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分享开普勒的工作: gordon 2017-1-14 05:03; 尽管太阳不动的假说大大简化了天文学理论和计算，但不符合观测结果。决定性的改进是50年后，那个不可思议的神秘主义者、理性主义者、经验主义者的开普勒（也是星象学家，可以凭借星象断定一个人的运程）开普勒和哥白尼是完全相反的两种人，哥白尼年轻时就获得良好的教育，过于遁世的、稳定的生活，他能够几乎全部献身于建立理论。开普勒，出生时就身体弱，为父母所忽视，只得到很差的教育。家庭贫寒，学了一手谋生的手艺，就是“通过星象预测人生”，有一个糊口的饭碗。 1600年，他获得了一个职位，做第谷的助手。第谷死后，开普勒继任为波西米亚皇帝鲁道夫二世的“帝国数学家”，也为宫廷“占星算命”。开普勒顺从了这一职责，他的哲学观是大自然给所有的动物都提供了谋生的手段。他惯于称占星术为天文学的女儿，女儿赡养她自己的母亲。 ********************************************************************** 开普勒和哥白尼一样，是一个神秘主义者。相信世界是由上帝根据简单美丽的数学图式设计的。没什么原因，就是要简化 “托勒密模型” ，倒不是托勒密体系观测不准确。当然，开普勒也有一些我们所理解的科学家的品质，他能够冷冰冰地富有理性。他知道理论必须符合观测结果，当他最心爱的数学假说不符合观测数据时，就牺牲它们。拒绝容忍当时其它科学家可能会忽视的不一致，正是这种不可思议的执着促使他支持彻底的观点。至此，开普勒的工作会受到与亚里士多德攻击毕达哥拉斯时同样的批评：“他们并不是为现象寻找理由和原因，而是强行使现象符合他们的意见和预想，试图重建宇宙。” ********************************************************************** 只是在开普勒获得了第谷的观测资料，并且自己也做了更多的观测后，他确信必须抛弃他的先驱托勒密和哥白尼以及他自己构想的天文学模式。他寻找符合这些新观测数据的规律，三个著名的成果是其最高成就。第一个定律与一切传统决裂，在天文学中引入了椭圆。椭圆的性质，已经被希腊人透彻研究过了。 1500年来人们试图用圆的组合来描述每个行星的运动，其结果是用一个简单的椭圆代替每一个组合。开普勒第一定律告诉我们行星遵循的路径，但没告诉我们行星沿着路径运动有多快。人们也许会预想每个行星在其路径上以匀速运动，但是观测数据使得开普勒相信事实不是这样。开普勒的第二个发现是，连接太阳和行星的线扫过的面积是恒定的。还得求面积，哈哈 ********************************************************************** 还有一个问题，什么规律描写行星到太阳的距离？此问题更复杂，行星到太阳的距离并不恒定。他相信大自然不仅是根据数学设计，而且是和谐地设计的。他相信有一种天体的音乐产生和谐的音响效果，虽不是产生实际的声音，不过将行星的运动的事实翻译成音符后还是能辨认出的。顺着这条线索，经过数学论证和音乐论证的令人惊异的结合，他得到了一条规律，发表在1619年《论世界的和谐》一书中。就是公转周期和距离的关系。（D 的正确值是每个椭圆路径的半长轴） ********************************************************************** 托勒密曾宣称在解释现象时有必要采用适合现象的最简单的假说，哥白尼就用这个论据来反对托勒密的理论（托勒密理论的后续复杂的本轮是伊斯兰学者加的，加到77个本轮）哥白尼也是用圆，把所需圆的数量从77个减少到34个。 ********************************************************************** 对那些生活在17、18世纪的人们，即便是那些能理解哥白尼、开普勒和伽利略著作的人，也有充分理由持怀疑态度。感官证据与这一理论冲突，而哥白尼和开普勒的数学论证，除了哲学信念外，只是建立在日心说的相对简单性上，因而很少有说服力。那么，如何确定在我们的物理世界中什么是真实的？ ********************************************************************** 他们主要是思辨型思想家，期望通过直觉或关键性的观察和实验来抓住深广而且简单清楚的不变的数学原理，然后期望从这些基本原理中推导出新的定律，完全像在数学中建立几何学那样。