第4講(黑洞理論3)

1、 第四講探索宇宙的歷程趙崢趙崢北京師范大學物理系北京師范大學物理系什么是宇宙？四方上下曰宇古往今來曰宙淮南子原道訓宇：空間宙：時間宇宙就是時間、空間和物質的總稱。一、中心火畢達哥拉斯的宇宙二、地心說三、哥白尼與日心說四、伽利略與土星的光環(huán)五、開普勒行星運動三定律六、牛頓與萬有引力一、中心火畢達哥拉斯的宇宙v泰勒斯（前584年）首次預報日全食v畢達哥拉斯勾股定理（商高定理）三角形三內角之和是180度大地是一個球宇宙模型：“中心火”與“對地” 二、地心說亞歷士多德（前300多年）J強調經驗、觀察J不承認存在“中心火”與“對地”J地心宇宙J月下世界土、水、火、氣月上世界以太v前200多年阿歷斯塔克最

2、早的日心說v 前100多年托勒密的地心說v地心說戰(zhàn)勝日心說得到教會支持，統(tǒng)治西方1500年中世紀修改后的地心說三、哥白尼與日心說背景：T地理大發(fā)現鄭和下西洋（14051433）哥倫布（意、西）發(fā)現新大陸（1492）達伽馬（葡）繞過好望角到印度（1498）亞美利哥（意）認識到新大陸不是印度（1503）麥哲倫（葡、西）環(huán)球航行（15191522）T宗教改革 （馬丁路德，1517） 贖罪卷；95條指控；薩克森選帝侯T文藝復興 （但丁、達芬奇、莎士比亞，13001600）T中國的四大發(fā)明傳入歐洲 造紙，印刷，火藥，指南針以及煉丹術T印度的十進位制和“阿拉伯數字”傳入歐洲T十字軍東征，從巴格達帶回希臘文

3、明 我們應當觀察各種發(fā)明的威力、效能與后果，我們應當觀察各種發(fā)明的威力、效能與后果，最顯著的例子便是印刷術、火藥和指南針最顯著的例子便是印刷術、火藥和指南針這三這三種發(fā)明都曾改變了整個世界的全部面貌和狀態(tài)！第種發(fā)明都曾改變了整個世界的全部面貌和狀態(tài)！第一種在知識傳播的文獻方面，第二種在戰(zhàn)爭上，第一種在知識傳播的文獻方面，第二種在戰(zhàn)爭上，第三種在航海上，并且隨著這些發(fā)明的利用又引起了三種在航海上，并且隨著這些發(fā)明的利用又引起了無數的變遷。由此看來，世界上沒有一個帝國，沒無數的變遷。由此看來，世界上沒有一個帝國，沒有一個教派，沒有一個星宿比這三種發(fā)明對于人類有一個教派，沒有一個星宿比這三種發(fā)明對于

4、人類發(fā)生過更大的力量與影響了！發(fā)生過更大的力量與影響了！ 弗朗西斯弗朗西斯培根培根 這是預告資產階級社會到來的三大發(fā)明，火藥這是預告資產階級社會到來的三大發(fā)明，火藥把騎士階層炸得粉碎，指南針打開了世界市場并建把騎士階層炸得粉碎，指南針打開了世界市場并建立了殖民地，而印刷術則變成新教的工具，總的說立了殖民地，而印刷術則變成新教的工具，總的說來變成了科學復興的手段，變成對精神發(fā)展創(chuàng)造必來變成了科學復興的手段，變成對精神發(fā)展創(chuàng)造必要前提的最強大的杠桿。要前提的最強大的杠桿。 馬克思馬克思哥白尼知道v古代的“中心火”和“日心說”v修改后的地心說：水星和金星繞著太陽轉動v哥白尼提出日心說1543年，天體

5、運行論“獻給最神圣的教皇，保羅三世陛下” 我對地心說進行了長期思考，上帝為我們創(chuàng)造了美好而協(xié)調的宇宙，哲學家們（指地心說的提出者和擁護者）卻不能提出正確的理論來描述，對此我感到十分氣憤。因此，我不得不去閱讀更多的哲學著作，看看有沒有與傳統(tǒng)理論（地心說）不同的假說。終于，我在古希臘的一些著作中發(fā)現了地球運動的觀點。這就啟發(fā)我也來運用這種觀點。我終于發(fā)現，如果認為地球和行星都圍繞太陽運動，一切就變得簡單而清楚了。哥白尼天體運行論 人們正在注意一個突然走紅的天文學家，他力圖證明地球圍繞著太陽轉，而不是太陽和諸星繞著地球轉。這個蠢材竟然想把天文學翻個底朝天。馬丁路德v布魯諾：恒星是遙遠的太陽宇宙是無限

