第04講科學(xué)誕生(2)

1、科學(xué)史與科學(xué)方法科學(xué)史與科學(xué)方法王王 志志北京理工大學(xué)北京理工大學(xué) 物理學(xué)院物理學(xué)院第第04講講 科學(xué)誕生科學(xué)誕生近代近代天文學(xué)革命天文學(xué)革命古代古代天文學(xué)回顧天文學(xué)回顧米利都學(xué)派：粗糙的宇宙圖景畢達(dá)哥拉斯學(xué)派：和諧宇宙行星不規(guī)則運(yùn)動柏拉圖：拯救現(xiàn)象歐多克斯：同心球理論亞里士多德：水晶球模型同心球時(shí)期阿波羅尼：本輪與均輪喜帕恰斯：偏心運(yùn)動托勒密托勒密：偏心等距點(diǎn)偏心等距點(diǎn)天文測量時(shí)期亞里士多德的宇宙論傳統(tǒng)亞里士多德的宇宙論傳統(tǒng)亞里士多德把天分成亞里士多德把天分成月上區(qū)和月下區(qū)。月上區(qū)和月下區(qū)。地上的運(yùn)動：用地上的運(yùn)動：用四元四元素說、自然位置素說、自然位置來來說說明明。天上的運(yùn)動：用完美天上的

2、運(yùn)動：用完美的圓周勻速運(yùn)動來說的圓周勻速運(yùn)動來說明，而這就是數(shù)理天明，而這就是數(shù)理天文學(xué)家們的使命文學(xué)家們的使命拯救拯救現(xiàn)象現(xiàn)象托勒密的基本假定托勒密的基本假定 天天是球形的并且像球那是球形的并且像球那樣轉(zhuǎn)動樣轉(zhuǎn)動 地地作為一個(gè)整體也是球作為一個(gè)整體也是球形的形的 地地位于整個(gè)天的中央，位于整個(gè)天的中央，好像一個(gè)中心好像一個(gè)中心 由于地球太由于地球太小，而到恒小，而到恒星天球的距離很大，星天球的距離很大， 地球地球?qū)τ诤阈翘烨騺碚f對于恒星天球來說，小得猶如一個(gè)點(diǎn)，小得猶如一個(gè)點(diǎn) 地球地球不參與任何不參與任何轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動拯救現(xiàn)象的技術(shù)性裝置拯救現(xiàn)象的技術(shù)性裝置(A)(B)(C)從哥白尼到開普勒從哥白

3、尼到開普勒哥白尼革命哥白尼革命哥白尼哥白尼( (14731543),),波蘭天文學(xué)家波蘭天文學(xué)家 其父母早逝，華森羅德?lián)狃B(yǎng)其父母早逝，華森羅德?lián)狃B(yǎng) 1818歲進(jìn)入波蘭的克拉科夫大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)歲進(jìn)入波蘭的克拉科夫大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué) 14961496年來到意大利，先后在年來到意大利，先后在波洛尼亞波洛尼亞大學(xué)和帕多瓦大學(xué)和帕多瓦 大學(xué)學(xué)習(xí)法律、醫(yī)學(xué)和神學(xué)大學(xué)學(xué)習(xí)法律、醫(yī)學(xué)和神學(xué) 從從波洛尼亞波洛尼亞大學(xué)天文學(xué)家德大學(xué)天文學(xué)家德諾瓦拉那里學(xué)到了天文諾瓦拉那里學(xué)到了天文觀測技術(shù)和希臘的天文學(xué)理論觀測技術(shù)和希臘的天文學(xué)理論 15061506年回到波蘭，年回到波蘭，15091509年寫出了年寫出了概要概要，151

4、21512 15391539年寫出了天文學(xué)史上偉大著作年寫出了天文學(xué)史上偉大著作天體運(yùn)行天體運(yùn)行論論，15431543年發(fā)表。年發(fā)表。概要概要的基本概括的基本概括 不存在一個(gè)所有天體軌道或天體的共同的中心不存在一個(gè)所有天體軌道或天體的共同的中心 地球地球只是只是月球月球軌道的中心軌道的中心，不是，不是宇宙的中心宇宙的中心 所有天體都繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，宇宙的中心在太陽附近所有天體都繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，宇宙的中心在太陽附近 地球到太陽的距離同天穹高度之比是微不足道的地球到太陽的距離同天穹高度之比是微不足道的 在天空中看到的任何運(yùn)動，都是地球運(yùn)動引起的在天空中看到的任何運(yùn)動，都是地球運(yùn)動引起的 在空中看到的太陽運(yùn)

5、動的一切現(xiàn)象，都不是它本身運(yùn)動在空中看到的太陽運(yùn)動的一切現(xiàn)象，都不是它本身運(yùn)動產(chǎn)生的，而是地球運(yùn)動引起的，地球同時(shí)進(jìn)行著幾種運(yùn)產(chǎn)生的，而是地球運(yùn)動引起的，地球同時(shí)進(jìn)行著幾種運(yùn)動動 人們看到的行星向前和向后運(yùn)動，是由于地球運(yùn)動引起人們看到的行星向前和向后運(yùn)動，是由于地球運(yùn)動引起的。地球的運(yùn)動足以解釋人們在空中見到的。地球的運(yùn)動足以解釋人們在空中見到的各種現(xiàn)象的各種現(xiàn)象 哥白尼與托勒密的區(qū)別哥白尼與托勒密的區(qū)別 放棄使用偏心等距點(diǎn)放棄使用偏心等距點(diǎn) 將宇宙的中心置換為太陽將宇宙的中心置換為太陽 地球不是靜止而具有多種運(yùn)動（自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)）地球不是靜止而具有多種運(yùn)動（自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)）產(chǎn)生一定的簡單性、和諧性

6、、美觀性產(chǎn)生一定的簡單性、和諧性、美觀性哥白尼的保守性哥白尼的保守性 數(shù)據(jù)來源大部分還是來源于希臘天文學(xué)數(shù)據(jù)來源大部分還是來源于希臘天文學(xué) 繼續(xù)使用天球概念繼續(xù)使用天球概念 宇宙依然是有限的，保留了恒星天宇宙依然是有限的，保留了恒星天 更加頻繁的使用本輪和均輪更加頻繁的使用本輪和均輪這使得哥白尼的學(xué)說在另外一些地方又顯得比這使得哥白尼的學(xué)說在另外一些地方又顯得比托勒密體系復(fù)雜托勒密體系復(fù)雜 在物理基礎(chǔ)的問題上并沒有很大的突破在物理基礎(chǔ)的問題上并沒有很大的突破文本閱讀：哥白尼的辯護(hù)詞文本閱讀：哥白尼的辯護(hù)詞反對理由：如果地球在轉(zhuǎn)動，空氣就會落在后面，而形成一股持久的東風(fēng)。 哥白尼答復(fù)：空氣含有土

7、微粒，和土地是同一性質(zhì)，因此逼得空氣要跟著地球轉(zhuǎn)動。 空氣轉(zhuǎn)動時(shí)沒有阻力是因?yàn)榭諝夂筒粩噢D(zhuǎn)動的地球是連接著的。 反對理由：一塊石子向上拋去，就會被地球的轉(zhuǎn)動拋在后面，而落在拋擲點(diǎn)的西面。 哥白尼答復(fù)：由于受到本身重量壓力的物體主要屬于泥土性質(zhì)，所以各個(gè)部分毫無疑問和它們的整體保持同樣的性質(zhì)。 反對理由：如果地球轉(zhuǎn)動，它就會因離心力的作用變得土崩瓦解。 哥白尼答復(fù)：如果地球不轉(zhuǎn)動，那末恒星的那些更龐大的球就必須以極大的速度轉(zhuǎn)動，這一來恒星就很容易被離心力拉得粉碎。離心力只在非天然的人為運(yùn)動中找得到，而在天然的運(yùn)動中，如地球和天體的運(yùn)動中，則是找不到的。哥白尼日心說的同化與接受哥白尼日心說的同化與

