第五章 現(xiàn)代科學(xué)的大發(fā)展

1第五章：現(xiàn)代科學(xué)的大開展第一節(jié)物理學(xué)的全面開展1.1經(jīng)典力學(xué)形式的開展及外展式應(yīng)用在牛頓?原理?出版后的近半個(gè)世紀(jì)中，除了流體力學(xué)和彈性理論之外，沒有人提出過新的力學(xué)原理，萬有引力理論乃至理論天文學(xué)本身也沒有什么重要進(jìn)展。這也許是因?yàn)橄环N造成自然科學(xué)革命的理論需要時(shí)間的緣故。力學(xué)由“革命時(shí)期〞的質(zhì)變而轉(zhuǎn)入“常規(guī)時(shí)期〞的量變，這是理論自身不斷完善的過程，它主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，是力學(xué)“在牛頓定律根底上的一種演繹的、形式的和數(shù)學(xué)的開展其二，是牛頓力學(xué)的外展式應(yīng)用。有人講牛頓的威望反而使英國此后的科學(xué)毫無成果，這是英國人的保守態(tài)度所致。從歷史來看，牛頓的?原理?沒有用他創(chuàng)造的數(shù)學(xué)分析方法——微積分方法，而是用幾何方法表述與論證的；加之他的流數(shù)法在符號(hào)上的不方便，不僅使得他的分析法甚至在英國都沒有很好地普及，同時(shí)也使他的?原理?本身的傳播和普及受到阻礙。英國著名哲學(xué)家G．貝克萊(G．Berkeley，1685～1753)就是劇烈攻擊牛頓數(shù)學(xué)分析的代表人物之一。不過，他的批判后來卻在法國刺激了達(dá)蘭貝爾(d’Alembert，1717～1783)和柯西(A．LCauchy，1789—1857)等人，使之在開展微積分和極限理論的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了牛頓力學(xué)的形式化開展。18世紀(jì)中葉以后，達(dá)蘭貝爾的?力學(xué)原理?(1743)、歐拉(LeonhardEuler，1707—1783)的剛體和流體運(yùn)動(dòng)方程(1759，1761)、拉格朗日(J．L．La—grange，1736～1813)的?解析力學(xué)?(1788)和拉普拉斯(Laplace，1749～1827)的?天體力學(xué)?等相繼問世，這些著作高度的展開并完善了牛頓理論，其中數(shù)學(xué)分析方法成了理性向自然界逼近的銳不可擋的武器。自?原理?發(fā)表以后，如此眾多的現(xiàn)象通過經(jīng)典力學(xué)、特別是引力理論的應(yīng)用而被解釋。牛頓理論證明了為什么物體在不同高度和緯度，其下落速率會(huì)發(fā)生變化。它還解釋了月球的規(guī)那么運(yùn)動(dòng)和不規(guī)那么運(yùn)動(dòng)問題。它提供了理解和預(yù)報(bào)潮汐現(xiàn)象的物理根底，并揭示了地球的歲差率現(xiàn)象是月球?qū)Φ厍虺嗟缆∑鹛幬慕Y(jié)果。對(duì)牛頓理論的最成功的應(yīng)用，是哈雷彗星的預(yù)言。哈雷(E.Halley，1656～1742)通過對(duì)1682年大彗星的觀測與研究認(rèn)為，不僅是行星，而且彗星同樣在萬有引力作用下運(yùn)動(dòng)。他發(fā)現(xiàn)1531年、1607年、1682年的三個(gè)彗星的軌道非常相似，而推斷它們是同一個(gè)彗星，并計(jì)算出其接近地球的周期為75～76年，因此預(yù)言下一次彗星出現(xiàn)在1758年。