物理學(xué)史 物理的初創(chuàng)

物理學(xué)史物理的初創(chuàng)第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三自由落體定律慣性定律相對(duì)性原理上帝說：讓牛頓去吧經(jīng)典物理學(xué)的《圣經(jīng)》牛頓與蘋果落地的故事萬有引力定律伏爾泰與思想啟蒙這片空間會(huì)荒廢嗎？走下神壇的牛頓第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三自由落體定律第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三亞里士多德：重物比輕物下落快，質(zhì)量大一倍的小球下落的末速度也快一倍。懷疑者：重物和輕物捆在一起，按照上面觀點(diǎn)應(yīng)該下落更快；由于兩物體相互影響，下落速度應(yīng)該介于兩者之間。第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三伽利略的反對(duì)者曾在比薩斜塔做過落體實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)物體沒有同時(shí)落地伽利略的直觀猜想：真空中的自由

落體應(yīng)該最簡單。采用極限的觀點(diǎn)

來推想。鉛球、鐵球、木球，分別

放水銀、水、空氣中下落：

如果完全排除空氣阻力，所有物

體將下落同樣快。下滾加速度與小球質(zhì)量和成分無關(guān)

思想實(shí)驗(yàn)第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三慣性定律1、慣性：“一貫的德性”

?2、“這才是流氓”伽利略的另一個(gè)重大貢獻(xiàn)：不受外力作用的物體將保持慣性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變德謨克利特很早就有這樣的猜想，

牛頓：“所有那些古人都知道第一定律（慣性定律），他們歸之于原子在虛空中做直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闆]有阻力，運(yùn)動(dòng)極快而永恒?！辟だ哉J(rèn)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)屬于慣性運(yùn)動(dòng)

想說明行星繞日運(yùn)動(dòng)是慣性運(yùn)動(dòng),

廣義相對(duì)論:彎曲時(shí)空中的自由運(yùn)動(dòng)第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三相對(duì)性原理地恒動(dòng)而人不知，譬如閉舟而行不知舟之運(yùn)也第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三但是，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，第一個(gè)正確描述相對(duì)論原理的是伽利略“我想起了我在船艙里經(jīng)常不知道船究竟是動(dòng)還是靜止不動(dòng)。有時(shí)我猜想船是朝某個(gè)方向行駛，其實(shí)它朝另一個(gè)方向走?！薄跋鄬?duì)性原理”的意思是說，所有的慣性系都是平等的。不能用任何實(shí)驗(yàn)來區(qū)分一個(gè)系統(tǒng)是靜止的還是在做勻速直線運(yùn)動(dòng)。落體定律、慣性定律、相對(duì)性原理：伽利略進(jìn)行科學(xué)研究的特點(diǎn)：

1）重視思想實(shí)驗(yàn)，抓住事物本質(zhì)；

2）把自己熟悉的領(lǐng)域和實(shí)驗(yàn)研究透徹；第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三英國資產(chǎn)階級(jí)革命1640年清軍入關(guān)：1644年牛頓出生1643年1月4日

舊歷：1642年12月25日遺腹子、體弱多病、成績不好、缺乏自信牛頓舅舅勸牛頓母親讓其上學(xué)18歲以減費(fèi)生進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院（上帝、耶穌、圣靈）；23歲取得學(xué)士學(xué)位，當(dāng)年爆發(fā)大規(guī)模瘟疫，避居鄉(xiāng)下，

“豐收年”：力學(xué)三定律，萬有引力定律，微積分和色彩理論；27歲教授;30歲英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。上帝說：讓牛頓去吧英國著名詩人亞歷山大?波普寫道：

