第4課-近代科學(xué)之父牛頓.ppt

被喬布斯掌握 砸醒了牛頓 誘惑了夏娃 三個(gè)蘋果改變了世界 自然界和自然規(guī)律隱藏在黑暗中 上帝說 讓 出生吧 于是 一切都變得光明 英 亞歷山大 蒲柏 你若想獲得知識(shí) 你該下苦功 你若想獲得食物 你該下苦功 你若想得到快樂 你也該下苦功 因?yàn)樾量嗍谦@得一切的定律 牛頓 第4課近代科學(xué)之父牛頓 二 牛頓來到世間做了些什么 牛頓生活的年代是17世紀(jì)中期至18世紀(jì)早期 正是歐洲社會(huì)發(fā)生巨大變革的偉大時(shí)代 資本主義進(jìn)一步發(fā)展 自然科學(xué)有所突破 思想文化繼承了文藝復(fù)興時(shí)期的人文主義 進(jìn)一步發(fā)展為啟蒙運(yùn)動(dòng)時(shí)期的理性主義 牛頓的生平事跡 1642年 正當(dāng)英國(guó)資產(chǎn)階級(jí)革命時(shí)期 斯圖亞特王朝的國(guó)王查理一世挑起內(nèi)戰(zhàn)的那一年 也是伽利略逝世的那一年 牛頓出生在英國(guó)北部一個(gè)叫烏爾索普的小村莊 他的父親繼承祖產(chǎn) 是當(dāng)?shù)匾粋€(gè)有錢人 他的母親漢娜是一個(gè)出身沒落貴族家庭的有教養(yǎng)的大家閨秀 牛頓快要出生的時(shí)候 36歲的父親突然病逝 據(jù)說牛頓出生的時(shí)候身體很弱 當(dāng)時(shí)流傳著這樣一個(gè)小故事 被雇來幫助牛頓母親漢娜的兩個(gè)女傭 被差遣去一個(gè)夫人家里拿藥 很顯然牛頓太孱弱了 這兩個(gè)女傭取到藥回來時(shí) 她們以為來不及了 那孩子必定已經(jīng)死了 就坐在臺(tái)階前休息 牛頓3歲的時(shí)候 母親漢娜改嫁 牛頓的童年時(shí)代是和外婆一起生活的 一直到11歲母親因第二位丈夫去世重新回到牛頓身邊 童年時(shí)代的牛頓動(dòng)手能力很強(qiáng) 他小時(shí)候制作的模型有能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)車 牛頓有時(shí)候放一只小老鼠進(jìn)去轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)車葉片 還有風(fēng)箏 可用的日晷 紙燈籠等 在陰暗的早晨牛頓就打著自制的燈籠去上學(xué) 牛頓在格蘭薩姆鎮(zhèn)的國(guó)王中學(xué)上學(xué) 由于離家較遠(yuǎn) 租住在一家藥房的樓上 房東先生是一位藥劑師 平易近人 熱情開朗 牛頓可以在他身旁看他工作和提出問題 從而給了牛頓早期的化學(xué)概念 也給了他自行做試驗(yàn)的機(jī)會(huì) 牛頓喜歡做試驗(yàn) 他把自己看到的現(xiàn)象都記錄下來 有時(shí)候把藥瓶旁邊的說明書抄錄下來 甚至自己還可能創(chuàng)造一些配方 在國(guó)王中學(xué)的時(shí)候 牛頓曾經(jīng)與同學(xué)打架 那個(gè)同學(xué)的成績(jī)比牛頓優(yōu)秀 于是 戰(zhàn)斗 結(jié)束以后 牛頓就宣布學(xué)習(xí)成績(jī)一定要超過欺負(fù)過他的那個(gè)家伙 從此牛頓勤奮學(xué)習(xí) 在短期內(nèi)成績(jī)迅速超過了那個(gè)同學(xué) 而且躍居全班第一 牛頓16歲的時(shí)候 在學(xué)校里已經(jīng)很有名氣了 校長(zhǎng)認(rèn)定他是個(gè)應(yīng)該進(jìn)大學(xué)的候選人 可是 他的母親漢娜并不重視教育 盡管她的哥哥受到劍橋大學(xué)的教育 但漢娜卻認(rèn)為沒有多大必要讓牛頓繼續(xù)接受教育 