第20章 天地归于一统
1684年，寒冷的一月，在伦敦市区内一家咖啡馆里，有三个人坐在一起，边喝咖啡边聊天。旁人也许以为这只是普通的三个顾客，殊不知这三人几乎代表着英国科学的最高水平。这三人，一个是驼背的胡克，一个是建筑大师雷恩，还有一个是年轻英俊的天文学家哈雷。三人聊天的内容也都是高大上的话题——关于行星运转轨道的问题。哈雷谦虚地向那二人请教：行星围绕太阳旋转的作用力是否与行星太阳间距离的平方成反比？一向爱吹牛的胡克听后哈哈大笑，他说他在几年前就已经证明了这个假说，但是他不能说出这个秘密，他要等别人证明这假说都失败时才公布答案！
雷恩和哈雷都知道胡克好吹牛，满嘴跑火车，他说的话不用当真。雷恩愿意打个赌，说两个月内他们三人中如果有谁拿出了证明方法，雷恩就会送给他一本价格不菲的书。
光阴似箭，两个月很快过去了，胡克再也没提平方反比这件事，雷恩懒得去搭理胡克。哈雷却依然纳闷，仍然想要得到这个谜底，他决定去请教那位大隐隐于市的隐居者——牛顿。
在没有提前预约的情况下，哈雷从伦敦来到剑桥拜见牛顿。牛顿却对这个不速之客提高了警惕。
因为，牛顿有着惨痛的教训。
胡克在与牛顿的光学论战中吃到了苦头，当他升任皇家学会秘书后，一直伺机报复牛顿，但牛顿把自己深深隐藏起来，几乎断绝了与外界的来往，胡克一直苦于无法下手。
1679年，按耐不住寂寞的胡克主动给牛顿写了 ，首先他以秘书的名义介绍了皇家学会的最新动态，然后请牛顿尽一尽皇家学会会员的义务，有了什么新发现可以分享给皇家学会，大家一起来探讨；如果牛顿不同意公开，那么他胡克也会尊重牛顿的意见不予公开。
这封信打破了两人数年的僵局，牛顿有些小感动，他认为过去的事既然已经过去了，没必要一直耿耿于怀，所以牛顿很快给胡克回了信，大体说他的母亲刚刚去世（牛顿母亲在1679年夏天去世），一直在忙家里的事，没有啥新发现。牛顿觉得人家主动示好，回信净说废话不大好意思，最后他写了一个小问题，就是物体从非常非常高的高塔下落，受地球自转的影响，物体下落的轨迹是什么？牛顿计算得出是个螺旋线。
胡克阴险地笑了，牛顿终于落入了他的圈套。
因为牛顿算错了！
胡克收到这封回信立刻发现了这一错误。胡克计算得出物体下落是一个椭圆轨迹，而非螺旋线！胡克大喜若狂，毫不客气地公开了这封私人信件，而且抓住这一错误不放，从皇家学会到咖啡馆，到处宣扬牛顿算错了，而他胡克算对了。
战胜对手、心理满足的胡克得意洋洋地给牛顿回了信，很详细地、好为人师地指出了牛顿的计算错误。
这件事把牛顿气得咬牙切齿浑身发抖，但他依然用冷静的语言回了信，承认自己确实错了。
可能胡克觉得自己做得有点过分了，很快又写来 ，企图缓和一下气氛，他在这封信中称赞了这次交流的价值。当然，谁都能看出来，这是一个把牛顿当做垫脚石从而衬托出胡克高人一等的价值。
牛顿把胡克的信撇在了一边，再未回信，之后也不愿与其他人交流，更不让他人触碰他的思想。
这件事过去了5年，作为皇家学会成员的哈雷从伦敦来到剑桥，不能不让多疑的牛顿产生了警惕。牛顿担心这又是胡克的阴谋诡计。
哈雷非常清楚牛顿与胡克之间的过节，他没有急于求成，而是留在剑桥与牛顿慢慢交流，凭借有修养讲礼貌的贵族气质，哈雷逐渐让牛顿产生了好感。经过一段时间的相处，牛顿终于对哈雷放松了警惕，开始无话不谈了。
哈雷觉得时机成熟时，便向牛顿请教了两个月前咖啡馆讨论的那个问题，假如行星受太阳吸引的作用力和它们之间的距离平方成反比，那么行星轨道是什么样的呢？
牛顿不假思索回答说：“椭圆形。”
哈雷又惊又喜，接着问：“您怎么知道的？”
“算出来的。”
哈雷进一步询问计算的方法，牛顿在一堆纸中翻找，但他没有找到，也许是故意找不到。牛顿说，他会重新计算一遍，以后寄给哈雷。
哈雷回到了伦敦，耐心等待了三个月。牛顿果然说话算话，三个月后，他寄来了9页纸的文稿，里面就有平方反比的计算证明方法。
需要说明的是，牛顿不是神，他得出这个证明绝不是一蹴而就的。
在上一章中我们说到，牛顿在乡下躲避瘟疫时就用微积分导出了平方反比律，但他没有继续往下研究。五年前，牛顿与胡克为物体从高处下落的轨迹问题发生了第二次交锋，胡克为这一次大获全胜而沾沾自喜时，失败的牛顿却又重新审视了这一问题。胡克知道平方反比律，也知道椭圆轨道，但他不能给以数学证明。斗败的牛顿并未气馁，他整理了资料，再次进行了数学运算，在哈雷拜访牛顿之前，牛顿肯定已得到了这个证明方法，只是没有公布。牛顿痛恨胡克，晚年仍对这个宿敌无法释怀，但他又不得不承认，是胡克纠正了他的螺旋路径，引发他重新探讨椭圆形才使他发现了万有引力定律。
哈雷再一次到剑桥拜访牛顿，经过牛顿允许，哈雷返回伦敦在皇家学会宣读了这篇9页纸的论文，令皇家学会的院士们感到了震惊。只要牛顿允许，这篇论文便可以发表了。但牛顿不想发表，他在构思一个长篇大论，他要把他二十年来的研究成果全部写出来！
