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2018年3月14日，斯蒂芬·威廉·霍金逝世，享年76。 霍金在伽利略去世时出生，在爱因斯坦出生时去世；他，重归宇宙。一路走好！ 霍金的生日是伽利略的祭日，霍金的祭日是爱因斯坦的生日。1642年1月08日，伽利略·伽利雷逝世。1942年1月08日，斯蒂芬·威廉·霍金出生。1879年3月14日，阿尔伯特·爱因斯坦出生，享年76。 这中间究竟有什么神秘关系？究竟有什么神秘暗示？ 1642年1月8日 伽利略·伽利去世 1942年1月8日 霍金出生 1879年3月14日，爱因斯坦出生，享年76 2018年3月14日，霍金逝世，享年76。 01 史蒂芬·霍金（被誉为爱因斯坦后最杰出理论物理学家） 人物简介： 史蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking），1942年1月8日出生于英国牛津，英国剑桥大学应用数学与理论物理学系物理学家，著名物理学家、宇宙学家、数学家。霍金毕业于牛津大学、剑桥大学，1979年至2009年任卢卡斯数学教授，后为荣誉卢卡斯数学教授（牛顿曾任此职，是人类历史上最伟大的教授职位）。霍金是继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家和当代最伟大的科学家，人类历史上最伟大的人物之一，被誉为“宇宙之王”。他的代表作品有《时间简史》、《果壳中的宇宙》、《大设计》等[2]。2015年7月20日，史蒂芬·霍金启动了人类历史上规模最大的外星智慧生命的搜索行动。2016年1月，史蒂芬·威廉·霍金获得卢德奖。2018年3月14日，史蒂芬·威廉·霍金去世，享年76岁。 霍金为什么伟大？ 霍金21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症，全身瘫痪，不能言语，手部只有三根手指可以活动。55年来他一直生活在死亡边缘，当他得知自己身患绝症后仍然抓紧完成了自己在剑桥大学的博士学业，并且顽强地活了下来，结婚生子，从事科学研究，直至成为剑桥大学的教授和名满世界的科学家。他在逐渐丧失行动能力的一生中，思想扩展到了整个宇宙，他被人们认为是继爱因斯坦之后人类最杰出的理论物理学家和宇宙学家，他坐在轮椅上的形象已经成为剑桥大学和物理学的一张名片。 研究领域贡献： 在引力与黑洞领域，主要贡献有两个：奇点定律(1970)与霍金辐射(1974)。其证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型。在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。 奇点定理：他和彭罗斯一起开创性地运用拓扑学的方法，证明广义相对论方程导致奇点解，间接地证明了大爆炸奇点的存在。 霍金辐射：运用弯曲时空背景下的量子场论方法，证明黑洞像热力学黑体一样对外辐射。这是广义相对论和量子力学相结合的第一个典范，具有特殊的重要性。 科普贡献： 霍金的代表作《时间简史》(1988)，探索着宇宙的起源，凭借丰富的想象，精妙的构思，字字珠玑，阐释宇宙未来之变，神奇而美妙。这本书至今累计发行量已达2500万册，被译成近40种语言。 《果壳中的宇宙》是霍金继《时间简史》后最重要的著作。霍金在书中，再次把我们带到理论物理的最前沿，用通俗的语言解释宇宙的原理。这本书和《时间简史》一起，成为全世界最畅销的科普著作之列，影响力可见一斑。 个人信仰： 世界上并不存在神，自己是无神论者，宗教相信奇迹，但是奇迹不能和科学并存。 精彩语录： 1.当你面临着夭折的可能性，你就会意识到生命是宝贵的，你有大量的事情要做。 2.是先有鸡还是先有蛋？ 3.宇宙有开端吗？如果有的话在此之前发生过什么？ 4.宇宙从何处来又往何处去 5.活着就有希望。 6.时间有没有尽头。 7.科学家和娼妓都是做他们喜欢的事赚钱。 8.一个人如果身体有了残疾，绝不能让心灵也有残疾。 9.生活是不公平的，不管你的境遇如何，你只能全力以赴。 10.我的手指还能活动，我的大脑还能思考，我有终身追求的理想，有我爱和爱我的亲人和朋友，对了我还有一颗感恩的心……在一次新闻发布会上，一位女记者提出一个苛刻的问题。但霍金还是以恬静的微笑这样回答。霍金不仅以他的成就征服了科学界，也以他顽强搏斗的精神征服了世界。 11.虽然我行动不便，说话需要机器的帮助，但是我的思想是自由的。 12.我们一世为人被教导很多常识，但常识往往只是偏见的代名词。 02 阿尔伯特·爱因斯坦（现代物理学的开山鼻祖、世纪伟人） 人物简介： 阿尔伯特·爱因斯坦Albert Einstein (Альберт Ейнштейн)，出生在德国的一个犹太人家庭。世界十大杰出物理学家之一，现代物理学的开山鼻祖、集大成者和奠基人，同时也是一位著名的思想家和哲学家。爱因斯坦1900年毕业于苏黎世联邦理工学院，入瑞士国籍(原德国人）。1905年获苏黎世大学哲学博士学位。曾在伯尔尼专利局任职，在苏黎世工业大学、布拉格德意志担任大学教授。1913年返德国，任柏林威廉皇帝物理研究所所长和柏林洪堡大学教授，并当选为普鲁士皇家科学院院士。1933年爱因斯坦在英国期间，被格拉斯哥大学授予荣誉法学博士学位（LL.D)。