科學(xué)簡史第三講.ppt

1、科技史第三講,求美的革命：新宇宙的構(gòu)建,一，哥白尼與天文學(xué)革命,天文學(xué)革命代表性的一年 1543年：科學(xué)史上從中世紀(jì)到近代的過渡期中最有代表性的一年 桑戴克在世界文化史中說，若是我們要指定中世紀(jì)科學(xué)終結(jié)是哪一年，我們就推舉1543年，那年根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法而確立的兩本基本的近代著作出世了，一本是維薩留斯所著人體結(jié)構(gòu)，一本是哥白尼所著天體運(yùn)行論。 哥白尼天體運(yùn)行論：日心說，與托勒密不同。 薩維留斯人體結(jié)構(gòu)人體的構(gòu)造與蓋倫不同，提出左右心房心室血液循環(huán)思想也與蓋倫不同，蓋倫的是兩個。維薩留斯被后人稱為“解剖學(xué)之父”。在當(dāng)時神學(xué)一統(tǒng)天下，由于他進(jìn)行了被教會所禁止的人體解剖，指出了蓋侖學(xué)說的錯誤，觸犯了教會

2、的權(quán)威，因而遭到了教會的指責(zé)和迫害。維薩留斯最終被流放而死于路上。,天文學(xué)革命 大師輩出的時代 哥白尼 第谷 伽利略 開普勒 牛頓,天文學(xué)革命的社會背景： 宗教迫害的時代 1540年羅耀拉設(shè)立耶穌會 1553年解剖學(xué)家塞爾維特因“異端思想”罪被燒死； 1600年布魯諾因“異端思想”罪被燒死； 1633年伽利略在宗教法庭上被迫公開宣布放棄自己關(guān)于地動的學(xué)說。,（一），哥白尼和他的天體運(yùn)行論 尼古拉哥白尼Nicolas Copernicus 1473年2月19日生于波蘭托倫的一個富商之家。 10歲喪父，由兼任主教的叔父撫養(yǎng)。 早年教育：數(shù)學(xué)和繪畫 意大利游學(xué) 1496年起在意大利， 十年內(nèi)先后在波

3、洛尼亞、帕多瓦和斐拉拉等三所大學(xué)里攻讀醫(yī)學(xué)和宗教法規(guī)。 在波洛尼亞期間，與該校天文學(xué)教授迪諾瓦拉（de Novara）有密切的接觸，后者正是在自然哲學(xué)中復(fù)興畢達(dá)哥拉斯思想的領(lǐng)袖。,托勒密體系的缺點(diǎn)： 1，與觀測有很大誤差。AD145年的體系，1400年過去了，學(xué)者們討論托勒密學(xué)說的錯誤和改進(jìn)它的可能性 。 2，解釋周圍天體的運(yùn)動需要越來越多的本輪 3，大大背離了畢達(dá)哥拉斯派的柏拉圖主義所追求的數(shù)學(xué)上的簡單性和完美性。,哥白尼的思考： 完美的運(yùn)動和完美的數(shù)學(xué) 哥白尼在思想上傾向于畢達(dá)哥拉斯派，認(rèn)為天體應(yīng)該有簡單完美的運(yùn)動，也應(yīng)該有簡單完美的數(shù)學(xué)描述。 在哥白尼看來，托勒密體系在這一點(diǎn)上還不能算“

4、合格”。 所以他想到如果宇宙的中心是太陽而不是地球，那么對天體運(yùn)行的理解和描述就可能會簡單得多。,哥白尼天體運(yùn)行論 產(chǎn)生的過程： 1，作為愛好的思考 1505年哥白尼返回波蘭，任弗洛姆布克天主教堂的教士。 在繁雜的行政事務(wù)工作之余，他開始思考如何把宇宙中心移到太陽上去。 從1512年起他開始在新假說基礎(chǔ)上推算行星的位置。,哥白尼天體運(yùn)行論 產(chǎn)生的過程： 2，學(xué)說的流傳與出版 1530年左右哥白尼將他的學(xué)說寫成概論，以手稿的形式在歐洲學(xué)者間廣泛流傳。 在數(shù)學(xué)家雷梯庫斯（Rheticus）的強(qiáng)烈要求下， 哥白尼同意出版他的全書，敬獻(xiàn)給羅馬教皇保羅三世。 第一本書送到哥白尼手里幾小時之后，他就與世長

