哥白尼和沈括的成就

2021-05-26 00:08:10 字數 5872 閱讀 3872

1樓:匿名使用者

哥白尼的「日心說」發表之前,「地心說」在中世紀的歐洲一直居於統治地位。自古以來,人類就對宇宙的結構不斷地進行著思考,早在古希臘時代就有哲學家提出了地球在運動的主張,只是當時缺乏依據,因此沒有得到人們的認可。 在古代歐洲,亞里士多德和托勒密主張「地心說」,認為地球是靜止不動的,其他的星體都圍著地球這一宇宙中心旋轉。

這個學說的提出與**教《聖經》中關於天堂、人間、地獄的說法剛好互相吻合,處於統治地位的教廷便竭力支援地心學說,把「地心說」和上帝創造世界融為一體,用來愚弄人們,維護自己的統治。因而「地心學」說被教會奉為和《聖經》一樣的經典,長期居於統治地位。 隨著事物的不斷髮展,天文觀測的精確度漸漸提高,人們逐漸發現了地心學說的破綻。

到文藝復興運動時期,人們發現托勒密所提出的均輪和本輪的數目竟多達八十個左右,這顯然是不合理、不科學的。人們期待著能有一種科學的天體系統取代地心說。在這種歷史背景下,哥白尼的地動學說應運而生了。

約在2023年前,哥白尼為闡述自己關於天體運動學說的基本思想撰寫了篇題為《淺說》的**,他認為天體運動必須滿足以下七點: 不存在一個所有天體軌道或天體的共同的中心;地球只是引力中心和月球軌道的中心,並不是宇宙的中心;所有天體都繞太陽運轉,宇宙的中心在太陽附近;地球到太陽的距離同天穹高度之比是微不足道的;在天空中看到的任何運動,都是地球運動引起的;在空中看到的太陽運動的一切現象,都不是它本身運動產生的,而是地球運動引起的,地球同時進行著幾種運動;人們看到的行星向前和向後運動,是由於地球運動引起的。地球的運動足以解釋人們在空中見到的各種現象了。

此外,哥白尼還描述了太陽、月球、三顆外行星(土星、木星和火星)和兩顆內行星(金星、水星)的視運動。書中,哥白尼批判了托勒密的理論。科學地闡明瞭天體執行的現象,推翻了長期以來居於統治地位的地心說,並從根本上否定了**教關於上帝創造一切的謬論,從而實現了天文學中的根本變革。

他正確地論述了地球繞其軸心運轉、月亮繞地球運轉、地球和其他所有行星都繞太陽運轉的事實。但是他也和前人一樣嚴重低估了太陽系的規模。他認為星體執行的軌道是一系列的同心圓,這當然是錯誤的。

他的學說裡的數**算很複雜也很不準確。但是他的書立即引起了極大的關注,驅使一些其他天文學家對行星運動作更為準確的觀察,其中最著名的是丹麥偉大的天文學家泰壽·勃萊荷,開普勒就是根據泰壽積累的觀察資料,最終推匯出了星體執行的正確規律。 這是一個前所未聞的開創新紀元的學說,對於千百年來學界奉為定論的托勒密地球中心說無疑是當頭一棒。

雖然阿里斯塔克斯比哥白尼提出日心學說早1700多年,但是事實上哥白尼得到了這一盛譽。阿里斯塔克斯只是憑藉靈感做了一個猜想,並沒有加以詳細的討論,因而他的學說在科學上毫無用處。哥白尼逐個解決了猜想中的數學問題後,就把它變成了有用的科學學說——一種可以用來做**的學說,通過對天體觀察結果的檢驗並與地球是宇宙中心的舊學說的比較,你就會發現它的重大意義。

顯然哥白尼的學說是人類對宇宙認識的革命,它使人們的整個世界觀都發生了重大變化。但是在估價哥白尼的影響時,我們還應該注意到,天文學的應用範圍不如物理學、化學和生物學那樣廣泛。從理論上來講,人們即使對哥白尼學說的知識和應用一竅不通,也會造出電視機、汽車和現代化學廠之類的東西。

但是不應用法拉第、麥克斯韋、拉瓦錫和牛頓的學說則是不可想象的。 僅僅考慮哥白尼學說對技術的影響就會完全忽略它的真正意義。哥白尼的書對伽利略和開普勒的工作是一個不可缺少的序幕。

