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第11章 科学的革命(3)

伽利略是经典力学和实验物理学的先驱者。他确定了自由落体定律,即在可忽略空气阻力的实验条件下,各球体同时落地,落下的速度与物体重量无关。还发现物体惯性定律、合力定律、摆振动的等时性、抛体运动规律,并确定了伽利略相对性原理,对基本运动概念如速度、加速度等提出了严格的表述方式。

伽利略反对教会的经院哲学,要求从具体的实验研究中去认识自然规律,认为经验是知识的唯一源泉,承认世界客观性、宇宙无限性和物质永恒性,这些观点对发展唯物主义哲学具有重要意义。爱思考的学生

伽利略上大学一年级时,有一天,他和信教的同学们一起到比萨大教堂做礼拜。突然一阵风吹进来,伽利略被头顶上随风而起的响声所吸引,不由抬头望去,原来是屋顶的吊灯被风吹得来回摆动。

自幼对机械感兴趣的伽利略被来回摆动的吊灯迷住了。他没有再听教父美妙动人的说教,而是专心致志地观察着吊灯的摆动。

看着看着,伽利略忽然发现,这吊灯来回摆动得太有节奏了。凭着直觉,他感到尽管吊灯摆动的幅度不同,但往返所需要的时间却是一样的。

伽利略的温度计模型这时,他想起了医学老师说过,正常情况下,人的脉搏跳动是均匀稳定的,那么用脉搏跳动的次数不就可以测知吊灯摆动往返所需要的时间是否一样了吗?

伽利略立即用右手按住了左手的脉搏,心中默数着吊灯每一个往返过程中自己脉搏跳动的次数。吊灯摆动的幅度越来越小了,可他所数到的脉搏次数却都是一样的。也就是说,吊灯的摆动具有等时性的特点。

回到家里,经过细致的观察和测量,他进一步发现,摆动一次所用的时间跟所吊物体的重量没有关系,而与摆长有关。

就这样,善于观察、勤于思考的伽利略从一种很常见的现象中得到了启示,经过反复的验证,他终于创立了“单摆等时性定律”。不久,他运用这一原理造出了脉搏计。

今天,伽利略创立的“单摆等时性定律”已经广泛应用于时钟计时、测算日食和推算星辰的运动等方面。

伽利略在学习医学的过程中,认识到人的生病与体温变化有很大的关系。也就是说,通过了解人的体温有助于确定其身体状态。可在当时,医生只能用手触摸病人,凭感觉来推测人体的大致温度,这种方法显然容易产生误差,并不准确。

伽利略想,能不能发明一种可以精确地测出病人体温的仪器呢?

一天,他在沉思之中,偶然看到一个小孩正在玩一种玩具。这种玩具据说是古希腊人发明的。它的结构很简单,在U形的玻璃管里装一半水,将弯管的一端用铅密封,另一端用玻璃密封,使管中的空气跑不出来。玩的时候,在铅下加热,U形管中的水就会向回退缩;移开铅下的火源,铅球冷却,水就会升到原来的位置。

伽利略看着看着就产生了一个新的想法:“为什么不根据热胀冷缩的现象来制作温度计呢?”

于是,伽利略便对热胀冷缩的现象进行进一步研究,并在此基础上设计了许多方案。然而,科学发明不可能一蹴而就,他的方案一次次地失败了。

寒来暑往,10余年的时间过去了。1593年,伽利略发明了第一支空气温度计,但这支温度计也有缺陷。直到1659年,法国天文学家布里奥利用水银沸点较高的特性,制成了水银温度计。这种温度计可测得357℃的高温,也可测得-39℃的低温。

教会审判伽利略时的情景哈勃与现代天文学哈勃(1889~1953)哈勃,美国天文学家,出生于密苏里州的马什菲尔德。1910年毕业于芝加哥大学。哈勃主要研究现代河外天文学。1923~1924年在威尔逊天文台时,他用100英寸望远镜得出仙女座螺旋状星云照片,并发现该星座36颗变星,其中12颗为造父变星。根据这些变星算出到上述星云的距离为90万光年(现在的数据为200万光年),证明螺旋状星云属于距离银河系很远的星系。1925年,哈勃进一步研究银河系结构,发现了一些新的恒星、造父变星、球状星团、气态星云、红巨星、超巨星等星体,并确定到达这些星体的距离以及河外距离的标度。

