时间表 第 1 讲科学与技术的起源 ( 始 -22) 第 2 讲希腊古典科学 (23-36) 第 3 讲希腊化科学 (37-50) 第 4 讲罗马人技术 古典科学灭亡与阿拉伯科学兴起 (51-66) 第 5 讲中国的科技文明 (67-87) 第 6 讲欧洲的中古文明 技术革命与学术 文艺复兴 (88-101) 第 7 讲科学革命 哥白尼革命与新物理学 (102-139) 第 8 讲生物学与化学的革命 近代科学的一般特征 (140-162) 第 9 讲法启蒙运动 分析性科学与实验化学 (163-195) 第 10 讲培根与古典科学的统一 19 世纪科学概述 (196-217) 第 11 讲第一 第二次工业革命 (218-245) 第 12 讲科学家 研究中心与科技强国 (246-273) 第 13 讲进化论 遗传和实验生理学 (274-299) 第 14 讲信息生物 核能与相对论等 (300- 完 ) 本讲目录 什么是科学史 科学史的意义 技术与人类的进化 原始科学 古文明的科技类型 什么是科学史 科学史 (History of Science) 就其作为 历史 而言 : 对过去实际发生的事情的 述说 对这种述说背后起支配作用的观念进行反思和解释, 也称 史学 或 编史学 (Historiography of Science) 这两方面的意思是纠缠在一起的, 形成一个 解释学循环 科学史就其作为 科学 的历史而言 : 这里的科学包含技术 科学有一个 家族相似 的谱系, 无法做本质主义的定义 科学史的意义 为科学服务 提高理科学习的趣味 为现实的科学难题找答案 天文学史 为现实服务 爱国主义 为现实的科技政策服务 为素质教育服务 构通文理 科学史是否应被定为 X 级? 瓦解客观性? 瓦解 假说 - 演绎 方法论? 科学是人类精神的自由创造和自由发明 ( 爱因斯坦 ) 一个理论家宁要一个美的方程, 也不要一个丑的但结果与实验数据更相近的方程 ( 狄拉克 ) 新的理论很少由于理性地说服了对手而得到认可, 人们只需等待, 直到对手死去 ( 普朗克 )
技术与人类进化 700 万年前, 现代类人猿与现代人类的先祖分开, 人科成员 (Hominid) 直立行走 手足分化 250 万年前, 出现脑量明显增大的人属成员 (Homo) 能人 (Homo habilis), 会使用和制造工具 200 万年前, 出现脑量更大的直立人 (Homo erectus) 50 万年前, 出现智人 (Homo sapiens), 其中的一个亚种就是现代人 (Homo sapiens sapiens), 其余的亚种如尼克德特人 (Homo sapiens neanderthalensis) 均已灭绝 现代人是 15 万年前出现在非洲的一支智人的后裔 从能人 (250 万年前 ) 开始出现石器记录, 直到 1 万 2 千年前, 为旧石器时代 公元前 10,000-4,000 年, 为新石器时代, 以农业社会和定居生活为标志 公元前 4 千 -1 千年, 埃及进入金石并用时代 公元前 1 千年, 铁器出现 脑量与工具的复杂和成熟程度成相关关系, 但并不是一一对应, 尼安德特人的平均脑量 (1450) 比现代人更大, 但并不拥有更高级的工具 脑量何以能够进化? 能人 直立人 现代人 脑量 (ml) 750 1000 1350 石器水平 顺手打制 多次敲击形成不同形态 深远的计划 精致的制造 被动 的进化论者主张动物与人之间连续的变化 : 由于地质变迁, 走出森林 直立行走解放双手, 捕猎食肉, 制造工具 主动 的技术史家主张人的进化基于人类 自我 的觉醒 : 心灵的觉醒与心理能量的调控 身体作为最初的工具, 手的发明 意义的创造, 语言的发明 技术的进步 第一项成就 : 制造石制工具 第二项成就 : 保存与使用火 第三项成就 : 陶器 定居生活与 容器 科学的谱系 科学 Science, Wissenschaft, Scientio, episteme 原始技术 Technics-skill-handicraft, 与默会知识 tacit knowledge 我们的所知永远多于我们所意识到的
科学 / 知识 科学 / 知识 原始技术 / 默会知识 文本知识 口语文本 文字文本 实用知识 理论知识 / 神圣知识 原始科学的特征 向后看 : 博物知识 历史学 ( 人类社会 ) 博物学 ( 自然界 ) 科学 / 知识 向前看 : 预测知识经验推理理性推理类比推理 整体性 ( 自然知识与社会知识 实用知识与理论知识 博物知识与推理知识 ) 具象思维 强烈的推理动机 万物有灵论 Stonehenge,3100-1500BC 归纳推理 古代的文明 两河文明 文字的出现, 提供了批判和反思的可能性 技术由技艺转向工程,technics to technology 四大古老文明 巴比伦 ( 可以上溯到前 4000 年 ) 埃及 ( 可以上溯到前 4000 年 ) 印度 ( 可以上溯到前 2500 年 ) 中国 ( 可以上溯到前 2000 年 ) 美索不达米亚 (Mesopotamia) 希腊文 两河之间 的意思 苏美尔文明 ( 前 5000- 前 2700) 古巴比伦王国 ( 前 1894- 前 1595) 亚述 ( 前 800- 前 612) 新巴比伦王国 ( 前 626- 前 539) 水文环境恶劣, 因而有大规模的水利工程, 从而有集约化农业 集权政治以及独立的僧侣阶层 不断的异族争战, 洪水无规律的泛滥, 人生不确定的命运
