《第三章近代科学革命-1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章近代科学革命-1.ppt（58页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第三章 近代科学革命,从哥白尼理论到哥白尼革命 伽利略：近代物理学之父 牛顿：站在巨人的肩膀上,16、17世纪,在16世纪以及17世纪的大部分时间里，历史的情况通常是巫术、科学和宗教三者的某种混合物 科学与宗教,一、从哥白尼理论到哥白尼革命,生平：尼古拉哥白尼（Nicolaus Kopperningk）1473年7月19日出生于波兰一个著名商城。1543年5月24日辞世。,哥白尼成长,父亲是波兰人，母亲是德国人。他的姓用拉丁文写成Copernicus。10岁丧父，由舅父养大。18岁进入波兰旧都克拉科夫大学学习医学，对天文学产生兴趣。23岁史来到意大利，在波仑亚大学和帕多瓦大学学习，在此学习了天
2、文观察技术和希腊天文学理论。 1506年回到波兰，开始构思他的新宇宙体系。,上帝的宇宙：托勒密宇宙体系,托勒密生平：公元2世纪，希腊最有名天文学家，地理学家。,本轮均轮行星运动模型,上帝的宇宙：托勒密宇宙体系,四个假定： 第一，天是球形的； 第二，地是球形的； 第三，地位于天的 中央； 第四，地球静止不动。,比附的人间意义： 天上高贵，地下卑贱，越往高处就进入深深美妙的境地。 一种宗教情结,哥白尼宇宙,1543年5月24日，天体运行论刚好印出。日心学说诞生。 主要观点： 所有行星围绕太阳转动（正圆运动） 地球有自转和公转 月亮是地球的卫星,新理论的困难,恒星视差： 19世纪测量技术发展后才观察
3、到。 落体问题： 伽利略提出惯性定律之后才解决。 哥白尼提不出任何支持的证据，其唯一的好处就是它的简洁性（单纯性）。,新理论的困难,有人认为，日心学说受到的责难是常识上的。 比如：地球高速运动为什么不会分崩离析？地球上的物体为什么不会被抛到后面？以及视差问题等？ 认为提出这些问题是常识性错误，这是对“常识”理解的错误。,两个宇宙的比较,托勒密体系 与人类的一般经验相吻合 适用：在当时编制天文历表 结构越来越繁。,哥白尼体系 与人类的一般经验相违背 不适用：无法用于天文历表的编制 结构相对简单,柏特,当代的经验主义者假使生活在十六世纪，会头一个嘲笑这新宇宙学不值一谈。 近代科学里的发现都是从一些
4、和中世纪的迷信同样无稽的迷信中偶然产生的幸运事件。,问题,在哥白尼之前及同时代的人有没有相同的观点？哥白尼是否知道这些观点？ 哥白尼本人提出日心说的理由是什么？ 一个没有证据支持的理论何以会流行起来并引发一场革命？,问题1,可以肯定在哥白尼之前就有人提出过相类似的观点和理论，并且哥白尼是知道并学习过的。 哥白尼在意大利时学习过古希腊和罗马的著作，古希腊阿里斯塔克猜测到日心说，希塞塔斯认为大地是动的。还有其他人的一些观点。他说他仔细研究过他找到的一切哲学家的著作。 在一定意义上，哥白尼日心说 “独立多重发现”也说不上。,问题2:哥白尼的理由,在得知有不少人有同样的见解后，“-当我从这里觉到有这种
5、可能时候，我自己也开始思考大地的运动了，-经过长久的多次的观察之后,-如果除了地球的自转之外把其他行星的运动也考虑在内，并计算出其他行星的公转和地球的公转，-。因为这个缘故,-我愿意采纳这个体系.”,问题2:哥白尼的理由,“-这样，我们就发现在这样有秩序的安排下，宇宙里有一种奇妙的对称，轨道的大小与运动都有一定的和谐关系。这样的情形是用别的方法达不到的。”,美感,问题2:哥白尼的理由,别人也有这个观点 这个观点也可以对宇宙秩序、行星运动做出合理安排 这种安排使宇宙有更好的对称性、秩序与和谐。,问题3：哥白尼革命何以产生,宗教改革的影响 路德获知哥白尼的观点之后愤怒地说： “大家都要听这么一个突
