走向現代(2):科學的興起

走向現代(2):科學的興起

蔣聞銘

前麵說了,哥白尼的日心說,到了第穀那裏,被折衷了。第穀讓行星繞太陽,讓太陽繞地球。第穀當時,有最好最全的觀測數據,用他的模型算,理論和觀測,吻合度最高。當年洋教士湯若望幫崇禎皇帝修訂中國的曆法,用的就是第穀的折中體係。

第穀的觀測數據,他死後傳到了開普勒手上。說起開普勒,也是奇葩。羅素在《西方哲學史》裏,對開普勒的評價很有趣。他說一個人,沒什麽聰明才智,憑著勤奮努力一根筋,再加上好運氣,能有什麽樣的成就,就看開普勒。人類幾千年,隻要問什麽最完美,答案肯定是圓。所以地心說也好,日心說也罷,大家想都不想,就認定了天體做勻速圓周運動。

開普勒不知道為什麽,不愛籃球偏愛橄欖球。他異想天開,拿著從第穀那兒得來的數據,用橢圓去描行星的軌道。不成想真被他蒙對了,這一描,描出了開普勒行星運動的三大定律。第一大定律,是行星繞太陽轉,軌道不是圓,是橢圓,太陽在橢圓的一個焦點上;第二大定律,一定的時間段,行星和太陽連線,掃過的麵積是固定的;第三大定律,行星繞太陽一周用的時間,和它的橢圓軌道的長軸的二分之三次方成正比。開普勒的這三大定律,是近代科學史上開天辟地的大事。行星的位置用這三大定律算,怎麽算怎麽對,沒人能不同意。但是你要是問為什麽就有這三大定律,沒人答得上。

下麵就是伽利略牛頓萊布尼茨了。伽利略是現代天文學物理學的開山鼻祖。他貢獻最大的兩件事,第一件是發明了天文望遠鏡,第二件是爬到比薩斜塔上往下扔輕重不同的球,證明地球對表麵物體的吸引力產生的加速度,與物體的重量無關。有了這兩條,能想到太陽對地球也有吸引力,用不著是天才。問題是這個吸引力有多大,這個再想想其實也容易,質量越大,引力越強,距離越遠,吸引力就越小,自然不過。 後來胡克說萬有引力定律是牛頓從他那兒聽去的,也不是沒有可能。當時他是英國皇家科學院的院長,老資格,牛頓是他的後輩。

力和加速度成正比,又是從伽利略那兒來的。這時候已經有了微積分,加速度是二階導數,牛頓就寫了個方程式。 方程式寫下來,解起來不難,但是解出來一看,了不得,地球的軌道,是橢圓,開普勒的三大定律,輕而易舉都從這個方程式裏溜了出來。一個人在紙上寫了一行,倒來倒去,居然一點不差推出了行星運動的三大定律。關鍵是這幾行,給學過微積分的大學生寫在白板上,簡簡單單,大家都看得明白。

你要是說大學生都看得明白,沒什麽大不了,你就錯了。一個人從幼兒園學數數開始,小學五年,加減乘除,分數小數;初中三年,幾何代數,高中又是四年,直角坐標三角函數,才到微積分,一環扣一環,想想看是多大的一個工程。

人類有智慧有力氣。不管是人跟動物鬥,還是人跟人鬥,力氣鬥不過智慧,這個大家都明白。但是神不一樣。希臘神話,聖經裏的故事,人聰明還是神聰明,不好說。人和神鬥心眼鬥智慧,神真不占上風。比方說神跟人分吃的,就上了普羅米修斯的當,結果是神吃肥油內髒人吃肉。特洛伊戰爭,希臘聯軍最具智慧的人物,是奧德修斯。 奧德修斯他爸叫西西弗斯,更是了不得,遇人騙人,遇神騙神。冥王抓他去地獄,他居然騙冥王把自己銬起來,做了他的囚犯。