因受纳粹政权迫害，迁居美国，任普林斯顿高级研究所（Institute for Advanced Study）教授。从事理论物理研究，1940年入美国国籍。 主要成就： 狭义相对论的创立 早在16岁时，爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波，他产生了一个想法，如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的世界景象呢?他将看不到前进的光，只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。这种事可能发生吗? 与此相联系，他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。以太这个名词源于希腊，用以代表组成天上物体的基本元素。17世纪的笛卡尔和其后的克里斯蒂安·惠更斯首创并发展了以太学说，认为以太就是光波传播的媒介，它充满了包括真空[真空]在内的全部空间，并能渗透到物质中。与以太说不同，牛顿提出了光的微粒说。牛顿认为，发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流，粒子流冲击视网膜就引起视觉。18世纪牛顿的微粒说占了上风，19世纪，却是波动说占了绝对优势。以太的学说也大大发展：波的传播需要媒质，光在真空中传播的媒质就是以太，也叫光以太。与此同时，电磁学得到了蓬勃发展，经过麦克斯韦、赫兹等人的努力，形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学，并从理论与实践上证明光就是一定频率范围内的电磁波，从而统一了光的波动理论与电磁理论。以太不仅是光波的载体，也成了电磁场的载体。直到19世纪末，人们企图寻找以太，然而从未在实验中发现以太，相反，迈克耳逊莫雷实验却发现以太不太可能存在。 电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架，但在解释运动物体的电磁过程时却发现，与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。按照麦克斯韦理论，真空中电磁波的速度，也就是光的速度是一个恒量;然而按照牛顿力学的速度加法原理，不同惯性系的光速不同。例如，两辆汽车，一辆向你驶近，一辆驶离。你看到前一辆车的灯光向你靠近，后一辆车的灯光远离。根据伽利略理论，向你驶来的车将发出速度大于C(真空光速3.0x10^8m/s)的光，即前车的光的速度=光速+车速;而驶离车的光速小于C，即后车光的速度=光速-车速。但按照这两种光的速度相同，因为在麦克斯韦的理论中，车的速度有无并不影响光的传播，说白了不管车子怎样，光速等于C。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖。我们如何解决这一分歧呢? 爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论，特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现，所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现，除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外，以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到：以太绝对参照系是必要的吗?电磁场一定要有荷载物吗?这时他开始怀疑以太存在的必要。 爱因斯坦喜欢阅读哲学著作，并从哲学中吸收思想营养，他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明，却在电动力学中却无法成立，对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致，爱因斯坦提出了怀疑。他认为，相对论原理应该普遍成立，因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式，但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量，成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太，也就是相信存在着绝对参照系，这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。19世纪末，马赫在所著的《发展中的力学》中，批判了牛顿的绝对时空观，这给爱因斯坦留下了深刻的印象。1905年5月的一天，爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题，贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法，两人讨论了很久。突然，爱因斯坦领悟到了什么，回到家经过反复思考，终于想明白了问题。