自然界和自然界的規(guī)律隱藏在黑暗中，

上帝說：“讓牛頓去吧?！?/p>

于是一切成了光明。第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三經(jīng)典物理學(xué)的《圣經(jīng)》1642年，伽利略逝世，牛頓出生。牛頓總結(jié)了整個(gè)時(shí)代的研究成果，把經(jīng)典物理學(xué)的框架建立起來。牛頓說：“如果我看得比別人更遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟稀迸ｎD認(rèn)為：轉(zhuǎn)動(dòng)是絕對(duì)的，只有相對(duì)于絕對(duì)空間的轉(zhuǎn)動(dòng)才是真轉(zhuǎn)動(dòng)，才會(huì)產(chǎn)生慣性離心力。定義質(zhì)量為物質(zhì)的量，認(rèn)為質(zhì)量與“慣量”成正比，這些提法意義非常深遠(yuǎn)《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》在現(xiàn)代物理學(xué)中質(zhì)量的概念有兩種：慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量。慣性質(zhì)量表示的是物體慣性大小的度量，而引力質(zhì)量表示的是物質(zhì)引力相互作用的能力的度量。這兩個(gè)質(zhì)量是嚴(yán)格相等的，是同一個(gè)物理量的不同方面。第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三牛頓與蘋果落地的故事一些科學(xué)史專家認(rèn)為：蘋果落地的故事很可能是牛頓親屬（或牛頓本人）編出來的，提早他發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的時(shí)間，用來保護(hù)他對(duì)該定律的發(fā)現(xiàn)權(quán)名言“如果我看得比別人更遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟稀?，是與胡克爭萬有引力發(fā)現(xiàn)權(quán)提出的第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三法國著名文學(xué)家，思想啟蒙家伏爾泰當(dāng)時(shí)流亡英國，正好碰上牛頓逝世，目睹了數(shù)萬倫敦市民為牛頓送葬的壯觀場面。威斯敏斯特教堂不僅是20多位英國國王的墓地，也是一些著名政治家、科學(xué)家、軍事家、文學(xué)家的墓地，其中有丘吉爾、牛頓、達(dá)爾文、狄更斯、布朗寧等人之墓。

第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三萬有引力定律牛頓生活的時(shí)代，科學(xué)家都知曉開普勒的行星運(yùn)動(dòng)三定律。哈雷、胡克、牛頓等明白，從開普勒第三定律（軌道半長軸立方與周期平方成正比）可以推出：行星受到的太陽引力應(yīng)該與距離的平方成反比。就是不清楚這種力是否能形成橢圓軌道？一次討論中，胡克自稱能證明這一點(diǎn)，但不愿公布。

哈雷去找牛頓，牛頓說已經(jīng)證明出來，當(dāng)場未找到證明稿。答應(yīng)再算，不久收到牛頓寄來的論文稿。第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三哈雷1656年出生在倫敦；1673年進(jìn)入牛津大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。1676年，哈雷毅然放棄了學(xué)位證書，只身搭乘東印度公司的航船，在海上顛簸了三個(gè)月，到達(dá)南大西洋的圣赫勒納島，建立起人類第一個(gè)南天觀測站，測編了世界上第一份精度很高的南天星表，被人們譽(yù)為“南天第谷”。哈雷推動(dòng)牛頓寫出了經(jīng)典力學(xué)的奠基之作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，并慷慨解囊支付這部巨著的出版費(fèi)用。

