从伽利略到牛顿.pptx

武际可:科技史选讲之五1 从伽利略到牛顿从伽利略到牛顿武际可:科技史选讲之五2uu 科学的真科学的真理不应该在古代圣人科学的真科学的真理不应该在古代圣人科学的真科学的真理不应该在古代圣人科学的真科学的真理不应该在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。真正的哲和以实验为基础的理论中去找。真正的哲和以实验为基础的理论中去找。真正的哲和以实验为基础的理论中去找。真正的哲学是写在那本经常在我们眼前打开着的最学是写在那本经常在我们眼前打开着的最学是写在那本经常在我们眼前打开着的最学是写在那本经常在我们眼前打开着的最伟大的书里面的，这本书就是宇宙，就是伟大的书里面的，这本书就是宇宙，就是伟大的书里面的，这本书就是宇宙，就是伟大的书里面的，这本书就是宇宙，就是自然界本身，人们必须去读它。自然界本身，人们必须去读它。自然界本身，人们必须去读它。自然界本身，人们必须去读它。uu伽利略伽利略伽利略伽利略武际可:科技史选讲之五3n n经过从远古到中世纪漫长岁月的积累，力学的发展经过从远古到中世纪漫长岁月的积累，力学的发展来到一个大飞跃的时期来到一个大飞跃的时期1717世纪。力学是关于物体世纪。力学是关于物体平衡和运动的科学，谈到运动的精确化，就得和时平衡和运动的科学，谈到运动的精确化，就得和时间的量度密切相联系。在历史上，力学的精确化首间的量度密切相联系。在历史上，力学的精确化首先是从对天体运动观测和描述的精确化开始的。这先是从对天体运动观测和描述的精确化开始的。这是因为天上的行星运动相对缓慢，是以日、月、年是因为天上的行星运动相对缓慢，是以日、月、年为单位来计算的，在时间量度上没有什么困难。还为单位来计算的，在时间量度上没有什么困难。还因为天体的受力相对简单，没有像地上的事物如车因为天体的受力相对简单，没有像地上的事物如车的运动，受有各种复杂的力不易分析清楚。我们说的运动，受有各种复杂的力不易分析清楚。我们说开普勒关于行星运动的三定律是经典力学的序曲开普勒关于行星运动的三定律是经典力学的序曲，是因为这些定律给出了天上行星的运动学规律。一是因为这些定律给出了天上行星的运动学规律。一旦将运动学和力联系起来，力学学科便走向成熟了。旦将运动学和力联系起来，力学学科便走向成熟了。前言武际可:科技史选讲之五4n n前言前言1.1.伽利略的生平与科学贡献伽利略的生平与科学贡献2.2.2.2.惠更斯和其他学者的贡献惠更斯和其他学者的贡献3.3.3.3.牛顿及其在力学发展中的贡献牛顿及其在力学发展中的贡献武际可:科技史选讲之五5n n这一时期出现了一批杰出的力学家，而其中最为卓越的是伽利略、惠更斯和牛顿。伽利略可以说是近代科学的鼻祖，他的贡献是多方面的。在力学上，他最早给出惯性原理表述、给出了落体和抛体的运动规律。惠更斯是摆钟的发明人，他给出了圆周运动的规律。而牛顿则是一位善于总结前人经验的大师，是他归纳和发展了前人的研究成果构筑起经典力学的大厦。武际可:科技史选讲之五6n n在在伽伽利利略略之之前前一一千千多多年年，欧欧洲洲关关于于物物体体运运动动规规律的认识始终是由亚里斯多德学说统治着。律的认识始终是由亚里斯多德学说统治着。n n亚亚里里斯斯多多德德在在论论天天（On On the the hevenheven）中中说说：“一一定定的的重重量量在在一一定定的的时时间间内内运运动动一一定定的的距距离离，一一较较重重的的重重量量在在较较短短的的时时间间内内走走过过同同样样的的距距离离，即即时时间间同同重重量量呈呈反反比比，比比如如，如如果果一一物物的的重重量量为为另另一一物物重重量量的的二二倍倍，则则它它走走过过一一给给定定的的距距离离只只需需一一半半的的时时间间。”11这这就就是是亚亚里里斯斯多多德德著著名的落体下落速度与重量成比例的错误结论。名的落体下落速度与重量成比例的错误结论。11 苗力田主编，苗力田主编，亚里斯多德全集亚里斯多德全集II II，中国，中国人民大学出版社，人民大学出版社，19111911年，第年，第281281页页武际可:科技史选讲之五7亚里斯多德亚里斯多德Aristotle,384B.C.Aristotle,384B.C.322B.C.322B.C.武际可:科技史选讲之五8n n亚里斯多德对运动作了有益的探求。但是他的亚里斯多德对运动作了有益的探求。但是他的有些错误结论，统治了西方达有些错误结论，统治了西方达20002000年之久。