第二天，他又来到贝索家，说：谢谢你，我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙，经过五个星期的努力工作，爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。 1905年6月30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》，在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦解决问题的出发点，是他坚信相对性原理。伽利略最早阐明过相对性原理的思想，但他没有对时间和空间给出过明确的定义。牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想，但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动，在这个问题上他是矛盾的。而爱因斯坦大大发展了相对性原理，在他看来，根本不存在绝对静止的空间，同样不存在绝对同一的时间，所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系和坐标系，都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。对于一切惯性系，运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律，它们的形式都是相同的，这就是相对性原理，严格地说是狭义的相对性原理。在这篇文章中，爱因斯坦没有讨论将光速不变作为基本原理的根据，他提出光速不变是一个大胆的假设，是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果，他从同时的相对性这一点作为突破口，建立了全新的时间和空间理论，并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。 什么是同时性的相对性?不同地方的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢?一般来说，我们会通过信号来确认。为了得知异地事件的同时性我们就得知道信号的传递速度，但如何测出这一速度呢?我们必须测出两地的空间距离以及信号传递所需的时间，空间距离的测量很简单，麻烦在于测量时间，我们必须假定两地各有一只已经对好了的钟，从两个钟的读数可以知道信号传播的时间。但我们如何知道异地的钟对好了呢?答案是还需要一种信号。这个信号能否将钟对好?如果按照先前的思路，它又需要一种新信号，这样无穷后退，异地的同时性实际上无法确认。不过有一点是明确的，同时性必与一种信号相联系，否则我们说这两件事同时发生是无意义的。 光信号可能是用来对时钟最合适的信号，但光速非无限大，这样就产生一个新奇的结论，对于静止的观察者同时的两件事，对于运动的观察者就不是同时的。我们设想一个高速运行的列车，它的速度接近光速。列车通过站台时，甲站在站台上，有两道闪电在甲眼前闪过，一道在火车前端，一道在后端，并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹，通过测量，甲与列车两端的间距相等，得出的结论是，甲是同时看到两道闪电的。因此对甲来说，收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离，并同时到达他所在位置，这两起事件必然在同一时间发生，它们是同时的。但对于在列车内部正中央的乙，情况则不同，因为乙与高速运行的列车一同运动，因此他会先截取向着他传播的前端信号，然后收到从后端传来的光信号。对乙来说，这两起事件是不同时的。也就是说，同时性不是绝对的，而取决于观察者的运动状态。这一结论否定了牛顿力学中引以为基础的绝对时间和绝对空间框架。 相对论认为，光速在所有惯性参考系中不变，它是物体运动的最大速度。由于相对论效应，运动物体的长度会变短，运动物体的时间膨胀。但由于日常生活中所遇到的问题，运动速度都是很低的(与光速相比)，看不出相对论效应。 爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大。他并且给出了著名的质能关系式：E=mc^2，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。 广义相对论的建立 1905年，爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后，并没有立即引起很大的反响。但是德国物理学的权威人士普朗克注意到了他的文章，认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼相媲美，正是由于普朗克的推动，相对论很快成为人们研究和讨论的课题，爱因斯坦也受到了学术界的注意。 1907年，爱因斯坦听从友人的建议，提交了那篇著名的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位，但得到的答复是论文无法理解。虽然在德国物理学界爱因斯坦已经很有名气，但在瑞士，他却得不到一个大学的教职，许多有名望的人开始为他鸣不平，1908年，爱因斯坦终于得到了编外讲师的职位，并在第二年当上了副教授。