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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》
伽利略是物理学的鼻祖,为物理学的发展奠定了坚实的基础和做出了卓越的贡献。那么,伽利略的物理学贡献有哪些呢?让我们跟随者邮票上的物理学史一起来认识一下。
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《方寸格致》之伽利略的贡献篇一
伽利略一生中最重要的贡献无非就是相对性原理:
伽利略相对性原理: 伽利略在批驳反对地动说的一些论据(例如人们感觉不到地球运动、如果地球转动高处落下的石头应当偏西等)时,应用运动合成的观念论述了运动的相对性:在一个封闭的作匀速运动的船舱里,由于一切物体都参加了船的匀速运动,因此各物体的相对运动关系都保持不变,例如,从桅杆上掉下的物体就落在桅杆脚下,而不会落在桅杆后面的甲板上,人们感觉不到船是在运动。这就是我们今日所称的伽利略相对性原理或力学相对性原理:在一条匀速行驶的船的封闭船舱内做的任何力学实验,都不能确定这条船是停泊在港口还是在海上行驶。不过,在我国汉代的古籍《尚书纬•考灵曜》中已经有这样一段话:
地恒动不止,而人不知,如坐闭窗舟中,舟行而人不觉也。
这比伽利略又早多了。
惯性的概念:伽利略研究斜面运动时,让从某一高度滚下的球沿一个斜面往上滚回原高度。斜面越平缓,滚回原高度需时越长。过渡到极限情况坡度为零的水平面,伽利略得出结论说,小球应当保持匀速运动并且持续运动无穷长时间。有些书凭这一点说伽利略已得出惯性的概念。但是,伽利略随即说明,水平面是地球的同心球面,因此小球在水平面上的这种运动仍是环绕地球的圆周运动,属于亚里士多德所述的“自然运动”,因此才能持久进行,而真正的匀速直线运动是不可能持久的。可见伽利略仍然没有完全摆脱“自然运动”和“强制运动”的观念,因而也未能真正提出一条惯性定律来,但是为后人提出惯性概念开辟了道路。
引力质量和惯性质量的等价性:伽利略之所以详细研究自由落体运动,是为了批驳亚里士多德的错误理论:重物体下落比轻物体快,落体速度与其重量成正比。传说伽利略曾在比萨斜塔上做实验,把同样大小的铁球和木球同时放下,观众看到二者同时落地,但历史考证对这一传说存疑。
不过伽利略早年(1591年)写的《论运动》小册子中的确记载有这类实验。
下图是多米尼克1991年发行的小型张,上面画了伽利略在比萨斜塔上作实验的场景。从今天的观点看,轻、重物体同时落地表明自由落体的加速度与其重量无关,实质上是证实物体的引力质量等于其惯性质量。为此,我国于1991年发行了纪念伽利略发现“惯性质量和引力质量等价”400周年的邮资明信片。
这张明信片是李政道先生设计的。李先生的美术素养很高,画画得很好。2006年他80寿辰时,他主持的中国高等科学技术中心曾以他的画稿为副票图案,由中国邮政印制了一版个性化邮票。在经典物理学中,惯性质量与引力质量相等是偶然的,而在现代物理学中,惯性质量与引力质量相等则是一条根本原理,是广义相对论的基石。图7-16的邮票(意大利1995)纪念第14届国际相对论大会在佛罗伦萨召开,上面有广义相对论公式和伽利略与爱因斯坦的像。
《方寸格致》的介绍:
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。
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