物理与文化物理与文化物理与文化 (8).pdf

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1、1第二讲 经典力学的建立和发展目从自然哲学到物理学0101伽利略与近代力学的诞生02022录牛顿与经典力学的成熟0303达芬奇与牛顿04042.1从自然哲学到物理学3早在远古时期，人类就开始注意天上星星的运动在当时人们直观地认为，就像太阳“东升西落”一样，星星在绕地球运动公元前世纪末，古希腊米利都人泰勒斯01科学的初创利都人泰勒斯（Thales，约前624约前547）曾提出：“世界由水构成，大地是浮在水面上的巨大圆盘”泰勒斯的宇宙观泰勒斯是古希腊及西方第一个自然科学家和哲学家。希腊七贤之一，西方思想史上第一个有记载有名字留下来的思想家，被称为“科学和哲学之祖”。在哲学方面，提出了水本原说，即“

2、万物源于水”，是古希腊第一个提出“什么是万物本原”这个哲学问题的人。被称为“哲学史上第一人”在科学方面数学上引入了命题证明或逻辑证明的思想它标志着01科学的初创5 在科学方面，数学上引入了命题证明或逻辑证明的思想。它标志着人们对客观事物的认识从经验上升到理论，这在数学史上是一次飞跃。泰勒斯定理（直径所对的圆周角是直角）。利用日影来测量金字塔的高度。天文学，确认了小熊座，被指出其有助于航海事业，并准确地预测了公元前585年发生的日蚀。首个将一年的长度修定为365日。曾估量太阳及月球的大小。泰勒斯首创理性主义精神、唯物主义传统和普遍性原则。毕达哥拉斯（Pythagoras，约前572约前497）就

3、已认识到大地是球形的，并提出了“地球”这个概念泰勒斯的积极倡导，为毕达哥拉斯创立理性的数学奠定了基础。大地是圆的还是平的？02天文学的突破6 苏格拉底（Socrates，前469前399）认为“大地是一个球体，位于宇宙的中心”亚里士多德（Aristotle,前 384前322）发展了苏格拉底的观点，系统地提出了地心说2认为地球位于宇宙的中心太阳、月亮、行星和恒星都围绕地球作圆周运动亚里士多德的地心说02天文学的突破亚里士多德将宇宙分为亚里士多德将宇宙分为“月上世界月上世界”由闪亮的星星组成由闪亮的星星组成7葡萄牙宇宙学家维利乌绘制的地心说模型月上世界月上世界由闪亮的星星组成由闪亮的星星组成，其

4、间充满了透明而无重量的“以太”其间充满了透明而无重量的“以太”和和“月下世界”“月下世界”由土、水、火、由土、水、火、气四种元素组成气四种元素组成，“月上世界”，“月上世界”又分为九重天，存在“第又分为九重天，存在“第一推动者”一推动者”毕达哥拉斯认为宇宙是球形的，提出“中心火”模型位于宇宙中心的，叫中心火包括太阳、地球在内的所有天体，都围绕中心火转动古希腊的日心说02天文学的突破8 古希腊天文学家阿里斯塔克（Aristarchus，前315年前230年)提出了最早的“日心说”，即恒星与太阳是不动的，而地球则绕太阳做圆周运动公元2世纪，希腊天文学家和数学家托勒密（ClaudiusPtolema

5、eus,约 90 168）改进和量化了地心说，使之更好地托勒密改进地心说02天文学的突破9符合天文观测，于是地心说彻底击败了粗糙的日心说从中世纪一从中世纪一直到十五世纪，教会承认直到十五世纪，教会承认希腊天文学希腊天文学家托勒密总结的宇宙地心家托勒密总结的宇宙地心体系：地球体系：地球作为宇宙的中心，日、月作为宇宙的中心，日、月、恒星等围、恒星等围绕地球运动。绕地球运动。托勒密托勒密(Ptolemy 2nd century A.D.希腊天文学家）托勒密有两个重要的功绩：把古代的“地心”思想发展成为系统的地心说；运用模型方法，成功地解释了他的宇宙理论02天文学的突破11 运用模型方法，成功地解释了

