第06讲 近代天文学革命.ppt

第六讲 近代天文学革命回顾古代天文学米利都学派： 粗糙的宇宙图景毕达哥拉斯学派： 和谐宇宙行星不规则运动柏拉图： 拯救现象欧多克斯： 同心球理论亚里士多德： 水晶球模型同心球时期阿波罗尼： 本轮与均轮喜帕恰斯： 偏心运动托勒密： 偏心等距点天文测量时期拯救现象的技术性装置(A )(B )(C )托勒密的基本假定1、天是球形的并且像球那 样转动 2、地作为一个整体也是球 形的 3、地位于整个天的中央， 好像一个中心 4、由于地球的太小，而到 恒星天球的距离很大，地球对于恒星天球来说 ，小得犹如一个点 5、地球不参与任何转动• 托勒密是纯粹的数理天文 学家亚里士多德的宇宙论传统• 亚里士多德把天分 成月上区和月下区 • 地上的运动：用四 元素说、自然位置 来说明• 天上的运动：用完 美的圆周匀速运动 来说明，而这就是 数理天文学家们的 使命——拯救现象亚里士多德主义与新柏拉图主义l 亚里士多德主义＝亚里士多德主义 + 基督教 + 托勒密宇宙模型 p 中世纪—>文艺复兴—>科学革命之后的衰落 • 地球是宇宙的中心，却是宇宙中最易腐朽之物，而宇宙间 最黑暗的地狱就设在地球的中心 • 水晶球是永恒的、完美的、透明的，他由至高无上的上帝 来推动（不彻底的物理学改造）l 新柏拉图主义＝柏拉图主义＋基督教 p 教父哲学—>中世纪的衰落—>文艺复兴时期的复兴 • 万物皆数 • 太阳是至高无上的哥白尼革命哥白尼 • 1473年2月19日生于波兰 • 18岁进入波兰的克拉科夫大学学习医学 • 1496年来到意大利，先后在波洛尼亚大学和帕多瓦大学学习法律、医学和神学 • 从波洛尼亚大学天文学家德·诺瓦拉那里学到了天 文观测技术和希腊的天文学理论 • 1506年回到波兰，1509年写出了《概要》 • 1539年写出了天文学史上伟大著作《天球运行论》《概要》的基本概括• 不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心 • 地球只是引力中心和月球轨道的中心，并不是宇宙的 中心 • 所有天体都绕太阳运转，宇宙的中心在太阳附近 • 地球到太阳的距离同天穹高度之比是微不足道的 • 在天空中看到的任何运动，都是地球运动引起的 • 在空中看到的太阳运动的一切现象，都不是它本身运 动产生的，而是地球运动引起的，地球同时进行着几 种运动 • 人们看到的行星向前和向后运动，是由于地球运动引 起的。

地球的运动足以解释人们在空中见到的各种现 象 哥白尼与托勒密的区别• 放弃使用偏心等距点• 将宇宙的中心置换为太阳• 地球不是静止而具有多种运动（自转、公转）Ø产生一定的简单性、和谐性、美观性哥白尼的保守性• 数据来源大部分还是来源于希腊天文学 • 继续使用天球概念 • 宇宙依然是有限的，保留了恒星天• 更加频繁的使用本轮和均轮 Ø这使得哥白尼的学说在另外一些地方又显得比 托勒密体系复杂• 在物理基础的问题上并没有很大的突破文本阅读：哥白尼的辩护词• 反对理由：如果地球在转动，空气就会落在后面，而形成一股持久 的东风 •哥白尼答复：空气含有土微粒，和土地是同一性质，因此逼得空气 要跟着地球转动 •哥白尼答复：空气转动时没有阻力是因为空气和不断转动的地球是 连接着的 • 反对理由：一块石子向上抛去，就会被地球的转动抛在后面，而落 在抛掷点的西面 •哥白尼答复：由于受到本身重量压力的物体主要属于泥土性质，所 以各个部分毫无疑问和它们的整体保持同样的性质 • 反对理由：如果地球转动，它就会因离心力的作用变得土崩瓦解 •哥白尼答复：如果地球不转动，那末恒星的那些更庞大的球就必须 以极大的速度转动，这一来恒星就很容易被离心力拉得粉碎。

•哥白尼答复：离心力只在非天然的人为运动中找得到，而在天然的 运动中，如地球和天体的运动中，则是找不到的哥白尼日心说的同化与接受• 技术上，哥白尼的日心说面临很多挑战 • 离心力问题 • 恒星视差• 宗教上，哥白尼的日心说抵触了基督教的一些 教条，尤其是地心说的教条 • 比如《约书亚记》Ø《天球运行论》的流行，而日心说则广受批评小结：哥白尼的日心说的非革命性• 与托勒密相差无几，只是用置换宇宙中心的方法 来换取托勒密的偏心等距点 • 简单性和精准性并没有比托勒密提高多少 • 面临非常严峻的挑战：离心力和恒星视差 • 没有得到广泛接受•问题：哥白尼的革命性在哪里？哥白尼日心说的根本内涵l 柏拉图主义对亚里士多德主义的反击 • 数是解释自然的钥匙，自然的秩序是几何的，简 洁的、和谐的、美观的 • 太阳是至高无上的l 未来新范式的草图 • 哥白尼提出了另外一种选择，一个新的框架，以 后开普勒、伽利略、笛卡尔、牛顿等人正是在这 个草图上不断细描深刻，最终完成了近代科学的 建构n 哥白尼的立场：日心说是真实的，不仅仅是为方便而设 n 人的地位的悄然提高文本阅读：哥白尼对日心说的宣言• 在所有行星的中心居住着太阳，在这个位置它可 以一瞬间照亮整个宇宙，对于这个最壮丽的神殿 ，谁能将这盏明灯安放到另外或者更好的地方？ 事实上，将太阳是为宇宙的明灯十分贴切，另外 它也是宇宙的心灵，并一直是宇宙的统治者。

