Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 回眸物理学发展的精彩篇章（一）
发信站: 哈工大紫丁香 (Wed Mar  3 15:36:29 2004), 站内信件

第一篇：从伽利略到牛顿 （From Galilei To Newton）
一、 伽利略的故事
1、 生平业绩：
伽利略是意大利的物理学家和天文学家，1564年生，从小聪颖过人。伽利略一开始听从父

命去比萨大学学习医学，可一次偶然的机会，他听了一节几何课，几何学的逻辑性深深地

吸引了这位年轻人，使他走上了数理科学研究之路。伽利略在大学学医三年，由于经常在

医学课堂上暗读《欧几德几何学原本》，结果被迫退学。退学后的第二年，他发表了一篇

关于测定固体比重的论文，引起数理学术界的注意，由于比萨大字数学教授空缺，被推荐

当了比萨大学的数学教授。
在比萨大学担任数学教授期间，伽利略由于我行我素，且散布批判亚里士多德的言论，招

到同行的反对和学生的起哄.。伽利略于是1592年被赶出了比萨大学，被迫到了帕多瓦，在

帕多瓦大学当教授。
伽利略在帕从瓦大学工作达18年，其间提出了“斜面定律”、“惯性定律”、“抛体定律

”以及相关概念，还研究了光学问题，提出了光速恒定的观点，设计了测光速的实验。他

还于是1609年制造了放大率为1000倍的伽利略望远镜，望远镜为伽利略天文观测增添了有

力武器，他观测到了月球表面不平，有山谷，太阳有黑子等现象，坚信地球在自转和地球

围绕太阳运行，捍卫被教皇烧死的哥白尼的日心说。批判经院派教授所宣扬的“太阳完美

无缺”“地球是宇宙的中心”等观点，这与统治整个欧洲的天主教教义相左。1615年他受

到宗教裁判所的传讯和警告。此后，伽利略沉默了一段时间，1623年，马伯利尼红衣主教

到宗教裁判所的传讯和警告。此后，伽利略沉默了一段时间，1623年，马伯利尼红衣主教

登上了新教皇的宝座，新教皇喜欢数理，伽利略以为能宽松一点。1632年，伽利略发表了

《关于两大界体系的对话》，宣传原来的观点，教皇还是下令逮捕了伽利略，并于1633年

开始审讯，伽利略被判终身监禁。这位科学巨人于1642年1月8日与世长辞，终年78岁。

爱因斯坦对伽利略有一评价：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想

史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开始。”
2、 研究方法：
伽利略的研究方法可表示为：物理现象观察棗思维假设棗逻辑推理棗实验验证棗得出结论

棗演绎类比棗得出其它结论。结合落体定律加以分析。
理想实验的方法：伽利略由“单摆的等高实验”，引向了理想实验，伽利略写道：任何速

度一旦施加给一个运动着的物体时，只要除去加速度的外因，此速度就可保持不变。这是

伽利略惯性思想，它为牛顿定律的产生奠定了基础。同时从另一方面得出，力是引起运动

变化的原因，而不是维持物体运动的原因。从以上例子可领悟到，伽利略运用观察、实验

、逻辑和数学推理、理想实验等方法在科学研究中的作用。所以说，伽利略是近代物理学

的开创者。
3.留下遗憾：
伽利略关于天体研究的成果及地面上自由落体定律、惯性定律等，只要将两面三者结合起

来，足以用来解决天体运动，提出万有引力定律，但很可惜，他没有迈出这一步。究其原

因，除了一些历史原因外（如不理解速度是一个矢量，没有向心加速度的概念等），另一

个原因是他没有摆脱“天体运动是一种与地面物体运动截然不同的、无始无终的最完美、

最和谐的运动”，这种运动不需要力的作用。
伽利略的遗憾留给了在他辞世这一年出身的另一伟人继承下去，他就是牛顿。
二、 牛顿：
二、 牛顿：
1、 生平简介：
牛顿是英国一位伟大的物理学家和数学家，1642年12月25日出生于英国一个农村家庭，小