他倆又成了牛頓的主要前輩。是這兩者的發現才使牛頓有能力確定運動定律和萬有引力定律。 哥白尼的日心宇宙體系既然是時代的產物,它就不能不受到時代的限制。

反對神學的不徹底性,同時表現在哥白尼的某些觀點上,他的體系是存在缺陷的。哥白尼所指的宇宙是侷限在一個小的範圍內的,具體來說,他的宇宙結構就是今天我們所熟知的太陽系,即以太陽為中心的天體系統。宇宙既然有它的中心,就必須有它的邊界,哥白尼雖然否定了托勒玫的「九重天」,但他卻保留了一層恆星天,儘管他迴避了宇宙是否有限這個問題,但實際上他是相信恆星天球是宇宙的「外殼」,他仍然相信天體只能按照所謂完美的圓形軌道運動,所以哥白尼的宇宙體系,仍然包含著不動的中心天體。

但是作為近代自然科學的奠基人,哥白尼的歷史功績是偉大的。確認地球不是宇宙的中心,而是行星之一,從而掀起了一場天文學上根本性的革命,是人類探求客觀真理道路上的里程碑。 哥白尼的偉大成就,不僅鋪平了通向近代天文學的道路,而且開創了整個自然界科學向前邁進的新時代。

從哥白尼時代起,脫離教會束縛的自然科學和哲學開始獲得飛躍的發展。

沈括十分重視發展農業生產和興修水利。早在他青年時期任沭陽縣主簿的時候,就主持了治理沭水的工程,組織幾萬民工,修築渠堰不僅解除了當地人民的水災威脅,而且還開墾出良田七千頃,改變了沭陽的面貌,那時他只有24歲。在任寧國縣令的時候,他積極倡導並且主持在今安徽蕪湖地區修築規模巨集大的堅固的萬春圩,開闢出能排能灌、旱澇保收的良田一千二百七十頃,同時還寫了《圩田五說》、《萬春圩圖書》等關於圩田方面的著作。

熙寧五年(公元2023年),沈括主持了汴河的水利建設。為了治理汴河,沈括親自測量了汴河下游從開封到泗州淮河岸共八百四十多裡河段的地勢。他採用「分層築堰法」,測得開封和泗州之間地勢高度相差十九丈四尺八寸六分。

這種地形測量法,是把汴渠分成許多段,分層築成臺階形的堤堰,引水灌注入內,然後逐級測量各段水面,累計各段方面的差,總和就是開封和泗州間「地勢高下之實」。這在世界水利史上是一個創舉。僅僅四五年時間裡,就取得引水淤田一萬七千多頃的顯著成績。

在對地勢高度計算時,其單位竟細到了寸分,可見,沈括的治學態度是極其嚴肅認真的。

傑出的天文學家

沈括還是一個傑出的天文學家。熙寧五年(公元2023年),也就在沈括負責汴河水建設時,沈括還負責領導司天監,在任職期間,他先後罷免了六名不學無術的舊曆官,不計出身,破格推薦精通天文歷算、出身平民的準南人衛樸進入司天監,主持修訂新曆的重要工作。沈括和衛樸治學態度認真,對舊曆官憑藉演算湊數的修歷方法非常不滿,主張從觀測天象入手,以實測結果作為修訂曆法的根據。

為此,沈括首先研究並改革了渾儀、浮漏和影表等舊式的天文觀測儀器。

渾儀是測量天體方位的儀器。經過歷代的發展的演變,到宋朝,渾儀的結構已經變得十分複雜,三重圓環,相互交錯,使用起來很不方便。為此,沈括對渾儀作了比較多的改革。

他一方面取消了作用不大的白道環,把儀器簡化、分工,再借用數學工具把他們之間的關係聯絡起來(「省去月道環,其侯月之出入,專以曆法步之」);另一方面又提出改變一些環的位置,使它們不擋住觀測視線。沈括的這些改革措施為儀器的發闢了新的途徑。後來元朝郭守敬於元世祖至元十三年(公元2023年)創制的新式測天儀器——簡儀,就是在這個基礎上產生的。

漏壺是古代測定時刻的儀器,由幾個盛水的容器裝置成階梯的形式,每一容器下側都有孔,依次往下一容器滴水漏水。最下面的容器沒有孔,裡面裝置有刻著時間標度的「箭」,隨著滴漏水面升高,「箭」就慢慢浮起,從顯露出來的刻度可以讀出時刻。沈括對漏壺也進行了改革。