盡管在此之后的1740年他以87歲的高齡去世了，但后來以他的名字命名的這顆大彗星于1758年圣誕之夜如期地光臨地球上空。然而，比哈雷彗星的成功預(yù)言更加輝煌和振奮人心的還是海王星的發(fā)現(xiàn)。英國青年亞當(dāng)斯和法國青年勒維列分別獨(dú)立地根據(jù)萬有引力定律和攝動(dòng)理論研究推導(dǎo)出未知行星的位置。在計(jì)算結(jié)果送給柏林的加勒(1812—1910)的當(dāng)天晚上，就在預(yù)測的位置上找到了這顆后來被命名為海王星的行星。這一事件宣告了牛頓力學(xué)的最終勝利，使它成為所有科學(xué)的模式；而在科學(xué)外部，那么逐漸表現(xiàn)出牛頓的革命意識(shí)。1.2經(jīng)典力學(xué)作為形而上學(xué)模式牛頓和他的同時(shí)代人約翰?洛克(JohnLocke，1632～1704)是偉大的新思想的象征。這種新思想孕育了在思想信仰和習(xí)慣勢力領(lǐng)域中的革命，它標(biāo)志著以啟蒙運(yùn)動(dòng)為起點(diǎn)的新時(shí)代的到來。正如一位學(xué)者所說：“牛頓思想的影響是巨大的。整個(gè)啟蒙運(yùn)動(dòng)的綱領(lǐng)(尤其是在法國)是自覺地建立在牛頓的原理和方法的根底上的，這在后來那么轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞣浆F(xiàn)代文化。道德、政治、技術(shù)、歷史、社會(huì)等等的某些中心概念和開展方向，沒有哪一個(gè)思想和生活地域能夠逃脫這種文化轉(zhuǎn)變的影響。〞。一般說來，牛頓的經(jīng)典力學(xué)的形而上學(xué)模式有三個(gè)特點(diǎn)：首先，牛頓模式中包含一種依靠一個(gè)個(gè)事實(shí)的實(shí)證與歸納到達(dá)原理方法，這種方法的實(shí)質(zhì)是只能問“怎么樣〞(How)，而不能問“為什么Why)。因?yàn)閱栐驓w根結(jié)底就是問第一原理，那就等于探索創(chuàng)造的神秘。正如法國啟蒙運(yùn)動(dòng)領(lǐng)袖之一伏爾泰所說：“任何第一原理，我們也可能認(rèn)識(shí)。〞盡管牛頓晚年為了解釋造成行星橢圓軌道的切向力來源，曾提出“上帝的第一推動(dòng)〞的神學(xué)思想，但他認(rèn)為創(chuàng)造后的宇宙不再受神的任何統(tǒng)制。因此牛頓模式的形成客觀上有助于啟蒙運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)袖們切斷神學(xué)與自然科學(xué)聯(lián)結(jié)的紐帶。艷除了址實(shí)證莖與歸增納之面外，玉牛頓予模式沈的又舊一精轎髓那么鵲是把邁數(shù)學(xué)某作為歡開啟管宇宙償秘密指的鑰你匙，慰因?yàn)榛螖?shù)學(xué)滅結(jié)論炊的優(yōu)莫點(diǎn)在母于它虎的普返遍性失。在印這種懇模式貸看來符，整綢個(gè)自帶然界撈的符襪合機(jī)衰械原透理的煌有規(guī)釣?zāi)敲吹哪\(yùn)動(dòng)隔完全敬可用朵數(shù)學(xué)頑來描務(wù)述，接空間盼與幾傍何學(xué)得領(lǐng)域榜變成跡了一飲個(gè)東聾西，紐時(shí)間雅那么與蘇數(shù)的緩連續(xù)聰變成隔了一尊個(gè)東椅西?？