不識(shí)字也能把農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)得很好 校長(zhǎng)的堅(jiān)持使?jié)h娜做出了一個(gè)決定 讓牛頓輟學(xué)回家 在17世紀(jì)的時(shí)候 這個(gè)決定并不令人意外 輟學(xué)在家的牛頓總是尋找一切機(jī)會(huì)追求知識(shí) 表現(xiàn)出強(qiáng)烈的求知欲望 對(duì)農(nóng)場(chǎng)上的工作顯得心不在焉 被人們認(rèn)為生活馬虎 散漫 當(dāng)?shù)氐牡胤椒ㄔ褐两袢杂涊d著牛頓被處罰的情況 1659年牛頓被罰了3先令4便士 處罰原因是 放任他的羊群破壞了田野小樹 另外兩次罰款 每次都是罰款1先令 是因?yàn)?放任他的豬群踐踏玉米田 和 縱容他的田園籬笆毀損不予修理 國(guó)王中學(xué)的校長(zhǎng)看到牛頓展現(xiàn)出的無窮求知欲望 再次勸說漢娜 再加上漢娜哥哥 牛頓的舅舅 的勸說 漢娜終于同意讓牛頓去上學(xué)了 這樣 牛頓通過考試 在1661年成為劍橋大學(xué)的學(xué)生 牛頓是以減費(fèi)生的資格進(jìn)入劍橋大學(xué)的 17世紀(jì)的劍橋大學(xué)還不是一個(gè)純粹研究學(xué)術(shù)的地方 大學(xué)當(dāng)局不僅管理著學(xué)校和學(xué)生 而且還干預(yù)劍橋的市政 甚至連市長(zhǎng)的決策都要受到大學(xué)當(dāng)局的干預(yù)和反對(duì) 英國(guó)從亨利八世主政以來 國(guó)王有法定權(quán)力可關(guān)閉國(guó)內(nèi)的任何大學(xué)并占為己有 故而大學(xué)一向都效忠于王室 牛頓進(jìn)入劍橋大學(xué) 只能處在社會(huì)的底層 減費(fèi)生只比仆人好一點(diǎn) 要為特權(quán)學(xué)生收拾房間 清洗便器以貼補(bǔ)學(xué)費(fèi) 在劍橋大學(xué) 牛頓開始既不出色 也沒有引起教授的注意 牛頓是一個(gè)向來專心用功的學(xué)生 大學(xué)的必修課程也要求十分緊迫 可是他的努力卻大都花費(fèi)在必修課程以外的知識(shí)上 牛頓和達(dá)爾文 愛因斯坦 霍金以及另外一些牛頓之后的偉大科學(xué)家一樣 對(duì)于作為一個(gè)好學(xué)生所必須通過的許多考試 往往會(huì)準(zhǔn)備不足 牛頓在考試所需復(fù)習(xí)的正式課程方面不甚用功 結(jié)果他畢業(yè)的時(shí)候沒有得到什么特殊的榮譽(yù) 斯蒂克利 第一個(gè)寫牛頓傳記的作者 記述 牛頓爵士在接受文學(xué)學(xué)士學(xué)位的儀式上被安排在第二列 屬于人們戲稱的輸?shù)翥y幣者 輸?shù)翥y幣者 是指當(dāng)時(shí)的一個(gè)傳統(tǒng) 學(xué)生要向考試官繳納9枚銀幣 如果學(xué)生考得好 考完之后銀幣發(fā)還給他 如果考得不好 錢就沒收了 但是 無論22歲的牛頓以何種成績(jī)畢業(yè) 都不會(huì)影響他作為偉大科學(xué)家的聲譽(yù) 更何況牛頓在大學(xué)畢業(yè)前夕 就提出了數(shù)學(xué)上有名的二項(xiàng)式定理以及微積分的初步算法 這一成就已經(jīng)站在了當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)研究領(lǐng)域的頂峰 所以有人說 即使牛頓沒有別的成就 僅僅靠這個(gè)定理也足以使他在科學(xué)史上留下不朽的美名 牛頓從一個(gè)大學(xué)新生到成為劍橋大學(xué)盧卡斯講座教授 