埃及 淡漠的来世观念 发达的占星术和天文学, 黄道 12 宫 60 进制的算术 ( 前 1800 年 ) 尼罗河的赠礼 稳定的生态环境 相对封闭 尼罗河定期泛滥 古老而稳定的皇权政治 早王朝 : 第 1-2 王朝 ( 前 3100- 前 2700) 古王国 : 第 3-8 王朝 ( 前 2700- 前 2160) 第一中间期 : 第 9-10 王朝 ( 前 2160-2010) 中王国时期 : 第 11-12 王朝 ( 前 2106- 前 1786) 第二中间期 : 第 13 15 16 17 王朝 ( 前 1786-1550) 新王国时期 : 第 18-20 王朝 ( 前 1550-1069) 第三中间期 : 第 21-25 王朝 ( 前 1069- 前 656) 后期埃及 : 第 26-31 王朝 ( 前 664- 前 332) 托勒密埃及 ( 前 332- 前 30) 罗马埃及 ( 前 30-395) 象形文字 纸草文书 来世观念 循环时间观 不发达的农业技术 发达的天文历法 60 进制的分数算法 医学 ( 木乃伊 ) 金字塔 神话宇宙论 本讲目录 希腊科学的基本特征 希腊数理天文学的起源 亚里士多德的物理学与博物学 希波克拉底医学 希腊科学的基本特征 自由的科学 理性科学 : 非实用的 超功利的 纯粹的 内在的 演绎的 推理的 论证的 理论的 质疑和批判的学问态度 自由学术的三个条件 闲暇 / 希腊奴隶制 批判的传统 / 希腊城邦制 惊异 / 希腊民族的性格
希腊科学精神的起源 泰勒斯 : 万物源于水 年代 : 公元前 600 年为其鼎盛年 生平 : 生于米利都, 游学埃及与巴比伦 趣闻 : 哲学家并非不能致富, 非不能也, 实不为也! 把目光转向天空, 超凡脱俗的理性态度 超越的 非功利的, 对现实的功利不计, 专注天空而忽视大地 这是希腊以致整个西方的思想品格 几何学 : 金字塔的高度 哲学 : 万物源于水 毕达哥拉斯 : 数即万物 生平 : 爱奥尼亚的萨莫斯人, 据说求教于泰勒斯, 去埃及留学过 后移居南意大利的克罗敦 集科学 哲学 宗教于一体的神秘教派, 对圆崇拜, 不能踩黄豆 希腊数学四大学科 : 算术 ( 绝对的不连续量 ) 音乐 ( 相对的不连续量 ) 几何 ( 静止的连续量 ) 天文 ( 运动的连续量 ) 数即万物 近代科学, 当代科学 无理数的发现 勾股定理 : 由特殊的数学关系到一般的证明 芝诺 : 运动不合理 生平 : 巴门尼德的学生, 南意大利的爱利亚 四个运动悖论 : 运动不合理 二分法 : 要到达终点, 先要到中点, 而中点是无限的 阿基里斯追龟 : 要追上乌龟, 先要到乌龟先前的位置, 但乌龟总是在先前的位置之前 飞矢不动 运动场 苏格拉底的难题 自知其无知 未经省察的生活是不值得过的 希腊数理天文学的起源 希腊数理天文学 (Mathematical Astronomy) 的特征 : 宇宙论与天文学合一, 相互构成批判的张力 希腊宇宙论框架 : 天球 - 地球, 两球宇宙论 宇宙是一个球形 ( 是层层相套的天球的组合 ) 诸天体镶嵌在天球上随天球运动 天球的运动是匀速圆周运动 大地是一个球体 地球绝对静止 地球居于宇宙的几何中心 主题是 : 行星天文学 行星天文学 行星 - 漫游者 ( 来自希腊文 planetes, 漫游者 ) 拯救现象 (save the phenomena) 毕达哥拉斯 ( 约 570-497BC) 学派 菲洛劳斯 (Philolaos of Croton) 的中心火理论 希西塔斯 (Hicetas of Syracuse) 和艾克方图斯 (Ecphantos of Syracuse) 的地心理论 柏拉图 (427-347BC) 学派 拯救现象 : 假定行星作什么样的均匀而有序的运动, 才能说明它们表面的运动? 欧多克斯 (Eudoxus, 409-356B.C) 的同心球理论
柏拉图 柏拉图 : 不懂数学者不得入内 柏拉图 ( 前 427-347), 苏格拉底的学生, 苏死后游学埃及和南意大利, 研究毕达哥拉斯学派的理论, 最后回到雅典建立学院阿卡德米 (Academy), 门口上书不懂数学者不得入内 理念世界是最真实的世界, 现实世界只是对理念世界的模仿 发现正多面体只有五种 : 正四面体 立方体 正八面体 正十二面体 正二十面体 发现圆锥曲线 : 抛物线 椭圆 双曲线 亚里士多德 亚里士多德 : 百科全书 亚里士多德 ( 前 384- 前 322), 希腊北部的斯塔吉拉人, 自幼父母双亡,17 来到雅典成为柏拉图的学生 吾爱吾师, 吾尤爱真理 前 343 年, 成为马其顿王太子亚历山大的私人教师 前 335 年, 在雅典建立吕克昂 (Lyceum) 学院, 又称逍遥学派 (peripatetic) 亚里士多德的科学工作 形而上学 逻辑学 范畴篇 分析篇 物理学 论天 天象学 论生灭 论宇宙 生物学 动物志 论动物的历史 论灵魂 尼各马可伦理学 大伦理学 欧德谟斯伦理学 政治学 诗学 修辞学 亚里士多德的物理学 四元素理论 : 土水气火, 以太 干湿热冷 四因说 : 质料因 形式因 动力因 目的因 天然运动与天然处所 天球运动与地面运动的二分 亚里士多德的生物 - 博物学 动物博物学 对动物的分类, 有红血的和无红血的, 直到拉马克改称 脊椎动物 与 无脊椎动物 胚胎发育的研究 遗传现象研究 亚氏的学生塞奥弗拉斯特对植物学有进一步的贡献 希波克拉底 希波克拉底 (460-370BC), 爱奥尼亚地区科斯岛人, 智者高尔吉亚的学生, 原子论者德谟克利特的朋友, 留下 希波克拉底文集 70 篇文章 东方的务实精神与希腊的理性精神的结合 体液理论 血液 黄胆汁 黑胆汁 沾液 体液平衡则健康, 失衡则生病 希波克拉底誓词 职业伦理
