關(guān)于牛頓的偉大事跡
牛頓是世界近代科學技術(shù)史上偉大的物理學家、天文學家和數(shù)學家。牛頓是人類認識自然界漫長歷程中的一個重要人物，他的科學貢獻已成為人類認識自然的里程碑。下面是學習啦小編跟大家分享的牛頓偉大事跡，歡迎大家來閱讀學習。
牛頓的人物生平
1.少年牛頓
1643年1月4日，在英格蘭林肯郡小鎮(zhèn)沃爾索浦的一個自耕農(nóng)家庭里，牛頓誕生了。牛頓是一個早產(chǎn)兒，出生時只有三磅重，接生婆和他的親人都擔心他能否活下來。誰也沒有料到這個看起來微不足道的小東西會成為了一位名垂千古的科學巨人，并且竟活到了84歲的高齡。
牛頓出生前三個月父親便去世了。在他兩歲時，母親改嫁給一個牧師，把牛頓留在外祖母身邊撫養(yǎng)。11歲時，母親的后夫去世，母親帶著和后爸所生的一子二女回到牛頓身邊。牛頓自幼沉默寡言、性格倔強，這種習性可能來自他的家庭處境。
大約從五歲開始，牛頓被送到公立學校讀書。少年時的牛頓并不是神童，他資質(zhì)平常、成績
一般，但他喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡單機械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風車、木鐘、折疊式提燈等等。
傳說小牛頓把風車的機械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他將老鼠綁在一架有輪子的踏車上，然后在輪子的前面放上一粒玉米，剛好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不斷的跑動，于是輪子不停的轉(zhuǎn)動;又一次他放風箏時，在繩子上懸掛著小燈，夜間村人看去驚疑是彗星出現(xiàn);他還制造了一個小水鐘。每天早晨，小水鐘會自動滴水到他的臉上，催他起床。他還喜歡繪畫、雕刻，尤其喜歡刻日晷，家里墻角、窗臺上到處安放著他刻畫的日晷，用以驗看日影的移動。
牛頓12歲時進了離家不遠的格蘭瑟姆中學。牛頓的母親原希望他成為一個農(nóng)民，但牛頓本人卻無意于此，而酷愛讀書。隨著年歲的增大，牛頓越發(fā)愛好讀書，喜歡沉思，做科學小實驗。他在格蘭瑟姆中學讀書時，曾經(jīng)寄宿在一位藥劑師家里，使他受到了化學試驗的熏陶。
牛頓在中學時代學習成績并不出眾，只是愛好讀書，對自然現(xiàn)象有好奇心，例如顏色、日影四季的移動，尤其是幾何學、哥白尼的日心說等等。他還分門別類的記讀書筆記，又喜歡別出心裁的作些小工具、小技巧、小發(fā)明、小試驗。
當時英國社會滲透某宗教新思想，牛頓家里有兩位都以神父為職業(yè)的親戚，這可能影響牛頓晚年的宗教生活。從這些平凡的環(huán)境和活動中，還看不出幼年的牛頓是個才能出眾異于常人的兒童。
后來迫于生活，母親讓牛頓停學在家務(wù)農(nóng)，贍養(yǎng)家庭。但牛頓一有機會便埋首書卷，以至經(jīng)常忘了干活。每次，母親叫他同傭人一道上市場，熟悉做交易的生意經(jīng)時，他便懇求傭人一個人上街，自己則躲在樹叢后看書。有一次，牛頓的舅父起了疑心，就跟蹤牛頓上市鎮(zhèn)去，發(fā)現(xiàn)他的外甥伸著腿，躺在草地上，正在聚精會神地鉆研一個數(shù)學問題。牛頓的好學精神感動了舅父，于是舅父勸服了母親讓牛頓復學，并鼓勵牛頓上大學讀書。牛頓又重新回到了學校，如饑似渴地汲取著書本上的營養(yǎng)。
2.求學歲月
1661年，19歲的牛頓以減費生的身份進入劍橋大學三一學院，靠為學院做雜務(wù)的收入支付學費，1664年成為獎學金獲得者，1665年獲學士學位。
17世紀中葉，劍橋大學的教育制度還滲透著濃厚的中世紀經(jīng)院哲學的氣味，當牛頓進入劍橋時，那里還在傳授一些經(jīng)院式課程，如邏輯、古文、語法、古代史、神學等等。兩年后三一學院出現(xiàn)了新氣象，盧卡斯創(chuàng)設(shè)了一個獨辟蹊徑的講座，規(guī)定講授自然科學知識，如地理、物理、天文和數(shù)學課程。
講座的第一任教授伊薩克·巴羅是個博學的科學家。這位學者獨具慧眼，看出了牛頓具有深邃的觀察力、敏銳的理解力。于是將自己的數(shù)學知識，包括計算曲線圖形面積的方法，全部傳授給牛頓，并把牛頓引向了近代自然科學的研究領(lǐng)域。
在這段學習過程中，牛頓掌握了算術(shù)、三角，讀了開普勒的《光學》，笛卡爾的《幾何學》和《哲學原理》，伽利略的《兩大世界體系的對話》，胡克的《顯微圖集》，還有皇家學會的歷史和早期的哲學學報等。
牛頓在巴羅門下的這段時間，是他學習的關(guān)鍵時期。巴羅比牛頓大12歲，精于數(shù)學和光學，他對牛頓的才華極為贊賞，認為牛頓的數(shù)學才華超過自己。后來，牛頓在回憶時說道：“巴羅博士當時講授關(guān)于運動學的課程，也許正是這些課程促使我去研究這方面的問題?！?/p>
當時，牛頓在數(shù)學上很大程度是依靠自學。他學習了歐幾里得的《幾何原本》、笛卡爾的《幾何學》、沃利斯的《無窮算術(shù)》、巴羅的《數(shù)學講義》及韋達等許多數(shù)學家的著作。其中，對牛頓具有決定性影響的要數(shù)笛卡兒的《幾何學》和沃利斯的《無窮算術(shù)》，它們將牛頓迅速引導到當時數(shù)學最前沿～解析幾何與微積分。1664年，牛頓被選為巴羅的助手，第二年，劍橋大學評議會通過了授予牛頓大學學士學位的決定。