總共費(fèi)時(shí)8年 他以驚人的速度攀登學(xué)術(shù)地位的階梯 也以驚人的速度同時(shí)進(jìn)行科學(xué)和數(shù)學(xué)的研究工作 終于使他的名字鐫刻在不朽的歷史豐碑上巴羅教授是第一任盧卡斯講座教授 這個(gè)職位的人選是由盧卡斯基金委員會(huì)指定的 只有真正有學(xué)問的人才能擔(dān)任這一職務(wù) 1668年 巴羅教授推薦牛頓擔(dān)任第二任盧卡斯講座教授的職位 1669年牛頓就擔(dān)任了這一職務(wù) 當(dāng)時(shí)他還不到27周歲 1665 1666年英國(guó)發(fā)生可怕的瘟疫 牛頓回到自己的家鄉(xiāng)烏爾索普 這兩年中 牛頓在光學(xué) 數(shù)學(xué) 力學(xué)等領(lǐng)域的研究都取得了重大的進(jìn)展 可以說牛頓在烏爾索普的日子里產(chǎn)生了許多靈感和直覺 而且這些思想日后變成了偉大的定律 成為近代科技的基礎(chǔ) 牛頓作為盧卡斯講座教授 第一次上課就是以光學(xué)為主題 以自己的發(fā)現(xiàn)和嚴(yán)格的數(shù)學(xué)支持來講課 可是他那一小群學(xué)生則茫然無知 誰也沒有意識(shí)到牛頓所講述的理論基礎(chǔ) 正是他后來的著作 光學(xué) 中的材料 是他對(duì)物理世界偉大貢獻(xiàn)的兩大支柱之一 因此 牛頓第二次上課的時(shí)候沒有一位學(xué)生來聽 不但如此 甚至在后來的17年間 幾乎每一次上課都一樣 很少有學(xué)生去聽他的課 更難得有學(xué)生聽得懂他的課 牛頓是英國(guó)物理家 數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家 是經(jīng)典力學(xué)建立者 是近代科學(xué)之父 他創(chuàng)建了經(jīng)典力學(xué)的理論體系 在光學(xué) 數(shù)學(xué) 天文學(xué)研究方面也做出劃時(shí)代發(fā)明和發(fā)現(xiàn) 牛頓是17世紀(jì)科學(xué)革命中所涌現(xiàn)出來最偉大的科學(xué)家 也是人類歷史上最偉大的科學(xué)家之一 評(píng)價(jià)牛頓 牛頓一生中的主要科學(xué)成就 僅就光學(xué)方面的成就或許就可以使他在本書中占有一席之地 但是他在這方面的成就比起他在數(shù)學(xué)或力學(xué)方面的成就來 那就相形見絀了 數(shù)學(xué) 提出二項(xiàng)式定理以及微積分的初步算法 牛頓數(shù)學(xué)橋是劍橋大學(xué)城里的一大景觀 全橋由7177根大小不一的木頭銜接而成 有10299個(gè)接口 如果以一個(gè)接口用一枚鐵釘來計(jì)算 那么至少需要10299枚鐵釘 但牛頓把所有鐵釘都倒進(jìn)了河里 整座橋沒用一枚鐵釘 這就是數(shù)學(xué)的奇妙 多少年來 劍橋數(shù)學(xué)系的高才生們都?jí)粝虢馄茢?shù)學(xué)橋的奧秘 換句話說就是想在紙頭上造一座跟數(shù)學(xué)橋一模一樣的橋 但如愿者無一 多數(shù)人設(shè)計(jì)出來的橋至少需要上千枚鐵釘才能達(dá)到原橋同等效果 只有少數(shù)幾人把鐵釘數(shù)量減少到千枚數(shù)之內(nèi) 有個(gè)冰島人 他創(chuàng)造了有史以來的最好成績(jī) 把鐵釘數(shù)減少到561枚 天文學(xué) 發(fā)明反射望遠(yuǎn)鏡 解釋潮汐現(xiàn)象 地球的圓扁形狀 反射望遠(yuǎn)鏡 光學(xué) 自制第一架折射望遠(yuǎn)鏡 白光由七色組成 成為光譜學(xué)基礎(chǔ) 發(fā)表 關(guān)于光和色的新理論 