1685年，牛顿彻底与外界隔绝，不和任何人通信，他废寝忘食，他玩命工作，整天像丢了魂一样，有时灵感来了，他连拉开椅子坐下的时间都没有，站着就奋笔疾书；有时出门，他走到一半突然神经兮兮地折返回去，把人吓一跳。剑桥大学的师生们会认为，完了，这个老师疯了！
到1686年春天，全书三卷已大致完成。
牛顿厌烦那些不合格的读者对他的理论提出这样那样的质疑，他没有像《天体运行论》那样开头写上什么“不懂几何者不得入内”之类的话，他却故意把他的书写得极其晦涩难懂，一个命题套一个命题，前面命题不懂，休想进入下一个命题，而且全文使用古典拉丁语，在他有生之年禁止翻译成英语。牛顿的目的就是让能读懂的人来读，让理解力稍差或者没有理解力的人望而生畏直接走开。一句话，看得懂就看，看不懂走开，别问为什么！
有位剑桥学生在校园中遇见牛顿老师走过，转头对同学说：“看，刚才走过去那个人，他写了一本别人看不懂，他自己也不懂的书！”
哈雷开始为这本书的出版跑前跑后。胡克听说此事，又跳出来对哈雷说，他胡克拥有发现平方反比定律的优先权，牛顿是从他那里偷来的概念！胡克表示，牛顿出书可以，但必须要声明这一点！哈雷把这些话委婉地转述给了牛顿，意思是在序言里提一下胡克也无不可。牛顿对哈雷未置可否，回头他把手稿仔仔细细认认真真地检查了一遍，然后把所有提到胡克的地方全给删除了！
胡克是牛顿拉黑的第一人，后面还会有俩。
书的出版成了大问题，皇家学会最近出了一本大部头装帧精美的书，名叫《鱼类志》（其作者也不是一般人，后文会讲到），结果没卖出几本，把皇家学会赔得底裤都不剩，都没钱给工作人员发工资了，每人发了几本《鱼类志》算做工钱。学会没有经费，更没有魄力出版牛顿这部艰深难懂的书，搞不好这本书比《鱼类志》还要扑街。最后，无可奈何的哈雷只好自掏腰包自费为牛顿出版了这部巨著。不要以为皇家学会目光短浅，这部巨著名气确实很大，但出版后的十年间也就卖了几百本，平均一年才卖几十本，销量并不好。因为，一般人真读不懂啊！
1687年，《自然哲学的数学原理》正式出版，全书分为三卷，第一卷、第二卷讨论各种力和运动，第三卷引出了万有引力的概念，书中提出了最为著名的、影响至今的三大运动定律和万有引力定律。《自然哲学的数学原理》将伽利略在地面上的力学和开普勒天上的行星运行定律统一了起来，成功解决了潮汐、彗星等科学难题，这是科学史乃至人类文明史上一次伟大的成就，这为之后不久的工业革命奠定了坚实的理论基础。《自然哲学的数学原理》标志着科学革命的决定性胜利，是古往今来最伟大的科学著作！
下面简单而又肤浅地介绍一下牛顿三大定律和万有引力定律，不感兴趣的朋友可以直接跳过，不影响故事的连续性。
牛顿三大运动定律的第一定律就是惯性定律，前文已经说了，伽利略、笛卡尔都曾提出过这一定律，牛顿只是进行了总结性的表述，即一切物体都保持静止或者匀速直线运动，直到受到其他作用力迫使它改变这种状态。这个不难理解吧。
第二定律是，物体受到外力的作用会产生加速度，加速度的大小与作用力的大小成正比，与物体的质量成反比。用公式表达就是F=kma，F是力，m是质量，a是加速度，k是一个系数。在牛顿的时代，力是没有单位的，后来为了纪念牛顿的贡献，科学界把力的单位定为“牛顿”，符号“N”，并规定让1kg物体产生1m/s²加速度的力为1N，这样一来系数k就用不着了，公式变为了F=ma。有点难吧，但很重要。
第三定律简单，即作用力等于反作用力。上学时开玩笑，捣同学一拳，说作用力等于反作用力，你疼我也疼。道理是没错，但拳头和肚子一个硬一个软，恐怕不会一样疼。如果想体会作用力与反作用力，可以对着砖墙打一记重拳，这样印象会更深。
那么，万有引力从何而来呢？
苹果会从树上落下来，桃李瓜果也不例外，地面上的物体都会受到重力的影响，都有下落的趋势。牛顿开始做思想实验了，如果苹果树非常高，苹果会掉到地上吗？答案是肯定的；如果苹果树非常非常高，直插云霄，苹果会掉到地上吗？还是会的！那么，地球的重力会延伸多高多远呢？月球受不受地球重力的影响呢？月球围绕地球旋转是不是地球的重力造成的？如同绳子绑着一块小石头转圈圈？以此类推，行星围绕太阳旋转是不是受了太阳重力的影响？是不是有质量的物体就有相互吸引的力？最后一问当属灵魂之问。牛顿称这种力为“万有引力”。
前文说过，荷兰科学家、数学家惠更斯在1673年提出了圆周运动的离心力定律。绳子拴着小石头转圈，那么小石头的离心力与绳子的拉力大小相等，方向相反；绳子突然断了，小石头也就飞出去了。行星围绕太阳旋转是同样道理，只不过绳子换成了无形的万有引力，如果太阳突然消失，万有引力消失，地球照样会被甩出去。其实开普勒、惠更斯，甚至胡克，他们离万有引力只有一步之遥了，但最终还是由牛顿迈出了这最后一步。牛顿运用运动第二定律计算得出了与惠更斯等价的向心力定律，在此基础上，牛顿用数学方法证明了万有引力与两个物体之间的距离平方成反比，与两个物体的质量成正比，公式表达为，G是万有引力常量，数值由百年之后的宅男卡文迪许测出。