6、他的宇宙理论问题问题1：为什么月亮时大时小？：为什么月亮时大时小？托勒密用象限仪在测量月亮的高度，托勒密用象限仪在测量月亮的高度，巴塞尔作，1508巴塞尔作，1508答案：忽答案：忽近忽远（模型的缺陷）近忽远（模型的缺陷）3问题问题2：为什么有行星退行现象？：为什么有行星退行现象？“如果上“如果上帝在创世时能与我商量一下，我会帝在创世时能与我商量一下，我会给他更好给他更好的建议。”的建议。”阿尔方斯国王阿尔方斯国王（Kinglfonse）答案：均轮答案：均轮+本轮本轮1492年，哥伦布发现美洲大陆，1519-1522年麦哲伦船队完成环球航行，最终确认了大地为圆球形，这些都直接地促进了天15世纪

7、，资本主义开始萌芽，文艺复兴开始，近代科学开始诞生02天文学的突破14认了大地为圆球形，这都直接地促进了天文学、地理学和物理学等的形成和发展在欧洲经济发展的同时，一场规模空前的文艺复兴运动兴起了人们思想解放、大力宣传科学、向教会挑战，大大促进了科学的发展尼古拉哥白尼（NicolausCopernieus,1473 1543），著名天文学家、日心说的创立者、近代天文学的创始人哥白尼在尤以天文学和数学的高水准享誉欧洲的克拉科夫大学度过了自己03哥白尼与日心说15哥白尼享誉欧洲的克拉科夫大学度过了自己的大学生涯，又在意大利留学10年，动荡的校园生活和社会生活解放着哥白尼的思想在意大利，哥白尼阅读了大

8、量的古希腊文献，既有毕达哥拉斯的“中心火”，也有阿里斯塔克的“日心说”当时已有人认为内行星是围绕太阳旋转的，只不过误认为它们同太阳一起绕着地球转受此启发，哥白尼意识到，只要把太阳放到宇宙中心，一切就会变得简洁而协调03哥白尼与日心说16日心说经过长期反复地思考，日心说在哥白尼的头脑中逐渐成熟哥白尼给出了一个科学的、量化的日心宇宙体系03哥白尼与日心说“倘若把“倘若把观察行星轨道的视点从地球转观察行星轨道的视点从地球转为太阳，为太阳，结果又该如何呢？”结果又该如何呢？”17哥白尼日心宇宙体系示意图哥白尼哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473-1543）1543年，哥白尼在临终前

9、出版了年，哥白尼在临终前出版了 天体运行论，天体运行论，向我们描向我们描绘了一个全新的宇宙：绘了一个全新的宇宙：日心体系。日心体系。开拓了人开拓了人们观察自然的角度和视界。们观察自然的角度和视界。这是第一版的天体运行论中这是第一版的天体运行论中最著名的一页木刻插图最著名的一页木刻插图他在天体运行论的第一卷中写道：“我终于发现，如果认为地球和行星都围绕太阳运动，一切就变得简单而清楚了”4哥白尼的日心说自然地解释了火星退行现象：哥白尼的日心说自然地解释了火星退行现象：火星退行现象是由于人站火星退行现象是由于人站在地球上，而地球绕太阳的角速度大于火星，人在地球上看火星的运行在地球上，而地球绕太阳的角

10、速度大于火星，人在地球上看火星的运行轨迹会看到一个类似于“退行”的轨迹，但实质上火星绕太阳应该是个轨迹会看到一个类似于“退行”的轨迹，但实质上火星绕太阳应该是个椭圆形的轨道。这个现象的产生其实就是由于我们选取自身所在星球为椭圆形的轨道。这个现象的产生其实就是由于我们选取自身所在星球为参考系产生的一种错觉参考系产生的一种错觉这种错觉体现了人类对未知世界的认知局限这种错觉体现了人类对未知世界的认知局限参考系产生的一种错觉参考系产生的一种错觉，这种错觉体现了人类对未知世界的认知局限这种错觉体现了人类对未知世界的认知局限。火星逆行：北京时间火星逆行：北京时间2012年年1月月24日日8:55 起起20