至 尊的赫尔墨斯被称为“看得见的上帝”，而索福 克勒斯在《厄勒克特拉》中则被称为“万物的洞 察者”于是，太阳就好像做在王座之上，统治 着围绕它旋转的整个行星家族布鲁诺• 1548年出生于意大利 • 1584年出版哲学著作《论原因、 本原和太一》和《论无限的宇宙 和多世界》，发展了哥白尼的宇 宙学说，提出提出无限宇宙、无 数个世界思想 • 1600年2月17日，布鲁诺被天主教 会判处火刑第谷的精密天文学• 1546年出生于丹麦 • 汶岛天文台精密天文学• 更大、更稳定、更准的新仪器 Ø更精确的数据• 定期观测 Ø更可靠更广泛的数据l把欧洲天文学从古代数据的依赖中解放出来新星与彗星• 1572年，仙后座超新星爆发“超新星比金星还亮，而且整整两年都保持肉眼可见 ”1612年，该新星被观察到明显增亮 Ø 该超新星应该在月上区，位于恒星的领域之中 l 冲击了天空永恒不变的教条• 1577年出现大彗星 Ø 彗星是星体，并且位于行星的领域之间 l 冲击亚里士多德的“彗星只是被点燃的火元素”的教 条 l 天球可以被穿透——天球其实并不存在第谷体系• 除了地球和月亮， 所有的行星都绕着 太阳转 • 而太阳和月球绕着 地球转ü第谷的这个折中方 案被广泛的接受开普勒• 1571年生于德国 • 1596年发表《宇宙的奥秘》 • 1600年开始担任第谷的助手 • 1601年第谷逝世，死前把自 己所有的天文观测资料赠给 开普勒 • 1609年发表《新天文学》 • 1618年出版《哥白尼天文学 概论》 • 1619年出版《宇宙的和谐》 • 1627年发表《鲁道夫星表》《宇宙的奥秘》• 使用毕达哥拉斯学派和 柏拉图曾用来解释元素 与宇宙的五种正多面体 的几何方法，并把这些 正多面体与行星轨道联 系起来，让当时已知的 六个行星的天球依次外 切于一个正多面体，由 之构成了一个几何化的 宇宙模型。

Ø典型的柏拉图主义者《新天文学》l 1600年开始担任第谷的助手 Ø第谷精确可靠的数据使得开普勒不得不放弃他的 得意之作,并开始考虑新方案l 1609年发表《新天文学》 • 提出开普勒第一定律和第二定律《新天文学》——开普勒第一定律第一定律——轨道定律 火星划出一个以太阳为焦点的椭圆 Ø打破圆周轨迹的神话 Ø抛弃天球概念《新天文学》——开普勒第二定律第二定律——面积定律： 由太阳到火星的矢径在相等的时间内划出相等的面 积 Ø打破匀速运动的神话《新天文学》——天体物理学• 提出要建立天体物理学 Ø不但要符合完美的几何图形，更要从无论动力学 找原因 • 对比 亚里士多德为何提出水晶球模型 • 对比 哥白尼的动力学基础Tips：吉尔伯特磁力学的对开普勒的影响• 1600年《论天然磁石和磁 体》 • 地球内部是有同质的磁性 物质构成 Ø哥白尼和开普勒可以解决 离心力的问题 • 由于地球是一个巨大的磁 体，所以它有一个灵魂 Ø摆脱不了物活论《宇宙的和谐》——开普勒第三定律第三定律——调和定律： 行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比Ø使用公式表示自然定律 Ø按精确定律来决定天体的音乐，并用我们的音乐 标记的形式表示它（毕达哥拉斯学派的宇宙论）开普勒在科学思想上的贡献l 强调量的重要性：一切确定的知识必定是关于它 的量的特征的知识，完美的知识总是数学的 • “在凡是有有质的地方，同样也有量，而总不是 反之亦然” • 新的因果观念：用数学的简单性和数学和谐来解 释原因 Ø对比 亚里士多德 四因说l 有效的数学假说必须是在观察到得世界中能够严 格的加以证实的 Ø古代天文学：先预设了圆周匀速运动的模型 Ø开普勒：根据数据，再提出模型伽利略与他的望远镜• 1609年，伽利略听说荷兰人发明一种玩具——望 远镜，可以用两块透镜的组合把远处的物体拉近 ，从而可以看得更清楚，于是就回去自己制作， 用来做天文观察。