提出光的本質(zhì)是微粒 折射望遠(yuǎn)鏡 萬有引力定律 加速度定律 作用與反作用定律 慣性定律 自然哲學(xué)中的數(shù)學(xué)原理 經(jīng)典力學(xué) 經(jīng)典力學(xué)奠基者 17世紀(jì)初 經(jīng)典力學(xué)建立者 17世紀(jì)晚期 從經(jīng)典力學(xué)發(fā)展到相對(duì)論 量子論 19末20初 伽利略 意 牛頓 英 愛因斯坦 德 美 普朗克 德 第一件 用牛頓力學(xué)算出地球的形狀象只桔子 古希臘的亞里士多德認(rèn)為地球是個(gè)正球體 兩千年來人們對(duì)此深信不疑 牛頓卻根據(jù)他的力學(xué) 說地球是個(gè)扁球體 象只大桔子 此言一出 學(xué)界嘩然 地球那么大 牛頓又從不出遠(yuǎn)門 他憑什么說地球有點(diǎn)扁 可是法國(guó)科學(xué)家經(jīng)過三次實(shí)地測(cè)量 終于證實(shí)了牛頓的看法 用力學(xué)能算出地球的形狀 真是個(gè)奇跡 歷史上證實(shí)牛頓力學(xué)的三件事 第二件 用牛頓力學(xué)算出了哈雷彗星回歸周期長(zhǎng)期以來到 人們一直認(rèn)為彗星是神秘的 根本不能用科學(xué)來說明 牛頓說 既然彗星也是天體 就必然遵循力學(xué)規(guī)律 他的好友哈雷用牛頓力學(xué)算出了1682年出現(xiàn)的彗星的軌道 指出它的回歸周期是75 76年 由此預(yù)言它將在1758年再次出現(xiàn) 哈雷1705年發(fā)表這個(gè)預(yù)言 當(dāng)時(shí)他已49歲 卻要預(yù)言53年以后的事 豈非聳人聽聞 可是1758年這顆彗星果然如期出現(xiàn) 并被命名為哈雷彗星 1781年天王星被發(fā)現(xiàn) 科學(xué)家用牛頓力學(xué)計(jì)算它的軌道 可是計(jì)算結(jié)果總是同觀測(cè)紀(jì)錄不大相符 經(jīng)反復(fù)核算 觀測(cè)無誤 那問題是否出現(xiàn)在牛頓力學(xué)上面 科學(xué)家大膽猜想計(jì)算結(jié)果之所以不理想 是因?yàn)樘栂抵羞€有一顆未知的行星 當(dāng)時(shí)沒有考慮到它對(duì)天王星的引力作用 他們用牛頓力學(xué)算出了這顆未知行星的位置和質(zhì)量 1848年9月23日 柏林天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)用望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)那個(gè)位置 一下子就看到了一顆新的行星 海王星 第三件 用牛頓力學(xué)算出了一顆未知行星的位置 提出二項(xiàng)式定理和微積分的初步算法 1 制作折射望遠(yuǎn)鏡 對(duì)太陽光進(jìn)行反射實(shí)驗(yàn) 證明日光由七色光組成 進(jìn)一步說明物體顏色的形成原理 2 提出了光的 微粒說 1 創(chuàng)立了物體運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律 2 自然哲學(xué)中的數(shù)學(xué)原理 標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)理論體系的建立 制作了世界上第一架反射望遠(yuǎn)鏡考察行星運(yùn)動(dòng) 解釋了潮汐現(xiàn)象 地球的圓扁形狀等問題 牛頓的主要科學(xué)成就 提出二項(xiàng)式定理和微積分的初步算法 1 制作折射望遠(yuǎn)鏡 對(duì)太陽光進(jìn)行反射實(shí)驗(yàn) 證明日光由七色光組成 