第二章西方古代物理学

希
定律。
应用：
①著名天文学家阿里斯塔克（约前310—230）： 测量日地距离和月地距离之比； ②埃拉多塞（约前270—前196）测量地球周长等。
4.地心说
古希腊后期的阿波罗尼（约前247—前205）为了克服同 心球层模型的困难，提出了“本轮—均轮”结构模型：行星 沿着本轮做圆周运动，本轮的中心又沿着在以地球为中心的 均轮上做圆周运动。之后的希帕克斯又发展了偏心轮和本 轮—均轮体系。直到托勒密（约90—168）进一步发展了地 心说宇宙结构：他用80个轮来解释天体的运动，与实测数据 符合的较好。后来被宗教利用来宣传教义，流行了1400多年。
二 数的和谐思想
创始人：毕达哥拉斯（约前584-前497）。认为世界是 一个超感性世界，是一个“数”的世界。数是万物本原， 有了一个一个的数，才有了几何上的点，有了点才有线、 面和立体，有了立体才有土、水、气、火四种元素等。 将数赋予一定的意义：1代表同一，是普遍的，由1产 生2，产生出各种数；2代表意见，是1的对立物；3是实在 和圆满，所有一切都有3决定；4是正义；10是灵魂与理性； 10=1+2+3+4，包含了数的全部本性。10是最完美的数字， 认为天上应该有10个天体（当时已知道9个），10个天体之 间应存在一定的“和谐”关系等等。 认为圆形和球形是最完美的图形，所以天体的形状是球 形的；
三 原子论
创始人：米利都学派的留基伯和其学生德谟克利特。 接受了毕达哥拉斯的超感性世界的认识，但不接受“数”的 本原观点。他将微观的几何点同“存在”结合起来，认为 “存在”是不可分的、不变的、球形的。并将“存在”取名 为“原子”。其原子论大致要点有七条：略。 原子论在希腊并未受到应有的重视，但雅典的伊壁鸠 鲁（Epicurus，前341-前270）还是发展了这一学说：原子 本身不仅有形状上的差别，还有大小和重量的不同，原子在 虚空中以同样的速度运动着，只要不遇到任何阻抗。但是， 由于原子内部的原因，原子在运动中会发生偏斜，由于这种 偏斜使原子产生涡旋运动。 罗马科学家卢克莱修（Lucretius,约前95-前55）也继 承和传播了原子论。
由于注重数的比例关系，发现了数学上的毕达哥拉斯 定理（勾股定理）与音乐上的五度相生律。认为世界上的 一切现象和规律都服从“数的和谐”，这种“数的和谐” 表现为数学上的简单性、对称性与和谐性。 毕达哥拉斯学派对数的尊崇形成了对数的神秘主义， 但他们对“数的和谐”的追求，却形成了理性的数学传统。 对后来自然科学的孕育、形成和发展产生了巨大作用。 “数的和谐”成为后来以至今天科学研究的一个重要指导 原则。由“数的和谐”发展为“宇宙的和谐”的观念成为 历代科学家的指导思想与科学方法。
②亚历山大时期（前4世纪—前2世纪）：以亚历山大为首的
马其顿人征服了全希腊，建立了地跨欧亚非大陆的亚历山大帝 国，在埃及建立了“亚历山大城” ，在城内还建立了博物馆和 图书馆，聚集了大批优秀的科学家。科学文化的中心也自然的 转为埃及的亚历山大城；
③罗马时期（前2世纪—4世纪）：希腊被罗马人征服,开始了
阿 基 米 德 像
启
明
之
光:
二. 古 希 腊 时 期 的 物 理 进 展
2）发明的滑轮组：应国王要求，利用机械装置将
一艘巨轮拖动。这一机械装置即是他发明的滑轮组。
3)豪言：传阿基米德在叙拉古的王宫曾以这样的豪言
评价杠杆的作用:“给我一个支点，我可以撬动地球”。
4) 鉴定王冠： 传阿基米德在洗澡时发现了鉴定王冠的纯
第一节 古希腊物质本原思想
一 元素论 二 数的和谐思想
三 原子论
一 元素论
①城邦时期：米利都学派创始人泰勒斯认为万物本原是水， 大陆漂浮在水面上；万物源于水，复归于水，任何东西都会 产生和消灭，惟独水是常存的。 其学生阿那克西曼德，认为世界的本原不可能是水，他 认为万物的本原必须在宇宙的斗争中保持中立，应是无任何 规定性的“无限者”； 阿那克西曼德的学生阿那克西米尼，则将万物的本原看 作是“气”，认为大陆并无固体支撑，象一片树叶漂浮在空 气中，就象天上的星球一样。 赫拉克利特（一城邦邦主）认为是“火”，他指出： “世界对于一切存在的物都是一样的，它的过去、现在、未 来永远是一团永恒的火，在一定的分寸上燃烧，在一定的分 寸上熄灭。”世界没有开端，没有终结，处于永恒的运动变 化中。同一事物中对立的两个方面的斗争产生了万物。
罗马时期。初期由于政治动荡，科学文化停止不前，当社会稳 定后，从公元2世纪到4世纪，亚历山大里亚的科学再度中兴。 这时科学家已经转为重视使用的氛围中，研究活动多与实际生 活的需求相关。或者表现为对以往科学的注释上。
中世纪可以细分为三个时期：
①黑暗时代（5—8世纪）：战争频繁，社会动乱，古希
腊学术终结。基督教成为罗马国教，违背宗教的见解受到 惩罚。
