微小差异导致的伟大发现

在太阳系中,地球同她的姊妹行星以椭圆轨道围绕太阳运动,太阳本身处于椭圆轨道的一个焦点上。这一规律是众所周知的。1609年,在《新天文学》一书中,约翰内斯·开普勒提出了这一被称为开普勒第一定律的行星轨道规律,同时也提出了行星运动的第二条定律,这条定律指出：“行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积”。他指出,这两条定律同样适用于其他行星和月球的运动。后来,经过长期繁复的计算和无数次失败,开普勒又发现了行星运动的第三条定律：“行星公转周期的平方正比于轨道半长轴的立方”。     

开普勒（Kepler，Johannes，1571-1630）德国天文学家（Astronomer，Germany）

开普勒1587年进蒂宾根大学，听麦斯特林教授讲天文学，成为哥白尼的忠实信徒。1596年出版《宇宙的神秘》一书，受到当时大天文学家第谷的赏识。他最大的成就是发现行星运动三大定律。1609年，他在《新天文学》一书中宣称火星的轨道不是正圆而是椭圆，太阳居于椭圆两个焦点之一。这对认为行星是沿圆轨道做匀速运动的传统观念是_严重的挑战，也是对哥白尼C22学说的重大发展。     

天体运行立法者开普勒

本文介绍了开普勒发现天体运行第二定律的发现过程。重点讨论了开普勒从一个神秘主义者到近代物理学家的变化，以及开普勒发现第三定律的实际过程（私人科学）与他公开发表描述过程（公众科学）的差别。     

从更广阔的视野看物理实验及教学

 一、物理学本质上是实验的科学物理学是以实验为基础的学科。纵观物理学的发展史,从经典物理到近代物理进而现代物理,每前进一步都是以物理实验为基础的。物理工作者90%工作在实验领域,全世界诺贝尔物理学奖获得者的70%都是在物理实验方面做出贡献而受此殊荣的。经典物理方面,力学中核心的牛顿三定律就是牛顿在伽利略、开普勒、胡克等人的实验基础上总结得出的;电磁学的一系列定律:库仑定律、欧姆定律、安培定律、毕奥-沙伐尔定律以及法拉第电磁感应定律都是对实验的总结;眼下我们时时接触的电磁波正是赫兹通过实验使得麦克斯韦电磁场理论得以证实的.     

探究各行星运动周期T与半长轴a的关系

介绍了一种利用简单的数据,导出开普勒定律表达式的方法.     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅴ)

 在自然力“走向”统一的过程中,对力的认识,经历了三次飞跃：第一次,从“定性”到“定量”,即从墨翟的“力,形之所以奋也”到牛顿的“力与运动的改变成正比”,也就是说,从对自然现象的观察、描述到实验、理论研究,其间,伽利略通过斜面实验来研究落体运动并第一次用数学公式来表述物体的运动规律,随后开普勒借助第谷的观测资料发现了行星绕日运动三定律,为牛顿发现力学三定律和万有引力定律、创建经典力学,奠定了实验和理论基础。     

不协调的行星伴侣

 开普勒-36b和开普勒-36c距离很近,二者围绕恒星开普勒-36a运转的轨道只相距190万千米,它们距地球1200光年.这是迄今为止观测到的距离最近的两颗行星,比太阳系相距最近的金星和水星还近20倍,仅是地球与月球间距的5倍.     

万有引力的发现过程

万有引力发现与建立,经历了猜测—定性假设—定量研究阶段.牛顿在亚里士多德、开普勒、胡克、哈雷、雷恩等前人研究的基础上,凭借他超凡的理论和数学能力,总结得到这一定律.当人们学习万有引力定律并了解这一发现过程时,会对后来学习者有重要的引导和启迪作用.     

重视典型事例的理论内涵 优化高中物理课堂教学——关于平抛运动在力学教学中应有地位的几点思考

科学理论的建立过程往往是人们对典型事例进行科学的观察、分析和归纳,再创造性地提出解释并对解释加以验证的过程.万有引力定律的建立过程就是其中一例,我们可以将该定律的建立过程大致划分成三个阶段:     

文艺复兴时期的开普勒

 数学家、天文学家、物理学家约翰尼斯·开普勒(JohannesKepler)(1571～1630)根据第谷·布拉赫的丰富而精确的天文观测资料,建立行星运动三定律,使其成为指导天体力学的基本定律,被人们称为“天空的立法者”。他继承和发展了哥白尼的日心学说,为人类认识宇宙的奥秘贡献了自己的智慧和心血。目前有关开普勒研究的文章大多集中于他对行星运动三定律的证明和论述,但是“历史的价值在于恢复其过去丰富多彩的活生生的生命。”如果我们公正地回复到历史的来龙去脉中,而不是用现代的观点编织历史,新科学的产生、新世界观的形成要比传统诠释所描述的复杂得多。     

封面说明

今年是伟大的德国天文学家和数学家开普勒诞辰450周年。本刊特以他的肖像和以他的名字命名的描述太阳系行星运动的三大定律作为封面,致以敬意。     

2004年7月21日:霍金承认赌黑洞信息会遗失是错误的

 1684年,雷恩（C.Wren,英国著名的天文学家及建筑师,皇家学会的创始人之一,并曾任会长）宣布了一个所谓的赌注：他承诺送一本价值40先令的书,给最先证明开普勒定律可以从平方反比律推导出来的人。     