1665～1666年嚴重的鼠疫席卷了倫敦，劍橋離倫敦不遠，為恐波及，學校因此而停課，牛頓于1665年6月離校返鄉(xiāng)。
由于牛頓在劍橋受到數(shù)學和自然科學的熏陶和培養(yǎng)，對探索自然現(xiàn)象產(chǎn)生濃厚的興趣，家鄉(xiāng)安靜的環(huán)境又使得他的思想展翅飛翔。1665～1666年這段短暫的時光成為牛頓科學生涯中的黃金歲月，他在自然科學領(lǐng)域內(nèi)思潮奔騰，才華迸發(fā)，思考前人從未思考過的問題，踏進了前人沒有涉及的領(lǐng)域，創(chuàng)建了前所未有的驚人業(yè)績。
1665年初，牛頓創(chuàng)立級數(shù)近似法,以及把任意冪的二項式化為一個級數(shù)的規(guī)則;同年11月，創(chuàng)立正流數(shù)法(微分);次年1月，用三棱鏡研究顏色理論;5月，開始研究反流數(shù)法(積分)。這一年內(nèi)，牛頓開始想到研究重力問題，并想把重力理論推廣到月球的運動軌道上去。他還從開普勒定律中推導出使行星保持在它們的軌道上的力必定與它們到旋轉(zhuǎn)中心的距離平方成反比。牛頓見蘋果落地而悟出地球引力的傳說，說的也是此時發(fā)生的軼事。
總之，在家鄉(xiāng)居住的兩年中，牛頓以比此后任何時候更為旺盛的精力從事科學創(chuàng)造，并關(guān)心自然哲學問題。他的三大成就：微積分、萬有引力、光學分析的思想都是在這時孕育成形的?？梢哉f此時的牛頓已經(jīng)開始著手描繪他一生大多數(shù)科學創(chuàng)造的藍圖。
1667年復活節(jié)后不久，牛頓返回到劍橋大學，10月1日被選為三一學院的仲院侶(初級院委)，翌年3月16日獲得碩士學位，同時成為正院侶(高級院委)。1669年10月27日，巴羅為了提攜牛頓而辭去了教授之職，26歲的牛頓晉升為數(shù)學教授，并擔任盧卡斯講座的教授。巴羅為牛頓的科學生涯打通了道路，如果沒有牛頓的舅父和巴羅的幫助，牛頓這匹千里馬可能就不會馳騁在科學的大道上。巴羅讓賢，這在科學史上一直被傳為佳話。
3.晚年牛頓
對于牛頓的晚年，人們普遍存在一些“誤解”。認為牛頓開始相信上帝。但事實并非如此。對于微積分的研究是牛頓晚年的研究重點。微積分可以在實驗的基礎(chǔ)上推導出物理量之間關(guān)系的函數(shù)形式，但具體函數(shù)物無從知曉(簡單來說，就是知道誰和誰呈正比或反比關(guān)系，但作為初始條件的比例系數(shù)不知道)，只能通過實驗得知。所以，牛頓提出“上帝第一次推動”這一個概念，就是說，像密度等物質(zhì)固有屬性是大自然自己制定的，無法更改，也無從推導。而人們的誤解普遍來源于“上帝第一次推動”，誤解為“上帝第一次推動力”(牛頓生活的時代還沒有力的物理概念，牛頓定律是牛頓通過動量形式表達出來的)。
4.宗教觀點
萬有引力定律是牛頓最著名的發(fā)現(xiàn)。牛頓警告，不可用此發(fā)現(xiàn)把宇宙看成只是機器，猶如一個大時鐘。他說：“重力解釋行星的運行，但不能解釋誰使行星運行。上帝治理萬物，知道一切可做或能做的事?！钡桥ｎD不相信三位一體論和救恩，他明確表示不相信三位一體和很多基本某宗教教義比如救恩，也不相信禱告。而且諷刺的是，他是神圣的劍橋大學三一學院的院士。著名科學哲學家李察·威斯科(Richard Westfall)稱牛頓為“原型自然神論者”(proto-deist)，所謂“自然神論”，是相信神創(chuàng)造這世界之后，就讓自然規(guī)律去統(tǒng)治這個世界，自己再不插手，世界在自然規(guī)律的支配下運轉(zhuǎn)。牛頓正是抱著這種宇宙觀，所以牛頓對事情的解釋是自然規(guī)律加概率，當然沒禱告什么事。在他那部著名的著作里面，牛頓明確地說：他認為天體之所以會運動，是因為天主創(chuàng)造了萬物以后， 也設(shè)定了各種自然規(guī)律， 比如運動定律等等。天主先把它們一推，然后天體就按“動者恒動”的定律一直運動下去，事物都就按照自然規(guī)律和概率順其自然的發(fā)生。天主不再作任何事情。牛頓的宇宙觀，屬于宗教的另外一個分支，也叫做“機械宇宙觀”、或者“鐘表宇宙觀”。這種見解當然與某宗教的基本教義相去甚遠，難怪循道會創(chuàng)始人約翰·衛(wèi)斯理(John Welsey)對牛頓的信仰表示懷疑。
牛頓的成就影響
《流數(shù)法》(Method of Fluxions，1671)
《Of Natures Obvious Laws & Processes in Vegetation》(1671–75)有關(guān)煉金術(shù)未完成的作品
《物體在軌道中之運動》(De Motu Corporum in Gyrum，1684)
《自然哲學的數(shù)學原理》(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica，1687)
《光學》(Opticks，1704)
《作為鑄幣廠主管的報告》(Reports as Master of the Mint，1701-1725)
《廣義算術(shù)》(Arithmetica Universalis，1707)
