试述哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿的主要科学贡献.doc

1、 试述哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿的主要科学贡献。哥白尼： 哥白尼在他的不朽著作天体运行论中，系统阐述了日心说的内容，主要包括以下五个方面：第一，地球是在不断运动的。第二，宇宙的中心不是地球而是太阳。第三，确定了各个行星在太阳系中的排列次序。第四。关于地球和月亮的关系，他指明月亮是地球的卫星，不能把月球同地球分开。第五还解释了对地动说的种种疑问。（比如火星、木星、土星所以发生“逆行”，是因为地球的运转速度比它们快，当地球和它们处在太阳同侧，并超过它们时，所以行星的逆行是相对运动的结果。从地球上看，它们就好像在“逆行”，它们的“逆行”每年在一定时候都要发生一次。）其中，他的日心说更详细的说明了几个问题：所有天球都围绕太阳旋转、地球绕它的轴自转、地球旋转的轨道是黄道/黄道带、地球与太阳的距离比地球与恒星的距离小得多、行星的逆行是相对运动的结果。解决了行星逆行的原因；外行星本轮上的向径等问题。 根据哥白尼体系，宇宙不是以地球为中心的，地球和别的行星一样，围绕太阳而运行，唯有太阳才固定在体系的中心。这一简单而基本的发现，使人们对宇宙的看法从神秘原始的见解进入到现代的思考，并引起了思想上的革命。人们开始摆脱对权威的迷信，只有事实才是知识的泉源，实践才是检验真理的标准。哥白尼原理的现代表述应当是：宇宙中任一局部观测者所处的位置都不会是特殊的。也就是说，宇宙没有中心。这一原理已为当前的宇宙观测所证实，在大尺度结构上宇宙是均匀的和各向同性的。当前，暗物质和暗能量的发现，是哥白尼原理的另一种体现，宇宙不仅不以我们为中心，而且构成宇宙的物质的绝大多数也与构成我们自身的物质不同，这可算天体物理学中最令人向往的发现了。 哥白尼运用科学方法所得到的、具有革命内容的天体运行论向自然事物方面的教会权威给予了公开挑战。从此，不仅铺平了通向近代天文学的道路。整个自然科学也开始从神学中解放出来，借以宣布其独立，开辟了自然科学的新时代。开普勒： 开普勒以一个科学家应有的严谨治学态度，毫不犹豫地抛弃了原方案中偏心圆运动轨迹和圆周匀速运动的设想，重新寻找行星运行轨道图形和速度分布的规律性。经过数年努力，他终于找到了行星运行的轨道图形椭圆形并发现行星在轨道上并不是作一成不变的匀速运动，而是作有规律的变速运动。1609年，他出版了新天文学(即论火星的运动)并把他的这一发现应用到其它行星，公布了太阳系行星运动的两条基本定律：(1)行星运动第一定律行星的轨道是椭圆的，太阳位于椭圆的一个焦点上。这一定律又叫轨道定律。(2)行星运动第二定律行星与太阳所连直线，即行星的向径在相等时问内扫过的面积相等。他继续进行艰苦的科学探索。经过10年的努力，终于从一大堆计算数字中发现了周期定律。1619年他出版了世界的和谐一书，提出了行星运动的第三定律：行星绕太阳一周的时间的平方与行星同太阳的平均距离的立方成正比。用公式表示就是：R3：T2=K(K为比例常数)。据此，可以推导出太阳系任何两个行星之间的关系式：*即任何两行星公转周期的平方比等于它们轨道半径的轨道比，也就是说，离太阳越远的行星，公转所需时间越长。这就是“周期定律”或“和谐定律”。 开普勒行星运动三大定律的发现，把哥自尼的日心说推向了定量化与精确化阶段。使太阳系成为一个严格按照确定规律运行的力学体系。由于这三个定律正确地反映了行星运动的过程与规律，为牛顿建立万有引力定路打下坚实基础。因此，人们称颂他是“天空法律创制者”，“天体力学奠基人”。