5、辭了，那是1543年5月24日。,天體運(yùn)行論 初版名稱托倫的尼古拉哥白尼論天體運(yùn)行軌道（共六冊） 后來一般簡稱為天體運(yùn)行論 ON THE REVOLUTIONS,天體運(yùn)行論革新內(nèi)容： 哥白尼學(xué)說的革新內(nèi)容主要在天體運(yùn)行論的第一冊中得到描述。 哥白尼描繪了他的宇宙圖景： 1，太陽位于宇宙的中心： 水星、金星、地球帶著月亮、火星、木星和土星依次繞著太陽運(yùn)行，(歐多克斯（Eudoxus，約409-356BC）在柏拉圖的原則指導(dǎo)下提出了天體的同心球理論。) 最外圍是靜止的恒星天層。 2，各行星詳細(xì)的公轉(zhuǎn)周期：見圖,天體運(yùn)行論優(yōu)越性： 哥白尼聲稱他的宇宙體系比托勒密體系優(yōu)越，是因?yàn)樗捏w系更簡單和完美。

6、這點(diǎn)在天體運(yùn)行論的第一冊中得到了淋漓盡致的體現(xiàn)。 本輪數(shù)：34對80 但從第二冊開始到第六冊中的論述卻在簡單和完美性方面打了折扣。 哥白尼共引入34個本輪來推算行星的運(yùn)動，這比托勒密體系最多時的80個本輪少多了，但是推算工作仍不能稱簡單。,天體運(yùn)行論與托勒密的關(guān)系： 采用至大論的觀測數(shù)據(jù)和幾何方法，以及編制星表的資料；有些問題的處理完全因襲至大論。 比托勒密還接近古希臘的天文學(xué)家和哲學(xué)家，堅(jiān)持用勻速圓周運(yùn)動這種天體所應(yīng)有的“完美運(yùn)動”來描述行星的運(yùn)動。 天體運(yùn)行論與其說是在解釋宇宙，還不如說是在解釋托勒密。,哥白尼的態(tài)度： 只是數(shù)學(xué)模型：天體運(yùn)行論初版的序言稱該書只是提供了一種解釋行星運(yùn)動的數(shù)

7、學(xué)方法。 把哥白尼體系看成是一種數(shù)學(xué)模型，還是一種宇宙的真實(shí)圖景，這將直接影響教會對天體運(yùn)行論的態(tài)度。,天體運(yùn)行論影響有限 天體運(yùn)行論出版之后，有少數(shù)數(shù)學(xué)家接受了哥白尼的學(xué)說， 而一些著名學(xué)者如弗朗西斯培根等則明確表示反對地動說。 因此哥白尼學(xué)說的影響還很有限，并未構(gòu)成對納入經(jīng)院學(xué)派的托勒密學(xué)說的沖擊。,天體運(yùn)行論成為信仰 按照當(dāng)時的物理學(xué)和天文學(xué)知識還無法理解地球在運(yùn)動這一事實(shí)。哥白尼學(xué)說遭受著各種“合理”的責(zé)難。 如果地球在繞太陽運(yùn)動，那么： 恒星的位置應(yīng)該有一個周年的變化， 上拋的物體不該掉到原地， 地球有被瓦解的危險， 喬爾丹諾布魯諾（Giordano Bruno）是文藝復(fù)興時期著名的

8、自然哲學(xué)家。1548年他出生于意大利那不勒斯附近的小鎮(zhèn)諾拉。,（二），喬爾丹諾布魯諾的思想 18歲時，布魯諾進(jìn)圣多米尼克修道院學(xué)習(xí)，他承認(rèn)對托馬斯阿奎那保持了終生的尊敬。曾一度被引見給羅馬教皇。1572年他任教士。由于布魯諾閱讀異端書籍，談?wù)摦惗怂枷?，地方教會要審判他?576年他逃亡了羅馬，1578年他離開意大利開始了長期漂泊冒險的生涯。約1579年至1581年布魯諾在法國圖盧茲的一所大學(xué)任哲學(xué)教師，他拒絕按照校方的規(guī)定，把懷疑和思考帶入了課堂，激起了同事們的極度憤慨，以至“到處受到憎恨、謾罵和侮辱，甚至不無生命之虞?！?1958年夏，布魯諾來到巴黎，享利三世國王對他公開演講的記憶術(shù)產(chǎn)生了興

