牛頓的精典熱學(xué):
精典熱學(xué)的基本定理是牛頓運動定理或與牛頓定理有關(guān)且等價的其他熱學(xué)原理,它是20世紀(jì)曾經(jīng)的熱學(xué),有兩個基本假設(shè):
其二是假設(shè)時間和空間是絕對的,厚度和時間間隔的檢測與觀測者的運動無關(guān)牛頓力學(xué)三定律,物質(zhì)間互相作用的傳遞是瞬時抵達的;
其一是一切可觀測的數(shù)學(xué)量在原則上可以無限精確地加以測定。20世紀(jì)以來,因為數(shù)學(xué)學(xué)的發(fā)展,精典熱學(xué)的局限性曝露下來。
①伽利略對精典熱學(xué)創(chuàng)辦的奠基作用。
②牛頓成立精典熱學(xué)。
精典熱學(xué)的特點:
與傳統(tǒng)科學(xué)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)相比,精典熱學(xué)具有三大特點:
1、注重實驗,實驗可以進一步闡明客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系,并由此得出重要的推論。
2、它的物理化,這些物理化的癥結(jié)是自然內(nèi)在的物理關(guān)系。自然的物理結(jié)構(gòu)是近代科學(xué)的先驅(qū)們堅信不疑的真理。
3、研究人們?nèi)粘I钪斜阌诶斫獾暮暧^世界,后來的X射線、放射性和電子等三大發(fā)覺所闡明的卻是人們沒有直接經(jīng)驗的微觀現(xiàn)象。
這種表明人們對物質(zhì)世界的認識在不斷深入。
牛頓成立精典熱學(xué):
(一)背景:
1、16世紀(jì)末17世紀(jì)初,文藝復(fù)興運動的擴充推動了人的思想解放,對科學(xué)研究形成了重要影響;
2、文藝復(fù)興運動時期哥白尼提出“太陽中心說”,不但動搖了上帝創(chuàng)世說,也啟迪了伽利略對亞里士多德熱學(xué)的指責(zé)和實驗思想的萌生。
3、伽利略基于觀察、實驗以及實驗與物理相結(jié)合的科學(xué)研究,發(fā)覺了自由落體定理;
4、英國工場手工業(yè)時期經(jīng)濟上的須要與熱學(xué)有直接關(guān)系;
5、牛頓在伽利略研究的基礎(chǔ)上發(fā)覺了萬有引力定理和運動三定理,產(chǎn)生了以實驗為基礎(chǔ)、以物理為抒發(fā)方式的牛頓熱學(xué)體系,即精典熱學(xué)體系。
(二)標(biāo)志:
1687年牛頓發(fā)表《自然哲學(xué)的物理原理》,提出物體運動三大定理和萬有引力定理。
(三)歷史地位:
17~18世紀(jì),近代自然科學(xué)中突出發(fā)展上去的是精典熱學(xué)。伽利略的自由落體定理奠基,牛頓的《自然哲學(xué)的物理原理》一書的出版則標(biāo)志著精典熱學(xué)的成熟,一個有關(guān)物體運動的理論體系產(chǎn)生了,甚或,精典熱學(xué)又稱牛頓熱學(xué)。
1、在精典熱學(xué)領(lǐng)域中,最重要的成就是萬有引力定理和運動三定理的發(fā)覺,這種成就構(gòu)成了精典熱學(xué)的基本內(nèi)容。
2、牛頓熱學(xué)在科學(xué)史上的意義表現(xiàn)在它把天上和地上的運動統(tǒng)一上去,把萬有引力定理和運動三定理視為宇宙間一切熱學(xué)運動的普遍規(guī)律,從熱學(xué)的角度證明了自然界的統(tǒng)一性,實現(xiàn)了人類自然界認識的第一次綜合,完成了人類對自然規(guī)律的第一次理論概括和總結(jié)。
3、經(jīng)典熱學(xué)體系的構(gòu)建標(biāo)志著近代科學(xué)的產(chǎn)生,抒發(fā)了近代自然科學(xué)的基本特征:以實驗為基礎(chǔ),以物理為抒發(fā)方式。人們按照萬有引力定理發(fā)覺海王星,又表明了科學(xué)的預(yù)見力和對實踐的理論指導(dǎo)意義。
(四)意義:
①經(jīng)典熱學(xué)體系的構(gòu)建標(biāo)志著近代科學(xué)的產(chǎn)生。
②促進了天文學(xué)發(fā)展:按照牛頓熱學(xué)體系,人們發(fā)覺了海王星和冥王星。
③促進了光學(xué)、電磁學(xué)等與熱學(xué)的統(tǒng)一,促進了化學(xué)學(xué)的發(fā)展。
④促進了資本主義的兩次科技革命的出現(xiàn)和發(fā)展。
精典熱學(xué)的重要奠基者??伽利略
1、成就:發(fā)覺自由落體定理等數(shù)學(xué)學(xué)定理
意義:開創(chuàng)了以實驗事實為依據(jù)并具有嚴密邏輯體系的近代科學(xué),為后來精典熱學(xué)的成立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
自由落體定理的發(fā)覺是伽利略把科學(xué)實驗和理智思維相結(jié)合解決數(shù)學(xué)學(xué)問題的標(biāo)桿。它除了發(fā)覺了物體下落運動的客觀規(guī)律,并且為人類認識自然找到了一條正確的途徑和方式,為此,現(xiàn)今人們稱伽利略為化學(xué)學(xué)之父。正是因為伽利略創(chuàng)辦的科學(xué)方式,數(shù)學(xué)學(xué)研究才走上正確公路。
