第二讲 古希腊的物理学成就(正本)

1、第三讲第三讲古希腊的物理学成就古希腊的物理学成就 公元前两千年前后，希腊公元前两千年前后，希腊人侵占了地中海东部，并在人侵占了地中海东部，并在那里定居下来，并不断向海那里定居下来，并不断向海外扩张，在东方和西方建立外扩张，在东方和西方建立了许多殖民地城邦。古希腊了许多殖民地城邦。古希腊人向东越过爱琴海，在今天人向东越过爱琴海，在今天的土耳其西部沿海地区建立的土耳其西部沿海地区建立了爱奥尼亚的希腊殖民地城了爱奥尼亚的希腊殖民地城邦，向西越过爱奥尼亚海，邦，向西越过爱奥尼亚海，在现在的意大利南部亚平宁在现在的意大利南部亚平宁半岛及西西里岛建立了殖民半岛及西西里岛建立了殖民地。因此，这里所讲的古代地

2、。因此，这里所讲的古代希腊包括了希腊半岛本士、希腊包括了希腊半岛本士、爱琴海东岸的爱奥尼亚地区、爱琴海东岸的爱奥尼亚地区、南部的克里特岛以及南意大南部的克里特岛以及南意大利地区。利地区。古希腊人的气质古希腊人的气质 在古代世界所有的民族中，少有像希腊人那样对近代世界发生如此巨在古代世界所有的民族中，少有像希腊人那样对近代世界发生如此巨大的影响他们光辉的哲学成就与他们内涵丰富的气质之间存在着不可分大的影响他们光辉的哲学成就与他们内涵丰富的气质之间存在着不可分割的联系：他们热爱自由，不肯屈服于暴君；他们创立的民主体制年轻而割的联系：他们热爱自由，不肯屈服于暴君；他们创立的民主体制年轻而富有活力；他

3、们热爱生活，天性乐观，每四年举行一次的奥林匹克竞技会富有活力；他们热爱生活，天性乐观，每四年举行一次的奥林匹克竞技会是他们欢乐生活的写照；他们崇尚理性和智慧，热爱真理，对求知有一种是他们欢乐生活的写照；他们崇尚理性和智慧，热爱真理，对求知有一种异乎寻常的热忱异乎寻常的热忱 英国著名的科学史家丹皮尔（英国著名的科学史家丹皮尔（WWC CDampierDampier）在他的）在他的科学史科学史中曾中曾说：说：“从古希腊神话的神身上，我们得到了一种从别处得不到的对于希腊从古希腊神话的神身上，我们得到了一种从别处得不到的对于希腊人的气质的认识我们可以看到这个民族虽然也虚伪、自负、或许还放荡人的气质的认

4、识我们可以看到这个民族虽然也虚伪、自负、或许还放荡不羁，但是却有美的感受不羁，但是却有美的感受, ,，生活乐天，对人热情，充分表现出他们是一个，生活乐天，对人热情，充分表现出他们是一个勇敢善战，生气勃勃，胸怀坦荡的战胜的民族，这个民族具有异常聪颖的勇敢善战，生气勃勃，胸怀坦荡的战胜的民族，这个民族具有异常聪颖的禀赋，生禀赋，生長長在风光明媚的国土上，这里有酒桨般深暗的海水，把全世界的在风光明媚的国土上，这里有酒桨般深暗的海水，把全世界的商品和知识带到他们的门口，气候对他们保垒式的家园也非常适宜，还有商品和知识带到他们的门口，气候对他们保垒式的家园也非常适宜，还有大量的奴隶使生活富裕，有闲暇来发

5、展最高度哲学、艺术和文学大量的奴隶使生活富裕，有闲暇来发展最高度哲学、艺术和文学”希腊的奇迹希腊的奇迹 希腊人开启了西方哲学也开启了科学公元前希腊人开启了西方哲学也开启了科学公元前500500年左右开始，希腊人年左右开始，希腊人中出现了一大批才智卓越的哲学家和科学家，他们是许多学科的鼻祖在中出现了一大批才智卓越的哲学家和科学家，他们是许多学科的鼻祖在这些光辉灿烂的群星中，有最早期的自然哲学家泰勒斯、阿那克西曼德、这些光辉灿烂的群星中，有最早期的自然哲学家泰勒斯、阿那克西曼德、阿那克西米尼、赫拉克利特、巴门尼德、芝诺、恩培多克勒、阿那克萨哥阿那克西米尼、赫拉克利特、巴门尼德、芝诺、恩培多克勒、阿

