【南开大学物理课程思政案例】(第七讲)

发布者:曾婧发布时间:2025-01-22浏览次数:10

相对运动与地动学说

 

 近代自然科学的诞生,是以《天体运行论》和《人体结构》的发表为标志的,前者打破了托勒密体系的大宇宙学说,后者开始动摇盖仑的小宇宙(人体)学说,两者同为1543年发表,所以1543年被称为近代科学诞生元年也不为过。这两个学说在欧洲有着千余年的统治地位,除去基督教宗教的原因,也是和人们认识的局限有关的。

 特别是地静学说,虽然地球中心说和太阳中心说在古希腊时几乎同时出现,但是受限于人们的认知发展,地静学说更加容易被人们所接受,地动学说很大程度上不被接受,主要原因在于两点:第一,如果地球是运动的,那么天上的恒星看起来应该是会运动的,而亚里士多德给出的地球中心解释,就是基于无论什么时候,人们总是能看到半个天球。另一方面,人们普遍认为,如果地球是运动的,虽然可以解释天体的现象,但是无法解释为什么地面上的物体不会朝向相反的方向运动,人们也没有感觉。这两个问题,一直到近代科学诞生,明确了相对运动的基本原理后才先后得以解决。

 相对运动的原理,伽利略在出版于1632年的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》中,写道:“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里,再让你们带几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫,舱内放一只大水碗,其中放几条鱼,然后,挂上一个水瓶,让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时:你留神观察:小虫都以等速向舱内各方向飞行;鱼向各个方向随便游动;水滴滴进下面的罐子中;你把任何东西扔给你的朋友时,只要距离相等,向这一方向不必比另一方向用更多的力;你双脚齐跳,无论向那个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情后(虽然当船停止时,事情无疑一定是这样发生的),再使船以任何速度前进,只要运动是匀速的,也不忽左忽右地摆动,你将发现,所有上述现象丝毫没有变化,你也无法从其中任何一个现象来确定,船是在运动还是停着不动......。”表明无法通过力学的方法确定船是不是在运动。

 无独有偶,1500多年前中国人在古籍《尚书纬·考灵曜》中也有类似的记载: 地有四游,冬至地上行北而西三万里,夏至地下行南而东三万里,春秋二分是其中矣。地恒动而人不知,譬如闭舟而行不觉舟之运也。上述表述和伽利略的表述如出一辄。宋代诗人陈与义(1090年—113911日)的《襄邑道中》一诗中,“飞花两岸照船红,百里榆堤半日风。卧看满天云不动,不知云与我俱东。”的描写,也是充分体现了诗人细致入微的观察。

 可以看出,无论东方还是西方,相对性原理作为一个普遍的原理,实际上很早就为人们所注意。至于能不能更深入地理解和应用它对自然进行阐释,则还需要人们认识的进一步发展。