牛顿继续做思想实验，他想，高山上如果有一个大炮，水平打出一发炮弹，炮弹在地球引力作用下做曲线运动。因地球是圆的，只要炮弹速度足够大，那么这发炮弹完全可以围绕地球转一圈不掉在地上，然后打中发炮者的屁股！牛顿把这个速度称之为“环绕速度”，我们今天称为“第一宇宙速度”。运用万有引力定律和离心力公式可以算出这个速度是7.9km/s，人造卫星升空必须达到这个发射速度。后人在此基础上继续猜想，这个炮弹初速达到多少就能冲出地球走向太阳系呢？也可以用万有引力定律和离心力公式算出来是11.2km/s，这个叫做“地球逃逸速度”，又称“第二宇宙速度”。航天器以这个速度发射出去，那就不要指望它绕地球转了，它会成为一个人造小行星，抛弃地球，绕着太阳去转了。来一个小问题吧，如果想上月球，那发射速度是应该大于第二宇宙速度还是小于第二宇宙速度呢？思考一下，其实不难。
如果想要冲出太阳系，那就得达到突破太阳引力的速度了，这个速度称“第三宇宙速度”。目前美国已经宣布旅行者1号和旅行者2号离开太阳系，飞往别的恒星了。旅行者1号上标有太阳系的位置以及人类55种语言的问候，其中包括中国的四种语言；旅行者2号上带有“地球之声”的唱片，有鲸鱼、婴儿、海洋等声音。不知这哥俩会不会引来外星人的入侵。
牛顿三大定律和万有引力定律渗透在今天的各行各业，交通运输、桥梁建筑、机械制造、航空航天，无不需要运用力学分析。天上飞的，地上跑的，海里游的，火箭的发射，人造卫星的上天，空间站的建设，探月工程的开展等等等等，我们都可以看到牛顿的身影。1968年，阿波罗8号完成绕月航行返回地球时，地面询问是谁在驾驶飞船，指令长博尔曼回答道：“我想，应该是牛顿！”
牛顿三大定律和万有引力定律对于我们今天生活的重要性如同空气对于生命的重要性，平时我们确实不怎么关注它们，它们不是万能的，但是少了它们却是万万不能的。爱因斯坦称赞说：“至今还没有可能用一个同样无所不包的统一概念来代替牛顿的关于宇宙的统一概念。而要是没有牛顿的明晰的体系，我们到现在为止所取得的收获就会成为不可能！”
自然哲学的数学原理
三个宇宙速度
旅行者1号拍摄的“暗淡蓝点”地球
万有引力定律出现后，一个又一个的事实不断证明着它的正确性。
哈雷运用万有引力定律反复计算，发现1531年、1607年和1682年出现的彗星是同一颗。一直以来，东西方都认为彗星是不祥之兆，伴随而来的是战争、灾难。哈雷预言，这颗彗星将在1759、1835和1910年回归。1759年，全世界天文台和天文爱好者翘首以盼，果然，这颗彗星如约而至。一个神秘或者令人恐惧的征兆就这样成为了一个普通的天文现象。此时哈雷已经去世17年了，为了纪念哈雷，这颗彗星被命名为“哈雷彗星”。1835年，1910年，哈雷彗星依然守约。不过在中国，1910年出现的哈雷彗星仍然被附会上了不好的征兆，因为第二年，大清亡了。
天王星是人类继金木水火土五大行星后发现的又一颗行星，其最早的观察记录是由牛顿的另一位宿敌皇家天文学家弗兰斯蒂德完成的，但弗兰斯蒂德认为这是一颗恒星。直到1781年，英国著名天文学家赫歇尔发现，这颗星星不是恒星，而是行星，其运行轨迹也几乎遵循开普勒三定律及万有引力定律。为啥说是几乎呢？因为天王星的实际运行轨道与计算出来的理论值存在着一个小小的偏差，当时就有人怀疑，在天王星外还有一颗行星，其引力引起了天王星的摄动。19世纪中期，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维耶各自运用万有引力定律，独自计算出这颗新行星的轨道。1846年，德国天文学家迦勒在勒维耶预言的轨道上捕获了这颗行星。这颗行星被命名为“海王星”。这是万有引力定律的又一次伟大胜利。
勒维耶在取得这项重大成就之后，又把目光盯向了水星，因为水星轨道也有点怪怪的，它在近日点的进动观测值与理论值也存在着误差。勒维耶认为，水星内侧应该还存在一颗行星，但经过数年辛勤观测，他没有发现这颗行星的存在。之后数十年，无数物理学家、天文学家试图用各种理论来解释这个难题，都未取得满意的结果。所以，直到19世纪末20世纪初，万有引力定律才开始出现小问题。当然了，这个小问题在科学家眼里一点儿也不小。
@sdwy6688 2021-07-21 13:10:56
喜欢宇宙
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宇宙还有大量的未解之谜
@sarashe 2021-07-21 20:56:26