《簡編年史》(Short Chronicle)、《世界之體系》(The System of the World)、《光學講稿》(Optical Lectures)、《古王國年表，修訂》(The Chronology of Ancient Kingdoms, Amended)和《De mundi systemate》在他死后的1728年出版。
《兩處著名圣經(jīng)訛誤的歷史變遷》 (An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture，1754)
1.創(chuàng)立微積分
大多數(shù)現(xiàn)代歷史學家都相信，牛頓與萊布尼茨獨立發(fā)展出了微積分學，并為之創(chuàng)造了各自獨特的符號。根據(jù)牛頓周圍的人所述，牛頓要比萊布尼茨早幾年得出他的方法，但在1693年以前他幾乎沒有發(fā)表任何內(nèi)容，并直至1704年他才給出了其完整的敘述。其間，萊布尼茨已在1684年發(fā)表了他的方法的完整敘述。此外，萊布尼茨的符號和“微分法”被歐洲大陸全面地采用，在大約1820年以后，英國也采用了該方法。萊布尼茨的筆記本記錄了他的思想從初期到成熟的發(fā)展過程，而在牛頓已知的記錄中只發(fā)現(xiàn)了他最終的結(jié)果。牛頓聲稱他一直不愿公布他的微積分學，是因為他怕被人們嘲笑。牛頓與瑞士數(shù)學家尼古拉·法蒂奧·丟勒(Nicolas Fatio de Duillier)的聯(lián)系十分密切，后者一開始便被牛頓的引力定律所吸引。1691年，丟勒打算編寫一個新版本的牛頓《自然哲學的數(shù)學原理》，但從未完成它。一些研究牛頓的傳記作者認為他們之間的關(guān)系可能存在愛情的成分。不過，在1694年這兩個人之間的關(guān)系冷卻了下來。在那個時候，丟勒還與萊布尼茨交換了幾封信件。
在1699年初，皇家學會(牛頓也是其中的一員)的其他成員們指控萊布尼茨剽竊了牛頓的成果，爭論在1711年全面爆發(fā)了。牛頓所在的英國皇家學會宣布，一項調(diào)查表明了牛頓才是真正的發(fā)現(xiàn)者，而萊布尼茨被斥為騙子。但在后來，發(fā)現(xiàn)該調(diào)查評論萊布尼茨的結(jié)語是由牛頓本人書寫，因此該調(diào)查遭到了質(zhì)疑。這導致了激烈的牛頓與萊布尼茨的微積分學論戰(zhàn)，并破壞了牛頓與萊布尼茨的生活，直到后者在1716年逝世。這場爭論在英國和歐洲大陸的數(shù)學家間劃出了一道鴻溝，并可能阻礙了英國數(shù)學至少一個世紀的發(fā)展。
牛頓的一項被廣泛認可的成就是廣義二項式定理，它適用于任何冪。他發(fā)現(xiàn)了牛頓恒等式、牛頓法，分類了立方面曲線(兩變量的三次多項式)，為有限差理論作出了重大貢獻，并首次使用了分式指數(shù)和坐標幾何學得到丟番圖方程的解。他用對數(shù)趨近了調(diào)和級數(shù)的部分和(這是歐拉求和公式的一個先驅(qū))，并首次有把握地使用冪級數(shù)和反轉(zhuǎn)(revert)冪級數(shù)。他還發(fā)現(xiàn)了π的一個新公式。
他在1669年被授予盧卡斯數(shù)學教授席位。在那一天以前，劍橋或牛津的所有成員都是經(jīng)過任命的圣公會牧師。不過，盧卡斯教授之職的條件要求其持有者不得活躍于教堂(大概是如此可讓持有者把更多時間用于科學研究上)。牛頓認為應免除他擔任神職工作的條件，這需要查理二世的許可，后者接受了牛頓的意見。這樣避免了牛頓的宗教觀點與圣公會信仰之間的沖突。
2.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，表明棱鏡可以將白光發(fā)散為彩色光譜，而透鏡和第二個棱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，并將其照射到不同的物體上的實驗，發(fā)現(xiàn)了色光不會改變自身的性質(zhì)。牛頓還注意到，無論是反射、散射或發(fā)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(jié)果，而不是物體產(chǎn)生顏色的結(jié)果。
從這項工作中，他得出了如下結(jié)論：任何折光式望遠鏡都會受到光散射成不同顏色的影響，并因此發(fā)明了反射式望遠鏡(現(xiàn)稱作牛頓望遠鏡)來回避這個問題。他自己打磨鏡片，使用牛頓環(huán)來檢驗鏡片的光學品質(zhì)，制造出了優(yōu)于折光式望遠鏡的儀器，而這都主要歸功于其大直徑的鏡片。1671年，他在皇家學會上展示了自己的反射式望遠鏡?；始覍W會的興趣鼓勵了牛頓發(fā)表他關(guān)于色彩的筆記，這在后來擴大為《光學》(Opticks)一書。但當羅伯特·胡克批評了牛頓的某些觀點后，牛頓對其很不滿并退出了辯論會。兩人自此以后成為了敵人，這一直持續(xù)到胡克去世。