本讲目录 大事年表 ( 公元前 ) 希腊化科学的基本特征 阿基米德 数理天文学的发展 盖仑医学 技术与工程 亚里士多德 (Aristotle of Stagira, 384-322) 塞奥弗拉斯特 (Theophrastus of Eresus, 371-286), 雅典 欧几里得 (Euclid, 300), 亚城 阿里斯塔克 (Aristarchus of Samos, 275) 334, 亚历山大大帝击败波斯,332 占领埃及 323, 亚历山大大帝去世 304 年, 托勒密一世即位埃及王 285 年, 托勒密二世即位 大事年表 ( 公元前 ) 大事年表 ( 公元后 ) 阿基米德 (Archimedes of Syracuse, 287-212) 埃拉托色尼 (Eratosthenes of Cyrene, 225) 阿波罗尼 (Apollonius of Perga, 210) 希帕克斯 (Hipparchus of Nicaea,135) 卢克莱修 (Lucretius, 60) 维特鲁维 (Vitruvius, 25) 269 年, 叙拉古王希罗二世即位 246 年, 托勒密三世继位 221 年, 托勒密四世继位 212 年, 罗马击败叙拉古 146 年, 罗马征服加太基 133 年, 帕加蒙王国归入罗马 30 年, 罗马征服埃及 塞尔修斯 (Celsus, 40) 普林尼 (Pliny the elder, 23-79) 希罗 (Hero of Alexandria, 60) 托勒密 (Ptolemy of Alexandria, 150) 盖伦 (Galen of Pergamum,180) 69-79, 韦斯巴辛 (Vespasian) 皇帝在位 98-117, 图拉真 (Trajan) 皇帝在位 117-138, 哈德良 (Hadrian) 皇帝在位 161-180, 奥勒留 (Marcus Aurelius) 皇帝在位 希腊化科学的基本特征 亚历山大大帝与希腊化科学 (Hellenistic Science) 基本特征 个人主义让位于世界主义, 知识精英与王权政府结盟 希腊古典时期自由的学术精神与东方实用知识传统相结合 希腊化科学的据点 : 亚历山大城 (Alexandria)- 缪塞昂 (Museum), 动物园 图书馆 天文台 医学解剖 地理绘图 军事应用 帕加蒙 (Pergamum) 雅典 (Athens) 希腊化科学的代表人物 欧几里得,300BC, 亚城 阿里斯塔克,310-230BC, 亚城 阿基米德,287-212BC, 亚城 - 叙拉古 埃拉托色尼,276-194BC, 亚城 阿波罗尼,262-190BC, 亚城 希帕克斯,190-125BC, 亚城 - 罗得岛 希罗,62AD, 亚城 盖伦,130-199AD, 罗马 托勒密,100~200AD, 亚城 ( 罗马 )
阿基米德 阿基米德 ( 前 287- 前 212), 南意大利西西里岛的叙拉古人, 青年求学于亚历山大里亚, 拜于欧几里德的弟子柯农门下, 学成后回到叙拉古 后与埃拉托色尼有书信往来 阿基米德全集 有中译本, 全部文章如下 : 论球和圆柱 圆的度量 论劈锥曲面体与旋转椭圆体 论螺线 论平面图形的平衡 沙粒的计算 求抛物线弓形的面积 论浮体 引理集 家畜问题 方法 阿基米德 曲线平面图形的求面积和体积, 是微积分的先驱 数学成就 I: 任一球的表面积是外切圆柱表面积的三分之二, 任一球的体积也是外切圆柱体积的三分之二, 这一定理被刻在他的墓碑上 数学成就 II: 发现了抛物线的重心 数学成就 III: 运用穷竭法, 得出 π=3.14 数学成就 IV: 创造大数记法, 恒河沙数 物理学成就 I: 平衡问题研究, 杠杆原理, 见 论平板的平衡 物理学成就 II: 浮力定律, 见 论浮力 给我支点, 我可以撬起地球 王冠的故事, 尤里卡 机械制造成就 : 螺旋提水器, 天象仪 阿基米德之死 : 不要踩坏我的圆 希腊数理天文学之发展 欧多克斯 (Eudox of Cnidus, 365 B.C.): 同心球模型 赫拉克利德 (Heraclides of Pontus, 330 B.C.): 地球自转 阿里斯塔克 (Aristochus of Samos, 310-230 B.C.): 古代世界的哥白尼 过于反叛 为什么地球上的东西没有抛后 为什么见不到恒星视差 希腊数理天文学之发展 阿波罗尼 (Apollonius of Perga, 200 B.C.): 引入本轮 (epicycle)- 均轮 (deferent) 和偏心圆 (eccentric circle) 希帕克斯 (Hipparchus of Nicaea, 141-127B.C. 在罗德岛上进行测量 ), 为托勒密留下了系统的天文数据, 发现了春分点移动 ( 岁差 ) 托勒密 (Ptolemy, 100 A.D.): 引入偏心匀速点 (Equant point)