6、然发迹的星相术士讲话，他处心积虑要证明天空或苍穹、太阳和月亮不转，而是地球转。那个希望显得伶俐，总要杜撰出什么新体系，它在一切体系中自然是顶好不过的罗。这蠢才想要把天文这门科学全部弄颠倒；但是圣经里告诉我们，约书亚命令太阳静止下来，没有命令大地。” 加尔文：“有谁胆敢把哥白尼的威信高架在圣灵的威信之上？”,问题3：哥白尼革命何以产生,宗教改革的影响： 开始无论新教牧师还是旧教教士都是冥顽不灵的；在新教国家不久就获得了大得多的思想自由。 宗教改革起初是不良的，但是终局确是有益的。（罗素）,问题3：哥白尼革命何以产生,后续学者的持续发力。 布鲁诺、开普勒、伽利略、牛顿。 到牛顿万有引力的提出，哥白
7、尼革命才算全部完成。 1822年，太阳得到教庭的正式裁可，成为行星系的中心。,哥白尼理论的嬗变,哥白尼理论在其革命的过程中不断的在改变，也可以说使其更加完善了,其内在的错误被改正了。,布鲁诺的变革,哥白尼理论的支持者。 观点：宇宙是统一的、物质的、无限的，太阳系之外还有无限多个世界；太阳也并不静止，也不是宇宙的中心，也处在运动之中。（无限的宇宙是没有中心的。） 布鲁诺的思想有很大的超越性。,“火并不能把我征服，未来的世界会了解我，知道我的价值的！”,近代科学的殉道者吗？,：布鲁诺,乔尔丹诺布鲁诺（Giordano Bruno）1548年出生于意大利，17岁进修道院学习。接触到哥白尼理论之后产生
8、了激进思想，1576年逃出了修道院，开始长期的流亡生活。 1600年2月17日，在罗马广场被宗教用火刑烧死。国内一般讲法是因为他的科学观念，国外认为是由于他的哲学，认为他是一个异教徒。 问题：布鲁诺的死与他对哥白尼理论的宣传和发展有多大联系？,勇敢无畏的科学斗士,人物：约翰开普勒（Johann Keoler）,（1571-1630），生于德国南部瓦尔城，父亲是军人。3岁时得天花，使眼睛留下轻度残疾，年轻时在图宾根大学学习神学，有出众的数学才华，学习过托勒密和哥白尼的天文学。 1600年受第谷邀请其布拉格鲁道夫宫廷做其助手，不久接替其位置。 作为皇家天文学家，一生清贫。1630年11月5日，在他
9、去索要拖欠20余年的薪水的路上染伤寒而死。,第谷,开普勒,1600年开普勒 受第谷邀请其布拉格鲁道夫宫廷做其助手，不久接替其位置。,开普勒的改变,自毕达哥拉斯以来直到开普勒之前，学者们一致认为天体的运动一定是正圆，原因是“听任自己为审美上的动机所左右”（罗素语） 以椭圆替代正圆是宇宙学史划时代的事件，它给古典天文学画上了记号。 开普勒提出的行星运动三定律，彻底改变了这种正圆观念。同时，行星运动的规律第一次被人们所掌握。 由于行星运动三定律的提出，开普勒被誉为“天空立法者”。,开普勒望远镜,开普勒行星运动三定律,（1）行星运动的轨道是椭圆，太阳在其中一个焦点上； （2）太阳中心与行星中心的连线在
10、轨道上所扫过的面积与时间成正比例； （3）行星在轨道上运行一周的时间平方与其至太阳的平均距离的立方成正比例,伽利略的推动,哥白尼理论的支持者； 通过对太阳、月亮的观察，发现了许多新的现象，以此为依据支持哥白尼理论。 1630年，写出关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话（1632年获批准出版）从各种事实出发对哥白尼理论支持。,牛顿万有引力：一个完美的记号,在开普勒行星运动定律中，已内在地包含着万有引力定律。 万有引力提出之后，天体（行星）运动、天文学的发展完成了一个阶段，原有的附加在天文学上的大量非科学意义才被清除。天体及其运动才成为一个纯科学的对象。 附着在天文学中的宗教的意义必然要以新的形式
