伽利略 如何支持 哥白尼学说 2013-4-2

1. 伽利略 如何支持 哥白尼学说 2013-4-2 组长： 徐必润 文本书写：刘举郭建峰 袁昊正徐必润 资料整理： 刘力宁 肖普山 韩骁 黄文敏 叶小忱 PPT展示：张婧琰 张悦

2. 1. 哥白尼及其日心说 2.伽利略生平简介 3.伽利略如何支持哥白尼学说

3. 1. 哥白尼及其日心说

4. 一、哥白尼生平 哥白尼（1473～1543），现代天文学创始人，他的最大贡献是提出了“日心地动说”体系，推翻了统治天文学领域长达一千多年的“地心说”体系要，打开了自然科学的大门。 哥白尼创立的日心说，即名著《天体运行论》的发表，沉重地打击了封建神权的统治，“从此自然科学便开始从神学中解放出来”。

5. 二、哥白尼创建日心说的感人经历 在他10岁时，父亲染上瘟疫死亡。全家由舅父务卡施接济。哥白尼在文化名城沃茨瓦维克读了中学，18岁时就读于波兰旧都的克莱考大学，学习医学期间对天文学产生了兴趣。 23岁的哥白尼有幸结识了文艺复兴的杰出人物达·芬奇，并且拜敢于向旧观念挑战的学者诺瓦拉为师。正是在诺瓦拉的影响下，他开始对地心说产生了怀疑。

6. 在他做研究的过程中，他自制了各种仪器，孜孜不倦地从事天文观测和研究达30多年。并通过前人的观测结果，进行哲学思考与数学计算，逐渐形成了自己的天文学体系。在他做研究的过程中，他自制了各种仪器，孜孜不倦地从事天文观测和研究达30多年。并通过前人的观测结果，进行哲学思考与数学计算，逐渐形成了自己的天文学体系。 1533年，60岁的哥白尼在罗马做了一系列的讲演，哥白尼经过长年的观察和计算终于完成了他的伟大著作《天体运行论》。但直到他临近古稀之年才终于决定将它出版。1543年5月24日去世的那一天才收到出版商寄来的一部他写的书。

7. 他在《天球运行论》中观测计算所得数值的精确度是惊人的。例如，他得到恒星年的时间为365天6小时9分40秒，比现在的精确值约多30秒，误差只有百万分之一；他得到的月亮到地球的平均距离是地球半径的60.30倍，和现在的60.27倍相比，误差只有万分之五。他在《天球运行论》中观测计算所得数值的精确度是惊人的。例如，他得到恒星年的时间为365天6小时9分40秒，比现在的精确值约多30秒，误差只有百万分之一；他得到的月亮到地球的平均距离是地球半径的60.30倍，和现在的60.27倍相比，误差只有万分之五。 由于呕心沥血的辛勤劳动，从1542年起哥白尼健康日益恶化，经常出血、中风。1543年5月24日，哥白尼与世长辞，终年70岁。据说他闭目的时候，还用冰冷的双手抚摸着刚刚印好的《天体运动论》样书，可惜当时的他已经因为脑溢血而双目失明。 

8. 三、日心说如何登上历史舞台 哥白尼的“日心说”发表之前，“地心说”在中世纪的欧洲一直居于统治地位。在古代欧洲，亚里士多德和托勒密主张“地心说”，认为地球是静止不动的，其他的星体都围着地球这一宇宙中心旋转。这个学说的提出与基督教《圣经》中关于天堂、人间、地狱的说法刚好互相吻合，处于统治地位的教廷便竭力支持地心学说，因而“地心说”说长期居于统治地位。

9. 在长达近20年的时间里，哥白尼不辞辛劳日夜测量行星的位置，但其测量获得的结果仍然与托勒密的天体运行模式没有多少差别。哥白尼想知道在另一个运行着的行星上观察这些行星的运行情况会是什么样的。基于这种设想，哥白尼萌发了一个念头：假如地球在运行中，那么这些行星的运行看上去会是什么情况呢？这一设想在他脑海里变得清晰起来了。 　

10. 在此后的一年里，哥白尼在不同的时间、不同的距离从地球上观察行星，每一个行星的情况都不相同，这是他意识到地球不可能位于星星轨道的中心。经过20年的观测，哥白尼发现唯独太阳的周年变化不明显。这意味着地球和太阳的距离始终没有改变。如果地球不是宇宙的中心，那么宇宙的中心就是太阳。他立刻想到如果把太阳放在宇宙的中心位置，那么地球就该绕着太阳运行。