說明物體顏色的形成原理 2 提出了光的 微粒說 1 創(chuàng)立了物體運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律 2 自然哲學(xué)中的數(shù)學(xué)原理 標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)理論體系的建立 制作了世界上第一架反射望遠(yuǎn)鏡考察行星運(yùn)動(dòng) 解釋了潮汐現(xiàn)象 地球的圓扁形狀等問題 牛頓的主要科學(xué)成就 探討 牛頓為什么被稱為近代科學(xué)之父 探討 牛頓為什么被稱為近代科學(xué)之父 1 牛頓創(chuàng)立的力學(xué)體系對(duì)自然界的力學(xué)現(xiàn)象做出了系統(tǒng)的 合理的說明 從而完成了人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)史上的第一次理論大綜合 其創(chuàng)立的經(jīng)典力學(xué)是近代自然科學(xué)理論體系中最先成熟和完善的核心理論體系 經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成 2 牛頓注重實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐 創(chuàng)立了實(shí)驗(yàn)和論證相結(jié)合的研究方法 牛頓的研究方法被后人總結(jié)為 歸納 演繹 法 牛頓是第一個(gè)充分使用這種近代科學(xué)研究方法的人 牛頓 歸納 演繹 等科研方法對(duì)近代科學(xué)研究有引導(dǎo)意義 為近代科學(xué)的發(fā)展奠定基礎(chǔ) 牛頓為什么能在科學(xué)上作出重大貢獻(xiàn) 牛頓取得偉大成就的原因 1 吸收前人研究成果 2 勤奮的探索精神 3 科學(xué)的研究方法 牛頓對(duì)科學(xué)研究的專注程度已經(jīng)達(dá)到狂熱的地步 讓他身邊的人都感到吃驚 有一個(gè)叫漢弗萊的人 曾經(jīng)做過牛頓的助手 協(xié)助牛頓抄寫文件和做實(shí)驗(yàn) 他對(duì)牛頓寫 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 那段時(shí)間的生活做了這樣的描述 他對(duì)自己的研究是如此專注和認(rèn)真 以致他吃得很少 時(shí)常根本忘記了要吃東西 他難得上床睡覺 直到清晨?jī)扇c(diǎn) 甚至五六點(diǎn)才就寢 也僅睡四五個(gè)小時(shí)而已 特別是春天和秋天 他經(jīng)常把自己留在實(shí)驗(yàn)室里 有一回長(zhǎng)達(dá)六星期之久 爐火日夜不停地燃燒 他整夜地坐守在火爐旁 然后下一夜輪到我看守 如此輪替直到他完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)為止 由于牛頓不愿意在完全準(zhǔn)備妥當(dāng)之前透露他的構(gòu)想 所以他幾乎發(fā)狂地工作 漢弗萊說 我從來沒有見過他做過任何運(yùn)動(dòng)或休閑活動(dòng) 既不騎馬兜風(fēng) 散步 也不玩滾木球或任何其他運(yùn)動(dòng) 他幾乎從不離開書房 好像一分鐘不做研究就會(huì)損失幾小時(shí)的寶貴光陰 他既努力又認(rèn)真 他吃得很少 時(shí)常還忘記了吃東西 我有時(shí)到他的書房發(fā)現(xiàn)他完全沒有碰過食物 當(dāng)我提醒他時(shí) 他會(huì)說 我沒吃嗎 然后走到旁邊 站著吃一兩口就算吃過飯了 我可以說 