Theory of the Motion of the Heavenly Bodies Moving about the Sun in Conic Sections pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Dover Publications Inc.

作者:Karl Friedrich Gauss

出品人:

页数:326

译者:

出版时间:2004-9-24

价格:EUR 59.20

装帧:Paperback

isbn号码:9780486439068

丛书系列:

图书标签:

天文学
物理学
行星运动
开普勒定律
圆锥曲线
数学
科学史
经典物理学
天体力学
17世纪

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具体描述

宇宙的交响：行星运动的宏伟乐章一卷描绘天空奥秘、探寻宇宙秩序的里程碑式著作本书并非聚焦于特定天体（如太阳系内的行星）的精确运动轨迹，而是致力于构建一个宏大、普适的理论框架，用以解释任何在引力作用下，围绕某一中心天体作几何学上定义清晰的曲线运动的物体的基本动力学原理。我们的探索始于对现象的细致观察，但很快便超越了纯粹的描述性阶段，深入到支配这些运动的基本物理法则之中。这本书的核心在于阐明，那些看似复杂、变幻莫测的天体运动，实则遵循着简洁、优雅的数学规律。第一部分：几何基础与运动的描述在理论的开端，我们首先确立了描述运动所必需的数学工具和空间概念。我们不预设任何已知的行星轨道形式，而是从最基础的几何学原理出发，探讨在一个假想的、无阻力的二体系统中，运动物体可能采取的所有可能的约束性轨迹。我们严格地证明了，在中心引力（即引力强度与距离的平方成反比）作用下，所形成的封闭或开放的轨迹，只能是圆锥曲线——椭圆、抛物线和双曲线。本书详细论证了这些曲线的几何特性，包括焦点、离心率、长短轴的定义，以及它们如何通过简单的几何构造与初始条件相关联。我们细致区分了这些不同类型的轨迹所代表的物理情境：例如，什么样的初始速度和位置会导致一个物体被永久束缚（椭圆或圆），而什么样的速度则会导致其最终逃逸（抛物线或双曲线）。我们深入探讨了轨道要素的概念。在描述一个天体的运动时，仅仅知道其轨迹类型是不够的，还需要精确地确定它在空间中的定向和位置。本书系统地定义和推导了六个独立的参数（现代天文学中所称的“开普勒轨道要素”的理论前身），它们共同且唯一地确定了特定天体在某一特定时刻的完整运动状态。这部分内容强调了如何从观测数据中提取出这些决定性的参数。第二部分：动力学基础与引力定律的推导本书的精髓在于其动力学部分，即从运动的现象反推支配它们的根本力量。我们不直接引用任何经验法则，而是通过对运动规律的逻辑演绎来揭示引力的本质。我们引入了面积定律（即扫过相等面积所需的时间相等）作为核心的、可被检验的运动学特征。通过严格的微积分方法（在当时已知的最高数学水平下），我们证明了：如果一个物体围绕一个中心点作平面运动，并且其运动轨迹是圆锥曲线，那么该物体在任意时刻所扫过的面积速率必然是恒定的。更进一步，我们展示了这一面积定律与力场性质之间的必然联系。我们证明，只有当作用于该物体的力总是指向中心点，并且其大小与物体到中心点的距离的平方成反比时，面积定律才能成立。这构成了对万有引力定律的纯粹动力学证明。本书的这部分论述，强调了从宏观运动现象到微观作用力机制的严密过渡，其逻辑的严谨性超越了简单的观察与归纳。第三部分：运动的周期性与天体力学的初步构建在确立了引力定律的普遍性之后，我们将焦点转向了周期性运动（如椭圆轨道）。本书详细分析了椭圆轨道运动的周期与轨道大小之间的关系。我们推导了著名的周期定律，即轨道的周期与其半长轴的立方之间的定量关系。这部分不仅为太阳系内行星的观测数据提供了一个强有力的理论解释，更重要的是，它揭示了宇宙尺度上运动效率的统一性。无论天体质量大小，只要它们遵循相同的引力法则，它们的运动节奏便受制于相同的几何比例。我们还探讨了质量对运动的影响。虽然在描述理想化的“两个点质量”系统时，中心天体的质量决定了轨道的形状，但我们详细分析了当轨道中心天体自身具有可观质量时，系统动力学的微小修正。这为后来更精细的摄动理论奠定了基础，尽管本书本身主要关注的是理想化的二体问题的精确解。结论：超越观测的普遍性框架本书的最终目标是提供一个普遍适用的、基于第一原理的运动理论。它不局限于对太阳系内特定行星的插值或外推，而是提供了一套通用的数学语言，来描述任何在中心引力场中受约束的系统的动态行为。阅读本书，读者将获得一个深刻的认识：那些在夜空中看似杂乱无章的天体运行，实际上是宇宙中最基本、最永恒的几何法则与动力学法则完美结合的体现。本书的价值在于其理论的纯粹性和演绎的严密性，它为理解宇宙的结构提供了一套坚不可摧的、以数学为基础的推理体系。它所建立的框架，是关于“如何精确预测和解释围绕中心天体作曲线运动的物体的动力学”的权威论述。