牛顿：天上和地上的统一

牛顿的统一的本质

牛顿这里的“统一”本质上是各种模型境界的东西统一到了一个更高的力学层次的东西，即用第三重力学境界的东西，统一了若干第二重模型的东西。在牛顿之前，有开普勒的椭圆模型来描述天体的运动模型，有伽利略等的抛物线模型来描述地面上的物体的运动模型。牛顿将两个天壤之别的模型，在一个力学框架里给统一了，也就是通常所说的天上和地上的统一，并通过自创的微积分的工具将这一力学机制描述出来。

牛顿统一的意义

牛顿统一的第一大意义就是物理学第一次进入了力学机理的境界，体现了力学机理的威力。此威力之一就是可以对世界有一个统一深刻的而不是割裂肤浅的认识。威力之二就是可以从力学机理高屋建瓴地推导和演绎出模型，从第谷的数据到开普勒的模型花了师徒二人毕生精力，而从牛顿万有引力方程推导出开普勒模型则只需要五分钟的数学推导。威力之三，就是可以去计算和预言很多之前没有观察到的数据的东西，也就是一个机理统治无穷的模型，比如双星系统，比如发射导弹等等，这些都是没有数据的，模型主要是归纳数据并有一定的预言力，而力学机理就具有更加广泛得多的适用范围和预言力，实际上运用牛顿万有引力和牛顿力学，足够描述人类日常经验的所有引力效应。

牛顿的统一才算是理论物理的真正诞生。基于实验观察和客观数据是一切科学的开端，数学模型的建立也是一切定量化科学成熟的标志，现在很多新兴学科还在积累数据的阶段，有些到了产生一些唯象模型的阶段，可能只有理论物理才可能上升到力学机理乃至原理的境界。

牛顿的统一在科学思想上也是一次胜利，把天上的规律和地上的规律纳入一个框架，这种统一现在看似是理所当然，但这个需要结合当时的宗教文化历史，在当时确实是物理学的极大胜利，也即是相信物理学规律是放之四海而皆准的普遍规律，没有物理规律的法外之地。自此之后，人类发现了电，就自然地相信天上的闪电和地上的摩擦生电都是统一的。

牛顿物理图景：时间、空间、质点、惯性质量、引力质量、力、引力

牛顿的物理世界有两块东西，一个是基于伽利略相对性原理和惯性系的假设,牛顿提出了三个运动定律来描述质点的运动规律；一个是万有引力,结合牛顿定律可以描述宇宙中天体的运动,把地上的运动和天体的运动用数学的方式联系了起来,这也是物理学真正意义上的第一次统一。

牛顿的世界图景很简单：时间、空间、质点。世界有一个统一的时间均匀流逝，物理规律在时间里平移不变，就是没有特殊的时刻，时间都是平等的，也就是亘古不变；有一个三维空间，有旋转对称性，即所有方向是平等的；物体被建模成质点，有惯性质量用来度量改变其运动状态难易的程度，然后不受外力的情况下静止或匀速直线运动，受到外力后就产生加速度；同时物体有引力质量，用来度量与其他物体相互吸引的强度，引力质量与惯性质量相等，所有的物体相互吸引，与他们引力质量乘积成正比，与距离平方成反比。

牛顿物理图景的问题

这是一套非常简洁的、自洽的，同时也广泛而精准适用的一套物理图景，可以非常成功地描述宏观、低速的质点运动问题，从工程应用的角度非常完美。而这个图景的问题也是非常深层次的，也只有牛顿自己深刻洞察到了这些问题。主要问题之一万有引力的超距作用，这是牛顿所不可容忍的；问题之二引力质量与惯性质量本来是很不一样的两个物理量，而一切实验则表明二者相等；问题三则是牛顿需要一个绝对时空来定义惯性系，而且牛顿力学对非惯性系失效。这些问题是非常深层次的问题，一直到爱因斯坦才彻底解决，爱因斯坦彻底地把牛顿的力学和万有引力给统一了起来。