1、古代物理学
 

物理学史　　加入时间：2010/11/21 16:37:49　　 　　点击：2293

亚里士多德和阿基米德都是古希腊伟大学者,二人一先一后,但观点不同,方法不同,所得结果因此不同,形成鲜明的对比。古代的自然哲学影响后世物理学发展的是亚氏在物理学中的偏见和中世纪的经院哲学；而阿基米德则是古代的第一位也是伟大的近代型物理学家。

了解物理学史，从亚里士多德开始。我们或多或少对他有些误解，正如我们对于司徒雷登的误解，因为书上常常说的是亚里士多德对于运动的错误认识。他的物理理论有些确实有严重的局限性，但无损他其他领域的伟大成就。

亚里士多德（公元前384—前322年），古希腊斯吉塔拉人，是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一。亚里士多德是柏拉图的学生，亚里士多德出生于色雷斯的斯塔基拉，父亲是马其顿王的御医。公元前366年亚里士多德被送到雅典的柏拉图学园学习，此后20年间亚里士多德一直住在学园，直至老师柏拉图去世。柏拉图去世后，由于学园的新首脑比较同情柏拉图哲学中的数学倾向，令亚里士多德无法忍受，便离开雅典。他是著名的亚历山大大帝的老师，3年后，亚里士多德又被马其顿的国王腓力浦二世召唤回故乡，成为当时年仅13岁的亚历山大大帝的老师。根据古希腊著名传记作家普鲁塔克的记载，亚里士多德对这位未来的世界领袖灌输了道德、政治以及哲学的教育。我们也有理由相信，亚里士多德也运用了自己的影响力，对亚历山大大帝的思想形成起了重要的作用。正是在亚里士多德的影响下，亚历山大大帝始终对科学事业十分关心，对知识十分尊重。亚里士多德并没有一直留在国王身边，他决定回到雅典，建立自己的学园，教授哲学。亚里士多德得非常重视教学方法，他反对刻板的教学方式，他在雅典办了一所叫吕克昂的学校，他经常带着学生在花园林荫大道上一边散步、一边讨论哲理，因此后人把亚里士多德学派称作“逍遥学派”。马克思曾称亚里士多德是古希腊哲学家中最博学的人物，恩格斯称他是古代的黑格尔。
　　亚里士多德师承柏拉图，主张教育是国家的职能，学校应由国家管理。他首先提出儿童身心发展阶段的思想；赞成雅典健美体格、和谐发展的教育，主张把天然素质，养成习惯、发展理性看作道德教育的三个源泉，但他反对女子教育，主张“文雅”教育，使教育服务于闲暇。
　　亚里士多德一生勤奋治学，从事的学术研究涉及到逻辑学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、经济学、美学等，写下了大量的著作，他的著作是古代的百科全书，据说有四百到一千部，主要有《工具论》、《形而上学》、《物理学》、《伦理学》、《政治学》、《诗学》等。他的思想对人类产生了深远的影响。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学作出了巨大的贡献。不幸的是，他的物理理论有严重的局限性，当然无损他其他领域的伟大成就。

作为古代最早的物理学体系是亚里士多德体系，它认为,地球处于宇宙的中心,一切物体都有向这个中心降落的"自然倾向".这个体系的天文学部分后来被中世纪天文学家托勒密发展成为更为完整的地心说.这是人类对物理世界最初的认识,也是人类概括自己的直接经验的第一次认真的尝试,它如实地反映了人类日常生活经验:太阳围绕地球转,所有物体都趋向于地球中心;物理推一推动一动,不推就不动,看起来这一切都是合情合理的,并且都经受了自有人类以来几百万年实践经验的检验.历史沿着这个体系所指示的方向,继续平静地行进了足足两千年之久。

亚里士多德对来自肤浅的事实观察几乎无批判地形成概念,对他们的逻辑分析,有时仅仅是诡辩式的分析.因此在他的物理学中存在着许多偏见.他认为地球是宇宙中心,天体围绕地球作圆周运动.主张运动总是需要力的作用,力决定物体的运动速度.对于向空中抛一物体的运动,亚里士多德认为当物体开始运动时,空气就被推开,空气在填充由抛体造成的真空区域时,产生一种推力,来维持它运动.亚里士多德从思辨出发,曾在力学中给出过一条有关引力性质的论断,他认为物体的重量是由于存在土元素而产生的,而土元素的自然倾向就是落向地心.物体越重,所含有的元素越多,落到它的自然位置的倾向也越大.因此,当物体受到地球的引力而下落时,重的东西下落得快,轻的东西下落得慢,但亚里士多德并没有做这方面的实验,他那个时候还不是用实验与理论对比的方法来认识自然,而更多的求助于思辨.亚里士多德还认为,自然界不可能有真实,"自然界厌恶真空".这个观念直到1643年意大利的托里拆利发明水银气压计,才被人们所抛弃。

