近代科學(xué)革命

近代科學(xué)革命第六章近代科學(xué)革命一、什么是科學(xué)革命二、天文學(xué)革命：從日心說(shuō)到行星運(yùn)動(dòng)三大定律三、力學(xué)革命：從伽利略到牛頓第2頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、什么是科學(xué)革命1.科學(xué)革命(ScientificRevolution)指的是16、17世紀(jì)在歐洲發(fā)生的一場(chǎng)思想巨變，從此人們的世界觀和獲取自然知識(shí)的方式發(fā)生了根本的變化。自古希臘以來(lái)人類(lèi)思想所完成或經(jīng)受的一場(chǎng)最為意義深遠(yuǎn)的革命?！峦呃?1943)科學(xué)革命使基督教興起以來(lái)的一切事物相形見(jiàn)絀，使文藝復(fù)興和宗教改革降格到純粹的插曲之列……它是現(xiàn)代世界和現(xiàn)代精神的真正起源。

——巴特菲爾特(1949)第3頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天對(duì)“科學(xué)革命”提法的反對(duì)意見(jiàn)科學(xué)革命是對(duì)哲學(xué)和科學(xué)的研究對(duì)象的一次先驗(yàn)性的再定義?！魻?1954)根本就不存在科學(xué)革命?！?7世紀(jì)人口的壓倒性多數(shù)并不生活在歐洲，也不知道他們生活在“17世紀(jì)”，更沒(méi)有意識(shí)到一場(chǎng)正在發(fā)生的科學(xué)革命——夏平(1996)第4頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.天文學(xué)革命的主要事件(前后約100年)哥白尼(NicolausCopernicus,1473－1543)《天球運(yùn)行論》(1543)第谷(TychoBrache,1546-1601)發(fā)現(xiàn)新星(1572)、觀測(cè)彗星(1577)、提出第谷體系(1588)開(kāi)普勒(JohanesKepler,1571-1630)《宇宙的神秘》(1596)、《新天文學(xué)》(1609)、《宇宙的和諧》(1619)伽利略(GalileoGalilei,1564-1642)《星際使者》(1610)、《關(guān)于太陽(yáng)黑子的書(shū)信》(1613)、《試金者》(1623)、《關(guān)于兩大世界體系的對(duì)話(huà)》(1632)、《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對(duì)話(huà)》(1638)——《哥白尼革命(CopernicanRevolution)》，托馬斯·庫(kù)恩(1957)第5頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、天文學(xué)革命：

從日心說(shuō)到行星運(yùn)動(dòng)三大定律第6頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.第谷的天文觀測(cè)第谷的主要貢獻(xiàn)1563年開(kāi)始進(jìn)行天文觀測(cè)1572年11月1日發(fā)現(xiàn)新星(Nova)是恒星而非行星，打破了天上星體永恒不變的教條1577年觀測(cè)彗星，證明比月亮遙遠(yuǎn)，打破了水晶天球結(jié)構(gòu)第谷在他的天文臺(tái)里觀測(cè)(1587)1580－1597，在丹麥國(guó)王腓特烈二世賜給他的封地維汶島有兩座大天文臺(tái)，還有自己的圖書(shū)館、實(shí)驗(yàn)室、造紙廠和印刷廠第7頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天1588年，提出第谷體系地球處于宇宙中心，月亮和太陽(yáng)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)五大行星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)不用考慮恒星視差不用考慮運(yùn)動(dòng)問(wèn)題與哥白尼體系在數(shù)學(xué)上完全等價(jià)第8頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天第谷與開(kāi)普勒1597年，第谷去德國(guó)治下的布拉格任神圣羅馬帝國(guó)皇帝魯?shù)婪蚨赖膶m廷數(shù)學(xué)家1600年收開(kāi)普勒為徒1601年10月24日去世第9頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天開(kāi)普勒（Kepler，1571－1630)第10頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三大定律早年的研究狂熱的畢達(dá)哥拉斯主義－柏拉圖主義者，崇拜太陽(yáng)，崇拜數(shù)學(xué)的簡(jiǎn)單性，哥白尼學(xué)說(shuō)的同情者《宇宙的神秘》(1596)：土星(正六面體外接球)、木星(正六面體內(nèi)切球)、火星(內(nèi)接正四面體的內(nèi)切球)、地球(內(nèi)接正12面體的內(nèi)切球)、金星(內(nèi)接正20面體的內(nèi)切球)、水星(內(nèi)接正八面體的內(nèi)切球)1600年開(kāi)普勒來(lái)到布拉格成為第谷的學(xué)生，繼承第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)特別是火星第11頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天行星運(yùn)動(dòng)三定律的提出1609年《新天文學(xué)》第二定律：面速度均勻(1609，以火星為例)第一定律：行星運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓1619年《宇宙的和諧》第三定律：周期的平方與距離的立方成正比。