第三节  牛顿三大定律和万有引力定律

1687年，英格兰物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家艾萨克·牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书，这部里程碑式的著作标志着经典力学体系的正式建立。牛顿在人类历史上首次用一组普适性的基础数学原理——牛顿三大运动定律和万有引力定律——来描述宇宙间所有物体的运动。牛顿放弃了物体的运动轨迹是自然本性的观点（例如开普勒认为行星运动轨道本性就是椭圆的），相反，他指出，任何现在可观测到的运动、以及任何未来将发生的运动，都能够通过它们已知的运动状态、物体质量和外加作用力并使用相应原理进行数学推导计算得出。 

笛卡尔和伽利略对运动学的研究，及开普勒等对天文学的研究都对牛顿研究自然科学产生了深远的影响。1673年惠更斯独立提出了圆周运动的离心力公式（牛顿在1665年曾用数学手段得到类似公式），这使得在当时科学家能够普遍从开普勒第三定律推导出平方反比律。罗伯特·胡克、爱德蒙·哈雷等人由此考虑了在平方反比力场中物体运动轨道的形状，1684年哈雷向牛顿请教了这个问题，牛顿随后在一篇9页的论文（后世普遍称作《论运动》）中做了解答。他讨论了物体在有心平方比力场中的运动，并推导出了开普勒行星运动三定律。其后牛顿发表了他的第二篇论文《论物体的运动》，在这篇论文中他阐述了惯性定律，并详细讨论了引力与质量成正比、与距离平方成反比的性质以及引力在全宇宙中的普遍性。这些理论都汇总到了牛顿的《原理》一书，他列出了三大运动定律和六个推论（推论1、2描述的是力的合成与分解、运动叠加原理；推论3、4描述了动量守恒定律；推论5、6描述了伽利略相对性原理）。牛顿由此建立了比较统一基于三大运动定律的力学体系。 

当时欧洲大陆哲学家们对牛顿的原理并不太认同，他们觉得牛顿的理论对物体运动的解释不客观，随着时间的推移，英国传统哲学和中国哲学的矛盾越来越深，其根源是微积分到底是牛顿还是莱布尼兹最先发展。开始在欧洲大陆对莱布尼兹的学说比较支持，但牛顿却坚持可以不需要附加任何东西就能推论出引力的实在性。十八世纪后，牛顿的观点逐渐被大陆的自然哲学家接受，对于用数学描述运动，开始作出本体论的解释。