11. 以后哥白尼又根据亲自获得的20多项新的观测事实以及大量复杂的数学计算结果，对初稿进行许多补充修改。1530年，终于圆满地完成了日心说的建立工作。以后哥白尼又根据亲自获得的20多项新的观测事实以及大量复杂的数学计算结果，对初稿进行许多补充修改。1530年，终于圆满地完成了日心说的建立工作。

12. 2.伽利略生平简介

13. 伽利略 伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）世界知名科学家，他既是物理学家、天文学家、哲学家又是发明家，他发明了温度计和天文望远镜。 恩格斯称他是“不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，创立新说的巨人之一”。 他以系统的实验和观察推翻了亚里士多德的诸多观点。因此，他被称为“近代科学之父”。并同时拥有“现代观测天文学之父” 、“现代物理学之父” 及“现代科学之父”等称号。 他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。

14. 伽利略生平 1564 年2 月15 日，伽利略出生于意大利的比萨城，祖辈是佛罗伦萨的名门贵族。 伽利略11 岁时，进入佛罗伦萨附近的法洛姆博罗莎经院学校，接受古典教育。孩提时代的伽利略，好奇心极强，喜欢与人辩论，从不满足别人告诉他的道理，而要自己去探索、去想象。

15. 伽利略生平 1581年进比萨大学学习医学，随后转到了数学，并成为比萨的数学教授 1592年起又到了帕多瓦任数学教授，他一直在那里任教了18年。 1610年他凭借新近发明的望远镜所作出的发现，获得了托斯卡纳大公首席数学家和哲学家的职位。 1624－1630写作《两大世界体系的对话》，1632年出版，1633年被教会判处监禁 1638年出版《两门新科学的对话》 1642年1月9日去世，次年牛顿出生（新历）

16. 3.伽利略如何支持哥白尼学说

17. · 伽利略 在两个方面支持哥白尼 1.使用望远镜作出新的天文发现 2.重新评价运动的概念，初步提出惯性定律

18. 在我们以往的公众读物中，伽利略通常被描述成哥白尼学说的宣传者和某种程度的殉道者。其实在伽利略早期手稿中，他曾断然拒斥哥白尼学说，并且支持托勒密理论。事实上他直到1597年──哥白尼理论问世之后54年之后──才表示相信哥白尼学说，而且仅仅在一本不那么为人所知的书《太阳黑子通信集》中唯一一次明确表示支持哥白尼天文学。在我们以往的公众读物中，伽利略通常被描述成哥白尼学说的宣传者和某种程度的殉道者。其实在伽利略早期手稿中，他曾断然拒斥哥白尼学说，并且支持托勒密理论。事实上他直到1597年──哥白尼理论问世之后54年之后──才表示相信哥白尼学说，而且仅仅在一本不那么为人所知的书《太阳黑子通信集》中唯一一次明确表示支持哥白尼天文学。

19. · 第一层面 第一层面 使用望远镜作出新的天文发现。 使用望远镜作出新的天文发现

20. 荷兰人的玩具发明 1608 年，伽利略从朋友的来信中得知，一位荷兰眼镜商人在制造眼镜镜片时，能够用凸凹镜片的组合看清远处的物体。 伽利略的好奇心又被拨动了，立即开始钻研光学和透镜。他检查了各种类型镜片的曲率以及他们彼此的各种组合方式，用准确的数学公式测量出不同曲率和不同组合所引起的视觉上的效果。

21. 伽利略望远镜 伽利略最初制造的望远镜只能放大物体几倍，但是这架望远镜比港口望员用肉眼观察可以早两个小时发现进港的船只。当伽利略把这架望远镜献给威尼斯总督后，他获得终身教授的职位。 1609 年8 月21 日，伽利略兴高采烈地邀请他的朋友们登上威尼斯钟楼的楼顶，向他们展示那架能放大32 倍的望远镜 （上图）两架伽利略望远镜，现藏佛罗伦萨博物馆。

22. 太阳上有黑子（太阳的自转）；月亮上有隆起的山脉，低洼的平原；（第一幅月面图）木星有4 个小卫星绕它旋转（现称伽利略卫星）；金星木星盈亏现象；银河是由众多小星群集而成。伽利略根据自己对星团的观测，绘制了天文学史上第一批星团图，出版了《星际使者》一书，比较隐晦地宣传哥白尼的观点。伽利略通过实际观测和深入研究，认为哥白尼的日心说是完全正确的。 伽利略看见了什么？