8、接受技術(shù)上技術(shù)上，哥白尼的日心說面臨很多挑戰(zhàn)1. 離心力問題2. 恒星視差宗教上宗教上，哥白尼的日心說抵觸了基督教的一些教條，尤其是地心說的教條 天球運(yùn)行論的流行，日心說則廣受批評哥白尼哥白尼的日心說的非革命性的日心說的非革命性 與托勒密相差無幾，只是用置換宇宙中心的方法來換取托勒密的偏心等距點(diǎn) 簡單性和精準(zhǔn)性并沒有比托勒密提高多少 面臨非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：離心力和恒星視差 沒有得到廣泛接受 問題：哥白尼的革命性在哪里？哥白尼的日心說哥白尼的日心說的革命性的革命性l 日心說并非首創(chuàng)，但哥白尼將其詳細(xì)展開，并與日心說并非首創(chuàng)，但哥白尼將其詳細(xì)展開，并與實(shí)際的觀測和計(jì)算進(jìn)行對照。實(shí)際的觀測和計(jì)算進(jìn)行對

9、照。l 未來新范式的雛形未來新范式的雛形 哥白尼哥白尼提出了另外一種選擇，一個(gè)新的框架，提出了另外一種選擇，一個(gè)新的框架，以后開普勒以后開普勒、伽利略、笛卡爾、牛頓等人、伽利略、笛卡爾、牛頓等人正是在這個(gè)草圖上不斷細(xì)描正是在這個(gè)草圖上不斷細(xì)描深刻，最終完成了近代科學(xué)的深刻，最終完成了近代科學(xué)的建構(gòu)。建構(gòu)。n 哥白尼的立場：日心說是真實(shí)的，不僅僅是為方哥白尼的立場：日心說是真實(shí)的，不僅僅是為方便而便而設(shè)。設(shè)。文本閱讀：哥白尼對日心說的宣言文本閱讀：哥白尼對日心說的宣言 在所有行星的中心居住著太陽，在這個(gè)位置它可以一瞬間照亮整個(gè)宇宙，對于這個(gè)最壯麗的神殿，誰能將這盞明燈安放到另外或者更好的地方？事

10、實(shí)上，將太陽視為宇宙的明燈十分貼切，另外它也是宇宙的心靈，并一直是宇宙的統(tǒng)治者。 至尊的赫爾墨斯被稱為“看得見的上帝”，而索?？死账乖诙蚶湛颂乩袆t稱（太陽）為“萬物的洞察者”。于是，太陽就好像做在王座之上，統(tǒng)治著圍繞它旋轉(zhuǎn)的整個(gè)行星家族。哥白尼的幸運(yùn)之處哥白尼的幸運(yùn)之處 處于天主教相對寬容的時(shí)期；處于天主教相對寬容的時(shí)期； 猶豫猶豫；雷梯庫斯；雷梯庫斯1540年完成年完成；1543年才發(fā)表年才發(fā)表 奧奧西西安德爾的序言（謹(jǐn)慎）：哥白尼的體系純粹安德爾的序言（謹(jǐn)慎）：哥白尼的體系純粹是一種假設(shè)，一種假想的方法，是為了幫助天文是一種假設(shè)，一種假想的方法，是為了幫助天文學(xué)家預(yù)言行星的位置，并不像用

11、它來表示實(shí)在的學(xué)家預(yù)言行星的位置，并不像用它來表示實(shí)在的宇宙。宇宙。 歷史地位的確立，得益于后來者的接踵而至。歷史地位的確立，得益于后來者的接踵而至。時(shí)代需求：精密時(shí)代需求：精密天文學(xué)天文學(xué) 更大、更穩(wěn)定、更準(zhǔn)的新儀器更精確的數(shù)據(jù) 定期觀測更可靠更廣泛的數(shù)據(jù)l把歐洲天文學(xué)從古代數(shù)據(jù)的依賴中解放出來第谷的精密第谷的精密天文學(xué)天文學(xué) 1546年出生于丹麥 汶島天文臺SN2006gy 超新星爆發(fā)超新星爆發(fā)新星與彗星新星與彗星 15721572年，仙后座年，仙后座超新星（第谷星）爆發(fā)超新星（第谷星）爆發(fā) “超新星比金星還亮，而且整整兩年都保持肉眼可見” 1612年，該新星被觀察到明顯增亮 該超新星應(yīng)該

12、在月上區(qū)，位于恒星的領(lǐng)域之中l(wèi) 沖擊了天空永恒不變的教條 15771577年出現(xiàn)大彗星年出現(xiàn)大彗星 彗星是星體，并且位于行星的領(lǐng)域之間l 沖擊亞里士多德的“彗星只是被點(diǎn)燃的火元素”的教條，這意味著天球可以被穿透。l 天球其實(shí)并不存在第谷體系第谷體系 除了地球和月亮，所除了地球和月亮，所有的行星都繞著太陽有的行星都繞著太陽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 而太陽和月球繞著地而太陽和月球繞著地球轉(zhuǎn)球轉(zhuǎn) 第第谷的這個(gè)折中方案谷的這個(gè)折中方案被廣泛的被廣泛的接受接受 離開丹麥，去德國；尋離開丹麥，去德國；尋找助手找助手 開普開普勒勒天空立法者天空立法者 15711571年生于德國年生于德國 15961596年發(fā)表年發(fā)表宇宙的奧秘

13、宇宙的奧秘，神秘性多于科學(xué)性。神秘性多于科學(xué)性。 精通精通數(shù)學(xué)數(shù)學(xué) 16001600年開始擔(dān)任第谷的助手年開始擔(dān)任第谷的助手 得到火星的數(shù)據(jù)，得到火星的數(shù)據(jù)，“8 8天天” 16011601年，第谷離奇逝世把所有年，第谷離奇逝世把所有的天文觀測資料贈給開普的天文觀測資料贈給開普勒勒宇宙的奧秘宇宙的奧秘 使用畢達(dá)哥拉斯學(xué)派和柏拉使用畢達(dá)哥拉斯學(xué)派和柏拉圖曾用來解釋元素與宇宙的圖曾用來解釋元素與宇宙的五種正多面體的幾何方法，五種正多面體的幾何方法，并把這些正多面體與行星軌并把這些正多面體與行星軌道聯(lián)系起來，讓當(dāng)時(shí)已知的道聯(lián)系起來，讓當(dāng)時(shí)已知的六個(gè)行星的天球依次外切于六個(gè)行星的天球依次外切于一個(gè)正多

14、面體，由之構(gòu)成了一個(gè)正多面體，由之構(gòu)成了一個(gè)幾何化的宇宙模型。一個(gè)幾何化的宇宙模型。 典型典型的柏拉圖主義者的柏拉圖主義者新天文學(xué)新天文學(xué)l 16001600年開始擔(dān)任第谷的助手年開始擔(dān)任第谷的助手 第谷精確可靠的數(shù)據(jù)使得開普勒不得不放棄他的第谷精確可靠的數(shù)據(jù)使得開普勒不得不放棄他的得意之作得意之作, ,并開始考慮新方案并開始考慮新方案 第谷的體系也有錯誤第谷的體系也有錯誤l 16091609年發(fā)表年發(fā)表新天文學(xué)新天文學(xué) 提出開普勒第一定律和第二定律提出開普勒第一定律和第二定律新天文學(xué)新天文學(xué)開普勒第一定律開普勒第一定律第一定律第一定律軌道定律軌道定律以以太陽為焦點(diǎn)的橢圓太陽為焦點(diǎn)的橢圓 打破

15、圓周軌跡的神話打破圓周軌跡的神話 拋棄天球概念拋棄天球概念新天文學(xué)新天文學(xué)開普勒第二定律開普勒第二定律第二第二定律定律面積定律：面積定律：由太陽到火星的矢徑在相等的時(shí)間內(nèi)劃出相等的面積由太陽到火星的矢徑在相等的時(shí)間內(nèi)劃出相等的面積 打破勻速運(yùn)動的神話打破勻速運(yùn)動的神話新天文學(xué)新天文學(xué)天體物理學(xué)天體物理學(xué) 提出要提出要建立建立“天體物理學(xué)天體物理學(xué)” 不但要符合完美的幾何圖形，更要從動力學(xué)不但要符合完美的幾何圖形，更要從動力學(xué)找原因找原因亞里士多德亞里士多德為何提出水晶球模型為何提出水晶球模型哥白尼哥白尼的動力學(xué)的動力學(xué)基礎(chǔ)？基礎(chǔ)？ 16041604年，發(fā)現(xiàn)第二顆超新星，年，發(fā)現(xiàn)第二顆超新星，“