我给我老公说最近我在看楼主这个帖子。并给他讲了一些。他居然也说，西方很多科学是假的，我们的才是无敌的。我们的东西是无敌，但是有些东西要正视，出了一批又一批的自大狂，清朝的教训还不够大哇！简直无法沟通，看不惯他，毫无脑子的自大狂。
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非常感谢您能阅读我这个帖子，我这里面的内容大部分都是从其他书籍借鉴来的，可以辩证着读。每个人有每个人的观点，可以慢慢交流沟通，没有必要为这些事闹矛盾，哈哈。我们中国古代有很多引以为豪的发明创造，但也确实要正视近代科技落后的事实。不仅仅是在历史上，我们更应该从各个角度思考造成近代科技落后的原因，这也算本帖的一个目的。
再次感谢您的支持！
@tibetyang 2021-07-21 21:06:42
留下来慢慢学习。
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谢谢支持！
@铁马冰河陆川客
感谢兄台这么多点评，但希望兄台不要总是纠结于希腊史，毕竟只占了全文二十分之一的篇幅，可以继续往下看看。
哈雷彗星
牛顿出版《原理》后，还曾考虑过微观粒子是不是同样存在相互吸引的力。牛顿接受了笛卡尔的微粒学说，认为物质包括光都是由微粒组成，既然行星恒星受到万有引力的作用，那么这些微观粒子也应该有类似的力作用于彼此。限于当时的条件，牛顿无法验证自己的思想。牛顿是个谨慎的人，在没有任何证据的情况下他是不会也不屑于发表这种假说的，这些思想都是在牛顿没有发表的文献里找到的，并没有写入《原理》。
《原理》出版后不久，牛顿的大名就传遍了欧洲。剑桥大学当局推选牛顿成为国会议员。牛顿当议员一年，开会从不发表言论，回到大学只是例行把会议内容报告给校长。据说有一次国会开会，正在议员们大声争吵时，牛顿突然站了起来，会场立刻安静了，议员们要聆听这位巨人会说出什么精辟的言论。只听牛顿说道：“走廊吹进来的风有点冷，能不能把门关上？”
光是什么？
看似很蠢的一个问题，却成为最难的问题，这是从古至今都没有理清的一个问题。光本质的论战成为物理学史上持续时间最长、战况最为激烈的论战，史上无数伟大的科学家卷入其中。论战可以分成两个阶段，我在这里姑且称之为两次波粒大战，本章将要讲述的是第一次波粒大战。
光很普通，很常见，就在我们身边。电灯电视手机还有打火机都能产生光；太阳发出的光以目前知道最快的速度——光速穿越1.5亿千米撞在我们身上，不疼也不痒，只是觉得暖洋洋；几百万光年、几千万光年外的星光穿越几百万年、几千万年的时间，进入我们的眼睛，让我们看见了它们，事实上它们有可能早已不存在了。
古希腊先贤们考虑过光的本质，那时普遍的观点认为，光是一种微粒，它们是从光源射出来的。用粒子流来解释光是最直观的，在生活中观察，光不打弯，都是在直线传播，不透明的东西就可以把它挡住，光粒子穿不过去了，因此就形成了影子。如果有一面镜子，还能把光线反射回去，如同粒子打在镜子上又弹出去。欧几里得最早提到光的直线传播与反射定律，即入射角等于反射角。
除了反射，还有折射，光从一种介质斜射入另一种介质时，方向会发生变化。最常见的就是光从空气进入水的折射，一根筷子插到水杯里，感觉像断了一样。用粒子解释这种现象，就是不同的介质改变了粒子的运动方向。托勒密通过细致的测量，发现光的入射角和折射角之间存在着一定的规律，至于这个规律是什么，托勒密没能说清。
还有一个难题，为什么我们的眼睛能看见东西？肯定是光在作怪！
东西方的古人猜测，眼睛之所以能看见东西，是眼睛可以发射光线，光线所到之处，就是我们所看见的东西，所以，我们睁开眼能看见，闭上眼就看不见。这意思有点像《西游记》里的火眼金睛或者《X战警》里的镭射眼。我们汉语里有“目光”“视线”之类的词语，说一个人目光短浅、鼠目寸光，就是说这人看得近呗。
这个解释有个致命的弱点，为什么在伸手不见五指的夜晚看不见五指？不是眼能放光吗？为了解决这个问题，古代先贤们开始胡编乱造，说光分成三种，一种是眼睛放出来的，一种是物体放出来的，还有一种是光源放出来的，能不能看见东西是三种光组合以后的结果。眼瞎了看不见，不放光的物体看不见，不放光的光源——那就不是光源了。
这就太复杂了。
光的折射
@板桥渔翁 2021-07-22 12:31:47
我觉得咱国人也早就注意到光的奇特之处了，只是没人争论这个问题。
我觉得这有社会氛围的问题，如果谁去探讨这个问题，那么一定会被指责为吃饱了撑的，有看法没人欣赏，那么这个争论也就不存在，光学肯定也不能发展。
我这么想也是来自自己的经验。
光的直线传播、光下有波动现象、以及聚光、反光这些现象，我记得很多人没上学的时候就发现了。大家都很好奇，尤其对窗户上平白无故有波纹，应该是反光，但没有水......
