刘同为什么会取得巨大成就，成为伟大的物理学家？
(1)牛顿的物理成就
牛顿是经典力学理论的大师。他系统地总结了伽利略、开普勒和惠更斯的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。
在牛顿之前，天文学是最突出的学科。但是为什么行星一定要按照一定的规律绕太阳运行呢？天文学家无法令人满意地解释这个问题。万有引力的发现表明，天上的星星和地上的物体的运动受同一规律支配——力学规律。
早在牛顿发现万有引力定律之前，很多科学家就已经认真考虑过这个问题。例如，开普勒意识到，一定有一种力在起作用，使行星保持在椭圆轨道上运行。他认为这种力类似于磁力，就像磁铁吸引铁一样。从对钟摆运动的研究中，惠更斯发现它需要向心力来保持物体在圆形轨道上运动。胡克等人认为是引力，并试图将其推至万有引力。1673年，惠更斯推导向心力定律；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引力与距离的平方成反比。牛顿自己回忆说，他在1666左右住在家乡的时候，就考虑过万有引力的问题。
其中最著名的一句话是:牛顿经常在假期里在花园里坐一会儿。一次，就像以前发生过很多次一样，一个苹果从树上掉了下来...一个苹果的意外落地，是人类思想史上的一个转折点，让坐在花园里的人心智大开，引发他深思:是什么原因让所有物体几乎都被地心吸引？牛顿沉思着。最后，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。
牛顿的高明之处在于，他解决了胡克等人无法解决的数学论证问题。1679年，胡克写信给牛顿，问他能否根据向心力定律和引力与距离的平方成反比定律证明行星在椭圆轨道上运动。牛顿没有回答这个问题。
1685年，哈雷拜访牛顿的时候，牛顿已经发现了万有引力定律:两个物体之间存在引力，与距离的平方成反比，与两个物体质量的乘积成正比。当时有地球半径、日地距离等精确数据可供计算。牛顿向哈雷证明了地球引力是使月球绕地球运动的向心力，行星运动在太阳引力作用下符合开普勒运动三定律。
在哈雷的催促下，1686年底，牛顿写出了划时代的巨著《自然哲学的数学原理》。
皇家学会资金短缺，无法出版这本书。后来，科学史上最伟大的著作之一在哈雷的支持下于1687年出版。在这本书里，牛顿不仅从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)用数学方法论证了万有引力定律，还使用了他发明的微积分这个锐利的数学工具。
(2)牛顿的数学成就
牛顿把古希腊以来各种求解无穷小问题的特殊方法统一为顺流微积分(微分)和逆流微积分(积分)两种算法，体现在1669中应用无穷多项式方程，1671中应用流微积分和无穷级数，1676中应用无穷级数。论流数，他写的一篇手稿，1666+00年6月在朋友间流传。同时，他在1676年6月首次发表了他发明的二项式展开定理。牛顿发现了其他的无穷级数，并用它来计算面积、积分、解方程等等。49660.88868688661
微积分的出现，成为数学发展中除几何和代数之外的另一个重要分支——数学分析(牛顿称之为“用无穷多项方程的方法进行分析”)，并进一步发展为微分几何、微分方程、变分法等。，进而推动了理论物理的发展。例如，瑞士的j .伯努利(J. Bernoulli)寻求最速下降曲线的解，这是变分法的初始问题。半年时间，欧洲没有数学家能回答出来。65438到0697年的某一天，牛顿偶然听说了这件事，当晚就一举解决了，并匿名发表在《哲学杂志》上。伯努利惊讶地说:“我从这只利爪上认出了狮子。”。