16、開普勒星開普勒星”TipsTips：吉爾伯特磁力學(xué)的對開普勒的影響：吉爾伯特磁力學(xué)的對開普勒的影響 1600年論天然磁石和磁體 地球內(nèi)部是有同質(zhì)的磁性物質(zhì)構(gòu)成哥白尼和開普勒可以解決離心力的問題 由于地球是一個(gè)巨大的磁體，所以它有一個(gè)靈魂擺脫不了物活論1619年，年，宇宙的和諧宇宙的和諧第三定律第三定律調(diào)和定律：調(diào)和定律：行星公轉(zhuǎn)周期的平方與它同太陽距離的立方成正比行星公轉(zhuǎn)周期的平方與它同太陽距離的立方成正比 使用公式表示自然定律使用公式表示自然定律 按精確定律來決定天體的音樂，并用我們的音樂按精確定律來決定天體的音樂，并用我們的音樂標(biāo)記的形式表示它（畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的宇宙論）標(biāo)記的形式表示它（畢

17、達(dá)哥拉斯學(xué)派的宇宙論）開普勒在科學(xué)思想上的貢獻(xiàn)開普勒在科學(xué)思想上的貢獻(xiàn)l 強(qiáng)調(diào)量的重要性：一切確定的知識必定是關(guān)于它的強(qiáng)調(diào)量的重要性：一切確定的知識必定是關(guān)于它的量的特征的知識，完美的知識總是數(shù)學(xué)的量的特征的知識，完美的知識總是數(shù)學(xué)的l 有效有效的數(shù)學(xué)假說必須是在觀察的數(shù)學(xué)假說必須是在觀察到的世界到的世界中能夠嚴(yán)格中能夠嚴(yán)格的加以證實(shí)的的加以證實(shí)的古代天文學(xué)：先預(yù)設(shè)了圓周勻速運(yùn)動的模型古代天文學(xué)：先預(yù)設(shè)了圓周勻速運(yùn)動的模型開普勒：開普勒：根據(jù)數(shù)據(jù)，再提出模型根據(jù)數(shù)據(jù)，再提出模型哥白尼、第谷、開普勒哥白尼、第谷、開普勒 科學(xué)及其運(yùn)作機(jī)制，雖然三人各有不足，但都是在科學(xué)及其運(yùn)作機(jī)制，雖然三人各有不

18、足，但都是在前一位的基礎(chǔ)上做出自己的貢獻(xiàn)，帶動科學(xué)進(jìn)步。前一位的基礎(chǔ)上做出自己的貢獻(xiàn)，帶動科學(xué)進(jìn)步。 哥白尼：也許我們以錯誤的觀點(diǎn)看待世界；哥白尼：也許我們以錯誤的觀點(diǎn)看待世界； 第第谷谷：（為錯誤的觀點(diǎn)）尋找證據(jù)；假設(shè)、檢驗(yàn)、：（為錯誤的觀點(diǎn)）尋找證據(jù)；假設(shè)、檢驗(yàn)、分析結(jié)果，得出結(jié)論。分析結(jié)果，得出結(jié)論。 開普開普勒：放棄錯誤觀點(diǎn)。勒：放棄錯誤觀點(diǎn)。伽利略伽利略與自然數(shù)學(xué)化與自然數(shù)學(xué)化伽利略印象伽利略印象“許多年前，我就成了哥白尼主張的皈許多年前，我就成了哥白尼主張的皈依者依者”“但是我不像你，我退縮了但是我不像你，我退縮了”15971597年，伽利略給開普勒的信年，伽利略給開普勒的信 向宗

19、教妥協(xié)，時(shí)代背景。向宗教妥協(xié)，時(shí)代背景。 他的思想風(fēng)格和工作成就，科學(xué)史上的一座豐碑；他的思想風(fēng)格和工作成就，科學(xué)史上的一座豐碑； 在運(yùn)動和力學(xué)上提出了重要的見解，在天文學(xué)上做出了在運(yùn)動和力學(xué)上提出了重要的見解，在天文學(xué)上做出了突出貢獻(xiàn)；突出貢獻(xiàn)； 他他為科學(xué)研究帶來前所未有的方法。為科學(xué)研究帶來前所未有的方法。伽利略生平伽利略生平 1564.2.151564.2.15生于意大利的生于意大利的比薩，后遷往佛羅倫薩。比薩，后遷往佛羅倫薩。 15811581年年，到比薩，到比薩大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué) 15891589年，年，2525歲，比薩大學(xué)歲，比薩大學(xué)數(shù)學(xué)教師。數(shù)學(xué)教師。 15921592年

20、，帕多瓦大學(xué)。年，帕多瓦大學(xué)。 16101610年回到年回到佛羅倫薩。佛羅倫薩。 1624162416301630寫作寫作關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話系的對話，16321632年出版，年出版，16331633年被監(jiān)禁。年被監(jiān)禁。 16381638年出版年出版兩門新科學(xué)兩門新科學(xué) 16421642年年1 1月月8 8日去世。日去世。 關(guān)于托勒密和哥關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體白尼兩大世界體系的對話系的對話伽利略對科學(xué)方法的貢獻(xiàn)伽利略對科學(xué)方法的貢獻(xiàn) 熱愛音樂和藝術(shù)，能用清晰動人的文筆表達(dá)自己。熱愛音樂和藝術(shù)，能用清晰動人的文筆表達(dá)自己。 在比薩的教堂里，發(fā)現(xiàn)吊

21、燈擺動，并完成了實(shí)驗(yàn)。在比薩的教堂里，發(fā)現(xiàn)吊燈擺動，并完成了實(shí)驗(yàn)。 不只是通過邏輯推理，還通過測量，并把數(shù)學(xué)引不只是通過邏輯推理，還通過測量，并把數(shù)學(xué)引入物理學(xué)中，然后用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和證明觀點(diǎn)。入物理學(xué)中，然后用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和證明觀點(diǎn)。 任何人都能夠重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)，得到同樣的結(jié)果。任何人都能夠重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)，得到同樣的結(jié)果。這是科學(xué)方法中的關(guān)鍵原則之一。這是科學(xué)方法中的關(guān)鍵原則之一。 伽利略比任何前人都更接近阿基米德。伽利略比任何前人都更接近阿基米德。伽利略與天文望遠(yuǎn)鏡伽利略與天文望遠(yuǎn)鏡 荷蘭人荷蘭人的玩具發(fā)明：的玩具發(fā)明：16091609年年夏天，伽利略在威尼斯聽到夏天，伽利略在威尼斯聽到一個(gè)消息說在荷

22、蘭有一種由一個(gè)消息說在荷蘭有一種由一個(gè)圓筒和兩片有曲面的玻一個(gè)圓筒和兩片有曲面的玻璃片構(gòu)成的儀器，能將很遠(yuǎn)璃片構(gòu)成的儀器，能將很遠(yuǎn)的東西看得很清楚的東西看得很清楚。伽利略與天文望遠(yuǎn)鏡伽利略與天文望遠(yuǎn)鏡 伽利略伽利略要仔細(xì)地驗(yàn)證這個(gè)傳聞的真實(shí)性，為此為自己制造了要仔細(xì)地驗(yàn)證這個(gè)傳聞的真實(shí)性，為此為自己制造了一個(gè)這樣的儀器。一個(gè)這樣的儀器。 到到16091609年底伽利略將望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)擴(kuò)大到了年底伽利略將望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)擴(kuò)大到了2020倍倍。 把自制的望遠(yuǎn)鏡指向了把自制的望遠(yuǎn)鏡指向了天空。天空。16101610年出版了年出版了星空信使星空信使望遠(yuǎn)鏡里的世界望遠(yuǎn)鏡里的世界 當(dāng)當(dāng)用望遠(yuǎn)鏡觀看恒星時(shí)

23、，伽利略看到了許多肉眼無法看到用望遠(yuǎn)鏡觀看恒星時(shí)，伽利略看到了許多肉眼無法看到的恒星。盡管恒星視差依然難以察覺，所觀察到的足以說的恒星。盡管恒星視差依然難以察覺，所觀察到的足以說明宇宙如哥白尼所預(yù)言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們從前的想象。明宇宙如哥白尼所預(yù)言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們從前的想象。 16101610年年1 1月發(fā)現(xiàn)木星有衛(wèi)星環(huán)繞，地球不再是唯一的繞轉(zhuǎn)月發(fā)現(xiàn)木星有衛(wèi)星環(huán)繞，地球不再是唯一的繞轉(zhuǎn)中心；木星周圍環(huán)繞著衛(wèi)星，它們使木星看上去分明就像中心；木星周圍環(huán)繞著衛(wèi)星，它們使木星看上去分明就像是一個(gè)太陽系的縮影。是一個(gè)太陽系的縮影。望遠(yuǎn)鏡里的世界望遠(yuǎn)鏡里的世界 月亮月亮表面凹凸不平表面凹凸不平，有山谷和平原。