16181621年，开普勒写了哥白尼天文学概要一书，把天文学的研究概括为5个方面：观测天象；提出对观测到的天象进行解释的假说；宇宙论的物理或哲学；推算天体过去与未来的方位；有关的仪器制造和使用的机械学。这一概括表明到开普勒时期，天文学已经具有了自己的研究对象、研究体系和研究程序，产生了近代自然科学的基本方法：进行观测一提出假说一形成理论一实践验证一实际应用。这也正是自然科学革命首先在天文学领域开展的一个基本前提。开普勒对科学的另一项贡献，是他遵照老师第谷的意愿，在第谷工作的基础上，经过大量计算，在1627年完成了鲁道夫星表的编制，这是当时最完备最准确的一部星表。此外，开普勒曾经在1604年9月30日观察到一颗超行星的爆发，天文学者为了纪念他，特地把这颗星星命名为开普勒超行星。1611年开普勒还发表了折光学一书，阐述了光是怎样成像的，研究了大气折射的计算，并且提出了折射望远镜的原理。伽利略： 伽利略的天文学研究：1609年，伽利略自制望远镜，垂轴放大率为32倍。他通过望远镜观察天空，通过望远镜为日心说提供了丰富的天文观测材料：发现太阳黑子周期性出现，看到太阳表面的陨石坑；发现水星和金星象月亮一样有圆缺的变化，并据此论证水星和金星是围绕太阳运动的，另外还发现木星有四颗卫星，这简直就是一个小型的哥白尼体系。显然，地球不是宇宙的唯一中心。另外，两个体系的对话从理论上论证了日心说的科学基础，给托勒密体系以粉碎性打击。 伽利略对物理学的贡献是多方面的。比如惯性问题，他认为物体没有外力作用时，物体将一直保持原来的运动状态。如果他能认识到惯性运动是直线运动，那么牛顿第一定律就要改名为“伽利略惯性定律”了。关于自由落体定律的提出：伽利略认为，在重力的作用下，任何物体在真空下落的加速度都相同，与它们的重量和组成材料均没有关系。另外，他得出了单摆的周期；通过对炮弹运动的研究解决了运动合成问题；运动的相对性原理阐明了运动和静止的相对性，提出了对不同参照系运动的不同描绘问题。伽利略相对性原理、惯性定律和运动合成原理为力学理论奠定了基础；他对自由落体、斜面、斜抛和摆的研究奠定了运动学和动力学的基础；特别是他的实验方法，理想化方法、雄辩的推理与严格的数学推证方法标志着物理学新纪元的开始。 伽利略关于运动理论的研究工作，采用了一个对近代科学的发展很有效的程序，即对现象的一般观察一提出工作假设一运用数学和逻辑的手段得出特殊推论一通过物理实验对推论进行检验一对假设进行修正和推广等。伽利略实际上使用了把实验和逻辑、数学结合起来的研究方法，而经典力学的建立，实质上也就是实验方法、逻辑思维方法与数学方法的建立和发展过程，可见，伽利略的研究方法对经典力学产生了极其重要的影响。时至今天，伽利略开创的研究方法，仍然具有强大的生命力和实际成效。牛顿： 在牛顿的全部科学贡献中，数学成就占有突出的地位。他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理。微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。首次提出一阶微分方程的分类；确定了微分方程求解的理论基础；开辟了应用无穷级数求解微分方程的方向；开创参数变易法思想并最先应用于解决三体问题的摄动理论等。力学运动规律的探求和重力与天体运动问题的研究始终是牛顿发明微积分、创造新的数学工具的主要动力，他为懈决运动问题，创立了这种和物理概念直接联系的数学理论。牛顿的思想和方法对创立和发展微分方程学科具有重要的理论意义和历史意义。 而牛顿在其物理学研究生涯中主要将智慧与时间奉献给了力学与光学。从1663年起，他就开始从事光学研究，并把他的研究成果写成题为关于光和色的新理论一文。他就此得出结论：“颜色不是光在自然物体中折射或反射产生的(如亚里士多德的观点)，而是光本来的和固有的性质，这种性质对不同的光各不相同。”