牛顿,都知道是“伟大的”物理学家数学家

甚至,很多数学物理爱好者古代士大夫比喻孔子那样,说:“天不生牛顿,万古如长夜”[捂脸]

但是,牛顿真有这么伟大吗?

没有。

我虽然不想说,“牛顿的伟大”是因为19世纪英国强大影响力,但我觉得就是这样。

对于近代物理来说,伽利略拉格朗日的贡献,要远大于牛顿

对于科技领域来说,当让一个已经过世的大物理学家回归他本来的地位时,不得不把理由陈述一下:

1,牛顿第一定律,实际是伽利略发现的。

伽利略的斜面实验,用极限的实验 合理的推理,得出了物体在不受力的情况下该怎么运动

即后来的“自然哲学的数学原理”中的牛顿第一定律。

牛顿到底是怎么来的(牛顿真的有这么伟大吗)(1)

伽利略的小球-斜面实验

如上图,伽利略发现,在一个很光滑的斜面上,让小球从顶部滑下时,小球会冲到接近于对侧斜面的顶点。

伽利略通过不断地降低斜面的倾角,发现小球还是会到达接近于斜面的顶点。

所以,伽利略推测,当把斜面放平时,小球会一直运动下去

小球冲到斜面的顶点,动能再次转化成重力势能:因为路程较短,摩擦力也很小,影响几乎可以忽略,所以伽利略可以观察到小球的位置与初始位置几乎是一样的。

(伽利略那时,还没有动能势能的概念,太早了,还是万历年间[捂脸])

实际环境中,当然做不出理想的实验来。不管怎么改善实验条件,摩擦力总是存在的,误差总有。

但当误差的影响足够小时,是可以做出极限推理的:这也是人类思维的价值所在。

伽利略的推理,不但发现了牛顿第一定律,也发现了摩擦力

伽利略的发现,确立了物理学的、数学模型的、约束条件

也就是说,要为物理现象建立数学模型时,会受到哪些约束可行解的范围又在哪里。

到了这里,我认为物理学家的责任已经完成,剩下的是数学家的责任

数学家需要给出方程,给出方程的解,这是数学家该做的。

所以,虽然伽利略没有给出牛顿第二定律,他依然要比牛顿更伟大。

否则,引力场方程就不该是爱因斯坦提出的,而该是希尔伯特提出的:因为希尔伯特比爱因斯坦先推导出了方程,希尔伯特的数学比爱因斯坦更好。

但是,按照爱因斯坦给出的物理思路和约束条件,比爱因斯坦更快地推导出了方程,就算超过了爱因斯坦吗?

显然,希尔伯特自己都不这么认为

所以,伽利略在经典物理中的贡献,现在是被低估了的

2,比萨斜塔试验,发现了自由落体定律

伽利略的比萨斜塔实验,是人类第一次正确地观察到引力场的作用:即物体在引力场中的运动规律,与物体的质量无关!!!

这里绝对要加3个叹号[大笑]

引力场为什么可以用微分几何去研究?

就是因为物体在引力场中的运动规律,与物体的质量无关。

轻的物体在空气中运动,因为空气阻力的影响,当然看不到这个规律。

但是,伽利略从逻辑上推理出了矛盾,并且用比萨斜塔实验证实了自己的猜想:

如果轻的物体与重的物体运动规律不同,那么它们两个绑在一起该怎样运动?

1)重的应该变慢,因为受到了轻的拖拽

2)两个加一起更重,所以应该运动得更快

3)所以,只能是原来的猜想是不对的,两个半径不同的铁球应该一起落地。

然后,伽利略就站在比萨斜塔上,把两个铁球一起扔下去了:

这一扔,就让广义相对论的发现成为了必然。

牛顿到底是怎么来的(牛顿真的有这么伟大吗)(2)

自由落体定律

伽利略的成就,只是个伽利略相对性原理吗?

显然不是。

3,除了高中生,谁用过牛顿的解法?

牛顿-莱布尼茨一起发明了微积分,但牛顿的解法很复杂,后世没几个人用:

学的都是拉格朗日分析力学

拉格朗日,是从坐标速度的角度看待物理。

牛顿,是从加速度的角度看待物理。

速度,是坐标一阶导数

加速度,是的什么?[捂脸]

加速度坐标二阶导数

所以,牛顿那一套,非常的不符合微积分。

拉格朗日给物理学建立的模型,才是简单、直接、美丽的、分析学。

“地心说”当然也可以算出行星的轨道,但“日心说”在太阳系里才是对的

拉格朗日欧拉,一起算出了三体问题的5个解:拉格朗日点

牛顿到底是怎么来的(牛顿真的有这么伟大吗)(3)

平面三体问题的拉格朗日点

牛顿为什么算不出来?

因为他那方法,别说算三体问题了,算二体问题都费劲。

除了计算直线上的问题,牛顿的方法计算平面上的运动不是一般的麻烦。

薛定谔海森堡对量子力学的看法,至少还是平分秋色的。

牛顿和拉格朗日对经典力学的看法,显然拉格朗日的更好!

难道微积分不使用e的指数,反而使用10的指数吗?![捂脸]

10 = 什么?

显然,经典力学该使用拉格朗日的力学

坐标、速度、时间去描述物体的运动状态,物体沿着使起点终点积分最小的轨道运动:

这就是最小作用量原理

由此推出欧拉-拉格朗日方程

显然,伽利略和拉格朗日的成就都是非常伟大的,都是吃了19世纪的意大利法国的影响力不如英国的亏[捂脸]

伽利略、拉格朗日之后的下一个伟大的物理学家是谁?

当然是爱因斯坦

爱因斯坦对伽利略的比萨斜塔实验中发现的规律,给出了几乎完美的解释。

对于物理来说,确定物理事实才是更重要的,其次才能建立数学模型。

何况,牛顿的数学模型,远不如拉格朗日的更有简单美。

牛顿的成就还是发明了微积分,而且是和莱布尼茨一起的[捂脸]

当然,牛顿还是很厉害的,毕竟他一个晚上算出了最速降线问题,也在伽利略、开普勒的基础上给出了万有引力公式

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