阳和行星的重力,再运用其他数学命题由这些力推算出行星、彗星、月球和海洋的运\\动」。在全书的最後,牛顿写下了一段著名的「总释」,集中表述了牛顿对於宇宙间万事万物的运动的根本原因──万有引力以及我们的宇宙为什是一个这样的优美的体系的总原因的看法,集中表达了他对於上帝的存在和本质的见解。

在写作手法上,牛顿是个神情十分专注的人,他在搭建自己的体系时,虽然仿照欧几里德(Euclid)的《几何原本》,但他从没有忘记自己的使命是解释自然现象和运动的原因,没有把自己迷失在纯粹形式化的推理中。他是极为出色的数学家,在数学上有一系列一流的发明,但他严格地把数学当做工具,只是在有需要时才带领读者稍微作一点数学上的远足。另一方面,牛顿也丝毫没有沈醉於纯粹的哲学思辩,在《自然哲学之数学原理》中所有的命题都来自於现实世界,或是数学的,或是天文学的,或是物理学的,即牛顿所理解的自然哲学的。《自然哲学之数学原理》中全部的论述都以命题形式给出,每一个命题都给出証明或求解,所有的求証求解都是完全数学化的,必要时附加推论,而每一个推论又都有証明或求解。只是在牛顿认为某个问题在哲学上有特殊意义时,他才加上一个附注,对问题加以解释或进一步推广。

《自然哲学之数学原理》中使用的数学、物理学和天文学概念术语非常多,其中包括用来解决物体运动的动力学问题的有力工具微积分技术(牛顿称为流数法),另外有许多与我们今天常见的相同,但也有许多不同,还有一些今天已很少使用。

牛顿在世时共发表了三个版本的《自然哲学之数学原理》,分别在1687年、1713年及1726年发表,都是拉丁文版本。牛顿死後的第一个英文译本是由第三版翻译而来,出版於1729年,译者是莫特(Andrew Motte)。在1802年,又出现了根据《自然哲学之数学原理》第一版翻译的英文译本。1930年,美国学者、科学史家卡约里(Florian Caiofi)在莫特的英译本基础上用现代英文校订出版,成为20世纪里读者群最大的《自然哲学之数学原理》标准版本。60年代初,美国科学史家科恩(Cohen)和法国科学史家科瓦雷(A1exander Koyré)合作,根据比莫特译本更早的《自然哲学之数学原理》第一版的英译本,也推出了《自然哲学之数学原理》的现代英文版。

中国清末学者李善兰曾经翻译《自然哲学之数学原理》,但未能完成。1931年,著名学者、翻译家郑太朴根据《自然哲学之数学原理》第二版的德文译本译出中文本《自然哲学之数学原理》,由商务印书馆收入「汉译世界名著」丛书出版。而《自然哲学之数学原理》的第二个中文版本由王克迪於1990、1991两年译出,纳入《自然哲学之数学原理‧宇宙体系》一书,於1992年由武汉出版社出版。在2001年,王克迪推出了1992年译本的修订本,由陕西人民出版社和武汉出版社联合推出。

相信,所有的中学理科生,以至没有理科根底的人,也无一不知牛顿的名字,这本《自然哲学之数学原理》,也就是这位天才的划时代的著作,影响的深远以及其理论方面的创造性和严谨性也很值得我们欣赏。

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更新时间:2024/12/20 3:57:44