科学史纲要第讲近代物理学革命之伽利略与自然数学化

第七讲近代物理学革命

之

伽利略与自然数学化伽利略生平1564.2.15生于意大利的比萨。1589年，25岁，比萨大学数学教授。1592年，帕多瓦大学。1610年回到佛罗伦萨1624－1630写作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，1632年出版，1633年监禁。1638年出版《两门新科学》1642年1月8日去世。伽利略与天文望远镜伽利略与天文望远镜（一）、望远镜的制造荷兰人的玩具发明：1609年夏天，伽利略在威尼斯听到一个消息说在荷兰有一种由一个圆筒和两片有曲面的玻璃片构成的仪器，能将很远的东西看得很清楚。伽利略要仔细地验证这个传闻的真实性，为此为自己制造了一个这样的仪器。到1609年底伽利略将望远镜的放大倍数扩大到了20倍。伽利略与天文望远镜（二）、把自制的望远镜指向了天空：

1610年出版了《星空信使》，把运用望远镜进行天文观测所获得的结果公之于众。1、当用望远镜观看恒星时，伽利略看到了许多肉眼无法看到的恒星。尽管恒星视差依然难以察觉，所观察到的足以说明宇宙如哥白尼所预言，远远大于我们从前的想象。2、1610年1月发现木星有卫星环绕，地球不再是唯一的绕转中心；木星周围环绕着卫星，它们使木星看上去分明就像是一个太阳系的缩影。伽利略与天文望远镜3、月亮表面凹凸不平，有山谷和平原。在亚里士多德的世界中，月亮是完美的天体，而伽利略的发现表明天上与地上十分类似。伽利略与天文望远镜4、伽利略还发现在传统宇宙理论中作为完美象征的太阳，其表面实际上是“斑斑点点、不洁净的”，即有太阳黑子。这个发现大大削弱了天空完美无缺的信条。5、更重要的发现是金星有着与月相一样的位相，有时呈现满月那样的圆面，有时则如一弯新月那样。这完全不能与托勒密关于金星的几何学相容。这表明金星的确在环绕着太阳运动。伽利略与新物理学革命前奏一：冲力论亚里士多德的运动观：每种运动需要一个原因（动力因） 一个物体只要有而且仅有某物在推动它，它会运动问题：物体脱离原动力之后，没有东西推动它，这个物体怎么又会继续运动呢？冲力论：物体离开了原动力，但是它同时获得了冲力，冲力继续推动它前进冲力论是亚里士多德运动观的延续，自身面临着很多无法解释问题，伽利略早期是冲力论的信奉者哥白尼地动学说的困难第一，恒星视差问题第二，离心力问题第三，地动抛物问题\垂直落体问题需要动力学的解释吉尔伯特和开普勒—磁力学伽利略？前奏二：哥白尼主义者的困境日心说的挑战——垂直落体问题假设一个球从一座塔上下落，按照哥白尼系统，塔正在以巨大的速度自西往东运行。一旦球被释放，那么握着它同塔一起移动的手就停止作用，它向东的运动就应该应该停止。并由于它将以一个重物的自然运动下落到地球上，它似乎应该掉到塔的西边。伽利略的动力学伽利略-斜面实验斜面实验的概念准备：1.时间的概念：测量小球走过不同距离所需要的时间。当时钟表还没有发明，伽利略想出来的解决办法是用“水钟”通过一个大容器里流出的水量来测量时间2.空间的概念：空间（准确的来说是“处所”）并非均匀一致，当时只有运动快慢的定性概念，根本没有匀速运动和匀加速运动的定量概念。伽利略-斜面实验斜面实验的结论1：自然运动中所通过的距离正比于时间的平方，因而在相等的时间内通过的距离是奇数关系。自由落体定律的雏形伽利略的动力学概念一，放弃因果解释，局限于寻找重物下落的描述性定律亚里士多德：月下区的物体具有重性或者轻性，这些性质是物体做自然运动的原因，月上区的物体没有这些性质，宇宙是一个等级结构伽利略：只研究重力——重物的自然属性，但是，重力只是对物体下落现象的一种描述，这一现象普遍存在于所有的物质之中，无论天上还是地下。宇宙是均一的，天上遵循跟地上一样的定律伽利常略动湖力学矛的特魔点二、糟加速朽度的陷概念愚提出亚里代士多牛德：青力是便产生乔速度飞的原该因，绵而不作是产剧生速填度的激变化微的原资因伽利阴略提温出加永速度利的概民念：事实屈证明飞速度鸽不是渴不变渣的，某因此湖这种爸运动衣也不系是均悉匀的着。为沟了追异求均一昌性和务简单球性，我姿们必龄须认项为速竟度不溪是均诞一性舅的，窄而速党度的金增量伶（加明速度控）是妈均一机的。伽利毒略-斜面欢实验如果花使斜糕面的叙摩擦秋力小悄到可仓以忽阵略不穷计，昌那么必当小扮球从们某一斧高度总的斜塘面滚筹下之湾后，果它还桌可以墓继续遥滚上浑另一抗斜面陵，直抵到和袖出发马时同赞一高生度的急地方家，滚扁动的岁距离羡与斜拢面的海倾斜馅度无蚊关。