2024年6月6日发(作者：招盼夏)
关于牛顿的伟大事迹
牛顿是世界近代科学技术史上伟大的物理学家、天文学家和数学家。牛顿是人类认识
自然界漫长历程中的一个重要人物，他的科学贡献已成为人类认识自然的里程碑。下面是
店铺跟大家分享的牛顿伟大事迹，欢迎大家来阅读学习。
牛顿的人物生平
1.少年牛顿
1643年1月4日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里，牛顿诞生了。
牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没
有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位名垂千古的科学巨人，并且竟活到了
84岁的高龄。
牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外
祖母身边抚养。11岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后爸所生的一子二女回到牛顿身
边。牛顿自幼沉默寡言、性格倔强，这种习性可能来自他的家庭处境。
大约从五岁开始，牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童，他资质平常、
成绩
一般，但他喜欢读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受
到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。
传说小牛顿把风车的机械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他将老鼠绑在一
架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放上一粒玉米，刚好那地方是老鼠可望不可及的位
置。老鼠想吃玉米，就不断的跑动，于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时，在绳子上
悬挂着小灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟。每天早晨，小水钟
会自动滴水到他的脸上，催他起床。他还喜欢绘画、雕刻，尤其喜欢刻日晷，家里墙角、
窗台上到处安放着他刻画的日晷，用以验看日影的移动。
牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，但
牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做
科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，使他受到了化学试
验的熏陶。
牛顿在中学时代学习成绩并不出众，只是爱好读书，对自然现象有好奇心，例如颜色、
日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记，又
喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。
当时英国社会渗透某宗教新思想，牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚，这可能影
响牛顿晚年的宗教生活。从这些平凡的环境和活动中，还看不出幼年的牛顿是个才能出众
异于常人的儿童。
后来迫于生活，母亲让牛顿停学在家务农，赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷，
以至经常忘了干活。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳
求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。有一次，牛顿的舅父起了疑心，就跟踪牛顿
上市镇去，发现他的外甥伸着腿，躺在草地上，正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿
的好学精神感动了舅父，于是舅父劝服了母亲让牛顿复学，并鼓励牛顿上大学读书。牛顿
又重新回到了学校，如饥似渴地汲取着书本上的营养。
2.求学岁月
1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收
入支付学费，1664年成为奖学金获得者，1665年获学士学位。
17世纪中叶，剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味，当牛顿
进入剑桥时，那里还在传授一些经院式课程，如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。
两年后三一学院出现了新气象，卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座，规定讲授自然科学知
识，如地理、物理、天文和数学课程。
讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼，看出了牛顿
具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方
法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。
在这段学习过程中，牛顿掌握了算术、三角，读了开普勒的《光学》，笛卡尔的《几
何学》和《哲学原理》，伽利略的《两大世界体系的对话》，胡克的《显微图集》，还有
皇家学会的历史和早期的哲学学报等。
牛顿在巴罗门下的这段时间，是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁，精于数学
和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，认为牛顿的数学才华超过自己。后来，牛顿在回忆时
说道：“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，也许正是这些课程促使我去研究这方面的
问题。”
当时，牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡
尔的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著
作。其中，对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》，
它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿～解析几何与微积分。1664年，牛顿被选为巴罗
的助手，第二年，剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。
1665～1666年严重的鼠疫席卷了伦敦，剑桥离伦敦不远，为恐波及，学校因此而停
课，牛顿于1665年6月离校返乡。
由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养，对探索自然现象产生浓厚的兴趣，
家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔。1665～1666年这段短暂的时光成为牛顿科学
生涯中的黄金岁月，他在自然科学领域内思潮奔腾，才华迸发，思考前人从未思考过的问
题，踏进了前人没有涉及的领域，创建了前所未有的惊人业绩。
1665年初，牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年
11月，创立正流数法(微分);次年1月，用三棱镜研究颜色理论;5月，开始研究反流数法
(积分)。这一年内，牛顿开始想到研究重力问题，并想把重力理论推广到月球的运动轨道
上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心
的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说，说的也是此时发生的轶事。
总之，在家乡居住的两年中，牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造，
并关心自然哲学问题。他的三大成就：微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕
育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。
1667年复活节后不久，牛顿返回到剑桥大学，10月1日被选为三一学院的仲院侣(初
级院委)，翌年3月16日获得硕士学位，同时成为正院侣(高级院委)。1669年10月27
日，巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职，26岁的牛顿晋升为数学教授，并担任卢卡斯
讲座的教授。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路，如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助，牛
顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上。巴罗让贤，这在科学史上一直被传为佳话。
3.晚年牛顿
对于牛顿的晚年，人们普遍存在一些“误解”。认为牛顿开始相信上帝。但事实并非
如此。对于微积分的研究是牛顿晚年的研究重点。微积分可以在实验的基础上推导出物理
量之间关系的函数形式，但具体函数物无从知晓(简单来说，就是知道谁和谁呈正比或反
比关系，但作为初始条件的比例系数不知道)，只能通过实验得知。所以，牛顿提出“上