演绎推理构成了科学活动的大部分，整个思想体系要这样推出。伽利略预期只是几个实验就够了，这一点很容易理解。因为这些人相信大自然是根据数学设计的。对于实验科学来说，伽利略只是一个过渡人物。大规模实验直到19世纪情形才是这样。当然17世纪有一些著名的实验科学家：胡克、波义耳、惠更斯，更不用说伽利略和牛顿了。但就实验来说，假想实验多，还不是人们所称道的一个实验科学家。 ********************************************************************** 赫兹说道：“麦克斯韦理论由麦克斯韦方程组成，没有力学解释，也不需要力学解释。” 他继续说道：“我们摆脱不了这样的想法：这些方程有其自身的存在和心智，它们比我们甚至比其发现这更有智慧，我们从中得出的逼当初放进去的更多。” 数学公式是确定的，全面的，而质的解释却是模糊的，不完整的。这些符号有其自己的智能。 ********************************************************************** 1900年，暴风雨的前夜。欧式几何、面积、运动、微积分，都是基于几何的和康德不同，高斯并不认为力学定律是真理。相反，他和另外的一些人追随伽利略，相信这些定律是建立在经验基础上。高斯断言真理在算数中从而也在建立在算术基础上的代数和分析中，因为算术的真理对于我们的心智来说是清楚的。欧式几何的物理必然性是不能证明的，几何学应该和力学放一类。很久以来，欧式空间被看成就是关于我们经验的物理空间。 ********************************************************************** 19世纪的物理实验室 19世纪初，法国是实验研究的中心，例如：以精密量计著称的法国工艺学院（CNAM）早在1793年就已成立，开始大概是作为博物馆之类的场所，1829年建成实验室。但即使在法国，条件也是很差的，科学家仍然是在相当艰难的情况下从事实验工作。例如：著名实验生理学家贝尔纳（C.Bernard）工作在潮湿的小地窖中，他甚至管这个地方叫“科学研究者的坟墓”。盖-吕萨克的实验室也是在地下，他为了预防自己受潮，整天穿着木底鞋。当时，这些实验室都是私人所有，要购置必要的仪器设备，没有足够的钱财是不可能的。所以，只有出身于“家产万贯”的富裕人家的子弟才能进行物理实验。物理学家往往把自己的仪器设备看得非常宝贵，有的仪器被打磨得铮亮，有的精心油漆，妥善地摆放在玻璃柜中。杜隆（Dulung）几乎把自己全部财产都化费在购置仪器；菲涅耳为了做他的实验，付出了大量资财；傅科的许多实验也是在家里做的；电流磁效应发现不久，学者们聚集在安培的住宅门前，为的是一睹通过电流后使磁针偏转的细铂丝。直到1868年，由于德国明显地有超过法国的趋势，才使法国政府认识到应该对科学家的工作提供必要的支持。最有名的一件事是，拿破仑三世亲自下令，给上面提到的贝尔纳专门建立一间实验室。最早的规模较大的物理实验室要算柏林大学的物理实验室了。它是由马格努斯（H.G.Magnus，1802—1870）创建的，马格努斯原来也是化学家，1845年成为柏林大学物理和技术教授。开始他也是在自己的住宅里分出几间房屋当作实验室，让最优秀的学生参加研究工作，其中有来自欧美各国的年轻学者。据一位曾在那里工作过的美国学者里兹（A.R.Leeds）回忆，当他在那里学习时，同时还有三个别的学生在那里工作，一个研究声学，一个研究偏振光，还有一个检测刚刚发现的化合物晶体。赫姆霍兹和丁铎尔也出身于这个实验室。由于规模逐渐扩大，柏林大学给予适当的财政资助，于是这所私人实验室转变成了大学机构的一部分，1863年正式成为柏林大学物理实验室，是当时世界上屈指可数的一所正规物理实验室。柏林大学也因此成为欧洲物理学研究中心之一。马格努斯还创造了学术讨论会（colloquium）的形式，让学生轮流报告自己新近的科学进展，也常邀请访问学者做报告，研究生院的体制由此逐渐形成。1871年，赫姆霍兹继任物理实验室教授，他是著名的声学和生理学教授，对能量守恒与转化定律的形成有过贡献。在他的引导下，他的学生H.赫兹做了著名的电磁波实验。柏林大学物理实验室的成功经验吸引了英国同行的注意，也开始按德国的模式建立实验室。走在最前面的是著名物理学家W·汤姆生，即开尔文勋爵。