24、，有山谷和平原。在亞里士多德的世在亞里士多德的世界中，月亮是完美界中，月亮是完美的天體，而伽利略的天體，而伽利略的發(fā)現(xiàn)表明天上與的發(fā)現(xiàn)表明天上與地上十分類似。地上十分類似。望遠(yuǎn)鏡里的世界望遠(yuǎn)鏡里的世界 傳統(tǒng)傳統(tǒng)宇宙理論中作為完美象征的太陽，其表面實(shí)際宇宙理論中作為完美象征的太陽，其表面實(shí)際上是上是“斑斑點(diǎn)點(diǎn)、不潔凈的斑斑點(diǎn)點(diǎn)、不潔凈的” ，即有太陽黑子。，即有太陽黑子。這個(gè)發(fā)現(xiàn)大大削弱了天空完美無缺的信條。這個(gè)發(fā)現(xiàn)大大削弱了天空完美無缺的信條。 更更重要的發(fā)現(xiàn)是金星有著與月相一樣的位相，有時(shí)重要的發(fā)現(xiàn)是金星有著與月相一樣的位相，有時(shí)呈現(xiàn)滿月那樣的圓面，有時(shí)則如一彎新月那樣。這呈現(xiàn)滿月那樣的圓面

25、，有時(shí)則如一彎新月那樣。這完全不能與托勒密關(guān)于金星的幾何學(xué)相容。這表明完全不能與托勒密關(guān)于金星的幾何學(xué)相容。這表明金星的確在環(huán)繞著太陽運(yùn)動。金星的確在環(huán)繞著太陽運(yùn)動。動力學(xué)革命前奏：沖力論動力學(xué)革命前奏：沖力論l亞里士多德的運(yùn)動觀：每種運(yùn)動需要一個(gè)原因（動力因）一個(gè)物體只要有而且僅有某物在推動它，才會運(yùn)動問題：物體脫離原動力之后，沒有東西推動它，這個(gè)物體怎么又會繼續(xù)運(yùn)動呢？l沖力論：物體離開了原動力，但是它同時(shí)獲得了沖力，沖力繼續(xù)推動它前進(jìn)沖力論是亞里士多德運(yùn)動觀的延續(xù)，自身面臨著很多無法解釋問題，伽利略早期是沖力論的信奉者l 哥白尼地動學(xué)說的困難哥白尼地動學(xué)說的困難 第一，恒星視差問題第一，

26、恒星視差問題 第二，離心力問題第二，離心力問題 第三，地動拋物問題第三，地動拋物問題 垂直落體問題垂直落體問題需要動力學(xué)的解釋需要動力學(xué)的解釋 吉爾伯特和開普吉爾伯特和開普勒勒磁力磁力學(xué)學(xué) 伽利略？伽利略？前奏：前奏：哥白尼主義者的困境哥白尼主義者的困境日心說的挑戰(zhàn)日心說的挑戰(zhàn)垂直落體問題垂直落體問題 假設(shè)一個(gè)球從一座塔上下落，按照哥白尼系統(tǒng)，塔正在以巨假設(shè)一個(gè)球從一座塔上下落，按照哥白尼系統(tǒng)，塔正在以巨大的速度自西往東運(yùn)行。一旦球被釋放，那么握著它同塔一大的速度自西往東運(yùn)行。一旦球被釋放，那么握著它同塔一起移動的手就停止作用，它向東的運(yùn)動就起移動的手就停止作用，它向東的運(yùn)動就應(yīng)該停止應(yīng)該停止

27、。并由于。并由于它將以一個(gè)重物的自然運(yùn)動下落到地球上，它似乎應(yīng)該掉到它將以一個(gè)重物的自然運(yùn)動下落到地球上，它似乎應(yīng)該掉到塔的西邊。塔的西邊。伽利略伽利略- -斜面實(shí)驗(yàn)斜面實(shí)驗(yàn) 空間的概念：空間（準(zhǔn)確的來空間的概念：空間（準(zhǔn)確的來說是說是“處所處所”）并非均勻一致）并非均勻一致，當(dāng)時(shí)只有運(yùn)動快慢的定性概，當(dāng)時(shí)只有運(yùn)動快慢的定性概念念，沒有，沒有勻速運(yùn)動和勻加速運(yùn)勻速運(yùn)動和勻加速運(yùn)動的定量概念。動的定量概念。 時(shí)間時(shí)間的概念：測量小球走過不的概念：測量小球走過不同距離所需要的時(shí)間。當(dāng)時(shí)鐘同距離所需要的時(shí)間。當(dāng)時(shí)鐘表還沒有發(fā)明，伽利略想出來表還沒有發(fā)明，伽利略想出來的解決辦法是用的解決辦法是用“水鐘

28、水鐘”（流流出出的的水量）來水量）來測量測量時(shí)間。時(shí)間。伽利略伽利略- -斜面實(shí)驗(yàn)斜面實(shí)驗(yàn)l 斜面實(shí)驗(yàn)的斜面實(shí)驗(yàn)的結(jié)論結(jié)論： 自然運(yùn)動中所通過的距離距離正比于時(shí)間時(shí)間的平方，因而在相等的相等的時(shí)間時(shí)間內(nèi)通過的距離距離是奇數(shù)關(guān)系。 自由落體定律的雛形自由落體定律的雛形伽利略的動力學(xué)概念伽利略的動力學(xué)概念放棄放棄因果解釋因果解釋，著力著力于于尋找重物下落的描述性定律尋找重物下落的描述性定律p亞里士多德：月下區(qū)的物體具有重性或者輕性，這些性質(zhì)是物體做自然運(yùn)動的原因，月上區(qū)的物體沒有這些性質(zhì)。 宇宙是一個(gè)宇宙是一個(gè)等級結(jié)構(gòu)等級結(jié)構(gòu)n伽利略：只研究重力重物的自然屬性，但是，重力只是對物體下落現(xiàn)象的一種描

29、述，這一現(xiàn)象普遍存在于所有的物質(zhì)之中，無論天上還是地下。 宇宙是均一的，天上遵循跟地上一樣的宇宙是均一的，天上遵循跟地上一樣的定律定律伽利略動力學(xué)的伽利略動力學(xué)的特點(diǎn)（特點(diǎn)（1）加速度加速度的概念提出的概念提出p亞里士多德：力是產(chǎn)生速度的原因，而不是產(chǎn)生速度的變化的原因n 伽利略提出加速度的概念： 事實(shí)證明速度不是不變的，因此這種運(yùn)動也不是均勻的。為了追求均一性和簡單性均一性和簡單性，我們必須認(rèn)為速度不是均一性的，而速度的增量（加速度）是均一的。伽利略伽利略- -斜面實(shí)驗(yàn)斜面實(shí)驗(yàn) 如果使斜面的摩擦力小到可以忽略不計(jì)，那么當(dāng)小球從某一高度的斜面滾下之后，它還可以繼續(xù)滾上另一斜面，直到和出發(fā)時(shí)同一

30、高度的地方，滾動的距離與斜面的傾斜度無關(guān)。 進(jìn)一步的推論：如另一斜面的傾斜度為零，那么小球?qū)⒁詽L上這個(gè)面時(shí)的初始速度一直不停地滾動下去l 斜面實(shí)驗(yàn)的結(jié)論2：慣性定律的雛形慣性定律的雛形 運(yùn)動運(yùn)動并不需要原因，只有運(yùn)動的變化運(yùn)動的變化需要原因。伽利略動力學(xué)的伽利略動力學(xué)的特點(diǎn)（特點(diǎn)（2）p 亞里士多德：運(yùn)動與運(yùn)動的原因緊緊綁在一起亞里士多德：運(yùn)動與運(yùn)動的原因緊緊綁在一起只有在只有在有力（或者輕性、重性等性質(zhì)）存在的情況下，物體有力（或者輕性、重性等性質(zhì)）存在的情況下，物體才會運(yùn)動。運(yùn)動和導(dǎo)致運(yùn)動的原因緊緊綁在一起。靜止是這才會運(yùn)動。運(yùn)動和導(dǎo)致運(yùn)動的原因緊緊綁在一起。靜止是這種原因的喪失種原因的喪