1912年，爱因斯坦当上了教授，1913年，应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授。 在此期间，爱因斯坦在考虑将已经建立的相对论推广，对于他来说，有两个问题使他不安。第一个是引力问题，狭义相对论对于力学、热力学和电动力学的物理规律是正确的，但是它不能解释引力问题。牛顿的引力理论是超距的，两个物体之间的引力作用在瞬间传递，即以无穷大的速度传递，这与相对论依据的场的观点和极限的光速冲突。第二个是非惯性系问题，狭义相对论与以前的物理学规律一样，都只适用于惯性系。但事实上却很难找到真正的惯性系。从逻辑上说，一切自然规律不应该局限于惯性系，必须考虑非惯性系。狭义相对论很难解释所谓的双生子佯谬，该佯谬说的是，有一对孪生兄弟，哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙航行，根据相对论效应，高速运动的时钟变慢，等哥哥回来，弟弟已经变得很老了，因为地球上已经经历了几十年。而按照相对性原理，飞船相对于地球高速运动，地球相对于飞船也高速运动，弟弟看哥哥变年轻了，哥哥看弟弟也应该年轻了。这个问题简直没法回答。实际上，狭义相对论只处理匀速直线运动，而哥哥要回来必须经过一个变速运动过程，这是相对论无法处理的。正在人们忙于理解相对狭义相对论时，爱因斯坦正在接受完成广义相对论。 1907年，爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理，此后，爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据，提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系。爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法：在一封闭箱中的观察者，不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中，还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中，这是解释等效原理最常用的说法，而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论。 1915年11月，爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文，在这四篇论文中，他提出了新的看法，证明了水星近日点的进动，并给出了正确的引力场方程。至此，广义相对论的基本问题都解决了，广义相对论诞生了。1916年，爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》，在这篇文章中，爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论，将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理，并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。 爱因斯坦的广义相对论认为，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动，20年代，天文学家在天文观测中证实了这一点。广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转，。最靠近地球的大引力场是太阳引力场，爱因斯坦预言，遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转。1919年，在英国天文学家爱丁顿的鼓动下，英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食，经过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转。英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了观测报告，确认广义相对论的结论是正确的。会上，著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”，“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”。爱因斯坦成了新闻人物，他在1916年写了一本通俗介绍相对论的书《狭义与广义相对论浅说》，到1922年已经再版了40次，还被译成了十几种文字，广为流传。 人物名言： 1、Imagination is more important than knowledge. 想象力比知识更重要。 2、Logic will get you from A to B. Imagination will take you everywhere. 逻辑会把你从A带到B，想象力能带你去任何地方。 