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确实，我上小学时就曾观察过窗户影子模糊的边缘，只是没有去探讨为什么
@szlsj_2012 2021-07-22 14:17:00
做个记号
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感谢支持！
@胖鼠幕燕 2021-07-22 15:32:39
中国古代不太重视抽象理论的研究，只注重实际技术的运用，发明了许多和生活生产相关的实用东西，比如指南针、纸张、瓷器、丝绸、铁犁、火药等。中国的文字是象形符号，不像西方拼音符号能够形成数学、物理、化学公式。
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是啊
以上就是中世纪之前人类对于光的认识。西方人没有解决视觉这一问题，是阿拉伯人帮他们解决的。
中世纪阿拉伯伟大的物理学家阿尔·哈曾是一位全才式的人物，他主要的贡献在于光学。阿尔·哈曾对眼的结构进行研究，“视网膜”、“眼角膜”、“玻璃体”等等术语就是他提出来的。阿尔·哈曾指出，眼睛不能放光，我们能看见物体，是因为物体反射的光进入了我们眼睛。阿尔·哈曾著有七卷本的《论视觉》，文艺复兴时期传入欧洲，对于欧洲的光学发展起了推进作用。开普勒就是在阿尔·哈曾的研究基础上开始光学研究的。
开普勒于1611年出版了《折射光学》，剖析了望远镜原理，提出了折射式望远镜的设计理念，并发展了阿尔·哈曾的理论。开普勒认为，视力就是大脑对视网膜受光刺激后的一种感觉，他正确解释了近视和远视原因。
眼睛的问题算是被开普勒解决了。
开普勒也发现，光的折射存在一定的规律，但他依然没能说清这个规律。
荷兰物理学家斯涅耳通过大量的实验，终于找到了这个困扰人类上千年的定律，即入射角的余割值（正弦值的倒数）与折射角的余割值之比是一个常数，这就是折射定律。
斯涅耳是通过大量的实验和辛勤的汗水得出来这个定律，而有个牛人仅仅靠推理就得出了这个定律。
这个牛人就是笛卡尔。
笛卡尔采用类比的方法，他把一束光比成一个球，当把一个球斜着打入水中，因为水的阻力，这个球的运动方向和速度都会改变。再把球的速度分解成水平速度和垂直速度，改变的是垂直速度，水平速度则不变，这样可以得出球在空气中的速度乘以入射角的正弦值等于水中的速度乘以折射角的正弦值，用公式表达为v₀sinθ₀=v₁sinθ₁，变换一下，sinθ₀/sinθ₁=v₁/v₀，光在不同介质传播速度一定，因此同样可以得出入射角与折射角的正弦比值是一个常数。最关键的是，笛卡尔连速度变换公式都给表达出来了。我们今天课本上学的折射定律公式就是笛卡尔创造出来的。
牛不牛？
折射定律的发现权由斯涅耳和笛卡尔共享。
@板桥渔翁 2021-07-23 13:18:02
就是数学、科学成就都是西方人做出来的，我也不会崇洋媚外。
这是因为我会反思，为什么我们没有做出来呢？至少到我学习到的数学和科学内容，尤其是科学内容，就以我的智力，如果条件允许也不见得不能做出，何况我们的聪明人。
楼主的科学大咖，全是欧洲人，他们成就巨大，是比咱聪明吗？显然除了牛顿可以另论，他发明流数法方便了分析，除了这个发明哪里也不比我们聪明。
所以看了科学大咖就更加不会崇洋媚外了......
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确实是这样。我以前从没觉得自己崇洋媚外，但自从发了这个帖子，就被贴上了崇洋媚外的商标。我在写这个帖子前，曾把高中的物理、化学、生物重新读了一遍，现在正在重读大学里的高等数学和高等物理。如果我可以贴上崇洋媚外商标，我觉得这些教科书也符合贴商标的标准。哈哈…
@尚衿 2021-07-23 13:12:00
都是伪造的
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赞！
@尚衿 2021-07-23 13:12:00
都是伪造的
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@鲁西狂人 2021-07-23 14:55:08
赞！
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@大彦哲语 2021-07-23 18:41:33
我发现伪造论者表面上是文化自信，其真实本质是崇洋媚外。你想： 1. 如果古埃及、古巴比伦、古希腊、古罗马那些东西是是几百前的欧洲人伪造的，那么这一小撮野蛮的欧洲人那就太神了，正常情况下需要几千年发展出来的文明被几个没文化的人用几十年、上百年就伪造出来了。2. 如果几百年前的野蛮欧洲人靠自学中国古代的文献就创造出了近现代科学文明，而聪明的中国人在前辈的指导下学习古人的著作却没有搞出近现科学，难道这些......
