高中物理拓展閱讀亞里士多德與伽利略給我們的啟示素材

高中物理拓展閱讀亞里士多德與伽利略給我們的啟示素材高中物理拓展閱讀亞里士多德與伽利略給我們的啟示素材高中物理拓展閱讀亞里士多德與伽利略給我們的啟示素材【拓展閱讀】亞里士多德與伽利略給我們的啟示亞里士多德在科學(xué)上其實(shí)不是一個(gè)坐在椅子上想象的學(xué)者，他對(duì)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行了敏銳的察看。在對(duì)運(yùn)動(dòng)的察看中，亞里士多德注意到某些運(yùn)動(dòng)無(wú)需幫助即可保持，而其他一些運(yùn)動(dòng)只有借助外界作用才能保持。亞里士多德認(rèn)為一個(gè)無(wú)需幫助的運(yùn)動(dòng)例子是：當(dāng)你把一塊石頭扔掉石橋，它在無(wú)顯然幫助的情況下向地面落下。亞里士多德把這種能夠自己保持的運(yùn)動(dòng)稱為自然運(yùn)動(dòng)。除固體下落外，亞里士多德還察覺(jué)到其他三種自然運(yùn)動(dòng)：瀉下或沿坡流下的液體，上漲的氣體和向上跳動(dòng)的火焰。在亞里士多德看來(lái)，這四種運(yùn)動(dòng)代表了地球上能發(fā)生的四種自然運(yùn)動(dòng)。他認(rèn)為，由于地球上所有的東西都由四種不同樣物質(zhì)或元素——土、水、氣和火組成，而每一種元素都力求抵達(dá)不同樣的自然地點(diǎn)，因此就產(chǎn)生了自然運(yùn)動(dòng)。誠(chéng)然亞里士多德所說(shuō)的元素不同樣于化學(xué)元素，但元素這個(gè)詞仍沿用到此刻，意指那些組成萬(wàn)物的物質(zhì)。每個(gè)亞里士多德元素都有各自固有的自然運(yùn)動(dòng)和力求抵達(dá)的固有自然地點(diǎn)：土元素向下運(yùn)動(dòng)，由于地球中心是它的自然靜止地點(diǎn)(有學(xué)問(wèn)的古希臘人知道大地是一個(gè)球)；水向下流動(dòng)，由于它的自然地點(diǎn)恰幸虧土的上方；氣上漲，由于大氣層是其自然地點(diǎn)；而火焰向上跳，這是由于其自然地點(diǎn)在氣之上。亞里士多德認(rèn)為萬(wàn)物皆由這四種元素組成，一個(gè)物體的自然運(yùn)動(dòng)由該物體所含的每種元素的多少而定。巖石在水中下沉，由于巖石主要由土組成；木頭浮在水面，由于它除含土外還含有氣；而熱氣上漲，由于它含有火。所有這些自然運(yùn)動(dòng)要么豎直向下，要么豎直向上。水平運(yùn)動(dòng)有所不同樣。當(dāng)你沿著道路拉一輛小車(chē)，或水平拋出一塊石頭，或在地板上推一個(gè)箱子時(shí)，是你的活動(dòng)保持著物體運(yùn)動(dòng)：你使小車(chē)運(yùn)動(dòng)；石頭因你拋出而運(yùn)動(dòng)；你必定推這個(gè)箱子。推和拉是讓小車(chē)、石頭和箱子運(yùn)動(dòng)所必需的。亞里士多德認(rèn)為，之因此需要推與拉，是由于物體必定碰到逼迫才會(huì)背叛其自己的本性行事，換句話說(shuō)，才會(huì)做與其自然運(yùn)動(dòng)完好不同樣的運(yùn)動(dòng)。亞里士多德把所有這些逼迫的運(yùn)動(dòng)歸類為逼迫運(yùn)動(dòng)，意思是需要外界的推或拉來(lái)保持它。亞里士多德認(rèn)為地球上所有的運(yùn)動(dòng)不是自然的就是逼迫的，可是他察覺(jué)到天上的情況則完好不同樣。他相信月亮、太陽(yáng)、行星和恒星是由地球上找不到的第五種元素——以太(來(lái)自希臘文，意為使焚燒或發(fā)光)組成。與地上的四種元素不同樣，以太沒(méi)有質(zhì)量，不會(huì)腐敗(不變的，永遠(yuǎn)的)。以太在所有方面都是圓滿的，它的自然地點(diǎn)是在天空，它的自然運(yùn)動(dòng)是圍繞地球的圓滿的圓周運(yùn)動(dòng)。這第三種運(yùn)動(dòng)叫做天體運(yùn)動(dòng)。這個(gè)理論用幾條寬泛原理講解了相當(dāng)大范圍內(nèi)的察看結(jié)果。它是一個(gè)勝任的和適用的理論，并獲得寬泛的認(rèn)可，這種情況可部分地歸因于這個(gè)理論憂如言之成理。巖石確實(shí)是自動(dòng)下落，為了保持水平運(yùn)動(dòng)確實(shí)需要推動(dòng)，而天上的運(yùn)動(dòng)也確實(shí)與地上的運(yùn)動(dòng)不同樣?？墒俏覀儗⒖吹?，牛頓物理學(xué)與所有這些見(jiàn)解完好對(duì)峙。亞里士多德理論支持了希臘人對(duì)于地球在宇宙中地位的另一個(gè)見(jiàn)解，即地球是靜止的，星星圍繞它運(yùn)行。