p外部功世界員于是價(jià)成為蝴一個(gè)裝量的裳世界開，一燭個(gè)可高用數(shù)僵學(xué)計(jì)恒算的談運(yùn)動(dòng)摔的世感界。餓這種駕由伽撲利略奸奠基冊(cè)而由齡牛頓大完成率的模淡式統(tǒng)蛾治自假然科狀學(xué)達(dá)缸三個(gè)據(jù)世紀(jì)灶之久嗚。撲最后餡，由總于?？项D經(jīng)膠典力午學(xué)是聲當(dāng)時(shí)爽自然稅科學(xué)巡惟一存上升銀為理者論層汁次的設(shè)學(xué)科騎，加摸之它無所取箭得的攀輝煌使成功末，使怎力的嗽概念土以及兇由波花義耳尼開始冬到牛弓頓完?duì)砍傻目筷P(guān)于桌物質(zhì)努理論館的微爬粒(霜素)繡學(xué)說盟被眾慨多學(xué)搭科所略運(yùn)用犧，禽“返力土〞污和惜“竟素幕〞歐的概縫念超政出了崇力學(xué)拋、光跌學(xué)和司化學(xué)餃領(lǐng)域歷而被須賦予跳一般臂方法淚論意居義。友比方閘，用笛熱素勝來解攝釋熱膀的本倦質(zhì)，陰用燃饅素來炕解釋野燃燒原的本想質(zhì)，晌以及玻用彈牙性素眉、磁半素等市莫須劍有的型“復(fù)素鳴〞紐來解答釋振株動(dòng)和納磁等鉗各種跳現(xiàn)象鏈的物助質(zhì)基盼礎(chǔ)；尾又比顯如，屈在運(yùn)匙動(dòng)的少原因旋問題攝上，愧以各圖種不椒存在炊的喘“藝力日〞爸(化誕學(xué)親托和力福、電縱接觸動(dòng)力、厘生命躍力等數(shù))來蕩解釋匯各種悼運(yùn)動(dòng)噸過程睜的本提質(zhì)，蹈這是激統(tǒng)治林一個(gè)馳時(shí)代猛的形拿而上圍學(xué)自王然觀綁的機(jī)歉械論楚特征護(hù)。緒1.假設(shè)3趙真空罵與流發(fā)體力境學(xué)倘除了志剛體陸力學(xué)腸外，廟近代解力學(xué)跨的又誦一分捏支是橫流體斬力學(xué)斜。在英流體粘力學(xué)詠方面芝作出問奉獻(xiàn)流的主杠要代鼻表人掛物有扁西蒙陳?叛斯臺(tái)敬文、延托里荒拆利幟(E返.T歇of裂ri銀ce妄ll晉i，頑16干08帝—獲16咽47嗓)、欄帕斯嚷卡、頸蓋里飼克(澇O．宗Gu字er毀ic刻ke歡，1但60饞2矮—鞠16翁86汗)和聲波義猾耳(魂R．路Bo援yl柜e，祖16苗27奔—三16劃91施)等途人。絨斯臺(tái)走文作仗為近場代力準(zhǔn)學(xué)先匹驅(qū)曾駝發(fā)現(xiàn)水過假設(shè)熄干重貧要的水流體爺靜力帽學(xué)定乏律。坦例如墨，他水用實(shí)組驗(yàn)演欺示了薄所謂籠“肅流體秀靜力敬學(xué)悖套論存〞順：液玩體對(duì)高盛放設(shè)液體玩的容光器的猜底所撒施的衡力只尖取決委于承趟受壓親力的青面積買大小鴨和它弄上面核的液油柱的合高度沉，而乞與容慎器的朽形狀役無關(guān)歇。此墾外，孝他還號(hào)隱含陽地假鑄設(shè)了奮后來踐由帕紫斯卡檔提出纏的原睬理：趕流體曠中任廁何一辮點(diǎn)處暢的壓蒸強(qiáng)各護(hù)向相四等。忌最后妨，他垃還研講究了景浮動(dòng)倒物體勸的平掃衡條狐件，穩(wěn)他發(fā)申現(xiàn)這護(hù)種物胞體的綠重心絨必定鐘和所做排開際的流慨體的販重心柏(即串“蠻浮心效〞京)在廢同一然垂直兼線上澆。畫這個(gè)再時(shí)期宣的流置體力殘學(xué)與具技術(shù)喪開展迅聯(lián)系蜂密切皆。伽障利略鴉在1霸63痕8年供注意棵到，秩在超光過1震8腕桃尺(龜約1濕0米括)的弓深井畢里，謠泵就料不能撤起作當(dāng)用了母。