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感谢兄台的理解与支持！
@dgqi888 2021-07-24 16:04:33
马克下，以后方便阅读。
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谢谢支持！
@再大你一百万 2021-07-24 16:15:33
楼主好文，请继续
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好的！感谢兄台支持！
笛卡尔继续对光的本质这一严重的问题进行了严重的思考。笛卡尔的宇宙观是不存在真空的，空间里充满了粒子，因为这事，笛卡尔还诱导过帕斯卡，可惜帕斯卡不上道，非要去搞真空。光的传播就是纯粹的粒子流吗？从太阳一直射到地球？笛卡尔没有绝对地认可这一观点。笛卡尔认为这只是一种假说，还有另外一种可能，就是上一个粒子挤掉下一个粒子。
比方说，有一个晚会现场本来是坐满的，突然来了个大领导，第一排的小领导让出座位，来到了第二排，第二排的人起身把座位让给了原第一排的小领导，以此类推，直到最后一排那倒霉哥们被挤出去为止。在这个让位的转换中，有两个人曾一度拥挤，如同一个小波浪，这个波浪一直持续到把最后那个哥们挤出会场为止。这种光的传播方式，笛卡尔称之为以“以太”为媒介的压力。
笛卡尔提出的两种假说都是以粒子说为前提，第一种假说是古典说法，第二种假说有点类似于纵波了。笛卡尔到底是更倾向于哪一种呢？他自己没说，或者说态度模棱两可。
这就为波粒大战埋下了严重的伏笔。
1662年，爱出谜面不给谜底的国家高级干部费马提出了光学上著名的“费马原理”，这个原理不太好理解，原话是：过空间中两定点的光，实际路径总是光程平稳值的路径。如果用公式表达，需要用到路径积分、变分方程和泛函，不是专业学光学的朋友们是不是懵圈了呢？一个律师竟然提出了这么难懂的原理！费马原理最牛的是地方，是用这一个原理就可以导出光沿直线传播、反射定律和折射定律，以及光的可逆性原理。所谓可逆性原理，就是不管中间穿过多少个介质或者镜片，只要光线从A点能射到B点，那么光线必然可以沿同一路径反向从B点射到A点。你去商场站在落地镜子一边，发现镜子里有个美女在偷窥你；同时，那个美女也发现你在偷窥他。这是反射的可逆性。你坐在河边钓鱼，看见一条傻鱼游来游去就是不咬钩；那条鱼则沿同样的光线路径看见岸边的你，钩上没放鱼饵还在这儿钓鱼呢！这是折射的可逆性。
通俗来说这个费马原理，就是光沿用时最少的路径传播。A点到B点如果中间啥也没有，那就直线传播，没啥好说的。如果中间夹了两种介质，穿过第一种介质发生了折射，第二种介质折射又让光回到老路上穿过B点，虽然中间发生了两次折射，但在每种介质中光的传播速度不同，所以光会选择用时最少的路径进行传播，所以光发生了折射。好了，关于“费马原理”就说到这儿，再多说就得晕了。
@ty_正能量41 2021-07-25 09:51:19
周末愉快，访帖阅读大作，晚安好梦
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周末愉快，谢谢支持！
@nyjspj 2021-07-25 10:43:23
光的传播不能使用速度合成等机械运动规律，所以这时候大牛用数学推导的前提没有出来呢，恐怕有问题吧？
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这个地方确实很难能用机械运动等同，笛卡尔也许恰好蒙对了。
到费马为止，有关光的本质还没有引起冲突，毕竟以上现象、定律都可以用微粒学说来解释清楚。但是，微粒说就那么完美吗？当两束光交叉时，为什么两束光互不影响粒子们没有撞得头破血流，为什么还是各自照着本来的路径继续传播？难道这些光粒子们很懂礼貌，互相让行？
1665年意大利出版了一本小书，名字叫《关于光、色和虹的物理数学研究》，作者是博洛尼亚大学的教授格里马尔迪。这本书出版时，格里马尔迪已经去世两年多了。
格里马尔迪在书中介绍了一个实验，他让一束光通过两条狭缝，然后投射在一块板子上。格里马尔迪发现，最后投射在板子上的光带要比通过第一道狭缝得到的光带略微宽一些。格里马尔迪仔细查看光带，在边缘发现了一道很不明显的彩色条纹，改变狭缝与板子的距离，最多可以得到三条彩色条纹。
这是微粒说能解释的吗？
我们可以想见，格里马尔迪发现这一现象时那难以言表的激动！
格里马尔迪在他的书中提出了自己的看法，他认为光不是微粒，而是一种波，他把自己的实验现象称为“光的衍射”。
何为“衍射”？衍射专指波传播过程中遇到障碍物时改变了原先的传播路径。那么“波”又是什么？物理解释是，振动在物质中的传播能量递进的一种形式。比较晦涩。拿水波举例，在平静的湖面扔一块石头，水面形成上下起伏的波纹，向四周传播。当波纹来到岸边，会反射回去，与原先的波纹交叉，这是波的反射与干涉；如果湖里有棵树，波纹会绕过树继续传播，这是波的衍射；如果湖与一个池塘通过一个小口相连，那么波纹会穿过这个小口，继续在池塘扩散传播，这也是波的衍射。
水波是上下波动，是横波。声波是造成空气疏密压力而传播的纵波，也存在反射和衍射现象。李四隔着一堵高墙喊张三，张三是可以听见的。
罗吉尔·培根最早认为光和声音的传播是一样的，笛卡尔提出了以太压力这一设想，格里马尔迪的实验发现了光的衍射现象，证明光确实是一种波。如果光是一种波，那就可以解释两束光交叉时的独立传播。
引爆波粒大战的导火线是皇家学会元老波义耳点燃的。
