科學(xué)史綱要第講-近代物理學(xué)革命之伽利略與自然數(shù)學(xué)化

第七講近代物理學(xué)革命

之

伽利略與自然數(shù)學(xué)化伽利略生平生于意大利的比薩。1589年，25歲，比薩大學(xué)數(shù)學(xué)教授。1592年，帕多瓦大學(xué)。1610年回到佛羅倫薩1624－1630寫作《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，1632年出版，1633年監(jiān)禁。1638年出版《兩門新科學(xué)》1642年1月8日去世。伽利略與天文望遠(yuǎn)鏡伽利略與天文望遠(yuǎn)鏡（一）、望遠(yuǎn)鏡的制造荷蘭人的玩具發(fā)明：1609年夏天，伽利略在威尼斯聽到一個(gè)消息說在荷蘭有一種由一個(gè)圓筒和兩片有曲面的玻璃片構(gòu)成的儀器，能將很遠(yuǎn)的東西看得很清楚。伽利略要仔細(xì)地驗(yàn)證這個(gè)傳聞的真實(shí)性，為此為自己制造了一個(gè)這樣的儀器。到1609年底伽利略將望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)擴(kuò)大到了20倍。伽利略與天文望遠(yuǎn)鏡（二）、把自制的望遠(yuǎn)鏡指向了天空：

1610年出版了《星空信使》，把運(yùn)用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天文觀測所獲得的結(jié)果公之于眾。1、當(dāng)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，所觀察到的足以說明宇宙如哥白尼所預(yù)言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們從前的想象。2、1610年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)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。伽利略與天文望遠(yuǎn)鏡3、月亮表面凹凸不平，有山谷和平原。在亞里士多德的世界中，月亮是完美的天體，而伽利略的發(fā)現(xiàn)表明天上與地上十分類似。伽利略與天文望遠(yuǎn)鏡4、伽利略還發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)宇宙理論中作為完美象征的太陽，其表面實(shí)際上是“斑斑點(diǎn)點(diǎn)、不潔凈的”，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。5、更重要的發(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。伽利略與新物理學(xué)革命前奏一：沖力論亞里士多德的運(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，它會運(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？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哥白秒尼地黑動學(xué)消說的懇困難第一舌，恒晨星視矮差問狐題第二捎，離目心力鼻問題第三伶，地識動拋晝物問詠題\垂直虎落體甩問題需要嫌動力經(jīng)學(xué)的奴解釋吉爾輕伯特宜和開鏈普勒—磁力顛學(xué)伽利贈略？前奏初二：橫哥白撕尼主彈義者馬的困區(qū)境日心墨說的尤挑戰(zhàn)——垂直糟落體葬問題假設(shè)狹一個(gè)眼球從喚一座憑塔上幸下落辛，按王照哥析白尼蜻系統(tǒng)囑，塔向正在訊以巨晴大的蹤蝶速度勒自西井往東眉運(yùn)行油。一砍旦球挪被釋膜放，飾那么態(tài)握著犁它同鋸塔一則起移錄動的預(yù)手就慢停止評作用暢，它儀向東喘的運(yùn)撤動就掉應(yīng)該礦應(yīng)該哈停止厘。并秤由于濕它將賄以一億個(gè)重功物的焦自然往運(yùn)動陷下落臘到地害球上鎮(zhèn)，它魔似乎關(guān)應(yīng)該報(bào)掉到化塔的宵西邊果。伽利眨略的五動力自學(xué)伽利寒略-斜面仍實(shí)驗(yàn)斜面通實(shí)驗(yàn)噸的概哀念準(zhǔn)籃備：1.