他把曲筒銅漏管改做直頸玉嘴,並且把它的位置移到壺體下部。這樣流水更加通暢,壺嘴也堅固耐用多了。

此外,沈括還製造了測日影的圭表,而且改進了測影方法。

沈括在《渾儀議》、《浮漏議》和《景表議》等三篇**中介紹了他的研究成果,詳細說明改革儀器的原理,闡發了自己的天文學見解,在是我國天文學史上的具有重要的作用。

沈括和衛樸的一系列革新活動遭到守舊勢力的攻擊和陷害。在沈括和衛樸的堅決鬥爭下,衛樸主持修訂的奉元歷終於在熙寧八年(公元2023年)修成頒行。但是,由於守舊勢力阻撓和破壞,比較先進的奉元歷只實行了十八年就被廢止了。

但是沈括並不因此而灰心,在晚年又進一步提出了用「十二氣歷」代替原來歷法的主張。我國原來的歷法都是陰陽合曆,而「十二氣歷」卻是純粹的陽曆。它以十二氣作為一年,一年分四季,每季分孟、仲、季三個月,並且按節氣定月份,立春那天算一月一日,驚蟄算二月一日,依此類推。

大月三十一天,小月三十天,大小月相間,即使有「兩小相併」的情況,不過一年只有一次。有「兩小相併」的,一年共有三百六十五天;沒有的,一年共三百六十六天。這樣,每年的天數都很整齊,用不著再設閏月,四季節氣都是固定的日期。

至於月亮的圓缺,和寒來署往的季節無關,只要在曆書上註明「朔」、「望」就行了。沈括所設計的這個曆法是比較科學的,它既符合天體執行的實際,也有利於農業活動的安排。他預見到他的這一主張必定會遭到頑固守舊派的「怪怒攻罵」,極力阻撓,而暫時不能實行,但是,他堅信「異時必有用予之說者」。

果然,近八百年後,偉大的農民革命政權——太平天國所頒行的天曆的基本原理和沈括的「十二氣歷」是完全一致的。現在世界各國採用的公曆,也就是陽曆,其實在分月上還不如沈括的「十二氣歷」合理。

物理學家+化學家+數學家

沈括對物理學研究的成果也是極其豐富而珍貴的。《夢溪筆談》中所記載這方面的見解和成果,涉及力學、光學、磁學、聲學等各個領域。特別是他對磁學的研究成就卓著。

沈括在《夢溪筆談》中第一次明確地談到磁針的偏角問題。在光學方面,沈括通過親自觀察實驗,對小孔成像、凹面鏡成象、凹凸鏡的放大和縮小作用等作了通俗生動的論述。他對我國古代傳下來的所謂「透光鏡」(一種在背面能看到正面圖案花紋的銅鏡)的透光原因也做了一些比較科學的解釋,推動了後來對「透光鏡」的研究。

此外,沈括還剪紙人在琴上做過實驗,研究聲學上的共振現象。

在化學方面,沈括也取得了一定的成就。他在出任延州時候曾經考察研究漉延境內的石油礦藏和用途。他利用石油不容易完全燃燒而生成炭黑的特點,首先創造了用石油炭黑代替松木炭黑製造煙墨的工藝。

他已經注意到石油資源豐富,「生於地中無窮」,還預料到「此物後必不行於世」,這一遠見已為今天所驗證。另外,「石油」這個名稱也是沈括首先使用的,比以前的石漆、石脂水、猛火油、火油、石腦油、石燭等名稱都貼切得多。在《夢溪筆談》中有關「太陰玄精」(石膏晶體」的記載裡,沈括形狀、潮解、解理和加熱失水等效能的不同區分出幾種晶體,指出它們雖然同名,卻並不是一種東西。

他還講到了金屬轉化的例項,如用硫酸銅溶液把鐵變成銅的物理現象。他記述的這些鑑定物質的手段,說明當時人們對物質的研究已經突破單純表面現象的觀察,而開始向物質的內部結構探索進軍了。

沈括在數學方面也有精湛的研究。他從實際計算需要出發,創立了「隙積術」和「會圓術」。沈括通過對酒店裡堆起來的酒罈和壘起來的棋子等有空隙的堆體積的研究,提出了求它們的總數的正確方法,這就是「隙積術」,也就是二階等差級數的求和方法。