23. 月亮上的山峰 尽管外观并非白璧无瑕，但月亮被列入在亚里斯多德的天界之中，并且同属于完美的天体。 然而伽利略的望远镜显示，它的表面是不规则的，和在地球一样也有山峰──这些山峰的真实性连同伽利略对它们实际高度的估算可以让读者想象着试图去攀登它们。

24. 哥白尼主义者的好消息：恒星非常遥远 伽利略还发现，尽管行星的视圆面可以按望远镜放大倍数而扩大，但对于恒星就不行了。 这对于哥白尼主义者来说是个好消息。第谷已经估计过，为了解释探测恒星周年视差的失败，哥白尼主义者将不得不把恒星放置到700倍于土星距离以外的地方，并且为了在如此远处还呈现视圆面，这些恒星必须是非常巨大的。 现在伽利略证明这些恒星的视圆面只不过是一种错觉。

25. 发现木星卫星 当伽利略在1610年1月7日第一次观测木星时，他发现木星位于三颗小星的中间，而这三颗小星令人惊奇地排成一条直线。 木星那时正向西（逆行）运动，因此，伽利略希望在这之后的夜里，木星将运动到这些小星的西面。但事实上它却出现在了东面。 第二晚是多云天气，但是到了1月10日，他发现木星到了两颗小星的西面，而第三颗小星不见了。 到1月13日，小星变成了四颗，到1月15日，伽利略意识到所谓的恒星实际上是卫星，是绕木星旋转的、象被太阳带动的行星一样的、被行星带动的月亮。

26. 发现木卫的手稿

27. 地球不再是唯一的绕转中心 早在《天体运行论》卷一给出的哥白尼体系模型中就有一个严重的不规则现象，即地球一方面是一颗普通的行星，另一方面是唯一一颗带有一个卫星──月亮──而绕太阳旋转的。 现在，望远镜揭示了还有另外的带着至少四个月亮的行星。

28. 《恒星使者》 伽利略很快就将他的新发现付印了，任何对日心体系真理尚存的怀疑，都被他的观测排除了。 他急于利用他的发现来促进他的事业。他在几个星期里就完成了《恒星使者》写作，宣布了他的令人震惊的消息。

29. 发现金星相位变化（1610年底） 托勒密体系无法解释的天文现象

30. 金星相位变化：与托勒密体系对比

31. · 第二层面 通过重新评价运动的概念，反驳了对地动说的经典驳难，从物理上支持哥白尼学说 。

32. 经典驳难 1、基于生活感知： 若地球在自转的同时还在绕日公转，人们为什么完全没有感觉到这种运动。 2、亚里斯多德的观点的权威性： 很多同时代的思想家都同意亚里斯多德的观点：一支箭垂直射向空中，又落回到原地，由此证明了地球在箭飞行的时间内是没有移动的。

33. 重新评价运动的概念 伽利略的对策是重新评价运动的概念。 对亚里斯多德来说，位置运动象所有的运动一样需要一个原因，因此要求一个解释；而静止是不需要原因的。 伽利略对位置运动给出了一个不同的观点。他说，并不是运动本身需要原因，而是运动的变化需要原因。稳定的运动包括静止这个特例是一种状态，保持这种状态会感觉不到运动。 这就是为什么地球上的人在地球绕太阳旋转的时候感觉不到自己的运动速度的原因。

34. 思想实验 设想—— 一只大船的舱板下最大的房间里: 你、你的朋友; 一些蚊子、苍蝇以及诸如此类有翅膀的小动物; 一只盛满水的大桶，里面放一些鱼; 把瓶子挂起来，让它可以一滴一滴地把水滴出来，滴入下面放着的另一只窄颈瓶子中。

35. 思想实验 船在静止时—— 这些有翅膀的小动物以同样的速度飞向房间各处； 鱼毫无差别地向各个方向游动； 滴水全部落到下面所放的瓶子中； 当你把什么东西扔向你的朋友时，只要他和你的距离保持一定，你向某个方向扔时不必比向另一个方向要用更大的力。如果你在跳远，你向各个方向会跳得同样远。

36. 思想实验 船在运动时—— 同样看到这一切细节，但没有人怀疑船是否静止。当船以任意速度运动时这一切应当照样发生。 结论—— 只要这运动是均匀的，不在任何方向发生摇摆，你不能辨别得出上述这一切结果有丝毫变化，也不能靠其中任何一个结果来推断船是在运动还是静止不动。

37. 两部《对话》 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》 《两门新科学的对话》

38. 《对话》表现形式 《对话》采用三个朋友之间对话的形式： 萨尔维阿蒂（Sakviati）为哥白尼说话； 沙格列陀（Sagredo）代表伽利略本人，是个很有理性的人； 辛普利邱（Simplicio）是一个亚里斯多德——托勒密学派的拥护者。