時(shí)間護(hù)的概滾念：限測量超小球欺走過寨不同同距離劈燕所需班要的窯時(shí)間高。當(dāng)倍時(shí)鐘輔表還藍(lán)沒有膛發(fā)明仆，伽狼利略蛾想出號來的仁解決督辦法候是用“水鐘”通過獻(xiàn)一個(gè)狂大容激器里稿流出渴的水旺量來缸測量茂時(shí)間2.空間映的概廳念：往空間佳（準(zhǔn)濱確的測來說煎是“處所”）并驅(qū)非均內(nèi)勻一駱致，快當(dāng)時(shí)鼓只有慕運(yùn)動驢快慢旦的定途性概恢念，激根本比沒有喜勻速爹運(yùn)動晃和勻險(xiǎn)加速響運(yùn)動乘的定浩量概肉念。伽利湊略-斜面鎖實(shí)驗(yàn)斜面褲實(shí)驗(yàn)裙的結(jié)鞭論1：自然渾運(yùn)動坑中所順通過雁的距離正比墳于時(shí)間的平胞方，兄因而疼在相等即的時(shí)貧間內(nèi)通違過的距離是奇測數(shù)關(guān)財(cái)系。自由少落體錯(cuò)定律木的雛方形伽利有略的歡動力低學(xué)概鳳念一，放棄肝因果辮解釋神，局凍限于車尋找頃重物石下落踩的描示述性責(zé)定律亞里呆士多薦德：桿月下沃區(qū)的姿物體敲具有角重性劍或者年輕性祖，這肌些性再質(zhì)是校物體覺做自謎然運(yùn)代動的陵原因兵，月字上區(qū)論的物臟體沒讓有這單些性歲質(zhì)，宇宙號是一漲個(gè)等小級結(jié)聰構(gòu)伽利景略：斯只研消究重離力——重物每的自掏然屬宣性，疾但是呀，重聚力只懸是對說物體衰下落合現(xiàn)象支的一臘種描辭述，蘇這一敏現(xiàn)象葉普遍片存在紡于所罰有的油物質(zhì)腸之中惜，無大論天嶄上還槽是地凍下。宇宙攜是均呢一的寄，天鏡上遵螺循跟驚地上恰一樣鴿的定溉律伽利沙略動嚼力學(xué)奸的特苦點(diǎn)二、汪加速書度的荒概念漂提出亞里告士多脖德：疲力是破產(chǎn)生沾速度抗的原勺因，享而不半是產(chǎn)蝴生速紙度的迎變化液的原慕因伽利么略提遣出加窩速度括的概襖念：事實(shí)隱證明醉速度烈不是粉不變蛙的，惕因此銳這種廉運(yùn)動趴也不甲是均階勻的犧。為何了追嫁求均一戀性和并簡單巴性，我墓們必易須認(rèn)潮為速停度不只是均速一性鳳的，醬而速策度的論增量深（加獻(xiàn)速度省）是濤均一攝的。伽利懶略-斜面夠?qū)嶒?yàn)如果矩使斜繞面的惜摩擦剃力小驕到可永以忽捕略不房誠計(jì)，朋那么抓當(dāng)小沈球從礦某一堤高度軍的斜征面滾役下之商后，法它還計(jì)可以禁繼續(xù)慢滾上薯另一接斜面崇，直峽到和阻出發(fā)姑時(shí)同汁一高弊度的跪地方墻，滾這動的廳距離處與斜胞面的蜜傾斜裝度無易關(guān)。進(jìn)一者步的醬推論鮮：如納另一贏斜面術(shù)的傾殖斜度紙為零律，那噴么小減球?qū)⒂[以滾津上這公個(gè)面經(jīng)時(shí)的占初始怠速度幻玉一直合不停稅地滾芹動下撒去斜面鵲實(shí)驗(yàn)介的結(jié)僑論2：慣性舟定律乒的雛鑄形運(yùn)動并不避需要血原因禁，只們有運(yùn)動訂的變露化需要奪原因排。伽利構(gòu)略動政力學(xué)糾的特五點(diǎn)亞里灑士多啟德：傷運(yùn)動撈與運(yùn)匹動的決原因瞧緊緊裁綁在嚴(yán)一起所以最只有波在有表力（釀或者浴輕性篇、重襯性等及性質(zhì)歲）存饞在的螞情況純下，傭物體再才會崗運(yùn)動汗。運(yùn)們動和賣導(dǎo)致播運(yùn)動惱的原動因緊蒙緊綁要在一顏起。志靜止遭是這中種原社因的緩喪失峽。伽利傻略：刪靜止缸與運(yùn)籍動處豬于同飼一層籃次，艷都只瞇是狀項(xiàng)態(tài)而礙已。將運(yùn)爪動同虧物體山的本母質(zhì)屬報(bào)性分村離開辨來：鉛對物半體而擔(dān)言，佳運(yùn)動郵不會纏對它糞產(chǎn)生縱任何割影響道。運(yùn)鑄動只源是展耳現(xiàn)自亂身的剩一種鄉(xiāng)豐狀態(tài)掩，一虹個(gè)物距體是格不會兔在意赴它是刮處于瓣運(yùn)動饅還是歉靜止必狀態(tài)釋的，陜運(yùn)動史也不各會導(dǎo)厭致其活本質(zhì)鑼屬性柜的變育化。靜止災(zāi)與運(yùn)殺動是讀無差湖別的甚，靜搞止不攝過是“一種待無限連度的尸慢”。拋物插體運(yùn)坡動的嚴(yán)研究伽利著略對注動力趙學(xué)的簽另一帶個(gè)重河要貢平獻(xiàn)，付是關(guān)羊于運(yùn)睬動合近成的教觀念循。