可是人用智慧跟神鬥,總沒有好結果。普羅米修斯幫人類與神鬥,結局是天天受酷刑。西西弗斯後來被罰,天長日久地做推石上坡的無用功。人和神鬥沒有好結果,究其根本,不是因為神聰明,而是因為神要多大力氣,有多大力氣。神跟人鬥,不靠聰明智慧靠蠻力。人在神麵前耍聰明,他一發火,就發洪水毀滅世界。所以人對神,要麽是服了,要麽是不服。服了,就承認神是世界的主宰。不服呢?還是用聰明智慧去與神爭。 怎麽爭呢?第一件要弄明白,神的力氣是從哪裏來的。神就是大自然,問神力從哪裏來,是問自然之力,有沒有規律可循。有沒有呢?還真有。不但有,人居然也弄得懂。就這樣,從哥白尼開始,伽利略開普勒牛頓萊布尼茨,微積分,牛頓力學,萬有引力定律,科學興起,人開始有了神力。

現代化學的源頭,是煉金術;達芬奇伽利略,研究自由落體,是為了讓拋石機的發射,更有準頭;牛頓萊布尼茨發明微積分,是因為當時各種各樣的應用問題,都歸到了如何做優化。這兩位給的答案,不約而同,是讓導數等於零。後來的天文學家,鑽山打洞想盡辦法,要把月亮行星的位置算準了,是為了航海定位。

現代科學,之所以能夠在舊文明的廢墟上,將被中斷了過千年的古希臘科學和理性批判的傳統,發揚光大,使科學長成了參天大樹,究其根本,是因為到了近代,科學的發展,有了新的,比求知欲遠為強大的動因。現代科學,從一開始,就不隻是以認識自然,而是以改造自然為目標。現代科學的方法論歸納法的發明者,是培根。他的表述再直白不過:知識就是力量!現代人認識自然,是為了獲取改造自然的力量!現代科學,不是有閑階級的智力遊戲,而是人類改造自然的手段。培根去世,是因為他在雪地裏做冷藏實驗,著涼得了感冒不治。

科學的興起,現代天文學是當仁不讓的裏程碑。雖然行星繞太陽轉,地球降了格,不再是世界的中心。但是人非但沒有感到失落,反而從新興的科學理論中,找到了前所未有的自信。人在神麵前不再卑微,在自然的力量麵前感到的,不再是恐懼。人類能夠應用自己的聰明才智,去理解駕馭自然。知識就是力量,是人類對大自然的宣戰書。人和動物不同,是因為人有智識,人類智識的最高成就,是微積分,經典力學,萬有引力定律。現代科學的興起,是現代社會現代文明得以產生成長的根本。

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接著講西方近代。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 14:53:26

沒有西方估計要等阿拉伯人發現這個還需要一千年印度人還需要五千年中國就別想了 -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 16:42:07

萬有引力是過時的說法現在時髦的是說有質量的物體會造成時空的彎曲 -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 15:41:11

這篇文章,是講十七世紀的事。您說的,是愛因斯坦的廣義相對論,那是上世紀初才有的。:) -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 16:31:31

這行星軌道雖然是橢圓但偏心率並不大不知老開是怎麽觀測出來的 -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 16:40:39

他繼承了第穀的日複一日,年複一年的觀測積累得到的數據。所以是第穀是承上啟下的人。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 16:56:40

既然地球是沿著橢圓軌道圍著紅太陽轉為什麽地球的氣溫和離太陽遠近沒任何關係? -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:44:56

一點的溫度,由這一點每天的日照時間決定。這個和地球的自轉軸和公轉平麵的夾角決定。具體您可以用百度搜一下。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 18:59:49

應該也和光源的距離有關係 -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 19:12:27

關係不大。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 19:27:05

地球繞太陽的軌道,橢圓的扁率是很小的。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 19:28:50

會不會是由於太陽本身的運動? -chufang- 給 chufang 發送悄悄話 chufang 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 20:39:15

地球離太陽最遠時和離太陽最近時的距離之差按百分比算是多少? -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 19:29:42

這是鏈接 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (436 bytes) () 12/02/2024 postreply 19:36:16