英年之久。英国哲学家罗素（国哲学家罗素（Russell,BRussell,B.,1872-1970,1872-1970）在评价）在评价他时说：他时说：“他生当希腊思想创造时期的末叶；他生当希腊思想创造时期的末叶；而他死之后一直过了两千年，世界才又产生出而他死之后一直过了两千年，世界才又产生出来任何可以认为是大致能和他相匹敌的哲学家。来任何可以认为是大致能和他相匹敌的哲学家。直迄这个时期的末尾，他的权威性差不多始终直迄这个时期的末尾，他的权威性差不多始终是和基督教会的权威性一样地不容置疑，而且是和基督教会的权威性一样地不容置疑，而且它在科学方面也如在哲学方面一样，始终是对它在科学方面也如在哲学方面一样，始终是对于进步的一个严重障碍。自于进步的一个严重障碍。自1717世纪初以来，几世纪初以来，几乎每一种认真的知识进步，都必须是从攻击某乎每一种认真的知识进步，都必须是从攻击某种亚里斯多德的学说开始的。种亚里斯多德的学说开始的。”武际可:科技史选讲之五9罗素Russell,B.1872-1970武际可:科技史选讲之五101 伽利略的生平与科学贡献伽利略的生平与科学贡献n n11 伽利略的生平n伽利略(Glileo Galilei,1564，2，151642，1，8)出生于意大利的比萨，他的父亲是一位音乐家，在音乐理论和音乐实践上都很有成就。伽利略是7个孩子中的老大。他10岁之前一直住在比萨，之后迁往佛罗伦萨，上了几年学后，被送往卡马多萨(Camaldolese)修道院。他作为一名见习修士加入了修道会。不过，他父亲却希望他去学医，重将他接回佛罗伦萨。武际可:科技史选讲之五11n n1581年，当伽利略17岁时，来到比萨大学学医。在学校里，他以数学和物理见长，而且因为善于辩论而闻名全校。1585年，伽利略离校回家，专门研究古希腊人的科学著作。根据阿基米德的浮力原理，他发明了测定合金成分的流体静力学天平，这项工作引起了意大利学术界的注意，有人称他为“当代的阿基米德”。武际可:科技史选讲之五12n n伽利略在佛罗伦萨教了几年书后，于1587年首次访问了罗马。在那里接触了一些数学家与天文学家。1589年，伽利略写了一篇论固体重心的论文，获得了人们的称道，因而他获得比萨大学数学教授职位，这时他刚满25岁。1592年他又受聘到帕多瓦大学数学教授，这时的薪水是比萨大学的三倍。武际可:科技史选讲之五13伽利略像伽利略像武际可:科技史选讲之五14n n伽利略的一生，大致可以分为三个时期：在比萨大学任教三年（15891591），在帕多瓦（Padua）大学任教18年（15921610），之后他回到佛罗伦萨任托斯康大公爵的首席哲学家和数学家（16101642）。武际可:科技史选讲之五15n n伽利略是哥白尼学说的忠诚的拥护者，但是在大学教学的二十多年中他一直没有讲授哥白尼学说。1613年他推荐卡斯特利接替他原任比萨大学数学教授职位，卡斯特利一上任，校方就警告他不得讲授哥白尼学说。卡斯特利说：伽利略嘱咐过我，伽利略教书20年中也没有讲过哥白尼学说。然而伽利略的一系列科学上的新发现都是与日心说不谋而合的。武际可:科技史选讲之五16n n1610年他写了星际使者一书、1613年他写了关于太阳黑子的书信一书都支持了哥白尼学说。在1616年初，伽利略从地球运动的观点写了一本详细论述潮汐理论的书，把它献给红衣主教奥西尼。1616年2月24日，在宗教法庭红衣教主的每周例会上裁决，要红衣主教贝拉明通知伽利略，不可再坚持被批评的观点。武际可:科技史选讲之五17n n伽利略观测到的科学事实推动了哥白尼学说的传播，因而引起了宗教势力的恐惧。1616年3月5日，天主教宣布哥白尼的天体运行论为禁书。武际可:科技史选讲之五18n n但是，伽利略坚持哥白尼学说的立场并没有为但是，伽利略坚持哥白尼学说的立场并没有为黑暗势力的恫吓而动摇。反而公开站在哥白尼黑暗势力的恫吓而动摇。反而公开站在哥白尼学说的立场，系统地维护和宣传哥白尼学说。学说的立场，系统地维护和宣传哥白尼学说。n n1624162416301630年，伽利略花了很大的精力写出了年，伽利略花了很大的精力写出了巨著巨著关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话话，并于，并于16321632年出版。年出版。n n这本书的出版更加激怒了教会，这本书的出版更加激怒了教会，16331633年年2 2月宗月宗教法庭把伽利略传到罗马，并于教法庭把伽利略传到罗马，并于16331633年年3 3月月1212日审判。