托勒密的集大成 天文学大成 13 卷 (Mathematical Syntaxis), 被阿拉伯人称为 伟大之至 (Almagest), 故亦称 至大论 第一 二卷 : 地心体系的基本轮廓 第三卷 : 太阳运动 第四卷 : 月亮运动 第五卷 : 计算月地距离和日地距离 第六卷 : 日食和月食的计算 第七 八卷 : 恒星和岁差现象, 将星分成六等 第九 - 十三卷 : 分别讨论五大行星的运动, 本轮和均轮的组合在这里得到运用 其它作品 地理学 占星四书 希腊化医学 盖伦 ( 约 130- 约 200) 生于小亚细亚, 游学过亚历山大里亚, 后成为罗马皇帝的御医 以动物为主的解剖学实践, 以肝脏 心脏和大脑为主要器官的人体生理学 以四体液说为基础的病理学, 体液平衡则人体健康, 平衡破坏则生病, 治病即是调节 排除过剩和腐败的体液 本讲目录 欧洲黑暗年代与阿拉伯科学 罗马人的技术成就 古典学术的衰落 阿拉伯科学 罗马帝国的兴衰时间表 前 400 年左右, 罗马人在意大利北部建国 前 265 年征服整个意大利半岛 前 30 年控制了全部希腊化地区 凯撒 ( 前 100- 前 44) 屋大维 ( 前 63-14 年 ) 罗马帝国 330 年, 君士坦丁大帝将罗马首都迁到拜占廷 395 年, 罗马帝国分成东罗马帝国和西罗马帝国 410 年, 蛮族攻占罗马 476 年, 西罗马帝国灭亡 610 年, 东罗马帝国开始希腊化, 改称拜占廷帝国, 希腊语成为国语 罗马人 罗马性格 专注政治军事法律问题 注重实际, 对理性知识没有热情 希腊气质 追求纯粹知识 藐视现实的功利 西塞罗 希腊人在纯粹数学上遥遥领先, 而我们只能做点计算和测量工作 怀特海 从没有一个罗马人是因为全神贯注于对数学图形的冥想而丧生的 罗马的技术成就 农学 交通运输业 城市建筑 公共医疗体系
古典学术的衰落时间表 前 270- 前 75 年, 叙利亚人阿拉伯人暂时侵入亚历山大城, 城市遭到焚毁 前 47 年, 凯撒纵火亚历山大港口, 殃及图书馆 325 年, 君士坦丁大帝主持基督教主教大会 380 年, 基督教定为罗马国教 392 年, 藏书甚丰的塞拉皮斯神庙被拆,30 万件希腊手稿被毁 415 年, 基督徒杀害缪塞昂中的女数学家希帕蒂娅 (Hypatia) 529 年, 查士丁尼下令关闭柏拉图学园 640 年, 阿拉伯人占领亚历山大城 古典学术衰落的原因 科学与社会之间未建立起制度性的支持, 基础科学难以持续发展 社会对大规模开发生产力的无视, 使应用科学亦无大的发展空间 宗教的大规模发展, 形成了反智主义的新的历史条件 欧洲黑暗年代 (600-1100) 人口比较 : 拉丁西欧 2200 万 中国核心地带 6000 万, 印度 7900 万, 伊斯兰 4000 万 巴黎 2 万, 伦敦 1.5 万 科尔多瓦 45 万, 君士坦丁堡 30 万, 开封 40 万, 巴格达 100 万 人口素质和知识状况 欧洲 : 文明开化比较晚的地区 新石器时代 基督教引入修道院, 成为学问中心 宇宙帐篷说, 星星为太阳所照亮, 三角形内角和为两个直角 阿拉伯人的崛起 622 年, 穆罕默德 (570-632) 离开麦加, 创立伊斯兰 ( 皈顺 ) 教 630 年回到麦加, 统一阿拉伯半岛 642 年, 以圣战的名义, 控制了整个西亚地区, 此后半个世纪, 控制了地中海南岸 ( 北非 ) 和西班牙 8 世纪, 东扩, 征服了中亚, 威胁中国 第一个王朝倭马亚朝 (661-750), 定都大马士革, 古称 白衣大食, 后在西班牙再度崛起 第二个王朝阿拔斯朝 (750-1258),762 年定都巴格达, 史称 黑衣大食, 阿拉伯的科学文化进入百年鼎盛时期 (800-900) 一千零一夜 阿拔斯朝政府支持发展科学文化事业, 贤明的君主哈里发 (Khalifah,Caliph) 哈伦 拉希德 (Harun Al-Rashid, 764-809) 阿尔 马蒙 (Al-Mamun, 786-833) 均热衷于发展学术文化事业 阿拉伯科学概论 波斯和印度的早期影响 阿拉伯科学的希腊化 : 拜占廷的影响 希腊的翻译 几何原本 于 800 译成阿拉伯文 至大论 于 827 年译成阿拉伯文 阿拉伯科学是典型的东方专制型科学, 充满了实用的色彩, 和君王的个性 造纸术 (751 年恒罗斯战役 ) 与阿拉伯发达的图书馆事业 马蒙于 830 年在巴格达创立的 智慧馆 (Bayt al-hikma, the House of Wisdom), 与亚历山大里亚的缪塞昂相似, 设有 2 个天文台 1 个翻译馆 1 个图书馆 百年翻译运动 阿拉伯炼金术 - 化学 炼金术 (alchemy) : 古代的准科学 从希腊到东方 : 工匠来源与哲学家来源 阿拉伯 Alkimiya 的来源有两种看法 : 一来自埃及的 khem( 黑变 ), 二来自中国福建的 金液 (kimya) 贾比尔 (Jabir ibn Hayyan, 721-815), 伊拉克人, 提出了金属的两大组分理论 : 硫 ( 易燃, 贱 ) 和汞 ( 可塑可熔, 贵 ), 引入了定量分析的方法 阿尔 拉兹 (850-925), 提出三组分理论 : 汞 硫 盐 碱 (alkali) 酒精 (alcohol) 糖 (sugar)
阿拉伯数学 花拉子模 伊本 穆萨 (790-850), 生于波斯北部的花拉子模 (al-khwarizmi), 故而得名 整理印度数学, 引入零 分数表达式 负数 无理数 复原和化简的科学 对近代西方数学影响极大, 其中引入了阿拉伯数字 ; 复原 (al-jabr) 译成拉丁文成了 algebra, 即今天的代数 全书分三部分, 第一部分是一次和二次方程的解法, 第二部分是实用测量计算, 第三部分是用代数方法处理阿拉伯人的遗产问题 ( 如 3 兄弟分 9 羊 ) 研究托勒密体系, 著有 地球形状, 把地球的大小估计过大 阿拉伯天文学 阿尔巴塔尼 阿尔巴塔尼 (858-929) 生于土耳其, 是一位天文仪器制造商的儿子, 青年时期来到巴格达学习托勒密天文学 传播托勒密天文学 将托勒密体系的观测数据做了进一步的完善, 回归年长度的计算大为精确,700 年后作为格里高利改革儒略历的基本依据 运用印度天文学家发明的正弦表进行天文计算 阿拉伯物理学 阿尔哈曾 阿尔哈曾 (965-1039) 生于伊拉克的巴士拉, 死于埃及的开罗 著有 论视觉 7 卷传世 他第一次认识到, 人的眼睛并不发射光线, 所有的光线来自太阳, 人的眼睛是一个光线接受器 认识到透镜的成像原理及折射和反射现象 论月光 研究了月亮反射太阳光问题 光学的发达与沙漠地带眼疾较多有关 阿拉伯医学 阿维森纳 阿拉伯世界政府开办医院 伊本 西那 (980-1037) 生于波斯的布哈拉 ( 今乌兹别克 ), 拉丁名为阿维森纳 全面介绍亚里士多德的著作 百科全书式的学者 医典 传世, 是阿拉伯医学的百科全书, 记载有大量临床实例 阿拉伯科学文化的衰落 衰落的原因 宗教问题 多元文化走向一元文化 战争因素 受北方蒙古人和基督教世界的双重压力, 内战频仍, 黄金时代一去不复回 为何没有发生科学革命? 