6、那克萨哥拉、留基怕、德谟克利特有人文哲学家普罗泰哥拉、高尔吉亚、苏格拉拉、留基怕、德谟克利特有人文哲学家普罗泰哥拉、高尔吉亚、苏格拉底，有体系哲学家柏拉图、亚里士多德有天文学家默冬、欧多克斯、阿底，有体系哲学家柏拉图、亚里士多德有天文学家默冬、欧多克斯、阿克斯塔克、希帕克斯、托勒密，有数学家欧几里得、阿波罗尼、赫龙、刁克斯塔克、希帕克斯、托勒密，有数学家欧几里得、阿波罗尼、赫龙、刁番提，有物理学家阿基米德，有医学家希波克拉底、盖伦，有地理学家希番提，有物理学家阿基米德，有医学家希波克拉底、盖伦，有地理学家希西塔斯、埃拉托色尼，有生物学家塞奥弗拉斯特这些天才人物不仅在一西塔斯、埃拉托色尼，有生物

7、学家塞奥弗拉斯特这些天才人物不仅在一个领域作出他们的开创性工作而且在许多个领域均有建树像亚里士多个领域作出他们的开创性工作而且在许多个领域均有建树像亚里士多德，几乎在每一个知识领域都发表了他卓越的见解，是一位不折不扣的百德，几乎在每一个知识领域都发表了他卓越的见解，是一位不折不扣的百科全书式的学者希腊科学是近代科学的真正先驱，几乎在每一领域、每科全书式的学者希腊科学是近代科学的真正先驱，几乎在每一领域、每一问题上，希腊人都留下了思考，都是近代科学的一代宗师。一问题上，希腊人都留下了思考，都是近代科学的一代宗师。 任何一个时代出现这么多天才的人物，它都称得上是伟大的时代，但说希任何一个时代出现这

8、么多天才的人物，它都称得上是伟大的时代，但说希腊时代是伟大的时代还远远不够在地中海域这样一个狭小的地方，在周腊时代是伟大的时代还远远不够在地中海域这样一个狭小的地方，在周边都处在无边的黑暗之中的时候，希腊人不仅在科学、哲学和艺术上作出边都处在无边的黑暗之中的时候，希腊人不仅在科学、哲学和艺术上作出了伟大的成就，而且创造了一种全新的精神，而这种精神恰恰是真正的现了伟大的成就，而且创造了一种全新的精神，而这种精神恰恰是真正的现代科学精神，这才是奇迹所在。代科学精神，这才是奇迹所在。希腊的科学精神希腊的科学精神 科学可以说是人类历史上迄今为止最后出台的一类文化现象，科学可以说是人类历史上迄今为止最后

9、出台的一类文化现象，可以被看成是今天人类文化最高层次和最为独特的成就何为可以被看成是今天人类文化最高层次和最为独特的成就何为科学精神，按照现代的定义是：科学家们在科学研究活动中的科学精神，按照现代的定义是：科学家们在科学研究活动中的某些高尚卓越的气质、风格、意志、态度和修养体现出来的精某些高尚卓越的气质、风格、意志、态度和修养体现出来的精神风貌的总和科学精神的内容包括求真精神，求实精神，理神风貌的总和科学精神的内容包括求真精神，求实精神，理性精神，创新精神性精神，创新精神 所谓理性精神，常常表现为科学家在科学研究活动中，具所谓理性精神，常常表现为科学家在科学研究活动中，具有坚持自然界的运动变化

