布鲁诺与牛顿：宇宙认识的突破

（1）哥白尼的天文学体系

波兰青年哥白尼（1473—1543）于1496 年到意大利波伦亚大学求学。在意大利游学了10年后，哥白尼回到了波兰，一边行医、一边担负着教会的一些工作，同时开始构思和撰写天文学著作《天体运行论》。这本书从开始写作到修改定稿共用了36年的时间，直到1543年，作者在弥留之际才将其付印出版，哥白尼在见到自己的著作后不久便与世长辞了。但这本书却引起了一场巨大的学术革命，使人类开始重新认识宇宙、地球以及物体的运动。

哥白尼的天文学体系在数学形式方面比托勒密体系要简单得多，他第一次正确地描述了水星、金星、地球和月球、火星、土星、木星轨道实际相对于太阳的顺序位置，指出它们的轨道大致在一个平面上，公转方向也是一致的，月球是地球的卫星，和地球一起绕太阳旋转。

（2）布鲁诺的天文学体系

意大利哲学家布鲁诺（1548—1600）大力宣传哥白尼学说，而且比哥白尼更激进，他认为太阳不是宇宙的中心，无垠的宇宙没有中心。他最先在巴黎大学、牛津大学讲学时宣传空间无限大和地动说，批判亚里士多德和托勒密的学说，新教和天主教会均不能接受他的观点。1592 年他回到意大利，被宗教裁判所监禁。如果他放弃自己的观点就可以被释放，但他却选择了坚持自己的观点。1600年，布鲁诺被烧死在罗马鲜花广场。

（3）第谷·布拉赫的研究

在哥白尼去世后三年出生的丹麦人第谷·布拉赫（1546—1601）是一位著名的天文学家。据说他14岁在哥本哈根大学读书时就预见了一次日食，这使他名声大振，后来他成为宫廷天文学家。第谷并没有接受哥白尼的学说，但他在一个天文台细心观察天象达20多年，作了详细的记录，并把前人星表中的错误一个个纠正过来。晚年收德国人开普勒（1571—1630）为弟子。

（4）开普勒的研究

开普勒是哥白尼学说的信奉者，在与第谷合作后，总算找到了发现的机会。开普勒先从第谷留给他的火星资料开始研究，发现没有任何一种圆的复合轨道能与其相符。经过大量的尝试和计算后，终于发现火星的轨道是一个椭圆。开普勒在欣喜之余把这一发现推广到了所有行星。为得到这一结果，开普勒花费了10 年的时间。在1609 年他公布了行星运行三大定律的前两条；1619 年公布了最后一条。

行星运行三大定律：

轨道定律：行星绕太阳运行的轨道是椭圆，太阳在一个焦点上。

面积定律：从太阳中心到行星中心的连线（向径）在相等的时间里，扫过的面积相等。

周期定律：行星绕太阳一周的时间的平方与他们到太阳的平均距离的立方成正比。

（5）伽利略的天文望远镜

伽利略最初的科学生涯主要是对力学的研究。1608 年，荷兰的一个眼镜制造商汉斯·利佩希在偶然发明并开始制造望远镜。10 个月后，伽利略听到了这个消息，便自己动手制造了一架天文望远镜，并把它对准星空。伽利略的这一举动标志着天文学研究从肉眼观测进入了望远镜观测的时代。他看到了激动人心的景象：月球表面的山丘和凹坑、木星的四颗卫星、太阳的黑子和自转、茫茫银河中的无数行星等。他的发现公布后，轰动了学术界，人们说：哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。

（6）牛顿的万有引力定律

这实际上是对所有地上物体和天上物体运动的基本规律的发现，它的历史意义是伟大的：哥白尼提出了一个正确的太阳系结构假说；伽利略发现了一些地上物体运动的基本规律，并以观察事实支持了哥白尼；开普勒发现了天空中行星运行的真实情况；而牛顿则把他们所有的伟大成就统一了起来，并回答了物体为什么会这样运动的问题。他在书中所阐明的基本定律成了所有力学的基本出发点，他用万有引力定律解释了潮汐现象，并预言地球是赤道部分略为突出的椭球。

万有引力定律：(www.xing528.com)

万有引力定律是从开普勒行星运行三大定律中用数学方法推导出来的，其公式是

它是一个普遍的公式。牛顿的万有引力定律使日心说得以被人们所广泛接受。而推导这一公式的数学工具正是微积分方法。

（7）《光学》

自《自然哲学的数学原理》出版后，牛顿几乎停止了自然科学方面的研究工作。到1704 年，胡克去世后，他发表了《光学》，把自己三四十年前对光学的研究工作加以整理出版，其中包括了对光的反射、折射、色散的研究。《自然哲学的数学原理》和《光学》是牛顿的两部基本著作。

牛顿的诞生

伽利略去世的那一年，牛顿（1643—1727）诞生了。牛顿的时代，正是科学在英国兴起的时代。1662 年，英国皇家学会成立，以其为中心出现了一大批热心科学研究和技术发明的人，他们的许多新发现和发明使英国成了当时欧洲科学技术的中心。

牛顿的学习生涯

牛顿出生在一个中等农户家庭，是个遗腹子，而且早产，出生后勉强活了下来。牛顿中学时学习成绩并不突出，但十分喜欢做机械玩具和模型。17 岁时，他母亲把他从当时就读的中学召回田庄务农，但牛顿不喜欢干农活。在牛顿的舅舅和格兰瑟姆中学校长的竭力劝说下，他母亲才在九个月后允许牛顿返校学习。当时史托克斯校长对牛顿的母亲说：“在繁杂的农活中埋没这样一位天才，对世界来说将是多么巨大的损失。”后来牛顿在他舅舅的支持下就读于剑桥大学三一学院。

牛顿成为卢卡斯教授

1665—1666 年，牛顿为躲避伦敦的瘟疫而回到家乡爱尔索普。这期间他发现了二项式定理和流数法，进行了颜色的试验，并开始思考万有引力问题。他1667年回到剑桥被选为三一学院的研究员，1669年接替巴罗成为数学卢卡斯教授。1670 年起，他在剑桥大学正式开课，但由于他所讲的内容过于艰深，他的讲课没能受到学生的欢迎。

牛顿成为皇家学会会长、造币局局长

1693年，牛顿精神分裂症的症状日渐严重，于是离开了剑桥大学。1695年任造币局督办，1699 年任造币局局长，同年被选为巴黎科学院的外籍院士。1703年，当了30年英国皇家学会会员后任皇家学会会长。1705年被女皇封为爵士，成为贵族。晚年颇为孤寂，只有一个外甥女与他做伴，直到1727年去世。

蒲柏的诗

牛顿死后被葬于英国的皇家墓地西敏寺。为了颂扬这位伟人，当时英国著名的诗人蒲柏（1688—1744）曾写道：

Nature and Nature’s laws lay hid in night；

God said，Let Newton be!And all was light.

这两句铭文后来被铸在铁板上，镶嵌在牛顿诞生的屋子的墙上。