伊本 拉希德 (1126-1198) 生于西班牙的摩尔多瓦, 拉丁名为阿维罗意 全面翻译 注释亚里士多德著作 哈里发说 : 真主决定让那些只希望通过理性找到真理的人下火狱, 伊斯兰的经院哲学没有下文 希罗的技术成就 希腊古典时代, 技术手工不登大雅之堂 ; 托勒密王朝, 科学被要求具有物质力量, 时尚鼓励科学与技术结盟 希罗 ( 公元 1 世纪左右 ), 埃及已归属罗马, 但希腊化的影子绵延了很久 托勒密 盖伦 刁番都都可归于希腊化传统 希罗的科学著作有 测量术 几何学, 从应用方面整理前人的数学工作 希罗的技术著作有 机械术, 记载有杠杆 滑轮 轮子 斜面 尖劈的使用 ; 气体论 记载有空气动力的运用 蒸汽机
本讲目录 中国科学史何以可能? 什么是科学? 中国文化的一般特征 中国科学的一般特征 大一统技术 生活技术 中国科学史何以可能 中国科学史何以可能 取决于 科学是什么 中国古代有技术但没有西方意义上的 科学 中西知识的差异 理的知识 ( 西 ) 爱的知识 ( 中 ) 李约瑟问题 李约瑟问题及其解答 : 既然中国古代科学技术成就非常伟大, 但是中国的古代文明为什么没有发展出现代科学技术?( 李约瑟 ) 为什么今天报纸上没有出现我的名字?( 席文 ) 为什么梨树上没有结出桃子来?( 吴国盛 ) 我的问题及其解答 : 为什么中国园地里一直繁荣茂盛, 到了近代却日渐枯萎? 答案 : 一, 内部生态失调 ; 二, 外来生物争夺阳光雨露和肥力 概念再澄清 科学一 : 近代数理实验科学 科学二 : 希腊理性科学 科学三 : 系统的自然知识 科学四 : 技术文明 李约瑟 (Joseph Needham, 1900-1995) 的大著 中国的科学与文明 (Science and Civilisation in China) 中国科学史 的 科学 即取上述 科学三 和 科学四 两种定义, 即同时包含了一般自然知识与技术工艺等 中国文化的一般特征 相对封闭的地理环境 以血缘关系而非地缘关系组结而成的文化团体, 亲情高于契约 以农业经济为主体, 稳定压倒一切 大一统专制政治体制, 单一, 崇尚权威 作为政府官员的知识分子, 科举制度 特殊的知识体系 ( 经史子集 ) 连续而非断裂的人神关系 历史年表 夏朝 ( 约前 2100- 前 1700) 商朝 ( 约前 1700- 前 1100) 周朝 ( 约前 1100- 前 256), 孔子 ( 前 551- 前 479) 秦朝 ( 前 221- 前 206) 汉朝 ( 前 206- 后 220) 晋朝 (265-420) 隋朝 (581-618) 唐朝 (618-907) 宋朝 (960-1279) 元朝 (1206-1368) 明朝 (1368-1644) 清朝 (1616-1911)
中国科学的一般特征 在欧洲黑暗年代, 中国正进入盛唐时期并在宋朝达到中国科技的高峰 明清两朝, 闭关锁国, 传统固有的科技缓慢发展, 近乎停滞 宋代的数学文献有的到了明代已无人能懂 西学引进基本无效, 以致从 19 世纪中叶开始全面落后 实用 功利 所有的知识或服务于大一统王朝的需要, 或服务于人民日常生活的需要 宜物 具体问题具体分析 灵活 机智 见机行事, 与时俱进 有机自然观 整体思维 辩证思维 士大夫阶层与技工阶层相隔绝, 精英知识与实用知识从未结合, 文人墨客喜吟诗作赋, 好琴棋书画, 对工匠技艺不屑一顾 大一统技术 : 天文学 皇家的需要, 农业社会的需要 不以宇宙理论见长, 而以积累观测为主 皇家垄断天学, 禁止民间私习 阴阳合历 : 日 气 朔三要素 公元前 4 世纪, 已测出太阳年为 365.25 天 ( 四分历 ) 对日食和月食详细的记载, 从汉初到 1785 年, 日食 925 次, 月食 574 次 异常天象的记录, 如太阳黑子 ( 前 28 年 ) 极光 彗星 ( 前 613 年 -1621 年包括哈雷彗星 ) 新星 超新星 ( 前 352-1604 共 75 次 ) 杰出的天学家 : 张衡 (38-139) 祖冲之 (429-500) 一行 (683-727) 郭守敬 (1231-1316) 算学 (1) 实用数学而非演绎数学 ; 私人的爱好而非国家的事业, 因此没有自主而连续的发展 周髀算经 ( 前 1 世纪 ), 勾股定理 九章算术 (1 世纪 )246 个数学问题, 涉及丈量农田 不同等级谷物的兑换 建筑结构计算 分配计算 刘徽 ( 曹魏时期 ) 九章算术注 (263) 创立割圆术, 通过算出圆内接正 192 边形的面积, 得出 π= 3.14 祖冲之 (429-500) 及其子祖暅计算了圆内接正 6144 边形和正 12288 边形的面积, 得出 π=3.1415926-3.1415927 算学 (2) 魏晋南北朝时期出现了一批算经 唐代出现珠算 宋元之际, 古代世界数学的高峰 秦九韶 (1202-1261) 数书九章 (1247) 李冶 (1192-1279) 测圆海镜 (1248) 杨辉 (13 世纪中后期 ) 杨辉算法, 速算法 朱世杰 (13 14 世纪之间 ) 算学启蒙 (1299) 四元玉鉴 (1303), 讨论了高次开方和高次方程组的解法 生活技术之医学 古老深奥的学问, 常新的实用知识 战国 黄帝内经 外科医生华陀 ( 约 2 世纪 ) 关羽刮骨疗毒, 曹操治病, 麻沸散, 五禽戏 张仲景 ( 约 150-219) 伤寒杂病论 提出中医诊断学中的 六经辩证 ( 太阳 阳明 少明 太阴 少阴 厥阴 ) 和 八纲原理 ( 阴 阳 表 里 虚 实 寒 热 ) 孙思邈 ( 约 581-682) 誉为药王, 著 千金方, 主张医生要博学 要有高尚的品德