牛頓認為光是由粒子或微粒組成的，并會因加速通過光密介質(zhì)而折射，但他也不得不將它們與波聯(lián)系起來，以解釋光的衍射現(xiàn)象。而其后世的物理學家們則更加偏愛以純粹的光波來解釋衍射現(xiàn)象?，F(xiàn)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》(Hypothesis Explaining the Properties of Light)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。不過牛頓在與神智學家亨利·莫爾(Henry More)接觸后重新燃起了對煉金術(shù)的興趣，并改用源于漢密斯神智學(Hermeticism)中粒子相吸互斥思想的神秘力量來解釋，替換了先前假設(shè)以太存在的看法。擁有許多牛頓煉金術(shù)著作的經(jīng)濟學大師約翰·梅納德·凱恩斯曾說：“牛頓不是理性時代的第一人，他是最后的一位煉金術(shù)士?！钡ｎD對煉金術(shù)的興趣卻與他對科學的貢獻息息相關(guān)，而且在那個時代煉金術(shù)與科學也還沒有明確的區(qū)別。如果他沒有依靠神秘學思想來解釋穿過真空的超距作用，他可能也不會發(fā)展出他的引力理論。(參見艾薩克·牛頓的神秘學研究)
1704年，牛頓著成《光學》，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(zhì)是由較粗微粒組成，并推測如果通過某種煉金術(shù)的轉(zhuǎn)化“難道物質(zhì)和光不能互相轉(zhuǎn)變嗎?物質(zhì)不可能由進入其結(jié)構(gòu)中的光粒子得到主要的動力(Activity)嗎?牛頓還使用玻璃球制造了原始形式的摩擦靜電發(fā)電機。
3.牛頓力學
1679年，牛頓重新回到力學的研究中：引力及其對行星軌道的作用、開普勒的行星運動定律、與胡克和弗拉姆斯蒂德在力學上的討論。他將自己的成果歸結(jié)在《物體在軌道中之運動》(1684年)一書中，該書中包含有初步的、后來在《原理》中形成的運動定律。
《自然哲學的數(shù)學原理》(現(xiàn)常簡稱作《原理》)在埃德蒙·哈雷的鼓勵和支持下出版于1687年7月5日。該書中牛頓闡述了其后兩百年間都被視作真理的三大運動定律。牛頓使用拉丁單詞“gravitas”(沉重)來為現(xiàn)今的引力(gravity)命名，并定義了萬有引力定律。在這本書中，他還基于波義耳定律提出了首個分析測定空氣中音速的方法。
由于《原理》的成就，牛頓得到了國際性的認可，并為他贏得了一大群支持者：牛頓與其中的瑞士數(shù)學家尼古拉·法蒂奧·丟勒建立了非常親密的關(guān)系，直到1693年他們的友誼破裂。這場友誼的結(jié)束讓牛頓患上了神經(jīng)衰弱。
4.中國影響
牛頓生活的年代相當于明亡之前一年到清雍正5年，《自然哲學的數(shù)學原理》一書發(fā)表的時間相當于康熙25年。從牛頓《原理》發(fā)表的1687年到1840年的150余年間，牛頓物理學和天文學知識幾乎沒有介紹到中國?！对怼芬粫幕緝?nèi)容直到鴉片戰(zhàn)爭之后才在中國傳播。
哥白尼的太陽中心說、開普勒的橢圓軌道、牛頓的萬有引力三者相繼傳入中國，它們和中土奉為圭臬的“天動地靜”、“天圓地方”、“陰陽相感”的傳統(tǒng)有天壤之別。這就不能不引起中國人的巨大反響。牛頓學說在中國的傳播決不只是影響了學術(shù)界，喚醒了人們對于科學真理的認識。更重要的是，也為中國資產(chǎn)階級改革派發(fā)起的戊戌變法(1898年)提供了一種輿論準備。這個運動的主將康有為、梁啟超和譚嗣同等人，都無例外地從牛頓學說中尋找維新變法的根據(jù)，尤其是牛頓在科學上革故圖新的精神鼓舞了清代一切希望變革社會的有志之士。
牛頓的主要貢獻
力學方面的貢獻
牛頓在伽利略等人工作的基礎(chǔ)上進行深入研究，總結(jié)出了物體運動的三個基本定律(牛頓三定律)：
第一定律
即慣性定律
任何一個物體在不受任何外力或受到的力平衡時(Fnet=0)，總保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。
第二定律
1)牛頓第二定律是力的瞬時作用規(guī)律。力和加速度同時產(chǎn)生、同時變化、同時消逝?！、艶=ma是一個矢量方程，應用時應規(guī)定正方向，凡與正方向相同的力或加速度均取正值，反之取負值，一般常取加速度的方向為正方向?！、歉鶕?jù)力的獨立作用原理，用牛頓第二定律處理物體在一個平面內(nèi)運動的問題時，可將物體所受各力正交分解，在兩個互相垂直的方向上分別應用牛頓第二定律的分量形式：Fx=max，F(xiàn)y=may列方程。牛頓第二定律的六個性質(zhì)⑴因果性：力是產(chǎn)生加速度的原因?！、仆w性：F合、m、a對應于同一物體?！、鞘噶啃裕毫图铀俣榷际鞘噶?，物體加速度方向由物體所受合外力的方向決定。
牛頓第二定律數(shù)學表達式∑F = ma中，等號不僅表示左右兩邊數(shù)值相等，也表示方向一致，即物體加速度方向與所受合外力方向相同?！、人矔r性：當物體(質(zhì)量一定)所受外力發(fā)生突然變化時，作為由力決定的加速度的大小和方向也要同時發(fā)生突變;當合外力為零時，加速度同時為零，加速度與合外力保持一一對應關(guān)系。牛頓第二定律是一個瞬時對應的規(guī)律，表明了力的瞬間效應?！、上鄬π裕鹤匀唤缰写嬖谥环N坐標系，在這種坐標系中，當物體不受力時將保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，這樣的坐標系叫慣性參照系。地面和相對于地面靜止或作勻速直線運動的物體可以看作是慣性參照系，牛頓定律只在慣性參照系中才成立。