1846年，他被任命为格拉斯哥（Glasgow）大学物理学教授。在他的讲堂附近有一座废弃了的酒窖，他就利用来布置成一个实验室，后来又增加了一间没人用过的考试室。原先在英国往往只有表演实验，现在他让学生自己动手做。他邀请学生动手做实验的理由是：“ 有些观测工作量太重，没有两三个人一起干往往做不成 ”。到1866年，这所实验室才正式被大学承认。尽管开尔文当时已有很高的声望，也没有能够建立象柏林大学物理实验室那样的物理实验室。这也许跟开尔文的个性有关，因为他最感兴趣的还是工程方面的研究，例如：横渡大西洋的电缆工程，而对基础研究不够重视。不过他的学生对实验工作还是非常积极的，因为他常常把有关工程的课题交给学生做，学生们的实验工作大多是创造性研究。有趣的是，他的学生多半是学过哲学而又进入神学班的高年级生。开尔文在1885年回忆说①： “我记得有一位德国教授知道这种做法和人员使用情况后表示非常惊讶，问道：‘神学家还学物理？’我就回答：‘是的，他们都这样做，而且他们中的许多人做的是第一流的实验’。” 英国当时还有几所大学建立了物理实验室，例如伦敦的大学学院和国王学院都设立了学生用的物理实验室，但未纳入正规的物理课程，也没有规定学生必须参加研究。待到19世纪后期，牛津大学建立了克拉伦敦（Clarendon）实验室，剑桥大学建立了卡文迪什实验室。这两所实验室在世界上都很有名，其中尤以卡文迪什实验室的影响最大。 ********************************************************************** 到了19世纪30年代，欧洲的一些大学里相继出现了私人物理实验室，开始以师徒式的授课方式进行物理实验训练。如：德国柏林大学的H.G.马格努斯（Henry Gustavus Magnus ,1802~1870年）开了将热衷于实验研究活动的学生引入实验室接受指导训练的先河。随后，英国格拉斯格大学教授开尔文勋爵（Lord Kelvin,1824~1903年）将一座废弃的酒窖改造成为实验室，由起初邀请学生到这里协助他工作，到后来学生主动来这里在教师的言传身教下进行创造性研究的实验指导，学生的实验热忱和兴趣由于他自己的实验工作内容、热情和与学生保持着密切的交往而被极大地激发出来，使这个简陋的实验室存在长达25年之久。当时类似于以上两所大学这样的师徒式的物理训练是典型的个别传授制。这反映了当时社会经济、自然科学等的不发达。同时由于科学实验活动的社会化程度比较低，并没有向大学提出大的教育规模，所以当时理工科学生的数量比较少，师徒式的物理训练可以满足高等教育和当时社会发展的需求。此时，实验室的教育价值已有所体现，它不仅成为/获取新知识0的场所，同时还能发挥学生的主动性和积极性进行/新知识的实验研究0,成为培养创新人才的/摇篮. 　　实验室教育价值凸出显现期。19世纪后叶，随着欧美资本主义国家工业化革命的兴起，对科学技术人才产生了巨大的需求。这种需求一方面促使欧美等各国的教育规模急剧扩大，学生人数激增；另一方面师徒式实验室及实验教育已难以满足巨大的学生人数培养的要求。麻省理工学院就是为了适应这种需要而创办的新型学校，在首任院长、物理学教授罗杰斯（William BartonRogers,1804~1882年）强烈倡导对大班级开设正规的实验课程的思想下，于1870年由从哈佛大学聘请来主持物理系工作的爱德华#查尔斯#皮克林（ Ed2ward Charles Pickering）创办了世界上最早的物理实验室，并编写了一本实验教科书（在世界教育史上，这本书是最早出版和最有影响的学生物理实验指导书），开创了大面积开设物理实验课程的教学模式，使实验课程成为学生为得到学位而必修的一门有计划的、系统的课程。从而由高等教育班级集体实验教学制取代了师徒式的私人实验室个别物理实验训练。这是物理实验室及实验教学史上的一次重大变革和进步，标志着现代实验教学制度的确立。它不仅体现了资本主义国家工业化革命的兴起对实验室及实验教学的客观要求，同时也是19世纪后期科学实验活动规模不断扩大、社会化程度不断提高在实验教学上的反映。不久就被美国的一些大学相继效仿，同时也促成了欧洲许多大学物理实验教学的变革。由此可见，实验室的教育价值已凸出显现，已起到了大面积传授知识和接受知识的作用。; 171 次阅读|0 个评论

分享牛仔与波西米亚印花的邂逅: gordon 2012-7-18 06:30; 0 个评论

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