中学物理教学参考-永恒的魅力(2)

宙模型，它符合人们的日常生活中对世界的体验和感觉，根据它编制的星图，对当时的天文观察及航海活动都有指导意义.由于观测技术的发展及航海实践的需要.人们对行星位置的观测数据的精度越来越高，数据精度的提高使得人们利用托勒密的宇宙模型来拟合行星运动时，不得

不增加本轮的数目.随着行星的本轮数不断增多，最终使托勒密的宇宙体系变得十分庞大而复杂. 哥白尼对日趋复杂的“心说”地宇宙模型很不满

释天体的运动.60年英国的医生威廉 吉尔伯特提 10出：使行星维持在轨道上是一种磁性的力” 14“;65年法国天文学家布里阿德提出：行星和太阳之间的“开普勒力”的减小与距离的平方成反比；66年意大利物 16理学家玻利列根据对行星运动和木星的 4个卫星的观

察，指出：天体间必然存在着一种使之相互接近的自“然倾向力”这种力必随天体间距离的减小而增大， ,力是距离的某种幂函数.在惠更斯关于离心力研究成果的基础上，国皇家学会的胡克、英天文学家哈雷和数学家雷恩各自独立地得到：如果把行星的运动限定为圆周运动，则行星所受到的太阳的引力与距离的平方成反比.

意，他潜心研究了行星的运动，天体运行论》在《一书中提出了以太阳为中心的宇宙模型，建立了“日心说”的

宇宙观.在哥白尼的宇宙体系中，恒星和太阳都是不动的，而地球和其他行星一样绕太阳转动，以此为基础并 通过参考系的变换和相对运动来说明我们观察到的天 文现象.比之下，相在描述行星运动方面，哥白尼的宇

牛顿总结了前人的成就，建立了力学的三大定律和万有引力定律.根据这些定律和严密的数学推导， 牛

宙体系比起托勒密的体系要简单和谐得多.哥白尼的天文学革命带动了一系列观念上的变革，它转变了宇宙的中心，使原来处于宇宙中心的地球变为只是太阳系中一颗普通的行星.日常生活而言，就

顿把行星绕日的椭圆运动、神秘彗星的运动、月亮和其他行星的卫星的运动及苹果落地的运动都统一到他的

力学体系中.从哥白尼的日心说发展到牛顿的力学体系，科学获得了巨大进步，牛顿最终建立起一个由力统治一切的科学理论 .

人们习惯于不动的大地，习惯于日月星辰的东升西落， 习惯于把地球作为宇宙的中心.但是人类的理性对宇宙的认识不会被局限在日常生活的经验中，不会止于

牛顿的理论被成功地运用到研究天体的运动上，它能近乎完美地说明行星的运动.不仅如此，根据牛顿的万有引力定律，人们还预言了海王星的存在，并计算出其轨道.恩格斯对此给予了高度的评价：哥白尼的“太阳系学说有三百年之久一直是一种假说

,个假说这尽管有百分之九十九、百分之九十九点九、百分之九十 九点九九的可靠性，但毕竟是一种假说；而当勒维列从这个太阳系假说所提供的数据，不仅推算出一定还存在一个尚未知道的行星，而且还算出这个行星在太空

只对宇宙作直观而感性的描绘，随着人类实践能力的提高，实践范围的扩大，人们对宇宙的认识必然要向前发展.哥白尼的日心说在对宇宙结构进行考察时扬弃

了感性直观而代之以理性思考，因而比地心说更接近真理.二、从存在到演化

哥白尼之后日心说得到了进一步的发展.布鲁诺拥护哥白尼的日心说，并认为宇宙是无限的，茫茫宇宙

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中的位置的时候，当后来伽勒确实发现了这个行星的 时候，哥白尼的学说被证实了.马克思主义的经典作”

当完整、系统和成熟的地步.因而人们乐观地认为，物理学已经充分掌握自然界的基本原理和方法.相当多 的物理学家深信，已经发现的物理定律是适合于任何情况的，是永远不会改变的，今后的工作无非是把以不变的原子的概念为基础的物质力学理论同以充满连续

家在这里充分肯定了牛顿理论的真理性. 牛顿的宇宙理论是一个自洽的、描述存在的理论， 太阳系的存在就是太阳系中的所有的天体都沿着既定的轨道运行，在牛顿看来，各个天体从上帝那里获得第一

弹性介质为基础的以太理论结合起来，这一步工作一旦完成，物理学的大厦就建成了，剩下所需要做的只是将物理常数的测量往小数点后面移几位而已.这就是说，当时的物理学家们认为人类已经接近于发现了最

推动后就一直按他的力学规律运转着，并将永恒地

运转下去.而按照引力理论，牛顿意识到恒星应该相互吸引，如果宇宙是有限的话，有限颗恒星分布在一个有限的区域里，恒星就不能保持不动，否则恒星就会一起落到它们的引力中心.以牛顿推断，所如果宇宙是无限

基本、最主要、最具有决定意义的宇宙真理.但是英国科学家开尔文指出：物理学晴朗的天在

的，存在着无限多颗恒星，它们大体分布于一个无限的空间，恒星就可以保持不动了.这样，牛顿就建立了一

空中还存在两朵乌云，第一朵乌云是以太漂移实验，第二朵乌云是黑体辐射的“紫外灾难”正是这两朵乌云 .

个无限的静态的宇宙模型，这个宇宙模型和牛顿的绝对时空观相一致.

引发了世纪之交的物理学革命，前者导致相对论的建立，后者导致量子理论的建立 .

康德对牛顿引入的第一推动进行了批判，在说明 太阳系是怎样形成时，康德抛弃了上帝的第一次推动，而运用牛顿的引力理论和他自己的斥力的概念 (后来

爱因斯坦于 10年建立狭义相对论， 95统一了经典的力学和电磁学，并于 1 O年后又建立广义相对论.爱因斯坦的相对论理论彻底地改变了牛顿的绝对时空

拉普拉斯用角动量守恒进行分析)提出了太阳系形成，的星云假说，认为太阳系并不是从来如此，而是有一个

观，同时也改变了牛顿的宇宙模型.9年， 11 7爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、 无界”的宇宙模型，奠定了现代宇宙学的基础. 2 12 9年，弗里德曼发现，根据爱因斯坦的场方程，宇宙不一定是静态的，它可以是膨胀的，也可以是振荡的，前者对应于开放的宇宙，后者对应于闭合的宇宙.9 7, 12年 勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型. 99年， 12哈勃发现了星系红移与它们的距离成正比，也就是说，越远的星系正以越快的速度远离我们，这就是著名的哈勃定律.哈勃的发现是对膨胀宇宙模型的有力支持.根据宇宙膨胀理论，如果回溯宇宙的过去，过去某一个时在刻，宇宙可能处于一个极高温度和极高密度的状态. 14年， 92伽莫夫提出，约在 10亿年前宇宙由一原始 4火球发生爆炸而产生，开始膨胀，并这种宇宙模型被称为大爆炸宇宙模型，这个模型说明宇宙有一个诞生和 演变的过程.

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