⑹獨立性：作用在物體上的各個力，都能各自獨立產(chǎn)生一個加速度，各個力產(chǎn)生的加速度的失量和等于合外力產(chǎn)生的加速度。適用范圍⑴只適用于低速運動的物體(與光速比速度較低)?！、浦贿m用于宏觀物體，牛頓第二定律不適用于微觀原子?！、菂⒄障祽獮閼T性系。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。(詳見牛頓第三運動定律)表達式 F=-F'
第三定律
(F表示作用力，F(xiàn)'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(chǔ)，并對其他學科的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。第一定律的內(nèi)容伽利略曾提出過，后來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(nèi)容。第三定律的內(nèi)容則是牛頓在總結(jié)C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的結(jié)果之后得出的。
牛頓是萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)者。他在1665～1666年開始考慮這個問題。萬有引力定律(Law of universal gravitation)是艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學的數(shù)學原理》上發(fā)表的。1679年，R·胡克在寫給他的信中提出，引力應與距離平方成反比，地球高處拋體的軌道為橢圓，假設(shè)地球有縫，拋體將回到原處，而不是像牛頓所設(shè)想的軌道是趨向地心的螺旋線。牛頓沒有回信，但采用了胡克的見解。在開普勒行星運動定律以及其他人的研究成果上，他用數(shù)學方法導出了萬有引力定律。
牛頓把地球上物體的力學和天體力學統(tǒng)一到一個基本的力學體系中，創(chuàng)立了經(jīng)典力學理論體系。正確地反映了宏觀物體低速運動的宏觀運動規(guī)律，實現(xiàn)了自然科學的第一次大統(tǒng)一。這是人類對自然界認識的一次飛躍。
牛頓指出流體粘性阻力與剪切率成正比。他說：流體部分之間由于缺乏潤滑性而引起的阻力，如果其他都相同，與流體部分之間分離速度成比例。在此把符合這一規(guī)律的流體稱為牛頓流體，其中包括最常見的水和空氣，不符合這一規(guī)律的稱為非牛頓流體。
在給出平板在氣流中所受阻力時，牛頓對氣體采用粒子模型，得到阻力與攻角正弦平方成正比的結(jié)論。這個結(jié)論一般地說并不正確，但由于牛頓的權(quán)威地位，后人曾長期奉為信條。20世紀，T·卡門在總結(jié)空氣動力學的發(fā)展時曾風趣地說，牛頓使飛機晚一個世紀上天。
關(guān)于聲的速度，牛頓正確地指出，聲速與大氣壓力平方根成正比，與密度平方根成反比。但由于他把聲傳播當作等溫過程，結(jié)果與實際不符，后來P.-S.拉普拉斯從絕熱過程考慮，修正了牛頓的聲速公式。
數(shù)學方面的貢獻
創(chuàng)建微積分
17世紀以來，原有的幾何和代數(shù)已難以解決當時生產(chǎn)和自然科學所提出的許多新問題，例如：如何求出物體的瞬時速度與加速度?如何求曲線的切線及曲線長度(行星路程)、矢徑掃過的面積、極大極小值(如近日點、遠日點、最大射程等)、體積、重心、引力等等;盡管牛頓以前已有對數(shù)、解析幾何、無窮級數(shù)等成就，但還不能圓滿或普遍地解決這些問題。當時笛卡兒的《幾何學》和沃利斯的《無窮算術(shù)》對牛頓的影響最大。牛頓將古希臘以來求解無窮小問題的種種特殊方法統(tǒng)一為兩類算法：正流數(shù)術(shù)(微分)和反流數(shù)術(shù)(積分)，反映在1669年的《運用無限多項方程》、1671年的《流數(shù)術(shù)與無窮級數(shù)》、1676年的《曲線求積術(shù)》三篇論文和《原理》一書中，以及被保存下來的1666年10月他寫的在朋友們中間傳閱的一篇手稿《論流數(shù)》中。所謂“流量”就是隨時間而變化的自變量如x、y、s、u等，“流數(shù)”就是流量的改變速度即變化率，寫作等。他說的“差率”“變率”就是微分。與此同時，他還在1676年首次公布了他發(fā)明的二項式展開定理。牛頓利用它還發(fā)現(xiàn)了其他無窮級數(shù)，并用來計算面積、積分、解方程等等。1684年萊布尼茲從對曲線的切線研究中引入了和拉長的S作為微積分符號，從此牛頓創(chuàng)立的微積分學在大陸各國迅速推廣。
