物理的發展


綜觀物理學的發展大致可以區分為三個階段

  1. 西元1600年, 加利略(Galileo)和牛頓(Isaac Newton)之前.
  2. 西元1600年到1900三百年間
  3. 二十世紀初到現在.
  4. 由於好奇心與安全感的驅使, 人們想對所生存的自然環境有所瞭解.

    於是科學便經過人類的

      原始社會, 奴隸社會 與封建社會的歷史中, 緩慢的成長.

    古希臘時期也曾有過輝煌的成果,

      可惜中世紀的封建戰爭摧毀了這些成就, 封建教會堵死了它的發展道路.

    神學成了科學的皇冠, 直到文藝復興運動之後,

    人文主義興起使得科學活動又重新迅速發展起來.

    在加利略和牛頓之前,

      有記錄的科學活動所從事研究的方法和方式,

      現代科學研究的方法和方式, 有很大的不同.

    為何過去那麼長久階段的研究成果, 遠不如後來兩個階段的迅速發展.

    最主要的差異在於: 過去

      問問題的方式, 以及對問題尋求解答的方法.

    過去缺乏有系統的研究, 沒有近代理論和實驗相輔相成的情景.

      往往只靠 推想, 臆測.

    只想求得自然事物的規則,(中國古代科技 在這方面有很大的成就)

      而沒有並未從基本原理著手, 推敲其因果.

    更重要的是 缺乏實驗 與 測試.

物理的腳步將靠你我一步步的踏出去.


現代科學研究的方法

  1. 觀察:observation 從現有的環境中記錄
  2. 探究:reason 從記錄結果中歸納出 規則, 建立學說
  3. 實驗:experiment 從規畫創造的情景中記錄
  4. 預測:predict 從現有模型中, 推論會發生的情境與結果.


完整的理論物理學神話


哥白尼 對於太陽系的重新解讀

  1. 在遠古的時代, 人們仰望著未知的天空. 想像著:
    1. 地是平的, 天空猶如是蓋在地面上半球形的帳棚,

        被站在地上的天神所扛在肩上. 但是無法說明,

        日月星辰的東昇西落. 於是又加上了下半球殼.

  2. 公元前六世紀, 畢達哥拉斯根據圓是最完美的形狀,
    1. 肯定地球是球形.

  3. 公元前四世紀, 柏拉圖也根據 圓周是最完美的圖形,
    1. 天上的物體都代表神明, 提出應該會沿著最完美的圓周做等速率運動.

  4. 他的門徒亞理士多德更首創地心說:
    1. 宇宙是有限的球體, 分為天地兩層,

        地球位於中心, 而日月則圍繞著地球運動.

      當時希臘的學者 阿里斯塔恰斯 用幾何方法測量地球到太陽之間的距離,

      推論出太陽比地球大. 因此質疑地心說, 另外

      賀拉克里底司也提出地球自轉的想法, 可惜都未被接受.

  5. 托勒密(Ptolemy)是古希臘晚期的天文學家, 將地心說加以擴充,
    1. 提出各行星都各自在作圓周運動,

        而這些圓的圓心, 則繞著地球在更大的圓上每天一周的作圓周運動.

      使計算結果能符合星象觀測的記錄, 也能應用於航海中.

      並成為宗教上的經典作品.

  6. 哥白尼(1473-1543)用儀器觀測天象, 並詳細的計算地球與太陽的大小,
    1. 認為較大的太陽繞較小的地球旋轉, 不太合理.

      產生了地球自轉以及行星繞太陽公轉的想法,

      加上對木星與土星的觀察 以及行星順行逆行的現象.

      最後終於鼓起勇氣印行發表, 而於臨終前見到所發表的天體運行論一書.

      提出所有行星都是以靜止的太陽為中心進行圓周運動,

        地球不過是其中的ㄧ顆行星.

      行星之外則是恆星天層. 因此著作也被列為禁書.

  7. 布魯諾(1548-1600) 更提出所有的恆星也是跟太陽一樣的星,
    1. 且宇宙中有無數個繞著自己的太陽運轉的地球.

      卻於 1600年被羅馬教廷 活活燒死.


克卜勒(Kepler) 的行星運動三大定律

  1. 克卜勒(1571-1630)在大學讀書時,
    1. 恰好布魯諾流亡到德國講學, 接受了關於哥白尼學說的演講,

      加上該校天文學教授秘密宣傳哥白尼學說的影響,

      開始進一步證實此一學說的研究.

  2. 出生於貴族的丹麥天文學家 布拉赫 (Tycho Brahe 1546-1601),
    1. 自幼愛好天文學, 1567年得到丹麥國王的資助,

      在哥本哈根的一作小島中, 建立一座關天堡的天文台.

        自製裝置觀測天象,

      他很想證實 哥白尼 的學說,

        其觀察結果達到利用肉眼觀測天文的頂峰.

      但他卻無法證實地動說, 轉向 調和太陽與地球雙重中心的體系.

  3. 1600年克卜勒將研究的心得告知布拉赫, 而成為其助手.
    1. 可惜不久布拉赫便過世了.

      克卜勒根據布拉赫多年的觀測結果,開始尋求行星運行的規律.

      得出地球繞日以橢圓軌道運行且地球距太陽較近時,

        運行的較快.

      進一步嚴格的計算, 得到由太陽到地球的連線,

        在相同的時間內會掃過相同的面積.

      之後又研究火星的軌跡, 歷經十年, 多次失敗後

        發現火星也是言橢圓軌道繞太陽運行.

      又經過十年, 探索出

        行星繞日的週期平方和他們到太陽平均距離的三次方成正比.


實驗物理大師加利略 (1564-1642)

  1. 生於比薩城, 十七歲時父親將他送進比薩大學學醫,
    1. 但他卻較偏愛數學.

      大一時, 於教堂中發現吊燈來回擺動,

        想起老師說脈搏跳動的次數是穩定均勻的,

      比較之後得到擺的等時性. 並製造脈搏計.

      大學畢業時, 發表固體的比重論文被請回母校當講師.

      1590年, 登上比薩斜塔進行公開實驗.

        將兩個重量相差十倍的鐵球同時扔下.

        推翻了亞理士多德的落體定律(重的先落地),

        卻被縮短聘期. 擠出校園.

  2. 1592年被聘為威尼斯的大學教授.
    1. 開始對哥白尼的學說有興趣. 不久傳來好友也布魯諾慘死的消息.

  3. 1609年荷蘭一磨眼鏡徒工製造出「魔鏡」--望遠鏡.
    1. 加利略也自製可放大十倍的望遠鏡.

        並用它來觀測天體.

      發現月球表面是凹禿不平的, 也觀測到木星的衛星,

      發現金星有圓缺, 找到了土星,

      並發現太陽黑子, 加以研究證實太陽也會自轉.

      公佈了星空使者一書.

  4. 1633年被傳到羅馬受審,1642年死於獄中.


二十世紀初, 對物理的基本概念


量子論

待續 ...


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