西方古代物理学成就

第二章 西方古代物理学成就
第四节 中世纪的物理学知识
历史背景：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。

②阿拉伯文化时代（8—11世纪）：地处东西方贸易交流纽带的阿拉伯，成为沟通东西方文化的桥梁，同时完好的保存了许多古希腊的学术典籍，对后来欧洲文艺复兴乃至近代科学产生重大影响。

③经院哲学时代（11—12世纪）：这一时期的哲学内容是论证和辩护宗教信仰的合理性，主张理性服从信仰，将哲学变成了神学的婢女。

代表人物托马斯•阿奎那（1226—1274）将亚里士多德的学说神话，使其成为不可侵犯的权威。

反叛代表培根。

一 阿拉伯人的物理成就
1.阿勒—哈增（965—1038）著有《光学全书》：研究了眼睛的结构，如“网膜”、“角膜”、“玻璃状体”、“前房液”等术语均出自于他。

认为视觉是光线从物体发出进入人眼所致；
认为光的入射线、反射线和法线都在一个平面内；
研究了球面镜、抛物镜成像问题；
正确解释了太阳、月亮在地平线附近看起来较大的原因;
2.阿勒•哈兹尼（12世纪人）著有《智慧秤的故事》：
由一根带有5个秤盘的杆秤，可以测量空气中和水中物体的重量,从而编出比重表；发现了水的比重随温度的不同而不同；发现空气有重量，因而阿基米德定律在空气中也适用；指出大气的密度与高度有关；提出物质的量与重量不同，两者成正比关系；他还用路程与时间之比表示速度。

二 欧洲人的研究工作
阿拉伯在8-9世纪开始大量翻译希腊的经典著作。

从10世纪中叶开始，欧洲一些学者，将阿拉伯文的书翻译成拉丁文。

到12世纪，翻译活动形成了更高的浪潮。

这种翻译活动为后来的文艺复兴和科学革命准备了学术上的重要条件。

此外，可与翻译活动相提并论的重要事件是大学的建立。

12世纪，在欧洲建立了牛津大学、巴黎大学和波伦亚大学；后来人们仿照这三所大学又建立了一些大学，同时在大学内又相继成立了一大批专门的学院，这些学院对中世纪晚期学术发展发挥了重要作用。

1 罗吉尔•培根（约1214--1294）的研究
英国人，是13世纪杰出的科学家。

大胆同迷信、反动教会作斗争，是近代自然科学的先驱。

他提倡：
①倡导实验方法研究自然
他是当时唯一旗帜鲜明地主张科学实验的人。

通过实验培根发现了火药的成分；发明了暗室；用光线在雨滴中的折射解释了虹的成因；提出用平凸透镜制成望远镜的设想；研究过蒸汽的作用，并预言可以造出不用人力浆的航船，不用马拉的自动行驶的车，以及能在天上飞行的装置等。

②重视对数学的研究
实验方法和数学方法相结合是近代物理学产生的重要支柱。

这种方法在西方始于阿基米德，经培根提到原则的高度，预示着近代科学即将诞生。

培根的思想远远超过了他的时代，并写了很多著作。

由于培根的科学思想为当时的教会所不容，在教会的严格监视下，培根在巴黎寺院里生活了10年，后来又被关进监狱14年之久，出狱后两年便与世长辞。

他的主要著作《大著作》、《小著作》、《第三著作》等也没有流传，只有其中一小部分以手抄本的形式保留下来。

2.冲力说
六世纪时的斐劳波诺斯在注释希腊著作时，曾批评了亚里士多德的空气动力说，同时提出“无形注入的力”。

他否认天体的运动是神灵推动的，而是上帝在初始时就赋予天体的一
种力。

靠着这种力来维持天体的运动，这种力是永恒的。

14世纪牛津大学的威廉和巴黎大学校长布里丹又发展了“无形力”思想，提出“冲力”概念，并认为冲力的大小与物体的密度、体积、速度成正比。

这正是冲量的初步概念。

3.运动学的研究
在分析落体运动时，布里丹等和其他学者一样，也认为重量是运动变化的第一原因 。

重力可使物体下落，同时也产生冲力的累积和增加；这种连续的增加，导致物体速度的持续增加。

14世纪早期，在牛津大学的梅顿学院，一批学者也开始讨论运动问题，并定义了匀速运动和匀加速运动（后来伽利略直接利用了这些定义）。

提出了平均速度定理：一个物体，从静止开始均匀加速，在一定时间内运行一段距离。

如果同一物体在同一时间间隔内用等于它的匀加速时间间隔的中点的瞬时速度作匀速运动，它将通过相等的距离。

这是中世纪物理学研究的最重要成果之一。

1350年前后，巴黎的尼古拉•奥雷斯姆在《论性质的构形》中对平均速度定理给出了最完美的证明：
S∆ABC=S ABGF
AB轴表示时间，AC轴表示速度
奥雷斯姆的证明在14—15世纪的欧洲广为人知。

这对以后伽利略关于运动的研究应有深刻影响。

另外，萨可森的艾尔波特也曾指出，两个大小不同因而重量不同的同质物体在虚空中将以同等速度下落。

这都为伽利略关于运动的研究打下了基础。

总之，中世纪晚期的物理学研究已取得了很大的进步，并且为近代物理学的建立创造了一定条件。

4.古印度、巴比伦和阿拉伯在天文学、数学方面的贡献：
据载，古印度发现了十进制记数法，经阿拉伯传到欧洲，逐步演变为当今的“阿拉伯记数”。

在祖冲之之后1000年，阿拉伯数学家求得圆周率π，准确到小数点之后17位。

总之，在古代我们的祖先创造了瑰丽的文明，许多物理现象和规律被发现和记载下来，成为今后物理学发展的基础。

第五节. 亚里士多德的物理学
一.古代物理学的特点
1.物理现象虽被发现和记录下来，但未形成系统的理论。

2.受神学的支配很强。

3.天才的臆测建立在笼统的直觉观察之中。

二.亚里士多德的物理学
1.亚里士多德（希腊，约公元前384-公元前322）
出生于希腊北部的一个城邦，18岁进入柏拉图学园 ，并在此学习和工作了20年之久。

柏拉图死后，亚里士多德离开了学园，不久到了马其顿，任宫廷教师，约在公元前342年，他成为王子亚力山大的私人教师。

公元前335年，又回到雅典，创办了吕克昂学园。

亚里士多德的研究很广泛，建立了一个庞大的理论体系，被称为“学术理论帝国”。

他系统研究了逻辑学、政治学、论理学、文学、天文学、物理学、生物学等，著述甚丰，据说上千卷，包括《形而上学》、《物理学》、《论理学》、《工具篇》等。

被称为古希腊思想史上的“百科全书”。

在科学领域里起着奠基性的作用。

由于他和弟子们常在散步时进行哲学讨论，所以被称为“逍遥学派”。

2.主要观点
1)提出物理学名称的第一人，强调科学分类。

2)若物体不受力，运动即停止。

力是运动的原因。

3)物体越重，下落速度应该越大。

4)地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮围绕它转。

亚氏观点从归纳日常生活出发，加上哲学思辩，后来发展为经院哲学，成为自然科学的障碍。

关于经院哲学:
西欧中世纪主要哲学思想的总称。

因产生于天主教的学院，故称经院哲学。

主张理性服从信仰，目的在于论证基督教的教条，维护教会和封建主的统治。

主要代表为托马斯·阿奎那。

宣扬科学的根本目的在于适应神学。

3.被利用
亚氏的某些观点符合封建与宗教统治者的利益，统治集团将其抬到吓人的高度。