物理史話(huà)復(fù)件

物理學(xué)故事

——力學(xué)的概念形成簡(jiǎn)史早期希臘的宇宙論學(xué)派認(rèn)為自然是有生命的，像人體一樣，是自己運(yùn)動(dòng)的活的組織。在這種思想的指導(dǎo)下，并不存在運(yùn)動(dòng)的起源問(wèn)題，也沒(méi)有力的概念。希臘因此，根據(jù)這種力的概念，其作用只能限于相互接觸的物體，只能推或拉，才能有相互影響作用。他的這種力的概念完全摒棄了不接觸而通過(guò)遠(yuǎn)距作用的力的存在。于是，恒星只能假設(shè)它是有生命的，而行星只能假設(shè)它自己發(fā)力驅(qū)動(dòng)。在整個(gè)中世紀(jì)，由于思想上深受亞里士多德的束縛，在力的概念上沒(méi)有什么進(jìn)展。在亞里士多德的著作中，力是被看成是從一個(gè)物體發(fā)射到另一個(gè)物體去的。

亞里士多德（公元前384年—公元前322年），古希臘斯吉塔拉人，世界古代史上最偉大的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家之一。是柏拉圖的學(xué)生，亞歷山大的老師。公元前335年，他在雅典辦了一所叫呂克昂的學(xué)校，被稱(chēng)為逍遙學(xué)派。

作為一位最偉大的、百科全書(shū)式的科學(xué)家，亞里士多德對(duì)世界的貢獻(xiàn)無(wú)人可比。他對(duì)哲學(xué)的幾乎每個(gè)學(xué)科都作出了貢獻(xiàn)。他的寫(xiě)作涉及倫理學(xué)、形而上學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、神學(xué)、政治學(xué)、修辭學(xué)、自然科學(xué)、教育學(xué)、詩(shī)歌、風(fēng)俗，以及雅典憲法。

馬克思曾稱(chēng)亞里士多德是古希臘哲學(xué)家中最博學(xué)的人物，恩格斯稱(chēng)他是古代的黑格爾。黑格爾（1770—1831）是德國(guó)19世紀(jì)唯心論哲學(xué)的代表人物之一。黑格爾出生于德國(guó)西南部巴登-符騰堡首府斯圖加特；卒于柏林，黑格爾的思想，象征著了19世紀(jì)德國(guó)唯心主義哲學(xué)運(yùn)動(dòng)的頂峰，對(duì)后世哲學(xué)流派，如存在主義和馬克思的歷史唯物主義都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。蒂賓根大學(xué)蒂賓根大學(xué)成立于1477年，位于德國(guó)蒂賓根，是德國(guó)一所著名的公立綜合類(lèi)大學(xué)。也是德國(guó)最古老的大學(xué)之一，在自然科學(xué)和人文科學(xué)領(lǐng)域都享有盛名。知名校友開(kāi)普勒，荷爾德林，黑格爾，謝林等人類(lèi)從歷史中所得到的教訓(xùn)就是：人類(lèi)從來(lái)不記取歷史教訓(xùn)。一個(gè)真正的藝術(shù)家不應(yīng)當(dāng)只是單一的畫(huà)家，應(yīng)是興趣廣泛的多面手。美是理念的感性顯現(xiàn)。在這唯一的權(quán)力面前，沒(méi)有東西能夠維持一種獨(dú)立的生存。良心，它就是對(duì)它自己有了確信的精神。世上不是缺少美，而是缺少發(fā)現(xiàn)美。密涅瓦的貓頭鷹在黃昏起飛。絕對(duì)的光明，如同絕對(duì)的黑暗。假如沒(méi)有熱情,世界上任何偉大的事業(yè)都不會(huì)成功。任性和偏見(jiàn)就是自己個(gè)人主觀的意見(jiàn)和意向。只有那些躺在坑里、從不仰望高處的人，才會(huì)沒(méi)有出頭之日。人是靠思想站立起來(lái)的。最大的天才盡管朝朝暮暮躺在青草地上，讓微風(fēng)吹來(lái)，眼望著天空，溫柔的靈感也始終不光顧他。凡是存在的事物就天然具有合理性……