2、成就:借助自制望遠鏡發(fā)覺許多星系,證明了哥白尼“日心說”的正確性。
意義:伽利略的那些發(fā)覺和觀點,搗毀了教會的信條而證明了哥白尼學(xué)說的正確。
牛頓:
牛頓(1642?1727)是知名的瑞士科學(xué)家,在化學(xué)學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)等許多方面做出了卓越的貢獻。
1687年牛頓力學(xué)三定律,他出版了《自然哲學(xué)的物理原理》,在該書中他首先給熱學(xué)的基本要領(lǐng)如質(zhì)量、動量、慣性、力及向心力下了定義,對大至宇宙天體,小至光的微粒的一切物體在真空中或在有阻力的介質(zhì)中的運動,全部應(yīng)用運動三定理和萬有引力定理給與了說明,把自然界中的一切熱學(xué)現(xiàn)象都涵蓋在他的熱學(xué)體系之中。《自然哲學(xué)的物理原理》一書的出版標(biāo)志著精典熱學(xué)的成熟。
牛頓熱學(xué)在科學(xué)史上的意義表現(xiàn)在它把天上和地上的運動統(tǒng)一上去,把萬有引力定理和運動三定理視為宇宙間一切熱學(xué)運動有普遍規(guī)律,從熱學(xué)的角度證明了自然界的統(tǒng)一性,實現(xiàn)了人類自然界認識的第一次綜合。
牛頓熱學(xué)方面的貢獻之一是確立了萬有引力定理。這個定理說明,任何兩個物體之間都有引力存在。這個引力與彼此吸引的物體的質(zhì)量容積成反比,而與兩物體寬度離的平方成正比。萬有引力定理總結(jié)了此前一個半世紀(jì)的科學(xué)發(fā)明并用精確的物理術(shù)語把它們連結(jié)上去了。
據(jù)悉,牛頓還確立了知名的運動三定理,即慣性定理、比例定理(即加速度與力成反比)、作用和反作用相等定理。運動三定理是精典化學(xué)學(xué)的基礎(chǔ)。
《自然哲學(xué)的物理原理》:
牛頓的主要研究成果集中在其不朽的名著《自然哲學(xué)的物理原理》一書中。這兒所謂的“自然哲學(xué)”實際上就是指化學(xué)學(xué)。在唐代,自然科學(xué)是以自然哲學(xué)的方式出現(xiàn)的。《自然哲學(xué)的物理原理》全書分為兩大部份。
第一部發(fā)包括:“定義和注釋”和“運動的基本定律或定理”。這部份盡管篇幅不大,卻極為重要。
第二部份是那些基本定理的作用,包括三篇:
第一篇是研究萬有引力的;第二篇討論介質(zhì)對物體運動的影響;
第三篇是“論宇宙系統(tǒng)”。在該書的第一部份中,牛頓首先給熱學(xué)的基本概念如質(zhì)量、動量、慣性、力及向心力下了定義,說明了絕對時間和絕對空間的含意。接著陳述了他總結(jié)和成立的運動三定理和矢量合成原理。
牛頓對運動三定理的敘述如下:
運動第一定理(又稱慣性定理):任何物體將保持它的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài),直至外力作用促使它改變這些狀態(tài)為止。
運動第二定理:運動的變化與所施的力成反比,并沿力的作用方向發(fā)生。
運動第三定理:每一個作用總是有一個相等的反作用和它對抗;或則說,兩物體彼此之間的互相作用永遠相等,而且各自指向?qū)Ψ健?span style="display:none">RyN物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
《自然哲學(xué)的物理原理》以牛頓三大運動定理和萬有引力定理為基礎(chǔ),構(gòu)建了完美的熱學(xué)理論體系,說明了當(dāng)時人們所能理解的一切熱學(xué)現(xiàn)象,解決了行星運動、落體運動、微粒運動、聲音和波、潮汐以及月球的扁圓形狀等各類各樣的問題。在隨后二百多年中,再也沒有人補充任何本質(zhì)上的東西。直至20世紀(jì)量子熱學(xué)和相對論問世,才使熱學(xué)擴大了范圍。
精典熱學(xué)的窘境:
在精典熱學(xué)體系中,時間和空間的量度是絕對不變的。正如牛頓在《自然哲學(xué)的物理原理》一書中寫的:“絕對的空間,就其本性而言,是與外界任何事物無關(guān)并且永遠是相同的和不動的。”隨著生產(chǎn)實踐,非常是科學(xué)實驗的發(fā)展,卻出現(xiàn)了一些由“絕對時空觀”解釋不了的實驗事實。比如,電磁波、光的傳播和快速的電子運動,等等,都不遵守牛頓的熱學(xué)定理。為了檢驗以太存在的假說,1887年,英國化學(xué)學(xué)家邁克耳遜和莫雷,借助光的干涉效應(yīng),觀察干涉白色的聯(lián)通,企圖偵測月球相對于以太運動的速率,找尋以太絕對靜止座標(biāo)系。即使實驗本身達到了很高的精確度,而且并未觀察到干涉白色的聯(lián)通。這個實驗被許多人所重復(fù),結(jié)果都相同。實驗的“零”結(jié)果否定了以太風(fēng)的存在,這就是以太的漂移實驗。很其實,新的發(fā)覺與古典理論發(fā)生了矛盾,促使人們重新考慮、大膽懷疑絕對時空觀的正確性。新的實驗表明,牛頓熱學(xué)的致命弱點,就是把時空和物質(zhì)運動割裂開來,忽略了它們之間的內(nèi)在聯(lián)系,因此當(dāng)物體運動接近光速時,牛頓理論的終極真理智被否定了。此類狀況表明,一種新的更為普遍性的理論的形成已不可防止了。