9、趣，任他為皇室神學(xué)教師。,1583年由于政治局勢的變化，布魯諾離開法國前 往英國，享利國王向法國駐倫敦大使寫了一封介紹信，憑著這封信布魯諾得到大使的庇護(hù)。倫敦時期是布魯諾創(chuàng)作的高峰年代，2年多的時間，共發(fā)表了6部著作，書中表達(dá)了他對宇宙、上帝和當(dāng)時社會的思考，他的書激起了眾怒，以至他認(rèn)為幾乎所有的人都要攻擊他、威脅他、抓捕他、消滅他。1585年秋天，布魯諾回到法國，1586年他又逃往德國，專心地寫作，研究魯爾藝術(shù)和巫術(shù)（英文的magic，含有巫術(shù)、魔術(shù)、幻術(shù)、煉金術(shù)、占星術(shù)和其它許多神秘不可解釋的手段所做出的事情）。1591年他回到意大利，次年被捕，經(jīng)過長達(dá)8年的監(jiān)禁和審訊，宗教裁判所指控他犯

10、有8條異端罪，將他交給世俗軍隊(duì)，1600年2月8日布魯諾被活活燒死在羅馬的鮮花廣場。,布魯諾對天體運(yùn)行論的傳播： 布魯諾在論不可度量者與不可數(shù)者一書中承認(rèn)：哥白尼的天體運(yùn)行論是一部“豐碑似的著作”，“在青春初顯的年代震撼了我們的心靈?！辈剪斨Z熱情謳歌哥白尼“你智慧卓絕、才華橫溢，你應(yīng)受尊榮、堪當(dāng)贊譽(yù)?！彼梦恼潞凸_辯論的方式，堅(jiān)決宣傳和捍衛(wèi)日心體系，與當(dāng)時的神學(xué)家、亞里士多德學(xué)派進(jìn)行了頑強(qiáng)的斗爭。然而正如布魯諾自己說的：“凡是涉及結(jié)構(gòu)和定義的東西，他既不是用哥白尼的眼睛，也不是用托勒密的眼睛，而是用他自己的眼睛來看?！?布魯諾對天體運(yùn)行論的傳播： 布魯諾認(rèn)為哥白尼僅是位數(shù)學(xué)家，哥白尼不懂得日

11、心體系的深遠(yuǎn)意義，而布魯諾另一本書中，他把哥白尼學(xué)說看作是古代真理和真正的哲學(xué)，經(jīng)歷長期被埋葬在盲目、無恥、嫉護(hù)、愚昧的黑暗洞穴中，即將復(fù)活的曙光。日心體系在古代就有人提出過，哥白尼在著作中也提到他的古代前輩，但布魯諾預(yù)言的古代真理的復(fù)興，既不是天文學(xué)意義上的也不是數(shù)學(xué)意義的，而是巫術(shù)真理、埃及真理，以及赫爾墨斯把太陽作為可見神的真理。,布魯諾捍衛(wèi)的是什么真理？他宣傳哥白尼的日心體系是出于什么理由？他提出宇宙無限的思想基礎(chǔ)是什么？他能超越他的時代具有現(xiàn)代科學(xué)意識嗎？ 恰恰相反，他的思想是在文藝復(fù)興的歷史背景中形成的，他批判經(jīng)院哲學(xué)、抨擊教會，他竭力想要復(fù)興的卻是古埃及赫爾墨斯主義。研究布魯諾的

12、著名學(xué)者耶茨說：“布魯諾混雜著宗教使命的哲學(xué)思考，深深地浸透著文藝復(fù)興時期的巫術(shù)和赫爾墨斯源泉?！?赫爾墨斯特利斯墨吉斯忒斯（Hermes Trismegistus）是古埃及智慧之神，相傳曾著有巫術(shù)、宗教、占星術(shù)、煉金術(shù)等方面的著作。赫爾墨斯宗教相信世界是活的，充滿著生命，通過對一個超驗(yàn)神、世界和人的認(rèn)識而求得人的神化和再生。,布魯諾對天體運(yùn)行論的傳播： 耶茨對布魯諾的研究表明，赫爾墨斯宗教對太陽的崇拜，以及菲西諾的太陽占星術(shù)都深深地影響著布魯諾對哥白尼體系的態(tài)度。 1960年初次公布的文獻(xiàn)，是當(dāng)年聽過布魯諾演講的一位聽眾的信，信中表明布魯諾在牛津大學(xué)的演講中，為宣傳、捍衛(wèi)哥白尼體系，大量引用

