牛顿万有引力定律的发现渊源_从所谓的开普勒定律到万有引力定律_

倍频新方法以及内腔倍频单频激光理论方面有所创见.

在这些理论的指导下,他致力于高功率倍频激光器的研究,在1982年回国后,他立即赴北京人工晶体研究所及山东大学晶体研究所提供资料和信息,积极推荐生长该晶体,之后又及时协助进行样品测试,对我国采用溶剂法生长KTP晶体及产品占领国际市场起了重要作用.他从技术上解决了高功率倍频激光器及谐振腔的最佳设计问题以及准连续泵浦电源、功率稳定反馈装置等关键技术.他和山东大学协作,使KTP内腔倍频YAG激光的二次谐波输出功率最高达34W,为高功率绿光的广泛应用创造了条件.该成果获国家发明二等奖、国家教委科技进步二等奖及尤里卡发明金奖等.他以这种激光光源为基础,主持完成了“激光三维扫描系统”并获奖.

同样,采用准连续运转的高功率绿光光源,姚建铨创新地提出泵浦染料可调谐激光器

及钛宝石可调谐激光器.通过长期的、系统的

研究,姚建铨从理论及器件技术方面建立了一个新的技术体系,即以双轴晶体最佳相位匹配计算———类高斯分布理论,准连续高功率倍频激光器及其泵浦的激光调谐系统为主体的体系.

专著“非线性光学频率变换及激光调谐技术”(科学出版社,1995)是他多年来在这一领域内研究成果的总结及升华.

高速流场的分子检测技术是研究空气动力学的关键实验技术,姚建铨发展了美国Princeton大学Miles教授提出的拉曼激发诱导荧光测速法,提出采用序列脉冲作为光源的YRELIEF方法,为解决非稳高速流场的检测(速度、密度、温度等)提供了条件.

他已培养了4名博士后、21名博士生、36名硕士生,共发表论文260多篇.

(天津大学精密仪器与光电子工程学院　王鹏)

牛顿万有引力定律的发现渊源＊

———从所谓的开普勒定律到万有引力定律

咸　世　强

(首都师范大学物理系,北京　100037)

　　摘　要　　牛顿创建的万有引力定律与“开普勒定律”之间存在着一定的联系,然而,所谓的“开普勒定律”在前牛顿时代充其量不过是经验性的假设,并未得到普遍承认;而且,对牛顿来说,开普勒的假设没有起到传统上所认为的那种决定性作用.开普勒并未证明椭圆轨道定律和面积定律,这种证明是由牛顿本人完成的.牛顿对椭圆轨道定律和面积定律的证明及其创建万有引力定律的卓越成就已录入西方天文学史及物理学史教科书中.

关键词　　约翰·开普勒　艾萨克·牛顿　万有引力定律

THEESTABLISHMENTOFNEWTON'SLAWOFUNIVERSALGRAVITATION

XianShiqiang

(DepartmentofPhysics,CapitalNormalUniversity,Beijing　100037)

　　Abstract　　AcertainrelationshipexistsbetweentheLawofUniversalGravitationfor-malatedbyNewtonandKepler'sLaws.However,theso-calledKepler'sLawswereempiricalhy-＊　1998-01-19收到初稿,1998-03-11修回

pothesesandhadnotbeengenerallyadmittedbeforeNewton'stimes.ItiscertainthatKepler'shy-pothesesdidnotplayanimportantrole,astraditionallyassumed,inthedevelopmentofNewton'sthoughts.TheellipticallawandarealawwereprovedbyNewton,notbyKepler.Thesefactsarenewrecordedinwesterntextbooksonthehistoryofastronomyandphysics.

