遙望星空

前言

　　整個(gè)數(shù)學(xué)的發(fā)展史是和人類物質(zhì)文明和精神文明的發(fā)展史交融在一起的。數(shù)學(xué)不僅是一種精確的語(yǔ)言和工具，不僅是一門(mén)博大精深并應(yīng)用廣泛的科學(xué)，而且更是一種先進(jìn)的文化。它在人類文明的進(jìn)程中一直起著積極的推動(dòng)作用，是人類文明的一個(gè)重要支柱?！　∫獙W(xué)好數(shù)學(xué)，不等于拼命做習(xí)題、背公式，而是要著重領(lǐng)會(huì)數(shù)學(xué)的思想方法和精神實(shí)質(zhì)，了解數(shù)學(xué)在人類文明發(fā)展中所起的關(guān)鍵作用，自覺(jué)地接受數(shù)學(xué)文化的熏陶。只有這樣，才能從根本上體現(xiàn)素質(zhì)教育的要求，并為全民族思想文化素質(zhì)的提高夯實(shí)基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

數(shù)學(xué)文化小叢書(shū)精選對(duì)人類文明發(fā)展起過(guò)重要作用、在深化人類對(duì)世界的認(rèn)識(shí)或推動(dòng)人類對(duì)世界的改造方面有某種里程碑意義的主題，深入淺出地介紹數(shù)學(xué)文化的豐富內(nèi)涵、數(shù)學(xué)發(fā)展史中的一些重要篇章以及一些著名數(shù)學(xué)家的歷史功績(jī)和優(yōu)秀品質(zhì)等內(nèi)容，適于包括中學(xué)生在內(nèi)的讀者閱讀。

作者簡(jiǎn)介

齊民友，武漢大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院教授。專業(yè)方向?yàn)槠⒎址匠?。曾任?guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)數(shù)學(xué)組成員，武漢大學(xué)校長(zhǎng)，中國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)。湖北省數(shù)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。湖北省科協(xié)副主席。發(fā)表過(guò)若干專業(yè)論文，撰寫(xiě)過(guò)一些教材和科普書(shū)籍，如《重溫微積分》，翻譯了一些國(guó)外著作，如H.Weyl的《數(shù)學(xué)與自然科學(xué)之哲學(xué)》。

書(shū)籍目錄

一、引子二、古代宇宙的圖景——地心說(shuō)  亞里士多德和地心說(shuō)  托勒玫的地心說(shuō)  地心說(shuō)與基督教三、哥白尼的革命，現(xiàn)代科學(xué)的興起  哥白尼和他的日心說(shuō)  火星的逆行運(yùn)動(dòng)  開(kāi)普勒四、近代科學(xué)的偉大開(kāi)創(chuàng)者——伽利略  伽利略的生平  伽利略與力學(xué)  伽利略和他的望遠(yuǎn)鏡  伽利略與宗教裁判所五、結(jié)束語(yǔ)