13、了菲西諾有關(guān)太陽占星術(shù)的言論。布魯諾是站在赫爾墨斯宗教以及占星術(shù)的立場上擁護(hù)哥白尼的。耶茨認(rèn)為布魯諾對哥白尼體系的理解，驚人地顯示了文藝復(fù)興中真正的科學(xué)和赫爾墨斯主義之間邊界的模糊，不確定性。,天體運(yùn)行論成為禁書 其后伽利略滿腔熱忱的宣傳使得亞里斯多德派占多數(shù)的學(xué)術(shù)界催促教會采取措施。 1616年伽利略被禁止說話， 并由紅衣主教柏拉明宣布：哥白尼學(xué)說是“錯謬的和完全違背圣經(jīng)的”，天體運(yùn)行論在未改正之前不許發(fā)行，哥白尼學(xué)說可以當(dāng)作一個數(shù)學(xué)假說來講授。,不理會教廷的裁決 科學(xué)界對哥白尼學(xué)說的接受不必理會教廷的裁決，也不必等到證明地球是在繞日運(yùn)動的直接證據(jù)的發(fā)現(xiàn)。 伽利略如此，開普勒如此，后來的笛卡

14、爾和牛頓也是如此。 正是這些科學(xué)巨匠的權(quán)威確立了哥白尼學(xué)說的地位。,天體運(yùn)行論遲到的證據(jù) 事實(shí)上，1822年教庭正式裁定太陽是行星系的中心的時候，直接證明地球在繞太陽運(yùn)動的證據(jù)并沒有被發(fā)現(xiàn)。 1835年白塞爾用精密的儀器發(fā)現(xiàn)了恒星周年視差，這是盼望已久的證據(jù)?？梢灾苯幼C明地球確實(shí)是在繞太陽運(yùn)動。,三，天體運(yùn)行論的意義： 不是獨(dú)創(chuàng)：從科學(xué)史的角度來看，哥白尼的地動日靜學(xué)說不是什么獨(dú)創(chuàng)。 在古希臘天文學(xué)體系當(dāng)中，并不是所有的體系都是“地心系”的。 薩摩斯的阿利斯塔克（Aristarchus, 約公元前310-230）就提出過一個日心宇宙體系。 然而在托勒密體系在歐洲占統(tǒng)治地位長達(dá)千余年后，哥白尼再

15、提出一個地動日靜的學(xué)說，確實(shí)需要非凡的見識和勇氣。 從這一點(diǎn)來說，哥白尼學(xué)說在思想方法上給予后人的深刻啟發(fā)，甚至大于它在天文學(xué)上的影響。,哥白尼的影響： 在哥白尼1543年去世后的一個世紀(jì)里，天文學(xué)發(fā)生了巨大的改變。 哥白尼在其目的、方法和技術(shù)上都是一個傳統(tǒng)主義者。但是他的天體運(yùn)行論播下了革命的種子： 何以穩(wěn)定的地球不僅可以旋轉(zhuǎn)，而且當(dāng)它疾馳穿過空間時，它的乘客根本感覺不到正在發(fā)生的一切？ 地球何以成為球形？ 對亞里斯多德來說答案是簡單的：任何土質(zhì)的已離開了它們在宇宙中心自然位置的物體，都要自然地向其中心運(yùn)動，因此，聚集成一個近似的球體是不奇怪的。 哥白尼只能夠提出這樣的解釋：地球質(zhì)的物體聚集

16、在一起形成作為行星的地球，就像金星質(zhì)的物體聚在一起形成金星。,新的問題 為了解釋地球的周日運(yùn)動，哥白尼認(rèn)為它是個天然的球，天然的球就會天然地旋轉(zhuǎn)。 他也許已經(jīng)想到了地球是嵌入到一個巨大的看不見的球體里面的，這個球旋轉(zhuǎn)帶著地球在它的周年軌道上繞太陽旋轉(zhuǎn)。但他的這種觀點(diǎn)是不明確的。 哥白尼改進(jìn)了行星運(yùn)動學(xué)問題的解決，但是產(chǎn)生了動力學(xué)上的新問題是什么原因使得行星特別是地球運(yùn)動起來的？,四個關(guān)鍵人物 在回答這些問題的過程中出現(xiàn)了四個關(guān)鍵的人物： 第谷布拉赫，主要貢獻(xiàn)在于給出了精確和完備的觀測。 約翰尼斯開普勒，將天文學(xué)從幾何學(xué)的應(yīng)用轉(zhuǎn)換成了物理動力學(xué)的一支。 伽利略，利用望遠(yuǎn)鏡揭示了天體隱藏著的真相，