亞里士多德反對(duì)原子論；不承認(rèn)有真空存在；他還認(rèn)為物體只有在外力推動(dòng)下才運(yùn)動(dòng)，外力停止，運(yùn)動(dòng)也就停止；還認(rèn)為作自由落體運(yùn)動(dòng)的物體重的比輕的落得快（此結(jié)論后被伽利略推翻）！開(kāi)普勒經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的星象觀測(cè)資料，在1605年認(rèn)識(shí)到行星軌道是運(yùn)動(dòng)是由行星受到的吸引力造成的，但對(duì)吸力的性質(zhì)并不清楚。這些力是怎樣漫過(guò)空間的也不很清楚。約翰尼斯·開(kāi)普勒杰出的德國(guó)天文學(xué)家，他發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，這三大定律最終使他贏得了“天空立法者”的美名。為哥白尼的日心說(shuō)提供了最可靠的證據(jù)，同時(shí)他對(duì)光學(xué)、數(shù)學(xué)也做出了重要的貢獻(xiàn)，他是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)光學(xué)的奠基人。伽利略對(duì)經(jīng)典力學(xué)的建立有著重要的貢獻(xiàn)，但他對(duì)質(zhì)量的定義是模糊的，所以他并不能給出力的清晰定義，使這種定義既能用于靜力學(xué)，又能用于動(dòng)力學(xué)。但他對(duì)慣性定律的解釋是正確的。他把力和速度的變化聯(lián)系在一起，開(kāi)辟了牛頓把力和加速度聯(lián)系在一起的道路。

他是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然界漫長(zhǎng)歷程中的一個(gè)重要人物，他的科學(xué)貢獻(xiàn)已成為人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的里程碑。它創(chuàng)立了科學(xué)的光學(xué)，在光學(xué)研究中奪得了豐碩成果，單憑他在光學(xué)研究中做出的貢獻(xiàn)，就可以稱(chēng)得上近代科技史上的偉大人物。牛頓對(duì)光進(jìn)行研究，是從去掉望遠(yuǎn)鏡中的色彩和歪曲形象入手的。德國(guó)多難人生開(kāi)普勒的身世是不幸的。他17歲時(shí)父親去世。1620年，他母親，一個(gè)酒館老板的女兒，平時(shí)愛(ài)吵吵鬧鬧，因被指控犯有巫術(shù)罪而入獄，他經(jīng)一年多的奔波才使其得到無(wú)罪釋放。開(kāi)普勒26歲時(shí)與一個(gè)出身名門(mén)的寡婦結(jié)婚，舉止傲慢的妻子使他很少感到家庭溫暖。1613年在前妻死后他又選擇了一個(gè)貧家女為伴，感情雖很融洽，無(wú)奈經(jīng)濟(jì)上常處于絕望境地。他兩個(gè)妻子共生有12個(gè)小孩，大多在貧困中夭折。他作為新教徒常受到天主教會(huì)的迫害，他的一些著作被教皇列為禁書(shū)。

經(jīng)濟(jì)困苦和操勞跋涉嚴(yán)重?fù)p害了開(kāi)普勒的健康。皇帝即使在較興隆的時(shí)期都是怏怏不樂(lè)地支付薪水。在戰(zhàn)亂時(shí)期，開(kāi)普勒的薪水被一拖再拖，得不到及時(shí)的支付。1630年他有幾個(gè)月未得薪俸，不得不親自前往正在舉行帝國(guó)會(huì)議的雷根斯堡索取。到達(dá)那里后他突然發(fā)熱，幾天以后即11月15日，在貧病交困中寂然死去，終年59歲。他被葬于拉提斯本的圣彼得教堂，三十年戰(zhàn)爭(zhēng)的狂潮蕩平了他的墳?zāi)?，但是業(yè)已證明他的行星運(yùn)動(dòng)定律是一座比任何石碑都更為久佇長(zhǎng)存的紀(jì)念碑。伽利略·伽利雷（1564-1642），出生于意大利西部海岸的比薩城，他原籍佛羅倫薩，出身沒(méi)落的名門(mén)貴族家庭，是16-17世紀(jì)的意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家、比薩大學(xué)教授。伽利略發(fā)明了擺針和溫度計(jì)，他在科學(xué)上為人類(lèi)作出過(guò)巨大貢獻(xiàn)，是近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的奠基者之一，被譽(yù)為“近代力學(xué)之父”、“現(xiàn)代科學(xué)之父”和“現(xiàn)代科學(xué)家的第一人”。