章節(jié)摘錄

　　伽利略的生平　　在科學(xué)史中很難找到如伽利略這樣獨(dú)創(chuàng)而又多產(chǎn)的人。他的一生真可謂波瀾壯闊。他在哥白尼和開(kāi)普勒的基礎(chǔ)上建立了現(xiàn)代物理學(xué)的基本框架，而且剝奪了亞里士多德的至高無(wú)上的“權(quán)威”。他如同哥白尼和開(kāi)普勒一樣，認(rèn)為宇宙的規(guī)律是一種數(shù)學(xué)規(guī)律；他明確提出實(shí)驗(yàn)是一種基本的科學(xué)方法。他的這些思想直到今天，仍然保持著旺盛的生命力?！　≠だ宰杂紫矏?ài)數(shù)學(xué)、天文學(xué)和物理學(xué)。但是，他的父親卻命令他學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)。當(dāng)他在比薩大學(xué)念書(shū)時(shí)，甚至他的數(shù)學(xué)老師也到他的家里來(lái)為他向父親求情，要求他的父親允許他學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。這樣他才獲準(zhǔn)學(xué)習(xí)歐幾里得、阿基米德的著作，還有托勒玫的天文學(xué)。經(jīng)過(guò)多方面努力，伽利略終于從1589年起在比薩大學(xué)教數(shù)學(xué)。在三年的任教期間，他寫(xiě)了《論運(yùn)動(dòng)》（De Motu）一書(shū)。這是一本文集，但是一直沒(méi)有出版，因?yàn)橘だ詫?duì)它并不滿意，而且，其中確實(shí)有錯(cuò)誤。但是伽利略在臨終前寫(xiě)的一部重要著作《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對(duì)話與數(shù)學(xué)證明》（Discorsiie Demonstrazioni Matematiche intorno a due nuoue scienze，1638，以下簡(jiǎn)稱為《兩門(mén)新科學(xué)》，許多外文文獻(xiàn)則簡(jiǎn)稱它為“Discorsi”）吸收和大大發(fā)展了《論運(yùn)動(dòng)》一書(shū)，可是那已經(jīng)是《論運(yùn)動(dòng)》成書(shū)以后的35年了。所謂兩門(mén)新科學(xué)，一門(mén)是指力學(xué)，另一門(mén)按伽利略的說(shuō)法是指關(guān)于材料和結(jié)構(gòu)的科學(xué)。但是與我們理解的材料科學(xué)不同，書(shū)中有時(shí)講一些關(guān)于棵的強(qiáng)度等問(wèn)題，所以實(shí)際上比較接近于我們說(shuō)的材料力學(xué)。伽利略還有另—本重要著作《兩大世界體系》，全名為《關(guān)于兩種主要世界體系的對(duì)話》（Diologo sopra i due massimi sistemi del mondo，許多外文文獻(xiàn)常略記為cDialogo’）更為世人所知，而目有中文譯本。它與這本書(shū)“任務(wù)”不同，下面我們還要說(shuō)明。在《論運(yùn)動(dòng)》和《兩門(mén)新科學(xué)》中，伽利略非常詳盡地講解了自己關(guān)于力學(xué)的研究成果，特別是斜面的理論，這是伽利略很重要的研究，因?yàn)橘だ杂纱说玫搅俗杂陕潴w定律?？墒?，更加重要的是，伽利略從寫(xiě)《論運(yùn)動(dòng)》的時(shí)候開(kāi)始，就明確地反對(duì)亞里士多德。從方法論來(lái)說(shuō)，《論運(yùn)動(dòng)》里面提出了一個(gè)具有革命性的新思想：那就是，各種科學(xué)規(guī)律應(yīng)該用實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)，而且還設(shè)計(jì)了用以驗(yàn)證自由落俸定律的斜面實(shí)驗(yàn)。這個(gè)思想當(dāng)然是與亞里士多德完全背道而馳的?！　?592年，伽利略的父親去世，伽利略作為長(zhǎng)子承擔(dān)了養(yǎng)家糊口的重?fù)?dān)（還要為兩個(gè)沒(méi)有出嫁的妹妹籌辦嫁妝），于是來(lái)到帕多瓦（Padua。）大學(xué)給醫(yī)科大學(xué)生們教數(shù)學(xué)和托勒玫的天文學(xué)（因?yàn)槟菚r(shí)的醫(yī)生治病常用占星術(shù)，所以要學(xué)天文學(xué)）。這時(shí)，伽利略就已經(jīng)信奉了哥白尼的日心說(shuō)，但是還沒(méi)有公開(kāi)表明自己的觀點(diǎn)。下面是1597年伽利略致開(kāi)普勒的信的摘錄：“……我和您一樣，好幾年前就已接受了哥白尼的立場(chǎng)，而且由此發(fā)現(xiàn)了許多自然界的效應(yīng)的原因，而這些效應(yīng)是現(xiàn)今流行的理論無(wú)法解釋的。我已經(jīng)把關(guān)于這個(gè)主題的支持的理由和反對(duì)的意見(jiàn)寫(xiě)下來(lái)了，但是一直未敢公之于眾，因?yàn)楦绨啄岬拿\(yùn)已經(jīng)給了我警戒：我們的大師（指哥白尼）在少數(shù)人中獲得了不朽的名聲，而在大群人中卻失敗了（因?yàn)榇廊丝偸呛芏嗟模?，遭到嘲弄和羞辱。如果有許多人都像您那樣，我當(dāng)然敢于公開(kāi)我的思想，但是因?yàn)椴⒎侨绱?，我也只好忍著?！蔽覀儾环猎倏匆幌麻_(kāi)普勒的回信：“……您既有如此深刻的洞察力，我希望您能夠采取另外的態(tài)度。您以自己為例，勸我們以謹(jǐn)慎隱蔽的方式行事，并且在廣泛存在的無(wú)知面前退一步，在反對(duì)那一群學(xué)者暴徒的劇烈攻擊時(shí)要小心從事（您在這里正是仿效了我們真正的先知：柏拉圖和畢達(dá)哥拉斯）。