帝第一次推动”这一个概念，就是说，像密度等物质固有属性是大自然自己制定的，无法
更改，也无从推导。而人们的误解普遍来源于“上帝第一次推动”，误解为“上帝第一次
推动力”(牛顿生活的时代还没有力的物理概念，牛顿定律是牛顿通过动量形式表达出来
的)。
4.宗教观点
万有引力定律是牛顿最著名的发现。牛顿警告，不可用此发现把宇宙看成只是机器，
犹如一个大时钟。他说：“重力解释行星的运行，但不能解释谁使行星运行。上帝治理万
物，知道一切可做或能做的事。”但是牛顿不相信三位一体论和救恩，他明确表示不相信
三位一体和很多基本某宗教教义比如救恩，也不相信祷告。而且讽刺的是，他是神圣的剑
桥大学三一学院的院士。著名科学哲学家李察·威斯科(Richard Westfall)称牛顿为“原型
自然神论者”(proto-deist)，所谓“自然神论”，是相信神创造这世界之后，就让自然规
律去统治这个世界，自己再不插手，世界在自然规律的支配下运转。牛顿正是抱着这种宇
宙观，所以牛顿对事情的解释是自然规律加概率，当然没祷告什么事。在他那部著名的著
作里面，牛顿明确地说：他认为天体之所以会运动，是因为天主创造了万物以后， 也设
定了各种自然规律， 比如运动定律等等。天主先把它们一推，然后天体就按“动者恒动”
的定律一直运动下去，事物都就按照自然规律和概率顺其自然的发生。天主不再作任何事
情。牛顿的宇宙观，属于宗教的另外一个分支，也叫做“机械宇宙观”、或者“钟表宇宙
观”。这种见解当然与某宗教的基本教义相去甚远，难怪循道会创始人约翰·卫斯理(John
Welsey)对牛顿的信仰表示怀疑。
牛顿的成就影响
《流数法》(Method of Fluxions，1671)
《Of Natures Obvious Laws & Processes in Vegetation》(1671–75)有关炼金术
未完成的作品
《物体在轨道中之运动》(De Motu Corporum in Gyrum，1684)
《自然哲学的数学原理》(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica，1687)
《光学》(Opticks，1704)
《作为铸币厂主管的报告》(Reports as Master of the Mint，1701-1725)
《广义算术》(Arithmetica Universalis，1707)
《简编年史》(Short Chronicle)、《世界之体系》(The System of the World)、
《光学讲稿》(Optical Lectures)、《古王国年表，修订》(The Chronology of Ancient
Kingdoms, Amended)和《De mundi systemate》在他死后的1728年出版。
《两处著名圣经讹误的历史变迁》 (An Historical Account of Two Notable
Corruptions of Scripture，1754)
1.创立微积分
大多数现代历史学家都相信，牛顿与莱布尼茨独立发展出了微积分学，并为之创造了
各自独特的符号。根据牛顿周围的人所述，牛顿要比莱布尼茨早几年得出他的方法，但在
1693年以前他几乎没有发表任何内容，并直至1704年他才给出了其完整的叙述。其间，
莱布尼茨已在1684年发表了他的方法的完整叙述。此外，莱布尼茨的符号和“微分法”
被欧洲大陆全面地采用，在大约1820年以后，英国也采用了该方法。莱布尼茨的笔记本
记录了他的思想从初期到成熟的发展过程，而在牛顿已知的记录中只发现了他最终的结果。
牛顿声称他一直不愿公布他的微积分学，是因为他怕被人们嘲笑。牛顿与瑞士数学家尼古
拉·法蒂奥·丢勒(Nicolas Fatio de Duillier)的联系十分密切，后者一开始便被牛顿的引力
定律所吸引。1691年，丢勒打算编写一个新版本的牛顿《自然哲学的数学原理》，但从
未完成它。一些研究牛顿的传记作者认为他们之间的关系可能存在爱情的成分。不过，在
1694年这两个人之间的关系冷却了下来。在那个时候，丢勒还与莱布尼茨交换了几封信
件。
在1699年初，皇家学会(牛顿也是其中的一员)的其他成员们指控莱布尼茨剽窃了牛
顿的成果，争论在1711年全面爆发了。牛顿所在的英国皇家学会宣布，一项调查表明了
牛顿才是真正的发现者，而莱布尼茨被斥为骗子。但在后来，发现该调查评论莱布尼茨的
结语是由牛顿本人书写，因此该调查遭到了质疑。这导致了激烈的牛顿与莱布尼茨的微积
分学论战，并破坏了牛顿与莱布尼茨的生活，直到后者在1716年逝世。这场争论在英国
和欧洲大陆的数学家间划出了一道鸿沟，并可能阻碍了英国数学至少一个世纪的发展。
牛顿的一项被广泛认可的成就是广义二项式定理，它适用于任何幂。他发现了牛顿恒
等式、牛顿法，分类了立方面曲线(两变量的三次多项式)，为有限差理论作出了重大贡献，
并首次使用了分式指数和坐标几何学得到丢番图方程的解。他用对数趋近了调和级数的部
分和(这是欧拉求和公式的一个先驱)，并首次有把握地使用幂级数和反转(revert)幂级数。
他还发现了π的一个新公式。
他在1669年被授予卢卡斯数学教授席位。在那一天以前，剑桥或牛津的所有成员都
是经过任命的圣公会牧师。不过，卢卡斯教授之职的条件要求其持有者不得活跃于教堂
(大概是如此可让持有者把更多时间用于科学研究上)。牛顿认为应免除他担任神职工作的
条件，这需要查理二世的许可，后者接受了牛顿的意见。这样避免了牛顿的宗教观点与圣
公会信仰之间的冲突。
2.提出光的微粒说
从1670年到1672年，牛顿负责讲授光学。在此期间，他研究了光的折射，表明棱
镜可以将白光发散为彩色光谱，而透镜和第二个棱镜可以将彩色光谱重组为白光。他还通
过分离出单色的光束，并将其照射到不同的物体上的实验，发现了色光不会改变自身的性
质。牛顿还注意到，无论是反射、散射或发射，色光都会保持同样的颜色。因此，我们观
察到的颜色是物体与特定有色光相合的结果，而不是物体产生颜色的结果。
从这项工作中，他得出了如下结论：任何折光式望远镜都会受到光散射成不同颜色的
影响，并因此发明了反射式望远镜(现称作牛顿望远镜)来回避这个问题。他自己打磨镜片，
使用牛顿环来检验镜片的光学品质，制造出了优于折光式望远镜的仪器，而这都主要归功
于其大直径的镜片。1671年，他在皇家学会上展示了自己的反射式望远镜。皇家学会的
兴趣鼓励了牛顿发表他关于色彩的笔记，这在后来扩大为《光学》(Opticks)一书。但当
罗伯特·胡克批评了牛顿的某些观点后，牛顿对其很不满并退出了辩论会。两人自此以后
成为了敌人，这一直持续到胡克去世。
牛顿认为光是由粒子或微粒组成的，并会因加速通过光密介质而折射，但他也不得不
将它们与波联系起来，以解释光的衍射现象。而其后世的物理学家们则更加偏爱以纯粹的
光波来解释衍射现象。现代的量子力学、光子以及波粒二象性的思想与牛顿对光的理解只
有很小的相同点。
在1675年的著作《解释光属性的解说》(Hypothesis Explaining the Properties of
Light)中，牛顿假定了以太的存在，认为粒子间力的传递是透过以太进行的。不过牛顿在
与神智学家亨利·莫尔(Henry More)接触后重新燃起了对炼金术的兴趣，并改用源于汉密
斯神智学(Hermeticism)中粒子相吸互斥思想的神秘力量来解释，替换了先前假设以太存
在的看法。拥有许多牛顿炼金术著作的经济学大师约翰·梅纳德·凯恩斯曾说：“牛顿不是
理性时代的第一人，他是最后的一位炼金术士。”但牛顿对炼金术的兴趣却与他对科学的
贡献息息相关，而且在那个时代炼金术与科学也还没有明确的区别。如果他没有依靠神秘
学思想来解释穿过真空的超距作用，他可能也不会发展出他的引力理论。(参见艾萨克·牛
顿的神秘学研究)
1704年，牛顿著成《光学》，其中他详述了光的粒子理论。他认为光是由非常微小
的微粒组成的，而普通物质是由较粗微粒组成，并推测如果通过某种炼金术的转化“难道
物质和光不能互相转变吗?物质不可能由进入其结构中的光粒子得到主要的动力(Activity)
吗?牛顿还使用玻璃球制造了原始形式的摩擦静电发电机。
3.牛顿力学
1679年，牛顿重新回到力学的研究中：引力及其对行星轨道的作用、开普勒的行星
运动定律、与胡克和弗拉姆斯蒂德在力学上的讨论。他将自己的成果归结在《物体在轨道
中之运动》(1684年)一书中，该书中包含有初步的、后来在《原理》中形成的运动定律。
《自然哲学的数学原理》(现常简称作《原理》)在埃德蒙·哈雷的鼓励和支持下出版于
1687年7月5日。该书中牛顿阐述了其后两百年间都被视作真理的三大运动定律。牛顿
使用拉丁单词“gravitas”(沉重)来为现今的引力(gravity)命名，并定义了万有引力定律。
在这本书中，他还基于波义耳定律提出了首个分析测定空气中音速的方法。
由于《原理》的成就，牛顿得到了国际性的认可，并为他赢得了一大群支持者：牛顿
与其中的瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒建立了非常亲密的关系，直到1693年他们的友谊
破裂。这场友谊的结束让牛顿患上了神经衰弱。
4.中国影响
牛顿生活的年代相当于明亡之前一年到清雍正5年，《自然哲学的数学原理》一书发
表的时间相当于康熙25年。从牛顿《原理》发表的1687年到1840年的150余年间，
牛顿物理学和天文学知识几乎没有介绍到中国。《原理》一书的基本内容直到鸦片战争之
后才在中国传播。
哥白尼的太阳中心说、开普勒的椭圆轨道、牛顿的万有引力三者相继传入中国，它们
和中土奉为圭臬的“天动地静”、“天圆地方”、“阴阳相感”的传统有天壤之别。这就
不能不引起中国人的巨大反响。牛顿学说在中国的传播决不只是影响了学术界，唤醒了人
们对于科学真理的认识。更重要的是，也为中国资产阶级改革派发起的戊戌变法(1898年)
提供了一种舆论准备。这个运动的主将康有为、梁启超和谭嗣同等人，都无例外地从牛顿
学说中寻找维新变法的根据，尤其是牛顿在科学上革故图新的精神鼓舞了清代一切希望变
革社会的有志之士。
牛顿的主要贡献
力学方面的贡献
牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究，总结出了物体运动的三个基本定律
(牛顿三定律)：
第一定律
即惯性定律
任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡时(Fnet=0)，总保持匀速直线运动或静
止状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。
第二定律
1)牛顿第二定律是力的瞬时作用规律。力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝。
⑵F=ma是一个矢量方程，应用时应规定正方向，凡与正方向相同的力或加速度均取正值，
反之取负值，一般常取加速度的方向为正方向。 ⑶根据力的独立作用原理，用牛顿第二
定律处理物体在一个平面内运动的问题时，可将物体所受各力正交分解，在两个互相垂直
的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式：Fx=max，Fy=may列方程。牛顿第二定律
的六个性质⑴因果性：力是产生加速度的原因。 ⑵同体性：F合、m、a对应于同一物
体。 ⑶矢量性：力和加速度都是矢量，物体加速度方向由物体所受合外力的方向决定。
牛顿第二定律数学表达式∑F = ma中，等号不仅表示左右两边数值相等，也表示方向
一致，即物体加速度方向与所受合外力方向相同。 ⑷瞬时性：当物体(质量一定)所受外
力发生突然变化时，作为由力决定的加速度的大小和方向也要同时发生突变;当合外力为
零时，加速度同时为零，加速度与合外力保持一一对应关系。牛顿第二定律是一个瞬时对
应的规律，表明了力的瞬间效应。 ⑸相对性：自然界中存在着一种坐标系，在这种坐标
系中，当物体不受力时将保持匀速直线运动或静止状态，这样的坐标系叫惯性参照系。地
面和相对于地面静止或作匀速直线运动的物体可以看作是惯性参照系，牛顿定律只在惯性
参照系中才成立。
⑹独立性：作用在物体上的各个力，都能各自独立产生一个加速度，各个力产生的加
速度的失量和等于合外力产生的加速度。适用范围⑴只适用于低速运动的物体(与光速比
速度较低)。 ⑵只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观原子。 ⑶参照系应为
惯性系。两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。(详
见牛顿第三运动定律)表达式 F=-F'
第三定律
(F表示作用力，F'表示反作用力，负号表示反作用力F'与作用力F的方向相反)这三个
非常简单的物体运动定律，为力学奠定了坚实的基础，并对其他学科的发展产生了巨大影
响。第一定律的内容伽利略曾提出过，后来R.笛卡儿作过形式上的改进，伽利略也曾非正
式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯
等人的结果之后得出的。
牛顿是万有引力定律的发现者。他在1665～1666年开始考虑这个问题。万有引力定
律(Law of universal gravitation)是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上
发表的。1679年，R·胡克在写给他的信中提出，引力应与距离平方成反比，地球高处抛
体的轨道为椭圆，假设地球有缝，抛体将回到原处，而不是像牛顿所设想的轨道是趋向地
心的螺旋线。牛顿没有回信，但采用了胡克的见解。在开普勒行星运动定律以及其他人的
研究成果上，他用数学方法导出了万有引力定律。
牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学
理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律，实现了自然科学的第一次大
统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。
牛顿指出流体粘性阻力与剪切率成正比。他说：流体部分之间由于缺乏润滑性而引起
的阻力，如果其他都相同，与流体部分之间分离速度成比例。在此把符合这一规律的流体
称为牛顿流体，其中包括最常见的水和空气，不符合这一规律的称为非牛顿流体。
在给出平板在气流中所受阻力时，牛顿对气体采用粒子模型，得到阻力与攻角正弦平
方成正比的结论。这个结论一般地说并不正确，但由于牛顿的权威地位，后人曾长期奉为
信条。20世纪，T·卡门在总结空气动力学的发展时曾风趣地说，牛顿使飞机晚一个世纪上
天。
关于声的速度，牛顿正确地指出，声速与大气压力平方根成正比，与密度平方根成反
比。但由于他把声传播当作等温过程，结果与实际不符，后来P.-S.拉普拉斯从绝热过程考
虑，修正了牛顿的声速公式。
数学方面的贡献
创建微积分
17世纪以来，原有的几何和代数已难以解决当时生产和自然科学所提出的许多新问
题，例如：如何求出物体的瞬时速度与加速度?如何求曲线的切线及曲线长度(行星路程)、
矢径扫过的面积、极大极小值(如近日点、远日点、最大射程等)、体积、重心、引力等等;
尽管牛顿以前已有对数、解析几何、无穷级数等成就，但还不能圆满或普遍地解决这些问
题。当时笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》对牛顿的影响最大。牛顿将古希腊
以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法：正流数术(微分)和反流数术(积分)，
反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的
《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书中，以及被保存下来的1666年10月他写的在
朋友们中间传阅的一篇手稿《论流数》中。所谓“流量”就是随时间而变化的自变量如x、
y、s、u等，“流数”就是流量的改变速度即变化率，写作等。他说的“差率”“变率”
就是微分。与此同时，他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开定理。牛顿利用它
还发现了其他无穷级数，并用来计算面积、积分、解方程等等。1684年莱布尼兹从对曲
线的切线研究中引入了和拉长的S作为微积分符号，从此牛顿创立的微积分学在大陆各国
迅速推广。
微积分的出现，成了数学发展中除几何与代数以外的另一重要分支——数学分析(牛
顿称之为“借助于无限多项方程的分析”)，并进一步进进发展为微分几何、微分方程、
变分法等等，这些又反过来促进了理论物理学的发展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落
曲线的解答，这是变分法的最初始问题，半年内全欧数学家无人能解答。1697年，一天
牛顿偶然听说此事，当天晚上一举解出，并匿名刊登在《哲学学报》上。伯努利惊异地说：
“从这锋利的爪中我认出了雄狮”。
微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题，才创立这种和物理概
念直接联系的数学理论的，牛顿称之为"流数术"。它所处理的一些具体问题，如切线问题、
求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等，在牛顿前已经得到人们的研究
了。但牛顿超越了前人，他站在了更高的角度，对以往分散的结论加以综合，将自古希腊
以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分，并确立了这两类
运算的互逆关系，从而完成了微积分发明中最关键的一步，为近代科学发展提供了最有效
的工具，开辟了数学上的一个新纪元。
牛顿没有及时发表微积分的研究成果，他研究微积分可能比莱布尼茨早一些，但是莱
布尼茨所采取的表达形式更加合理，而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早。
在牛顿和莱布尼茨之间，为争论谁是这门学科的创立者的时候，竟然引起了一场悍然
大波，这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间，造成了欧洲
大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国，囿于民族偏见，
过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前，因而数学发展整整落后了一百年。
1707年，牛顿的代数讲义经整理后出版，定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数
基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数基本概念与基本运算，
用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程，同时对方程的根及其性质进行了深入探
讨，引出了方程论方面的丰硕成果，如：他得出了方程的根与其判别式之间的关系，指出
可以利用方程系数确定方程根之幂的和数，即“牛顿幂和公式”。
牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲
率中心，给出密切线圆(或称曲线圆)概念，提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自
己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》，于1704年发表。此外，他的数学工作
还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。
牛顿在前人工作的基础上，提出“流数(fluxion)法”，建立了二项式定理，并和G.W.
