“開普勒第一定律,橢圓定律,行星繞太陽的軌跡是橢圓,牛頓假設太陽的質量遠大於其他行星,因此可以將太陽看作一個靜止的質點,那麼它的引力與距離的平方成反比。”
“可以用微積分推匯出行星的運動微方程,解出來的運動方程有三種。”
“第一種,總能量大於0,即動能加引力勢能,軌跡是雙曲線,總能量等於0,軌跡是拋物線,總能量小於0,軌跡是橢圓。”
李青看到臺下的同學臉色輕鬆,其實這些知識對於他們來說理解起來非常簡單,於是繼續向下講解。
“開普勒第二定律,也叫面積定律,太陽和行星的連線在相同時間內掃過的面積相同,它的本質其實就是角動量守恆,力的方向永遠朝著太陽和行星兩點連線。”
“這一定律最簡單。”
“開普勒第三定律,週期定律,行星公轉週期的平方,和橢圓軌道半長軸的立方成正比,針對第一條定律推匯出週期平方正比於半長軸立方。”
解釋完黑板上的三個推導過程後,李青朝著臺下的同學說道:
“開普勒常年觀測行星運轉,用無數經驗總結出了一定的規律,這是從現象中找規律,但他並沒有解釋為什麼會出現這種情況,以及原理是什麼。”
“而牛頓用典型的數學演繹思維,依靠數學方程推匯出了它的本質,他先假定引力與平方成反比,而不是去預設軌道形狀。”
“這就是數學,不用觀測天體,只需要用一組簡單的基礎關係,就能順著這個邏輯推匯出天體的運動,甚至包括整個宇宙。”
“好了,這節課時間快結束了,我問最後一個問題,利用數學邏輯推匯出來結論的和親自觀測出來的結論,二者本質上有什麼差別?”
“這個問題我隨機找三個人回答,加分割槽間1~2分,兩分鐘思考時間。”
說完,李青靜靜地靠在講臺上,靜靜看著他們思考的模樣。
臺下同學開始竊竊私語,交頭接耳,小聲討論起這個問題,李青沒有制止,只是默默地數著時間。
兩分鐘後,李青開口道:
“時間到,開始找人回答,都看清自己的位置,那麼第一位同學,第三排從你們左邊數第五個同學站起來回答。”
那個男生向左數了幾遍,發現是自己,便興奮地站起身來。
“觀測得到的規律是經驗,它只是告訴我們這種現象的事實是什麼,解釋不出原因,而用數學推匯出來的,是事物內在執行的本質……”
“加兩分,請坐!第二位,請第四排第六名同學來回答。”李青不假思索地直接提問第二位同學。
這回是一名女生,她站起身,聲音清脆悅耳,看起來非常自信。
“我對前面那位同學的回答再補充一點,數學推匯出來的內容可以無限向外延伸。”
“同一件事物的發展規律,也可以在相同事物上同樣適用,比如地月、太陽和其他行星,甚至可以推向宇宙,它讓我們覺得,萬事萬物執行的規律都是如此。”
“回答的不錯,加2分,請坐!第三位,請第二排第三名同學作答。”
他提問的都是位置靠前的同學,因為後面那些人應該沒有選這門課。
站起來的仍是一名女生,她說道:
“觀測是現實發生了什麼,而數學推導可以告訴我們什麼東西不可能發生,就例如您講的這節課中,牛頓用微積分推匯出開普勒三大定律,他就排除了很多其他的擾動因素,只要符合條件,其他形狀的軌跡就都被排除掉了。”