他玻說這厚里顯裳現(xiàn)了攀對(duì)自濁然真臂空的者抵抗帥力的扶限度秧，從笑中不內(nèi)難看亡出亞側(cè)里士洪多德晴關(guān)于鹿“臺(tái)大自狡然厭嗓惡真杯空拴〞挑的觀弦點(diǎn)的貸痕跡鄙。對(duì)扣這種楚現(xiàn)象蹤第一預(yù)個(gè)作糊出科瞎學(xué)解桿釋的騰是伽遍利略型的學(xué)低生托康里拆騙利。矮他拋案棄了聰亞里索士多凈德的個(gè)學(xué)說提，也啦沒有泰依靠遣與其外相對(duì)姿立的秘同樣慎形而憑上學(xué)億的原庫子論溜解釋闖。他猜與伽爸利略盟的另擦一學(xué)不生維景維安夕尼(般V．黑Vi偶vi演an泡i，腿16禿22猛～1學(xué)70針3)奔一起盤于1歐64鉆3年芽使用亂比水爆的比隙重大擦13冒．6凝倍的獲水銀岡，反乘復(fù)進(jìn)棒行實(shí)隔驗(yàn)，丟說明翼管內(nèi)晉水銀君柱上榜部形良成的縱真空渠是大借氣壓顫力起箱作用繪的緣悉故。田托里瓣拆利顧認(rèn)為炭，汞泳柱高候度日以常的滲微小槍變動(dòng)您是大僻氣壓旬變化溜的結(jié)拖果。必這個(gè)逮假設(shè)吳由于遺他的域早逝俗而未而能證器實(shí)。吼他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察不拍到的皂光環(huán)庭，已拿確認(rèn)輛的衛(wèi)手星有尸16灶顆之設(shè)多。熔木星帆也有獻(xiàn)濃密偶的大織氣，匆其中怕含氫辨約1花0％殊，還騾有氦叼、氨幸、甲蕉烷、盞水和涼硫化獅氨以鴿及多蜜種有化揪合物幻和復(fù)君雜的舟無機(jī)竭聚合羨物，得厚度驕達(dá)1舌00搏0公礙里。罷木星貼的表響面是壽流體伸，內(nèi)場部那么福有一揀個(gè)由茶鐵和農(nóng)硅構(gòu)女成的邪固體喚核。戒它的吹大氣回外層霞溫度旦約葵—姻24譽(yù)0俱℃插，底能層約當(dāng)27瀉℃螺，中艦心溫惕度大退約是賊30嚼00釣0陽℃網(wǎng)。不杯久前貴美國精伽利料略號(hào)居航天擊器發(fā)翁射的給探測銳器進(jìn)挖入木弄星的略大氣舌層，結(jié)成功莫地發(fā)龜回了舟許多那么數(shù)據(jù)拋，對(duì)玉木星隨必將舒有更靠為準(zhǔn)尖確和障深入墾的認(rèn)劈識(shí)。趟末土星如早就在以它似美麗冤的光申環(huán)引兇起天難文學(xué)絕家的癢興趣弊。7捆0年雹代后舉期美指國的菌宇宙魄探測腰器對(duì)柔它作氣了廣鼠泛的政考察昨?，F(xiàn)壁在已隱知它貍有2豈1～捏23畜個(gè)衛(wèi)覽星，核實(shí)際障數(shù)目檔可能鬧還要冤多一槽些，偉其中章最大饑的一賺顆衛(wèi)疼星的使大小繭與地滅球相堪當(dāng)。尚土星矮有一午個(gè)不堵大的相固體的的核垃，它愉的大樣氣以但氫、麻氦為回主要沈成分濱，還博含有與甲烷掏和其月他氣之體。短土星控的一管些衛(wèi)窯星也壺有大揚(yáng)氣，吸由甲妙烷、抄乙烷底、乙艙炔等團(tuán)組成多。篇此外節(jié)，對(duì)姜天王糊星、嫁海王攝星和霜冥王勺星的潔觀測樸也獲敘得了耐不少銳有價(jià)運(yùn)值的圖資料鴨，對(duì)罰太陽久系其曬他家植族成較員如吼彗星毀、流議星和等隕星嫌的研望究也敲有許才多成藍(lán)果。貝3.區(qū)5迫現(xiàn)代系恒星緣演化逐理論堪恒星敞演化隊(duì)研究施首先逮涉及許到恒粒星的惜分類堪。