(3)牛顿在光学方面的成就
牛顿的光学是另一部科学经典(1704)。这本书的副标题是《关于光的反射、折射、折射和颜色的论文》，反映了他的光学成就。
第一篇是关于几何光学和颜色理论(棱镜光谱实验)。从1663开始磨镜片，自制望远镜。他在给英国皇家学会的信中报告说:“我在1666年初做了一个三角玻璃棱镜来测试著名的颜色现象。为此，我把房间弄暗了……”然后他详细描述了他用小孔和太阳光做的棱镜色散实验。关于光的颜色理论，从亚里士多德到笛卡尔，所有人都认为白光是纯净均匀的。这是光的真实颜色。“彩色光是白光的变体。牛顿仔细注意到，阳光并不是过去人们所说的五种颜色，而是七种中间色，如红、黄、绿、蓝、紫，如橙、靛。奇怪的是，棱镜拆分后不是圆形而是一个长长的椭圆形。然后他实验了“玻璃厚度不同的部分”、“大小不同的窗户”、“把棱镜放在外面”把两个棱镜倒过来“消除第一个棱镜的作用”；就拿“太阳不同部位的光，看它在不同的入射方向会有什么样的影响”来说；以及“计算每种颜色光的折射率”“观察光通过棱镜后是否会沿着曲线运动”；最后做了一个“决定性实验”:单色光通过屏幕上的小孔从棱镜形成的色带中取出，然后投射到第二个棱镜上，得到核色光的折射率(当时称为“折射率”)，从而得出“白光本身是各种不同折射率的色光的非均匀混合”。这个惊人的结论推翻了以前的理论，是牛顿细心观察和反复实验思考的结果。
在研究这个问题的过程中，牛顿也肯定了无论是伽利略望远镜(凹透镜还是凸透镜)还是开普勒望远镜(两个凸透镜)，结构本身都无法避免物镜色散造成的色差。他发现经过仔细打磨的金属镜可以像物镜一样放大30 ~ 40倍。2008+0671年，他将这面镜子送到英国皇家学会保存，巨型天文望远镜仍然使用牛顿式。
光学第二部分描述了光照射在叠放的凸透镜和平板玻璃上的牛顿环现象的各种实验。除了年轮的原因，他把现代实验能想到的实验都做了，做了精确的测量。他把干涉现象解释为光传播时的“突然”或“巧合”，即容易周期性反射和透射。比如黄色和橙色之间有一个色光的爆发区间，是1/89000英寸(也就是今天的2854× 10-10米)，刚好是现代波长值5710× 10-10米的一半！
光学第三篇讲的是“弯曲”(他认为光被吸收)，也就是衍射和双折射实验以及他的31题。这些衍射实验包括头发、叶片、尖劈狭缝形成的单色窄光束“光带”(现在称为衍射图样)等10多次实验。牛顿已经到达了重要发现的门口，但是错过了。说明牛顿在实验事实和物理思想成熟之前，并没有做出绝对的肯定。在《光学》第一章和第二章中，牛顿把光看成一种物质流，即一个光源发出的一组不同速度和大小的粒子。在双折射中，他假设这些光粒子是定向的和各向异性的。因为当时的波动理论无法解释光的直线前进，所以他倾向于说粒子，但他认为粒子和波都是假设的。他甚至认为没有以太。
在流体力学中，牛顿指出，流体的粘性阻力与剪切速率成正比，这个阻力与液体各部分之间的分离速度成正比。那些符合这个定律的(比如空气和水)叫做牛顿流体。
在热量方面，牛顿冷却定律是当物体表面与周围有温差时，单位时间单位面积损失的热量与这个温差成正比。
在声学中，他指出声速与大气压的平方根成正比，与密度的平方根成反比。他最初将声音传播视为等温过程，但后来P.S .拉普拉斯将其修正为绝热过程。
(4)牛顿的哲学思想和科学方法。
牛顿在科学上的巨大成就，加上他朴素的唯物主义哲学和一套初具规模的物理学方法论体系，对物理学乃至整个自然科学的发展，对18世纪的工业革命、社会经济改革和机械唯物主义的发展，都产生了巨大的影响。在此，只简单概述一些梗概。