3、Joy in looking and comprehending is nature's most beautiful gift. 从观察和理解中获得乐趣是大自然赐予的最美好的礼物。 4、Try not to become a man of success, but rather try to become a man of value. 试着不去做一个成功的人，而去做一个有价值的人。 5、If you can't explain it simply, you don't understand it well enough. 如果你不能把它简单地解释出来，那说明你还没有很好的理解它。 6、When the solution is simple, God is answering. 当答案很简单时，是上帝在回答。 7、A question that sometimes drives me hazy: are I am or the others crazy? 有一个问题常常把我搞迷糊：究竟是我疯了还是别人疯了? 8、Isn't it strange that I who have written only unpopular books should be such a popular fellow? 这件事不奇怪吗——我写的书从不畅销，但我却是个如此有名的家伙? 9、Small is the number of people who see with their eyes and think with their minds. 只有少数人在用他们自己的眼睛观察、用他们自己的头脑思考。 10、The most incomprehensible thing about the world is that it is comprehensible. 这世界最无法理解的事情是它是可理解的。 11、The value of a man should be seen in what he gives and not in what he is able to receive. 一个人的价值，应当看他贡献了什么，而不应当看他取得了什么。 12、Only to devote oneself to the society can find the significance of the actuaully short and risky life. 人只有献身于社会，才能找出那短暂而有风险的生命的意义。 13、Life is like riding a bicycle. To keep your balance you must keep moving. 人生就像骑单车。想保持平衡就得往前走。 14 没有侥幸这回事，最偶然的意外，似乎也都是事有必然的。 03 伽利略（伟大的物理学家、天文学家、科学革命的先驱） 人物简介： 1564年2月15日，伽利略·伽利雷出生在意大利西海岸比萨城一个破落的贵族之家。据说他的祖先是佛罗伦萨很有名望的医生，但是到了他的父亲伽利略·凡山杜这一代，家境日渐败落。凡山杜是个很有才华的作曲家，生前出版过几本牧歌和器乐作品，他的数学也很好，精通希腊文和拉丁文，但是美妙的音乐不能填饱一家人的肚皮，他的数学才能也不能给他谋到一个好职位。伽利略是伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱。历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。为了证实和传播了哥白尼的日心说，伽利略献出了毕生精力。由此，他晚年受到教会迫害，并被终身监禁。他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此，他被称为“近代科学之父”。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。1642年1月8日，凌晨4时，伟大的伽利略——为科学、为真理奋斗一生的战士，科学巨人离开了人世，享年78岁。在他离开人世的前夕，他还重复着这样一句话：“追求科学需要特殊的勇气。” 主要成就： 科学贡献 力学 伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后，他经过长久的实验观察和数学推算，得到了摆的等时性定律。接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间，他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文。不久又写了论文《论重力》，第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式，因此声名大振。与此同时，他对亚里士多德的许多观点提出质疑。 在1589～1591年间，伽利略对落体运动作了细致的观察。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”，即在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度与重量无关。根据伽利略晚年的学生V.维维亚尼的记载，落体实验是在比萨斜塔上公开进行的：1589年某一天，伽利略将一个重10磅，一个重1磅的铁球同时抛下，几乎同时落地，在场的竞争者个个目瞪口呆，在大笑中耸耸肩走了。