此定律對(duì)于方位天文學(xué)并無(wú)實(shí)際的意義第12頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天開(kāi)普勒學(xué)說(shuō)的意義“天空立法者”：用橢圓代替正圓，徹底消除了本輪和均輪三定律廢除了水晶天球的概念，太陽(yáng)真正成為軌道中心，建立太陽(yáng)系的概念，預(yù)示著引力問(wèn)題。懷特海有言：“物質(zhì)未曾來(lái)到，精神先已出現(xiàn)”愛(ài)因斯坦：“開(kāi)普勒的驚人成就，是證實(shí)下面這條真理的一個(gè)特別美妙的例子，這條真理是：知識(shí)不能單從經(jīng)驗(yàn)中得出，而只能從理智的發(fā)明同觀察到的事實(shí)兩者的比較中得出?！钡?3頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天開(kāi)普勒的重要貢獻(xiàn)1618年《哥白尼天文學(xué)概要》，1627年《魯?shù)婪蛐潜怼?，?biāo)志著天文學(xué)上的哥白尼革命已經(jīng)完成一輩子窮困，曾編占星歷書(shū)以養(yǎng)家糊口。“作為女兒的占星術(shù)若不為天文學(xué)母親掙面包，母親便要挨餓了?！?630年死于索取薪水的路上。第14頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.天文學(xué)革命留下的問(wèn)題恒星視差問(wèn)題地球運(yùn)動(dòng)所引起的眩暈問(wèn)題太陽(yáng)何以牽制諸行星的運(yùn)動(dòng)第15頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、力學(xué)革命：從伽利略到牛頓Galilei（1565-1642）第16頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.伽利略：“新時(shí)代的阿基米德”伽利略，1564.2.15生于意大利的比薩，原本學(xué)醫(yī)，但卻愛(ài)好數(shù)學(xué)，被譽(yù)為新時(shí)代的阿基米德；1589年25歲，比薩大學(xué)數(shù)學(xué)教授，1592年，帕多瓦大學(xué)數(shù)學(xué)教授。1642年1月9日去世，次年1月4日牛頓出生(新歷)，烏爾班八世禁止為他樹(shù)碑立傳，1980年，羅馬教會(huì)正式為伽利略平反。第17頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天1609年45歲，制造20倍望遠(yuǎn)鏡1610年《星際使者》，月亮上的環(huán)形山，4顆木星衛(wèi)星第18頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天伽利略與教會(huì)的沖突1611年，列入黑名單，1615年被人向宗教裁判所舉報(bào)1613年《關(guān)于太陽(yáng)黑子的信》宣稱(chēng)證明了哥白尼學(xué)說(shuō)。1616年宗教裁判所把《天球運(yùn)行論》確定為禁書(shū)，紅主主教貝拉明本來(lái)對(duì)哥白尼學(xué)說(shuō)作為一種數(shù)學(xué)工具表示理解1616年，伽利略收到貝拉明簽署的一份證明，要求他不能“堅(jiān)持或支持”哥白尼學(xué)說(shuō)，但沒(méi)有禁止“講授”。第19頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天伽利略的重要著作1623年《試金者》?！罢軐W(xué)被寫(xiě)在宇宙這部永遠(yuǎn)在我們眼前打開(kāi)著的大書(shū)上，我們只有學(xué)會(huì)并熟悉它的書(shū)寫(xiě)語(yǔ)言和符號(hào)以后，才能讀懂這本書(shū)。它是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言寫(xiě)成的，字母是三角形、圓以及其它幾何圖形，沒(méi)有這些，人類(lèi)連一個(gè)字也讀不懂?！钡?0頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天1624－1630寫(xiě)作《兩大世界體系的對(duì)話(huà)》意大利文書(shū)寫(xiě)三個(gè)人物的對(duì)話(huà)為哥白尼學(xué)說(shuō)辯護(hù)，對(duì)亞里士多德－托勒密學(xué)說(shuō)精彩的反駁總結(jié)了望遠(yuǎn)鏡下的新發(fā)現(xiàn)，提出相對(duì)運(yùn)動(dòng)的概念。用地球的運(yùn)動(dòng)來(lái)解釋潮汐1632年2月下旬，經(jīng)過(guò)反復(fù)審查得以出版1632年秋傳訊伽利略1633年4月12日受審，定為可疑的異教徒6月22日，當(dāng)眾悔罪7月監(jiān)禁，12月送回佛羅倫薩由女兒照料，半盲第21頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天1638年《兩門(mén)新科學(xué)的對(duì)話(huà)》在荷蘭出版亞里士多德：速度與重量成正比邏輯推理比薩斜塔實(shí)驗(yàn)：木球與鐵球擺的等時(shí)性與斜面實(shí)驗(yàn)：落體下落的時(shí)間的平方與下落距離成正比加速度的概念合成速度與合成力的概念拋物體運(yùn)動(dòng)第22頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天伽利略的歷史地位愛(ài)因斯坦：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用