11、12年年4月月14日日11:54 日心说提出的科学根源、哲学根源和历史根源是什么？科学根源：随着天文学观察数据越来越多，托勒密的地心说不断修补，越来越复杂，难以使人信服哲学根源：接受毕达哥拉斯学派“宇宙是和谐的，可用简单的数学关系来表03哥白尼与日心说21历史根源：在意大利留学10年，受到文艺复兴运动影响，思想解放，投身科学革命哲学根源：接受毕达哥拉斯学派宇宙是和谐的，可用简单的数学关系来表达宇宙规律”的基本思想赞同柏拉图哲学，同柏拉图一样，高度赞美太阳，给予太阳“宇宙正中”的位置哥白尼日心说是伟大的、具有开创性的，它不仅揭开了近代天文学的序幕，而且让自然科学从神学里解放了出来，导致了自然科学

12、的变革“自然科学借以宣布其独立并且好像是重演路德焚烧教谕的革命行动，便是哥白尼那本不朽著作的出版他这本书然03哥白尼与日心说22作的出版，他用这本书（虽然是胆怯地而且可说是只在临终时）来向自然事物方面的教会权威挑战，从此自然科学便开始从神学中解放出来”恩格斯自然辩证法哥白尼的伟大之处在于，将实验上的天文观察和理论上的逻辑演绎相结合，去思考自然现象哥白尼的学说在科学上的功绩，并不在于用这个体系指导观察和计03哥白尼与日心说23算天象比托勒密体系精确了多少，而在于他的革命性思想和对自然全新的认知方式，导致了人类认识天体运动的真实结构布鲁诺与无限的宇宙布鲁诺（GiordanoBruno,1548 1

13、600），文艺复兴时期意大利哲学家、科学家和思想家03哥白尼与日心说想家24布鲁诺深受文艺复兴思想的影响，主张思想自由，甚至宣传无神论5布鲁诺认为，宇宙没有中心，恒星都是太阳他还突破了宇宙有限的思想：不论是托勒密的地心说还是哥白尼的日心说，都认为宇宙是有限的球体，布鲁诺03哥白尼与日心说25认为宇宙不仅在空间上无边无限，而且在时间上无始无终03哥白尼与日心说“高加索的冰川，也不会冷却我心头的火焰。高加索的冰川，也不会冷却我心头的火焰。”“为为真理而斗争真理而斗争是人生最大的乐趣是人生最大的乐趣”。黑暗即将过去，黑暗即将过去，黎明即将来黎明即将来临，真理终将战胜邪恶！临，真理终将战胜邪恶！”火，

14、不能征火，不能征服我，未来服我，未来的世界会了解我，会知道我的价值。的世界会了解我，会知道我的价值。26宗教裁判所火刑处死异端时的情形伟大的科学伟大的科学家就义了，但真理是不死的。随家就义了，但真理是不死的。随着科学的不着科学的不断发展，到了断发展，到了1889年，罗马宗教年，罗马宗教法庭为布鲁法庭为布鲁诺平反并恢复名誉。同年的诺平反并恢复名誉。同年的6月月9日，在布鲁日，在布鲁诺殉难的罗马鲜花广场上，人们诺殉难的罗马鲜花广场上，人们树立起他的铜像树立起他的铜像以作为对这位为真理而斗以作为对这位为真理而斗27树立起他的铜像树立起他的铜像，以作为对这位为真理而斗以作为对这位为真理而斗争，宁死不争，宁死不屈的伟大科学家的永久纪念。这屈的伟大科学家的永久纪念。这座雄伟的塑座雄伟的塑像象征着为科学和真理而献身的像象征着为科学和真理而献身的不屈战士永不屈战士永远活在人民心中。远活在人民心中。