生活技术之农学 农业立国 政府官员重视农业实践和农业生产知识的积累 中国农学重视天时 地利和人力的综合运用 汜胜之书 ( 公元元年左右, 汉代 ), 论及北方特别是关中地区的耕作经验 贾思勰 齐民要术 (533-544, 北魏 )10 卷 92 篇, 反映黄河中下游地区的农业生产状况 王帧农书 ( 元代 ) 综合黄河流域旱田耕作和江南水田耕作经验 其它技术 陶瓷 (China), 景德镇 ( 宋代 ), 通过丝绸之路传到西方,11 世纪造瓷技术传到波斯和阿拉伯,1470 年传到意大利 丝织 (sino),6 世纪传到东罗马帝国,12 世纪末传到意大利,14 世纪法国人开始养蚕, 16 世纪末传到英国 建筑 : 长城 桥梁 (590-602 年间建造赵州桥 ) 塔 石窟 故宫 宋建筑师李诫编 营造法式 (1100) 四大发明 纸 前 140 年, 陕西灞桥即已出现大麻纤维纸 105 年, 东汉太监蔡伦造出蔡侯纸 印刷术 593 年, 有史记载雕版印刷 868 年, 唐刻 金刚经 宋庆历年间 (1041-1048), 毕升发明活字印刷术, 原材料是胶泥 1450 年, 德国古登堡发明金属活字印刷术 火药 : 硫磺与硝石相配制 孙思邈 (581-682) 丹经 中第一次提到火药的配方 北宋年间, 火药大量用于战争 8 世纪, 火药配方传入阿拉伯, 称 中国雪, 波斯人称 中国盐 14 世纪, 阿拉伯人将火药技术传入欧洲 指南针 前 3 世纪, 韩非子 中提到 先王立司南以端朝夕 1 世纪初东汉王充 论衡 司南之杓, 投之于地, 其柢指南 1044 年, 北宋曾公亮和丁度 武经总要 提到指南鱼 沈括 梦溪笔谈 有系统的指南针制造技术说明, 同时发现磁偏角 航海技术 郑和 (1371-1435) 七下西洋, 船只 200 多艘, 人数两万多众, 超过 100 米的大船有 50 多艘 而哥伦布只有 88 人,3 只长 19 米的大船 四大发明的意义 马克思 : 这是预告资产阶级社会到来的三大发明, 火药把骑士阶层炸得粉碎, 指南针打开了世界市场并建立了殖民地, 而印刷术则变成新教的工具, 总的说来变成了科学复兴的手段, 变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆 明末四大名著 (1) 李时珍 (1518-1593), 湖北蕲春人 本草纲目, 中国古代药学之集大成,52 卷, 190 万字, 分 16 部 ( 水 火 土 金石 草 谷 菜 果 木 服器 虫 鳞 介 禽 兽 人 ), 也是一部博物学大全, 虽名医书, 实该物理 万历年传至日本, 后致欧洲, 被译成德 法 英 拉丁 俄等文字, 达尔文的 物种起源 引用过该书
明末四大名著 (2) 徐光启 (1562-1633), 生于上海 农政全书, 中国古代农学成就的集大成,60 卷,50 多万字, 分农本 田制 农事 水利 农器 树艺 蚕桑 蚕桑广类 种植 牧养 制造和荒政 12 项 明末四大名著 (3) 徐霞客 (1586-1641), 生于江苏江阴 22 岁起游历江苏 浙江 山西 河北 山东 河南 安徽 江西 福建 陕西 广东 广西 湖南 湖北 贵州 云南 16 省, 北京 天津 上海 3 地, 写成 徐霞客游记, 记载所到之处的山川地貌 物产风情 明末四大名著 (4) 宋应星 (1587-?), 江西奉新人 47 岁开始编写 天工开物,3 年乃成, 分上中下三部分共 18 卷, 包括农作物栽培 农产品加工 制盐 制糖 陶瓷 冶炼 养蚕 纺织 染色 造纸等, 是一部手工业生产技术的百科全书 本讲目录 欧洲中古文明的基本特征 欧洲的技术革命 12-13 世纪的学术复兴 : 经院哲学的兴起 15-16 世纪的文艺复兴 : 人文主义 欧洲中古文明的基本特征 四种文明的融合 希腊文明 : 纯粹学术 理想精神 罗马文明 : 法律与制度, 国家与军团 基督教文明 : 信仰 普世 伦理 日耳曼文明 : 野蛮尚武 血缘家庭社会制度 教会与世俗政权 封建领主与公社自治 长子继承制与扩张主义文明 断裂式发展 : 新石器时代 - 农业文明 - 前工业文明 城市作为王权的支持力量, 作为资本主义的温床 十字军东征 (1096-1270), 文明交往与融合 欧洲的技术革命 农业技术 马的使用 来自中国的挽具的改进 马蹄铁的发明 使用重犁 三田轮作制 ( 第三田休耕 ) 人口 :2200 万 ( 公元 1000 年 ),7900 万 (1300 年 ) 军事技术 马镫的使用 骑兵 骑士阶层 - 侵略扩张 火药技术 13 世纪由蒙古人传到中亚 1310-1320 年间, 欧洲人发明了大炮 火炮把骑士阶层击个粉碎, 使封建小邦向大的民族国家整合
