物理学的起源和发展

物理学之起源,一、科学的起源,1、理性传统,“上下四方曰宇，古往今来曰宙”,宇宙就是时间、空间和物质的总称，物质就是万事万物，当然包括人自己。人类自从有了原始思维，就会对原始的宇宙有所认识。这种认识便是原始的知识。,老子说：“万物生于有，有生于无”，这是中国古代贤哲对宇宙的认识，是思辨的、直觉的。,泰勒斯说：万物的本原乃是水。因为他看到了万事万物如水一样的变化和流动。这是古希腊贤者对宇宙的认识，以是思辨的和直觉的。,伽莫夫说：“宇宙产生于100-200以前的一次大爆炸”，“物质、时空就是在这大爆炸和随之而来的剧烈膨胀中产生。随着膨胀速度的减慢，最先从虚无中诞生的夸克、轻子和光子的温度逐渐下降，慢慢形成原子、分子，并且凝聚成星体、星系、尘埃和气体。物质在万有引力的作用下凝聚塌缩，使大量引力势能转化为热能，大大提升了新星体的温度，并点燃了星体的热核反应，恒星包括太阳随之诞生”。这是近代科学家对宇宙的认识，虽然也含有思辨的成分，但是有理论和实验的支持。,2、技术传统,约一千万年前，一批树上上生活的猿猴下到地面，形成了直立行走的类人猿，并且学会了使用树枝和石头，并在200万年前，进化成旧石器时代的原始人。大河文明的中国、海洋文明的埃及、巴比伦、印度出现。,元谋人在170万年前就已经能使用和利用火,阿基米德（前287-212）说：给我一个撬杠，我可以撬动地球。这是人类通过对自然规律的准确把握，向宇宙提出的大胆挑战。是技术主义、工具主义的启蒙。,古代的埃及人能利用神奇的技术建造了金字塔和神庙,1948年计算机诞生，1952年苏联建立起了第一座原子能发电站，1957年，苏联发射第一颗人造卫星，1969年美国阿波罗号登月，1971年苏联发射第一个空间站，1981年美国第一次发射航天飞机，1973年克隆技术成为可能,二、古代自然哲学（前700-公元400）之特点,1、经验主义感官、体验2、神秘主义原始的宗教、巫术结合3、理性主义结论：能在一定程度上认识和解释自然世界。但对科学既能产生过促进作用，又在一定程度上阻碍了科学的发展,1、道家科学思想道德经庄子,承认自然界背后隐藏着客观规律道 “道可道，非常道，名可名，非常名”依靠感官经验认识并解释了现象 “道生一，一生二，二生三，三生万物。”推动了科技发展炼丹 重视技术：技近于道、庖丁解牛,儒家对科学影响,儒家对科学技术的作用一分为二：1、不相信任何形式的迷信，甚至反对宗教中的超自然部分。有助于科学发展2、儒家集中重视人与社会，而忽略其他方面。3、轻视技术奇技淫巧4、到了荀子，只重视实用主义，而不承认探讨基本学理的重要，甚至认为庄子“庄子蔽于天而不知人”,2、亚里士多德（前384-322）,方法论：1、为正确严谨地得到知识而制定了获得知识的规则和工具-逻辑学2、收集、分类、解剖等生物学方法带入哲学,主要著作：1000多卷，存世47卷。涉及逻辑学、自然学、生物学、天文学、心理学、哲学、伦理学、政治学、语言学和文学等，主要有工具论、物理学、论灵魂、形而上学、政治学、诗学。,知识观：1、知识是有等级的。感觉、记忆、经验、技术、智慧（哲学是最崇高的）2、知识分为理论知识、实践知识和创制知识（本原）。理论知识又分为物理学、数学、第一哲学,本体论1、事物的本源：质料、形式2、四因：目的因、质料因、形式因、动力因3、潜能与实现：潜能就是具有实现其本质目的的潜在力量。是现实已经实现了自己本质的事物。,运动论运动就是能运动物潜能的实现。有四种运动：1、实体性的变化 2、性质上的变化3、数量上的变化 4、位置上的变化（自然运动和受迫运动）运动的条件：时间、地点,宇宙论1、四元素说 火、气、水、土，前两种在上面（火比气重），后两种在下面（土比水重），个别事物乙元素的多少找自己的自然位置。个别物体的自然位置是目的因，重量是动力因、通向自然位置之路实形式因、组成的物质是质料因。