17、并且發(fā)展了運(yùn)動的新概念，鞏固了哥白尼的主張。 勒內(nèi)笛卡爾，構(gòu)想了一個無限的宇宙，在這個宇宙里沒有什么位置和方向是特殊的，太陽只不過是我們的區(qū)域性的恒星而已。,二，第谷布拉赫,第谷布拉赫（Tycho Brahe，1546-1601），丹麥天文學(xué)家和占星學(xué)家。生于克努茲斯圖普（今屬瑞典）。1572年11月11日第谷發(fā)現(xiàn)仙后座中的一顆新星（銀河系的一顆超新星），第二年發(fā)表論文新星，后來受丹麥國王腓特烈二世的邀請，在汶島建造天堡觀象臺，建造了許多大型精密的天文儀器，經(jīng)過20年的天文觀測，第谷發(fā)現(xiàn)了許多新的天文現(xiàn)象，如黃赤交角的變化、月球運(yùn)行的二均差，并重新測量了歲差數(shù)值（每年51）。,第谷 1572年

18、11月，大自然送給了人類一個驚奇的現(xiàn)象：一個象星一樣的物體，亮得足以在白天被看見，出現(xiàn)在仙后座的位置上。 一顆新星？新的天體是前所未聞的，權(quán)威的亞里士多德宇宙學(xué)使得考慮天空中的新生事物是不可能的。 （SN1572） 第谷認(rèn)識到了問題的關(guān)鍵：這個“天體”和已有的彗星理論相矛盾。 彗星“來了還會走”，屬于四元素區(qū)域內(nèi)的變化，所以從從亞里士多德時代開始就認(rèn)為彗星是地球質(zhì)的物體，而不是天體；對它們的研究不屬于天文學(xué)，而是屬于“形而上學(xué)”。 天文學(xué)家在觀測彗星時很少測量它的高度，但是第谷現(xiàn)在證明了這種變化可以發(fā)生在天上。 因此他自己許下諾言，如果有一天彗星出現(xiàn)，他將仔細(xì)測量它的高度，看它是否真是地球質(zhì)的

19、。,第谷 1577年大自然滿足了第谷的愿望：一顆明亮的彗星真的出現(xiàn)了，第谷的觀察也表明它是天體。更精確的是，它位于行星際空間。 然而如果是這樣，它就是正在毫不費(fèi)力地穿過被認(rèn)為攜帶著行星繞著中心地球運(yùn)動的那些看不見的天球。 這使得第谷徹底明白了：這些球體實(shí)際上根本不存在。,第谷 轉(zhuǎn)變：但是，如果這個天球球體是不存在的，行星是在軌道上獨(dú)立運(yùn)行著的天體，這對于解釋它們的運(yùn)動原因?qū)⑹呛芾щy的。 結(jié)果為了給出一個答案，天文學(xué)家不得不從運(yùn)動學(xué)轉(zhuǎn)向動力學(xué)，從幾何學(xué)轉(zhuǎn)向物理學(xué)。 王室資助：第谷對新星和大彗星的觀測，使用的是商業(yè)上可得到的儀器；但是直到大彗星出現(xiàn)之際，第谷一直在致力于儀器和觀測技術(shù)的基本改革。為

20、此目的，他將需要王室級別上的資金資助。 1575年第谷拜訪了黑森伯爵威廉四世也是一位非常熱心的觀測者。可能是在伯爵的推薦下，次年第谷被丹麥國王授權(quán)掌管了在丹麥海峽的汶島（Hven）。在那里，第谷有了空間、時間和財政來源，建立了基督教歐洲第一個重要的天文臺。,第谷 汶島天文臺 第谷設(shè)計(jì)和建造了新儀器的房間、專為觀測而建造的房間、自己和助手的宿舍，甚至還有造紙廠和印刷所，這樣第谷就可以自己出版他的觀測結(jié)果。 當(dāng)?shù)谝粋€天文臺天堡（Uraniborg）顯得太小時，第谷又在附近建造了第二個星堡（Stjerneborg）。 第谷年復(fù)一年地建造、測試、調(diào)整、再測試他的儀器，直到能夠使測量精度高于1。,第谷