技术革命 机械技术 水力 风力的运用, 以及水车 风车, 齿轮机构 传动装置的发展, 导致了机器文明的出现 欧洲文明是靠更为强大的风力和水力引擎驱动的 除了很小的范围外, 希腊人和罗马人都不是机械的使用者 : 他们的石弩和水钟不是他们生活中足够显著的特征, 不足以影响到他们对自己与世界的关系的构想方式 但 16 世纪时工业革命正在上路 印刷机和风车, 杠杆, 水泵和滑轮, 钟表与独轮车, 以及在矿工和工程师中使用的大量机械, 构成了日常生活的特征 每一个人都懂得机械的本质, 制造和使用这类东西的经验已经开始成为欧洲人一般意识中的一部分 ( 柯林武德 自然的观念 导论 ) 钟表的出现 725 年, 僧一行发明水运浑天仪 ;1092 年, 苏颂改进水运仪象台 13 世纪, 在修道院出现机械钟, 摆轮钟, 以重锤的重力做动力 所有的大教堂尖顶上都安装这种摆钟,1232-1370 年间, 出现了 39 座 最早的钟只有一根时针 1550 年左右增加了分针 1760 年左右出现秒针 16 世纪出现怀表 工业时代的关键机械不是蒸汽机, 而是钟表 ( 芒福德 ) 12 世纪的学术复兴 中世纪的教育和知识分子 七艺 ( 文法 修辞 逻辑 几何 算术 音乐 天文 ) 修道院作为学问中心 大学的出现 大学的出现 : 教师与学生组成的行会, 既无地产也无房产, 自治机构 神学 法律 医学 1150 年, 意大利波仑亚大学成立, 以讲授罗马法著称 1160 年, 巴黎大学 ( 教会 );1167 年, 牛津大学 ( 教会 );1209 年, 剑桥大学 ;1222 年, 帕多瓦大学 ( 公立 );1224 年, 那不勒斯大学 ( 国立 ) 翻译运动 基督教重新夺回西班牙 (1085), 使西班牙的托莱多成为翻译运动的中心之一 杰拉德 (1114-1187), 主持翻译托勒密的 至大论 (1175) 以及亚里士多德 希波克拉底 盖伦的著作 南意大利的西西里成为翻译运动的另一中心, 它与拜占廷的商务交往一直十分密切 1207 年, 亚里士多德的著作全部被译成拉丁文 欧洲学术的复兴 阿奎那 经院哲学的亚里士多德化 : 把理性用于神学 亚里士多德三次被禁 :1210 1219 1230 大阿尔伯特 ( 约 1193-1280), 西方基督教世界第一个对亚里士多德哲学作出全面的综合解释的人, 著有 论植物 论动物 托马斯 阿奎那 ( 约 1225-1274), 协调信仰与理性的关系 1277 年巴黎主教公开遣责亚里士多德的学说 亚里士多德物理学的自我批判与发展 欧洲学术的复兴 培根 格罗塞特 (1168-1253) 直接从希腊语翻译亚里士多德的作品, 在光学方面从事实验活动, 将阿拉伯物理学家阿尔哈曾的工作大大推进, 他主张, 宇宙由物质和光组成 罗吉尔 培根 (1220-1292) 主张以实验代替书本和权威 重视数学教育 发现儒略历的微小缺陷 ( 每 130 年就会多出一天 ) 欧洲第一次关于火药的记载见于培根的信
新物理学的先驱 抛物运动的研究 让 - 布里丹 (Jean Bridan), 冲力说 (Theory of Impetus) 匀加速运动的数学表述 ( 距离与时间的平方成正比 ) 奥雷姆 (Nicole Oresme, 1320-1382) 地球运动的可能性 库萨的尼古拉 15-16 世纪文艺复兴 以意大利为中心的复兴古典文化运动 歌颂人性 反对神性, 提倡人权 反对神权, 提倡个性自由 反对宗教禁锢, 赞颂世俗生活 反对来世观念和禁欲主义 文学家 : 但丁 (1265-1321) 彼特拉克 (1304-1374) 塞万提斯 (1547-1616) 莎士比亚 (1564-1616) 艺术家 : 达芬奇 (1452-1519) 米开朗基罗 (1475-1564) 莎士比亚 : 人是一个什么样的杰作呀! 人的理性多么高贵! 人的能力无穷无尽! 人的洞察力多么宛若神明! 宗教改革 神恩 天启 权威, 罗马教廷的至高无上的地位 马丁 路德 (1483-1546) 于 1517 年贴出 95 条论纲, 反对赎罪券, 反对罗马教会的权威 因信称义, 信仰高于一切 地理大发现 马可波罗 (1254-1323) 游记,1275 到达中国 1487 年, 狄亚士到达非洲的最南端, 葡萄牙国王裘安二世取名 好望角 1497 年 7 月 8 日, 葡萄牙人达伽马离开里斯本开始探索由非洲到印度的航路, 次年 3 月 1 日到达非洲东岸莫桑比克,5 月到印度, 于 1499 年 9 月返回葡萄牙 意大利人哥伦布 1492 年 8 月 3 日由西班牙巴罗士出发, 一直西航于 11 月 12 日到达巴哈马群岛的圣萨尔瓦多, 他以为自己到了印度群岛, 但没有找到黄金 意大利航海家亚美利哥认识到哥伦布发现的是一块新大陆, 法国地理学家误认为是他发现的 麦哲伦 1519 年 9 月由西班牙起航,12 月到达巴西,1520 年 10 月通过南美最南端进入太平洋,1521 年 3 月到达关岛,4 月麦哲伦被杀,11 月到达摩鹿古群岛,1522 年 9 月回到圣卢卡尔港, 少了一天 现代性的形成 马克思 : 这是预告资产阶级社会到来的三大发明, 火药把骑士阶层炸得粉碎, 指南针打开了世界市场并建立了殖民地, 而印刷术则变成新教的工具, 总的说来变成了科学复兴的手段, 变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆 民族国家已然形成, 扩张的动机蠢蠢欲动, 主体性的时代 求力意志的时代即将到来 作业内容解析 简述托勒密天文学的基本内容和历史来源 天球 - 地球体系, 来自毕达哥拉斯学派 均匀圆周运动的组合以模拟七大行星的实际运动, 来自柏拉图学院, 欧多克斯的同心球模型首次予以实现 三个数学工具 ( 偏心圆 本轮 - 均轮 偏心匀速点 ) 的运用, 其中偏心圆和本轮 - 均轮来自阿波罗尼和希帕克斯 ( 究竟是谁?), 偏心匀速点 ( 译点问题 ) 属于托勒密自己