微積分的出現(xiàn)，成了數(shù)學發(fā)展中除幾何與代數(shù)以外的另一重要分支——數(shù)學分析(牛頓稱之為“借助于無限多項方程的分析”)，并進一步進進發(fā)展為微分幾何、微分方程、變分法等等，這些又反過來促進了理論物理學的發(fā)展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲線的解答，這是變分法的最初始問題，半年內(nèi)全歐數(shù)學家無人能解答。1697年，一天牛頓偶然聽說此事，當天晚上一舉解出，并匿名刊登在《哲學學報》上。伯努利驚異地說：“從這鋒利的爪中我認出了雄獅”。
微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學成就。牛頓為解決運動問題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學理論的，牛頓稱之為"流數(shù)術(shù)"。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數(shù)的極大和極小值問題等，在牛頓前已經(jīng)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(jié)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(tǒng)一為兩類普通的算法——微分和積分，并確立了這兩類運算的互逆關(guān)系，從而完成了微積分發(fā)明中最關(guān)鍵的一步，為近代科學發(fā)展提供了最有效的工具，開辟了數(shù)學上的一個新紀元。
牛頓沒有及時發(fā)表微積分的研究成果，他研究微積分可能比萊布尼茨早一些，但是萊布尼茨所采取的表達形式更加合理，而且關(guān)于微積分的著作出版時間也比牛頓早。
在牛頓和萊布尼茨之間，為爭論誰是這門學科的創(chuàng)立者的時候，竟然引起了一場悍然大波，這種爭吵在各自的學生、支持者和數(shù)學家中持續(xù)了相當長的一段時間，造成了歐洲大陸的數(shù)學家和英國數(shù)學家的長期對立。英國數(shù)學在一個時期里閉關(guān)鎖國，囿于民族偏見，過于拘泥在牛頓的“流數(shù)術(shù)”中停步不前，因而數(shù)學發(fā)展整整落后了一百年。
1707年，牛頓的代數(shù)講義經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術(shù)》。他主要討論了代數(shù)基礎(chǔ)及其(通過解方程)在解決各類問題中的應用。書中陳述了代數(shù)基本概念與基本運算，用大量實例說明了如何將各類問題化為代數(shù)方程，同時對方程的根及其性質(zhì)進行了深入探討，引出了方程論方面的豐碩成果，如：他得出了方程的根與其判別式之間的關(guān)系，指出可以利用方程系數(shù)確定方程根之冪的和數(shù)，即“牛頓冪和公式”。
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。并將自己的許多研究成果總結(jié)成專論《三次曲線枚舉》，于1704年發(fā)表。此外，他的數(shù)學工作還涉及數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領(lǐng)域。
牛頓在前人工作的基礎(chǔ)上，提出“流數(shù)(fluxion)法”，建立了二項式定理，并和G.W.萊布尼茨幾乎同時創(chuàng)立了微積分學，得出了導數(shù)、積分的概念和運算法則，闡明了求導數(shù)和求積分是互逆的兩種運算，為數(shù)學的發(fā)展開辟了一個新紀元。
二項式定理
在一六六五年，剛好二十二歲的牛頓發(fā)現(xiàn)了二項式定理，這對于微積分的充分發(fā)展是必不可少的一步。二項式定理在組合理論、開高次方、高階等差數(shù)列求和，以及差分法中有廣泛的應用。
二項式級數(shù)展開式是研究級數(shù)論、函數(shù)論、數(shù)學分析、方程理論的有力工具。在今天我們會發(fā)覺這個方法只適用于n是正整數(shù)，當n是正整數(shù)1，2，3，....... ，級數(shù)終止在正好是n+1項。如果n不是正整數(shù)，級數(shù)就不會終止，這個方法就不適用了。但是我們要知道那時，萊布尼茨在一六九四年才引進函數(shù)這個詞，在微積分早期階段，研究超越函數(shù)時用它們的級來處理是所用方法中最有成效的。
熱學方面的貢獻
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(nèi)從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。
天文學的貢獻
牛頓1672年創(chuàng)制了反射望遠鏡。他用質(zhì)點間的萬有引力證明，密度呈球?qū)ΨQ的球體對外的引力都可以用同質(zhì)量的質(zhì)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(xiàn)象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有關(guān)，而且同太陽的方位有關(guān)。牛頓預言地球不是正球體。歲差就是由于太陽對赤道突出部分的攝動造成的。
哲學方面的貢獻