對于楊水平照拋出撐的石指頭，輕伽利副略認(rèn)殲為這兇塊石莖頭參簡與了節(jié)兩個(gè)薯獨(dú)立刑的運(yùn)安動：1）速索度恒元定的浸水平湯運(yùn)動旁，這茶個(gè)速姻度是莖拋石躲頭的滴手給噴它的屢；2）速工度與激時(shí)間濕成正圈比的例自由巡壽落體代運(yùn)動狂。地動窗拋物陣問題著的解概決伽利閣略的壓運(yùn)動僑合成醋觀念研具有脹深刻蘇的物止理意裁義。問題淋：假往定從慚一艘科快速命運(yùn)動緞的帆紗船的拍桅桿正頂上制投下嘉一塊倉石頭查，它峰將掉吹在何卵處？在伽撫利略熊時(shí)代避，大重家相勺信亞資里士前多德師的教巡壽導(dǎo)，宅認(rèn)為丟物體孕只有蛾受到拳推力抓時(shí)才狼運(yùn)動捐。推估力一誓旦消奴失，夫運(yùn)動飲就要臉停止忽。根薄據(jù)這支種觀毀點(diǎn)，吉在桅轎桿頂吹上投錦下的礎(chǔ)石頭餓會垂師直掉黎下來檔，而騎船在掉繼續(xù)芳前進(jìn)然，這拒樣石因頭會慨掉在帆船尾艇附近魯?shù)募桩?dāng)板上蠟。地動驕拋物幫問題潤的解告決伽利猜略的惠答案當(dāng)放連手的壁瞬間迅石頭芬也具搶有與前船一豬樣的曲水平棉速度劣，所間以放串手之拿后它脖還會暴繼續(xù)誦以這奮一水泊平速獲度運(yùn)季動，故直到普它落煩到桅站桿底伏部前別，一聰直保源持這笛個(gè)水都平速射度。扒石頭礦運(yùn)動架的垂榨直部譽(yù)分是疫加速握的自葡由落百體運(yùn)渾動，架所以翠它將羞正好餡落在隙桅桿益底部番的甲朝板上頸。伽利世略的音科學(xué)苗思想柏拉嘩圖學(xué)書派.V夜S.亞里記士多芬德學(xué)炭派柏拉洗圖學(xué)句派：犁數(shù)學(xué)吹有較誼高的五價(jià)值翁，并喘且在簡物理靈學(xué)中知賦予蕩它一串個(gè)真飼實(shí)的杯價(jià)值杰和重抵要的串地位亞里逼士多歸德學(xué)姥派：幼數(shù)學(xué)趁是抽陶象的泊科學(xué)堤，因?qū)哟怂癖妊秀Q究實(shí)夾在事河物的億物理遮學(xué)和議形而役上學(xué)尸的科謎學(xué)有并較低絮的價(jià)館值亞里幣士多握德學(xué)戶派不寸是低蹲估數(shù)移學(xué)的痛可靠選性，銀而是討低估酷數(shù)學(xué)獅的重療要性亞里璃士多放德學(xué)浸派堅(jiān)季持?jǐn)?shù)灑學(xué)地諷位的熟次要攀性的部原因追：具狹體事撞物根飼本無刪法用恐?jǐn)?shù)學(xué)壟說明腎，角收度、房誠比例憲在具蠶體事陪物中混根本撐不存容在；永必須錘成認(rèn)城現(xiàn)實(shí)疲和偏洲差的禍必要言性，殖這些患個(gè)體短和普乓通之倒間的憑偏差鑰顯現(xiàn)蜓了神茅的創(chuàng)咱造力柳，它銹們是神不可念預(yù)見抄的。陪過于星沉迷象數(shù)學(xué)搶、幾毅何，堡只會趣離真亞理越勵(lì)來越浩遠(yuǎn)。蛇－－晚滿足刷于模駁糊性自然感數(shù)學(xué)暗化伽利娃略：逼一個(gè)蚊球不來是因恢為它狗是真噸實(shí)的捷球就絕不是頭球形洽，它碧的半奏徑不抵會因死此不州相等管。即透使制號作出松一個(gè)史真實(shí)竹的理慨想的均球是佩不可似能的它。但煙這個(gè)“球”的物登質(zhì)對甘象也窄不能村因此醫(yī)沒有組幾何暖形式剩。它怠們將餃?zhǔn)遣惶斠?guī)則撓的，令但是精不是并不精尊確的扶，最湊不規(guī)擠則的絡(luò)石塊協(xié)也具荒有一務(wù)個(gè)與襖理想拴的圓勿同樣職精確超的幾謎何形詞狀，淚只是番它非唇常的流復(fù)雜晝。--幾何位形式效和物騾質(zhì)是俱同質(zhì)濤的。自然厭說數(shù)波學(xué)語到言，賓這個(gè)音語言犬的字術(shù)母和闖符號現(xiàn)是角惹、圓錫和直里線伽利稠略的謊“實(shí)搜驗(yàn)”境方法直觀之或解標(biāo)析：褲面對降感覺挽經(jīng)驗(yàn)帝世界測，我像們盡限可能過完整施的孤述立和恒考察割某一院典型物現(xiàn)象圾，其同目的貴首先渣是為廣了直掃觀那鹿些簡褲單的匹絕對匹的要萬素，堆根據(jù)羅這些擇要素貿(mào)可以百把最重容易倘最完歪備的揭把此剝現(xiàn)象梅翻譯駁成數(shù)更學(xué)形堅(jiān)式，木亦即院把感訴覺事丙實(shí)分園解為碧處于綢量的站組合獵之中惠的要廊素論證乘：通艱過完凍成第鋤一步新，我怠們得愧到了偉基本宿的要環(huán)素和短它們猛