宗教法庭强迫年近古稀的伽利略认错，日审判。宗教法庭强迫年近古稀的伽利略认错，责令他居住在被指定的佛罗伦萨郊区，不得离责令他居住在被指定的佛罗伦萨郊区，不得离开，并且不许他写的开，并且不许他写的关于托勒密和哥白尼两关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话大世界体系的对话流传。流传。武际可:科技史选讲之五19n n宗教法庭对伽利略的审判与迫害，是整个人类历史上黑暗势力迫害科学发展的典型。随着科学的发展，越来越证明这种迫害的荒唐。n n在判决伽利略359年后，梵蒂冈终于认识到1633年判决的错误，一个教皇的委员会在1979年组成了。1983年，罗马教廷才宣布“给伽利略定罪的法官犯了错误”。经过这个委员会13年的调查研究，罗马教皇终于在1992年作出了对伽利略正式平反的决定。武际可:科技史选讲之五2012 伽利略在科学上的贡献n n伽利略在科学史上是一位难得的天才。之所以难得，一方面他既精于理论又关心实际问题，另一方面，他是在天文、力学、数学三方面都有突出贡献的学者，三是在方法论上，他既擅长于思辨论证又开系统科学实验与观察的先河，后人称他为“科学实验之父”。武际可:科技史选讲之五21他在科学上的贡献简述如下。n n在天文学方面在天文学方面n n16091609年，他从一位朋友的来信中得知，荷兰有年，他从一位朋友的来信中得知，荷兰有一位名叫利珀希的人有一项奇异的发现，即望一位名叫利珀希的人有一项奇异的发现，即望远镜。他听到这消息后，立即根据光学原理自远镜。他听到这消息后，立即根据光学原理自己制做了一具。他制做的这种望远镜，是由一己制做了一具。他制做的这种望远镜，是由一片度数很小的凸透镜作为物镜和一片度数很大片度数很小的凸透镜作为物镜和一片度数很大的凹透镜作为目镜的组合。至今还被称为伽利的凹透镜作为目镜的组合。至今还被称为伽利略望远镜。这种望远镜经过不断改进后，略望远镜。这种望远镜经过不断改进后，16101610年他制成了放大倍数为年他制成了放大倍数为3232倍的望远镜。他便开倍的望远镜。他便开始用他自制的望远镜观察天空。他是世界上第始用他自制的望远镜观察天空。他是世界上第一个用望远镜观察天空的人。一个用望远镜观察天空的人。武际可:科技史选讲之五22n n16111611年，他用望远镜发现了木星有年，他用望远镜发现了木星有4 4个卫星，个卫星，发现银河是由无数星球组成的。后来他发现金发现银河是由无数星球组成的。后来他发现金星与水星都像月亮一样有圆缺，发现太阳有黑星与水星都像月亮一样有圆缺，发现太阳有黑子，证实了太阳有自转。子，证实了太阳有自转。n n他的这些发现都公布在他的著作他的这些发现都公布在他的著作星际使者星际使者和和关于太阳黑子的书信关于太阳黑子的书信中。他对哥白尼学中。他对哥白尼学说的发展集中反映在他的天文学巨著说的发展集中反映在他的天文学巨著托勒密托勒密与哥白尼两大世界体系的对话与哥白尼两大世界体系的对话中。书中聚集中。书中聚集了他数十年在天文研究上的成果与学术主张。了他数十年在天文研究上的成果与学术主张。对话对话对于托勒密和亚里斯多德系统给了致对于托勒密和亚里斯多德系统给了致命的打击。命的打击。武际可:科技史选讲之五23在力学方面在力学方面n n伽利略是世界上第一个认真研究动力学的学者。伽利略是世界上第一个认真研究动力学的学者。从青年时代他便对物体运动发生了浓厚的兴趣，从青年时代他便对物体运动发生了浓厚的兴趣，他收集前人关于这个问题的研究成果，结果使他收集前人关于这个问题的研究成果，结果使他大失所望。他说：他大失所望。他说：“在自然界没有比物体的在自然界没有比物体的运动更为古老的问题了，但是，关于这个问题运动更为古老的问题了，但是，关于这个问题没有任何有意义的记载。没有任何有意义的记载。”他在力学上的研究他在力学上的研究成果也同在天文学上的研究成果一样，是对成果，也同在天文学上的研究成果一样，是对亚里斯多德许多陈旧教条的否定。亚里斯多德许多陈旧教条的否定。武际可:科技史选讲之五24n n伽利略是世界上第一个认真研究动力学的学者。伽利略是世界上第一个认真研究动力学的学者。从青年时代他便对物体运动发生了浓厚的兴趣，从青年时代他便对物体运动发生了浓厚的兴趣，他收集前人关于这个问题的研究成果，结果使他收集前人关于这个问题的研究成果，结果使他大失所望。