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1、目录目录摘要关键词.引言1 地心说与日心说1.1 地心说1.2 日心说.2 万有引力定律建立过程的现象论阶段.2.1 第谷的天文观测2.2 伽利略的发现2.3 现象论阶段的意义.3 万有引力定律建立过程的实体论阶段.3.1 开普勒和行星运动三定律.3.2 实体论阶段的意义.4 万有引力定律建立过程的本质论阶段.4.1 天体力学的萌芽.4.1.1 开普勒的“ 磁力流说 ” .4.1.2 笛卡尔的“ 漩涡说” 4.1.3 布里阿德的“ 平方反比 ”思想.4.2 牛顿万有引力定律的形成.4.2.1 惠更斯的向心加速度理论4.2.2 胡克、雷恩和哈雷的发现.4.2.3 牛顿的综合.4.3 本质论阶段的
2、意义5 结束语参考文献.万有引力定律的建立过程摘要：万有引力定律是宇宙问最普遍的规律之一。毫无疑问，牛顿是该定律的直接建立者。然而，历史上任何一项重大的发现和理论突破都不单纯是一个人的功绩，而是一代人甚至几代人努力的结晶。其实，早在牛顿之前就有不少科学家为发现万有引力定律洒下了辛勤的汗水，有的甚至付出了宝贵的生命，如:第谷、开普勒、伽利略等等。总之，万有引力定律是经过了极其复杂的过程才得以问世。本文拟就万有引力定律的建立过程作一简要剖析和讨论。关键词 ：天文 万有引力 万有引力定律The process of establishing of universal gravitationAbstr
3、act: The law of universal gravitation is the universe ask most one of universal law. No doubt, Newton is the law of the established directly. However, the historical any a major discovery and theoretical breakthroughs is not a simple one merit but generation even generations to crystallization. In f
4、act, as early as in Newton before for many scientists discovered the law of universal gravitation sprinkled a hard sweat, some even pay a precious life, such as: DiGu, Kepler, Galileo, etc. Anyhow, the law of universal gravitation was a complicated process was able to come out. Based on the law of u
5、niversal gravitation process of establishing a brief analysis and discussion.Key word: astronomy；gravitation ；The law of universal gravitation 引言：众所周知，万有引力定律是牛顿（Isaac Newton,1642-1727）对经典力学的最重要的贡献。万有引力定律可表述如下：任何两个物体之间都存在相互作用的引力。力的方向是沿两个物体的连线方向；它的大小和两个物体的质量的乘积成正比；和两物体之间的距离的平方成反比。万有引力定律是宇宙问最普遍的规律之一。毫无
6、疑问，牛顿是该定律的直接建立者。然而，历史上任何一项重大的发现和理论突破都不单纯是一个人的功绩，而是一代人甚至几代人努力的结晶。其实，早在牛顿之前就有不少科学家为发现万有引力定律洒下了辛勤的汗水，有的甚至付出了宝贵的生命，如:第谷、开普勒、伽利略等等。总之，万有引力定律是经过了极其复杂的过程才得以问世。本文拟就万有引力定律的建立过程作一简要剖析和讨论。1 地心说与日心说1.1 地心说早在古希腊时候，人类就开始把对天体的观测归结成一套系统的学说。在公元前 6 世纪到 4 世纪，古希腊出了几个杰出的人物，例如毕达哥拉斯、柏拉图和亚里士多德等，他们都认为，地球是宇宙的中心，其他所有的星球，都是以简单
7、的圆形轨道围绕着地球而运转的。实际上，这些人与其说是科学家，还不如说是哲学家，因为他们的学说都是在直观感觉的基础上想像出来的。 到了公元2世纪，又有一位重要人物出现了，那就是亚历山大学派的托勒密。托勒密综合了所有前人的天文学说和知识，再加上自己的一些想法，编写了天文学之大成一书，但却并没有什么新的创见，仍然认为，太阳、月亮和所有的星球，都是围绕着地球，在圆形轨道上做着简单的运动，这就是所谓的“地心说”。如图1，就是托勒密的地心体系模型。历史的经验证明，任何学说，无沦是何等的正确或者谬误，只要放在科学的范畴内，问题总是会搞清楚的，因而也总是有生命力的。但是，一旦成为政治的工具，使有可能成为一种教