现代航天飞船拍摄的土星照片1929年,哈勃把斯里弗所测量的银河系视向速度与到达银河系的距离进行比较,得出两者之间的线性关系,即哈勃定律,并确定这一关系的系数值即哈勃常数。这一发现是扩大宇宙概念的观测基础,哈勃在河外天文学方面有2部著作,即1936年出版的《星云世界》和1937年出版的《宇宙观测法》。

魏格纳提出“大陆漂移说”魏格纳(1880~1930)魏格纳,德国地质学家,出生于柏林。

魏格纳是“大陆漂移假说”的创立者。这一假说认为,组成洋底的岩石与组成大陆的岩石原则上是各不相同的。前者重,以硅镁为主,称为“硅镁层”;后者轻,以硅铝为主,称为“硅铝层”。轻而硬的硅铝陆壳像“冰山”一样,在塑性而致密的硅镁层上进行漂移。他从地貌学、地质学、地球物理学、古生物和生物学、古气候学、大地测量学的角度对这一假说做了严密论证。为获得第一手资料,他曾4次到格陵兰探险,进行实地考察,最后牺牲在格陵兰。

魏格纳的“大陆漂移假说”已发展为当时最盛行的大地构造理论——板块构造学说,对现代地质学的发展影响很大。

魏格纳在气象学方面,研究大气圈上层热力学和极地冷气团的运动,特别是在高空探测气球活动中,曾打破当时的世界纪录。

病床上的科学发现

1910年的一天,年轻的魏格纳因病住进了医院。

他百无聊赖地躺在病床上,不时地对着床对面的世界地图呆呆地出神。

实在无聊的时候,魏格纳就站了起来,用食指沿着地图上的海岸线,画着各个大陆的海岸线,借此消磨时光。

他画完了南美洲,又画非洲,画完了大洋洲,又画南极洲。突然,他的心念一闪,手指慢了下来,停在地图上南美洲巴西的一块突出部分,眼睛却盯住非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾。瞧!这两者的形状竟是让人不可思议地吻合!

魏格纳被自己偶然的发现惊呆了,他精神大振,寂寞也一下子跑得无影无踪了。

“难道这是真的?”

魏格纳兴奋起来,他站在这张世界地图的面前,仔细地端详着美洲、非洲大陆外形上的不同特点。真的!巴西东海岸的每一个突出部分,都能在非洲西海岸找到形状相似的海湾;同时,巴西的每个海湾,又能在非洲找到相应的突出部分。

“这不会是一种巧合吧?”

兴奋的魏格纳一口气将地图上的一块块陆地都进行了比较,结果发现,从海岸线的相似形状上看,地球上所有的大陆块都能够较好地吻合在一起。

于是,这位病中的年轻人的脑海里形成一个崭新的惊人思想:在太古时代,地球上所有的陆地都是连在一起的,即只有一块巨大的大陆板块。后来因为大陆不断漂移,才分散成今天的各个大陆,因而它们之间的海岸线有着惊人的吻合。

为了给自己的学说寻找证据,他随后收集了包括海岸线的形状、地层、构造、岩相、古生物等多方面的资料,并认真地进行了分析探索,终于在1912年完成了科学巨著《海陆的起源》,正式提出了“大陆漂移说”。

在1912年德国地质协会的讲演会上,魏格纳向科学界人士说明,现在世界上的各大洲在古生代是一个连接在一起的巨大的大陆块。那时还没有大西洋,整个陆地的周围被原始海洋所包围。2亿年前,由于太阳、月球对地球的引潮力以及地球自转所产生的离心力的作用,古大陆开始分崩离析。

大陆慢慢分裂成若干块,就像冰块浮在水面上一样,这些花岗岩质陆地浮在玄武岩质基底上,逐渐漂移分离。美洲脱离了欧洲和非洲向西移动,在它们中间逐渐形成了大西洋。非洲有一半脱离了亚洲,在漂移过程中,它的南端沿顺时针方向略有扭动,渐渐与南亚次大陆分离,中间形成了印度洋。南极洲、澳大利亚则脱离亚洲、非洲向南移动,而后又彼此分离,形成了今天的南极洲和澳大利亚。

由于大陆漂移,大陆前缘受阻,形成了褶皱山脉,如科迪勒拉山系等。大陆漂移的最后结果,终于形成了今天地球上的各大洲。

魏格纳提出的“大陆漂移说”,否定了自古以来人们一直认为大陆不变的看法,第一次成功地解释了地球上陆地和海洋分布现状的成因,把地质学向前推进了一大步。同时,它为找矿、地震预报等提供了科学依据。

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