的科學(xué)推理方法，是人類(lèi)思想史上最偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)端?！辟だ蕴岢隽怂枷雽?shí)驗(yàn)，開(kāi)創(chuàng)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，并將實(shí)驗(yàn)、觀察和理論思維（科學(xué)假設(shè)，數(shù)學(xué)推理和演繹）相結(jié)合，獲得了突破性的進(jìn)展。他被后人譽(yù)為近代物理之父、物理實(shí)驗(yàn)之父，是近代自然科學(xué)的創(chuàng)始人。第23頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天牛頓(1642－1727)第24頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.牛頓經(jīng)典力學(xué)的確立牛頓的主要成就在數(shù)學(xué)上，發(fā)明微積分在天文學(xué)上，發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律在力學(xué)上，系統(tǒng)總結(jié)了運(yùn)動(dòng)三定律在光學(xué)上，發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)光的復(fù)合性，發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡締造了牛頓式的機(jī)械自然觀最后的煉金術(shù)士宗教狂熱分子，神秘知識(shí)的信奉者牛頓發(fā)明反射望遠(yuǎn)鏡第25頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天牛頓的科學(xué)發(fā)現(xiàn)歷程1665年初大學(xué)畢業(yè)，倫敦瘟疫，停學(xué)回家。是年初，二項(xiàng)式定理(任何冪的二項(xiàng)式化為一個(gè)展開(kāi)的級(jí)數(shù))；11月，發(fā)明流數(shù)運(yùn)算法(微分運(yùn)算)1666年5月反流數(shù)運(yùn)算(積分)，同年推出平方反比力公式1669年接任盧卡斯教席，時(shí)年27歲。是年發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光并非單色光1671年向皇家學(xué)會(huì)提交反射式望遠(yuǎn)鏡，成為會(huì)員。第26頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力：為什么行星總是繞太陽(yáng)做封閉的曲線運(yùn)動(dòng)，而不是跑離太陽(yáng)呢？1684年1月，胡克宣布發(fā)現(xiàn)了平方反比力作用下的行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律是橢圓，但給不出數(shù)學(xué)證明。11月，牛頓寫(xiě)了《論運(yùn)動(dòng)》，證明了平方反比力與橢圓運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。第27頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（1687）在哈雷鼓勵(lì)下，1686年寫(xiě)出《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，哈雷出資于1687年出版《原理》分導(dǎo)論和三篇。導(dǎo)論包括定義、基本定理和定律，及相關(guān)的說(shuō)明。絕對(duì)時(shí)空概念、運(yùn)動(dòng)合成法則、運(yùn)動(dòng)三定律、力的合成與分解法則、伽利略相對(duì)性原理。就像一部數(shù)學(xué)專(zhuān)著一樣《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第28頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一篇，解決引力問(wèn)題，共14章第1章，無(wú)窮算法第2章，推導(dǎo)引力的平方反比式第3章，反推第4、5、6章繼續(xù)討論圓錐曲線的幾何問(wèn)題第7章，擴(kuò)充伽利略的落體運(yùn)動(dòng)定律第10章，擺的運(yùn)動(dòng)第11章，引力與質(zhì)量成正比第12章，球體質(zhì)點(diǎn)的等效性證明第14章，運(yùn)用力學(xué)討論光的折射和反射問(wèn)題第29頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二篇，討論物體在介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)。批評(píng)笛卡爾的宇宙旋渦假說(shuō)。第三篇，論宇宙體系論宇宙體系的原因論月亮論潮汐論歲差論彗星第30頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.牛頓經(jīng)典力學(xué)的評(píng)價(jià)牛頓經(jīng)典力學(xué)的意義第一、實(shí)現(xiàn)了第一次物理學(xué)大綜合。牛頓把地球上的物體運(yùn)動(dòng)與天上的天體運(yùn)動(dòng)都統(tǒng)一到萬(wàn)有引力定律基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)的“第一次大飛躍”。第二、導(dǎo)致了力學(xué)科學(xué)的革命。牛頓在建立力學(xué)體系的過(guò)程中的確繼承了前輩和同時(shí)代科學(xué)家的諸多科學(xué)成果，是科學(xué)大綜合，更是科學(xué)革命。第31頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三、推動(dòng)了力學(xué)和其他學(xué)科的全面發(fā)展。它使天文學(xué)、力學(xué)的分支得以產(chǎn)生，對(duì)地質(zhì)、機(jī)械等學(xué)科都有深遠(yuǎn)的影響。到了十八世紀(jì)和十九世紀(jì)上半葉，形成了“分析力學(xué)”、“固體力學(xué)”、“彈性力學(xué)”、“流體力學(xué)”等多種力學(xué)分支。第四、開(kāi)創(chuàng)了理性新時(shí)代。它是文藝復(fù)興以來(lái)科學(xué)革命的偉大成果，標(biāo)志著古代人從對(duì)自然界的感性直觀的認(rèn)識(shí)進(jìn)入到近代人的抽象理性認(rèn)識(shí)的階段。十八世紀(jì)法國(guó)哲學(xué)家伏爾泰把牛頓的《原理》巨著帶到法國(guó)，法國(guó)百科全書(shū)派把牛頓力學(xué)作為唯物主義的自然科學(xué)基礎(chǔ)。第32頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，