21、第谷在觀測方面的改革是他最大的成就，因?yàn)樗o天文學(xué)帶來了對事實(shí)的尊重，這在我們看來是具有現(xiàn)代科學(xué)特征的。 但對于他自己，最自豪的也許是提出了被稱為“第谷體系”的宇宙論，這個體系很快取代了托勒密成為最流行的地心宇宙圖象。 第谷布拉赫提出一種介于地心說和日心說之間的宇宙結(jié)構(gòu)體系：地球靜居中心，行星繞太陽運(yùn)行，而太陽則帶領(lǐng)行星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。這一體系十七世紀(jì)初傳入我國后曾一度被接受。,第谷 反對地動的理由 作為一個新教徒，他從舊約的某些篇章中看到了哥白尼的困難。 建立在上拋物體行為將一支箭垂直射向空中，它會回到原地，表明地球不動。 并且即使借助于他出類拔萃的儀器，他也沒有發(fā)現(xiàn)恒星呈現(xiàn)出任何周年運(yùn)動。,三

22、，開普勒,開普勒 第谷在只有幾個月的生命的時候，他再次向一位年輕人約翰尼斯開普勒發(fā)出了先前已經(jīng)作出過的邀請，請他前來擔(dān)任助手，而這一次開普勒接受了。第谷病逝后在48小時之內(nèi)，開普勒被委任為第谷的接班人。 Johannes Kepler 1551-1630 1571年12月27日出生于斯圖加特附近魏爾市的一個中等家庭。進(jìn)圖賓根大學(xué)，打算進(jìn)入仕途，但在1594年他被提名出任格拉茨的數(shù)學(xué)教師。 1600年初他應(yīng)邀到布拉格拜訪第谷；年末在格拉茨受到宗教迫害之后回到布拉格成為第谷的助手，并于1601年成為第谷的接班人。,開普勒 上帝是位幾何學(xué)家？ 上帝在柏拉圖傳統(tǒng)中很象一位幾何學(xué)家。開普勒相信上帝是個幾

23、何建筑師，上帝（用開普勒的話說）“根據(jù)規(guī)則和秩序處理了世界的基礎(chǔ)”。上帝好像事先復(fù)制了他還沒創(chuàng)造出來的人類的建筑方法。在他的天文學(xué)生涯中，開普勒一直試圖識別出創(chuàng)世者在設(shè)計(jì)宇宙時使用的幾何關(guān)系。,上帝的設(shè)計(jì) 哥白尼發(fā)現(xiàn)了上帝對宇宙的設(shè)計(jì)但未能發(fā)現(xiàn)是什么促使上帝選擇了這種設(shè)計(jì)而不是其它設(shè)計(jì)。 不動的部分：中心的太陽、外層天球和兩者之間的空間是容易理解的：它們反映了圣父、圣子和圣靈。 動的部分即行星理解起來就比較困難。為什么是六個（如哥白尼所發(fā)現(xiàn)的），而不是，比如說五個或七個？是什么使得上帝安排某個行星離太陽有一個確定的距離？,開普勒 宇宙的奧秘Cosmographic Mystery 1596年開

24、普勒發(fā)表了宇宙的奧秘一書，揭示了上帝為行星安排的軌道之間的幾何關(guān)系。 三大遺產(chǎn) 開普勒最終能在行星運(yùn)動理論上取得突破性的成就，獲益于他能獲得的三大遺產(chǎn)： 哥白尼的日心體系。 第谷的精確觀測資料火星的位置資料。 威廉吉爾伯特（William Gilbert，15441603）的論磁（On the Magnet 1600 ），在書中他認(rèn)為地球是一個巨大的球形磁體。,開普勒 行星運(yùn)動速度不均勻 為了尋找替代理論，開普勒暫時放開火星，開始研究地球的運(yùn)動。 剛開始研究地球運(yùn)動，開普勒就發(fā)現(xiàn)，依然需要偏心圓。只是地球的偏心率比火星的更小。 這樣，為了搞清楚偏心問題，開普勒轉(zhuǎn)而注意起行星的運(yùn)動速度不均勻這一