亞里士多德物理學(xué)講解了這所有的原因：地球之因此不能夠運(yùn)動(dòng)，是由于它主要由土元素組成，其自然靜止地點(diǎn)在地球中心；而星星做圓周運(yùn)動(dòng)則由以太的本性決定；地上的物體不能夠像星星那樣運(yùn)動(dòng)，由于地上沒(méi)有以太。亞里士多德物理學(xué)講解了地上與天上為什么這樣不同樣。中世紀(jì)基督教哲學(xué)發(fā)現(xiàn)古希臘物理學(xué)和天文學(xué)與它特別合拍。地心宇宙、由可腐壞的元素組成的地球、由可腐壞和易朽的元素組成的人類、萬(wàn)物之自然安息地點(diǎn)、處于永遠(yuǎn)的天體運(yùn)動(dòng)中由不朽的以太組成的圓滿天國(guó)——所有這所有都與教會(huì)神學(xué)配合得很好。因此，向到達(dá)公元1600年前后，地心天文學(xué)和亞里士多德物理學(xué)仍在歐洲文明的哲學(xué)與文化中起著核心作用?？v觀物理學(xué)發(fā)展的歷史長(zhǎng)河，我們痛惜人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律之波折、艱辛、漫長(zhǎng)；吃驚那些在黑夜中研究的物理學(xué)巨匠們的堅(jiān)毅、睿智、優(yōu)秀。從古代的亞里士多德、阿基米德到物理學(xué)新時(shí)代的伽利略、牛頓，到近代物理學(xué)確實(shí)立者愛(ài)因斯坦、玻爾一代代的物理學(xué)家所代表的人類智力的自由創(chuàng)辦，使我們對(duì)于物理實(shí)在的圖景的描述愈來(lái)愈湊近客觀真理，使物理學(xué)大廈漸漸地趨向圓滿。回首物理學(xué)的發(fā)展歷史，重溫物理學(xué)家從前經(jīng)歷的各樣挫折與成功，仿佛推行一種智力移植；經(jīng)過(guò)挖掘革命性、科學(xué)性理論的創(chuàng)辦性思路也許偉大科學(xué)家從事科學(xué)創(chuàng)辦的思路，使我們對(duì)物理世界的認(rèn)識(shí)更科學(xué)、合理，更富于創(chuàng)見(jiàn)，更機(jī)智矯捷。如借鑒歷史的明鏡，依照先人從前產(chǎn)生過(guò)的錯(cuò)誤，猜想今天初學(xué)者腦子里會(huì)出現(xiàn)的影像，防患未然、少走彎路。讓我們以亞里士多德與伽利略為例去追求啟示吧。我們從教科書(shū)上從前結(jié)納過(guò)這兩位偉大的學(xué)者。在落體運(yùn)動(dòng)法例問(wèn)題上、在力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系問(wèn)題上，這兩位時(shí)隔兩千年的學(xué)者的見(jiàn)解確實(shí)是相去甚遠(yuǎn)。在16世紀(jì)從前，亞里士多德在物理學(xué)界享有至高無(wú)上的聲威，致令人們的思想、察看和知識(shí)都牢牢拘束在亞氏所寫(xiě)下的那些東西上。它令人們相信地球是宇宙的中心；輕物體的自然運(yùn)動(dòng)是向上的；重物體的自然運(yùn)動(dòng)是向下的，越重的物體下落得越快；天體物質(zhì)的自然運(yùn)動(dòng)則是圍繞宇宙中心旋轉(zhuǎn)的；這些自然運(yùn)動(dòng)無(wú)需外力作用；非自然運(yùn)動(dòng)的那些物體都是由于有外力迫使；力是保持物體非自然運(yùn)動(dòng)的原因；馬車(chē)沿著馬路行駛自然得由馬來(lái)拉動(dòng)；推一個(gè)物體的力不再去推它，原來(lái)運(yùn)動(dòng)著的物體自然便停下來(lái)亞里士多德的見(jiàn)解與最簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)那么吻合、與人們對(duì)事物的理解程度那么吻合，因此曾一代一代地被奉若神明，視作人類知識(shí)的頂峰而保持了千百年。大自然的真理隱蔽在黑夜中，錯(cuò)誤令人們迷惑、迷惑，人類在混沌中研究伽利略偉大的工作，從根本上改變了人們對(duì)于運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的見(jiàn)解，使物理學(xué)進(jìn)入了新時(shí)期。伽利略運(yùn)用科學(xué)的研究方法，在幾十年時(shí)間里研究落體運(yùn)動(dòng)，研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，得出了與亞里士多德截然相反的結(jié)論。