31、失。n 伽利略：伽利略：靜止與運(yùn)動處于同一層次，都只是狀態(tài)而已靜止與運(yùn)動處于同一層次，都只是狀態(tài)而已。n將運(yùn)動同物體的本質(zhì)屬性分離開來：對物體而言，運(yùn)動不會將運(yùn)動同物體的本質(zhì)屬性分離開來：對物體而言，運(yùn)動不會對它產(chǎn)生任何影響。運(yùn)動只是展現(xiàn)自身的一種狀態(tài)，一個(gè)物對它產(chǎn)生任何影響。運(yùn)動只是展現(xiàn)自身的一種狀態(tài)，一個(gè)物體是不會在意它是處于運(yùn)動還是靜止?fàn)顟B(tài)的，運(yùn)動也不會導(dǎo)體是不會在意它是處于運(yùn)動還是靜止?fàn)顟B(tài)的，運(yùn)動也不會導(dǎo)致其本質(zhì)屬性的變化。致其本質(zhì)屬性的變化。n靜止與運(yùn)動是無差別的，靜止不過是靜止與運(yùn)動是無差別的，靜止不過是“一種無限度的慢一種無限度的慢”。拋物體運(yùn)動的研究拋物體運(yùn)動的研究 伽利略對動

32、力學(xué)的另一個(gè)重要貢伽利略對動力學(xué)的另一個(gè)重要貢獻(xiàn)，是關(guān)于運(yùn)動合成的觀念。獻(xiàn)，是關(guān)于運(yùn)動合成的觀念。 對于水平拋出的石頭對于水平拋出的石頭，認(rèn)為，認(rèn)為這塊這塊石頭參與了兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動：石頭參與了兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動： 1 1）速度恒定的水平運(yùn)動，這個(gè)）速度恒定的水平運(yùn)動，這個(gè)速度是拋石頭的手給它的；速度是拋石頭的手給它的； 2 2）速度與時(shí)間成正比的自由落）速度與時(shí)間成正比的自由落體運(yùn)動。體運(yùn)動。地動拋物問題的解決地動拋物問題的解決 伽利略的運(yùn)動合成觀念具有深刻的物理意義。伽利略的運(yùn)動合成觀念具有深刻的物理意義。 問題：假定從一艘快速運(yùn)動的帆船的桅桿頂上投下一塊石頭，它將掉在何處？ 在伽利略時(shí)代，大家

33、相信亞里士多德的教導(dǎo)，認(rèn)為物體只有受到推力時(shí)才運(yùn)動。推力一旦消失，運(yùn)動就要停止。根據(jù)這種觀點(diǎn)，在桅桿頂上投下的石頭會垂直掉下來，而船在繼續(xù)前進(jìn)，這樣石頭會掉在船尾附近的甲板上。地動拋物問題的解決地動拋物問題的解決 伽利略的伽利略的答案（通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）答案（通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證） 當(dāng)放手的瞬間石頭也具有與船一樣的水平速度，當(dāng)放手的瞬間石頭也具有與船一樣的水平速度，所以放手之后它還會繼續(xù)以這一水平速度運(yùn)動，直所以放手之后它還會繼續(xù)以這一水平速度運(yùn)動，直到它落到桅桿底部前，一直保持這個(gè)水平速度。石到它落到桅桿底部前，一直保持這個(gè)水平速度。石頭運(yùn)動的垂直部分是加速的自由落體運(yùn)動，所以它頭運(yùn)動的垂直部分是加

34、速的自由落體運(yùn)動，所以它將正好落在桅桿底部的甲板上。將正好落在桅桿底部的甲板上。柏拉圖學(xué)派柏拉圖學(xué)派 .VS. 亞里士多德學(xué)派亞里士多德學(xué)派l 柏拉圖學(xué)派：數(shù)學(xué)有較高的價(jià)值，并且在物理學(xué)中賦予它柏拉圖學(xué)派：數(shù)學(xué)有較高的價(jià)值，并且在物理學(xué)中賦予它一個(gè)真實(shí)的價(jià)值和重要的地位一個(gè)真實(shí)的價(jià)值和重要的地位l 亞里士多德學(xué)派：數(shù)學(xué)是抽象的科學(xué)，因此它比研究實(shí)在亞里士多德學(xué)派：數(shù)學(xué)是抽象的科學(xué)，因此它比研究實(shí)在事物的物理學(xué)和形而上學(xué)的科學(xué)有較低的價(jià)值事物的物理學(xué)和形而上學(xué)的科學(xué)有較低的價(jià)值 亞里士多德學(xué)派不是亞里士多德學(xué)派不是低估了數(shù)學(xué)低估了數(shù)學(xué)的可靠性，而是的可靠性，而是低估了數(shù)低估了數(shù)學(xué)學(xué)的重要性的重要

35、性 具體具體事物根本無法用數(shù)學(xué)說明，角度、比例在具體事物中事物根本無法用數(shù)學(xué)說明，角度、比例在具體事物中根本不存在；根本不存在；必須承認(rèn)現(xiàn)實(shí)必須承認(rèn)現(xiàn)實(shí)和偏差的必要性，這些個(gè)體和和偏差的必要性，這些個(gè)體和普通之間的偏差顯現(xiàn)了神的創(chuàng)造力，它們是不可預(yù)見的。普通之間的偏差顯現(xiàn)了神的創(chuàng)造力，它們是不可預(yù)見的。過于沉迷數(shù)學(xué)、幾何，只會離真理越來越遠(yuǎn)。滿足于過于沉迷數(shù)學(xué)、幾何，只會離真理越來越遠(yuǎn)。滿足于模糊性模糊性伽利略的科學(xué)伽利略的科學(xué)思想：自然思想：自然數(shù)學(xué)化數(shù)學(xué)化 伽利略伽利略：制作：制作出一個(gè)真實(shí)的理想的球是不可能的出一個(gè)真實(shí)的理想的球是不可能的。但一。但一個(gè)個(gè)球不是因?yàn)樗钦鎸?shí)的球就不是球不是

36、因?yàn)樗钦鎸?shí)的球就不是球形。但球形。但這個(gè)這個(gè)“球球”的物的物質(zhì)對象也不能因此沒有幾何形式。它們將質(zhì)對象也不能因此沒有幾何形式。它們將是不規(guī)則的，是不規(guī)則的，但但不是不是不精確的，最不規(guī)則的石塊也具有一個(gè)與理想的圓同不精確的，最不規(guī)則的石塊也具有一個(gè)與理想的圓同樣精確的幾何形狀樣精確的幾何形狀，只是它非常的復(fù)雜，只是它非常的復(fù)雜。 自然的數(shù)學(xué)自然的數(shù)學(xué)語言，這個(gè)語言的字母和符號是角、圓和直線語言，這個(gè)語言的字母和符號是角、圓和直線伽利略的伽利略的“實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)”方法方法1.1. 直觀或解析：面對感覺經(jīng)驗(yàn)世界，我們盡可能完整的直觀或解析：面對感覺經(jīng)驗(yàn)世界，我們盡可能完整的孤立和考察某一典型現(xiàn)象，其目

37、的首先是為了直觀那孤立和考察某一典型現(xiàn)象，其目的首先是為了直觀那些簡單的絕對的要素，根據(jù)這些要素可以把最容易最些簡單的絕對的要素，根據(jù)這些要素可以把最容易最完備的把此現(xiàn)象翻譯成數(shù)學(xué)形式，亦即把感覺事實(shí)分完備的把此現(xiàn)象翻譯成數(shù)學(xué)形式，亦即把感覺事實(shí)分解為處于量的組合之中的要素解為處于量的組合之中的要素2.2. 論證：通過完成第一步，我們得到了基本的要素和它論證：通過完成第一步，我們得到了基本的要素和它們組合，就可以用純數(shù)學(xué)的方法論證。這樣得到的結(jié)們組合，就可以用純數(shù)學(xué)的方法論證。這樣得到的結(jié)果總是對類似的實(shí)例為真，即使有時(shí)步可能在經(jīng)驗(yàn)上果總是對類似的實(shí)例為真，即使有時(shí)步可能在經(jīng)驗(yàn)上證實(shí)它們。證實(shí)