10、是有规律的信念；具有坚持自然规律有坚持自然界的运动变化是有规律的信念；具有坚持自然规律是可认识的信念；在认识自然现象的过程中，具有刻意追求秩是可认识的信念；在认识自然现象的过程中，具有刻意追求秩序、和谐严格、精致和完备的审美价值的观念，等等而科序、和谐严格、精致和完备的审美价值的观念，等等而科学的理性精神，正是古希腊哲学家们的首创学的理性精神，正是古希腊哲学家们的首创 古希腊科学的现代意义古希腊科学的现代意义 古希腊科学可以说是近代科学的真正先驱，几乎在每一领古希腊科学可以说是近代科学的真正先驱，几乎在每一领域、每一问题上，希腊人都留下了思考。古希腊思想今天仍能域、每一问题上，希腊人都留下了思

11、考。古希腊思想今天仍能吸引很多科学家的兴趣，是因为世界上任何地方都未曾建立起吸引很多科学家的兴趣，是因为世界上任何地方都未曾建立起像他们那样高度发达的、表达清晰的知识和思维的体系，并且像他们那样高度发达的、表达清晰的知识和思维的体系，并且这种体系研究的对象是科学的整体，科学在那里没有分裂成像这种体系研究的对象是科学的整体，科学在那里没有分裂成像我们今天的孤立的、狭窄的科学知识领域。当然还有一个非常我们今天的孤立的、狭窄的科学知识领域。当然还有一个非常重要的原因，是越来越多的科学家认识到我们现在的基础科学重要的原因，是越来越多的科学家认识到我们现在的基础科学中存在着严重的危机，要彻底解决科学中现

12、存的危机，必须修中存在着严重的危机，要彻底解决科学中现存的危机，必须修正它的早期奠基者的理论基础。于是这更加激励人们重新努力正它的早期奠基者的理论基础。于是这更加激励人们重新努力研究古希腊的思想，有希望发现从源头开始长期形成的错误，研究古希腊的思想，有希望发现从源头开始长期形成的错误，进而将其修正。进而将其修正。 希腊人为什么做科学？希腊人为什么做科学？ 亚里士多德亚里士多德(Aristotole(Aristotole，公元前，公元前384-384-前前322)322)在在形而上学形而上学一书开篇就说，哲学和科学的诞生有三个条件：第一是一书开篇就说，哲学和科学的诞生有三个条件：第一是“惊惊异异

13、”，是人们对自然现象和社会现象所表现出来的困惑和惊奇，是人们对自然现象和社会现象所表现出来的困惑和惊奇，有了惊异也就感受到了自己的无知，而为了摆脱无知人们就会有了惊异也就感受到了自己的无知，而为了摆脱无知人们就会渴求知识。但是求知并非为了实用的目的，而纯粹是一种对智渴求知识。但是求知并非为了实用的目的，而纯粹是一种对智慧的热爱，对真理的追求。通俗地说，第一个条件是要求人们慧的热爱，对真理的追求。通俗地说，第一个条件是要求人们有好奇心和求知欲。第二个条件是有好奇心和求知欲。第二个条件是“闲暇闲暇”。知识阶层不用为。知识阶层不用为着生活而奔波劳碌，因为整天从事繁重的体力劳动而是没有闲着生活而奔波劳

14、碌，因为整天从事繁重的体力劳动而是没有闲暇的人，是无法从事求知这种复杂的脑力劳动的。第三个条件暇的人，是无法从事求知这种复杂的脑力劳动的。第三个条件是是“自由自由”。哲学知识是自足的，它不以别的什么目的而存在，。哲学知识是自足的，它不以别的什么目的而存在，而纯粹是为了自身而存在，它是一门自由的学问，它要求自由而纯粹是为了自身而存在，它是一门自由的学问，它要求自由地思考、自由地发表意见，不受他种目的和利益的支配。地思考、自由地发表意见，不受他种目的和利益的支配。 世界的本原是什么？世界的本原是什么？ 一元论：米利都学派一元论：米利都学派 赫拉克利特赫拉克利特 留基伯和德谟克利特留基伯和德谟克利特