但在伽利略的著作中并未明确说明实验是在比萨斜塔上进行的。因此近年来对此存在争议。 自由落体定律 伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念，力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上，而在伽利略之前，只有静力学部分有定量的描述。 伽利略曾非正式地提出过惯性定律（见牛顿运动定律）和外力作用下物体的运动规律，这为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上，伽利略可说是牛顿的先驱。 伽利略还提出过合力定律，抛射体运动规律，并确立了伽利略相对性原理. 伽利略在力学方面的贡献是多方面的。这在他晚年写出的力学著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中有详细的描述。在这本不朽著作中，除动力学外，还有不少关于材料力学的内容。例如，他阐述了关于梁的弯曲试验和理论分析，正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。他指出，对长度相似的圆柱形梁，抗弯力矩和半径立方成比例。他还分析过受集中载荷的简支梁，正确指出最大弯矩在载荷下，且与它到两支点的距离之积成比例。伽利略还对梁弯曲理论用于实践所应注意的问题进行了分析，指出工程结构的尺寸不能过大，因为它们会在自身重量作用下发生破坏。他根据实验得出，动物形体尺寸减小时，躯体的强度并不按比例减小。他说：“一只小狗也许可以在它背上驮两三只同样大小的狗，但我相信一匹马也许连一匹和它同样大小的马也驮不起。” 天文学 他是利用望远镜观测天体取得大量成果的第一位科学家。这些成果包括：发现月球表面凹凸不平，木星有四个卫星（现称伽利略卫星），太阳黑子和太阳的自转，金星、木星的盈亏现象以及银河由无数恒星组成等。他用实验证实了哥白尼的“地动说”，彻底否定了统治千余年的亚里士多德和托勒密的“天动说”。 哲学 他一生坚持与唯心论和教会的经院哲学作斗争,主张用具体的实验来认识自然规律,认为经验是理论知识的源泉。他不承认世界上有绝对真理和掌握真理的绝对权威，反对盲目迷信。他承认物质的客观性、多样性和宇宙的无限性，这些观点对发展唯物主义的哲学具有重要的意义。但由于历史的局限性，他强调只有可归纳为数量特征的物质属性才是客观存在的。 伽利略因为支持日心说入狱后，“放弃”了日心说，他说，＂考虑到种种阻碍，两点之间最短的不一定是直线＂，正是因为他有这样的思想，暂时的放弃换得永远的支持，没有像布鲁诺那样去壮烈，但却可以为科学继续贡献自己的力量。 科学发现 古希腊在物理学说方面有两大学派，一派以哲学家亚里士多德为代表，另一派则以自然科学家阿基米德为代表。两人皆是古代希腊蓍名的学者，但由于两人的观点和方法不同，其科学结论也就各异，并形成了鲜明的对立。亚里士多德学派的观点基本是唯心的，他是凭主观思考和纯推理方法作结论的，所以是充斥着谬误。而阿基米德学派的观点基本是唯物的，他完全依靠靠科学实践方法得出结论。 然而从11世纪起，在基督教会的扶持下，亚里士多德的著作得到了经院哲学家的重视，他们排斥阿基米德的物理学，把亚里士多德的物理学奉为经典，凡违反亚里士多德物理学的学者均被视为“异端邪说”。但伽利略却对亚里士多德的物理学抱怀疑态度，相反他特别重视对阿基米德物理学的研究，他重视理论联系实际，注意观察各种自然现象，思考各种问题。在伽俐略十八岁那年，一次到比萨教堂去做礼拜，他注意到教堂里悬挂的那些长明灯被风吹得一左一右有规律地摆动，他按自己脉搏的跳动来计时，发现它们往复运动的时间总是相等的。就这样他发现了摆的等时性，后来荷兰物理学家惠更斯根据这个原理制成挂摆时钟，人们称之为'伽利略钟'。 伽利略根据阿基米德的学说，作了迅速确定合金成分的流体静力天平的研究，发明了可以测定物质密度的'小天平'，写出了名为《小天平》的论文。后来他又潜心研究了物体重心的几何学，于1588年发表了《固体的重心》的论文，引起学术界的注意。第二年，在友人的推荐下，被比萨大学聘任为数学教授。 亚里士多德认为两个物体以同一高度落下，重的比轻的先着地，但伽利略经过反复的研究与实验后，改写了这一结论：物体下落的快慢与重量无关。1590年，伽利略在比萨斜塔公开作了落体实验，验证了亚里士多德的说法是错误的，使统治人们思想长达2000多年的亚里士多德的学说第一次发生动摇。而应邀前来观看的一些著名学者却否认自己亲眼见到的一切，他们群起攻击伽利略。1591年，伽利略被比萨解聘。 从科学史上看，伽利略并不是落体实验的首创者，其首创者是比利时的斯台文。但伽利略的比萨斜塔实验所造成的影响却是更为深远的。 1592年，伽利略来到威尼斯的帕多瓦大学任教，开始了他科学活动的黄金时期。在这一时期，他研究了大量的物理学问题，如斜面运动、力的合成、抛射体运动等。他还对液体与热学作了研究，发明了温度计。1609年，伽利略制成了天文望远镜，并用这台望远镜去探索宇宙的奥秘，他发现月球的表面凹凸不平，有高山深谷；木星有四颗卫星围绕它旋转，金星和月亮一样有盈有亏；土星有光环；太阳有黑子，能自转。银河是由于千千万万颗暗淡的星星所组成。