38、它們。3.3. 實(shí)驗(yàn)：為了更確定的結(jié)果，特別是為了通過感覺實(shí)例實(shí)驗(yàn)：為了更確定的結(jié)果，特別是為了通過感覺實(shí)例使不具備這種隱含信念的人們相信數(shù)學(xué)的普遍的可應(yīng)使不具備這種隱含信念的人們相信數(shù)學(xué)的普遍的可應(yīng)用性，有必要發(fā)展出其結(jié)論受某些的實(shí)驗(yàn)證實(shí)懷疑的用性，有必要發(fā)展出其結(jié)論受某些的實(shí)驗(yàn)證實(shí)懷疑的可能論證可能論證。 伽利略伽利略“已經(jīng)開啟了巨大而優(yōu)秀的科學(xué)之門，已經(jīng)開啟了巨大而優(yōu)秀的科學(xué)之門，而我的工作只是一個(gè)開端，比我更出色的人將探索最而我的工作只是一個(gè)開端，比我更出色的人將探索最遙遠(yuǎn)的角落遙遠(yuǎn)的角落”。 純粹的邏輯思維不能使我們感知純粹的邏輯思維不能使我們感知得到有關(guān)經(jīng)驗(yàn)世界的任何知識，所有得到

39、有關(guān)經(jīng)驗(yàn)世界的任何知識，所有真實(shí)的知識從經(jīng)驗(yàn)開始，又歸結(jié)為經(jīng)真實(shí)的知識從經(jīng)驗(yàn)開始，又歸結(jié)為經(jīng)驗(yàn)，正是由于伽利略看清了這一點(diǎn)，驗(yàn)，正是由于伽利略看清了這一點(diǎn)，特別是因?yàn)樗麑⒋艘肟茖W(xué)界，他成特別是因?yàn)樗麑⒋艘肟茖W(xué)界，他成了了近代物理學(xué)之父，實(shí)際上，也是整近代物理學(xué)之父，實(shí)際上，也是整個(gè)近代科學(xué)之父個(gè)近代科學(xué)之父。布魯諾布魯諾 1548年出生于意大利 1584年出版哲學(xué)著作論原因、本原和太一和論無限的宇宙和多世界，發(fā)展了哥白尼的宇宙學(xué)說，提出提出無限宇宙、無數(shù)個(gè)世界思想 1592年5月22日在威尼斯被捕 1600年2月17日，布魯諾被天主教會判處火刑科學(xué)烈士之爭科學(xué)烈士之爭教廷對布魯諾有多項(xiàng)指控

40、教廷對布魯諾有多項(xiàng)指控，八，八大罪狀大罪狀： 堅(jiān)持堅(jiān)持與天主教信仰相反的意見，并有反對它及其與天主教信仰相反的意見，并有反對它及其教士的言論教士的言論； 堅(jiān)持堅(jiān)持有關(guān)三位一體、基督神性及道成肉身的錯誤有關(guān)三位一體、基督神性及道成肉身的錯誤意見意見； 堅(jiān)持堅(jiān)持有關(guān)基督的錯誤意見有關(guān)基督的錯誤意見； 堅(jiān)持堅(jiān)持有關(guān)圣餐變體論和彌撒的錯誤意見有關(guān)圣餐變體論和彌撒的錯誤意見； 宣稱宣稱存在多個(gè)世界及其永恒性存在多個(gè)世界及其永恒性； 相信相信靈魂轉(zhuǎn)世和人的靈魂能轉(zhuǎn)給畜生靈魂轉(zhuǎn)世和人的靈魂能轉(zhuǎn)給畜生； 從事從事魔術(shù)和預(yù)言魔術(shù)和預(yù)言； 否認(rèn)否認(rèn)圣母瑪利亞的童貞。圣母瑪利亞的童貞。機(jī)械論機(jī)械論笛卡爾笛卡爾 15

41、96-1650，哲學(xué)家，哲學(xué)家、物、物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家理學(xué)家、數(shù)學(xué)家 出生在法國的貴族家庭 1604年就讀于耶穌會學(xué)校 1618年師從德國物理學(xué)家依薩克比克曼學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和力學(xué) 1619年加入巴伐利亞軍隊(duì)，之后周游歐洲各國，最后定居荷蘭笛卡爾的著作笛卡爾的著作 16281628年年 指導(dǎo)哲理之原則指導(dǎo)哲理之原則 16341634年年 論世界論世界 16371637年年 談?wù)劮椒ㄕ務(wù)劮椒ǎǜ戒浿邪ǜ戒浿邪酃鈱W(xué)折光學(xué)、氣象學(xué)氣象學(xué)、幾何學(xué)幾何學(xué)） 16411641年年 第一哲學(xué)沉思錄第一哲學(xué)沉思錄 16441644年年 哲學(xué)原理哲學(xué)原理、冥想錄冥想錄 16491649年前往瑞典任宮廷哲學(xué)家年前往

42、瑞典任宮廷哲學(xué)家 16501650年年2 2月月1111日去世日去世笛卡爾與解析幾何笛卡爾與解析幾何 解析幾何：又稱解析幾何：又稱“坐標(biāo)幾何坐標(biāo)幾何”，是將平面上的點(diǎn)與有，是將平面上的點(diǎn)與有序數(shù)對序數(shù)對(x,y)(x,y)一一對應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)幾何曲線與代數(shù)方一一對應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)幾何曲線與代數(shù)方程的對應(yīng)。程的對應(yīng)。意義：意義： 把傳統(tǒng)數(shù)學(xué)中對立著的兩個(gè)研究對象把傳統(tǒng)數(shù)學(xué)中對立著的兩個(gè)研究對象“數(shù)數(shù)”與與“形形”統(tǒng)一了起來，并在數(shù)學(xué)中引入了變量的思想。統(tǒng)一了起來，并在數(shù)學(xué)中引入了變量的思想。理性的哲學(xué)思考理性的哲學(xué)思考 絕不承認(rèn)任何事物為真，對于我完全不懷疑的事物才視為真理；絕不承認(rèn)任何事物為真，對于

43、我完全不懷疑的事物才視為真理； 必須將必須將每個(gè)問題分成若干個(gè)簡單的部分來處理每個(gè)問題分成若干個(gè)簡單的部分來處理； 思想必須從簡單到復(fù)雜；思想必須從簡單到復(fù)雜； 我們應(yīng)該時(shí)常進(jìn)行徹底的檢查，確保沒有遺漏任何東西我們應(yīng)該時(shí)常進(jìn)行徹底的檢查，確保沒有遺漏任何東西。 二元論：我二元論：我思故我在思故我在；世界世界存在著兩種實(shí)體：心靈和物質(zhì)；存在著兩種實(shí)體：心靈和物質(zhì)； 對于物質(zhì)世界而言，只有一種根本屬性對于物質(zhì)世界而言，只有一種根本屬性廣延，廣延， 亦即物質(zhì)的亦即物質(zhì)的本性在于它具有長寬高，可以數(shù)學(xué)化本性在于它具有長寬高，可以數(shù)學(xué)化；心靈不具有廣心靈不具有廣延性延性 把把區(qū)分人與自然區(qū)分人與自然人成

44、為旁觀者，自然變成純粹的研究對象人成為旁觀者，自然變成純粹的研究對象在充實(shí)的物質(zhì)世界解釋運(yùn)動在充實(shí)的物質(zhì)世界解釋運(yùn)動1. 物質(zhì)世界只具有廣延的物質(zhì)2. 可延展的空間必然充滿物質(zhì)必定是物質(zhì)，沒有真空3. 移動需要空間4. 當(dāng)物體移動離開原來的位置時(shí)，有其它物體已經(jīng)為它騰出了空間，而它原來占據(jù)的空間則會被其它物體所占據(jù)。 在一個(gè)充實(shí)的宇宙中，每一個(gè)粒子必須參與移動物質(zhì)的閉合循環(huán)漩渦宇宙漩渦宇宙l 我們的宇宙由無數(shù)個(gè)微粒構(gòu)成，這些微粒不斷做閉合循環(huán)的運(yùn)動形成了一個(gè)一個(gè)的漩渦 漩渦的絕大部分區(qū)域充滿了小球，由于彼此之間不斷的發(fā)生的碰撞，這些微球變成完美的球體第二元素 而這些球體之間填滿了第一元素以太以

