相传,牛顿在年轻时,有一天正在院子里的苹果树下读书,突然从树上落下一只苹果,掉在他身旁。他当时正在思考重力和行星运动的问题。苹果落地引起了他的注意。他想,为什么苹果不飞向天空却直落地面?地心引力和月球运动有什么关系?为什么苹果会落地而月球却一直在绕地球旋转?这些问题引起了牛顿的深思,经过多年的研究,终于导致了万有引力的发现。
牛顿在1687年发表的论文《自然定律》里,对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。
他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律;为太阳中心说提供了强有力的理论支持,并推动了科学革命。
在力学上,牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理,提出牛顿运动定律。在光学上,他发明了反射望远镜,并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察,发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律,并研究了音速。