莱布尼茨几乎同时创立了微积分学，得出了导数、积分的概念和运算法则，阐明了求导数
和求积分是互逆的两种运算，为数学的发展开辟了一个新纪元。
二项式定理
在一六六五年，刚好二十二岁的牛顿发现了二项式定理，这对于微积分的充分发展是
必不可少的一步。二项式定理在组合理论、开高次方、高阶等差数列求和，以及差分法中
有广泛的应用。
二项式级数展开式是研究级数论、函数论、数学分析、方程理论的有力工具。在今天
我们会发觉这个方法只适用于n是正整数，当n是正整数1，2，3，....... ，级数终止在正
好是n+1项。如果n不是正整数，级数就不会终止，这个方法就不适用了。但是我们要
知道那时，莱布尼茨在一六九四年才引进函数这个词，在微积分早期阶段，研究超越函数
时用它们的级来处理是所用方法中最有成效的。
热学方面的贡献
牛顿确定了冷却定律，即当物体表面与周围有温差时，单位时间内从单位面积上散失
的热量与这一温差成正比。
天文学的贡献
牛顿1672年创制了反射望远镜。他用质点间的万有引力证明，密度呈球对称的球体
对外的引力都可以用同质量的质点放在中心的位置来代替。他还用万有引力原理说明潮汐
的各种现象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有关，而且同太阳的方位有关。牛顿预言
地球不是正球体。岁差就是由于太阳对赤道突出部分的摄动造成的。
哲学方面的贡献
牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义，他承认时间、空间的客观存在。如同历史
上一切伟大人物一样，牛顿虽然对人类作出了巨大的贡献，但他也不能不受时代的限制。
例如，他把时间、空间看作是同运动着的物质相脱离的东西，提出了所谓绝对时间和绝对
空间的概念;他对那些暂时无法解释的自然现象归结为上帝的安排，提出一切行星都是在
某种外来的“第一推动力”作用下才开始运动的说法。
《自然哲学的数学原理》牛顿最重要的著作，1687年出版。该书总结了他一生中许
多重要发现和研究成果，其中包括上述关于物体运动的定律。他说，该书“所研究的主要
是关于重、轻流体抵抗力及其他吸引运动的力的状况，所以我们研究的是自然哲学的数学
原理。”该书传入中国后，中国数学家李善兰曾译出一部分，但未出版，译稿也遗失了。
现有的中译本是数学家郑太朴翻译的，书名为《自然哲学之数学原理》，1931年商务印
书馆初版，1957、1958年两次重印。
经济学方面的贡献：提出金本位制度。
方程论与变分法
牛顿在代数方面也作出了经典的贡献，他的《广义算术》大大推动了方程论。他发现
实多项式的虚根必定成双出现，求多项式根的上界的规则，他以多项式的系数表示多项式
的根n次幂之和公式，给出实多项式虚根个数的限制的笛卡儿符号规则的一个推广。
牛顿在还设计了求数值方程的实根近似值的对数和超越方程都适用的一种方法，该方
法的修正，现称为牛顿方法。
牛顿在力学领域也有伟大的发现，这是说明物体运动的科学。
第—运动定律是伽利略发现的。这个定律阐明，如果物体处于静止或作恒速直线运动，
那么只要没有外力作用，它就仍将保持静止或继续作匀速直线运动。这个定律也称惯性定
律，它描述了力的一种性质：力可以使物体由静止到运动和由运动到静止，也可以使物体
由一种运动形式变化为另一种形式。此被称为牛顿第一定律。力学中最重要的问题是物体
在类似情况下如何运动。牛顿第二定律解决了这个问题;该定律被看作是古典物理学中最
重要的基本定律。牛顿第二定律定量地描述了力能使物体的运动产生变化。它说明速度的
时间变化率(即加速度a与力F成正比，而与物体的质量里成反比，即a=F/m或F=ma;力
越大，加速度也越大;质量越大，加速度就越小。力与加速度都既有量值又有方向。加速
度由力引起，方向与力相同;如果有几个力作用在物体上，就由合力产生加速度，第二定
律是最重要的，动力的所有基本方程都可由它通过微积分推导出来。
此外，牛顿根据这两个定律制定出第三定律。牛顿第三定律指出，两个物体的相互作
用总是大小相等而方向相反。对于两个直接接触的物体，这个定律比较易于理解。书本对
子桌子向下的压力等于桌子对书本的向上的托力，即作用力等于反作用力。引力也是如此，
飞行中的飞机向上拉地球的力在数值上等于地球向下拉飞机的力。牛顿运动定律广泛用于
科学和动力学问题上。
牛顿运动定律
牛顿运动定律是艾萨克·牛顿提出了物理学的三个运动定律的总称，被誉为是经典物
理学的基础。
为“牛顿第一定律(惯性定律：一切物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线
运动 状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。——它明确了力和运动的
关系及提出了惯性的概念)”、“牛顿第二定律(物体的加速度跟物体所受的合外力F成正
比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。)公式：F=kma(当m单
位为kg，a单位为m/s2时，k=1)、牛顿第三定律(两个物体之间的作用力和反作用力，
在同一条直线上，大小相等，方向相反。)”
光学贡献
在牛顿以前，墨子、培根、达·芬奇等人都研究过光学现象 。反射定律是人们很早就
认识的光学定律之一。近代科学兴起的时候，伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”，震惊了
世界。荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律。笛卡尔提出了光的微粒说……
牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人，也像伽利略、笛卡尔等前辈一样，
用极大的兴趣和热情对光学进行研究。1666年，牛顿在家休假期间，得到了三棱镜，他
用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后，分解成几种颜色的光谱带，牛顿
再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住，只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜，结
果出来的只是同样颜色的光。这样，他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的，这是
第一大贡献。
牛顿为了验证这个发现，设法把几种不同的单色光合成白光，并且计算出不同颜色光
的折射率，精确地说明了色散现象。揭开了物质的颜色之谜，原来物质的色彩是不同颜色
的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛顿把自己的研究成果发
表在《皇家学会哲学杂志》上，这是他第一次公开发表的论文。
许多人研究光学是为了改进折射望远镜。牛顿由于发现了白光的组成，认为折射望远
镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色
散现象)，就设计和制造了反射望远镜。
牛顿不但擅长数学计算，而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验。为了
制造望远镜，他自己设计了研磨抛光机，实验各种研磨材料。公元1668年，他制成了第
一架反射望远镜样机，这是第二大贡献。公元1671年，牛顿把经过改进得反射望远镜献
给了皇家学会，牛顿名声大震，并被选为皇家学会会员。反射望远镜的发明奠定了现代大
型光学天文望远镜的基础。
同时，牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算，比如研究惠更斯发现的冰川石的异
常折射现象，胡克发现的肥皂泡的色彩现象，“牛顿环”的光学现象等等。
牛顿还提出了光的“微粒说”，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运
动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外，
他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器。
构筑力学大厦
牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工
作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。
在牛顿以前，天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运
行?天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明，天上星体运动和地面上物体
运动都受到同样的规律——力学规律的支配。
早在牛顿发现万有引力定律以前，已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题。比
如开普勒就认识到，要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用，他认为这种力类
似磁力，就像磁石吸铁一样。1659年，惠更斯从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周
轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力，并且试图推到引力和距离的关系。
1664年，胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果;1673年，
惠更斯推导出向心力定律;1679年，胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出
维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。
牛顿自己回忆，1666年前后，他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最
有名的一个说法是：在假期里，牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次，象以往屡次发生的
那样，一个苹果从树上掉了下来……
一个苹果的偶然落地，却是人类思想史的一个转折点，它使那个坐在花园里的人的头
脑开了窍，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引