現代科學“從哥白尼開始,伽利略開普勒牛頓萊布尼茨。。。”,既然是一群人,為什麽您上次說現代科學的發展是出於偶然? -''''''- 給 '''''' 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 16:58:59

上一篇的地心說,錯了多少年,才有了哥白尼。當時的氛圍,哥白尼等到死,才敢說出來, -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:03:13

然後是第穀開普勒,這個過程,科學和自由思想,能夠幸存下來,是因為歐洲當時,槍杆子(國王)和筆杆子(教會)打架。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:06:26

天主教和新教分裂,開普勒伽利略,才活了下來。就這樣,布魯諾還是上了火刑架,伽利略被教會判了終身監禁。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:10:18

謝謝!也就是說,沒有伽利略開普勒,就沒有後麵牛頓什麽事了。:) -''''''- 給 '''''' 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:34:23

肯定就不會有牛頓。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:42:51

站在巨人的肩膀上這個話,好像是牛頓第一個說的。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 19:41:32

這個文章,有科普的性質,但是我的目的,不單是科普。我想強調的是,這些人這些事,對人類的文明進步, -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 16:59:02

是比任何的戰爭和革命,影響都更為正麵,更為深刻的曆史事件。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:00:41

也不能這麽說有一人大言不慚的說再過500年隻有人記得麥克斯韋方程沒人記得美國內戰 -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (132 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:15:42

是學微積分的多還是學美國內戰的多呢?高中的數學物理,微積分,有哪一位可以不學呢?:) -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:19:52

高中還有曆史課呢大家也都學美國內戰 -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:24:46

那是,都要學。但是數學物理,要花多得多的功夫。:) -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:41:53

夜晚天空為什麽是黑的這問題好像第一個給出正確答案的是個文科生埃倫坡 -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 17:55:28

牛頓萊布尼茨發現微積分應該不是因為“優化” -槍迷球迷- 給 槍迷球迷 發送悄悄話 槍迷球迷 的博客首頁 (476 bytes) () 12/02/2024 postreply 20:08:24

要發明微積分,前麵必須有直角坐標係和函數變量,這些歸功於笛卡爾。發明導數,就是要求函數的極大值。導數反過來,就是積分。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 20:17:41

牛頓的萬有引力,牛頓力學,才都是後來的事。那是要解微分方程的,您微積分學一年,都到不了那裏。:) -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 20:19:12

這個事不能問ChatGPT, 它會胡說八道。:) -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 20:30:15

美國教材不用不定積分這詞而是叫anti-derivative -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 20:24:47

用。我天天教的東西:indefinite integral vs definite integral. :) -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 20:29:03

你那教材可能是太老舊的教材 -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 20:48:06

說過了,我是數學教授。還沒退休。:) -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 20:52:29

一顆蘋果樹上的果子有好有壞教授也有錯的時候 -rmny- 給 rmny 發送悄悄話 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 21:06:00

你在哪裏看到發現導數是為了求極值? -槍迷球迷- 給 槍迷球迷 發送悄悄話 槍迷球迷 的博客首頁 (292 bytes) () 12/03/2024 postreply 07:04:26

蔣先生你這篇文章有許多不符合曆史,也有科學的錯誤 -波粒子3- 給 波粒子3 發送悄悄話 (167 bytes) () 12/02/2024 postreply 21:05:51

好奇今天的天體力學在前沿大家在做什麽?有時間時請介紹一些如何?:) -kl3527- 給 kl3527 發送悄悄話 kl3527 的博客首頁 (0 bytes) () 12/02/2024 postreply 23:51:00

謝謝蔣教授孜孜不倦的科普,受教了! -久經沙場的槍- 給 久經沙場的槍 發送悄悄話 久經沙場的槍 的博客首頁 (0 bytes) () 12/03/2024 postreply 02:07:10

多謝肯定。 -蔣聞銘- 給 蔣聞銘 發送悄悄話 蔣聞銘 的博客首頁 (0 bytes) () 12/03/2024 postreply 04:39:32

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