6、的四、伽利略與土星光環(huán)望遠鏡：太陽的黑子月亮的環(huán)形山木星的衛(wèi)星土星的光環(huán)v密語Smaismrmielmepoetaleumibuvnenugttavirasv開普勒的解讀Salve, umbistineum geminatum Martia proles.v伽利略的謎底Altissimum planetam tergemium observavi50年后休琴士發(fā)表了另一個密語三年后自己揭謎：土星的附屬物是光環(huán)v伽利略的認罪聲明 “我，伽利略，七十歲，跪在您，最杰出最尊敬的紅衣主教和全世界基督徒國家反對異端墮落的宗教法庭庭長面前，面對著福音書，用我自己的手按著它宣誓完全放棄我認為太陽是中心并且不

7、動這一虛妄的觀點，絕不以任何方式堅持 、辯解和教授上述荒誕無稽的學說我以一顆真誠的心和誠實的信用，發(fā)誓公開放棄、詛咒并嫌惡上述的謬見和異端邪說此外，如果我知道任何人是異教徒或懷疑任何人是異教徒的話，我一定向宗教法庭或向當地宗教法庭法官和大主教檢舉告發(fā)。而且我發(fā)誓并保證，我一定履行并完全遵守宗教法庭現在或將來加諸于我的全部贖罪苦行?！蔽濉㈤_普勒行星運動三定律v第谷改進后的地心宇宙模型v開普勒：宇宙的秘密“發(fā)現了上帝創(chuàng)造宇宙時的思路”“上帝精通幾何！”正6面體外接球土星軌道正6面體內切球木星軌道正4面體外接球正4面體內切球火星軌道正12面體外接球正12面體內切球地球軌道正20面體外接球正20面體內

8、切球金星軌道正8面體外接球正8面體內切球水星軌道第谷的遺愿：z授權開普勒使用自己的資料但必須用地心說，不能用日心說z觀測完1000顆恒星，制定魯道夫星表z“一定要尊重觀測事實”z“希望我沒有虛度此生”開普勒抓住火星軌道觀測與理論的8分偏差：*第一定律：行星繞日的軌道是一個橢圓太陽位于橢圓的一個焦點上*第二定律:矢經在單位時間內掃過的面積相等角動量守恒*第三定律：行星繞日運動周期的平方與軌道半長軸的立方成正比32aT 開普勒用26年心血完成“魯道夫星表”此表被天文學家和航海家用了100多年！我欲測天高如今又量地深上天賜予我靈魂大地收容我的俗身六牛頓與萬有引力蘋果落地的故事（最早見于伏爾泰1738

9、的書）伏爾泰1694年生原名：弗朗索瓦瑪麗阿魯埃 伏爾泰個子矮小，其貌不揚，語言尖刻，生活輕浮，充滿叛逆精神。寫的劇本在巴黎常演不衰，尖刻語言直指教會和王公貴族。 “神父并不像你想的那么聰明，我們無知才以為他們有學問?！?“應該相信，只相信自己的眼睛，讓眼睛成為我們的上帝和圣經?！?我沒有顯赫的門第，但我的門第將因為我而顯赫。伏爾泰v流亡英國，見到牛頓葬禮，會見牛頓親戚v私奔，英國書簡，西雷莊園v風俗論 夏特萊夫人翻譯自然哲學之數學原理 伏爾泰作序v路易十六：就是這兩個人（盧梭和伏爾泰）搞垮了法國牛頓 1642年生18歲 劍橋三一學院（上帝、耶穌、圣靈）23歲 畢業(yè)，瘟疫2325歲 在鄉(xiāng)下躲避

10、瘟疫 “牛頓的豐收年”26歲 盧卡斯講座教授（巴羅讓賢）30歲 皇家學會會員 45歲 自然哲學之數學原理絕對時空，慣性系，質量相對性原理力學三定律萬有引力定律疊加原理（平行四邊形法則）65歲 光學萬有引力定律的提出（牛頓與胡克的不愉快關系）牛頓、胡克、哈雷都知道：開普勒第三定律力與距離平方成反比問題：力與距離平方成反比？開普勒第一、第二定律萬有引力定律的成就潮汐現象哈雷彗星海王星的發(fā)現（亞當斯和勒維葉）萬有引力常數G的測定v卡文迪什（H. Cavendish,1798）v卡文迪什實驗室的建立（W. Cavendish, 劍橋校長，1871）v第一任實驗室主任：麥克斯韋走下神壇的牛頓走下神壇的牛頓 牛頓牛頓VSVS惠更斯惠更斯光的微粒說與波動說光的微粒說與波動說 牛頓牛頓VSVS胡克胡克萬有引力定律的發(fā)現權萬有引力定律的發(fā)現權 牛頓牛頓VSVS弗萊姆斯梯德弗萊姆斯梯德天文數據的使用天文數據的使用 牛頓牛頓VSVS萊布尼茲萊布尼茲微積分的發(fā)現權微積分的發(fā)現權牛頓牛頓VSVS萊布尼茲萊布尼茲 對時間與空間的認識對時間與空間的認識牛頓：存在脫離物質和運動的絕對空間與絕對時間。萊布尼茲：根本不存在絕對空間與絕對時間，空間是相對的，時間也是相對的。時間不過是相繼發(fā)生的現象的羅列，空間不過