他说：他大失所望。他说：“在自然界没有比物体的在自然界没有比物体的运动更为古老的问题了，但是，关于这个问题运动更为古老的问题了，但是，关于这个问题没有任何有意义的记载。没有任何有意义的记载。”他在力学上的研究他在力学上的研究成果，也同在天文学上的研究成果一样，是对成果，也同在天文学上的研究成果一样，是对亚里斯多德许多陈旧教条的否定。亚里斯多德许多陈旧教条的否定。武际可:科技史选讲之五25n n伽利略提出了惯性原理，即：一个物体一旦运动起来，便一直用同一速度沿同样的方向不断运动。n n伽利略给出了斜面上物体下落的运动规律，他说这种情形也是匀加速运动。他还说：“一个物体的末速度是随垂直高度而变，而与斜面的倾角无关。”这一结论可以看为能量守恒定律最早期的表述。n n伽利略进行了摆的实验，发现了摆周期的等时性原理。武际可:科技史选讲之五26武际可:科技史选讲之五27n n在振动方面，他说明一个律音的音调依赖于一个给定时间内振动的次数。伽利略是第一个将音律与振动的频率联系起来的学者。n n在静力学与梁等方面他对梁进行了最早的实验研究。武际可:科技史选讲之五28伽利略关于梁的试验武际可:科技史选讲之五29n n伽利略在力学方面的成果集中反映在他的著作关于两种新科学的谈话中，他这里所说的两种新科学指的是材料力学和动力学。n n伽利略对数学问题的研究，反映在他对无限的认识上，他在对力学问题的论证方法上恢复了阿基米德的传统。武际可:科技史选讲之五30n n 关于匀加速度运动中伽利略在关于两种新科学的谈话中有这样的定理：n n（美）威弗马吉编，物理学原著选读，商务印书馆1986年，第426页n n定理1，命题1。匀加速运动的物体移动一段距离所需的时间，等于同样的物体以匀加速运动的最小速度与最大速度之和的一半的速度移动同样距离所需的时间。1 13 3 伽利略的原著选段伽利略的原著选段武际可:科技史选讲之五31事实上，令AB表示物体由C到D作匀加速运动所需的时间。在AB上我们画出增加的速度，最后的速度用直线EB表示。我们画出AE以及一些平行于EB的线来表示增加的速度。我们把EB分成一半，分点为F并画直线FG平行于BA，GA平行于FB。平行四边形AGFB等于AEB。武际可:科技史选讲之五32关关于于落落体体运运动动 伽伽利利略略有有下下述述定定理：理：n n定理2，命题2。物体从静止降落，以匀加速运动，其所通过的各空间距离，与通过这各个距离所需的时间的平方成正比例。武际可:科技史选讲之五33图3 伽利略关于抛物体运动的示意武际可:科技史选讲之五34武际可:科技史选讲之五35关于抛射体的运动，伽利略认为它关于抛射体的运动，伽利略认为它走的是抛物线，他说：走的是抛物线，他说：武际可:科技史选讲之五36n n设有一个升高的水平线或水平面设有一个升高的水平线或水平面abab，一个物体沿着它，一个物体沿着它从从a a到到b b作匀速率的运动。设该平面在作匀速率的运动。设该平面在b b点遽然截断；那点遽然截断；那么，在断点上，该物体由于本身的重量就会沿么，在断点上，该物体由于本身的重量就会沿bnbn而下而下降的自然运动。沿平面降的自然运动。沿平面baba画线画线bebe来表示时间的流逝或来表示时间的流逝或量度；将该线分成量度；将该线分成bcbc、cdcd、dede等线段以表示同等的时等线段以表示同等的时间间隔；从间间隔；从b b、c c、d d、e e各点画出与垂线各点画出与垂线bnbn平行的物体平行的物体降落线。在第一落线上画出任何距离降落线。在第一落线上画出任何距离ci ci，在第二落线上，在第二落线上画出比画出比ci ci长长4 4倍的距离倍的距离dfdf；在第三落线上画出比；在第三落线上画出比ci ci长长9 9倍倍的距离的距离eh,eh,等等，以与等等，以与cbcb、dbdb、ebeb的平方成正比，或者的平方成正比，或者可以说，与这些线成平方比。这样，我们可以看出，可以说，与这些线成平方比。这样，我们可以看出，当该物体以匀速律从当该物体以匀速律从b b运动到运动到c c时它也通过距离时它也通过距离ci ci而竖直而竖直降落并在时间间隔降落并在时间间隔bcbc的末端落到的末端落到i i点上。点上。