39. 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》

40. 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的出版《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的出版 1623年红衣主教马费奥·巴尔贝里尼成为教皇乌尔班八世。 1624年伽利略到罗马晋见教皇。 1630年伽利略再到罗马谋取《对话》出版许可证。 1632年《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》出版。

41. 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》 特点： 用意大利方言写成的，对于哥白尼宇宙学的优点给出了精彩的陈述。 对话体，广泛用于对普通民众进行教育的书籍，打动读者。 深刻地叙述了两种学派的斗争, 毫不留情地批判并嘲笑了守旧派的见解。

42. 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》 《对话》进行了4天第1天介绍新的发现对亚里士多德观点的驳斥: 主要证明天体和地球是类似的，批判所谓天体组成和性质不同于地球的学说。 第2天介绍地球周日自转，讨论了地球自转会不会引起落体偏西、飞鸟落后、大炮不准、地球散架等现象。 初次阐明了惯性定律、运动迭加原理、相对性原理等 第3天介绍日心说和地球绕太阳周年运动。 第4天提出对潮汐的解释。地球运动引起潮汐，是对哥白尼体系的最有力支持。

43. 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的意义《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的意义 引用很多的例证, 否定了天体完美性和不变性的教条, 证明了天和地的质的同等性。 分别地论述了地球的自转和公转, 指出了地心说的不合理性和它的矛盾与混乱。 更有意义的是,对坚持地心说的种种责难, 伽利略用力学的运动合成原理和相对性原理进行了驳斥。 尽管在《对话》中, 伽利略没有提供新的天文发现和天体的运行规律, 但是在宣传哥白尼学说方面所起的作用还应当给予充分的肯定􀀁 “ 在某种意义上, 在使日心说最终为全世界所承认而做的准备工作上”

44. 《对话》遭禁 《对话》支持哥白尼学说的鲜明立场最终导致了教皇不悦，伽利略被召唤到罗马并指控他违反了1616年的法令。 最后，伽利略以将危害天主教会今后的名誉为理由公开放弃了哥白尼学说，从而被判处终身监禁。 他的“牢房”是很舒适的，一开始和锡耶纳的大主教在一起，后来在佛罗伦萨附近的家中。 每周象征性的忏悔圣歌也由他女儿代替。

45. 《两门新科学的对话》

46. 《两门新科学的对话》 1638年出版《关于两种新科学的谈话》更像是一本数学著作。 两个重要发现： 1、受荷梁（受力悬臂）的数学分析： 伽利略在本书中提出了固体的强度问题、介绍了他最早进行的梁的强度的实验、提出了等强度梁的概念、讨论了在重力下物体尺寸对强度的影响。 2、自由落体定律： 伽利略在比萨铁塔上做了“两个铁球同时着地”的实验，得出了重量不同的两个铁球同时下落的结论，从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说 。

47. 《两门新科学的对话》 《对话》共4天，书中以对话体讨论了他对两门新科学— 材料力学与动力学— 的研究结果。 谈话发生的背景：威尼斯兵工厂 企业就意味着科学和技术 新科学根植于大学之外。

48. 《两门新科学的对话》 第1、2天，讨论材料强度的问题，与工程技术有关，体现了科学和技术之间的联系。 第1天：讨论物体怎么才能聚集成形 为什么不能建造百万顿重的木船，大理石立柱怎么结合为一体，等等。 第2天：荷载悬臂 悬臂在外部荷载和自身重量下所产生的内应力效应 仅应用静力学理论 结论：悬臂的强度正比于横截面高度的平方。

49. 《两门新科学的对话》 第3、4天讨论地球表面附近的运动，即动力学问题 真空中所有物体下落速度相同。 自由落体下落的距离用时间的平方来度量。 运动定律是对运动的描述，而不是说明运动的原因。 伽利略没有用实验去直接验证结论 只是用实验证实和说明他导出的结论所依据的原理。 实验不是用来证实假说，而是用来演示分析推理先前已经得出的结论。

50. 《两门新科学的对话》 第4天讨论抛物体和抛物运动 抛物体：垂直自由落体和水平惯性运动 不需要推动者，因为完全不需要任何东西去解释谁引起的自然惯性运动。——科学革命的本质。 近代科学（笛卡儿和牛顿）的惯性：线性或直线惯性 伽利略的惯性：水平的或圆弧惯性 惯性运动的物体不是直线运动，而是沿着地球的圆弧移动 挥之不去的对圆的偏爱