时体弱多病，但意志坚强，19岁进入剑桥大学三一学院学习，得到著名的数学家巴罗的指

导，23岁大学毕业。这年夏天，伦敦发鼠疫，牛顿暂时离开伦敦回到家乡，在家待了18个

月，一年后返回剑桥，进三一学院攻读研究生，两年后任数学教授，时年牛顿27岁。从此

他在剑桥一呆30年，1696年任皇家造币厂厂长，1703年当选为皇家学会会长。
2、 伟大成就：
牛顿在物理学的成就发现了万有引力定律，综合并表述了经典力学的三大定律，即牛顿三

定律，并引入了质量、动量、力、加速度、向心力等基本概念，完成了物理学发展史上的

天、地间第一次大综合。在光学上，他做了用棱镜把白光分解为七色光的实验研究。在数

学上，牛顿创建了微积分，还建立了二项式定理，在声学、热学等方面也有研究。
3、 成功原因：
牛顿取得伟大成就在于时代、勤奋、方法这样三个因素。牛顿所处的时代，伽利略和开普

勒已经在地上和天上这两个领域实现了局部的综合，具体地说，没有伽利略的“地上三定

律”就没有牛顿的三定律，没有开普勒的“天上三定律”也没有牛顿的万有引力定律。16

76年，牛顿给虎克的信中说，“如果我比别人看得远，那是因为我站在巨人肩上。
英国天文学家哈雷曾问牛顿，“为什么你能有那么多的发现而别人却不能？”牛顿回答说

：“我解决问题不是靠什么灵机一动，而是靠不断地冥思苦想，直到解决为止。”
4、 研究方法：
科学研究方法上，牛顿同样综合了前人的精华，并有自已的发展，牛顿科学研究方法可表

示为：
实验观察棗确定规律棗逻辑推理棗一般规律棗实验验证。通过牛顿对万有引力定律的发现

实验观察棗确定规律棗逻辑推理棗一般规律棗实验验证。通过牛顿对万有引力定律的发现

过程说明归纳。
40岁以后，牛顿把兴趣转向政治、化学、神学问题，但一切都毫无价值，1727年3月31日，

牛顿在伦敦去世，享年86岁。英国诗人A。波普为牛顿写一个碑铭：“道法自然，久藏玄冥

；天降牛顿，万物生明”。
5、 牛顿的失误：
牛顿在1666年回乡的18个月中，牛顿对光和色发生了兴趣，并开始研究。牛顿为什么对颜

色感兴趣呢？原因他想改进望远镜。因为当时望远镜有两个严重缺陷，一个球面像差，另

一个是色差。牛顿想要消除色差，必须重新研究颜色理论。1666年，他在家乡的那一段时

间，他买来一块玻璃砖进行实验，观察到白光经过棱镜后出现了七色，提出白光是由这七

种颜色的光组成。牛顿确立了颜色理论后，他开始思考能否消除色差的问题。他想，如果

不同物质有不同的折射率，那么色差就可通过不同折射率的透镜组加以消除。牛顿为此设

计了一个实验：在一个注满水的玻璃棱形容器中，放一块玻璃棱镜，以观测光线通过它们

折射时是否发生变化，牛顿设想，如果不同物质有不同的折射率，那么这一组合肯定会使

光线发生某些变化，这种设想应该是合理的，但牛顿万万没有想到，他选用的玻璃的折射

率恰好与水相同，这样尽管牛顿重复多次，但没有观测到折射有什么变化。于是他犯下了

一个不可原谅的错误，即从有限的实验事实得到一个普遍的推论，即所有透明的物质均以

相同的方式折射不同颜色的光线，又由于折射必然引起色散，所以望远镜的问题是不可解

决的。牛顿死后，我们才发现牛顿的错误，明白不同透明的物质应有不同的折射率，可用

不同种的玻璃制成消除色差的复合透镜。

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