呢?牛顿思索着。终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。
牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1679年，
胡克曾经写信问牛顿，能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律，来证明
行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有回答这个问题。1685年，哈雷登门拜访牛顿时，牛顿已
经发现了万有引力定律：两个物体之间有引力，引力和距离的平方成反比，和两个物体质
量的乘积成正比。
当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地
球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力，也证明了在太阳引力作用下，行星运动符合开
普勒运动三定律。
在哈雷的敦促下，1686年底，牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》
一书。皇家学会经费不足，出不了这本书，后来靠了哈雷的资助，这部科学史上最伟大的
著作之一才能够在1687年出版。
牛顿在这部书中，从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)
出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，不但从数学上论证了万有引力定律，
而且把经典力学确立为完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实
现了物理学史上第一次大的综合。
牛顿的三大衡定定律
物质不灭定律，说的是物质的质量不灭;能量守恒定律，说的是物质的能量守恒;动量
守恒定律。
2024年6月6日发(作者：招盼夏)
关于牛顿的伟大事迹
牛顿是世界近代科学技术史上伟大的物理学家、天文学家和数学家。牛顿是人类认识
自然界漫长历程中的一个重要人物，他的科学贡献已成为人类认识自然的里程碑。下面是
店铺跟大家分享的牛顿伟大事迹，欢迎大家来阅读学习。
牛顿的人物生平
1.少年牛顿
1643年1月4日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里，牛顿诞生了。
牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没
有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位名垂千古的科学巨人，并且竟活到了
84岁的高龄。
牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外
祖母身边抚养。11岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后爸所生的一子二女回到牛顿身
边。牛顿自幼沉默寡言、性格倔强，这种习性可能来自他的家庭处境。
大约从五岁开始，牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童，他资质平常、
成绩
一般，但他喜欢读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受
到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。
传说小牛顿把风车的机械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他将老鼠绑在一
架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放上一粒玉米，刚好那地方是老鼠可望不可及的位
置。老鼠想吃玉米，就不断的跑动，于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时，在绳子上
悬挂着小灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟。每天早晨，小水钟
会自动滴水到他的脸上，催他起床。他还喜欢绘画、雕刻，尤其喜欢刻日晷，家里墙角、
窗台上到处安放着他刻画的日晷，用以验看日影的移动。
牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，但
牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做
科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，使他受到了化学试
验的熏陶。
牛顿在中学时代学习成绩并不出众，只是爱好读书，对自然现象有好奇心，例如颜色、
日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记，又
喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。
当时英国社会渗透某宗教新思想，牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚，这可能影
响牛顿晚年的宗教生活。从这些平凡的环境和活动中，还看不出幼年的牛顿是个才能出众
异于常人的儿童。
后来迫于生活，母亲让牛顿停学在家务农，赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷，
以至经常忘了干活。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳
求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。有一次，牛顿的舅父起了疑心，就跟踪牛顿
上市镇去，发现他的外甥伸着腿，躺在草地上，正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿
的好学精神感动了舅父，于是舅父劝服了母亲让牛顿复学，并鼓励牛顿上大学读书。牛顿
又重新回到了学校，如饥似渴地汲取着书本上的营养。
2.求学岁月
1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收
入支付学费，1664年成为奖学金获得者，1665年获学士学位。
17世纪中叶，剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味，当牛顿
进入剑桥时，那里还在传授一些经院式课程，如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。
两年后三一学院出现了新气象，卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座，规定讲授自然科学知
识，如地理、物理、天文和数学课程。
讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼，看出了牛顿
具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方
法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。
在这段学习过程中，牛顿掌握了算术、三角，读了开普勒的《光学》，笛卡尔的《几
何学》和《哲学原理》，伽利略的《两大世界体系的对话》，胡克的《显微图集》，还有
皇家学会的历史和早期的哲学学报等。
牛顿在巴罗门下的这段时间，是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁，精于数学
和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，认为牛顿的数学才华超过自己。后来，牛顿在回忆时
说道：“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，也许正是这些课程促使我去研究这方面的
问题。”
当时，牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡
尔的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著
作。其中，对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》，
它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿～解析几何与微积分。1664年，牛顿被选为巴罗
的助手，第二年，剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。
1665～1666年严重的鼠疫席卷了伦敦，剑桥离伦敦不远，为恐波及，学校因此而停
课，牛顿于1665年6月离校返乡。
由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养，对探索自然现象产生浓厚的兴趣，
家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔。1665～1666年这段短暂的时光成为牛顿科学
生涯中的黄金岁月，他在自然科学领域内思潮奔腾，才华迸发，思考前人从未思考过的问
题，踏进了前人没有涉及的领域，创建了前所未有的惊人业绩。
1665年初，牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年
11月，创立正流数法(微分);次年1月，用三棱镜研究颜色理论;5月，开始研究反流数法
(积分)。这一年内，牛顿开始想到研究重力问题，并想把重力理论推广到月球的运动轨道
上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心
的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说，说的也是此时发生的轶事。
总之，在家乡居住的两年中，牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造，
并关心自然哲学问题。他的三大成就：微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕
育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。
1667年复活节后不久，牛顿返回到剑桥大学，10月1日被选为三一学院的仲院侣(初
级院委)，翌年3月16日获得硕士学位，同时成为正院侣(高级院委)。1669年10月27
日，巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职，26岁的牛顿晋升为数学教授，并担任卢卡斯
讲座的教授。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路，如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助，牛
顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上。巴罗让贤，这在科学史上一直被传为佳话。
3.晚年牛顿
对于牛顿的晚年，人们普遍存在一些“误解”。认为牛顿开始相信上帝。但事实并非
如此。对于微积分的研究是牛顿晚年的研究重点。微积分可以在实验的基础上推导出物理
量之间关系的函数形式，但具体函数物无从知晓(简单来说，就是知道谁和谁呈正比或反
比关系，但作为初始条件的比例系数不知道)，只能通过实验得知。所以，牛顿提出“上
帝第一次推动”这一个概念，就是说，像密度等物质固有属性是大自然自己制定的，无法
更改，也无从推导。而人们的误解普遍来源于“上帝第一次推动”，误解为“上帝第一次
推动力”(牛顿生活的时代还没有力的物理概念，牛顿定律是牛顿通过动量形式表达出来
的)。
4.宗教观点
万有引力定律是牛顿最著名的发现。牛顿警告，不可用此发现把宇宙看成只是机器，
犹如一个大时钟。他说：“重力解释行星的运行，但不能解释谁使行星运行。上帝治理万
物，知道一切可做或能做的事。”但是牛顿不相信三位一体论和救恩，他明确表示不相信
三位一体和很多基本某宗教教义比如救恩，也不相信祷告。而且讽刺的是，他是神圣的剑
桥大学三一学院的院士。著名科学哲学家李察·威斯科(Richard Westfall)称牛顿为“原型
自然神论者”(proto-deist)，所谓“自然神论”，是相信神创造这世界之后，就让自然规
律去统治这个世界，自己再不插手，世界在自然规律的支配下运转。牛顿正是抱着这种宇
宙观，所以牛顿对事情的解释是自然规律加概率，当然没祷告什么事。在他那部著名的著
作里面，牛顿明确地说：他认为天体之所以会运动，是因为天主创造了万物以后， 也设
定了各种自然规律， 比如运动定律等等。天主先把它们一推，然后天体就按“动者恒动”
的定律一直运动下去，事物都就按照自然规律和概率顺其自然的发生。天主不再作任何事
情。牛顿的宇宙观，属于宗教的另外一个分支，也叫做“机械宇宙观”、或者“钟表宇宙
观”。这种见解当然与某宗教的基本教义相去甚远，难怪循道会创始人约翰·卫斯理(John
Welsey)对牛顿的信仰表示怀疑。
牛顿的成就影响
《流数法》(Method of Fluxions，1671)
《Of Natures Obvious Laws & Processes in Vegetation》(1671–75)有关炼金术
未完成的作品
《物体在轨道中之运动》(De Motu Corporum in Gyrum，1684)
《自然哲学的数学原理》(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica，1687)
《光学》(Opticks，1704)
《作为铸币厂主管的报告》(Reports as Master of the Mint，1701-1725)
《广义算术》(Arithmetica Universalis，1707)
《简编年史》(Short Chronicle)、《世界之体系》(The System of the World)、
《光学讲稿》(Optical Lectures)、《古王国年表，修订》(The Chronology of Ancient
Kingdoms, Amended)和《De mundi systemate》在他死后的1728年出版。
《两处著名圣经讹误的历史变迁》 (An Historical Account of Two Notable
Corruptions of Scripture，1754)
1.创立微积分
大多数现代历史学家都相信，牛顿与莱布尼茨独立发展出了微积分学，并为之创造了
各自独特的符号。根据牛顿周围的人所述，牛顿要比莱布尼茨早几年得出他的方法，但在
1693年以前他几乎没有发表任何内容，并直至1704年他才给出了其完整的叙述。其间，
莱布尼茨已在1684年发表了他的方法的完整叙述。此外，莱布尼茨的符号和“微分法”
被欧洲大陆全面地采用，在大约1820年以后，英国也采用了该方法。莱布尼茨的笔记本
记录了他的思想从初期到成熟的发展过程，而在牛顿已知的记录中只发现了他最终的结果。
牛顿声称他一直不愿公布他的微积分学，是因为他怕被人们嘲笑。牛顿与瑞士数学家尼古
拉·法蒂奥·丢勒(Nicolas Fatio de Duillier)的联系十分密切，后者一开始便被牛顿的引力
定律所吸引。1691年，丢勒打算编写一个新版本的牛顿《自然哲学的数学原理》，但从
未完成它。一些研究牛顿的传记作者认为他们之间的关系可能存在爱情的成分。不过，在
1694年这两个人之间的关系冷却了下来。在那个时候，丢勒还与莱布尼茨交换了几封信
件。
在1699年初，皇家学会(牛顿也是其中的一员)的其他成员们指控莱布尼茨剽窃了牛
顿的成果，争论在1711年全面爆发了。牛顿所在的英国皇家学会宣布，一项调查表明了
牛顿才是真正的发现者，而莱布尼茨被斥为骗子。但在后来，发现该调查评论莱布尼茨的
结语是由牛顿本人书写，因此该调查遭到了质疑。这导致了激烈的牛顿与莱布尼茨的微积
分学论战，并破坏了牛顿与莱布尼茨的生活，直到后者在1716年逝世。这场争论在英国
和欧洲大陆的数学家间划出了一道鸿沟，并可能阻碍了英国数学至少一个世纪的发展。
牛顿的一项被广泛认可的成就是广义二项式定理，它适用于任何幂。他发现了牛顿恒
等式、牛顿法，分类了立方面曲线(两变量的三次多项式)，为有限差理论作出了重大贡献，
并首次使用了分式指数和坐标几何学得到丢番图方程的解。他用对数趋近了调和级数的部
分和(这是欧拉求和公式的一个先驱)，并首次有把握地使用幂级数和反转(revert)幂级数。
他还发现了π的一个新公式。
他在1669年被授予卢卡斯数学教授席位。在那一天以前，剑桥或牛津的所有成员都
是经过任命的圣公会牧师。不过，卢卡斯教授之职的条件要求其持有者不得活跃于教堂
(大概是如此可让持有者把更多时间用于科学研究上)。牛顿认为应免除他担任神职工作的
条件，这需要查理二世的许可，后者接受了牛顿的意见。这样避免了牛顿的宗教观点与圣
公会信仰之间的冲突。
2.提出光的微粒说
从1670年到1672年，牛顿负责讲授光学。在此期间，他研究了光的折射，表明棱
镜可以将白光发散为彩色光谱，而透镜和第二个棱镜可以将彩色光谱重组为白光。他还通
过分离出单色的光束，并将其照射到不同的物体上的实验，发现了色光不会改变自身的性
质。牛顿还注意到，无论是反射、散射或发射，色光都会保持同样的颜色。因此，我们观
察到的颜色是物体与特定有色光相合的结果，而不是物体产生颜色的结果。
从这项工作中，他得出了如下结论：任何折光式望远镜都会受到光散射成不同颜色的
影响，并因此发明了反射式望远镜(现称作牛顿望远镜)来回避这个问题。他自己打磨镜片，
使用牛顿环来检验镜片的光学品质，制造出了优于折光式望远镜的仪器，而这都主要归功
于其大直径的镜片。1671年，他在皇家学会上展示了自己的反射式望远镜。皇家学会的
兴趣鼓励了牛顿发表他关于色彩的笔记，这在后来扩大为《光学》(Opticks)一书。但当
罗伯特·胡克批评了牛顿的某些观点后，牛顿对其很不满并退出了辩论会。两人自此以后
成为了敌人，这一直持续到胡克去世。
牛顿认为光是由粒子或微粒组成的，并会因加速通过光密介质而折射，但他也不得不
将它们与波联系起来，以解释光的衍射现象。而其后世的物理学家们则更加偏爱以纯粹的
光波来解释衍射现象。现代的量子力学、光子以及波粒二象性的思想与牛顿对光的理解只
有很小的相同点。
在1675年的著作《解释光属性的解说》(Hypothesis Explaining the Properties of
Light)中，牛顿假定了以太的存在，认为粒子间力的传递是透过以太进行的。不过牛顿在
与神智学家亨利·莫尔(Henry More)接触后重新燃起了对炼金术的兴趣，并改用源于汉密
斯神智学(Hermeticism)中粒子相吸互斥思想的神秘力量来解释，替换了先前假设以太存
在的看法。拥有许多牛顿炼金术著作的经济学大师约翰·梅纳德·凯恩斯曾说：“牛顿不是
理性时代的第一人，他是最后的一位炼金术士。”但牛顿对炼金术的兴趣却与他对科学的
贡献息息相关，而且在那个时代炼金术与科学也还没有明确的区别。如果他没有依靠神秘
学思想来解释穿过真空的超距作用，他可能也不会发展出他的引力理论。(参见艾萨克·牛
顿的神秘学研究)
1704年，牛顿著成《光学》，其中他详述了光的粒子理论。他认为光是由非常微小
的微粒组成的，而普通物质是由较粗微粒组成，并推测如果通过某种炼金术的转化“难道
物质和光不能互相转变吗?物质不可能由进入其结构中的光粒子得到主要的动力(Activity)
吗?牛顿还使用玻璃球制造了原始形式的摩擦静电发电机。
3.牛顿力学
1679年，牛顿重新回到力学的研究中：引力及其对行星轨道的作用、开普勒的行星
运动定律、与胡克和弗拉姆斯蒂德在力学上的讨论。他将自己的成果归结在《物体在轨道
中之运动》(1684年)一书中，该书中包含有初步的、后来在《原理》中形成的运动定律。
《自然哲学的数学原理》(现常简称作《原理》)在埃德蒙·哈雷的鼓励和支持下出版于
1687年7月5日。该书中牛顿阐述了其后两百年间都被视作真理的三大运动定律。牛顿
使用拉丁单词“gravitas”(沉重)来为现今的引力(gravity)命名，并定义了万有引力定律。
在这本书中，他还基于波义耳定律提出了首个分析测定空气中音速的方法。
由于《原理》的成就，牛顿得到了国际性的认可，并为他赢得了一大群支持者：牛顿
与其中的瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒建立了非常亲密的关系，直到1693年他们的友谊
破裂。这场友谊的结束让牛顿患上了神经衰弱。
4.中国影响
牛顿生活的年代相当于明亡之前一年到清雍正5年，《自然哲学的数学原理》一书发
表的时间相当于康熙25年。从牛顿《原理》发表的1687年到1840年的150余年间，
牛顿物理学和天文学知识几乎没有介绍到中国。《原理》一书的基本内容直到鸦片战争之