沈括的研究,發展了自《九章算術》以來的等差級數問題,在我國古代數學史上開闢了高階等差級數研究的方向。此外,沈括還從計算田畝出發,考察了圓弓形中弧、弦和矢之間的關係,提出了我國數學史上第一個由弦和矢的長度求弧長的比較簡單實用的近似公式,這就是「會圓術」。這一方法的創立,不僅促進了平面幾何學的發展,而且在天文計算中也起了重要的作用,併為我國球面三角學的發展作出了重要貢獻。

地理學家+醫學家

沈括在地學方面也有許多卓越的論斷,反映了我國當時地學已經達到了先進水平。他正確論述了華北平原的形成原因:根據河北太行山山崖間有螺蚌殼和卵形礫石的帶狀分佈,推斷出這一帶是遠古時代的海濱,而華北平原是由黃河、漳水、滹沱河、桑乾河等河流所攜帶的泥沙沉積而形成的。

當他察訪浙東的時候,觀察了雁蕩山諸峰的地貌特點,分析了它們的成因,明確地指出這是由於水流侵蝕作用的結果。他還聯絡西北黃土地區的地貌特點,做了類似的解釋。他還觀察研究了從地下發掘出來的類似竹筍以及桃核、蘆根、松樹、魚蟹等各種各樣化石,明確指出它們是古代動物和植物的遺蹟,並且根據化石推論了古代的自然環境。

這些都表現了沈括可貴的唯物主義思想。在歐洲,直到文藝復興時期,義大利人達.芬奇對化石的性質開始有所論述,比沈括晚了四百多年。沈括視察河北邊防的時候,曾經把所考察的山川、道路和地形,在木板上製成立體地理模型。

這個做法很快便被推廣到邊疆各州。熙寧九年(公元2023年),沈括奉旨編繪《天下州縣圖》。他查閱了大量檔案檔案和圖書,經過近二十年堅持不懈的努力,終於完成了我國製圖史上鉅作《守令圖》。

這是一套大型地圖集,共計二十幅,其中有大圖一幅,高一丈二尺,寬一丈;小圖一幅;各路圖十八幅(按當時行政區劃,全國分做十八路)。圖幅之大,內容之詳,都是以前少見的。在製圖方法上,沈括提出分率、準望、互融、傍驗、高下、方斜、迂直等九法,這和西晉.裴秀著名的製圖六體是大體一致的。

他還把四面八方細分成二十四個方位,使圖的精度有了進一步提高,為我國古代地圖學做出了重要貢獻。

沈括對醫藥學和生物學也很精通。他在青年時期就對醫學有濃厚興趣,並且致力於醫藥研究,蒐集了很多驗方,**過不少危重病人。同時他的藥用植物學知識也十分廣博,並且能夠實際出發,辨別真偽,糾正古書上的錯誤。

他曾經提出「五難」新理論;沈括的醫學著作有《良方》等三種。現存的《蘇沈良方》是後人把蘇軾的醫藥雜說附入《良方》之內合編而成的。

沈括和郭守敬的主要成就是什麼

沈括主要成就 治理一方且寫了 夢溪筆談 郭守敬主要成就 制訂 授時歷 西夏治水 製造天文測量儀器。人物簡介 沈括 1031 1095 字存中,號夢溪丈人,漢族,浙江杭州錢塘縣人,北宋政治家 科學家。沈括出身於仕宦之家,幼年隨父宦遊各地。嘉祐八年 1063年 進士及第,授揚州司理參軍。神宗時參與熙寧變...

哥白尼的遭遇,哥白尼被迫害的故事

哥白尼 1473 1543 是波蘭天文學家,日心說的創始人。1473年2月19日生於波蘭東部的託倫。他的父親是一位曾經當過市長的商人,母親是一位富商的女兒。哥白尼有一個哥哥和兩個姊姊,他是家中最小的孩子。在他10歲時,父親染上瘟疫死亡。全家由舅父務卡施接濟。哥白尼在文化名城沃茨瓦維克讀了中學,149...

沈括的名言

沈括 1031 1095 字存中,錢塘 今浙江杭州 人,北宋時期著名的科學家,他同時又是一版位傑出的政治家和軍 權事家。在天文學方面,在司天監期間,沈括為提高儀器的精度進行了大量工作,曾改制渾儀 浮漏和景表等天文儀器,撰 渾儀議 浮漏議 和 景表議 親自觀測天象,繪製測定北極星位置的圖二百多張 並曾...