俗語說:“授人以魚,不如授人以漁!爆F(xiàn)今許多科普著作都是以介紹科學(xué)知識為主的,《學(xué)做科學(xué)家:學(xué)會科學(xué)思維》是以介紹科學(xué)思維方法為主。這種從原始、簡單的實(shí)際出發(fā),以通俗易懂、自然而然、水到渠成的方式介紹科學(xué)家們是如何發(fā)現(xiàn)、思考和解決問題,能非常好地提升青少年讀者的興趣,并且能幫助他們掌握科學(xué)的思維方式。
《學(xué)做科學(xué)家:學(xué)會科學(xué)思維》適合作為廣大青少年的課外首選讀物。
高布錫,1937年6月生于河北新河,1959年由南京大學(xué)天文系畢業(yè),中國科學(xué)院測量與地球物理研究所研究員,博士生導(dǎo)師,教授,知名天文學(xué)專家;曾任中科院動力大地測量開發(fā)實(shí)驗(yàn)室主任,湖北省天文學(xué)會理事長現(xiàn)為武漢科學(xué)家科普報(bào)告團(tuán)成員。其長期從事天體測量與天文地球動力學(xué)的觀測與理論研究,在光學(xué)天體測量、地球自轉(zhuǎn)變化、天文氣候變遷理論、月球形狀以及潮汐摩擦等研究方向上,發(fā)表學(xué)術(shù)論文30多篇。多次獲得中國科學(xué)院自然科學(xué)二、三等獎。著有《天文地球動力學(xué)原理》《絢麗多彩的宇宙》等書,并組織開展了一系列的青少年科普活動,社會影響較大,受到了廣大青少年的好評。
第一章 古代學(xué)者已經(jīng)知道大地是球形的——科學(xué)與迷信的早期斗爭
第二章 歷經(jīng)兩千多年的幾何原本——科學(xué)的公理體系
第三章 萬有引力定律的提出與證明——定律的發(fā)現(xiàn)與驗(yàn)證
第四章 原子論的提出與推論——觀察、歸納、演繹與實(shí)驗(yàn)
第五章 達(dá)爾文的生物進(jìn)化論——重要但不精確的科學(xué)理論
第六章 遺傳基因與DNA——假說如何成為定律
第七章 魏格納的大陸漂移學(xué)說——需要豐富想象力的地學(xué)
第八章 神奇的麥克斯韋方程式——科學(xué)理論體系的完善
第九章 新概念下的量子力學(xué)——粒子的二重性
第十章 相對論的提出與證明——空間和時間的相對性
第十一章 宇宙之謎——難以解決的三大科學(xué)問題(一)
第十二章 基本粒子之謎——難以解決的三大科學(xué)問題(二)
第十三章 生命之謎——難以解決的三大科學(xué)問題(三)
第十四章 巧奪天工的技術(shù)創(chuàng)新
思考題及參考答案
諾貝爾物理學(xué)獎獲得者(1901~2013年)
編后話——寄希望于有志青年
參考文獻(xiàn)
《學(xué)做科學(xué)家:學(xué)會科學(xué)思維》:
到1684年,引力問題已經(jīng)在許多學(xué)者的熱烈議論之中,虎克、哈雷、惠更斯、雷恩(Wren)等學(xué)者都指出按照開普勒第三定律(行星軌道長半徑的立方與周期的平方之比是個常數(shù)),引力應(yīng)該是與距離的平方成反比的,然而他們都解釋不了為什么行星的軌道是個橢圓。哈雷在沒有希望的情況下去劍橋?qū)W院找牛頓,哈雷發(fā)現(xiàn)早在兩年前牛頓已經(jīng)解決了這個問題,但是手稿已經(jīng)遺失。牛頓答應(yīng)重新寫一遍。1685年,牛頓用數(shù)學(xué)分析的方法,從開普勒行星運(yùn)行三定律直接導(dǎo)出了萬有引力定律,反過來,用萬有引力定律也可以導(dǎo)出開普勒行星運(yùn)行三定律。這樣,不但從數(shù)值上,而且從嚴(yán)格的科學(xué)推理上,給開普勒三定律以完美的解釋。連牛頓都沒有想到竟有如此美妙的結(jié)果,萬有引力定律的發(fā)現(xiàn),還順帶解答了許多過去難以解釋的問題,我們不妨羅列如下:
。1)萬有引力定律很自然地解釋了為什么天體都是圓球形的,同時也解答了長期以來質(zhì)疑“地動說”的一個難題:“既然地球是在運(yùn)動,為什么空氣和鳥兒不落在后面呢?”原來是強(qiáng)大的地球引力使得空氣和鳥兒跟隨地球一起運(yùn)動。牛頓更進(jìn)一步推論說,由于地球的自轉(zhuǎn),地球應(yīng)該是個赤道部分略為突起的橢球形。這在100多年后,被精密的大地測量所證實(shí)。
(2)牛頓正確地解釋了潮汐的原因,是由于月亮和太陽對地球表面上海水的引力,在地球表面不同的位置略有不同而引起的,牛頓還解釋了大潮和小潮的成因,奠定了潮汐理論的基礎(chǔ)。
。3)利用萬有引力定律可以精確地計(jì)算和預(yù)報(bào)天體的精確位置。恰巧1682年一個巨大的彗星出現(xiàn)在星空,哈雷認(rèn)為這就是在1066年被薩克遜人認(rèn)為是災(zāi)禍將臨的那個彗星,因此哈雷預(yù)報(bào)這顆彗星將在1758年再現(xiàn)星空,后被證實(shí)。這顆彗星被命名為哈雷彗星。牛頓還給出了“攝動”的概念。勒威耶根據(jù)天王星的攝動,預(yù)報(bào)了海王星的位置,1846年柏林天文臺發(fā)現(xiàn)了海王星,更進(jìn)一步證實(shí)了萬有引力定律的正確性。
1687年牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書出版,牛頓仿效歐幾里得,從最基本的定義和公理出發(fā),構(gòu)造了一個標(biāo)準(zhǔn)的公理化體系。不過這里的公理是力學(xué)三定律和萬有引力定律,定義的是位置、速度、加速度、力、質(zhì)量、動量、能量、角速度、力矩和轉(zhuǎn)動慣量等概念。在第一篇中,牛頓詳細(xì)考察了各種運(yùn)動形式與力的關(guān)系,他所說的力,主要是指重力(引力)、摩擦力、阻力等。而運(yùn)動則包括落體、拋體、球體滾動、單擺與復(fù)擺、流體、行星自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)、甚至章動等。牛頓用統(tǒng)一的力學(xué)原理去解釋從地面物體到天體的所有運(yùn)動和現(xiàn)象。牛頓利用數(shù)學(xué),特別是自己發(fā)明的微積分來嚴(yán)格地證明一個接一個的定理,而所有這些定理都是來自現(xiàn)實(shí)世界的。牛頓在第二篇中討論了各種形式的阻力對運(yùn)動的影響,討論了流體運(yùn)動的問題,以及地面上的各種力與運(yùn)動的情況。在第三篇中用已證明的命題推算了行星、彗星、月球和海洋的運(yùn)動。最后表述了牛頓對于宇宙間萬事萬物的根本看法,表達(dá)了他對于上帝的存在和本質(zhì)的見解。
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