为光学研究开辟了新的途径。2、 结合西方近代科学革命谈谈你对科学精神的理解。若以15至16世纪为科学革命的前奏。则有波兰天文学家尼古拉哥白尼首次打破托勒密体系的。地心说”，提出的“日心说”假说；意大利人布鲁诺作为。日心说”的信徒，被烧死在罗马；而后开普勒作出了进一步论证；伽利略从经验出发，开创了宇宙论革命，通过观察实验提出了世界是统一的结论，形成了新的物理观。当伽利略以年迈之躯在教会面前被迫下跪，在忏悔书上被迫签字之时，当他在跪起之后喃喃自语：“有什么办法呢，地球仍然在运动”之时，就在此时，科学革命与科学精神似乎瞬间接通了联系。 近代科学革命之所以把文艺复兴以来试图打破古代权威的绝对统治的理想变为了现实，使人类文明脱离了童年，开始成熟起来，一个重要原因就是近代科学以理性的权威战胜并取代了古代权威。近代科学革命是科学精神的重要基础。无论是哥白尼的日心说、开普勒的行星定律、伽利略的运动定律、牛顿的力学体系、维萨里的人体结构、哈维的血液循环理论，还是培根和笛卡尔的科学方法论，都极大地冲击了人们的传统观念，促使人们开始理智地看待古代权威，从对古代权威的反思发展到对古代权威进行理智地批判。从表面上看，近代科学革命只是打破了以古代权威为象征的认识传统，实际上，这是对传统社会等级制度发出的最大挑战。不可否认，近代科学革命的缔造者们从古代权威的束缚中挣脱出来的过程是艰难的。正是通过科学革命这样的过程，人们找回自我，重新发现人，发现了人的尊严与价值，使得人们抛开重重枷锁，自信地步入理性的现代社会。也使科学精神日益深入学者心中，这种科学精神不但包括科学的理性精神即科学的存疑、探索、创新和兼收并蓄的精神，而且包括科学的伦理精神即科学活动主体的理智德性与道德德性崇德精神和坚持将科学造福人类的伟大目标臻善精神。3、科学和宗教有什么关系？科学与宗教之间的关系是随着历史的发展而不断调整、变化的一种辩证关系。在希腊城邦时代，科学与宗教是一种水乳交融的统一关系。在中世纪基督教文化中，宗教信仰一度攫取了绝对的专制权力。随着近代理性精神的崛起，科学开始逐渐摆脱宗教的影响，二者之间的关系发生了根本性逆转，最终导致了18世纪法国启蒙运动对宗教信仰的猛烈批判，它导致了科学与宗教之间的一种共生和互补的新关系模式。宗教与科学的关系具有深刻的两面性：一方面，宗教追求的是“信仰”。科学追求的是“知识”，二者是有本质区别的。这种区别，既有可能导致宗教势力对科学行为的禁锢扣适害，又有可能诱发科学成果对宗教信仰的颠覆和批判。另一方面，如果宗教以理性为工具来追求信仰的话，就会在追求的动力和方法上与科学相联系。这种联系。既有可能促成科学的发生，又有可能促进科学的发展。 在科学与宗教的新关系中，爱因斯坦指出：“科学无宗教则盲，宗教无科学则踱；宗教没有被科学取代，科学不能解决人类信仰的问题，同时科学也没有因神权和教权的阻拦而止步不前。”当人们意识到两者的联系之后，问题就发生了明显的改变，科学和宗教之间出现了新的关系，主要体现在以下几个方面：首先，科学与宗教互不干涉，二者形成了一种各司其职和相互补充的关系：科学研究自然界，解决物质生活问题；宗教关注人的道德情感世界，解决精神生活问题。其次，宗教承认某些科学原理，如同意堕胎和避孕等。第三，宗教利用科学成果作为巩固自身阵地的手段，但其目的是为主动打破双方造成的对峙格局。尽管如此，依然为科学的发展创造了更为宽松的环境。最后，科学主动与宗教道德结合。现代科学带来的负面后果，使人们越来越强烈的意识到，科学必须人性化，科学者不以人性为基础，不以人的存在的意义、价值和道德为基点，即不是以维护人类的根本利益为出发点，科学便失却了自己的价值和意义。而科学的人性化最切近的道路是把科学和宗教道德结合起来。爱因斯坦在晚年非常注重伦理和社会问题研究，他指出：“仅凭知识和技巧