波义耳通过实验，提出物体的颜色和自身属性是无关的，只是光照在物体上产生的视觉效果。我们看见树叶是绿色的，但树叶本身和绿色没什么关系，或者说树叶更讨厌绿色，它们吸收了其他颜色的光，单单把绿色给反射出去了。波义耳又记载了肥皂泡和玻璃球的彩色条纹，如何解释这些彩色条纹成为微粒说与波动说交火的战场。
胡克看到格里马尔迪的书后，重复了格里马尔迪的实验，确实发现了衍射现象。胡克用显微镜观察薄膜产生的色彩，他发现随着薄膜厚度的变化，光谱出现周期性的重复变化。胡克同意了格里马尔迪的观点，认为光是一种波，是在以太中传播的纵向波，光波频率决定了光的颜色，光波在薄膜两个表面反射，光波发生了重叠，因为薄膜厚度不同，重叠的光波互相作用也不同，因此出现了不同的色彩。胡克将这一结论写在了他的《显微图谱》中出版。波动说实在是太前卫太震撼了，这理论一出现，立刻俘获了大批的粉丝，胡克的大名远播海内外。
波义耳也认可了胡克的解释。
这一年是1665年，我们已经知道，那位牛人此时还是个学生，现在正在乡下躲避瘟疫。牛顿已经做过许多疯狂的光学实验，他倾向于微粒说，对笛卡尔的压力说存在质疑。牛顿的质疑在于，如果光是一种压力，那么晚上看到的光与白天看到的光应该一样亮；如果光有衍射能打弯，日食月食这种事情是不应该发生的。
牛顿在乡下，除了发明微积分和思考万有引力，还继续进行光学实验，他用三棱镜把光分成了彩色光谱，这不算什么，小孩都会干。牛顿又用另一个三棱镜把彩色光谱合成为了白光。牛顿用一个带小孔的纸对光谱进行遮挡，只允许一种光线通过，当红光经过第二个棱镜后，没有发现其他光线；蓝光经过第二个棱镜，也没有发现其他光线……牛顿发现，紫光折射能力最强，红光折射能力最弱。这就是著名的色散实验。
牛顿用微粒说来解释这一现象，他认为光由不同颜色的微粒组成，三棱镜可以把这些微粒分开，也可以把它们组合。
后来牛顿把这些研究成果念给教室里的书桌或者墙壁听了，一直压着没有发表，直到1672年牛顿当选皇家学会会员后，他才写信给奥尔登伯格说明了自己的光学理论，名为《光与色的理论》。牛顿最先发表的文章是有关光学的，而不是万有引力或者微积分，足见牛顿对自己的光学理论信心满满，认为这才是自己的最高水平。
在论文发表前，胡克作为实验主任，有义务对论文进行审阅并提出结论，但胡克发现牛顿的理论与自己的理论格格不入，根本没有仔细看，就在报告中妄下结论说，牛顿的颜色理论没有说服性！胡克声称，他完全能够证明光是一种脉冲，而不是微粒，牛顿是错的！
牛顿的第一篇论文、自己的得意之作被胡克说得这样不堪，是可忍孰不可忍，牛顿通过奥尔登伯格转给胡克 ，使用非常尖刻的语言反驳了胡克，并坚信自己对光的微粒解释是对的！
胡克被牛顿的回信惹毛了，回信指出牛顿把假说和事实混为了一谈！
牛顿之前并没有明确反对波动说，但是胡克的挑衅硬是把牛顿推到了微粒说一边。倔强的牛顿从此认定微粒说，一条路走到黑，要与胡克斗个鱼死网破你死我活！
双方你来我往，唇枪舌剑，打成了一团。
@梦中雾竹 2021-07-26 16:42:05
终于看完了，楼主写得很好。
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感谢您的鼓励，我会继续往下写
@懒豆花 2021-07-26 17:41:01
建议楼主把那些大段复制粘贴的偏执狂拉黑吧，影响阅读
这些人根本没有水平，不知道在那里看到一点歪货就自以为掌握了真理，又没有水平用自己的话说出来，只晓得大段复制
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已经拉黑了一人，确实影响到正常发帖了。
@陆续子 2021-07-26 21:26:05
有意思
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感谢支持！
@ty_144219761 2021-07-26 22:32:06
m
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谢谢！
一些胡克的支持者、粉丝加入了战团，欧洲大陆也传来了反对牛顿的呼声，但是这些粉丝的级别太低，与牛顿论战几个回合便大败亏输。级别低的粉丝还算是有级别，最让牛顿愤怒上火的是，有些人啥也不懂就毫无根据地破口大骂，根本不可理喻。对付这类人，你只能选择沉默，因为和他们根本没有道理可讲。
皇家学会介入了这次论战。在处理牛顿论文这件事上，胡克确实做得太糊弄，皇家学会要求胡克重新做一次评估。胡克忍气吞声，只好重新审阅了牛顿论文，重新写了报告。这件事之后，胡克一直找机会报复牛顿，从而出现了上一章那一幕。
本以为波粒论战到此就结束了，但一个人的加入再一次把波粒论战推向了高潮。此人便是惠更斯，科学界的泰斗。
惠更斯大为欣赏牛顿发明的反射式望远镜，对于胡克与牛顿发生的争论也了如指掌，但惠更斯没有偏袒谁，而是自己做起了实验。惠更斯通过大量实验发现，波动说更符合实验结果。
惠更斯通过皇家学会给牛顿写了一连串的信，指出牛顿的理论只能是假说。
与胡克的论战已经让牛顿烦不胜烦，现在惠更斯突然站队胡克，说牛顿是错的，这更让牛顿无法接受。牛顿感到全世界都在和他做对，烦躁、激动、愤怒让牛顿做出了不理智的行为，他竟然写信给奥尔登伯格，要求退出皇家学会。
奥尔登伯格知道牛顿过于敏感了，他没有向皇家学会会长转发牛顿的退群要求，而是耐心地回信劝说牛顿淡定一点。奥尔登伯格把这件事缓和了下来。
一段时间后，牛顿又发表了两篇论文，一篇是《解释光的性质的假说》，另一篇是《观测的演讲》。第一篇论文说明光粒子在不同介质中改变方向与速率，从而解释光的反射、折射以及散射；第二篇论文则是展示和证明微粒假说的实验。