15、 四元素说：恩培多克勒四元素说：恩培多克勒 毕达哥拉斯学派毕达哥拉斯学派 柏拉图柏拉图 亚里士多德亚里士多德 一、朴素的元素论和原子论思想一、朴素的元素论和原子论思想二、力学知识二、力学知识三、天文学三、天文学一、朴素的元素论和原子论思想一、朴素的元素论和原子论思想古希腊古希腊泰勒斯：泰勒斯：万物源于水，并复归于水万物源于水，并复归于水毕达哥拉斯：毕达哥拉斯：万物源于数万物源于数柏拉图柏拉图: 四种多面体组成四种元素的微粒四种多面体组成四种元素的微粒 四面体四面体 八面体八面体 二十面体二十面体 立方体立方体 十二面体十二面体 火火 气气 水水 土土 天上的物质天上的物质泰勒斯雕像亚里士多德观

16、察自然图亚里士多德观察自然图 亚里士多德的研究范围，下面列出的仅是他著作的一部分：哲学著作：形而上学，物理学著作：物理学、论生灭、论 天、天象学论宇宙，生物学著作：动物志、论动物的历史、论灵魂，逻辑学著作：范畴篇、分析篇，伦理学著作：尼各马可伦理学、大伦理学、欧德谟斯伦理学，以及政治学、诗学、修辞学等 亚里士多德观察自然图亚里士多德观察自然图亚里士多德物质组成的观点亚里士多德物质组成的观点“最终基本性质最终基本性质” 物质是由土，物质是由土，水，气，火及以水，气，火及以太组成。太组成。留基伯：留基伯： 宇宙万物由原子组成，原子是不可宇宙万物由原子组成，原子是不可分割的物质最小微粒，原子在无限的

17、虚空分割的物质最小微粒，原子在无限的虚空中永远运动。中永远运动。德谟克利特：德谟克利特： 万物由原子组成，原子不可再分，不万物由原子组成，原子不可再分，不能创生，不能消灭，不同的物体是由于其能创生，不能消灭，不同的物体是由于其组成的原子的数量、形状、位置以及排列组成的原子的数量、形状、位置以及排列次序不同形成的，原子在虚空中永远处于次序不同形成的，原子在虚空中永远处于涡旋运动，原子间的作用是近距的。涡旋运动，原子间的作用是近距的。德谟克利特雕像苏格拉底问题：全体不一定大于部分苏格拉底问题：全体不一定大于部分二、二、 力学知识力学知识1. 亚里士多德的动力学思想亚里士多德的动力学思想 天然位置：

18、天然位置：每个物体都有它的天然位置。每个物体都有它的天然位置。 自然运动：自然运动：物体回归自己的天然位置的运动。物体回归自己的天然位置的运动。 强迫运动：强迫运动：物体离开自己天然位置的运动。物体离开自己天然位置的运动。 力与运动的关系：力与运动的关系：物体的自然运动不需要外物体的自然运动不需要外 力；物体的强迫力；物体的强迫 运动必须在外力作用下才能产运动必须在外力作用下才能产生。生。 落体的运动：落体的运动：重物下落轻物上升是自然运动，重物下落轻物上升是自然运动，不需要外力。重物的天然位置在下方，当重物下不需要外力。重物的天然位置在下方，当重物下落时，它奔向自己的天然位置，离地面越近，奔

19、落时，它奔向自己的天然位置，离地面越近，奔向自己天然位置的趋势越强烈，因此越落越快。向自己天然位置的趋势越强烈，因此越落越快。 杠杆原理杠杆原理 论平面的平衡论平面的平衡 浮力定律浮力定律 论浮体论浮体2. 阿基米德的静力学阿基米德的静力学 公理化方法与公理体系公理化方法与公理体系公理化方法：公理化方法： 选取少数不加定义的原始概念作为选取少数不加定义的原始概念作为“定义定义”；选取一些不证自明的基本命题；选取一些不证自明的基本命题作为公理或公设；并以此作为依据，运用作为公理或公设；并以此作为依据，运用逻辑规则和方法推演出一系列的定理，构逻辑规则和方法推演出一系列的定理，构成一个完整的逻辑体系

