关于经典力学发展史

为了模仿

前言
八年级开始接触力学及牛顿第一定律，这期物理学史就让我们一起来了解人类经历哪些漫漫求索，才从天圆地方的认知走到今天宇宙认知吧。

01、古希腊时期
古希腊时期的贤者们对于对自然的观察和解释，多依赖于自己的经验，即使有局限但也为后来者的思考做了很好的启蒙，目前大家提到比较多的主要是亚里士多德和托勒密两位。他们们两位都是集哲学，自然等多领域于一身的科学家。

其中 亚里士多德最被大众所熟知的是两个关于力与运动的观点：第一点：体积相等的两个物体，较重的下落得较快；第二个观点：力是维持物体运动的原因。尽管这两个观点都被后来的学者们一一推翻，但这些观点在很长时间里被人接受并持续引发后来的科学家的思考和研究，足以说明，站在特定时代背景下的亚里斯多德的伟大。

亚里士多德

另一位科学家托勒密是中学物理很少提到的，他与亚里士多德一样是古希腊数学家，天文学家；他所创造的地心说在很长的时间里，都占据着人们对于地球和日月星辰的观察，地心说的主要观点是：宇宙是一个有限的球体，分为天地两层，地球位于宇宙中心，所以日月围绕地球运行，物体总是落向地面。地球之外有9个等距天层，由里到外的排列次序是：月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天，此外空无一物。各个天层自己不会动，上帝推动了恒星天层，恒星天层才带动了所有的天层运动。人居住的地球，静静地屹立在宇宙的中心。尽管现在看起来荒唐，却是当时最先进的人与自然的模型。

地心说模型

02、日心说建立时期
在地心说统治了地球长达两千年后，人类迎来了几位天才物理学家，他们通过隔空对话，师徒合作等种种方式，终于将人类从地心说带到了日心说时代。

哥白尼通过观察星辰运动规律发现，以托勒密的地心说模型所建立的天体运行规律太复杂了，于是尝试改变宇宙模型中的中心，发现只要将中心换成太阳后，所有的行星的运动规律变得简单而且更符合观察的规律，他在他的著作中创建了三种太阳系的运动模式，第一种：地球绕着太阳转，周期一年， 第二种 – 地球自转，周期一天，解释为什么昼夜更替；第三种：地球自转轴是倾斜的，解释四季更替现象。但是很遗憾，由于时代的原因和他并没有完美的解释为什么被抛出的物体不是落到原来的后方而原地，他不被当时的民众所接受。

日心说模型

第谷是丹麦的天文学家和占星家，富裕的家庭出身，给他的科学探索创造了极好的条件，上天赋予他一个特殊能力：通过肉眼观察，他可以极高精度地判断天体运行的轨迹，积累丰富天体运行数据。比较可惜的是，他是地心说的拥护者，又不擅长数学运算，拥有丰富的数据，却并没有突破前人的束缚。但这并不影响我在谈论日心说时代时浓墨重彩的描述他的成就，因为这位无私的科学家，将自己多年观测的数据，送给了跟自己观点相悖、支持日心说的学生——开普勒；同时以师长的身份教导他尊重事实，为他后来创立了自己三大行星运动定律提供了丰富的数据和事实求是的严谨科学态度。

第谷

开普勒，出身于德国贫困家庭的他并没有被上天眷顾获得一个好的体魄，甚至眼睛几近失明，这对于一个需要进行大量科学观察和测量的物理学家来说，几乎是致命打击，但不幸中的大幸是他拥有极高数学天赋，又幸运地遇见第谷这个伯乐，师生合作，一个长于观察，一个善于精确计算，给人类带来新的视野。他创建的开普勒三大定律，第一次打破人类之前认为的天体是按照圆形轨道运行的固有观念，指出天体运动是按照椭圆形轨道运行；他第一次提出天体间的力可能是磁力，他第一提出天体运行可能并不是简单的匀速，而是在相同的时间内扫过的轨道面积相等这种协和运动。因为跟伽利略沟通获得望远镜而不得后，他创造了自己的开普勒望远镜。让后来的科学家们在进行天文观察时拥有了更多的方式。

伽利略是中学物理中常常提到且被我们熟知的科学家，他一生的成就很多，如发现了单摆摆动的时间等长性；如设计温度计，从而开启热力学领域的研究，如自行设计望远镜，开启人类对宇宙的观察的望远镜时代。但是，最让人们钦佩的是，他打破了两千多年的关于力与运动的束缚，第一次提出，力不是维持物体运动的原因，创造性的提出了惯性理论（虽然他的理论中所提到的圆惯性后来被人们否定），为了更好的向大众普及自己的观点，他的《关于托密勒和哥白尼两个世界的对话》创造性的使用对话体进行书写，使知识更容易传播。为了解决力与运动的关系，首次提出了加速度的概念，为后来力与运动的定量计算奠定了基础，首次提出“实验是理论研究的基础”，从这之后，物理实验被人们提到了前所未有的高度。所以人们常称他为近代物理之父。

03、牛顿的三大定律与万有引力
牛顿——每次在说起牛顿对物理学的贡献，行文就开始变得很俗套，因为人们对这位伟大的科学家实在太熟悉了，但他值得我们一次又一次的重复来尊重，他创造性的总结了伽利略，笛卡尔，开普勒等科学家的成果，创造了奠定经典物理的三大基石。同时，建立万有引力定律，并且提出精确的表达式：F=GM1M2/R^2，尽管他并未精确计算出G常量的数值，但是这是人类历史上第一次将天体运动与地面物体运动相统一。

卡文迪许——他一生比较安静，曾有人说过“没有一个活到80岁的人，一生讲的话像卡文迪许那样少的了。” 他成就很多，在本文中，值得提到的是，他创造性的设计了扭秤实验，测量了牛顿在万有引力定律中没有完成的G值的测量，得到了即使到今天看来，依旧很精确的G=6.67x10^-11N·m^2/kg，使得万有引力定律最终完善并用于对更多科学领域的应用。

卡文迪许扭秤实验原理

后记
回顾了这段长达千年，人类前赴后继的探索之旅，我们发现科学每一次的进步都是神奇而值得期待的，还有很多很多的科学家在这条路上探索，法拉利发现电场；麦克斯韦创立电磁场理论，开拓性地将各种现象和谐统一的联系在一起；爱因斯坦更是大胆的通过相对论，思考着时间和空间的统一。目前的还有许许多多的科学家们在持续不断的丰富着物理这座大厦，未来期待这座大厦会越来越耀眼。

爱因斯坦 – 图源网络