后才在中国传播。
哥白尼的太阳中心说、开普勒的椭圆轨道、牛顿的万有引力三者相继传入中国，它们
和中土奉为圭臬的“天动地静”、“天圆地方”、“阴阳相感”的传统有天壤之别。这就
不能不引起中国人的巨大反响。牛顿学说在中国的传播决不只是影响了学术界，唤醒了人
们对于科学真理的认识。更重要的是，也为中国资产阶级改革派发起的戊戌变法(1898年)
提供了一种舆论准备。这个运动的主将康有为、梁启超和谭嗣同等人，都无例外地从牛顿
学说中寻找维新变法的根据，尤其是牛顿在科学上革故图新的精神鼓舞了清代一切希望变
革社会的有志之士。
牛顿的主要贡献
力学方面的贡献
牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究，总结出了物体运动的三个基本定律
(牛顿三定律)：
第一定律
即惯性定律
任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡时(Fnet=0)，总保持匀速直线运动或静
止状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。
第二定律
1)牛顿第二定律是力的瞬时作用规律。力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝。
⑵F=ma是一个矢量方程，应用时应规定正方向，凡与正方向相同的力或加速度均取正值，
反之取负值，一般常取加速度的方向为正方向。 ⑶根据力的独立作用原理，用牛顿第二
定律处理物体在一个平面内运动的问题时，可将物体所受各力正交分解，在两个互相垂直
的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式：Fx=max，Fy=may列方程。牛顿第二定律
的六个性质⑴因果性：力是产生加速度的原因。 ⑵同体性：F合、m、a对应于同一物
体。 ⑶矢量性：力和加速度都是矢量，物体加速度方向由物体所受合外力的方向决定。
牛顿第二定律数学表达式∑F = ma中，等号不仅表示左右两边数值相等，也表示方向
一致，即物体加速度方向与所受合外力方向相同。 ⑷瞬时性：当物体(质量一定)所受外
力发生突然变化时，作为由力决定的加速度的大小和方向也要同时发生突变;当合外力为
零时，加速度同时为零，加速度与合外力保持一一对应关系。牛顿第二定律是一个瞬时对
应的规律，表明了力的瞬间效应。 ⑸相对性：自然界中存在着一种坐标系，在这种坐标
系中，当物体不受力时将保持匀速直线运动或静止状态，这样的坐标系叫惯性参照系。地
面和相对于地面静止或作匀速直线运动的物体可以看作是惯性参照系，牛顿定律只在惯性
参照系中才成立。
⑹独立性：作用在物体上的各个力，都能各自独立产生一个加速度，各个力产生的加
速度的失量和等于合外力产生的加速度。适用范围⑴只适用于低速运动的物体(与光速比
速度较低)。 ⑵只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观原子。 ⑶参照系应为
惯性系。两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。(详
见牛顿第三运动定律)表达式 F=-F'
第三定律
(F表示作用力，F'表示反作用力，负号表示反作用力F'与作用力F的方向相反)这三个
非常简单的物体运动定律，为力学奠定了坚实的基础，并对其他学科的发展产生了巨大影
响。第一定律的内容伽利略曾提出过，后来R.笛卡儿作过形式上的改进，伽利略也曾非正
式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯
等人的结果之后得出的。
牛顿是万有引力定律的发现者。他在1665～1666年开始考虑这个问题。万有引力定
律(Law of universal gravitation)是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上
发表的。1679年，R·胡克在写给他的信中提出，引力应与距离平方成反比，地球高处抛
体的轨道为椭圆，假设地球有缝，抛体将回到原处，而不是像牛顿所设想的轨道是趋向地
心的螺旋线。牛顿没有回信，但采用了胡克的见解。在开普勒行星运动定律以及其他人的
研究成果上，他用数学方法导出了万有引力定律。
牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学
理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律，实现了自然科学的第一次大
统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。
牛顿指出流体粘性阻力与剪切率成正比。他说：流体部分之间由于缺乏润滑性而引起
的阻力，如果其他都相同，与流体部分之间分离速度成比例。在此把符合这一规律的流体
称为牛顿流体，其中包括最常见的水和空气，不符合这一规律的称为非牛顿流体。
在给出平板在气流中所受阻力时，牛顿对气体采用粒子模型，得到阻力与攻角正弦平
方成正比的结论。这个结论一般地说并不正确，但由于牛顿的权威地位，后人曾长期奉为
信条。20世纪，T·卡门在总结空气动力学的发展时曾风趣地说，牛顿使飞机晚一个世纪上
天。
关于声的速度，牛顿正确地指出，声速与大气压力平方根成正比，与密度平方根成反
比。但由于他把声传播当作等温过程，结果与实际不符，后来P.-S.拉普拉斯从绝热过程考
虑，修正了牛顿的声速公式。
数学方面的贡献
创建微积分
17世纪以来，原有的几何和代数已难以解决当时生产和自然科学所提出的许多新问
题，例如：如何求出物体的瞬时速度与加速度?如何求曲线的切线及曲线长度(行星路程)、
矢径扫过的面积、极大极小值(如近日点、远日点、最大射程等)、体积、重心、引力等等;
尽管牛顿以前已有对数、解析几何、无穷级数等成就，但还不能圆满或普遍地解决这些问
题。当时笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》对牛顿的影响最大。牛顿将古希腊
以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法：正流数术(微分)和反流数术(积分)，
反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的
《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书中，以及被保存下来的1666年10月他写的在
朋友们中间传阅的一篇手稿《论流数》中。所谓“流量”就是随时间而变化的自变量如x、
y、s、u等，“流数”就是流量的改变速度即变化率，写作等。他说的“差率”“变率”
就是微分。与此同时，他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开定理。牛顿利用它
还发现了其他无穷级数，并用来计算面积、积分、解方程等等。1684年莱布尼兹从对曲
线的切线研究中引入了和拉长的S作为微积分符号，从此牛顿创立的微积分学在大陆各国
迅速推广。
微积分的出现，成了数学发展中除几何与代数以外的另一重要分支——数学分析(牛
顿称之为“借助于无限多项方程的分析”)，并进一步进进发展为微分几何、微分方程、
变分法等等，这些又反过来促进了理论物理学的发展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落
曲线的解答，这是变分法的最初始问题，半年内全欧数学家无人能解答。1697年，一天
牛顿偶然听说此事，当天晚上一举解出，并匿名刊登在《哲学学报》上。伯努利惊异地说：
“从这锋利的爪中我认出了雄狮”。
微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题，才创立这种和物理概
念直接联系的数学理论的，牛顿称之为"流数术"。它所处理的一些具体问题，如切线问题、
求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等，在牛顿前已经得到人们的研究
了。但牛顿超越了前人，他站在了更高的角度，对以往分散的结论加以综合，将自古希腊
以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分，并确立了这两类
运算的互逆关系，从而完成了微积分发明中最关键的一步，为近代科学发展提供了最有效
的工具，开辟了数学上的一个新纪元。
牛顿没有及时发表微积分的研究成果，他研究微积分可能比莱布尼茨早一些，但是莱
布尼茨所采取的表达形式更加合理，而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早。
在牛顿和莱布尼茨之间，为争论谁是这门学科的创立者的时候，竟然引起了一场悍然
大波，这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间，造成了欧洲
大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国，囿于民族偏见，
过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前，因而数学发展整整落后了一百年。
1707年，牛顿的代数讲义经整理后出版，定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数
基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数基本概念与基本运算，
用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程，同时对方程的根及其性质进行了深入探
讨，引出了方程论方面的丰硕成果，如：他得出了方程的根与其判别式之间的关系，指出
可以利用方程系数确定方程根之幂的和数，即“牛顿幂和公式”。
牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲
率中心，给出密切线圆(或称曲线圆)概念，提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自
己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》，于1704年发表。此外，他的数学工作
还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。
牛顿在前人工作的基础上，提出“流数(fluxion)法”，建立了二项式定理，并和G.W.
