物理科学

物理

机械学

哥白尼主义的斗争是在力学和天文学领域进行的。托勒密-亚里士多德的体系作为一个整体而站立或跌落，它建立在宇宙中心的地球固定性的观念上。将地球从中心移开会破坏自然运动和位置的学说，并且地球的圆周运动与亚里士多德物理学是不相容的。

伽利略对力学科学的贡献与他对哥白尼主义的捍卫直接相关。尽管在他的青年时代，他坚持传统的推动力物理学，但他以阿基米德的方式进行数学化的愿望使他放弃了传统方法，并为新的物理学奠定了基础，该物理学既可以高度数学化，又可以直接与新问题相联系。宇宙学。对发现下落物体的自然加速度感兴趣，他能够得出自由下落的定律（距离s随着时间的平方t ²而变化）。将结果与惯性原理的基本形式相结合，他能够得出抛物线运动的抛物线路径。此外，他的惯性原理使他能够满足对地球运动的传统物理反对意见：由于运动中的物体倾向于保持运动，因此地面上的弹丸和其他物体将倾向于共享地球的运动，因此站在地球上的人无法察觉。

像他对整个科学事业的贡献一样，法国哲学家RenéDescartes对17世纪的力学的贡献更关注科学基础中的问题，而不是解决特定技术问题。在他的科学总纲领中，他主要关心物质和运动的概念，即从物质和运动的角度解释自然的所有现象。这个程序被称为机械哲学，成为17世纪科学的主要主题。

笛卡尔拒绝了这样的想法，即一件物质可以通过空的空间作用于另一件物质。取而代之的是，力必须通过填充所有空间的物质“醚”进行传播。尽管物质趋于按照惯性原理沿直线移动，但它无法占据已经由其他物质填充的空间，因此，实际发生的唯一运动是涡旋，环中的每个粒子同时运动。

笛卡尔认为，所有自然现象都取决于小颗粒的碰撞，因此，发现冲击的定量定律非常重要。这是由笛卡尔的门徒荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）完成的，他制定了动量守恒和动能守恒定律（后者仅对弹性碰撞有效）。

艾萨克·牛顿爵士的作品代表了17世纪末科学革命的高潮。他的巨著《自然哲学原理数学》（1687；《自然哲学的数学原理》）解决了力学和宇宙学科学革命带来的主要问题。它为开普勒定律提供了物理基础，在一套定律下统一了天体和陆地物理，并建立了一个多世纪以来一直困扰着大部分天文学和物理学的问题和方法。通过力的概念，牛顿得以综合了科学革命的两个重要组成部分，即机械哲学和自然的数学化。

牛顿能够从他的三个运动定律得出所有这些惊人的结果：

1.除非被强迫施加压力，否则每个身体都会一直保持静止或直线运动。

2.运动的变化与所施加的动力成正比，并沿施加该力的直线方向进行；

3.对于每个动作，总是存在着相等的反作用力；或者，两个物体彼此之间的相互作用总是相等的。

瑞士数学家莱昂哈德·欧拉（Leonhard Euler）于1750年将第二定律转换为现代形式F = ma（其中a为加速度）。显然，速度变化率与作用于a上的力成正比。身体与它的质量成反比。

为了将他的定律应用于天文学，牛顿不得不将机械哲学扩展到笛卡尔所设定的范围之外。他假设万有引力在宇宙中任何两个物体之间起作用，尽管他无法解释该力如何传播。

通过他的运动定律和与两个物体中心之间的距离的平方成反比的引力，牛顿可以推论开普勒的行星运动定律。伽利略的自由落体定律也与牛顿定律一致。导致物体掉落到地球表面附近的力也使月球和行星保持在轨道上。

牛顿的物理学得出的结论是，地球的形状并非精确地是球形，而应在赤道隆起。18世纪中叶法国探险队证实了这一预测，这有助于说服大多数欧洲科学家从笛卡尔物理学转向牛顿物理学。牛顿还使用地球的非球形形状来解释春分线的进动，利用月球和太阳对赤道隆起的微分作用来显示旋转轴将如何改变其方向。

光学

17世纪的光学科学通过将实验方法与现象的定量分析相结合，表达了科学革命的基本面貌。光学起源于希腊，特别是在欧几里得（约公元前300年）的作品中，他在希腊人发现的几何光学中提到了许多结果，包括反射定律：入射角等于角反思。在13世纪，像Roger Bacon，Robert Grosseteste和John Pecham这样的人依靠阿拉伯Ibn al-Haytham（卒于1040年）的工作，考虑了许多光学问题，包括彩虹的光学问题。开普勒从这些13世纪的配镜师的著作中带头，为17世纪的科学定下了基调。开普勒介绍了光学问题的逐点分析方法，将光线从物体上的每个点追踪到图像上的一个点。正如机械哲学将世界分解为原子部分一样，开普勒通过将有机现实分解为他认为最终成为真实单位的方法来研究光学。他发展了镜片的几何理论，为伽利略望远镜提供了第一个数学解释。

笛卡尔试图通过证明可以完全根据物质和运动来解释光现象，从而将光现象纳入机械哲学。使用机械类比，他能够从数学上推导出光的许多已知特性，包括反射定律和新发现的折射定律。

牛顿的工作，尤其是色彩理论，在17世纪对光学的许多最重要的贡献。传统理论认为颜色是白光修改的结果。例如，笛卡尔认为颜色是构成光的粒子旋转的结果。牛顿通过一组令人印象深刻的实验证明白光是一种混合物，可以分离出单独的彩色光束，从而破坏了传统的色彩理论。他将不同程度的可反射性与不同颜色的射线相关联，并且以此方式，他能够解释棱镜从白光产生颜色光谱的方式。

他的实验方法以定量方法为特征，因为他一直在寻找可测量的变量，并在实验结果和这些结果的机械解释之间进行明确区分。他对光学的第二个重要贡献是解决了被称为“牛顿环”的干涉现象。尽管以前已经观察到了薄膜的颜色（例如水上的油），但是没有人试图以任何方式量化这种现象。牛顿观察到了膜的厚度和彩色环的直径之间的定量关系，这是他试图通过其易透射拟合和易反射拟合理论来解释的规律性。尽管牛顿一般认为光是微粒，但牛顿的拟合理论仍涉及以太的周期性和振动，以太的假设流体物质渗透到所有空间中（见上文）。