第谷（Tycho，Brahe，1546-1601）丹麦天文学家（Astronomer，Denmark）

第谷出生于贵族家庭，自幼喜欢观察星辰。1562年进入莱比锡大学。1563年他作了第一个天文记录——木星和土星。1572年他发现在仙后座里出现了一颗新星（现已测知是银河系的一颗超新星）。1576年在丹麦国王的资助下，他在汶岛上建立一所宏大的天文台。在那儿他坚持了二十多年的天文观测。1599年到布拉格，任御前天文学家。第二年，他邀请开普勒船来当助手。第谷提出一种介于托勒密的地心体系和哥白尼锄的日心体系之间的宇宙体系。     

利用几何知识求解天体运动轨道

本文提出一种构造椭圆的方法,并利用该方法结合开普勒第二定律求解在万有引力作用下的天体运动轨道形状,该方法抛开了复杂的数学积分,只利用简单的几何知识使求解过程简洁化,图像化,能够加强学生对天体运动的理解。     

还牛顿第二定律的本来面目

 牛顿第二定律是牛顿三定律的精髓,它描述了物体所受力与运动状态改变之间的定量关系。历史上在牛顿第二定律的建立过程及适应范围方面,存在很多误解和争议,损害了牛顿的光辉形象。牛顿第二定律建立过程的历史回顾在牛顿具体提出运动第二定律之前,伽利略已提出这种思想的萌芽,他在批判亚里士多德的力与速度的依赖关系基础上,提出了力与加速度之间的依赖关系,但是他没有也不可能在当时条件下发现作用力与加速度之间的定量关系,并将其发展成科学的基本定律。牛顿接受并发展了伽利略的这种观点。在1684年,他明确提出动质量概念之前,只能定性地探索运动第二定律的内容。     

走向统一的自然力——天上力与地上力的统一(Ⅲ)

 在前人工作的基础上, 牛顿对天上星星运动和地上物体运动的规律进行了总结, 提出了运动三定律, 建立了经典力学, 并在开普勒三定律的启发下发现了万有引力定律, 指出星星的圆周运动起因于相互吸引;物体自由下落也是因为物体与地球相互吸引, 从而统一了天上力和地上力。     

毕奥萨伐尔定律建立的探讨

毕奥萨伐尔定律是电磁学中一个重要的定律。它是法国科学家毕奥和萨伐尔合作研究发现载流长直导线对磁极作用反比于距离的实验结果,并确定了电流对磁极作用力为横向力。该定律是由实验方法得到的,为了能够更好掌握毕萨定律的建立过程,我们尝试根据电磁场理论,应用电磁场变换的关系式推导运动电荷产生的磁场。进而得出经典物理学上的重要电磁规律---毕奥萨伐尔定律。在该条件下求出的毕萨定律,不仅适用条件清晰明了,同时为应用相对性原理解决问题做了充足准备。     

粲夸克的提出与发现

 科学通常是以下列方式向前发展的:首先,一个令人惊奇的效应在实验室里被观察到;接着,为了解释这个新现象,现有的理论框架必须加以拓宽或者改进。正是由于观察到了天王星运动的异常,才导致了一个海王星存在的预言。当伽伐尼(Galvani)把一口小刀接触到青蛙的腿部时,他发现青蛙的腿在抽搐,这因而导致了对电流的一个认识以及第一个伏打电堆的制造,X射线、放射性和奇异粒子的意外发现,也同样适合于这种科学发展的模式。     

捕捉引力波

 一、足够精确的牛顿引力理论在宏观物理世界中,引力是一种主要的作用。太阳东升西坠,地球四季交替,海水潮涨潮落,众多自然现象都受到引力的支配。1687年,牛顿在前人的研究基础上,导出了万有引力定律。利用万有引力定律可以圆满地解释哥白尼的学说和开普勒的行星运动三定律。牛顿引力理论的精彩之处还有准确地预言了海王星和冥王星的存在,指导天文学家成功地发现了这两颗太阳行星。按牛顿的引力理论,两物体间的引力作用是瞬间完成的。但爱因斯坦认为,光速是任何作用的极限速度,因此引力作用不可能在瞬间实现。1905年,爱因斯坦发表著名的历史文献《论动体的电动力学》,建立了狭义相对论。在以后     

论太阳轨道运动不绕过太阳系质心的准2400年周期成因

K指数越大表明行星系统在某一径向方向会合的程度越大.K指数极值标定的太阳轨道运动半径的变化具有凸显的准20 a、179 a、2 400 a周期嵌套关系.随时间尺度的增大，K指数极大值不但呈现出显著的准2 400 a周期，而且太阳系质心在太阳本体内外持续的时间长度的变化也具有准2 400 a周期.这其中隐含太阳轨道运动不绕过太阳系质心的准2 400 a周期特殊规律.本文以木星和太阳连线为基准方向，创建了行星会合向量指数K.K向量指数图像清晰地呈现出由13～14个准179 a包络线周期(其中3～4个周期谷值出现K<0)构成的太阳轨道运动不绕过太阳系质心的准2 400a周期.这一发现为科学辨识太阳轨道运动特征的复杂性又向前推进一步.