《近代天文学革命》PPT课件.ppt

第六讲 近代天文学革命,回顾古代天文学,米利都学派： 粗糙的宇宙图景,毕达哥拉斯学派： 和谐宇宙,行星不规则运动,柏拉图： 拯救现象,欧多克斯： 同心球理论,亚里士多德： 水晶球模型,同心球时期,拯救现象的技术性装置,(A),(B),(C),托勒密的基本假定,1、天是球形的并且像球那样转动 2、地作为一个整体也是球形的 3、地位于整个天的中央，好像一个中心 4、由于地球的太小，而到恒星天球的距离很大， 地球对于恒星天球来说，小得犹如一个点 5、地球不参与任何转动 托勒密是纯粹的数理天文学家,亚里士多德的宇宙论传统,亚里士多德把天分成月上区和月下区。 地上的运动：用四元素说、自然位置来说明 天上的运动：用完美的圆周匀速运动来说明，而这就是数理天文学家们的使命拯救现象,亚里士多德主义与新柏拉图主义,亚里士多德主义 亚里士多德主义 + 基督教 + 托勒密宇宙模型 中世纪文艺复兴科学革命之后的衰落 地球是宇宙的中心，却是宇宙中最易腐朽之物，而宇宙间最黑暗的地狱就设在地球的中心 水晶球是永恒的、完美的、透明的，他由至高无上的上帝来推动（不彻底的物理学改造） 新柏拉图主义 柏拉图主义基督教 教父哲学中世纪的衰落文艺复兴时期的复兴 万物皆数 太阳是至高无上的,哥白尼革命,哥白尼 1473年2月19日生于波兰 18岁进入波兰的克拉科夫大学学习医学 1496年来到意大利，先后在波洛尼亚大学和帕多瓦 大学学习法律、医学和神学 从波洛尼亚大学天文学家德诺瓦拉那里学到了天文观测技术和希腊的天文学理论 1506年回到波兰，1509年写出了概要 1539年写出了天文学史上伟大著作天球运行论,概要的基本概括,不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心 地球只是引力中心和月球轨道的中心，并不是宇宙的中心 所有天体都绕太阳运转，宇宙的中心在太阳附近 地球到太阳的距离同天穹高度之比是微不足道的 在天空中看到的任何运动，都是地球运动引起的 在空中看到的太阳运动的一切现象，都不是它本身运动产生的，而是地球运动引起的，地球同时进行着几种运动 人们看到的行星向前和向后运动，是由于地球运动引起的。地球的运动足以解释人们在空中见到的各种现象,哥白尼与托勒密的区别,放弃使用偏心等距点 将宇宙的中心置换为太阳 地球不是静止而具有多种运动（自转、公转） 产生一定的简单性、和谐性、美观性,哥白尼的保守性,数据来源大部分还是来源于希腊天文学 继续使用天球概念 宇宙依然是有限的，保留了恒星天 更加频繁的使用本轮和均轮 这使得哥白尼的学说在另外一些地方又显得比托勒密体系复杂 在物理基础的问题上并没有很大的突破,文本阅读：哥白尼的辩护词,反对理由：如果地球在转动，空气就会落在后面，而形成一股持久的东风。 哥白尼答复：空气含有土微粒，和土地是同一性质，因此逼得空气要跟着地球转动。 哥白尼答复：空气转动时没有阻力是因为空气和不断转动的地球是连接着的。 反对理由：一块石子向上抛去，就会被地球的转动抛在后面，而落在抛掷点的西面。 哥白尼答复：由于受到本身重量压力的物体主要属于泥土性质，所以各个部分毫无疑问和它们的整体保持同样的性质。 反对理由：如果地球转动，它就会因离心力的作用变得土崩瓦解。 哥白尼答复：如果地球不转动，那末恒星的那些更庞大的球就必须以极大的速度转动，这一来恒星就很容易被离心力拉得粉碎。 哥白尼答复：离心力只在非天然的人为运动中找得到，而在天然的运动中，如地球和天体的运动中，则是找不到的,哥白尼日心说的同化与接受,技术上，哥白尼的日心说面临很多挑战 离心力问题 恒星视差 宗教上，哥白尼的日心说抵触了基督教的一些教条，尤其是地心说的教条 比如约书亚记 天球运行论的流行，而日心说则广受批评,小结：哥白尼的日心说的非革命性,与托勒密相差无几，只是用置换宇宙中心的方法来换取托勒密的偏心等距点 简单性和精准性并没有比托勒密提高多少 面临非常严峻的挑战：离心力和恒星视差 没有得到广泛接受 问题：哥白尼的革命性在哪里？