,2、天文学宇宙分月下世界（会腐朽）和月上世界（以太，永恒的）；月上世界分为九重天，依次是月亮天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动天（存在自己不动的第一推动）；月亮是离地球最近的天体；月上世界的运动轨迹是均匀圆周；月下世界的组成物体为水、火、气、土，是直线运动天体镶嵌在晶莹剔透的天球上，地球为中心,灵魂论1、灵魂就是潜在地具有生命的自然物体的形式，是潜在地存在于有生命的食物内，因此否定万物有灵；2、任何一个有生命的事物是由作为形式的灵魂和作为质料的躯壳构成，是不能分开的；3、灵魂分为：植物灵魂或营养灵魂，作用是摄取食物和生殖；动物灵魂或感觉灵魂，作用是感觉、欲望和移动；人类灵魂或理智灵魂，具有前两种灵魂的作用外还能推理和思维,神学善、第一推动、永恒、纯实现、第三种实体实体包括具体事物、实物的形式、纯形式,三、中世纪的科学（公元500-1500）,形成许多分支科学，并且都独具一格为满足封建社会的各方面需求而形成的以观察总结的经验描述行为总体特点有较强的技术史的特点从整体上把握自然，理论上受传统理论尤其是八卦、阴阳、五行学说的影响李约瑟：“中国的科学达到了达芬奇的水平，而没有达到伽利略的水平”,1、中国的科学的特点,数学：以九章算术（秦汉）为代表，解决社会生产实际问题为主要内容，以筹算为主要计算工具，以十进制运算系统运算，形成了包括算术、代数和几何；经汉唐千余年的发展，形成了数学九章（秦九韶），到了宋元，算筹运算达到顶峰，在高次方程、方程组、高阶等差数列求和、内插等都取得了很高成就，明中叶，珠算代替的算筹。,天文学：历法、天文仪器、宇宙理论上形成独特的特色。群星划分上采用二十八星宿的分法，采用赤道坐标系统和把一周天分为365-1/4度的方法。宇宙理论上形成了盖天说、宣夜说，浑天说，历法上阴阳合历的形式。（张衡、郭守敬）,地理学：山海经禹贡，水经注，徐霞客游记。将我国分为“冀、青、徐、扬、荆、豫、梁、雍九州”，山川、水文、气候、物产、风俗作了详细的记录。,农学：吕氏春秋上农、齐民要术、农书、农政要书，作物栽园艺蚕桑的理论。,中医学：形成了以脏腑、经络、气血、津液为内容的生理病理学，以“望、闻、问、切”的诊断方法，以“八纲（阴阳、表里、虚实、寒热）”归纳治疗，以“四气（寒热温凉）”“五味（酸辛苦甘咸）”来概括药性的的药物学，以“君臣佐使”“七情和合”的配伍方剂学，以经络、腧穴为主的针灸学，此外还有推拿、气功、引导书等治疗方法，并以阴阳五行来说明人体生理现象的医学理论。,技术：考工记、天工开物，冶炼、制盐、制糖、酿酒、织布、采矿、纺织、兵器、颜料、车船、锻造、瓷器等,物理学：墨经考工记淮南子论衡梦溪笔谈，涉及力与运动、时空、简单机械、光学理论与镜子、色散、温度、静电和雷电、磁学、律学、声学研究。（春秋、宋元、民国三次物理学高峰）,2、中世纪西方科学的特点,神学为一切学问的中心，并且通过教会，粗暴地干涉科学理性与信仰统一，从理性得到的知识通过上帝的启示照样能得到，而且不可能错误（阿奎那）一切都是神和上帝，自从有了上帝，一切都退到边缘，信仰了上帝就是获得了最真的知识科学成了上帝谦卑的婢女,3、主要理论,托勒密的地心说理论盖仑的血液循环（自然灵气、活力灵气、灵魂灵气）亚里士多德的物理学（四元素说、四因说）炼金术的化学（物质的贵贱序列）,所有的科学都是以圣经为基础，以亚里士多德的理论为理论依据,四、近代自然科学文艺复兴到牛顿,基督教世界解体，北欧各国纷纷脱离罗马教会统治，建立起了王权专制，虽然后来经过改革，但是奠定了天主教、东正教、新教的格局后经院哲学（培根，奥卡姆）的影响带来了古典哲学的兴起欧洲资本主义生产方式兴起，开拓市场远洋航行与地理大发现（达伽马，哥伦布，麦哲伦）对古典文化的复兴，效仿，最终冲破一切束缚人文主义兴起“我是人，一切人的特性我都有”，强调人的思想、人的价值,1、文艺复兴的背景,2、文艺复兴的结果,思想得到解放，理性没有了束缚。