还有亚里士多德认为白色是一种再纯不过的光，而平常我们所见到的各种颜色是因为某种原因而发生变化的光，是不纯净的，这种结论直到17世纪大家对这一种结论坚信不移，为了验证之一观点，牛顿把一个三棱镜放在阳光下，阳光透过三棱镜后形成了红，橙，黄，绿，蓝，靛，紫七种颜色组成的光带照射在光屏上，牛顿得到了跟人们原先一直认为正确的观点完全相反的结论：白光是由这七种颜色的光组成的，这七种光才是纯净的。

在研究法上,亚里士多德认为数学对描述地面现象没什么价值,强调直接的定性的观察是形成理论的依,这些使亚里士多德在生物研究中取得了很大的成就,但事实证明,只是在认识到数学推导和精细测量之后,物理学才真正得到发展。

阿基米德（前287年—前212年），伟大的古希腊哲学家、数学家、物理学家。出生于西西里岛的叙拉古。阿基米德到过亚历山大里亚，据说他住在亚历山大里亚时期发明了阿基米德式螺旋抽水机，今天在埃及仍旧使用着。第二次布匿战争时期，罗马大军围攻叙拉古，最后阿基米德不幸死在罗马士兵之手。

　　阿基米德出生在希腊西西里岛东南端的叙拉古城。在当时古希腊的辉煌文化已经逐渐衰退，经济、文化中心逐渐转移到埃及的亚历山大城；但是另一方面，意大利半岛上新兴的罗马帝国，也正不断的扩张势力；北非也有新的国家迦太基兴起。阿基米德就是生长在这种新旧势力交替的时代，而叙拉古城也就成为许多势力的角力场所。

阿基米德的父亲是天文学家和数学家，所以他从小受家庭影响，十分喜爱数学。大概在他九岁时，父亲送他到埃及的亚历山大城念书，亚历山大城是当时世界的知识、文化中心，学者云集，举凡文学、数学、天文学、医学的研究都很发达，阿基米德在这里跟随许多著名的数学家学习，包括有名的几何学大师—欧几里德，因此奠定了他日后从事科学研究的基础。

阿基米德确定了抛物线弓形、螺线、圆形的面积以及椭球体、抛物面体等各种复杂几何体的表面积和体积的计算方法。在推演这些公式的过程中，他创立了“穷竭法”，即我们今天所说的逐步近似求极限的方法，因而被公认为微积分计算的鼻祖。他用圆内接多边形与外切多边形边数增多、面积逐渐接近的方法，比较精确的求出了圆周率。面对古希腊繁冗的数字表示方式，阿基米德还首创了记大数的方法，突破了当时用希腊字母计数不能超过一万的局限，并用它解决了许多数学难题。

阿基米德在天文学方面也有出色的成就。除了前面提到的星球仪，他还认为地球是圆球状的，并围绕着太阳旋转，这一观点比哥白尼的“日心地动说”要早一千八百年。限于当时的条件，他并没有就这个问题做深入系统的研究。但早在公元前三世纪就提出这样的见解，是很了不起的。

阿基米德和雅典时期的科学家有着明显的不同，就是他既重视科学的严密性、准确性，要求对每一个问题都进行精确的、合乎逻辑的证明；又非常重视科学知识的实际应用。他非常重视试验，亲自动手制作各种仪器和机械。他一生设计、制造了许多机构和机器，除了杠杆系统外，值得一提的还有举重滑轮、灌地机、扬水机以及军事上用的抛石机等。被称作“阿基米德螺旋”的扬水机至今仍在埃及等地使用。

　　阿基米德发展了天文学测量用的十字测角器，并制成了一架测算太阳对向地球角度的仪器。他最著名的发现是浮力和相对密度原理，即物体在液体中减轻的视重，等于排去液体的重量，后来以阿基米德原理著称于世。在几何学上，他创立了一种求圆周率的方法，即圆周的周长和其直径的关系。阿基米德是第一位讲科学的工程师，在他的研究中，使用欧几里德的方法，先假设，再以严谨的逻辑推论得到结果，他不断地寻求一般性的原则而用于特殊的工程上。他的作品始终融合数学和物理，因此阿基米德成为物理学之父。

　　他应用杠杆原理于战争，保卫西拉斯鸠的事迹是家喻户晓的。而他也以同一原理导出部分球体的体积、回转体的体积（椭球、回转抛物面、回转双曲面），此外，他也讨论阿基米德螺线（例如：苍蝇由等速旋转的唱盘中心向外走去所留下的轨迹），圆、球体、圆柱的相关原理，其成就。阿基米德将欧几里德提出的趋近观念作了有效的运用，他提出圆内接多边形和相似圆外切多边形，当边数足够大时，两多边形的周长便一个由上，一个由下的趋近于圆周长。他先用六边形，以后逐次加倍边数，到了九十六边形，求出π的估计值介于3.14163和3.14286之间。另外他算出球的表面积是其内接最大圆面积的四倍。而他又导出圆柱内切球体的体积是圆柱体积的三分之二，这个定理就刻在他的墓碑上。