1棕90威5～待19去07閱年丹兆麥天處文學(xué)稿家赫怪茨普威龍(美Ej申na載r鬧He器rz錫sp廊ru酸ng程，1壽87鏡3～擇19慌67窯)連瓦續(xù)發(fā)開表文近章討捧論恒幣星的雪顏色撓與其框光度闖之間兩的統(tǒng)盾計(jì)關(guān)味系。且19散13果年美做國天隙文學(xué)比家H境.N冒.羅企素也樣獨(dú)立廚地提丑出了蓋同樣泰的看棟法。留他們抵以恒敲星的士光度沉為縱傅坐標(biāo)檔，以屢其顏霸色(毀反映趣其表翻面溫披度)精為橫營坐標(biāo)祥，把暢柱恒星移描繪掙在一軍個(gè)圖除上，頁后來夾人們膨把這倚種圖涂稱為板“蛾赫羅井圖那么〞途。住19查58殿年美糞國天魯體物訊理學(xué)前家史賠瓦西鐵(M暮ar典ti膨n脫Sc本hw查ar撫zs穿ch依il聽d，德19的12句～惡)系申統(tǒng)地沙闡述辨了他尺根據(jù)閃赫羅袍圖所蘭描畫徑的一階顆恒幣星一奏生的辟開展資史。訂他的橋觀點(diǎn)座大概寶如下娃：麗〔1興〕引筍力收輕縮箱——泉恒星限形成島階段予雁由于耗彌散熊于星漫際間寶的物摧質(zhì)分毒布不榨均勻勝，密將度較朋大處稍便成出為引蓬力中補(bǔ)心，凳星際漫物質(zhì)會(huì)逐漸溫向該圾處聚多集形標(biāo)成星遷際云撤。星哲際云楚因引重力作面用而慨收縮示，起距初收渡縮得羊比擬謙快，仆星際伯云在后收縮栗過程服中轉(zhuǎn)梳化為虹恒星政胎，覽后來壞收縮堆速度料轉(zhuǎn)慢冬，恒掉星胎申逐漸妨轉(zhuǎn)變支為恒遠(yuǎn)星。餓〔2勤〕主勉序星沙階段漁陪在恒姻星形標(biāo)成之很后，網(wǎng)恒星轟內(nèi)部耍的氫獵核聚奏變成雄了它峰的主栗要能扁源，泄其后綱恒星雕的輻滾射壓撥力、鉗氣體黨壓力停與恒泛星的那自吸氏引力由趨于濤平衡秋，恒柿星基涉本上率既不暗收縮展也不球膨脹胃，這鏡是恒袖星一沾生中緩時(shí)間皮最長被的相礎(chǔ)對(duì)穩(wěn)與定時(shí)準(zhǔn)期。拼不同桂質(zhì)量太的恒顆星穩(wěn)架定時(shí)論期各挪不相使同，毫質(zhì)量充越大膝的恒護(hù)星時(shí)濤間越抗短，楚質(zhì)量旺越小返的恒之星的認(rèn)時(shí)間康越長丙。床〔3皇〕紅始巨星愧階段純漂氫核桶聚變海反響臺(tái)主要價(jià)在恒脈星的撓中心素局部王進(jìn)行西，隨藍(lán)著時(shí)親間的畏推移折，靠誤近中蹲心部指分的涌氫逐劫漸耗敬盡而呀形成理為氦責(zé)核，箱氦核理的周純圍那么鹿仍然租是進(jìn)寨行著圖氫核裁聚變暮的殼望層。暖當(dāng)氦苦核的擱質(zhì)量拴到達(dá)異恒星篩質(zhì)量匯的1陰0～不15勇％時(shí)制，其溝核心眨局部擠又因叨引力津而收丙縮，閱溫度卵隨之廁升高恐，至閉中心谷溫度豎到達(dá)犯1億驢度時(shí)贈(zèng)，3秧個(gè)氦效核聚烈合為挨1個(gè)保碳核團(tuán)的核攀聚變嗽就要阿發(fā)生叼。這巧時(shí)星代體的裹內(nèi)部趕膨脹國，吸姓收熱撞量，棕而星隊(duì)體的蹦外表悶積擴(kuò)輪大，別溫度洗降低騾，這腸就成雙了紅減巨星晶。條〔4梨〕高液密恒攝星拘——乒恒星折演化梳的最帆后階柏段蝕當(dāng)閉紅巨蛇星內(nèi)睜部能欠夠發(fā)拆生核止反響賤的物秒質(zhì)都劃耗盡版時(shí)，柜它的坑末日戀也就久來臨黎。其鎮(zhèn)質(zhì)量途小于唐1.設(shè)44瘦個(gè)太皇陽的抄，就柱成為冒白矮營星，段現(xiàn)在胃已經(jīng)卸觀測錫到的燦白矮保星有生10投00嘉顆以貧上。科質(zhì)量誕在1渡．4斯4～忍2個(gè)珍太陽尼之間雖的，罰成為梁“油中子時(shí)星其〞筐。中毛子星侵的存