武际可:科技史选讲之五37n n同样在等于同样在等于bcbc一倍的时间间隔一倍的时间间隔bdbd的末端，竖直降落的距离的末端，竖直降落的距离将等于第一距离将等于第一距离ci ci的的4 4倍；因为，正如以前讨论所指明的，倍；因为，正如以前讨论所指明的，自由落体通过的空间距离依时间的平方而增减；同样，在自由落体通过的空间距离依时间的平方而增减；同样，在时间间隔时间间隔bebe的末端它通过的空间距离的末端它通过的空间距离eheh将等于距离将等于距离ci ci的的9 9倍；倍；所以，很明显，空间距离所以，很明显，空间距离eheh、dfdf、ci ci的比率等于线的比率等于线bebe、bdbd、bcbc平方的比率。如果现在从平方的比率。如果现在从i i、f f、h h点画直线点画直线ioio、fgfg、hlhl与与bebe平行，则平行，则hlhl、fgfg、ioio各线就分别与各线就分别与ebeb、dbdb、cbcb相等，而相等，而bobo、bgbg、blbl各线也分别与各线也分别与ci ci、dfdf和和eheh相等。这样，相等。这样，hlhl与与fgfg的平方的平方比就等于线比就等于线lblb与与bgbg之比，而之比，而fgfg与与ioio的平方比就等于线的平方比就等于线gbgb与与bobo之比，由此证明，之比，由此证明，i i、f f、h h各点都在同一个抛物线上。同样各点都在同一个抛物线上。同样可以表明的是，假使我们选定任何长短的同等时间间隔，可以表明的是，假使我们选定任何长短的同等时间间隔，而质点是由同一复合运动携带着，则在这些时间间隔之末，而质点是由同一复合运动携带着，则在这些时间间隔之末，质点的位置都在同一抛物线上。质点的位置都在同一抛物线上。武际可:科技史选讲之五38n n在在伽伽利利略略生生活活的的那那个个时时代代，一一些些坚坚持持地地心心说说的的守守旧旧派派嘲嘲笑笑日日心心说说说说：如如果果地地球球在在运运动动的的话话，那那么么我我们们每每时时每每刻刻都都要要生生活活在在狂狂风风之之中中；如如果果地地球球在在运运动动的的话话，铅铅直直抛抛上上去去的的物物体体落落下下来来时时就就不不会会落落在在原原地地，等等等等。日日心心说说的的拥拥护护者者必必须须回回答答这这些些问问题题。伽伽利利略略为为此此说说提提出出了了惯惯性性原原理理。他他在在托托勒勒密密与与哥哥白白尼尼两两大大世世界界体体系系的的对对话话一书中说：一书中说：n n （美）乔治（美）乔治 伽莫夫著，高士圻译，伽莫夫著，高士圻译，物理的物理的发展发展，商务印书馆，商务印书馆，19811981，第，第47471818页页武际可:科技史选讲之五39n n设想把你和你的朋友关在船的舱板下最大的房间里，里面招来设想把你和你的朋友关在船的舱板下最大的房间里，里面招来一些蚊子、苍蝇以及诸如此类有翅膀的小动物。再拿一只盛满一些蚊子、苍蝇以及诸如此类有翅膀的小动物。再拿一只盛满水的大桶，里面放一些鱼；再把一只瓶子挂起来，让它可以一水的大桶，里面放一些鱼；再把一只瓶子挂起来，让它可以一滴一滴地把水滴出来，滴入下面放着的窄颈瓶子中。于是，船滴一滴地把水滴出来，滴入下面放着的窄颈瓶子中。于是，船在静止不动时，我们看到这些有翅膀的小动物如何以同样的速在静止不动时，我们看到这些有翅膀的小动物如何以同样的速度飞向房间各处；看到鱼如何毫无差别地向各个方向游动；又度飞向房间各处；看到鱼如何毫无差别地向各个方向游动；又看到滴水如何全部落到下面所放的瓶子中。而当你把什么东西看到滴水如何全部落到下面所放的瓶子中。而当你把什么东西扔向你的朋友时，只要他和你的距离保持一定，你向某个方向扔向你的朋友时，只要他和你的距离保持一定，你向某个方向扔时，不必比向另一个方向要用更大的力。如果你在跳远，你扔时，不必比向另一个方向要用更大的力。如果你在跳远，你向各个方向会跳得同样远。尽管看到这一切细节，但是没有人向各个方向会跳得同样远。尽管看到这一切细节，但是没有人怀疑，如果船上情况不变，当船以任意速度运动时这一切应当怀疑，如果船上情况不变，当船以任意速度运动时这一切应当照样发生。只要这运动是均匀的，不在任何方向发生摇摆，你照样发生。只要这运动是均匀的，不在任何方向发生摇摆，你不能辨别得出上述这一切结果有丝毫变化，也不能靠其中任何不能辨别得出上述这一切结果有丝毫变化，也不能靠其中任何一个结果来推断船是在运动还是静止不动。一个结果来推断船是在运动还是静止不动。武际可:科技史选讲之五40n n这种等价关系产生的原因是，船的运动是船中的一切这种等价关系产生的原因是船的运动是船中的一切事物也包括空气在内所共有的；我的意思是假定这些事物也包括空气在内所共有的；我的意思是假定这些事物都被关在房间里，但是，如果这些东西是处在甲事物都被关在房间里，但是，如果这些东西是处在甲板上敞开的空气里，不一定完全随船一起运动，则在板上敞开的空气里，不一定完全随船一起运动，则在上述某些结果中，就会看到多少可以觉察的差别了。