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正文 第10节

  相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠。但是在做好后,国王疑心工匠做的金冠并非纯金,但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重。工匠到底有没有私吞黄金呢?国王想检验金冠是否为纯金,但又不能破坏王冠,这个问题不仅难倒了国王,也使诸大臣们面面相觑。经一大臣建议推荐,国王请来了阿基米德进行检验。

  最初,阿基米德也是冥思苦想而却无计可施。为什么呢?因为分析运算学中那些几何如三角c正方c圆周c面积c体积之类,针对构造复杂精巧的王冠,在不能拆卸的前提下,这些算式运算如果要运用的话同样繁琐复杂。如果你非要钻一钻牛角尖,这种繁杂程度绝对超出你的意料之外,并且不能保证精确程度。同样,大自然任何一件“上帝”的杰作,也不是分析运算所能比拟而完美达到的。但肯定存在着一种更为有效的方法,否则大自然是如何产生而存在的。

  后来有一天,阿基米德在家洗澡,当他坐进澡盆里时,看到水往外溢,同时感到身体被轻轻托起。他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法,来确定金冠的比重。他兴奋地跳出澡盆,连衣服都顾不得穿上就跑了出去,大声喊着“尤里卡!尤里卡!”(eureka,意思是“找到了”。希腊文:epηk一)

  他经过了进一步的实验以后,便来到了王宫,他把王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里,比较两盆溢出来的水,发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大,密度不相同,所以证明了王冠里掺进了其他金属。

  这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王,阿基米德从中发现了浮力定律(阿基米德原理):物体在液体中所获得的浮力,等于它所排出液体的重量。

  自此之后,物理学与数学联姻的步伐更加密切了。德国数哲学家g·弗雷格(g·fre,1848一1925)曾经说过:“一个好的数学家,至少是半个哲学家;一个好的哲学家,至少是半个数学家”。也就是说思想家往往身兼数学家和哲学家两个位格。事实上,我们的宇宙其本质是数哲的宇宙,由此而言,物理学的基础大厦的构件离不开数学的精巧结构的支撑,亦离不开哲学原理精妙的装饰。

  牛顿更是在前人的基础上,用数学之分析运算学作为铆钉来构建宏观物理学大厦。由此让我把读者的眼光投射到物理学的那些原理c公式以及效应上。

  三c物理效应(惯性系)

  物理(physics)是研究物质世界最基本的结构c最普遍的相互作用c最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学,这门学问统称物理学。“物理”一词的最先出自古希腊文一uσik,原意是指自然,泛指一般的自然科学。在古希腊人那里,物理学就是“自然哲学”,出现了泰勒斯c阿基米德等一批著名的自然哲学家c科学家,“物理学”的名称就来自亚里士多德的《物理学》一书。

  由牛顿把它概括在一个严密的统一理论中,实现了近代物理学发展史上第一次理论大综合。在l687年出版的《自然哲学的数学原理》中,牛顿提出了动力学的三个基本原理和万有引力定律。利用变分法的数学方法和“最小作用量原理”的物理学基础建立起了和牛顿动力学方程等价的欧拉—拉格朗日方程,并最终于1834年由英国的哈密顿(1805~1865)提出了哈密顿原理和正则方程,建立了“分析力学”理论,实现了牛顿后力学理论的一个最大的飞跃。

  牛顿在前人研究的基础上,取得了非凡的成就。运动三定律和万有引力定律成功地描述了天上行星c卫星c彗星的运动,又完满地解释了地上潮汐和其他物体的运动。此后人们认为自然界的一切已知运动都可以通过牛顿力学定律来解释。因此牛顿力学被看作是科学解释的最高权威和最后标准。而经典力学建立的过程,实质上就是实验方法,逻辑思维方法与数学方法的建立和发展的过程。由此可以看出经典物理学中”经典”的含义。由著名的物理学家提出,经过反复的实验验证,最后得出最具权威最为标准最为经典的结论。

  能量守恒原理的建立,使物理学思想和理论结构获得了辉煌的进展,是19世纪自然科学上的一个伟大胜利,也是近代物理学发展中的第二次理论大综合。

  熵原理的发现,实际上把演化的思想带进了物理学,指出了自然过程(这里指局部的宇宙空间内)的不可逆性和历史性。

  热胀冷缩原理是物体的一种基本性质,物体在一般状态下,受热以后会膨胀,在受冷的状态下会缩小。绝大多数物体都具有这种性质。

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