25、現(xiàn)象。,開普勒 證實(shí)了行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)和近日點(diǎn)的速度大致與行星到太陽的距離成反比。 于是他把這個結(jié)論加以推廣， 認(rèn)為行星的速度與離開太陽的距離成反比。 事實(shí)上這個結(jié)論是錯誤的,開普勒 行星繞日運(yùn)動的物理原因：力 開普勒不把哥白尼體系當(dāng)成純粹的數(shù)學(xué)虛構(gòu)，而是把它作為實(shí)在的東西接受，并進(jìn)而考察行星繞日運(yùn)動的物理原因。 起先，開普勒懷著神秘的想法，認(rèn)為行星具有靈魂或意志，它們有意識地使行星運(yùn)動。 等到發(fā)現(xiàn)行星的速度與到太陽的距離成反比這一結(jié)果，開普勒拋棄了靈魂的想法，提出了力（vis）作用于行星的見解。,開普勒 吉爾伯特把地球看做一個大磁體。開普勒受他啟發(fā)，認(rèn)為行星受到磁力的推動而運(yùn)動。 他認(rèn)為，這種力

26、不是超距力，這種叫做species的非物質(zhì)性的力是從太陽發(fā)出的，由于它的旋轉(zhuǎn)而推動行星。這種力的大小與到太陽距離成反比。 回到火星 獲得以上重要的但錯誤的結(jié)論之后，開普勒重新回到了火星的運(yùn)動學(xué)。他首先提出了確定任意時刻火星的位置問題。這需要給出火星運(yùn)動經(jīng)過的路程和火星從Q到M所需的時間之間的關(guān)系。這對當(dāng)時的數(shù)學(xué)是不可能的。,開普勒 新天文學(xué) New Astronomy 在1609年出版的新天文學(xué)中，開普勒發(fā)表了行星運(yùn)動的第一定律和第二定律； 這是一本令人望而生畏的巨著，從概念上說，它在數(shù)學(xué)和作為基礎(chǔ)的物理學(xué)兩方面都是可疑的。 它所表達(dá)的革命顯示在書的全名：新天文學(xué)：基于原因或天體的物理學(xué)，關(guān)于

27、火星運(yùn)動的有注釋的論述。 開普勒把作為幾何學(xué)一個分支的天文學(xué)轉(zhuǎn)變成了物理學(xué)的一個分支。,開普勒 開普勒第一定律：橢圓定律 行星沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)動，太陽是位于橢圓的一個焦點(diǎn)上（1609新天文學(xué) 開普勒第二定律：面積定律 從太陽到行星的矢徑在相等時間里掃過相等的面積（1609新天文學(xué),開普勒的獨(dú)特之處： 行星系統(tǒng)的幾何簡單性 差不多一個世紀(jì)以前，哥白尼已經(jīng)開始尋找滿足幾何簡單性要求的行星系統(tǒng)。開普勒解決了哥白尼的問題，他所達(dá)到的簡單性在天文學(xué)史上超出了前人的夢想。 僅僅一種圓錐曲線就足以描述所有行星的軌道。偏心圓和本輪的全部復(fù)雜性淹沒在了橢圓的簡單性中了。 接受橢圓簡單性是有代價的，那就是拋棄圓

28、及其擁有的完美無缺、不易性和有序性的古老內(nèi)涵。,開普勒 宇宙和諧論 在新天文學(xué)中，開普勒研究了單個行星繞日旋轉(zhuǎn)時的行為，但是他長期堅(jiān)持的要理解上帝創(chuàng)造的全部結(jié)構(gòu)的雄心，需要關(guān)于諸行星軌道之間關(guān)系的知識。 這是他在宇宙和諧論（The Harmony of the World ，1619 ）中探索的眾多課題之一。 對宇宙和諧的研究可追溯到畢達(dá)哥拉斯，他是凡人中唯一能夠欣賞天球音樂的人。 開普勒寫下了天體音樂譜。,開普勒 開普勒的“第三定律” 開普勒還在宇宙和諧論中尋求能揭示行星軌道大小和周期數(shù)學(xué)模型； 他發(fā)現(xiàn)了如下事實(shí)：行星周期的平方和其軌道半徑的立方成固定比例。 魯?shù)婪蛐潜?Rudolphine

