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【名家说】最具创意物理学的艺术表达——看北大秦克诚教授巨著《邮票上的物理学史》

环球物理  · 公众号  · 物理  · 2017-04-12 22:14

正文

大家好,

这里是放眼宇宙世界、纵观物理发展、

科技人文共赏,环球物理

~名家说~

本文摘自北大物理学教授秦克诚先生的著作《方寸格致》(原名《邮票上的物理学史》)第七章——《邮票中的伽利略》


方寸,可跨越时空,可俯仰宇宙。

格致,需潜心治学,需蓦然顿悟。

然而,迥异的名词,却在这本《方寸格致》(原名《邮票上的物理学史》)中完美契合。

本书作者秦克诚先生自幼开始集邮,入读北京大学后,他将这一业余兴趣与专业志趣结合起来。经历新中国的建立,经历十年浩劫,也曾飘洋过海去斯坦福大学进修,去德国访问,无论何时何地,他始终坚持这一兴趣,集邮迄今已逾甲子轮回,占据了他年岁的近九成。



秦克诚先生崇尚古希腊璀璨的文明,更崇尚亚里士多德响彻云霄的“吾尤爱真理”的宣言;他热爱文艺复兴的波澜壮阔,不忘达芬奇神来之笔下的黄金分割;他赞美被苹果引发灵感的牛顿,也赞美牛顿同时代的群星荟萃;他向爱因斯坦的幽默与豁达致敬,尤其是72岁生日留影时伸出的舌头……这些都记录在一格一格的方寸之上,格物的态度、致知的精神,在方寸间追溯了古往今来,跨越了须弥芥子。

本书是秦先生毕生的蒐求,是艺术对科学的回响,也是赠予世界的礼物。

 

他的书曾经获得这样的评价:

 

诺贝尔奖得主杨振宁教授2006年7月5日主持吴大猷奖颁奖典礼时的讲话——

作者用深入浅出的文笔,把邮票上的物理事件、重要发现、主要人物和事件发生的经过,写成这本图文并茂的书,很有意思,这种科普书会影响很多人。

 

清华大学 陈难先院士——

秦克诚的必然独到之处就在于是用他的心向读者作奉献的,他写的书当然和别人不会一样,因为他的工作条件没有别人那么好,但是他对物理和邮票坚持特有的兴趣和品味。它的命题,它的内容,它的陈述,它的意义都是与众不同的。创新来自积累和想象力,哪来条条框框可以套用?他今天写的和昨天写的也不会一样。


那下面让我们一起来欣赏一下秦教授的著作选节


今天我们将播放

方寸格致》之晚年的伽利略篇





由于年老有病,实际上伽利略并未入狱服刑,而是被送到他的学生和故友皮柯罗米尼大主教私宅中软禁,由后者监管。皮柯罗米尼精心照料他,建议他继续研究无争议的物理学问题。于是伽利略又重新振作起来,将他最成熟的科学思想和研究成果写成另一部著作《关于两门新科学的对话》,两门新科学是指材料力学和运动学。这本书于1638年出版


伽利略在皮柯罗米尼家里只待了5个月,又有人向教廷控告皮柯罗米尼厚待伽利略。教廷便勒令伽利略迁往佛罗伦萨附近的阿切特里他自己的故居,由他的儿女照料。1637年双目失明后,伽利略获准收聪慧好学的18岁青年数学家维维安尼为关门弟子,为他处理日常事务,并记录他的回忆,这个学生使他非常满意。1641年10月,又有人介绍青年物理学家托里拆利前往陪伴他。他们和双目失明的老科学家讨论各种科学问题,一直到他1642年1月去世。



这里第四张邮票是伽利略晚年在阿切特里的情形,老年伽利略后面的两个年轻人应该就是维维安尼和托里拆利了。



       意大利纪念伽利略的邮票还有分别于1933年和1945年发行的管道邮政专用邮票,注意它们不属于同一套票,上面的国名铭志不同:一个是意大利王国,一个简单是意大利。所谓管道邮政或气送管邮政(pneumatic post)是利用压缩空气通过地下气压传输管道运送邮件的邮政机制。这种方法于1892年首创于纽约,以后在柏林、维也纳、伦敦及意大利的一些城市先后敷设地下压缩空气管道,承办气压传输邮政业务。



伽利略的科学成就是多方面的,下面我们结合邮票来介绍力学方面的:

1. 摆的等时性和摆的周期与摆长的关系:伽利略早在比萨大学读书时(1583年),一次在大教堂做弥撒,注意到一盏吊灯在晃动。由于有风,吊灯摆动的幅度时大时小,但他用自己的脉搏量度,发现吊灯摆动的周期却是不变的,好像吊灯会根据摆幅大小自动调节速度快慢。后来他进一步作实验,发现对于长度一定的摆,周期是一定的,在摆幅的某一限度内与其摆幅无关,也与摆锤的重量无关。这是摆钟装置的基础。长度不同的摆,其周期与摆长的平方根成反比。伽利略对摆的问题着迷很久,他之所以详细研究斜面运动,部分动机是想用斜面上的直线运动近似研究摆锤的曲线运动。(另一动机是为了研究自由落体运动,因为斜面上的运动慢得多,便于测量,而斜面坡度达到90°的极限情况就是自由落体运动。)



       2. 对匀加速运动的研究:通过对斜面运动的详细研究,伽利略给出了匀速运动和匀加速运动的严格定义,提出加速度概念(这是物理学中最难建立的概念之一!),推导出匀加速运动的路程、时间和速度之间的关系(路程与时间的平方成正比),并且用实验证明自由落体运动和小球沿斜面自由下滚是匀加速运动。自由落体运动是伽里略最重要的力学研究工作。


      3. 运动合成:伽利略研究了抛体运动,他把抛体运动看成是物体同时参与两种运动(水平方向的匀速运动和铅直方向的匀加速运动)的合成,即运动叠加原理,从而推出抛体的轨迹是抛物线,并且抛物角为45°时射程最远。




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