20、。这种方法称之为成一个完整的逻辑体系。这种方法称之为公理化方法。公理化方法。公理体系：公理体系： 用以建立理论体系的定义和公理的用以建立理论体系的定义和公理的集合称之为公理体系。集合称之为公理体系。公理体系必须满足三个基本要求：公理体系必须满足三个基本要求： 和谐性、独立性和完备性。和谐性、独立性和完备性。 和谐性：和谐性： 构成公理体系的若干条构成公理体系的若干条公理不管推论到多远，绝不会得到相矛公理不管推论到多远，绝不会得到相矛盾的命题。盾的命题。 独立性：独立性： 每个公理都有独立存在每个公理都有独立存在的必要。任何一条公理都不能由其余的的必要。任何一条公理都不能由其余的公理用逻辑推理的

21、方法加以证明。公理用逻辑推理的方法加以证明。 完备性：完备性：如果公理体系是完备的，如果公理体系是完备的，就不能够把新的公理加到这个体系上去，就不能够把新的公理加到这个体系上去，使之成为一个更细致的公理体系。使之成为一个更细致的公理体系。阿基米德杠杆原理的推证：阿基米德杠杆原理的推证：1. 公理公理 1在无重量的杠杆的两端离支点相等的距在无重量的杠杆的两端离支点相等的距离上挂相等的重量，它们平衡。离上挂相等的重量，它们平衡。 2在无重量的杠杆的两端离支点不相等的在无重量的杠杆的两端离支点不相等的距离上挂上相等的重量，距离远点的一端将下倾。距离上挂上相等的重量，距离远点的一端将下倾。 3在无重量

22、的杠杆的两端离支点相等的距在无重量的杠杆的两端离支点相等的距离上挂上不相等的重量，重的一端将下倾。离上挂上不相等的重量，重的一端将下倾。 4一个重物的作用可以用几个均匀分布的一个重物的作用可以用几个均匀分布的重物的作用来代替，只要重心的位置保持不变。重物的作用来代替，只要重心的位置保持不变。相反，几个均匀分布的重物可以用一个悬挂在它相反，几个均匀分布的重物可以用一个悬挂在它们的重心处的重物来代替。们的重心处的重物来代替。 5相似图形的重心以相似的方式分布。相似图形的重心以相似的方式分布。将将A分成分成2m=10份份将将B分成分成2n=6份，份， 均匀悬挂在均匀悬挂在杆上。杆上。根据原理（根据原

23、理（4）它们相当于）它们相当于A挂挂在在a处，处，B挂在挂在b处。处。根据原理根据原理(1)在中点在中点0处平衡。处平衡。 oa=3, ob=5 两重物平衡时，所处的距离两重物平衡时，所处的距离与重量成反比。与重量成反比。2. 推证：推证：若若 m=5 n=3 取一轻杆，并将杆分成取一轻杆，并将杆分成2m2n-1=15份份nmBA 35oaobBA 阿基米德：阿基米德：“只要给我一个支只要给我一个支点，我就能把地球挪动。点，我就能把地球挪动。” 阿基米德浮力定律的论证：阿基米德浮力定律的论证： 基本假设：基本假设：在粒子均匀，连续分在粒子均匀，连续分布的情况下，受挤压作用较小粒子将布的情况下，受挤压作用较小粒子将被受挤压作用较大的粒子挤出来。被受挤压作用较大的粒子挤出来。 静止液体的表面是球形的，球心静止液体的表面是球形的，球心与地心相合。与地心相合。 与液体有相同的比重的物体将完全浸入与液体有相同的比重的物体将完全浸入液体中，不会高于液面。液体中，不会高于液面。 比重比水小的物体将浮出水面，物体浸比重比水小的物体将浮出水面，物体浸入水中的部分重量上的不足，将由露出部分入水中的部分重量上的不足，将由露出部分的重量加以补偿，从而使浮体平衡。的重量加以补偿，从而使浮体平衡。 则：比重比液体轻的物体浸入液则：比重比液体轻的物体浸入液体中，受到一个向上的力，这个力等