牛頓的哲學思想基本屬于自發(fā)的唯物主義，他承認時間、空間的客觀存在。如同歷史上一切偉大人物一樣，牛頓雖然對人類作出了巨大的貢獻，但他也不能不受時代的限制。例如，他把時間、空間看作是同運動著的物質(zhì)相脫離的東西，提出了所謂絕對時間和絕對空間的概念;他對那些暫時無法解釋的自然現(xiàn)象歸結(jié)為上帝的安排，提出一切行星都是在某種外來的“第一推動力”作用下才開始運動的說法。
《自然哲學的數(shù)學原理》牛頓最重要的著作，1687年出版。該書總結(jié)了他一生中許多重要發(fā)現(xiàn)和研究成果，其中包括上述關(guān)于物體運動的定律。他說，該書“所研究的主要是關(guān)于重、輕流體抵抗力及其他吸引運動的力的狀況，所以我們研究的是自然哲學的數(shù)學原理。”該書傳入中國后，中國數(shù)學家李善蘭曾譯出一部分，但未出版，譯稿也遺失了?，F(xiàn)有的中譯本是數(shù)學家鄭太樸翻譯的，書名為《自然哲學之數(shù)學原理》，1931年商務(wù)印書館初版，1957、1958年兩次重印。
經(jīng)濟學方面的貢獻：提出金本位制度。
方程論與變分法
牛頓在代數(shù)方面也作出了經(jīng)典的貢獻，他的《廣義算術(shù)》大大推動了方程論。他發(fā)現(xiàn)實多項式的虛根必定成雙出現(xiàn)，求多項式根的上界的規(guī)則，他以多項式的系數(shù)表示多項式的根n次冪之和公式，給出實多項式虛根個數(shù)的限制的笛卡兒符號規(guī)則的一個推廣。
牛頓在還設(shè)計了求數(shù)值方程的實根近似值的對數(shù)和超越方程都適用的一種方法，該方法的修正，現(xiàn)稱為牛頓方法。
牛頓在力學領(lǐng)域也有偉大的發(fā)現(xiàn)，這是說明物體運動的科學。
第—運動定律是伽利略發(fā)現(xiàn)的。這個定律闡明，如果物體處于靜止或作恒速直線運動，那么只要沒有外力作用，它就仍將保持靜止或繼續(xù)作勻速直線運動。這個定律也稱慣性定律，它描述了力的一種性質(zhì)：力可以使物體由靜止到運動和由運動到靜止，也可以使物體由一種運動形式變化為另一種形式。此被稱為牛頓第一定律。力學中最重要的問題是物體在類似情況下如何運動。牛頓第二定律解決了這個問題;該定律被看作是古典物理學中最重要的基本定律。牛頓第二定律定量地描述了力能使物體的運動產(chǎn)生變化。它說明速度的時間變化率(即加速度a與力F成正比，而與物體的質(zhì)量里成反比，即a=F/m或F=ma;力越大，加速度也越大;質(zhì)量越大，加速度就越小。力與加速度都既有量值又有方向。加速度由力引起，方向與力相同;如果有幾個力作用在物體上，就由合力產(chǎn)生加速度，第二定律是最重要的，動力的所有基本方程都可由它通過微積分推導出來。
此外，牛頓根據(jù)這兩個定律制定出第三定律。牛頓第三定律指出，兩個物體的相互作用總是大小相等而方向相反。對于兩個直接接觸的物體，這個定律比較易于理解。書本對子桌子向下的壓力等于桌子對書本的向上的托力，即作用力等于反作用力。引力也是如此，飛行中的飛機向上拉地球的力在數(shù)值上等于地球向下拉飛機的力。牛頓運動定律廣泛用于科學和動力學問題上。
牛頓運動定律
牛頓運動定律是艾薩克·牛頓提出了物理學的三個運動定律的總稱，被譽為是經(jīng)典物理學的基礎(chǔ)。
為“牛頓第一定律(慣性定律：一切物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運動 狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止?！鞔_了力和運動的關(guān)系及提出了慣性的概念)”、“牛頓第二定律(物體的加速度跟物體所受的合外力F成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。)公式：F=kma(當m單位為kg，a單位為m/s2時，k=1)、牛頓第三定律(兩個物體之間的作用力和反作用力，在同一條直線上，大小相等，方向相反。)”
光學貢獻
在牛頓以前，墨子、培根、達·芬奇等人都研究過光學現(xiàn)象 。反射定律是人們很早就認識的光學定律之一。近代科學興起的時候，伽利略靠望遠鏡發(fā)現(xiàn)了“新宇宙”，震驚了世界。荷蘭數(shù)學家斯涅爾首先發(fā)現(xiàn)了光的折射定律。笛卡爾提出了光的微粒說……
牛頓以及跟他差不多同時代的胡克、惠更斯等人，也像伽利略、笛卡爾等前輩一樣，用極大的興趣和熱情對光學進行研究。1666年，牛頓在家休假期間，得到了三棱鏡，他用來進行了著名的色散試驗。一束太陽光通過三棱鏡后，分解成幾種顏色的光譜帶，牛頓再用一塊帶狹縫的擋板把其他顏色的光擋住，只讓一種顏色的光在通過第二個三棱鏡，結(jié)果出來的只是同樣顏色的光。這樣，他就發(fā)現(xiàn)了白光是由各種不同顏色的光組成的，這是第一大貢獻。
牛頓為了驗證這個發(fā)現(xiàn)，設(shè)法把幾種不同的單色光合成白光，并且計算出不同顏色光的折射率，精確地說明了色散現(xiàn)象。揭開了物質(zhì)的顏色之謎，原來物質(zhì)的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛頓把自己的研究成果發(fā)表在《皇家學會哲學雜志》上，這是他第一次公開發(fā)表的論文。