莱布尼茨几乎同时创立了微积分学，得出了导数、积分的概念和运算法则，阐明了求导数
和求积分是互逆的两种运算，为数学的发展开辟了一个新纪元。
二项式定理
在一六六五年，刚好二十二岁的牛顿发现了二项式定理，这对于微积分的充分发展是
必不可少的一步。二项式定理在组合理论、开高次方、高阶等差数列求和，以及差分法中
有广泛的应用。
二项式级数展开式是研究级数论、函数论、数学分析、方程理论的有力工具。在今天
我们会发觉这个方法只适用于n是正整数，当n是正整数1，2，3，....... ，级数终止在正
好是n+1项。如果n不是正整数，级数就不会终止，这个方法就不适用了。但是我们要
知道那时，莱布尼茨在一六九四年才引进函数这个词，在微积分早期阶段，研究超越函数
时用它们的级来处理是所用方法中最有成效的。
热学方面的贡献
牛顿确定了冷却定律，即当物体表面与周围有温差时，单位时间内从单位面积上散失
的热量与这一温差成正比。
天文学的贡献
牛顿1672年创制了反射望远镜。他用质点间的万有引力证明，密度呈球对称的球体
对外的引力都可以用同质量的质点放在中心的位置来代替。他还用万有引力原理说明潮汐
的各种现象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有关，而且同太阳的方位有关。牛顿预言
地球不是正球体。岁差就是由于太阳对赤道突出部分的摄动造成的。
哲学方面的贡献
牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义，他承认时间、空间的客观存在。如同历史
上一切伟大人物一样，牛顿虽然对人类作出了巨大的贡献，但他也不能不受时代的限制。
例如，他把时间、空间看作是同运动着的物质相脱离的东西，提出了所谓绝对时间和绝对
空间的概念;他对那些暂时无法解释的自然现象归结为上帝的安排，提出一切行星都是在
某种外来的“第一推动力”作用下才开始运动的说法。
《自然哲学的数学原理》牛顿最重要的著作，1687年出版。该书总结了他一生中许
多重要发现和研究成果，其中包括上述关于物体运动的定律。他说，该书“所研究的主要
是关于重、轻流体抵抗力及其他吸引运动的力的状况，所以我们研究的是自然哲学的数学
原理。”该书传入中国后，中国数学家李善兰曾译出一部分，但未出版，译稿也遗失了。
现有的中译本是数学家郑太朴翻译的，书名为《自然哲学之数学原理》，1931年商务印
书馆初版，1957、1958年两次重印。
经济学方面的贡献：提出金本位制度。
方程论与变分法
牛顿在代数方面也作出了经典的贡献，他的《广义算术》大大推动了方程论。他发现
实多项式的虚根必定成双出现，求多项式根的上界的规则，他以多项式的系数表示多项式
的根n次幂之和公式，给出实多项式虚根个数的限制的笛卡儿符号规则的一个推广。
牛顿在还设计了求数值方程的实根近似值的对数和超越方程都适用的一种方法，该方
法的修正，现称为牛顿方法。
牛顿在力学领域也有伟大的发现，这是说明物体运动的科学。
第—运动定律是伽利略发现的。这个定律阐明，如果物体处于静止或作恒速直线运动，
那么只要没有外力作用，它就仍将保持静止或继续作匀速直线运动。这个定律也称惯性定
律，它描述了力的一种性质：力可以使物体由静止到运动和由运动到静止，也可以使物体
由一种运动形式变化为另一种形式。此被称为牛顿第一定律。力学中最重要的问题是物体
在类似情况下如何运动。牛顿第二定律解决了这个问题;该定律被看作是古典物理学中最
重要的基本定律。牛顿第二定律定量地描述了力能使物体的运动产生变化。它说明速度的
时间变化率(即加速度a与力F成正比，而与物体的质量里成反比，即a=F/m或F=ma;力
越大，加速度也越大;质量越大，加速度就越小。力与加速度都既有量值又有方向。加速
度由力引起，方向与力相同;如果有几个力作用在物体上，就由合力产生加速度，第二定
律是最重要的，动力的所有基本方程都可由它通过微积分推导出来。
此外，牛顿根据这两个定律制定出第三定律。牛顿第三定律指出，两个物体的相互作
用总是大小相等而方向相反。对于两个直接接触的物体，这个定律比较易于理解。书本对
子桌子向下的压力等于桌子对书本的向上的托力，即作用力等于反作用力。引力也是如此，
飞行中的飞机向上拉地球的力在数值上等于地球向下拉飞机的力。牛顿运动定律广泛用于
科学和动力学问题上。
牛顿运动定律
牛顿运动定律是艾萨克·牛顿提出了物理学的三个运动定律的总称，被誉为是经典物
理学的基础。
为“牛顿第一定律(惯性定律：一切物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线
运动 状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。——它明确了力和运动的
关系及提出了惯性的概念)”、“牛顿第二定律(物体的加速度跟物体所受的合外力F成正
比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。)公式：F=kma(当m单
位为kg，a单位为m/s2时，k=1)、牛顿第三定律(两个物体之间的作用力和反作用力，
在同一条直线上，大小相等，方向相反。)”
光学贡献
在牛顿以前，墨子、培根、达·芬奇等人都研究过光学现象 。反射定律是人们很早就
认识的光学定律之一。近代科学兴起的时候，伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”，震惊了
世界。荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律。笛卡尔提出了光的微粒说……
牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人，也像伽利略、笛卡尔等前辈一样，
用极大的兴趣和热情对光学进行研究。1666年，牛顿在家休假期间，得到了三棱镜，他
用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后，分解成几种颜色的光谱带，牛顿
再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住，只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜，结
果出来的只是同样颜色的光。这样，他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的，这是
第一大贡献。
牛顿为了验证这个发现，设法把几种不同的单色光合成白光，并且计算出不同颜色光
的折射率，精确地说明了色散现象。揭开了物质的颜色之谜，原来物质的色彩是不同颜色
的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛顿把自己的研究成果发
表在《皇家学会哲学杂志》上，这是他第一次公开发表的论文。
许多人研究光学是为了改进折射望远镜。牛顿由于发现了白光的组成，认为折射望远
镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色
散现象)，就设计和制造了反射望远镜。
牛顿不但擅长数学计算，而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验。为了
制造望远镜，他自己设计了研磨抛光机，实验各种研磨材料。公元1668年，他制成了第
一架反射望远镜样机，这是第二大贡献。公元1671年，牛顿把经过改进得反射望远镜献
给了皇家学会，牛顿名声大震，并被选为皇家学会会员。反射望远镜的发明奠定了现代大
型光学天文望远镜的基础。
同时，牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算，比如研究惠更斯发现的冰川石的异
常折射现象，胡克发现的肥皂泡的色彩现象，“牛顿环”的光学现象等等。
牛顿还提出了光的“微粒说”，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运
动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外，
他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器。
构筑力学大厦
牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工
作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。
在牛顿以前，天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运
行?天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明，天上星体运动和地面上物体
运动都受到同样的规律——力学规律的支配。
早在牛顿发现万有引力定律以前，已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题。比
如开普勒就认识到，要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用，他认为这种力类
似磁力，就像磁石吸铁一样。1659年，惠更斯从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周
轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力，并且试图推到引力和距离的关系。
1664年，胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果;1673年，
惠更斯推导出向心力定律;1679年，胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出
维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。
牛顿自己回忆，1666年前后，他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最
有名的一个说法是：在假期里，牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次，象以往屡次发生的
那样，一个苹果从树上掉了下来……
一个苹果的偶然落地，却是人类思想史的一个转折点，它使那个坐在花园里的人的头
脑开了窍，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引
呢?牛顿思索着。终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。
牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1679年，
胡克曾经写信问牛顿，能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律，来证明
行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有回答这个问题。1685年，哈雷登门拜访牛顿时，牛顿已
经发现了万有引力定律：两个物体之间有引力，引力和距离的平方成反比，和两个物体质
量的乘积成正比。
当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地
球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力，也证明了在太阳引力作用下，行星运动符合开
普勒运动三定律。
在哈雷的敦促下，1686年底，牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》
一书。皇家学会经费不足，出不了这本书，后来靠了哈雷的资助，这部科学史上最伟大的
著作之一才能够在1687年出版。
牛顿在这部书中，从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)
出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，不但从数学上论证了万有引力定律，
而且把经典力学确立为完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实
现了物理学史上第一次大的综合。
牛顿的三大衡定定律
物质不灭定律，说的是物质的质量不灭;能量守恒定律，说的是物质的能量守恒;动量
守恒定律。