我從未看過他坐在餐桌旁吃飯 牛頓為什么能在科學(xué)上作出重大貢獻(xiàn) 牛頓取得偉大成就的原因 1 吸收前人研究成果 2 勤奮的探索精神 3 科學(xué)的研究方法 客觀方面 英國(guó)資產(chǎn)階級(jí)革命的洗禮 政治 資本主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展為理論研究提供物質(zhì)基礎(chǔ)又對(duì)理論發(fā)展提出迫切要求 經(jīng)濟(jì) 之前的文藝復(fù)興和當(dāng)時(shí)歐洲啟蒙運(yùn)動(dòng)奠定了思想基礎(chǔ) 等等 思想 劍橋大學(xué)牛頓塑像 劍橋大學(xué)校園 牛頓的母校 英國(guó)劍橋大學(xué) 近代科學(xué)之父牛頓IsaacNewton 1642 1727 牛頓墓 在他的墓碑上鐫刻著銘言 讓人們歡呼這樣一位多么偉大的巨匠 人類榮耀曾經(jīng)因他而在世界上存在過 牛頓死后被安葬在威斯敏斯特教堂 為他抬棺材的是兩位公爵 三位伯爵以及大法官 他就如一位深受臣民愛戴的國(guó)王一樣被安葬的 在他之前 是沒有哪一位科學(xué)家享受如此殊榮的 在他之后 受到如此厚葬的也將會(huì)是屈指可數(shù)的 科學(xué)簡(jiǎn)史 目睹了牛頓葬禮的法國(guó)思想家伏爾泰為之深深感動(dòng) 他感慨道 走進(jìn)威斯敏斯特教堂 人們所瞻仰的不是君王們的陵寢 而是國(guó)家為感謝那些為國(guó)增光的最偉大人物建立的紀(jì)念碑 這便是英國(guó)人民對(duì)于才能的尊敬 補(bǔ)充 晚年的困惑 晚年的牛頓開始致力于對(duì)神學(xué)的研究 他否定哲學(xué)的指導(dǎo)作用 虔誠(chéng)地相信上帝 埋頭于寫以神學(xué)為題材的著作 當(dāng)他遇到難以解釋的天體運(yùn)動(dòng)時(shí) 竟提出了 神是第一推動(dòng)力 的謬論 他說 上帝統(tǒng)治萬物 我們是他的仆人而敬畏他 崇拜他 40歲以后 他把興趣逐漸轉(zhuǎn)向政治 化學(xué) 賤金屬變成黃金 神學(xué)問題 寫了近200萬言的著作 毫無價(jià)值 他把大量的時(shí)間花費(fèi)在了與同時(shí)代的著名科學(xué)家如胡克 萊布尼茲等進(jìn)行科學(xué)優(yōu)先權(quán)的爭(zhēng)論上 例如 關(guān)于萬有引力發(fā)現(xiàn)權(quán)等問題 胡克與他爭(zhēng)辯不休 差點(diǎn)影響了 原理 的出版 關(guān)于微積分發(fā)明權(quán)的問題 與萊布尼茲以及德英兩國(guó)科學(xué)家爭(zhēng)吵不止 給內(nèi)向的牛頓帶來極大的痛苦 探究 同一時(shí)期中英兩國(guó)科技文化呈現(xiàn)不同的原因 宋應(yīng)星 1587 1666 天工開物 對(duì)中國(guó)古代的各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地總結(jié) 構(gòu)成了一個(gè)完整的科學(xué)技術(shù)體系 近代科學(xué)為什么只在17世紀(jì)的西方發(fā)展 而沒有在中國(guó)文明中產(chǎn)生 牛頓 1642 1727 李約瑟 1900 1995 李約瑟之謎 探究 分析相同時(shí)期科技發(fā)展在中國(guó)和英國(guó)出現(xiàn)不同的原因 經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)不同 政治政策不同 思想條件不同 政治制度的差異 小農(nóng)經(jīng)濟(jì) 歐洲資本主義產(chǎn)生