上述某些结果中，就会看到多少可以觉察的差别了。毫无疑问，烟会像空气一样落在船的后面，如果苍蝇毫无疑问，烟会像空气一样落在船的后面，如果苍蝇与蚊子与船相隔一段距离，它们也会受空气的阻碍，与蚊子与船相隔一段距离，它们也会受空气的阻碍，而不能随船一起运动；但如就在附近，则因为船本身而不能随船一起运动；但如就在附近，则因为船本身乃是一种弯曲的结构，会带着靠它最近的部分空气一乃是一种弯曲的结构，会带着靠它最近的部分空气一起走，苍蝇和蚊子就会毫不费力地、毫无困难地跟着起走，苍蝇和蚊子就会毫不费力地、毫无困难地跟着船一起运动了。由于同样的原因，在骑马送信时，我船一起运动了。由于同样的原因，在骑马送信时，我们有时看到讨厌的马蝇跟着马在身边飞来飞去。但在们有时看到讨厌的马蝇跟着马在身边飞来飞去。但在往下滴水时，会有极小的差别，在跳跃或投重物时，往下滴水时，会有极小的差别，在跳跃或投重物时，差别就完全觉察不到了。差别就完全觉察不到了。武际可:科技史选讲之五41n n伽伽利利略略关关于于单单摆摆的的等等时时性性，在在他他的的关关于于两两种种新科学的谈话新科学的谈话中有以下的话：中有以下的话：（美）威（美）威 弗弗 马吉编，蔡宾牟译，马吉编，蔡宾牟译，物理学原著选读物理学原著选读，商务印书馆，商务印书馆，19861986年第年第2020页页n n至于以不同长度的线悬挂起来的各种物体，其至于以不同长度的线悬挂起来的各种物体，其摆动时间的比率等于线长平方根的比率，换言摆动时间的比率等于线长平方根的比率，换言之，各种线长的比率等于各物摆动时间平方的之，各种线长的比率等于各物摆动时间平方的比率。所以，如果期望一摆的摆动时间等于另比率。所以，如果期望一摆的摆动时间等于另一摆的摆动时间的一倍，那就必须使前摆的悬一摆的摆动时间的一倍，那就必须使前摆的悬线比后摆的悬线长线比后摆的悬线长4 4倍。同样，如果一摆的悬倍。同样，如果一摆的悬线比另一摆的悬线长线比另一摆的悬线长9 9倍，则在第一摆摆动倍，则在第一摆摆动1 1次次时，第二摆摆动三次，据此可以推知，悬线的时，第二摆摆动三次，据此可以推知，悬线的不同长度与在同一时间内摆动的次数的平方成不同长度与在同一时间内摆动的次数的平方成反比。反比。武际可:科技史选讲之五421 14 4 其他学者对伽利略的评述其他学者对伽利略的评述n n开开普普勒勒是是伽伽利利略略的的同同时时代代人人，他他同同伽伽利利略略有有许许多多次次通通信信，当当时时在在主主张张和和宣宣传传哥哥白白尼尼学学说说方方面面他他们们是是少少数数，他他们们两两个个彼彼此此支支持持。开开普普勒勒在在给给伽伽利利略略的的信信中中说说：“假假如如我我判判断断正正确确的的话话，在在整整个个欧欧洲洲出出色色的的数数学学家家中中只只有有极极少少数数是是我我们们的的伙伴伙伴”S.G.Gindikin,Tales of Physicists and S.G.Gindikin,Tales of Physicists and Mathematicians,(Translated from Russian by A.Mathematicians,(Translated from Russian by A.Shuchat),Birkhaser,1988,pp.35-36Shuchat),Birkhaser,1988,pp.35-36武际可:科技史选讲之五43n n2020世纪的大哲学家罗素（世纪的大哲学家罗素（Bertrand Russel,1872Bertrand Russel,187219701970）在他的）在他的科学前景科学前景（The scentific outlookThe scentific outlook）一书中是这样评论伽利）一书中是这样评论伽利略与宗教法庭的冲突的：略与宗教法庭的冲突的：“伽利略和宗教法庭之间的冲突不伽利略和宗教法庭之间的冲突不单是自由思想和顽固思想之间的冲突，或科学和宗教之间的单是自由思想和顽固思想之间的冲突，或科学和宗教之间的冲突；它是归纳精神和演绎精神之间的冲突。相信演绎法作冲突；它是归纳精神和演绎精神之间的冲突。