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自然哲學的數學原理
「武林至尊,屠龍寶刀。號令天下,莫敢不從。倚天不出,誰與爭鋒」。牛頓在 1687 年 7 月 5 日出版了自然科學界的第一部經典著作「自然哲學的數學原理」(另外一部是 1859 年達爾文的物種起源)。這本書籍不僅是用數學的語言描述自然現象,更奠定了牛頓在物理學界屠龍寶刀的地位。
在牛頓出現之前,運動學有兩個派別:一個是天上的,由 Kepler 的三個運動定律所統攝;一是人間的,是 Galileo 所描述的落體運動。大學剛畢業的牛頓,仔細玩賞 Kepler 的三個運動定律後,便可以由萬有引力公式推演出 Kepler 的三個運動定律,於是他開始編寫「自然哲學的數學原理」一書。
此書共有三冊。第一冊是描述他的三個運動定律,以及微積分的定理,第二冊則是探討阻力下的運動,第三冊是把第一冊的數學結果用到自然現象上。牛頓了解,所謂的「武林至尊」,不在寶刀本身,而是在刀中所藏的「武穆遺書」,也就是應付動力學的利器-微積分。就如其書名所示,這本書的主旨是用數學的語言來描述、來推敲自然的現象。用現代的語言來說,其實就是「物理數學」。
英國數學家 Ian Stewart:「數學之於自然界,有如福爾摩斯之於線索」,正是為「自然哲學的數學原理」這本書下了最佳的注解。
圖一、自然哲學的數學原理