,哥白尼日心说的根本内涵,柏拉图主义对亚里士多德主义的反击 数是解释自然的钥匙，自然的秩序是几何的，简洁的、和谐的、美观的 太阳是至高无上的 未来新范式的草图 哥白尼提出了另外一种选择，一个新的框架，以后开普勒、伽利略、笛卡尔、牛顿等人正是在这个草图上不断细描深刻，最终完成了近代科学的建构 哥白尼的立场：日心说是真实的，不仅仅是为方便而设 人的地位的悄然提高,文本阅读：哥白尼对日心说的宣言,在所有行星的中心居住着太阳，在这个位置它可以一瞬间照亮整个宇宙，对于这个最壮丽的神殿，谁能将这盏明灯安放到另外或者更好的地方？事实上，将太阳是为宇宙的明灯十分贴切，另外它也是宇宙的心灵，并一直是宇宙的统治者。至尊的赫尔墨斯被称为“看得见的上帝”，而索福克勒斯在厄勒克特拉中则被称为“万物的洞察者”。于是，太阳就好像做在王座之上，统治着围绕它旋转的整个行星家族。,布鲁诺,1548年出生于意大利 1584年出版哲学著作论原因、本原和太一和论无限的宇宙和多世界，发展了哥白尼的宇宙学说，提出提出无限宇宙、无数个世界思想 1600年2月17日，布鲁诺被天主教会判处火刑,第谷的精密天文学,1546年出生于丹麦 汶岛天文台,精密天文学,更大、更稳定、更准的新仪器 更精确的数据 定期观测 更可靠更广泛的数据 把欧洲天文学从古代数据的依赖中解放出来,新星与彗星,1572年，仙后座超新星爆发 “超新星比金星还亮，而且整整两年都保持肉眼可见” 1612年，该新星被观察到明显增亮 该超新星应该在月上区，位于恒星的领域之中 冲击了天空永恒不变的教条 1577年出现大彗星 彗星是星体，并且位于行星的领域之间 冲击亚里士多德的“彗星只是被点燃的火元素”的教条 天球可以被穿透天球其实并不存在,第谷体系,除了地球和月亮，所有的行星都绕着太阳转 而太阳和月球绕着地球转 第谷的这个折中方案被广泛的接受,开普勒,1571年生于德国 1596年发表宇宙的奥秘 1600年开始担任第谷的助手 1601年第谷逝世，死前把自己所有的天文观测资料赠给开普勒 1609年发表新天文学 1618年出版哥白尼天文学概论 1619年出版宇宙的和谐 1627年发表鲁道夫星表,宇宙的奥秘,使用毕达哥拉斯学派和柏拉图曾用来解释元素与宇宙的五种正多面体的几何方法，并把这些正多面体与行星轨道联系起来，让当时已知的六个行星的天球依次外切于一个正多面体，由之构成了一个几何化的宇宙模型。 典型的柏拉图主义者,新天文学,1600年开始担任第谷的助手 第谷精确可靠的数据使得开普勒不得不放弃他的得意之作,并开始考虑新方案 1609年发表新天文学 提出开普勒第一定律和第二定律,新天文学开普勒第一定律,第一定律轨道定律 火星划出一个以太阳为焦点的椭圆 打破圆周轨迹的神话 抛弃天球概念,新天文学开普勒第二定律,第二定律面积定律： 由太阳到火星的矢径在相等的时间内划出相等的面积 打破匀速运动的神话,新天文学天体物理学,提出要建立天体物理学 不但要符合完美的几何图形，更要从无论动力学找原因 对比 亚里士多德为何提出水晶球模型 对比 哥白尼的动力学基础,Tips：吉尔伯特磁力学的对开普勒的影响,1600年论天然磁石和磁体 地球内部是有同质的磁性物质构成 哥白尼和开普勒可以解决离心力的问题 由于地球是一个巨大的磁体，所以它有一个灵魂 摆脱不了物活论,宇宙的和谐开普勒第三定律,第三定律调和定律： 行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比 使用公式表示自然定律 按精确定律来决定天体的音乐，并用我们的音乐标记的形式表示它（毕达哥拉斯学派的宇宙论）,开普勒在科学思想上的贡献,强调量的重要性：一切确定的知识必定是关于它的量的特征的知识，完美的知识总是数学的 “在凡是有有质的地方，同样也有量，而总不是反之亦然” 新的因果观念：用数学的简单