第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三他基于牛頓的萬有引力定律以及力學(xué)三定律，從1337年到1698年的彗星記錄中挑選了24顆彗星，用一年時(shí)間計(jì)算了它們的軌道。發(fā)現(xiàn)1531年、1607年和1682年出現(xiàn)的這三顆彗星軌道看起來如出一轍，同一顆星？發(fā)現(xiàn)1456年、1378年、1301年、1245年，一直到1066年，歷史上都有大彗星的記錄大膽地預(yù)言，1682年出現(xiàn)的那顆彗星，將于1758年底或1759年初再次回歸。再次回歸要等到2062年左右第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三76年后，當(dāng)哈雷彗星再次照耀地球的時(shí)候，萬有引力定律得到了舉世公認(rèn)中國人對(duì)哈雷彗星的記載，最早可上溯到殷商時(shí)代。公元前1057年：“武王伐紂…時(shí)有彗星，柄在東方，可以掃西人也”：公元前613年：《春秋左傳》的“秋七月，有星孛入于北斗?！睆墓?40年（戰(zhàn)國秦始皇七年）起，哈雷彗星每次回歸，中國均有記錄。五十年代法國人巴耳代在完成研究1428顆彗星的《彗星軌道總集》之后斷定說：“彗星記載最好的（除極少數(shù)例外），當(dāng)推中國的記載?！?955年蘇聯(lián)什克洛夫斯基贊揚(yáng)：“在中國近2000年的史志記載中，毫無遺漏地記載哈雷彗星的出現(xiàn)”。由于中國彗星史料豐富、連續(xù)和較精確可靠，所以在近現(xiàn)代的天體探索中發(fā)揮了重要作用，表現(xiàn)出巨大的現(xiàn)代科學(xué)價(jià)值。

彗星是由冰晶、塵埃與冰凍的氣體組成，慧尾長度可達(dá)幾億公里第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三1846年，

亞當(dāng)斯、

勒維葉英國格林尼治天文臺(tái)柏林天文臺(tái)海王星海王星的發(fā)現(xiàn)第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三起初被認(rèn)為是太陽系中的一顆大行星，但是在2006年8月24日于布拉格舉行的第26屆國際天文聯(lián)會(huì)中將冥王星劃為矮行星（dwarfplanet）。但到了2010年，為了紀(jì)念發(fā)現(xiàn)它的過程，美國伊利諾斯州的科學(xué)家又把它重新歸為九大行星之一。

具有爭議的冥王星冥王星是在1930年由于一個(gè)幸運(yùn)的巧合而被發(fā)現(xiàn)的。一個(gè)后來被發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的計(jì)算“斷言”：基于天王星與海王星的運(yùn)行研究，在海王星后還有一顆行星(比地球還大)按照國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)的定義，一個(gè)天體要被稱為行星，需要滿足三個(gè)條件：圍繞太陽公轉(zhuǎn)、質(zhì)量大到自身引力足以使它變成球體，并且能夠清除其公轉(zhuǎn)軌道周圍的其他物體。同時(shí)滿足上述三個(gè)條件的只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。冥王星直徑只有2300千米，比月球還要小。冥王星和它的衛(wèi)星

第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三卡文迪許麥克斯韋瑞利湯姆遜盧瑟福布拉格劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三伏爾泰與思想啟蒙法國著名文學(xué)家和思想啟蒙家生于1694年，出生時(shí)體質(zhì)極差，

護(hù)士預(yù)言最多活一天，但他活了84年。

不過大部分時(shí)間是在床上度過的個(gè)子矮小、其貌不揚(yáng)、生活輕浮、

語言尖刻、才華橫溢，充滿叛逆精神●我不同意你的觀點(diǎn)，但我誓死捍衛(wèi)你說話的權(quán)利?！袢祟愖顚氋F的財(cái)產(chǎn)——自由?！駮x得多而不思考，你會(huì)覺得自己知道的很多。

書讀得多而思考，你會(huì)覺得自己不懂的很多?！駡D書館是人類知識(shí)與謬誤的寶庫?！駡?jiān)強(qiáng)的信心,能使平凡的人做出驚人的事業(yè)。●一個(gè)家庭沒有書籍,如同這個(gè)房間沒有窗戶?！裉旆志褪浅掷m(xù)不斷的忍耐。第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三神父并不像你們想的那么聰明，

我們無知才以為他們有學(xué)問。

應(yīng)該相信自己，只相信自己的眼睛，

讓眼睛成為我們的上帝和圣經(jīng)?！案髦堑淖龇ú皇琴u馬，而是把政府中的蠢驢裁剪一半?！薄拔覜]有顯赫的門第，但我的門第將因我而顯赫?！本羰抗土髅ケ┐蚍鼱柼骸皠e打他的腦袋，那里面還有有用的東西?！?/p>