8、条的，僵死的，可怕的东西。不幸的是，托勒密的学说恰好被教会看中了，于是便被奉为神明，成了扼杀科学的工具。自那以后，“地心说”成了神圣不可侵犯的宗教教义，把人们的思想禁锢了若干个世纪。当然，教会只能禁锢人们的思想，却没有办法禁锢宇宙，各个星球照样在按照自己的规律运转着，并不受人类的约束。1.2 日心说时间到了 16 世纪，一个伟大的天文学家诞生了，那就是波兰人哥白尼。哥图 1白尼觉得，托勒密的学说似乎过于繁杂了，而柏拉图的圆轨道又过于简单。当他了解到，其实早在公元前 3 世纪，有一个古希腊的哲学家叫做阿利斯塔克，就曾经提出过地球围绕着太阳旋转的学说。但是因为这种学说在当时并不为人们所接受，所以阿
9、利斯塔克也就没有什么名气。然而，哥白尼却由此得到了很大的启示。后来，又经过多年地认真观察、计算和思考，哥白尼觉得地球和太阳的关系似乎应该颠倒一下，即地球绕着太阳转而不是相反。然而，一生谨慎小心的哥白尼深知教会是决不会容许他的学说蔓延的，所以直到临死之际，即1543 年，他才将自己的学说公布于世，这就是伟大的著作天体运行论书。在这本极其重要的著作里，哥白尼不仅指出地球是围绕着太阳运转，而且连当时已知的其它五大行星，即水星、金星、火星、木星和土星，同样也是围绕着太阳，沿着圆形轨道运转的。只有月亮是例外，它是在绕着地球旋转。由于当时条件所局限，虽然哥白尼未能从圆形轨道的束缚中解脱出来，但他的学说，却
10、使人类对宇宙的认识往前大大地推进了一步。 然而，长期以来，天主教早已把地心说写入了教义之中。他们认为地球不仅是有形世界的惟一王国，而且也是精神世界的惟一支柱。因此，当听到哥白尼把地球与其他的行星相提并论的时候，这无疑刺痛了他们的神经。哥白尼的学说自然便被教会列为禁书。 1584 年，意大利的哲学家布鲁诺出版了他的名著论无限、宇宙及世界。他不仅明确表示赞同哥白尼的学说，而且还有所发展。他认为，不仅太阳周围存在着一个行星系，众多的行星都在围着它运转，而且所有的恒星周围都有一个行星系，这些行星都在围着恒星而运转。不仅如此，布鲁诺还明确指出，宇宙中恒星和行星的数目是无限多的。与哥白尼的谨慎小心截然不同
11、的是，布鲁诺面对着强大的教会势力针锋相对，毫不畏惧，不幸的是，他最后受到教会的迫害，在罗马被活活烧死。临刑前，他义正词严地说：“你们把我烧死了，地球还照样在围着太阳转。”就这样，布鲁诺为了自己的信念而献身。他的死昭示着后人，科学的进步常常需要人们用宝贵的生命去换取。然而，无论是哥白尼，还是布鲁诺，他们对于宇宙的思考和认识，都还是建立在经验加猜想的基础上的，因而还不能算是真正的宇宙学。但是，因为他们的认识符合于客观事实，所以在人类迈向宇宙的道路上树起了极其重要的里程碑，立下了汗马功劳。2 万有引力定律建立过程的现象论阶段2.1 第谷的天文观测哥白尼的“日心说”对中世纪思想的冲击是巨大的，但是在实
12、际运用方面，当时迫切需要精确的星表，而这需要精确和系统的观测资料。第谷布拉赫对那个时代的需要看得很清楚，并全力以赴地去满足这个需要。 第谷布拉赫（Tycho Brahe,1546-1601）出生于一个丹麦贵族的家庭中。他从十三岁就热衷于天文观测和阅读有观天文学方面的书籍。他看到托勒密的伟大论后，如获至宝，欣喜若狂，刻苦攻读并再书上加了不少注释。1572年 11 月仙后座爆发一颗超新星，为了观察这颗新星，他前后用了 16 个月的时间，并于 1573 年发表丁一篇论新星的论文。后人为了纪念他，特地将这颗新星命名为第谷星。他在后来的研究中发现“日心说”和“地心说”两个学说都是建立在各自观察星体运行位
13、置图表的基础上，而他们的图表又不完全一致。于是，他认为在创立一个满意的星体运行理论之前，需要有经过仔细观察而确立的高精度的星体位置图表，这样才能解决两个对立学说的争论。这也是第谷长期从事天文观测的出发点，是他毕生奋斗的目标。第谷研究天文的志愿，得到丹麦国王费德烈二世的重视和支持。1576 年，他被聘为宫廷天文学家，国王拨出巨款在海恩岛为他建立的乌伦堡天文台。从1576 年到 1597 年将近二十一年间，第谷进行了艰苦的肉眼观测，他把自己一生中最宝贵的时间贡献给了天文事业。为了得到高精度的观测数据，他从前人的观测工作做了大量分析，他认为观测误差来至于仪器，而仪器产生较大误差的主要原因则是小而笨重。于是，他着手改建天文观测仪器设备，使之大而轻巧。并且给出了每种仪器的误差范围和测量说明书。为了进一步提高观测的精确度，他仔细研究和确定了光线通过大气时所产生的折射量同时对测得数据做了一一校正，并把行星位置图表中的错误矫正过来。通过上述措施，使他对各个行星位置的观测误差下降到 0.067 度以下，这几乎已经达到肉眼观测所能达到的极限。因此，当时他被人们誉为“星学之王”。他所编制的恒星表，至今仍有使用价值。第谷通过日以继夜的长期观察，编制了 777 个星体的位置图表，积累了大量的恒星和行星的资料，特别是对火星的观测资料最为丰富。不仅于此，他还提出了一个