牛顿的哲学观点与他在力学方面的基础成就是分不开的。他试图从力学的角度解释一切自然现象，这形成了牛顿在哲学上的自发唯物主义，也导致了机械论的盛行。事实上，牛顿把化学、热和电等一切现象都看作是“与吸引或排斥有关的东西”。例如，他首先阐述了化学亲和力，并将化学置换反应描述为两种吸引力的竞争。认为是“运动或发酵产生热量”；火药爆炸也是硫、碳等颗粒相互碰撞、分解、放热、膨胀的过程。
这种机械观，即把一切形式的物质运动都归为机械运动的观点，采取的是绝对的时空观、原子论、从初始条件就能决定未来任意时刻运动状态的机械决定论、事物发展的因果规律等。，这是解释机械运动问题所必需的，作为整个物理学的一般思维方式。可以认为牛顿是第一个建立相对完整的物理因果关系体系的人，因果关系是经典物理学的基石。
牛顿对科学方法论的贡献，就像他对物理学尤其是力学的贡献一样，不仅仅是创造了一两种新方法，而是形成了一套研究事物的方法论体系，提出了几条方法论原则。在牛顿原理中，体现了以下科学方法:
(1)实验-理论-应用方法。牛顿在《原理》序言中说:“哲学的全部任务似乎就是从各种运动现象中研究自然界的各种力，然后用这些方去论证其他现象。”科学史家科恩(I.B.Cohen)正确地指出，牛顿“主要是将现实世界与其简化的数学表示反复进行比较”。牛顿是从事实验和归纳实用材料的大师。
(2)分析——综合法。分析是从整体到部分(如微分和原子观)，综合是从部分到整体(如积分，包括天地的综合，运动三定律的建立等。).牛顿在《原理》中说:“在自然科学中，应该像在数学中一样。在研究困难的事情时，总是要先用分析的方法，再用综合的方法。综合法假设已经找到了原因，并把它们定义为原理，然后用这些原理来解释它们所发生的现象，并证明这些解释的正确性。”
(3)归纳演绎法。上述分析综合法和归纳演绎法是相互结合的。牛顿从观察和实验开始。“用归纳法得出共同结论”，即得出概念和规律，然后用演绎法推导出各种结论，再用实验进行检验、解释和预测。这些预测大部分后来都被证实了。当时表述的牛顿定律叫公理，表示用归纳法得出的一般结论。
(4)物理——数学方法。牛顿“用数学尽可能多地表现了物理学范围内的概念和规律”。爱因斯坦说:“牛顿第一个成功地找到了用公式明确表达的基础。在此基础上，他用数学思维逻辑地、定量地推导出广泛的现象，这与经验是一致的”。“只有微分律的形式才能完全满足现代物理学家对因果律的要求，而微分律的明确概念是牛顿最。
牛顿的方法论原则集中在《原理》第三章“哲学中的推理规则”中的四个原则，这里不引用。总结起来，它们可以称为简单性原则(规则1)、因果律原则(规则2)、普遍性原则(规则3)和否定原则(规则4)，还论证了牛顿在下一段中的思想称为结构性原则:“自然哲学的目的是发现自然界中各种结构的功能，并尽可能地把它们归结为一些普遍的规律和规定——通过观察和实验来确立这些规律，从而推导出事物的因果。”。
牛顿的哲学思想和方法论体系被爱因斯坦誉为“理论物理领域每个工作者的纲领”。这是一个开放的项目，引导着一代又一代科学工作者的进步。但是，牛顿的哲学思想和方法论不可避免地具有明显的时代局限性和不彻底性，这是科学在萌芽阶段的最高成就。牛顿只是对当时物质最简单的机械运动做了初步的系统研究，把时空和物质绝对化。试图将粒子理论外推到所有领域(比如连他都无法解释他发现的“牛顿环”)是他的致命伤。当牛顿看到事物的“第一原因”是“不一定是机械的”时，他提出了“这些事物是如此有序”的问题...是否似乎有一个无所不在的上帝”，(光学)