正文 第8章 開普勒的貢獻(2 / 2)

托勒密

托勒密(公元90—168年)是出生在埃及的希臘人,公元127年他到亞曆山大求學。在那裏他學會了天文觀察和大地測量。他很重視進行係統的天文觀察。托勒密在天文學方麵的代表著作是《天文學大成》,共13卷。在這部巨著中,他確定了1年的時間;給出了計算月食和日食的方法;編製了1000多顆恒星的位置表。托勒密創造的宇宙結構說能描述行星的運動和推算他們的位置,但相當複雜,就是在現代,他的理論也隻有專業人員才能看懂。

托勒密的“地心說”後被教會所利用,曾被用作迫害自然科學家的工具,一度起到了阻礙科學發展的作用。但這一點跟托勒密本人毫無關係。

托勒密在光學方麵也有過研究。記錄過入射角和相應的折射角的數值,但沒有找到折射定律。托勒密在地理方麵也有研究。

到了中世紀,西方古代科學開始衰落。直到文藝複興時代,自然科學重新發展起來。

經典力學是在眾多科學家取得的成果的基礎上,由牛頓集大成而建立的。它首先是從推翻托勒密的地心說和批判亞裏士多德的一些錯誤力學觀點上拉開序幕的。

16世紀航海大發展

15~16世紀,由於地理大發現,促進航海事業急速發展。航海需要精確測定船位,這又推動了天文學的發展。隨著天文觀察資料的積累,人們提出了托勒密體係無法回答的新問題。波蘭的天文學家哥白尼對天象進行了長期的觀測,發現了一些問題,打算修訂天文學。為了修訂天文學,他讀了大量古希臘的哲學著作,希望從中了解古代人們研究天體運動的各種各樣的觀點,在古人樸素的日心地動觀點啟發下,他開始考慮地球的運動問題,終於寫出了劃時代的科學巨著《天體運行論》。在《天體運行論》一書中,哥白尼提出了“日心說”。

哥白尼(1473—1543年)受舅父的影響,他從小酷愛自然科學知識。1491年他進克拉科夫大學和意大利的大學學習。1503年回到波蘭。他在工作之餘,傾心於天文學的觀察、計算和研究,三十年如一日,終於完成了科學巨著《天體運行論》。哥白尼的“日心說”徹底動搖了中世紀宗教世界觀的基礎,把科學從神學和經院哲學中解放了出來,導致了自然科學的變革。

哥白尼的“日心說”引起了教會的恐慌,教會宣布“日心說”為“邪說”,又把《天體運行論》列為禁書,對哥白尼以及他的支持者進行迫害,許多人被迫害至死,其中意大利著名天文學家布魯諾因宣傳“日心說”被羅馬教會活活燒死。

繼哥白尼之後,瑞典科學家第穀觀察天體的運動,特別是行星的運動,記錄了大量的數據。第穀是一個工作十分認真的人,因此他觀察記錄的數據十分精確。第穀原打算用這些數據重新修訂星表,但一直到死都未能如願。他臨死之前,把這些資料交給了他的助手和合作者開普勒。開普勒是一個“日心論”者,而且有很好的數學修養。開普勒精心整理第穀的記錄,編製出了當時有史以來最精確的天文表。按第穀的遺願,這個天文表取名為《魯道夫天文表》,以表達第穀對奧地利國王魯道夫的知遇之恩。

開普勒在編製天文表的同時,利用第穀觀察行星運動記下的數據,研究火星的運動。經過反複的假設、計算論證,終於發現火星繞日運行的軌道是一個橢圓。不久他把這個發現推廣到所有當時已知的行星,於1609年提出了以他名字命名的開普勒第一定律、第二定律。開普勒第一定律指出太陽係中所有行星繞日運動的軌道都是一個橢圓。太陽位於這些橢圓的一個焦點上。第二定律指出行星運動時,連接太陽和行星的矢徑在相等的時間內掃過的麵積都相等。10年之後,開普勒從研究行星運動周期跟軌道參數的相互關係中,又發現第三個定律——行星公轉周期的平方跟它們軌道的長軸的立方成正比。開普勒的成就給科學家研究問題的方法提供了一個啟示:科學研究工作不能停留在單純的觀察現象、記錄數據上,必須對觀測得到的數據進行細致的分析、計算,才能找出事物運動的內部規律。

他們的發現和科學貢獻為經典力學的發展起到了很好的奠基作用。