相信演绎法作为获得知识手段的那些人，被迫在某些地方，通常是在经典为获得知识手段的那些人，被迫在某些地方，通常是在经典中寻找他们的前提，根据富有灵感的书籍进行演绎推论是法中寻找他们的前提，根据富有灵感的书籍进行演绎推论是法学家、基督徒。穆斯林学家、基督徒。穆斯林赖以获得真理的手段。因为当你赖以获得真理的手段。因为当你对前提有所怀疑时，作为获得知识的一种手段的演绎法就会对前提有所怀疑时，作为获得知识的一种手段的演绎法就会崩溃，所以相信演绎法的人，必然会激烈反对那些对经典书崩溃，所以相信演绎法的人，必然会激烈反对那些对经典书籍的权威性表示怀疑的人。籍的权威性表示怀疑的人。武际可:科技史选讲之五44n n伽利略对亚里斯多德和圣经都提出了疑议，因此就毁伽利略对亚里斯多德和圣经都提出了疑议，因此就毁灭了整个中世纪的知识体系。他的先辈已经知道了世灭了整个中世纪的知识体系。他的先辈已经知道了世界是如何创造出来的，人的命运是什么（最深奥的形界是如何创造出来的，人的命运是什么（最深奥的形而上学的奥秘），以及冥冥之中支配物体行为的原理。而上学的奥秘），以及冥冥之中支配物体行为的原理。对于他们整个精神及物质的宇宙没有什么是不可思议对于他们整个精神及物质的宇宙没有什么是不可思议的，没有什么是神秘的，甚至没有什么不可以用严谨的，没有什么是神秘的，甚至没有什么不可以用严谨的三段论法加以解释。跟所有这些精神财富比较起来，的三段论法加以解释。跟所有这些精神财富比较起来，还有什么留给伽利略的追随者呢？一个落体定律，还有什么留给伽利略的追随者呢？一个落体定律，摆锤的理论和开普勒的椭圆。学者们对他们得来不易摆锤的理论和开普勒的椭圆。学者们对他们得来不易的财富这样被毁灭而大声疾呼难道是奇怪的麽？有如的财富这样被毁灭而大声疾呼难道是奇怪的麽？有如升起的太阳驱散密密麻麻的星辰，伽利略不多的几个升起的太阳驱散密密麻麻的星辰，伽利略不多的几个证实了的真理划破了中世纪闪烁的天空。证实了的真理划破了中世纪闪烁的天空。知识，作知识，作为与希望实现的幻想的对立面是艰难地得到的。只要为与希望实现的幻想的对立面是艰难地得到的。只要稍微与实际知识相接触就使得幻想更难被接受。稍微与实际知识相接触就使得幻想更难被接受。武际可:科技史选讲之五45n n事实上，知识甚至比伽利略所推测的更难于获事实上，知识甚至比伽利略所推测的更难于获得，而他相信的许多知识仅仅是一种近似的东得，而他相信的许多知识仅仅是一种近似的东西；不过在获得知识的过程中，能够立刻牢牢西；不过在获得知识的过程中，能够立刻牢牢地、而且全面地抓住它，伽利略确定是迈了第地、而且全面地抓住它，伽利略确定是迈了第一大步。因此，他是现代化时代之父。我们无一大步。因此，他是现代化时代之父。我们无论是喜欢还是不喜欢我们生活的这个时代，它论是喜欢还是不喜欢我们生活的这个时代，它的人口在增长，健康的增进，火车、汽车、无的人口在增长，健康的增进，火车、汽车、无线电、政治以及肥皂广告都是从伽利略那里线电、政治以及肥皂广告都是从伽利略那里迸发出来的。要是宗教法庭在他年轻时就抓住迸发出来的。要是宗教法庭在他年轻时就抓住了他，我们现在可能就享受不到空战和毒气的了他，我们现在可能就享受不到空战和毒气的赐福，另一方面也不会减少贫困和疾病，而这赐福，另一方面也不会减少贫困和疾病，而这些正是我们时代的特征。些正是我们时代的特征。”武际可:科技史选讲之五46n n1818世世纪纪，法法国国的的大大力力学学家家、数数学学家家拉拉格格朗朗日日在在他他的的分分析析力力学学一一书书中中是是这这样样评评价价伽伽利利略略的的：“伽伽利利略略奠奠定定了了（动动力力学学）的的第第一一个个基基础础。在在他他之之前前，只只研研究究处处于于平平衡衡的的力力。在在他他之之前前，尽尽管管落落体体的的加加速速度度和和抛抛体体的的曲曲线线运运动动可可以以归归因因于于均均匀匀的的引引力力，仍仍然然没没有有一一个个人人能能定定出出这这些些日日常常现现象象的的简简单单原原因因的的规规律律。伽伽利利略略是是第第一一个个迈迈出出这这重重要要的的一一步步的的人人，由由此此便便对对于于力力学学的的发发展展开开创创了了一一个个崭崭新新的的、巨巨大大的的领领域域，今今天天，它它是是人人类类的的伟伟大大光光荣荣的的最最有有意意义义的的和和最最牢牢固固的的部部分分。木木星星卫卫星星、金金星星月月貌貌、太太阳阳黑黑子子等等等等的的发发现现，仅仅仅仅需需要要望望远远镜镜与与坚坚韧韧不不拔拔的的精精神神；但但是是它它需需要要探探求求自自然然规规律律的的超超常常天天才才，而而这这些些自自然然规规律律总总是是摆摆在在每每一一个个人人的的眼边上而且总是逃脱哲学家们的注意。