胡克这次没有正面公开地对抗牛顿，但是他在咖啡馆等非正式场合污蔑牛顿，说牛顿的颜色分解组合理论是剽窃《显微图谱》中的思想。不久，胡克绕过奥尔登伯格，直接与牛顿通信讨论光学问题，免得皇家学会多管闲事。两人之间的通信都使用了当时比较流行的奉承对方的话语，保持了应有的绅士风度，称对方是尊敬的XXX，自己是卑下的XXX，态度谦卑，用词礼貌，但在这谦卑礼貌的话语下充满了刀光剑影。
胡克高度赞扬牛顿吃苦耐劳的精神，十分高兴牛顿能够改良和完善胡克他那些早就提出的观点，“如果我从事的职务允许的话，这些都是我想自己完成的事，我很清楚，这些工作只需要具有比你稍微低劣的才能就能完成的。”
胡克话说的是很礼貌很漂亮，但谁都能看出来，这是在挖苦牛顿剽窃他的思想，而且字里行间还表达了一个意思，你牛顿才能也就那样！
牛顿回信更是充满了虚伪的奉承，他称赞了自己与胡克伟大的友谊（事实上恨不得把对方掐死），称赞了两人公开讨论的方式，然后他还谦虚地表扬了自己一番，“笛卡尔踏出了很好的一步，而您则推进了许多方面的发展。假如说我看得比较远，那是因为我站在了你们这些巨人的肩膀上。”
请读者朋友们仔细咂一咂最后那句话，这是谦虚吗？这是低调吗？恐怕找不出比这个更高傲的话了吧！何况胡克是个驼背的矮子，“巨人”用在胡克身上，简直就是骂人。中小学教室里经常挂着牛顿的头像，下面坠上这句名言，我认为，这绝不是在教育学生怎样谦虚，而是在告诉学生什么是骂人不带脏字的最高境界。
@板桥渔翁 2021-07-27 09:41:06
我应该是没上小学的时候，就发现光透过窗户，会在窗户上出现波纹的现象，但没有和光就是波联系起来。
关键就和经验不符，它那个窗户上的波纹是波的干涉，即波受到阻挡返回来，就跟过来的波发生叠加，产生干涉。
但是这个干涉，产生于波前进方向的横面，而窗户上的波纹却是光前进方向的立面。
就是，孩子都是纯经验思考，不合经验，就否定了。
胡克来了个纵波概念，因为是纵波，所以波的干涉出现在立面，他大......
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纵波这个概念主要是来自于笛卡尔的压力说，惠更斯、胡克都是继承了笛卡尔的思想。
@板桥渔翁 2021-07-27 18:33:57
其实关于光的波粒二象性，全世界也没有一个理解的，都只能是接受这么个事实。
因为只要一个你要理解它去，你就会疯掉，比如，如果它是粒子，怎么一个粒子可以同时在树的两侧都通过，有这样的粒子吗？
我其实刚一高考完，看狭义相对论，完了忽然蹦出一个顿悟，这个顿悟我存在心底20年，决心进行数学推导，首先推出的是德布罗意波方程。然后导入质子质量，得出其波长。进入第二步推导，进入了一个存在两个变量均无法确......
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兄台是高手啊！
@板桥渔翁 2021-07-27 22:09:43
说一下我的设想：电通量变化导致磁通量变化，磁通量变化导致电通量变化，是因果关系，因产生果有时间间隔没有？有，常识就是这样。
但是在麦克斯韦的体系里，dt是无限趋近于0，就是等于0的，就是他没有时间间隔。
因此我设想有个因果间隔，导致时间不能无限趋近于0。只能这么一段一段的流逝，时间延长，那么这个段也延长，从而时间是量子化的一个因果间隔。
然后其它就好解决了，但是无法推导出来，歇了菜了。
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时间量子化，兄台这个观点很牛！
@echoifish 2021-07-28 09:49:43
楼主，好角度！！
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感谢您的支持！
光的单缝衍射
水波
肥皂泡
牛顿对胡克的薄膜干涉实验进行研究，他设计了一个等价实验，把曲率半径很大的凸透镜和一块平面镜放在一起，凸透镜与平面镜之间会出现一个厚薄不均的缝隙，把光照在上面，就会出现明暗相间的彩色光环。这被后世称为“牛顿环”。牛顿环是典型的光的干涉，但偏执的牛顿使用“阵发间距”等新名词，依然用微粒说予以了解释。
惠更斯在1678年法国科学院的一次演讲中，公开反对微粒说，他的理由还是微粒说无法解释光的独立传播定律，两束光交叉没有出现粒子飞溅的碰撞现象。
但是牛顿很快转到引力研究领域了，没有与惠更斯过多纠缠。
1690年，惠更斯出版了《论光》，以波动理论为基础，通过数学方法反推出光的折射和反射定律，解释了衍射，而且解释了方解石的双折射现象。书中提出了光学中非常重要的原理，后世称“惠更斯原理”：对于任何一种波，从波源发射的子波中，其波面上的任何一点都可以作为子波的波源，各个子波波源波面的包络面就是下一个新的波面。
《论光》的出版，标志着波动说暂时取得了胜利。
《原理》出版后的牛顿如日中天，但他不想再陷入这样无谓的争论，他把所有的光学研究都压了下来，他要等待时机。
1695年，惠更斯去世。
1703年，胡克在落寞中去世。
1703年，牛顿当选为皇家学会会长。
1704年，牛顿把他积压三十多年的手稿、讲义、实验数据编撰起来出版，书名为《光学》。
牛顿先用微粒说解释了光的直线传播、反射、折射现象，解释了薄膜干涉、牛顿环，解释了透镜成像、眼球成像原理。牛顿又用微粒说解释了光的衍射，牛顿认为这是不透明物体附近的以太稀疏密度不同，造成光粒子的折射。衍射就是一种新折射。
随后，牛顿向波动说开了三炮。第一炮，波动说无法解释直线传播，如果是波，那么就应该绕过障碍物；第二炮，波动说对双折射的解释不圆满，“惠更斯原理”存在缺陷（后被菲涅尔改进，现在称“惠更斯—菲涅尔原理”）；第三炮，光如果是纵波，无法解释光的偏振现象。
惠更斯、胡克已死，波动说一时间后继无人，这三炮打得波动说毫无招架之力，丢盔卸甲大败亏输。
牛顿环