这些发现为哥白尼、布鲁诺的观点提供了有力的证据。对教会的信条进行了严厉的打击。 第二年，他出版了《星际使者》，通俗地向读者介绍他观察到的天空现象，宣传了他的观点。这部著作在欧洲引起了极大的轰动，伽利略因此被称为“天空的哥伦布”。1613年，他在罗马发表了《论太阳黑子》。该书以书信形式明确指出了哥白尼学说是正确的，托勒密学说是错误的。由此伽利略触怒了教会，开始受到宗教裁制所的审讯。 在教廷的压制下，伽利略仍继续科学研究，在长期观察和研究天体运动的实践中，他更加坚信哥白尼学说的正确性。1632年1月，伽利略在佛罗伦萨出版了《关于托勒密和哥白尼的两大世界体系的对话》。他在书中用三位学者对话的形式，作了四天的谈话。讨论了三个问题：1、证明地球在运动；2、充实哥白尼学说；3、地球的潮汐。《对话》总结了伽利略长期科研实践中的各种科学发现，宣告了托勒密地心说理论的破产，从根本上动摇了教会的最高权威，从而推动了唯物论思想的发展。这部著作一经出版便受到广大读者的欢迎。但却遭到了罗马教会的反对。伽利略因此而受到了长期的监禁。 1636年，伽利略在监禁中偷偷地完成了他一生中另一部伟大的著作《关于两种新科学的对话》。该书于1638年在荷兰出版。这部伟大著作同样是以三人对话形式写的。“第一天”是关于固体材料强度的问题，反驳了亚里士多德关于落体的速度依赖于其重量的观点；“第二天”是关于内聚作用的原因，讨论了杠杆原理的证明及梁的强度问题；“第三天”讨论了匀速运动和自然加速运动；'第四天'是关于抛射体运动的讨论。这一巨著从根本上否定的亚里士多德的运动学说。 科技发明 望远镜 伽利略在帕多瓦大学工作的18年间，最初把主要精力放在他一直感兴趣的力学研究方面，他发现了物理上重要的现象——物体运动的惯性；做过有名的斜面实践，总结了物体下落的距离与所经过的时间之间的数量关系；他还研究了炮弹的运动，奠定了抛物线理论的基础；关于加速度这个概念，也是他第一个明确提出的：甚至为了测量病人发烧时体温的升高，这位著名的物理学家还在1593年发明了第一支空气温度计……但是，一个偶然的事件，使伽利略改变了研究方向。他从力学和物理学的研究转向广漠无垠的茫茫太空了。 那是1609年6月，伽利略听到一个消息，说是荷兰有个眼镜商人利帕希在一偶尔的发现中，用一种镜片看见了远处肉眼看不见的东西。“这难道不正是我需要的千里眼吗？”伽利略非常高兴。不久，伽利略的一个学生从巴黎来信，进一步证实这个消息的准确性，信中说尽管不知道利帕希是怎样做的，但是这个眼镜商人肯定是制造了一个镜管，用它可以使物体放大许多倍。 “镜管！”伽利略把来信翻来覆去看了好几遍，急忙跑进他的实验室。他找来纸和鹅管笔，开始画出一张又一张透镜成像的示意图。伽利略由镜管这个提示受到启发，看来镜管能够放大物体的秘密在于选择怎样的透镜，特别是凸透镜和凹透镜如何搭配。他找来有关透镜的资料，不停地进行计算，忘记了暮色爬上窗户，也忘记了曙光是怎样射进房间。 整整一个通宵，伽利略终于明白，把凸透镜和凹透镜放在一个适当的距离，就像那个荷兰人看见的那样，遥远的肉眼看不见的物体经过放大也能看清了。 伽利略非常高兴。他顾不上休息，立即动手磨制镜片，这是一项很费时间又需要细心的活儿。他一连干了好几天，磨制出一对对凸透镜和凹透镜，然后又制作了一个精巧的可以滑动的双层金属管。现在，该试验一下他的发明了。 伽利略小心翼翼地把一片大一点的凸透镜安在管子的一端，另一端安上一片小一点的凹透镜，然后把管子对着窗外。当他从凹透镜的一端望去时，奇迹出现了，那远处的教堂仿佛近在眼前，可以清晰地看见钟楼上的十字架，甚至连一只在十字架上落脚的鸽子也看得非常逼真。 伽利略制成望远镜的消息马上传开了。“我制成望远镜的消息传到威尼斯”，在一封写给妹夫的信里，伽利略写道：“一星期之后，就命我把望远镜呈献给议长和议员们观看，他们感到非常惊奇。绅士和议员们，虽然年纪很大了，但都按次序登上威尼斯的最高钟楼，眺望远在港外的船只，看得都很清楚；如果没有我的望远镜，就是眺望两个小时，也看不见。这仪器的效用可使50英里的以外的物体，看起来就像在5英里以内那样。” 伽利略发明的望远镜，经过不断改进，放大率提高到30倍以上，能把实物放大1000倍。现在，他犹如有了千里眼，可以窥探宇宙的秘密了。 这是天文学研究中具有划时代意义的一次革命，几千年来天文学家单靠肉眼观察日月星辰的时代结束了，代之而起的是光学望远镜，有了这种有力的武器，近代天文学的大门被打开了。 现在，每当星光灿烂或是皓月当空的夜晚，伽利略便把他的望远镜瞄准深邃遥远的苍穹，不顾疲劳和寒冷，夜复一夜地观察着。 过去，人们一直以为月亮是个光滑的天体，像太阳一样自身发光。但是伽利略透过望远镜发现，月亮和我们生存的地球一样，有高峻的山脉，也有低凹的洼地（当时伽利略称它是“海”）。他还从月亮上亮的和暗的部分的移动，发现了月亮自身并不能发光，月亮的光是透过太阳得来的。 伽利略又把望远镜对准横贯天穹的银河，以前人们一直认为银河是地球上的水蒸汽凝成的白雾，亚里士多德就是这样认为的。伽利略决定用望远镜检验这一说法是否正确。他用望远镜对准夜空中雾蒙蒙的光带，不禁大吃一惊，原来那根本不是云雾，而是千千万万颗星星聚集一起。伽利略还观察了天空中的斑斑云彩——即通常所说的星团，发现星团也是很多星体聚集一起，像猎户座 星团、金牛座的昂星团、蜂巢星团都是如此。 