牛顿和力学三大基本定律

当时，人们已经知道光线通过棱镜会产生彩虹般的颜色，但并没有实际用途。相反，棱镜一直被用在魔术中，所以很多人认为这只是魔术师的把戏。

牛顿可能认为三棱镜不仅仅是一个把戏，因为它显示的颜色与他的想法一模一样。在三棱镜前，他尝试用一个有小孔的物体挤压自己的眼睛，以产生彩虹的颜色。这个方法差点让他双目失明。看来天才不仅需要努力，天才还需要冒着生命危险。

1665年夏天，牛顿经常把自己锁在一个封闭的小房间里，只留下一个小洞，阳光从小洞里直接照射进来。当光穿过大棱镜时，它会变成彩色的。但当一种颜色的色光通过另一个小棱镜时，它并不会变成更多的颜色。牛顿得出结论，白光是复合光，由穿过棱镜的单色光组成。

这种现象后来被称为“色散”。如今，分散现象已被纳入小学甚至幼儿园的教科书中。不过在那个年代，根据这个观点写一篇论文就足以获得博士学位了。牛顿实际上是世界上最前沿的数学家和科学家之一，但没有人知道。

玩过棱镜后，牛顿对制造产生了浓厚的兴趣。经过反复思考，牛顿发明了一种新的望远镜。这种望远镜不需要凹凸镜或变形镜片。这完全取决于光的反射。这就是为什么它被称为反射望远镜。

前面提到过，伽利略和开普勒都独立发明了望远镜，但他们都遇到了同样的问题：——体积庞大，所以一般高清望远镜都安装在阁楼上，而用于导航的则必须在清晰度和尺寸方面考虑。这是多么大的妥协啊，更不用说随身携带了。牛顿恰恰改变了这一点。他的望远镜很小而且很清晰。同样的效果，体积缩小到原来的1/10。这成为航海家的最佳选择和下一个更有用的仪器。这就是所谓的GPS。这就像计算机的发展史一样。起初它太胖了，放不下几层楼，但后来它可以“搬”到家里了。现在它只占桌子的一小部分。令人惊讶的是，人们认为它太大了，所以他们将它设计成适合手掌和口袋。正是这样：昔日，王谢堂面前的燕子飞进了寻常百姓家。

回到运动力学，伽利略已经解决了一半以上的问题，但他还没有能够对——进行最终的定量分析。这些正是牛顿上大学时在小纸条上列出的内容。此时的牛顿每天还在强迫自己思考这些问题，他很可能重复了伽利略的铜球实验。

1665年，他推导出著名的力学三定律：

1、牛顿第一定律：所有物体在不受外力作用时始终保持匀速直线运动或静止；也称为惯性定律。

2、牛顿第二定律：物体的加速度与物体所受的净外力成正比，与物体的质量成反比。加速度的方向与净外力的方向相同。可用公式表示：F=mdv/dt。这是牛顿用微分语言描述的公式，翻译成普通话：F=ma，其中F是外力，m是质量，a是伽利略提出的加速度。

3、牛顿第三定律：作用力和反作用力分别作用在两个物体上。它们大小相等，方向相反，作用在同一直线上，同时消失和存在，具有相同的性质。

基本上所有的动力学问题都可以用力学定律来解答，大到蚂蚁移动，小到火箭飞上天，还有地震、火山、海水入侵等等，这里都有解释。但还有一个小问题——重力。

引力也是一种力，与三大定律各有呼应，伽利略对动力学的研究就是从引力开始的。但重力与普通力不同。重力可以远距离作用，并且可以在不相互接触的情况下作用，而普通力必须紧密接触。如果说有什么“空中取物”或者“雪中漫步寻梅花”，要么是魔法中的，要么是武侠小说中的，要么是借助空气的。也许亚里士多德也认识到了这一点，所以他认为引力是物质的固有属性，不能与其他力相比。然而，这违背了“万物论”的精神：如果神真的创造了万物，那么他的旧人绝对不会偏袒另一物。

当然，自然界还有另一种力不需要零距离作用，比如磁铁的磁力。这可能是因为开普勒认为天体之间的吸引力也像磁力一样，所以将其命名为“磁力”。

笛卡尔更进一步，引入了古希腊人的“以太”。他相信天体之间存在“引力”。这种引力通过以太传播，但传播方式有些不符合开普勒定律（请参阅上次）。