1590年，伽利略在比薩斜塔上做了“兩個(gè)鐵球同時(shí)落地”的著名實(shí)驗(yàn)，從此推翻了亞里士多德“物體下落速度和重量成比例”的學(xué)說(shuō)，糾正了這個(gè)持續(xù)了1900年之久的錯(cuò)誤結(jié)論。1616年開(kāi)始，伽利略開(kāi)始受到羅馬宗教裁判所長(zhǎng)達(dá)二十多年的殘酷迫害。伽利略重要發(fā)現(xiàn)有：月球表面凹凸不平、太陽(yáng)黑子、銀河由無(wú)數(shù)恒星組成等。意大利力的概念在經(jīng)典力學(xué)中占有最根本的重要位置。牛頓在1664年提出了力的定義是動(dòng)量的變化率。牛頓第一定律是力的定性定義，它規(guī)定力在什么條件下存在和在什么條件下它的作用不存在。牛頓第二定律給出了力的定量定義。牛頓第三定律指出所有所有的力都是成對(duì)的，且這兩個(gè)力分別作用在不同的物體上。

艾薩克?牛頓爵士，1642年出生在英國(guó)，是世界近代科學(xué)技術(shù)史上偉大的物理學(xué)家、天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家。他由于發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律創(chuàng)立了天文學(xué)，由于提出了二項(xiàng)式定理和無(wú)限理論創(chuàng)立了數(shù)學(xué)，由于認(rèn)識(shí)了力的本性創(chuàng)立了力學(xué)。劍橋大學(xué)三一學(xué)院是由英國(guó)國(guó)王亨利八世于1546年所創(chuàng)建的學(xué)校，其前身是1324年建立的邁克爾學(xué)院（Michaelhouse）及1317年建立的國(guó)王學(xué)堂，是劍橋大學(xué)中規(guī)模最大、財(cái)力最雄厚、名聲最響亮的學(xué)院之一。學(xué)院中保留著最古老的建筑可一直追溯到中世紀(jì)時(shí)期國(guó)王學(xué)堂所使用的學(xué)院鐘樓，鐘樓一直都在為學(xué)院報(bào)時(shí)。三一學(xué)院的教堂是由亨利八世的女兒瑪麗·都鐸于1554年修建的，整個(gè)教堂的內(nèi)部裝潢到18世紀(jì)才全部完成。教堂前廳擺著從三一學(xué)院畢業(yè)的著名畢業(yè)生的玉石雕像，包括了牛頓、培根、丁尼生等人。三一學(xué)院的萊恩圖書(shū)館不僅藏有古埃及的木乃伊和中世紀(jì)的圣保羅信徒的書(shū)信手稿等一批珍貴的文物，還有蘇格拉底等幾十尊西方偉大思想家的雕像。??著名校友弗蘭西斯·培根，著名的哲學(xué)家安德魯·馬維爾，詩(shī)人艾薩克·牛頓，偉大的物理學(xué)家數(shù)學(xué)家天文學(xué)家拜倫，詩(shī)人愛(ài)德華·菲茲杰拉德，詩(shī)人詹姆斯·克拉克·麥克斯韋，著名的物理學(xué)家阿爾弗雷德·懷特海，哲學(xué)家G·H·哈代，數(shù)學(xué)家A·A·彌爾納，作家路德維奇·維特根斯坦，哲學(xué)家伯特蘭·羅素，哲學(xué)家尼赫魯，印度首任總理政治家喬治六世，英國(guó)國(guó)王拉吉夫·甘地，印度總理查爾斯王儲(chǔ)，英國(guó)王儲(chǔ)英國(guó)

牛頓的萬(wàn)有引力理論，使超距作用的力的概念推廣到物理學(xué)的其他分支。但牛頓不能從物理上說(shuō)清楚這種超距作用的內(nèi)在機(jī)制。19世紀(jì)，麥克斯韋總結(jié)了前人對(duì)電磁現(xiàn)象的研究，以場(chǎng)的概念為基礎(chǔ)，建立了經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的基本方程，預(yù)言了電磁波的存在，促使人們懷疑超距作用的概念。

晚年牛頓對(duì)于牛頓的晚年，人們普遍存在一些“誤解”。認(rèn)為牛頓開(kāi)始相信上帝。但事實(shí)并非如此。對(duì)于微積分的研究是牛頓晚年的研究重點(diǎn)。微積分可以在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出物理量之間關(guān)系的函數(shù)形式，但具體函數(shù)物無(wú)從知曉（簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是知道誰(shuí)和誰(shuí)呈正比或反比關(guān)系，但作為初始條件的比例系數(shù)不知道），只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知。所以，牛頓提出“上帝第一次推動(dòng)”這一個(gè)概念，就是說(shuō)，像密度等物質(zhì)固有屬性是大自然自己制定的，無(wú)法更改，也無(wú)從推導(dǎo)。而人們的誤解普遍來(lái)源于“上帝第一次推動(dòng)”，誤解為“上帝第一