进一侦步的童推论偏：如柴另一爹斜面腹的倾源斜度细为零他，那暮么小携球将侨以滚雪上这遍个面环时的怜初始包速度罩一直摩不停略地滚型动下也去斜面将实验法的结明论2：惯性药定律饿的雏愤形运动并不弊需要钞原因冠，只破有运动垮的变败化需要碑原因稳。伽利芦略动挺力学筐的特参点亚里勉士多爆德：千运动伙与运俱动的借原因钟紧紧役绑在狠一起所以辛只有摄在有谎力（疗或者龟轻性亮、重面性等某性质刊）存越在的县情况铅下，腔物体坡才会自运动肾。运藏动和彼导致戏运动铅的原际因紧出紧绑柄在一唉起。资静止轮是这怜种原火因的肤丧失野。伽利惕略：毙静止镇与运粗动处秤于同宏一层粉次，威都只品是状税态而圣已。将运允动同萝物体余的本劈燕质属庄性分奋离开烤来：效对物恐体而捉言，蛇运动榜不会枕对它阀产生蹲任何北影响叶。运草动只震是展绢现自东身的军一种魂状态叫，一鹿个物燥体是捏不会支在意亚它是念处于为运动会还是互静止姻状态忆的，励运动绩也不呢会导珍致其丑本质欢属性堡的变票化。静止莲与运妙动是剑无差棉别的椒，静扰止不咳过是“一种铁无限笨度的徐慢”。抛物销体运让动的乒研究伽利咏略对亭动力帜学的曾另一盲个重赠要贡狗献，烂是关草于运合动合志成的逮观念衡。对于膊水平录抛出陡的石振头，临伽利定略认热为这悬块石岭头参泰与了厘两个闷独立茅的运绣动：1）速戚度恒怕定的膜水平肾运动民，这挠个速杠度是企抛石墙头的本手给绘它的胁；2）速录度与曾时间移成正欣比的宗自由激落体露运动魂。地动古抛物省问题霜的解笛决伽利给略的见运动浪合成舰观念阶具有令深刻丙的物咬理意闪义。问题佳：假共定从刑一艘眼快速朋运动梳的帆魄船的胜桅杆贯顶上若投下他一块侄石头拿，它攀将掉丝式在何评处？在伽惰利略且时代授，大爪家相牲信亚毒里士驱多德橡的教础导，低认为议物体浙只有纵受到搭推力贤时才否运动幻玉。推株力一筛旦消宝失，犁运动曾就要挣停止弃。根紧据这穴种观都点，评在桅绩杆顶纸上投骑下的北石头粒会垂念直掉帮下来滴，而纤船在广继续胶前进夺，这餐样石住头会兄掉在脖船尾漏附近窝的甲踪蝶板上汽。地动督抛物钥问题鼻的解锤决伽利咬略的跃答案当放疯手的渣瞬间恒石头染也具遇有与肌船一狗样的竟水平遣速度与，所戚以放腹手之亲后它截还会凤继续厕以这城一水劈燕平速凤度运童动，魂直到周它落葡到桅帝杆底卷部前掉，一环直保妹持这胶个水概平速芒度。步石头引运动警的垂使直部奔分是区加速踏的自佛由落凑体运犁动，贷所以啊它将常正好跃落在配桅杆禁底部切的甲封板上代。伽利到略的垄科学磨思想柏拉询图学阻派.V耗S.亚里神士多蹦德学短派柏拉最图学务派：论数学纹有较削高的里价值蛾，并音且在虚物理受学中网赋予脖它一疲个真身实的智价值棉和重敏要的喊地位亚里框士多众德学旱派：从数学饺是抽认象的不科学它，因壶此它医比研粉究实喘在事逼物的观物理蹄学和禾形而庄上学欣的科奴学有时较低已的价炉值亚里拢士多象德学齐派不轰是低坚估数俯学的抬可靠沙性，叛而是缸低估触数学收的重唉要性亚里膊士多软德学糖派坚通持数牛学地张位的员次要辱性的宪原因摄：具肤体事丸物根庭本无堆法用术数学陪说明业，角薯度、妻比例衫在具军体事淋物中亲根本讨不存鼓在；葛必须醉成认伶现实顷和偏老差的聋必要岗性，怠这些部个体防和普披通之被间的贷偏差哈显现按了神苦的创浑造力拾，它黑们是搬不可侦预见垃的。萌过于题沉迷很数学宏、几扭何，眠只会胸离真杜理越汤来越蛮远。盟－－街满足但于模斩糊性自然亩数学末化伽利耳略：肿一个全球不杰是因该为它尸是真悟实的腾球就经不是镜球形里，它变的半霞径不馅会因毅此不冶相等锁。即战使制滤作出赏一个折真实缺的理欠想的饥球是期不可景能的区。但翅这个“球”的物替质对稼象也傲不能钱因此敬没有辆几何面形式臂。它伏们将浸是不虹规则误的，川但是焰不是帝不精激确的万，最劫不规景则的井石块狸也具置有一反个与栽理想蔽的圆宽同样谱精确也的几尊何形厉状，海只是旗它非舅常的龄复杂悼。--几何驳形式饲和物线质是晋同质滑的。自然梳说数月学语走言，背这个赴语言庭的字汗母和门符号喂是角含、圆苗和直稍线伽利删略的浆“实任验”句方法直观任或解毕析：永面对竖感觉病经验斯世界原，我焰们尽呜可能惨完整惠的孤郊立和虏考察策某一川典型极现象柏，其繁目的闲首先拉是为甜了直赴观那匹些简弯单的眠绝对俊的要汁素，亲根据暴这些向要素香可以兼把最个容易惭最完蛮备的吉把此辫现象辞翻译桨成数鹊学形匪式，伴亦即娘把感辰觉事状实分我解为腹处于寸量的稳组合设之中致的要远素论证姜：通姜过完捐成第虹一步发，我度们得蹄到了良基本港的要勿素和跪它们蛾组合嫂，就垒可以鼓用纯励数学伶的方扑法论冰证。答这样立得到虽的结拍果总史是对怒类似策的实扁例