古希腊理性传统回归，对中世纪宗教神学的质疑知识就是力量（罗吉尔-培根）人文主义兴起“我是人，一切人的特性我都有”，强调人的思想、人的价值，自然、人、社会取代“神”成为中心古希腊科学思想重新被发现和进一步发扬科学方法之争（感官的真实性、归纳的有效性、演绎的实用性)自然科学从自然哲学中分离出来，并且与技术结合形成了各种科学门类,近代以来世界的科学发展历程,科学勃兴 进展辉煌,转化为生产力 促进科技革命的到来,文艺复兴 思想解放,-经典力学、相对论和量子论、进化论（11、12课）,-三次科技革命（13课）,科技历程,第 1 课 物理学的重大进展,第 四 单 元,古希腊科学家亚里士多德,物理学的曲折发展,“落体的速度与重量成正比”,？,“物体从来都是静止的，除非你用力推它才开始运动”,据记载有人曾在意大利比萨斜塔上作过自由落体的实验。结果两个重量相差10倍的球同时落地，证明了亚里士多德的观点是错误的。,“两个铁球同时落地！”,伽 利 略（15641642）,意大利的物理学家和天文学家。自幼聪明好学，遇事好寻根问底。从不迷信教会权威或盲从他人。,(1)背景：,一. 经典力学,1.经典力学的奠基者-伽利略,(2)成就：,天文学：,发现了自由落体定律,物理学,外力只是改变运动状态的原因,用自制的望远镜发现了许多星体，证明了哥白尼提出的“日心说”的正确性。,提出日心说，否定亚里士多德的地心说，掀起天文学的革命，从根本上动摇了宗教神学的理论基础。,信奉“日心说”的布鲁诺(1548-1600)被教会以火刑处死。,哥白尼（1473-1543）,伽利略受审,开创了以实验事实为根据的近代科学（特征：观察和实验），为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。,(1)背景：,一. 经典力学,1.经典力学的奠基者-伽利略,(2)成就：,(3)意义：,牛 顿（16421727）,英国著名的科学家，在物理学、数学、天文学等方面都作出了卓越贡献。他曾长期担任英国皇家学会会长，还担任过英国议会议员，被授予爵士称号。,牛顿所处时代（17世纪中叶至18世纪初）的时代特征,经济上：资本主义发展到手工工场时期,政治上：资本主义制度在英国确立,思想上：启蒙运动逐渐兴起和发展,二. 相对论的创立,1.背景：,“物理学危机”,狭义相对论和广义相对论,2.内容：,爱因斯坦（1879-1955）1905-1915年提出了相对论，发展了牛顿力学。,20世纪最后一期时代周刊评选出“世纪人物”，这样称一位伟人：天才，政治难民，人道主义者，原子和宇宙谜的开启者，以其最伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头。,有高度社会责任感的人，通常是具有良心的知识者。让我们轻轻地伸出我们的手，抚摸一下爱因斯坦的滚烫的良心： 1939年8月2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯福总统建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹；后来，当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说，“早知如此，我宁可当个修表匠！”爱因斯坦就核武器问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知之宝贵,1955年 4月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，