但是在我們的時(shí)代，一項(xiàng)宏大的任務(wù)已經(jīng)啟動(dòng)，首先有哥白尼，還有許多非常有學(xué)問(wèn)的數(shù)學(xué)家，現(xiàn)在，是地球在運(yùn)動(dòng)這個(gè)論斷已經(jīng)沒(méi)有什么新鮮之處。我們既已乘上了戰(zhàn)車，就讓我們協(xié)力把它驅(qū)動(dòng)，逐步地用響亮的聲音對(duì)凡人高呼。他們其實(shí)并沒(méi)有細(xì)心地去體會(huì)我們的論據(jù)的力量。這樣駛向最終的目的，豈不更好？這樣做，說(shuō)不定只要我們小心，也能給凡人帶來(lái)真理。同時(shí)，您也可以用您的論據(jù)幫助您的志同道合者，他們經(jīng)受了那么多的不公正的評(píng)判，會(huì)因?yàn)槟耐猓蛘吣挠杏绊懙牡匚唤o予他們的保護(hù)而感到安慰。不僅是你們意大利人因?yàn)闆](méi)有感覺(jué)到地球的運(yùn)動(dòng)，就不相信地球在動(dòng)，我們德國(guó)人也是，用什么辦法都不能使他們感到這個(gè)想法的親切和自然。但是我們總會(huì)有辦法對(duì)付這些困難……伽利略，打起精神來(lái)吧，公開(kāi)站出來(lái)吧。如果我的判斷不錯(cuò)，在歐洲總會(huì)有少數(shù)幾個(gè)數(shù)學(xué)家和我們站在一邊，真理的力量是巨大的……”。從這段引文中，我們的讀者不是可以體會(huì)到真理在那個(gè)時(shí)代所遭到的壓迫？不是可以體會(huì)到這些科學(xué)的巨人的戰(zhàn)友情誼嗎？有關(guān)為哥白尼日心說(shuō)而斗爭(zhēng)，以致最后遭到宗教裁判所的迫害的經(jīng)歷我們將在下面詳細(xì)介紹。　　伽利略在帕多瓦大學(xué)前后共18年。伽利略自己說(shuō)，這是他一生中最愉快的時(shí)期。他關(guān)于力學(xué)的研究，例如斜面、拋射體、擺的研究主要都是這個(gè)時(shí)期的成就。值得提到的是，1609年他在威尼斯的一位朋友沙爾皮（Paolo Sarpi）告訴他，有一個(gè)荷蘭人造了，一個(gè)望遠(yuǎn)鏡正在威尼斯演示。須知，伽利略不但是一個(gè)理論家，而且是一個(gè)實(shí)驗(yàn)家；不但會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，而且會(huì)制造實(shí)驗(yàn)儀器。他制造過(guò)許多實(shí)用的東西。于是，他自己也開(kāi)始制造望遠(yuǎn)鏡了，而且有了不小的改進(jìn)，放大率提高到10倍之多。伽利略開(kāi)始利用望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀測(cè)天象。這在人類科學(xué)史上本身就是一件劃時(shí)代的大事，而在短短兩個(gè)月內(nèi)，其成果之豐富有人說(shuō)是空前的?？墒沁@也把他更深地帶進(jìn)了與天主教教廷的斗爭(zhēng)。1610年，伽利略離開(kāi)了帕多瓦大學(xué)。一場(chǎng)意義極為深遠(yuǎn)的斗爭(zhēng)開(kāi)始了。　　在介紹伽利略的各種貢獻(xiàn)以前，先要回答一個(gè)問(wèn)題：他的最重要的貢獻(xiàn)在哪一方面？可能會(huì)出讀者們的意料，是在數(shù)學(xué)。但是下面并不介紹伽利略證明了什么定理。為什么要這樣說(shuō)？其實(shí)這是他自己的看法。在他之前，哲學(xué)家們，主要是亞里士多德，把注意力放在研究事物的“終極的原因”，“存在的目的”等等，想要回答“為何（why）”的問(wèn)題，有著濃厚的思辨色彩。伽利略則把注意力放在“如何（how）”的問(wèn)題上，希望得到明確的定量的結(jié)果。實(shí)質(zhì)上就是企求數(shù)學(xué)化，他說(shuō)：　　哲學(xué)寫(xiě)在大自然這本大書(shū)里，這本書(shū)對(duì)于我們是打開(kāi)著的。但是，除非首先學(xué)會(huì)懂得它的語(yǔ)言，會(huì)讀這本書(shū)使用的文字，我們就不可能理解它。它是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言寫(xiě)的，它的文字就是三角形、圓和其他幾何圖形。沒(méi)有它，這本書(shū)凡人連一個(gè)字也看不懂。沒(méi)有這些就會(huì)在黑暗的深淵中迷路。　　由于這段話十分重要，我們下面還要再引述一次，并且說(shuō)明其背景。由“為何（why）”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭绾危╤ow）”，是科學(xué)方法的重大轉(zhuǎn)變，而其首創(chuàng)者則是伽利略。有所不為是成為大師的必備的條件。伽利略有所不為的事，正是抽象地思辨與爭(zhēng)論“為何（why）”的問(wèn)題。這里是伽利略與亞里士多德的分水嶺?？吹搅诉@一點(diǎn)，下文的意義就容易理解了。

編輯推薦

　　《遙望星空1：人類怎樣開(kāi)始認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系》簡(jiǎn)單介紹了人類認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系的構(gòu)造的歷程，從亞里斯多德和托勒密的地心說(shuō)到哥白尼的日心說(shuō)以至開(kāi)普勒三定律的發(fā)現(xiàn)。其中還簡(jiǎn)單說(shuō)明了伽利略的貢獻(xiàn)，對(duì)于這些科學(xué)巨人對(duì)現(xiàn)代科學(xué)及其方法論的出現(xiàn)的決定性的影響；說(shuō)明了他們的數(shù)學(xué)基本上是以歐氏幾何為代表的初等數(shù)學(xué)；也預(yù)示了微積分出現(xiàn)的必然性。同時(shí)，本書(shū)比較詳細(xì)地介紹了科學(xué)與宗教的斗爭(zhēng)。

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