眼边上而且总是逃脱哲学家们的注意。”同上同上 第第2525页页武际可:科技史选讲之五472 2 惠更斯和其他学者的贡献惠更斯和其他学者的贡献n n如前所说，是伽利略打破了统治了一千多年的如前所说，是伽利略打破了统治了一千多年的顽固的旧学说。在坚冰打开以后，日心说到处顽固的旧学说。在坚冰打开以后，日心说到处受到欢迎，旧的教条越来越不受欢迎。进而形受到欢迎，旧的教条越来越不受欢迎。进而形成了近代科学成长所需要的社会氛围。这种氛成了近代科学成长所需要的社会氛围。这种氛围的最主要的特点是：言论自由的扩大；实验围的最主要的特点是：言论自由的扩大；实验科学受到社会越来越尊重；数学工具的发展；科学受到社会越来越尊重；数学工具的发展；认知哲学的改变；科学组织的成立；科学期刊认知哲学的改变；科学组织的成立；科学期刊的出版；大量新的实验和观测仪器研制成功。的出版；大量新的实验和观测仪器研制成功。武际可:科技史选讲之五48n n探索物体运动规律已成为科学界领先潮流学者的一种时尚。在伽利略之后，涌现了成批的优秀科学家研究物体运动规律的问题。这些学者中有笛卡尔、帕斯卡、波义耳、胡克、雷恩、哈雷、托里塞利、惠更斯、牛顿等。武际可:科技史选讲之五49n n大约在同一时期，意大利成立了林瑟学院（16031630）、英国成立了皇家学会（1662年），法国成立了巴黎的科学院等专门的科学研究机构（1666年）。值得一提的是，法国科学院成立后，向院士们发给薪水，1666年，领薪水的有60人，其中力学家有3名，我们所熟悉的惠更斯和马略特都属于这一批。这是人类有史以来第一次由国家资助科学研究的壮举，所以随后一段时期，法国的科学研究颇为发达，与这一举措不无关系。武际可:科技史选讲之五50n n同时，早期的学术刊物也办起来了，如巴黎的同时，早期的学术刊物也办起来了，如巴黎的学人杂志学人杂志（16651665年），来比锡的年），来比锡的博学者博学者杂志杂志（16821682年）。这些学术机构的成立和学年）。这些学术机构的成立和学术期刊的出版又大大促进了科学研究的发展。术期刊的出版又大大促进了科学研究的发展。在在1717世纪中叶，力学方面的研究成果大量出现，世纪中叶，力学方面的研究成果大量出现，有动量守恒定律、动能守恒定律、虚位移原理、有动量守恒定律、动能守恒定律、虚位移原理、平衡的稳定性等原始概念的提出，有摆钟的发平衡的稳定性等原始概念的提出，有摆钟的发明、碰撞的实验研究、气体和固体的弹性的发明、碰撞的实验研究、气体和固体的弹性的发现等等。这实在是一个力学也是整个自然科学现等等。这实在是一个力学也是整个自然科学发展的黄金时期。这个时期的最伟大的成果，发展的黄金时期。这个时期的最伟大的成果，就是经典力学的诞生。就是经典力学的诞生。武际可:科技史选讲之五5121 惠更斯的生平n n惠更斯（惠更斯（Christiaan Huygens,1629Christiaan Huygens,1629，4 4，141416951695，7 7，8 8）是荷兰人，生于荷兰的海牙。他）是荷兰人，生于荷兰的海牙。他的父亲是一位当时的政府官员、有钱而且又有的父亲是一位当时的政府官员、有钱而且又有学问，会写诗。惠更斯从小就很聪明，在家里学问，会写诗。惠更斯从小就很聪明，在家里接受他父母的教育，据说他接受他父母的教育，据说他1313岁时曾经自己制岁时曾经自己制做了一台车床。他做了一台车床。他1616岁时进入莱顿大学。他的岁时进入莱顿大学。他的主要方向是研究法学，但也研究数学，而且取主要方向是研究法学，但也研究数学，而且取得很好的成绩。两年后，他转入布雷达学院深得很好的成绩。两年后，他转入布雷达学院深造，在阿基米德著作的影响下，在笛卡尔的直造，在阿基米德著作的影响下，在笛卡尔的直接影响下，他的兴趣转向了力学、光学、天文接影响下，他的兴趣转向了力学、光学、天文学以及数学。学以及数学。武际可:科技史选讲之五52n n传说他17岁时第一次接触到伽利略的思想，他就计划动手去证明水平的抛体是沿着抛物线运动的。但他在伽利略的著作中找到了一个证明后，他就不愿再去重复别人已经做过的事了。这件事说明惠更斯和伽利略的科学精神与兴趣是相通的。n n惠更斯继承了伽利略的传统，他也善于把实际问题和观测实验同理论推理结合起来。他的才能也是多方面的。他发明了摆钟、并且在他不到27岁时就发现了土星的光环而