此刻我們知道，任何物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，直至有外力迫使物體改變這種狀態(tài)為止；勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止才是物體的自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，力則是致使物體改變自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因；自由下落的物體“下落速度與下落時(shí)間成正比”。伽利略是劃時(shí)代的物理學(xué)家，正如愛(ài)因斯坦所言：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志住物理學(xué)的真實(shí)初步。物理教科書(shū)上，亞里士多德給同學(xué)們的印象不好，他總是犯錯(cuò)，總是作出一些輕率的結(jié)論。同學(xué)們感覺(jué)亞氏實(shí)在太不高妙而伽利略則比他偉大千百倍。事實(shí)上，亞里士多德是古代一位偉大的學(xué)者，一位百科全書(shū)式的大學(xué)問(wèn)家，他有著成就事業(yè)的理性方法，又有幾乎無(wú)所不及的思想成就，他在哲學(xué)、邏輯學(xué)方面的成就到此刻還被應(yīng)用著，可是他在物理學(xué)中卻確實(shí)是錯(cuò)誤百出而且謬種流傳，整整貽誤物理學(xué)二十個(gè)世紀(jì)。亞里士多德的沉痛不在于腦筋，也不全在于時(shí)代，而在于研究方法不當(dāng)。亞里士多德的物理研究方法有什么特點(diǎn)呢？也許能夠用“察看加直覺(jué)”來(lái)歸納。亞里士多德察看了眾多的自然現(xiàn)象：火焰向上竄、石頭往下落、馬車(chē)要馬拉著跑、尖厲的聲音傳得遠(yuǎn)于是便依靠于直覺(jué)推理得出一系列直覺(jué)結(jié)論。誠(chéng)然，察看與直覺(jué)對(duì)物理研究是至關(guān)重要的，詳實(shí)的察看與優(yōu)秀的直覺(jué)經(jīng)常致使偉大的發(fā)現(xiàn)，察看令人腦累積事物的形象，形成一種潛知，直覺(jué)的想象、鑒識(shí)與啟示便使這種潛知的信息外傳。阿基米德巧解王冠之謎發(fā)現(xiàn)浮力規(guī)律、牛頓由蘋(píng)果落地而及月亮致使天地萬(wàn)物間的引力，就是亞里士多德自己也曾從察看月食現(xiàn)象而正確判斷地球是圓球形的?？墒牵锢韺W(xué)更是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，因此依照直接察看所得出的直覺(jué)結(jié)論經(jīng)常是不能靠的，它們有時(shí)會(huì)將人們引入歧路，將“察看加直覺(jué)”作為物理研究的基本方法，這也正是亞里士多德物理學(xué)的失敗之所在。伽利略是第一位創(chuàng)辦經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)查驗(yàn)理論推導(dǎo)的科學(xué)研究方法的科學(xué)家。他崇尚“實(shí)驗(yàn)加推理”，他拒絕聽(tīng)相信何未經(jīng)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想，哪怕那是來(lái)自于教堂或權(quán)威。伽利略用盡一世的精力研究落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，他第一經(jīng)過(guò)落體佯謬的思想實(shí)驗(yàn)，否認(rèn)亞里士多德的重物下落快的結(jié)論。經(jīng)過(guò)察看棉花、羽毛等在空氣中落下，伽利略從前提出過(guò)落體速度與密度成正比率的法例，可是經(jīng)過(guò)科學(xué)的推理，使伽利略認(rèn)識(shí)了不易察覺(jué)的空氣阻力，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了自己最初的法例的錯(cuò)誤，并猜想到在沒(méi)有空氣阻力的情況下，所有物體都在同樣地增加著速度。為了成立真實(shí)的落體法例，伽利略認(rèn)真地用實(shí)驗(yàn)研究了擺的運(yùn)動(dòng)和小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)格地定義了勻變速運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)出了精巧的時(shí)間測(cè)量方法，盡量地除去各樣阻力的影響，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具最后找到了物體下落速度與下落時(shí)間成正比的正確法例。伽利略的貢獻(xiàn)不能是成立了一個(gè)新的法例，而且將物理學(xué)研究推向正確的軌道，此后開(kāi)始了物理學(xué)的日異月新。亞里士多德與伽利略的