1、从天文学发展谈物理学PB05000643 苗又山n 曾几何时，当地球上的人类开始仰望星空的时候，就开始试图对茫茫浩瀚的宇宙进行探索，而人类探寻的进程是漫长的而又艰难的。没有谁告诉人类应该怎样探索，只有靠人类自己一点一滴摸索，失败失败再失败，最终走向成功。在长达数十万年的人类历史中，随着人类知识的发展，在长达数十万年的人类历史中，随着人类知识的发展，宇宙观也在随之发生着巨大的变化。宇宙观也在随之发生着巨大的变化。n 盖天说n 盖天说最早在西周时期已经出现，当时认为天尊地卑，天圆地方，认为 “天圆如张盖，地方如棋局 ”，穹隆状的天覆盖在呈正方形的平直大地上。这是一种朴素的世界观，源于将人类自己作为
2、参照所得到的直观感觉，加以想象的完善。n 但当时的人也发现，这种观点是难以站住脚的，至少他忽略了天宇地的接缝。盖天说的图示n 尔后又出现了 “浑天说 ”，浑天说的代表作 张衡浑仪注 中说： “浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。浑天说最初认为：地球不是孤零零地悬在空中的，而是浮在水上；后来又有发展，认为地球浮在气中，因此有可能回旋浮动，这就是 “地有四游 ”的朴素地动说的先河。浑天说认为全天恒星都布于一个 “天球 ”上，而日月五星则附丽于“天球 ”上运行，这与现代天文学的天球概念十分接近。因而浑天说采用球面坐标系，如赤道坐标系，来量
3、度天体的位置，计量天体的运动。浑天说的图示n 与此同时，西方人也在进行着天文观测，也许这是人类渴求了解自然的共同属性。n 西方的宗教组织为了自身的需要，建立了一系列的地心说的天文观点。n 地心说中的本轮、均轮模型，毕竟是托勒密根据有限的观察资料所进行的人为拼凑。他规定了本轮、均轮的大小及行星运行速度，才使这个模型和当时的实测结果趋于一致。n 可以发现，由于人类观察的参考系的问题，有很长一段时间，我们都停留在宇宙以地球为中心的樊笼里。西方教会所宣扬的宇宙结构n 但由于没有充分的研究，只凭借某些类似 “经文 ”的书籍拼凑，自然会与实际情况存在偏差。n 到了中世纪后期，随着观察仪器的不断改进，行星位
4、置和运动的测量越来越精确，观测到的行星实际位置同这个模型的计算结果的偏差逐渐显露出来了。但是，信奉地心说的人们并没有认识到这是地心说本身的错误，却用增加本轮的办法来补救。最初的补救还能勉强应付，后来小本轮增加到 80多个，仍不能满意地计算出行星的准确位置，这就不能不使人怀疑地心说的正确性了。n 矛盾凸现出来了。n 最终打破沉寂的是 著名波兰天文学家哥白尼 (1473-1543)。他通过近 40年的观测和研究，从理性的角度出发，认真分析所掌握的天文数据。最终彻底推翻了托勒密的地心说，提出了日心说。这是一个空前绝后的创举。 但在当时，这强烈地触动了全力极大的教会的神经，因为这是对教会最基础的学说发
5、起挑战。n 日心说认为，太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳转动，地球不是宇宙的中心，而是一颗普通行星。地心说中表现出的行星围绕地球运动的一年周期，其实是地球每年绕太阳公转一周的反映。 n 开普勒（ 1571-1630年）是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。他将数学和天文观测结合起来，在天文学方面做出了巨大的贡献。开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫日心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家称为 “天上的立法者 ”。 很显然，严谨的物理思想对他的成功的影响是极大的。n 开普勒发现并总结的行星运动的三条定律 n 1. 所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上；n 2. 行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积。n 3. 所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等n 但我们说开普勒是可惜的，他当时距离更大的成功就只有一步之遥。