29、 Tables 但是以上所有的精彩只是理論上的，開普勒天文學(xué)尚未面對傳統(tǒng)的實(shí)際考驗(yàn)：能夠據(jù)此便算更高精度的星表嗎？這是魯?shù)婪蚨澜o他分派的任務(wù) 。,開普勒 魯?shù)婪蛐潜?完成于1627年，它的精確性在4年后驚人地顯示出來。 1631年11月7日，距開普勒去世一年，法國天文學(xué)家皮埃爾卡西尼（Pierre Gassendi） 依據(jù)星表成為歷史上首次觀測到水星凌日的人。 開普勒星表的誤差僅僅只有太陽半徑的三分之一，但是被該表取代的哥白尼星表的誤差是開普勒星表誤差的三十倍。,四，伽利略,伽利略 伽利略（Galileo Galilei）1564年2月15日生于比薩。三天后米開朗琪羅在佛羅倫薩去世，4月23

30、日莎士比亞在英格蘭出生。 1581年進(jìn)比薩大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，隨后轉(zhuǎn)到了數(shù)學(xué)，并成為比薩的數(shù)學(xué)教授 1592年起又到了帕多瓦任數(shù)學(xué)教授，他一直在那里任教了18年。 1610年他憑借新近發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡所作出的發(fā)現(xiàn)，獲得了托斯卡納大公首席數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家的職位，擁有這個職位直到1642年1月去世。,伽利略 從伽利略開始，天文學(xué)家將比他們的前輩擁有巨大的優(yōu)勢。正如伽利略說的“如果他們看到了我們所看到的，他們也將作出我們所作出的判斷?！?1609年夏天，伽利略在威尼斯聽到一個消息說在荷蘭有一種由一個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)證這個傳聞的真實(shí)性，為此為自己制造

31、了一個這樣的儀器。,伽利略 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。 當(dāng)用望遠(yuǎn)鏡觀看恒星時，伽利略看到了許多肉眼無法看到的恒星。神秘的銀河系，現(xiàn)在他能解釋為是由無數(shù)恒星所組成。他發(fā)明的兩架伽利略望遠(yuǎn)鏡，現(xiàn)藏佛羅倫薩博物館。 伽利略還發(fā)現(xiàn)，盡管行星的視圓面可以按望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)而擴(kuò)大，但對于恒星就不行了。 第谷已經(jīng)估計(jì)過，為了解釋探測恒星周年視差的失敗，哥白尼主義者將不得不把恒星放置到700倍于土星距離以外的地方，并且為了在如此遠(yuǎn)處還呈現(xiàn)視圓面，這些恒星必須是非常巨大的。 現(xiàn)在伽利略證明這些恒星的視圓面只不過是一種錯覺。其實(shí)它們非常遙遠(yuǎn)。,伽利略發(fā)現(xiàn)木星衛(wèi)星 當(dāng)伽利略在1610年1月

32、7日第一次觀測木星時，他發(fā)現(xiàn)木星位于三顆小星的中間，而這三顆小星令人驚奇地排成一條直線。 木星那時正向西（逆行）運(yùn)動，因此，伽利略希望在這之后的夜里，木星將運(yùn)動到這些小星的西面。但事實(shí)上它卻出現(xiàn)在了東面。 第二晚是多云天氣，但是到了1月10日，他發(fā)現(xiàn)木星到了兩顆小星的西面，而第三顆小星不見了。 到1月13日，小星變成了四顆，到1月15日，伽利略意識到所謂的恒星實(shí)際上是衛(wèi)星，是繞木星旋轉(zhuǎn)的、象被太陽帶動的行星一樣的、被行星帶動的月亮。,伽利略帶來的新觀念： 不存在唯一的繞轉(zhuǎn)中心。早在天體運(yùn)行論卷一給出的哥白尼體系模型中就有一個嚴(yán)重的不規(guī)則現(xiàn)象，即地球一方面是一顆普通的行星，另一方面是唯一一顆帶有一個衛(wèi)星月亮而繞太陽旋轉(zhuǎn)的。 現(xiàn)在，望遠(yuǎn)鏡揭示了還有另外的帶著至少四個月亮的行星。 月亮并不完美。月亮被列入在亞里斯多德的天界之中，并且同屬于完美的天體。然而伽利略的望遠(yuǎn)鏡顯示，它的表面是不規(guī)則的，和在地球一樣也有山峰。月亮上的山峰 是人可以攀登上去的高度。,伽利略 恒星使者：伽利略很快就將他的新發(fā)現(xiàn)付印了，任何對日心體系真理尚存的懷疑，都被他的觀測排除了。他急于利用他的發(fā)現(xiàn)來促進(jìn)他的事業(yè)。他在幾個星期里就完成了恒星使者寫作，宣布了他的令人震驚的消息。 三個進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)： 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” 。 土星看起來有神秘