45、太， 而第三元素比第二元素巨大得多，它們就是行星漩渦理論是第一個(gè)用以替代水晶球體系的、似乎合理的系統(tǒng)，盛行了半個(gè)世紀(jì)之久自然即機(jī)器自然即機(jī)器 自然沒有任何活性成分的物質(zhì)構(gòu)成，所有的現(xiàn)象都可以通過微粒運(yùn)動解釋。 任何“活性”“靈性”的運(yùn)動都和自然運(yùn)動一樣，受同樣的物理學(xué)規(guī)律支配 笛卡爾：我不承認(rèn)工匠制造的機(jī)械與大自然獨(dú)自構(gòu)造的各種物體之間存在任何的不同，力學(xué)的一切法則肯定，力學(xué)的一切法則肯定從屬物理學(xué)，從屬物理學(xué)，因此一切人造之物也都是自然之物因此一切人造之物也都是自然之物。 古希臘：自然是一個(gè)有機(jī)體 古代：人造物和自然物的區(qū)分機(jī)械論與自然數(shù)學(xué)化的張力機(jī)械論與自然數(shù)學(xué)化的張力 近代科學(xué)的兩個(gè)側(cè)面

46、：近代科學(xué)的兩個(gè)側(cè)面： 自然數(shù)學(xué)化：自然數(shù)學(xué)化：用數(shù)學(xué)描述自然，一切自然現(xiàn)象都用數(shù)學(xué)描述自然，一切自然現(xiàn)象都可以用數(shù)學(xué)可以用數(shù)學(xué)描述；描述； 機(jī)械論機(jī)械論：所有的自然現(xiàn)象都可以歸于運(yùn)動和物質(zhì)所有的自然現(xiàn)象都可以歸于運(yùn)動和物質(zhì)，排除超自然，排除超自然力量。力量。真空問題真空問題 托里拆利實(shí)驗(yàn)：在一根四英尺長、一端封閉的玻璃管內(nèi)注滿水銀，用手堵住開口的一端將管子倒立放入水銀盤，松開手水銀向下流，但流到水銀柱高約30英寸（760毫米）時(shí)，水銀不再下流了。 1644年，托里拆利利用這一原理制成里第一只氣壓計(jì)如何解釋水銀柱上方的如何解釋水銀柱上方的“真空真空”l 亞里士多德：自然厭惡真空 一方面，從運(yùn)動

47、角度來說，真空中的阻力為零 因此速度無限大 邏輯學(xué)宣稱真空是指沒有東西，因此真空存在本是自相矛盾的陳述l 亞里士多德學(xué)派的解釋： 空氣的氣泡必然存在于試管的頂部；當(dāng)試管被豎起的時(shí)候，氣泡膨脹或者擴(kuò)張，直到氣泡的張力能承受得起水銀的重量 液體上方產(chǎn)生蒸汽，蒸汽把液體往下壓，如果沒有水蒸汽，水銀會充滿整個(gè)試管 布萊斯布萊斯帕斯卡帕斯卡l 針對氣泡派：假設(shè)試管中真有氣泡，而且是氣泡憑其表面張力支持這液體柱，那么應(yīng)該可以找到液體柱的長度和液體上方空間的關(guān)系。 而實(shí)驗(yàn)證明，無論液體上面的空間有多大，水銀柱的長度都保持不變l 針對蒸汽派：用酒精和水做實(shí)驗(yàn) 酒中比水含有更多的水蒸汽 酒比水輕 實(shí)驗(yàn)證明，酒柱

48、比水柱要高，亦即重量是決定柱體高低的主要因素 布萊斯布萊斯帕斯卡帕斯卡 1623年出生于法國，只活了39歲，卻在科學(xué)、哲學(xué)和文學(xué)上都創(chuàng)下了不朽的業(yè)績。 通過在海拔較高的地方進(jìn)行的多次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步支持了托里拆利關(guān)于大氣壓力的觀點(diǎn)。 進(jìn)一步研究了液體的靜力學(xué)，提出了著名的帕斯卡原理（作用于密閉液體中的壓力可以完全傳遞到液體內(nèi)部的任何一處，并且垂直地作用于它所接觸的任一界面上。）真空問題真空問題 蓋里克蓋里克 1602年出生于德國的名門望族，早年游學(xué)于荷蘭、法國和英國，學(xué)習(xí)法律和數(shù)學(xué)，1646年當(dāng)上馬德堡市的市長 馬馬德堡半球?qū)嶒?yàn)：德堡半球?qū)嶒?yàn)：使真空和大氣壓力為世人所接受“天公降牛頓天公降牛頓”N

49、ature and Natures Laws lay hid in nightGod said: let Newton beand all was light Alexander Pope茫茫滄海夜，茫茫滄海夜，萬物匿其形；萬物匿其形；天公降牛頓，天公降牛頓，處處皆光明。處處皆光明。五大成就五大成就 微積分微積分 引力引力理論理論 光的光的色散色散 望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理微積分微積分 微積分是微分和積分的合稱。 微分：求變化率（斜率、瞬時(shí)速度） 積分：求積（曲線長、面積、體積） 跟乘法和除法一樣，微分和積分兩之間互為反運(yùn)算。所以合起來一起研究，稱之為微積分 而微積分

50、的問題，尤其求積分的問題，自古希臘以來就一直吸引著數(shù)學(xué)家們的興趣積分：阿基米德求圓周率（窮盡法）積分：阿基米德求圓周率（窮盡法） 由圓的內(nèi)接正六邊形出發(fā)，先算其周長，做為圓周長的一個(gè)近似值，然后再由此周長計(jì)算內(nèi)接正十二邊形的周長，作為圓周長更精確的近似值，如此邊數(shù)逐次倍增，則所得周長仍小于圓周長，卻越來越接近圓周長 同時(shí)阿基米德用外切正多邊形從外面逼近圓周長 一般而言，如果正n邊形和正2n邊形Sn和S2n之間有代數(shù)關(guān)系 ，只要知道Sn，則可知S2n 當(dāng)內(nèi)接及外切正多邊形的邊數(shù)為96時(shí)，阿基米德得到了他的圓周估計(jì)值17世紀(jì)新問題世紀(jì)新問題 已知物體移動的距離表示為時(shí)間的函數(shù)的公式，求物體在任已知

51、物體移動的距離表示為時(shí)間的函數(shù)的公式，求物體在任意時(shí)刻的速度和加速度；意時(shí)刻的速度和加速度；或反之?；蚍粗?。上述問題如果對于勻速直線運(yùn)動來考慮，當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)工具已可以解決，但當(dāng)時(shí)天文學(xué)、力學(xué)等涉及許多非勻速運(yùn)動，要求新的數(shù)學(xué)工具 已知已知曲線求其切線曲線求其切線這不僅是幾何學(xué)的問題，而且也是許多其他科學(xué)問題的要求：物體作曲線運(yùn)動時(shí)，在每一瞬間的速度方向是該曲線相應(yīng)的點(diǎn)的切線的方向；在光學(xué)中對光的折射和反射的研究要求出界面的法線方向，法線方向是由切線方向決定的 已知已知函數(shù)求函數(shù)的極大值和極小值函數(shù)求函數(shù)的極大值和極小值求行星運(yùn)行的近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)，拋射體的最大射程和最大高度等問題 求求曲線的長度曲

52、線的長度這是以計(jì)算行星或曲線運(yùn)動的物體走過的路程為背景的；求曲線圍成的面積，以計(jì)算行星掃過的面積（開普勒定律的計(jì)算）為代表；求物體的重心、求兩個(gè)天體之間的引力等問題窮盡窮盡法求面積法求面積動態(tài)無窮法動態(tài)無窮法卡瓦列利：不可分量原理（無窮?。┛ㄍ吡欣翰豢煞至吭恚o窮小） 設(shè)三角形設(shè)三角形ABCABC與三角形與三角形DEFDEF等底等高，設(shè)等底等高，設(shè)BCBC、 EFEF分別是平行于分別是平行于BCBC、EFEF的線段。且距底邊等高，則由的線段。且距底邊等高，則由比例可知：比例可知：BC=EFBC=EF 注意到注意到BCBC、EFEF是任意的，其長度一直由是任意的，其長度一直由BCBC和和EF