許多人研究光學是為了改進折射望遠鏡。牛頓由于發(fā)現(xiàn)了白光的組成，認為折射望遠鏡透鏡的色散現(xiàn)象是無法消除的(后來有人用具有不同折射率的玻璃組成的透鏡消除了色散現(xiàn)象)，就設(shè)計和制造了反射望遠鏡。
牛頓不但擅長數(shù)學計算，而且能夠自己動手制造各種試驗設(shè)備并且作精細實驗。為了制造望遠鏡，他自己設(shè)計了研磨拋光機，實驗各種研磨材料。公元1668年，他制成了第一架反射望遠鏡樣機，這是第二大貢獻。公元1671年，牛頓把經(jīng)過改進得反射望遠鏡獻給了皇家學會，牛頓名聲大震，并被選為皇家學會會員。反射望遠鏡的發(fā)明奠定了現(xiàn)代大型光學天文望遠鏡的基礎(chǔ)。
同時，牛頓還進行了大量的觀察實驗和數(shù)學計算，比如研究惠更斯發(fā)現(xiàn)的冰川石的異常折射現(xiàn)象，胡克發(fā)現(xiàn)的肥皂泡的色彩現(xiàn)象，“牛頓環(huán)”的光學現(xiàn)象等等。
牛頓還提出了光的“微粒說”，認為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運動路徑。他的“微粒說”與后來惠更斯的“波動說”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。此外，他還制作了牛頓色盤等多種光學儀器。
構(gòu)筑力學大廈
牛頓是經(jīng)典力學理論的集大成者。他系統(tǒng)的總結(jié)了伽利略、開普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的萬有引力定律和牛頓運動三定律。
在牛頓以前，天文學是最顯赫的學科。但是為什么行星一定按照一定規(guī)律圍繞太陽運行?天文學家無法圓滿解釋這個問題。萬有引力的發(fā)現(xiàn)說明，天上星體運動和地面上物體運動都受到同樣的規(guī)律——力學規(guī)律的支配。
早在牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律以前，已經(jīng)有許多科學家嚴肅認真的考慮過這個問題。比如開普勒就認識到，要維持行星沿橢圓軌道運動必定有一種力在起作用，他認為這種力類似磁力，就像磁石吸鐵一樣。1659年，惠更斯從研究擺的運動中發(fā)現(xiàn)，保持物體沿圓周軌道運動需要一種向心力。胡克等人認為是引力，并且試圖推到引力和距離的關(guān)系。
1664年，胡克發(fā)現(xiàn)彗星靠近太陽時軌道彎曲是因為太陽引力作用的結(jié)果;1673年，惠更斯推導出向心力定律;1679年，胡克和哈雷從向心力定律和開普勒第三定律，推導出維持行星運動的萬有引力和距離的平方成反比。
牛頓自己回憶，1666年前后，他在老家居住的時候已經(jīng)考慮過萬有引力的問題。最有名的一個說法是：在假期里，牛頓常常在花園里小坐片刻。有一次，象以往屢次發(fā)生的那樣，一個蘋果從樹上掉了下來……
一個蘋果的偶然落地，卻是人類思想史的一個轉(zhuǎn)折點，它使那個坐在花園里的人的頭腦開了竅，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物體都受到差不多總是朝向地心的吸引呢?牛頓思索著。終于，他發(fā)現(xiàn)了對人類具有劃時代意義的萬有引力。
牛頓高明的地方就在于他解決了胡克等人沒有能夠解決的數(shù)學論證問題。1679年，胡克曾經(jīng)寫信問牛頓，能不能根據(jù)向心力定律和引力同距離的平方成反比的定律，來證明行星沿橢圓軌道運動。牛頓沒有回答這個問題。1685年，哈雷登門拜訪牛頓時，牛頓已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律：兩個物體之間有引力，引力和距離的平方成反比，和兩個物體質(zhì)量的乘積成正比。
當時已經(jīng)有了地球半徑、日地距離等精確的數(shù)據(jù)可以供計算使用。牛頓向哈雷證明地球的引力是使月亮圍繞地球運動的向心力，也證明了在太陽引力作用下，行星運動符合開普勒運動三定律。
在哈雷的敦促下，1686年底，牛頓寫成劃時代的偉大著作《自然哲學的數(shù)學原理》一書?；始覍W會經(jīng)費不足，出不了這本書，后來靠了哈雷的資助，這部科學史上最偉大的著作之一才能夠在1687年出版。
牛頓在這部書中，從力學的基本概念(質(zhì)量、動量、慣性、力)和基本定律(運動三定律)出發(fā)，運用他所發(fā)明的微積分這一銳利的數(shù)學工具，不但從數(shù)學上論證了萬有引力定律，而且把經(jīng)典力學確立為完整而嚴密的體系，把天體力學和地面上的物體力學統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了物理學史上第一次大的綜合。
牛頓的三大衡定定律
物質(zhì)不滅定律，說的是物質(zhì)的質(zhì)量不滅;能量守恒定律，說的是物質(zhì)的能量守恒;動量守恒定律。
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