伽利略的望远镜揭开了一个又一个宇宙的秘密，他发现了木星周围环绕着它运动的卫星，还计算了它们的运行周期。现在我们知道，木星共有 14颗卫星，伽利略所发现的是其中最大的四颗。除此之外，伽利略还用望远镜观察到太阳的黑子，他通过黑子的移动现象推断，太阳也是在转动的。 一个又一个振奋人心的发现，促使伽利略动笔写一本最新的天文学发现的书，他要向全世界公布他的观测结果。1610年3月，伽利略的著作《星际使者》在威尼斯出版，立即在欧洲引起轰动。 人物名言 生命有如铁砧，愈被敲打，愈能发出火花。 一切推理都必须从观察与实验得来。 真理就是具备这样的力量，你越是想要攻击它，你的攻击就愈加充实了和证明了它。 追求科学，需要有特殊的勇敢，思考是人类最大的快乐 生命犹如铁砧，愈被敲打，愈能发出火花 你无法教别人任何东西，你只能帮助别人发现一些东西 科学不是一个人的事业 真理不在蒙满灰尘的权威著作中，而是在宇宙、自然界这部伟大的无字书中 世界是一本以数学语言写成的书 04 新高考中选物理人数下降 未来中国的物理学家在哪 十九大代表、教育部部长陈宝生表示，过去5年是教育改革全面深化的5年，在高考招生制度改革方面，上海和浙江试点已经落地，经评估取得成功，尽管还存在一些需要完善的问题。2017年，还有4个省要开始试点，到2020年，新的高考改革制度将全面建立起来。 21世纪教育研究院副院长熊丙奇认为，我国在向全国推进新高考改革时，需要对陈宝生部长所称的“一些需要完善的问题”高度重视，采取积极态度进行改革完善。比如，近来来高考改革中的物理科选考人数下降问题就值得关注。 选择物理科目的学生确实偏少 根据各高校在浙江提出的选科要求，选择物理科目在浙江高考中可以报考91%的大学专业。而在上海，选择物理科目在综合评价批次（复旦、交大、同济、华师、上财、上外、华理、东华、上大）中，可报所有专业；在清华、北大、复旦、交大、同济五所大学的122个专业中，可报考120个。本来，按照这样的选科优势，选物理的学生会更多。但是，从浙江和上海高考学生的选考情况看，2017届学生选择物理的学生偏少。在浙江，选考物理科目的学生有逐渐减少的趋势。2017年高考，浙江全省共29.13万考生（其中25.01万人报名普通高校招生），选考物理的仅8.9万人，比例仅占普通高校招生报名人数的36%。在2017年5万名上海高考学生中，相关科目的选考人数如下：政治14834人，历史20151人，地理29628人，物理19218人，化学22314人，生物24175人。从中可见，物理也排在第5位，低于地理、生物、化学、历史科目的选考人数。 令人忧虑的是，下一届考生和家长的选科，正受到上届学生选科以及各种复杂的舆论情绪影响。由于担心物理选考人数下降，获得高等级学生减少（浙江和上海都是按考生的百分位给等级赋分，上海等级考分11档，各科前5%的学生为A+，赋分70分，前6%~15%为A，赋分67分；浙江等级考分21档，各科前1%为1等级，赋分100分，前2%~3%为2等级，赋分97分），加之有实力的高分学生都可能会选择物理，这样选择物理科目获得的等级就可能比选其他科目低，考生和家长就会考虑放弃物理。 举个极端例子，假如上海4所著名高中学生全部选择物理，而其他学校学生都不选择物理，这4所高中能获得物理等级A+的学生只有5%。而如果某一科目上海所有学生都报考，4所著名高中的学生就有可能全部都获得A+的等级。虽然这是极端情况，但当一门科目的报考人数少，是会因复杂的情绪而陷入恶性循环的。 前不久，浙江考生和家长就因为网上一份不明来历的报考数据变得十分焦虑。该网帖称：“2016级全省高二学生报名参加11月份选考共30万考生，其中选考物理的考生从以往的7到8万余人骤降至1.2万人。”从浙江高中的选科情况看，选择物理的学生正持续走低。如某重点高中，2017年选考物理的学生占比为50.8%，2018年为49.60%，2019年只有36.5%；与之对应，选考技术科目的，2017年为4.8%，2018年为10.3%，2019年达到37.2%。 怎样评价选物理科目学生减少？ 乐观者认为，那些真正喜欢物理、且物理学科有优势的学生是不可能弃考物理的。分析认为，选考物理科目学生偏少，以及进一步持续减少，需要引起基础教育和高等教育高度重视的。从选物理学科的学生总体成绩分布看，确实也如此：高分学生中选考物理的比例高，随着分数降低，选考物理的越来越少。因此，应未雨绸缪，预判并想办法避免可能出现的问题。 怎样针对物理选科问题调整高考改革方案？ 其一，在目前选科制度不变的情况下，适当调整物理、历史两门科目的等级和赋分比例。其二，改革选考科目设计，允许学生自主选择3门以及3门以上选考科目，在完成选考之后，自主确定用哪3门分数参加高考、填报志愿。其三，推进大学招生、培养改革，调整大学专业招生的选科要求。目前存在于高考选科中的问题，根源在于高考录取还是实行按总分录取模式，因此，学生选科主要关注的是等级、分数，而非自身的兴趣和长远的学业发展规划。在高考改革中，要真正扩大学生的学科选择权，引导学生根据自身的个性、兴趣、学业发展规划选择考试科目，还需要在科目改革基础上，推进录取制度改革，真正实现大学和学生之间的双向选择。这是高考改革的关键所在。 注：本文根据公开资料整理
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