并通過警察局把他驅(qū)逐到英國。使他有幸目睹牛頓葬禮，有機(jī)會(huì)拜訪牛頓的親屬，把蘋果落地的故事弄得人人皆知，流傳至今。三年后回法國，在英國寫的一些抨擊法國政府的文章被一個(gè)書店老板在未經(jīng)同意下以《英國書簡》的名字出版，使得伏爾泰大難臨頭第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三伏爾泰這次逃跑中，“拐跑”了28歲的夏特萊夫人，在遠(yuǎn)離巴黎的西雷莊園過起了浪漫、充滿創(chuàng)造性的同居生活夏特萊夫人精通數(shù)學(xué)物理；把牛頓的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》從拉丁文翻譯成法文，還加了很有學(xué)術(shù)水平的注釋，非常了不起。伏爾泰對(duì)數(shù)學(xué)物理一竅不通，但對(duì)歷史、地理、社會(huì)、文學(xué)卻有淵博的知識(shí)。

對(duì)牛頓哲學(xué)與物理思想的傳播起過重大作用。伏爾泰高度評(píng)價(jià)他的情人，“一個(gè)偉大的人，她惟一的錯(cuò)誤就是不幸生為女人”。

第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三法國國王路易十六被革命風(fēng)暴送進(jìn)監(jiān)獄后，他在牢房中閱讀了伏爾泰和盧梭的著作，感嘆道：“就是這兩個(gè)人搞垮了法國！”伏爾泰的作品和言論對(duì)法國人民的思想啟蒙發(fā)揮了巨大作用第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三這片空間會(huì)荒廢嗎？1766年中學(xué)教師提丟斯發(fā)現(xiàn)，太陽系個(gè)行星到太陽的平均距離R滿足一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。R=0.3x2^(n-2)+0.4行星nRcalRexp水星10.40.39金星20.70.73地球311火星41.61.5352.8木星65.25.22土星7109.6n=5處有空位，造物主會(huì)荒廢這片空間嗎？一種巧合？9年后發(fā)現(xiàn)天王星剛好在n=8處第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三小行星是一顆在火星和木星之間的行星破裂而成的？但帶內(nèi)的所有小行星的全部質(zhì)量比月球的質(zhì)量還要小。是太陽系形成過程中沒有形成行星的殘留物質(zhì)？第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三行星nRcalRexp水星10.40.39金星20.70.73地球311火星41.61.53小行星52.82.3~3.3木星65.25.22土星7109.6天王星819.619.3海王星938.830.2這種規(guī)律背后的物理還沒有弄清楚第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三走下神壇的牛頓青年時(shí)代的牛頓，謙虛謹(jǐn)慎、膽小怕事。中年以后，變得沽名釣譽(yù)而且有時(shí)不擇手段。晚年大部分時(shí)間是在爭吵中度過：與天文學(xué)家弗萊姆斯梯德沖突，迫使其發(fā)表最新觀測數(shù)據(jù)，指使哈雷剽竊；與胡克激烈爭吵色彩理論；爭奪萬有引力發(fā)現(xiàn)權(quán)；與惠更斯學(xué)派爭吵光究竟是粒子還是波；與萊布尼茲爭微積分的發(fā)現(xiàn)……書呆子型，一輩子沒結(jié)婚，個(gè)人生活由他妹妹和外甥女照顧。從不做任何娛樂和消遣，不騎馬外出換空氣，不散步，不玩球，常工作到半夜，往往忘記吃飯第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三萊布尼茲請(qǐng)英國皇家學(xué)會(huì)進(jìn)行裁決，結(jié)果作為學(xué)會(huì)主席的牛頓，指定了一個(gè)完全由自己朋友組成的“公正的”委員會(huì)來裁決，而且牛頓自己起草了裁決報(bào)告，正式譴責(zé)萊布尼茲剽竊。萊布尼茲死后，牛頓為傷透了其心此洋洋自得。

（微積分是兩人各自