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1、科学思想史韩连庆北京航空航天大学人文社会科学学院北京航空航天大学人文社会科学学院EmailEmail：HH第七讲近代科学革命（3）伽利略：自然的数学化目录一、生平二、宣传和捍卫哥白尼学说三、伽利略的物理学四、伽利略的贡献五、伽利略之后的科学一、生平1564.2.15生于意大利的比萨。米开朗其罗3天前逝世，文艺复兴转折的象征由艺术转入科学的一种征兆。早年被称为“新时代的阿基米德”1589年，比萨大学数学教授（25岁）1592年，帕多瓦大学1610年回到佛罗伦萨16241630写作两大世界体系的对话，1632年出版，1633年监禁1638年出版两门新科学的对话1642年1月9日去世，次年牛顿出生（
2、新历）创造并示范了新的科学实验传统以追究事物之量的数学关系为目的的研究纲领将实验与数学相结合的科学方法。二、宣传和捍卫哥白尼学说伽利略与望远镜1608年，荷兰发明望远镜。1609年伽利略自制了放大8倍的望远镜，后来放大到20倍。发现了月亮上的环型山。1610年发现木星的四颗卫星，轰动一时。1612年发现太阳黑子。1610年出版星际使者。捍卫哥白尼学说宣传哥白尼日心说，与教会发生冲突。伽利略：信仰和理性不该对立，科学要代替神学。1632年出版关于两大体系的对话：不偏不倚对待两个体系。对话体，广泛用于对普通民众进行教育的书籍。用意大利文写成，而不是拉丁文。“对话”进行了4天。第1天介绍新的发现对亚
3、里士多德观点的驳斥第2天介绍地球周日自转。第3天介绍日心说和地球绕太阳周年运动。第4天提出对潮汐的解释。地球运动引起潮汐，是对哥白尼体系的最有力支持。伽利略被宗教裁判所传讯。对这场审判的不同解释：科学和宗教之间的较量掩盖宗教内部的冲突教会的判词大家一致认为，根据圣经经文和神父、神学博士的一般解释，“太阳是宇宙的中心”这个命题在哲学上是愚蠢和荒谬的，它在许多地方与圣经所表达的意见相抵触，因此在形式上是异端；大家一致认为，“地球既非宇宙中心也非不动，而是作周日和周年运动”这个命题在哲学上也是愚蠢和荒谬的，考虑到神学的真实性，它至少在信仰上是错误的。罪名：最可疑的异教徒。1633年被囚禁。“可是它还
4、在动。”三、伽利略的物理学伽利略的运动理论1638年出版关于两种新科学的谈话更像是一本数学著作。两个重要发现：受荷梁（受力悬臂）的数学分析自由落体定律对话为4天，代表了伽利略不同时期的看法。“如果我能够重新开始研究的话，我会按照柏拉图的意见从数学开始。”谈话发生的背景：威尼斯兵工厂。企业就意味着科学和技术新科学根植于大学之外。第1、2天，讨论材料强度的问题，与工程技术有关，体现了科学和技术之间的联系。物体怎么才能聚集成形第1天。为什么不能建造百万顿重的木船，大理石立柱怎么结合为一体，等等。第2天。荷载悬臂。悬臂在外部荷载和自身重量下所产生的内应力效应。仅应用静力学理论结论：悬臂的强度正比于横截
5、面高度的平方。第3、4天讨论地球表面附近的运动。真空中所有物体下落速度相同。自由落体下落的距离用时间的平方来度量。运动定律是对运动的描述，而不是说明运动的原因。其运动学规则在3世纪前由奥雷姆而后由牛津大学的默顿学派和计算学派提出过。前者：猜测可能有的抽象运动伽利略“相信所有规则适用于真实的世界。实验问题：伽利略实验科学之父重视实验，发明各种科学仪器，例如测温仪、比重秤、改进望远镜等。传说：教堂的吊灯比萨斜塔实验：木球与铁球伽利略没有用实验去直接验证结论只是用实验证实和说明他导出的结论所依据的原理。实验不是用来证实假说，而是用来演示分析推理先前已经得出的结论。斜面实验：实验的不确定因素太多：用滴
6、水计时。说是进行了100次实验，没有任何显著差别。实验到底在科学活动起什么作用？第4天讨论抛物体和抛物运动。抛物体：垂直自由落体和水平惯性运动。不需要推动者，因为完全不需要任何东西去解释谁引起的自然惯性运动。科学革命的本质。近代科学（笛卡儿和牛顿）的惯性：线性或直线惯性伽利略的惯性：水平的或圆弧惯性。惯性运动的物体不是直线运动，而是沿着地球的圆弧移动。挥之不去的对圆的偏爱。抛物线运动大炮仰角和射程的关系。从棉花球和铅球运动特性的不同，形成了力和动量的想法。想测得力的大小。四、伽利略的贡献伽利略与科学研究的新模式星际使者题献给美第奇木星的4颗卫星命名为美第奇星。受宫廷资助科学家在17世纪得到社会
7、的公认。文艺复兴时期科学研究会的建立。山猫研究会。伽利略的贡献惯性运动定律抛物体和自由落体运动定律天际并非纯粹不变，支持哥白尼体系以地球的运动解释潮汐现象伽利略的局限不了解开普勒的行星运动理论，没有采纳开普勒的行星椭圆轨道。一直没有将他创造的新力学运用到天体运动中。相信天体做完美的正圆运动，惯性运动只是在局部地狱才是肯能的，天体并不做惯性运动。未彻底打破天地之别对教会的妥协（1633年6月教庭判他终生监禁）自然数学化运动的宣言在伽利略眼中，自然是一个比在开普勒眼中的自然还要简单有序的系统。“自然并不需要许多东西来照应，它只是靠少数东西运行。”“哲学被写在宇宙这部永远在我们眼前打开着的大书上，我
8、们只有学会并熟悉它的书写语言和符号以后，才能读懂这本书。它是用数学语言写成的，字母是三角形、圆以及其它几何图形，没有这些，人类连一个字也读不懂。”（试金石）揭开世界之谜的钥匙不是经院派的逻辑，而是数学证明。对世界的数学结构的自信，把他从实验的那种必然的密切依赖中解放出来。抛物线45度射程最大。伽利略的科学方法直观或解析、论证和实验尽可能完整地孤立和考察某一典型现象，直观那些最简单、绝对的要素，将此现象翻译成数学形式和量的组合。此后就不再需要感觉事实。通过纯数学得到的数学论证必然是真的。为了得到更精确的结果和让人们信服，要通过实验来确证结果。伽利略的历史地位爱因斯坦：“伽利略的发现以及他所应用
9、的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。”“上帝和自然联手创造了伽利略的智慧。”库恩评价伽利略天文学的评价伽利略主要是在胜利已经明显在望时做了一些扫尾的工作。伽利略的工作最大的重要性在于他普及了天文学，而且他所普及的是哥白尼的天文学。五、伽利略之后的科学意大利的科学研究受到压抑没有形成伽利略学派法国笛卡儿：解析几何。机械论世界观。漩涡假说。荷兰惠更斯、胡克显微镜：看到的东西是观察者的意象和观察对象的图像混合光有仪器还不够，还需要新的研究传统。英国：吉尔伯特、哈维、培根、波义耳、牛顿科学应用于社会笛卡儿：实用哲学培根：知识就是力量。要把自然锁住。牛顿：我想这个命题或许在造船时有用处。