Keywords　JohannKepler,IsaacNewton,thelawofuniversalgravitation

　　目前,国内科学史界普遍认为,创建万有引力定律的关键一步———引力平方反比关系的证明,是牛顿融合当时已经确立的“开普勒定律”和惠更斯的“离心力公式”进行理论推演的结果,并由此进一步断定,开普勒的工作对牛顿建立万有引力定律是一个充分而必要的前提,牛顿的贡献主要在于对前人已得出的成果进行了数学归纳和综合,因此,人们很少注意或重视牛顿工作的独创性.然而,这的确是一种误会———一种可以被理解的误会.事实上,牛顿的天文学在某种意义上与开普勒天文学及玻利奥(IsmaleBoulliou)天文学之间是有继承关系的,然而,牛顿万有引力理论建立的基础侧重于天文观测,尤其是约翰·弗拉姆斯蒂德(JohnFlamsteed,1646—1719)关于木卫的观测数据.牛顿运用其数学证明和逻辑推演的才能,证明了所谓的开普勒三定律,导出了引力平方反比定律;借助于他的运动定律建立了引力质量的概念;把地面上的重力概念发展为引力概念并推广到一切物体(或天体)之间的相互作用———万有引力;后来,他给出准确的有关万有引力定律的物理表述,用它反推并进一步修正所谓的开普勒三定律,在此基础上建立了月球运动理论、彗星理论、潮汐理论,等等.

[1]

天文学实践中,同时应用这两个定律会在预测的准确性上产生革命性的进展,单独应用的效果却不能令人满意.

开普勒有关天文学的成就表现在如下几个方面:(1)决定行星运动的是“真太阳”(true

sun)的、而不是“平太阳”(meansun)的合点和冲点;(2)假定行星轨道平面巧合在太阳体内,并各自与此黄道面有固定不变的倾角;(3)在太阳系理论中首次引入“偏心等分”方法;(4)假定所有行星的轨道是椭圆的,太阳在这些椭圆的一个共同焦点上;(5)假定在这些轨道内各行星的面积速度不变.

开普勒在《新天文学》(AstronomiaNova)一书的第Ⅴ、第Ⅵ章中试图说明,无论所依据的天文学理论是托勒密的、哥白尼的,还是第谷的,在计算地球轨道外的行星运动时,应该相对于真太阳,而不是相对于平太阳.相对于太阳观察到的地球以外的行星的位置是建立“初均”(firstinequality)理论的基础.法国著名天文学家德朗布尔(J.J.Delambre,1749-1822)对开普勒的学说给出这样的评论[2]:“开普勒的推理是模糊的,结论是可疑的,要想对其作出合理的证明,我们应当从非常准确的大量观测开始.通过观测,人们(根据托勒密、哥白尼和第谷的理论)能算出行星相对于平太阳的时间和位置,也能(根据开普勒理论)算出相对于真太阳的时间和位置.从一系列的结果,人们可以算出行星理论的参数值———平均速度、离心率、远日点等,把两系列参数值制成行星表.最后,根据由行星表推算的结果,将不得不与大量的精确观察核对,还要与开普勒以前的行星表核对.这种验证要付出大量劳动———一种不值得牛顿以后的人们去耗费的劳动.因为他们预先知道了行星沿着椭圆轨道运动,且太阳在焦点上.但是,

1　开普勒天文学假设的经验性特点

开普勒在改革天文学的理论和实践中,并没有就他所提出的命题给出直接的、充分的证

明,尤其是其中的两个重要命题———椭圆轨道定律和面积速度定律,它们是开普勒依据经验而提出的假设.同时代具有经验头脑的自然哲学家和天文学家对上述两个命题能否直接应用到天文学实践中也提出了质疑,因为,在他们的

对在牛顿之前的具有经验头脑的人们来说,他们对检验重要性的认识还是非常模糊的.要知道,不经过大量的观测数据验证的假说是可疑的;一个假设的错误或不精确会掩饰着另一个假设的错误或不精确”.德朗布尔认为,在开普勒尝试以真太阳作为参考点的论述中,只有一条是他赞成的,即:“当太阳、地球和行星三者的真实位置在一条直线上时,行星运动的二均(secondinequality)就消失了”.

在当时的天文学实践中,显得很重要的平太阳方法是有问题的.真太阳是一个实在的发光体,而平太阳则是一个假设的点.以至于后来一些反哥白尼的天文学家,例如瑞休利(Ricci-oli)等,在1651年仍然否认开普勒上述的第三、第四、第五条假设,但接受以真太阳作为参考点的方法.他们认为,开普勒没有充分证实后3个假设.至于开普勒的其他假设,如行星轨道平面不变且通过太阳体,开普勒已做出了一些有说服 …… 此处隐藏：13111字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……