53、EF一直逼近到點(diǎn)一直逼近到點(diǎn)A A和點(diǎn)和點(diǎn)D D。 既然三角形既然三角形ABCABC三角形三角形DEFDEF分別由相等的線段分別由相等的線段BCBC、EFEF所組成，所以兩三角形應(yīng)該有同樣的面積所組成，所以兩三角形應(yīng)該有同樣的面積卡瓦列利：不可分量原理（無窮?。┛ㄍ吡欣翰豢煞至吭恚o窮?。?如果兩個(gè)平面圖形夾在同一對平行線之間，并且被任何與這兩條平行線保持等距的直線截得的線段都相等，則這兩個(gè)圖形的面積相等。 類似的，如果兩個(gè)立體圖形處于于對平行平面之間，并且被任何與這兩個(gè)平行平面保持等距的平面截得的面積都相等，則這兩個(gè)立體的體積相等 以橢圓的短軸為半徑做圓，做任一直線平行于長軸而得到橢圓的

54、截線LL及圓的截線MM，由坐標(biāo)的計(jì)算可知LL與MM比值固定，所以由卡瓦列利原理可得到面積之比為a/b瞬時(shí)速度瞬時(shí)速度 瞬間速度就是瞬間的平均速度。但是瞬間到底是多短呢？如果瞬間沒有長度，則在這瞬間內(nèi)距離沒有什么變化，0/0不是數(shù)，自然不能表示速度，所以此路不通。 但是如果瞬間一定要有長度，但所謂的長度如果是通常觀念中的長度，那么它的一半不也是長度嗎？那么瞬間怎么還能稱作瞬間呢？此路也不通。 那么瞬間是到底是什么呢？ 有人想出絕招說：“瞬間的長度為無窮小”微積分基本定理微積分基本定理 動態(tài)無窮法動態(tài)無窮法雖然使得求積進(jìn)了一大步，可是繁復(fù)的步驟已經(jīng)求和、求極限的困難，都限制了它的應(yīng)用范圍。 無窮小

55、的方法無窮小的方法雖然好用，但是用起來又太靈活了，基本無固定的規(guī)則可言，數(shù)學(xué)家使用的時(shí)候，什么時(shí)候保留，什么時(shí)候削去，基本是靠直覺“猜”出來的。 而微積分基本定理的發(fā)現(xiàn)，就是說求積是求變化率的反運(yùn)算，所以會求變化率就能解決很多求積的問題，而微分學(xué)有系統(tǒng)的發(fā)展后，求變化率的計(jì)算就變成遠(yuǎn)較求積簡單的一種運(yùn)算。牛頓的貢獻(xiàn)牛頓的貢獻(xiàn)假設(shè)某曲線y=f(x) 下的面積為z，z和x的關(guān)系為z=axm， 如果x增加了一點(diǎn)，這個(gè)可以用無窮小量o來表示，則面積增加了oy，（由此亦易知，y值剛好就是面積在增加了這么一點(diǎn)的時(shí)候的變化率，yz/x），于是有 z+oy=a(x+o)z+oy=a(x+o)m m。 右邊以二

56、項(xiàng)級數(shù)展開得z+oy=a(xz+oy=a(xm m+mx+mxm-1m-1o+o+含有含有o o2 2的項(xiàng)的項(xiàng)) ) 消去z=axm，再去掉o，則得 y=a(mxy=a(mxm-1m-1+ +含有含有o o的項(xiàng)的項(xiàng)) ) 再去掉含有o的項(xiàng)，得y=amxy=amxm-1m-1面積z在任意點(diǎn)x的變化率， 正是曲線在x處的y值（amxm-1）而曲線y=amxm-1下的面積是axmoy yz/z/x x牛頓牛頓提出的新內(nèi)容提出的新內(nèi)容1. 通過考慮在x點(diǎn)處的面積的瞬時(shí)增量得出面積的表達(dá)式，而不采取過去的那種用無限小面積之和來求面積的表達(dá)式的方法也就是說，牛頓把確定變化率確定變化率作為基本的步驟，換言之

57、，以導(dǎo)數(shù)作為基本概念作為基本的步驟，換言之，以導(dǎo)數(shù)作為基本概念來來定義積分定義積分2. 他證明了過去被看成無限小面積之和的面積能夠通過一點(diǎn)的變化率由微分（求導(dǎo)數(shù)）的逆過程得到，這一事實(shí)就是我們現(xiàn)在所說的微積分基本定理 牛頓的牛頓的生平生平 艾薩克牛頓生于舊歷1642年，早產(chǎn)、遺腹子，喜擺弄小玩具、小機(jī)械，做過風(fēng)車、燈籠、日晷，性情孤僻。 12歲進(jìn)中學(xué)，因寄宿在藥劑師家里而學(xué)會了化學(xué)實(shí)驗(yàn)。 1661年，18歲的牛頓進(jìn)入劍橋大學(xué)深造。導(dǎo)師普林盧卡斯，首任教授巴羅。在巴羅指導(dǎo)下牛頓閱讀了開普勒的光學(xué)、笛卡爾的幾何學(xué)和哲學(xué)原理，伽利略的對話，胡克的顯微圖。掌握了最前沿的數(shù)學(xué)知識和光學(xué)知識。牛頓的牛頓的

58、生平生平 1665年初大學(xué)畢業(yè)，倫敦瘟疫，停學(xué)回家。年初大學(xué)畢業(yè)，倫敦瘟疫，停學(xué)回家。11月月，發(fā)明流數(shù)運(yùn)算法（微分運(yùn)算），發(fā)明流數(shù)運(yùn)算法（微分運(yùn)算） 1666年年1月，顏色理論，月，顏色理論，5月反流數(shù)運(yùn)算（積分運(yùn)月反流數(shù)運(yùn)算（積分運(yùn)算），同年推出平方算），同年推出平方反比公式反比公式。 1667年回到劍橋，當(dāng)選為三一學(xué)院的研究員。年回到劍橋，當(dāng)選為三一學(xué)院的研究員。 1668年獲碩士學(xué)位年獲碩士學(xué)位 1669年受巴羅教授推薦接任盧卡斯教席，年受巴羅教授推薦接任盧卡斯教席，27歲。歲。發(fā)現(xiàn)太陽光并非單色光，而是多種光的合成。相發(fā)現(xiàn)太陽光并非單色光，而是多種光的合成。相信折射式望遠(yuǎn)鏡必定會出現(xiàn)

59、色差。信折射式望遠(yuǎn)鏡必定會出現(xiàn)色差。牛頓的生平簡介牛頓的生平簡介 1671年向皇家學(xué)會提交反射式望遠(yuǎn)鏡，成為會員。1672年當(dāng)選為院士（30歲）。發(fā)表論文光與色的理論，展開與胡克的論戰(zhàn)。 1676年因萊布尼茨發(fā)展微積分，而開始了兩人在信件往返與在期刊中公開論戰(zhàn)，一直持續(xù)到1716年萊布尼茨去世為止。 1684年8月哈雷請教牛頓在與距離平方反比的力作用下行星做何運(yùn)動。11月牛頓給出透徹?cái)?shù)學(xué)證明論運(yùn)動。 1686年完成自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，1687年7月以拉丁文初版問世。牛頓的生平簡介牛頓的生平簡介 1689年擔(dān)任國會議員 1695年接受皇家造幣廠督辦新職，遷居倫敦。 1699年升

60、任皇家造幣廠總監(jiān)。 1701年11月再度擔(dān)任國會議員，12月正式辭去盧卡斯講座教授。 1703年當(dāng)選為皇家學(xué)會主席。 1704年出版光學(xué)。 1705年賜封為爵士。 1724年放棄造幣廠總監(jiān)與皇家學(xué)會主席職務(wù)。 1727年3月20日睡夢中去世。自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理l 導(dǎo)論：包括定義（質(zhì)量、動量、慣性、力）、運(yùn)動的三定律及相關(guān)的說明。絕對時(shí)空概念、運(yùn)動合成法則、力的合成與分解法則、伽利略相對性原理。l 第一編：運(yùn)用前面確定的基本定律研究引力問題l 第二編：討論物體在介質(zhì)中的運(yùn)動l 第三編：“論宇宙體系”導(dǎo)論導(dǎo)論: 質(zhì)量質(zhì)量與力與力l 定義一定義一：物質(zhì)的量是物質(zhì)的度量，可由其密度和