金成分的方法，并在国王和大臣面前进行了表演：他先把 一块与王冠重量相等的纯金放进一个盛水的容器中，称出 溢出水的重量，接着再对王冠重复上述过程，发现溢出的 水比前者多，从而说明王冠里掺进了比金轻（密度小）的 金属。 另一种说法是：用等重的金块、银块和王冠，分别称出它 们在水中的重量，算出它们在水中减少的量，即可断定王 冠是否掺了假。
意义：阿基米德的力学研究方法具有“一般”的意义。
阿基米德不仅提出了著名的浮力定律和杠杆原理，他在得 出这两个原理的过程中所采用的公理化方法(将实验和数 学推理结合起来)也成为近代甚至现代物理学研究的重要 方法之一。
杠杆实验图
二 光学知识
欧几里德（约前330—前275）建立的优美的几何演绎体系，
是古代数学乃至整个数学史上的最伟大成果之一。他将 几何学引入到光学研究，将光学看作是几何学的一个分 支，著有《反射光学》，确认光的直进性，并建立了光 的反射定律。确定了凹面镜的聚焦点在球心或在球心与 球面之间。但他却认为视觉的产生是从人眼睛发射出的 光线被物反射回来的结果。
启
明
之
光:
二. 古 希 腊 时 期 的 物 理 进 展
传： 1) 铜镜烧船 : 地中海，罗
马 要 灭亡叙 拉 古 。阿基 米 德 让妇女 用 铜镜组成 一 面 聚光镜 烧 战船上的 帆 ， 浸了油 的 绳与桅杆 和帆都烧起来了。 1747 年，法国科学家 布韦为了验证这一情况 ， 用 360 面镜子，拼成一个 大凹镜，烧灼了 70 米外 的木堆。
5.太阳中心说
阿里斯塔克（约前310—前230）提出了与众不同的见 解：太阳是宇宙的中心，地球和行星都围绕太阳运转，地球 每年绕太阳转一周，又每天自转一周。因为恒星距离我们太 远，其视差太小，我们看不出来，所以看起来恒星在远处不 动。可惜他的看法不为当时人们的理解，其思想也就被淹没 了。
第三节 古希腊的物理学知识
恩培多克勒：西西里岛的一位王子，因不愿接受王位而到 处游学，专门研究科学与哲学。恩培多克勒认为，不能用 单一物质做万物的本原，并提出“四根说”，即土、水、 气、火四种元素，它们依次为固体、液体、气体，火则代 表颜色和温度。 ②亚历山大时期：进入公元前4世纪，希腊战争不断，直到亚 历山大统一帝国。这时古希腊学派林立的科学与哲学学派 也最终走向统一。这一任务有亚里士多德完成。亚里士多 德在总结前人研究的基础上，提出：地上万物由轻重不同 的土、水、气、火四种元素组成，月层以上的天体由以太 组成，而元素又由冷、热、干、湿这四种更基本的基质构 成。湿和冷组合成水，湿和热组合成气，干与冷组合成土， 干与热组合成火。
古希腊的物理知识主要集中在力学和光学两 个方面。力学主要有亚里士多德的动力学思想和阿 基米德的静力学。
一 力学知识
1.亚里士多德的力学研究
①关于空间：他认为空间即意味着不动。并提出了空间位 置的相对性，如“同一位置可以是右也可以是左，可以是上, 也可以是下。” 但他认为宇宙有限和天球以外是空虚的。 ②关于时间：他认为时间就是描述运动的数。他说“时间是 使运动成为可以记数的东西”“我们不仅用时间计量运动，也 用运动计量时间，因为他们是相互确定的”。他认为时间不同 于运动，运动有快有慢，而时间的流失则是均匀的。
3.柏拉图学派
非常崇尚数，继承和发展了毕达哥拉斯学派对科学 美的追求。他认为，天体必须沿着完美的圆形轨道作均 匀有序的运动，或者沿着复合的圆周运动。他提出：有 没有任何一种假说能把行星运动在外表上的无序转化为 有序、美和简单呢？其学生欧多克索和亚里士多德提出 了同心球层模型：欧多克索假设了26个同心球，亚里士 多德发展到56个，太阳、月亮和地球为一个同心球，且 太阳和月亮以地球为中心运动。
到17世纪，法国科学家伽桑狄（Piette Gassendi, 1592 - 1655)重新发现和传播了原子论。他们的研究与传 播对道尔顿建立科学的原子论作了必要的准备和中介。
第二节 古希腊时期对宇宙的认识
1.米利都学派
泰勒斯认为地象一个圆盘或圆筒浮在水面上，其学生阿 那克西曼德认为宇宙是一大圆球，地处于球中央，形状也 是圆盘或圆筒形，地静止不动。
④意义：亚里士多德能够摆脱神的意志，并能形成一套自 圆其说的体系，在当时是有非常重要意义的。在科学史上， 他是一个重要的开拓者，尽管其许多观点是错误的，但其历 史作用不可否定。
2. 阿基米德（前287—前212）
古希腊最著名的物 理学家，数学和力学大师。后人称 其为“物理学之父”。著有《论平面的平衡》《论浮体》， 其数学 研究在欧几里德之后达到那个时代的顶点。 1）杠杆原理：用了7条假设，论证表述了15个命题. 2）浮力定理（阿基米德定理）； 3）证明了正圆柱内切球体的体积与该圆柱体积之比 为2:3；他采用了两种方法： ①实际制作了两个材料相同的模型，称其重量； ②从数学上推导论证。 4）提出了重心的概念和物体重心的求法； 5）计算了π的数值在3又10/71和3又1/7之间； 6）发明了滑轮组； 7）发明了阿基米德螺旋提水器等。
第一节 古希腊物质本原思想 第二节 古希腊时期对宇宙的认识
第三节 古希腊的物理学知识