11、与天文学发生新的联系。,在哥白尼革命中的几个余留问题,地心学说的社会（宗教）意义 天文学的社会意义 宗教及宗教改革在其中的影响 天文学革命所带来的影响,新天文学述评：CS Lewis刘易斯,在前哥白尼的宇宙中，当人抬头仰望时，他却向内看到一个和谐而有活力的世界，-在哥白尼以后的世界里，人们向外观望夜空，如果他是帕斯卡，他会对无限空间的永恒寂静表示恐惧。-。而面对布鲁诺的无穷多个世界，人们就像在无边的大海中迷失了方向。 科学与宗教P87,二、伽利略：近代物理学之父,生平 对哥白尼理论的支持 新物理学的开创,伽利略 伽利莱（Galileo Galilei）,1564年2月15日生于意大利的比萨。将
12、姓氏略作变化当作长子姓名是当地的一个风俗。父亲是当地著名的音乐家和数学家。1581年进入比萨大学学医，但他对数学着迷。1642年1月9日，伽利略去世，次年牛顿出生。,对哥白尼理论的支持,1609年，伽利略制造了一个能放大20倍的望远镜，观察太空有了大量的发现：月亮上的山脉和火山口；木星的四颗卫星； 1610年伽利略发表星界的报告：在知识界产生巨大影响，人们说；“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”，哥白尼学说一下子深入人心。,对哥白尼理论的支持,1612年，伽利略又发现了太阳黑子，并从黑子的缓慢移动推断太阳是自转的，周期为25天。 他在次年写成关于太阳黑子的信札，明确表示太阳处于宇宙的中心
13、，而地球作周日和周年运动。 1616年，伽利略有一本论述关于地球潮汐成因的书，被教会谴责。由此，人身自由受到威胁。,教会的压制,1616年教会法庭的一个委员会裁决：“认为太阳处于宇宙的中心静止不动的观点是愚蠢的，在哲学上是虚妄的，纯属邪说，因为他违反圣经。认为地球不在宇宙的中心，甚至还有周日转动的观点在哲学上是虚妄的，至少是一种错误的信念。”教会让贝拉明主教转告伽利略不得在坚持、辩护或讲授这些观点。 从这一年开始，哥白尼的著作被定为禁书。,梵蒂冈大教堂,教会的压制,1624年，乌尔班八世当上教皇，伽利略拜访教皇，教皇表示，只要说明地球运动只是一个工作假设，并无物理根据，运用它来解释一些现象还是
14、可以的。由此，伽利略撰写他的传世名著对话1630年写成，1632年3月批准出版。 8月，教会下令禁书并传讯伽利略，次年受到审判，6月22日，被判为终生监禁。,对话内容,对话人物是三个：辛普里丘（亚里士多德代言人）和萨尔维阿蒂（伽利略代言人）以及萨格列托（第三者）对话进行了四天： 第一天，批评了亚里士多德自然哲学的基本原则，讨论月亮表面的地貌特征；第二天，以运动的相对性，反驳对地球自转的责难；第三天讨论地球的公转；第四天用地球的运动解释潮汐。 缺憾：对话没有提到开普勒的行星运动理论。伽利略与开普勒保持通信关系，伽利略是知道开普勒理论的。原因是伽利略相信天体做完美正圆运动。,教会的革新,1979年
15、，罗马教皇保罗二世提出为伽利略平反，1980年，正式宣布当年教会压制伽利略的意见是一个错误。,教会对伽利略迫害有多大？,怀德海说：“伽利略在平安的死于病榻以前，受到体面的软禁与轻微的申斥” 丹皮尔 后人对伽利略受到教会迫害这一事件是不是有所夸大？,新物理学的开创,对单摆的研究； 斜面实验； 自由落体研究； 运动学基本概念建立：匀速运动、匀加速运动； 抛射体研究：对运动进行分解； 天文望远镜制造； 1637年，伽利略写成两门新科学，系统阐述了材料力学和运动力学。,新物理学的开创,方法：注重试验，并将数学推理运用于试验分析中。 爱因斯坦：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大
16、的成就之一，标志着物理学的真正开始。”,伽利略为什么要做实验？,在伽利略以前，没有人象他那样做实验。 做一个实验有什么样的内涵？ 海德格尔认为：实验始于规律的奠基 “进行一项实验意味着：表象出一种条件，据此条件，在其过程之必然性中的某种运动关系才能成为可以追踪的，以及通过计算事先可以控制的。”“它通过一个已知之物建立一个未知之物，同时通过未知之物来证明已知之物。” 要做实验必须先有这样的观念（筹划）：自然界有规律，规律是可以找到的。,问题,伽利略做过比萨斜塔实验吗？,三、牛顿：站在巨人的肩膀上,“如果我比别人看得远，那是因为我站在巨人的肩膀上。”,牛顿,“我不知道世人怎样看我，但我自认为我不过
17、是像在海边玩耍的孩童，不时为找到比常见的更光滑的石子或更美丽的贝壳而欣喜，而展现在我面前的是全然未被发现的浩瀚的真理海洋。”,牛顿炒股,我能计算出天体的运动，但我不能计算出人性的疯狂,牛顿由苹果落地发现万有引力定律：F=GM1M2/R2,人物:伊萨克牛顿(Esaac Newton),1642年12月25日出生。乡村遗腹子，小学成绩平平，中学成绩突出，1661年进入剑桥三一学院，在数学教授巴罗指导下学习自然科学。大学毕业时伦敦闹瘟疫，到乡下躲避，这两年（1665-1666）成为其创造的高峰期。 1667年回剑桥在三一学院当研究员，1669年接替巴罗人数学教授，晚年公务繁忙，当过国会议员，皇家学会
18、会长、造币厂厂长，1727年3月20日去世。,科学成就,数学：微积分发明者-（莱布尼兹） 万有引力 经典力学体系的建立 光学 化学：炼金术和化学所花的时间比物理学上要多。,科学成就：万有引力,问题：自开普勒之后，行星为什么总是绕太阳做封闭曲线运动？ 当时很多学者都认识到有向心力。 1684年，胡克向皇家学会主席雷恩声称天体在在与距离平方反比力作用下保持运动，当时无法给出证明。 据说牛顿是在乡村时通过苹果落地意识到天体运动的力与重力是同一类型的力。 1687年牛顿原理发表，给出完整证明。,科学成就：经典力学,三大运动定律 给除了力学的一系列基本概念：力、质量、重量、速度、加速度、惯性等。 给出一
19、整套物体受力分析（分解与合成）的方法 整个经典力学体系的概念框架已经被建立起来了。,名著,自然哲学的数学原理1687年以拉丁文出版。 这是集数学、天文和力学之大成的一本巨著，是牛顿对前人工作的一种空前的系统化，也全面展示了牛顿力学的概念框架。独立支撑人类科学发展200年，直到20世纪初才有了超越。,英国诗人：波谱,大自然和它的规律 隐藏在黑暗中 上帝说：让牛顿去吧 于是一切便灿然明朗。,爱因斯坦：,在牛顿以前和以后，“都没有人能像他那样地决定着西方的思想、研究和实践方向”。,轶事,第一推动力： 微积分发明权之争 （微积分的另一发明者：莱布尼茨） 万有引力发现优先权之争（胡克） 牛顿与上帝,上帝的 第一次 推动,本特雷牧师的困惑,1691波义耳去世遗嘱设立年俸50英镑讲座：8次，要求根据自然科学的成果来论证神圣的上帝和基督教义,牛顿：行星现有的运动不能仅由任何自然的原因造成，而是由一个全智的主宰所推动。,1692年本特雷做讲座：只有向牛顿请教：谁推动了地球？,牛顿：引力可以使行星运动，但是没有神的力量就决不能使它们做现在这样绕太阳而转的圆周运动；-我不得不把这个宇宙系统的设计归之于一个全智的主宰。,问题,有人说“哥白尼向上帝写了绝交书，牛顿向上帝写了投降书”，你如何评议？ 你如何看待科学家之间出现的发明权、优先权之争？ 你是如何理解“站在巨人肩膀上”这句话？,