作业内容解析 作业行文解析 论述托勒密天文学的那些特征体现了希腊化科学的特征 希腊化科学的基本特征是将希腊古典时期演绎和推理的科学与东方注重实用和计算的科学相结合 托勒密天文学也体现了这两方面的特征 上述三个方面的基本内容, 都直接承接希腊古典数理天文学的内容, 它是演绎推理的 高度几何化的 要讲继承的方面 其属东方科学的成份则体现在如下两个方面 : 1. 更加注重实际的天象观测 托勒密继承了希帕克斯的天象图, 而希帕克斯作为一个希腊化科学家, 大量吸取了巴比伦人数个世纪以来的天象观测资料 2. 更加注重行星具体位置的 计算 和预测, 为此不惜与传统教条分手, 这与希腊古典时期满足于定性模型的建立有很大的不同 3. 托勒密是否动用缪塞昂的计算力量, 只是猜测 没有扣题 托勒密天文学是希腊化科学的一种, 托氏天文学中体现了希腊化科学的许多特征 不是要论述托氏天文学与希腊化科学之间的关系, 不是要评价托氏天文学本身 要学会阐释, 而不是翻来覆去的讲几句结论 追溯历史, 是为了说明与希腊古典科学精神之间的联系, 因此仅仅追溯到阿波罗尼是不够的 应该前溯到毕达哥拉斯学派的两球模型 要学会谋篇布局 如果写得长的话,( 这次不拒绝 ), 但要详略得当的分配篇幅 有的同学把托氏天文学的细节写得很多, 但即忽视了与题目关系最重大的东西, 捡了芝麻, 丢了西瓜 不一定要写得长, 有的同学写得很短, 一样得了 90 分 有的写得很长, 但不得要领, 漏掉了关键的东西, 得分不太高 本讲目录 什么是科学革命 哥白尼革命 新物理学的诞生 什么是科学革命 科学革命 (Scientific Revolution) 指的是 16 17 世纪在欧洲发生的一场思想巨变, 从此人们的世界观和获取自然知识的方式发生了根本的变化 自古希腊以来人类思想所完成或经受的一场最为意义深远的革命 柯瓦雷 (1943) 科学革命使基督教兴起以来的一切事物相形见绌, 使文艺复兴和宗教改革降格到纯粹的插曲之列 它是现代世界和现代精神的真正起源 巴特菲尔特 (1949) 什么是科学革命 科学革命 :1500-1800, 是对哲学和科学的研究对象的一次先验性的再定义 霍尔 (1954) 根本就不存在科学革命 17 世纪人口的压倒性多数并不生活在欧洲, 也不知道他们生活在 17 世纪, 更没有意识到一场正在发生的科学革命 夏平 (1996) 哥白尼革命 哥白尼革命 (Copernican Revolution), 托马斯 库恩 (1957) 主要事件 ( 前后约 100 年 ) 哥白尼 (Nicolaus Copernicus, 1473-1543) 天球运行论 (1543) 第谷 (Tycho Brache, 1546-1601) 发现新星 (1572) 观测彗星 (1577) 提出第谷体系 (1588) 开普勒 (Johanes Kepler, 1571-1630) 宇宙的神秘 (1596) 新天文学 (1609) 宇宙的和谐 (1619) 伽利略 (Galileo Galilei, 1564-1642) 星际使者 (1610) 关于太阳黑子的书信 ( 1613) 试金者 (1623) 关于两大世界体系的对话 ( 1632) 关于两门新科学的对话 (1638)
哥白尼 其人 (1473-1543) 生活在文明世界的边缘, 波兰北部波罗的海边 为人胆怯, 保守, 教士 教长 动机 最后一位古典天文学家, 要恢复希腊古典天文学的传统 不满意偏心均速点 (Equant) 的设置 对于哲学家们不能对造物主为我们造成的美好而有秩序的宇宙机构提出正确的理论而感到气愤 天球运行论 序言 改历 1512 年教皇询问哥白尼改历之事 哥白尼所不满意的托勒密体系的问题 : 地球只保持了静止, 实际并不处在宇宙的中心 行星实际上并不做均匀圆周运动 ( 只相对偏心匀速点做匀速运动 ) 哥白尼所害怕的 : 地心地静理论已经与基督教教义相结合, 托勒密宇宙论已经成了基督教地理学, 挑战地心说也就是在挑战基督教世界体系 哥白尼的革新 太阳中心 太阳崇拜 地球的三重运动 : 公转 自转 轴转 行星的留 逆行均是由于地球与行星之间的相对运动所引起 逆行只发生在最亮的时候 解释了水星和金星为什么总是不离开太阳 ( 最大距分别为 28 度和 48 度 ) 给出了行星的确定的排列顺序 哥白尼的保守和不足之处 基本上没有利用新的观测数据 保留了天球体系 保留了正圆运动, 因此也保留了本轮 - 均轮体系 保留了偏心圆装置, 太阳实际上并不在宇宙的中心 实际上写成了一部技术性很强的数学著作, 未取得在第一卷定性描述中所给出的美学优势, 实际上并不比托勒密体系更精确 更简单 哥白尼体系面临的问题 恒星视差问题 直到 1838 年才最终被观察到, 相当于看 20 公里之外的一枚硬币 哥白尼假定恒星离我们很远, 比原定的大 20 倍 ( 托勒密体系 2 万个地球半径, 哥白尼 40 万个地球半径 ) 运动问题 飞鸟 浮云为何没有被抛开 哥白尼面临的挑战 天主教没有表态 新教徒狂热反对 ( 回到圣经 ) 奥西安德的匿名前言 哥白尼学说的被接受 印刷术有助于哥白尼学说的传播 1551 年, 莱茵霍尔德根据哥白尼体系编制了 普鲁士星表,1582 年照此星表制订格里高里新历 专业天文学家开始接受这一套数学技术 1610 年, 哥白尼学说被指为异端,1616 年, 列为禁书
第谷 1563 年开始进行天文观测 1572 年 11 月 1 日发现新星 (Nova) 是恒星而非行星, 打破了天上不变的教条 1577 年观测彗星, 证明比月亮遥远, 打破了水晶天球 1588 年, 提出第谷体系 地球处于宇宙中心, 月亮和太阳绕地球转动 五大行星绕太阳转动 不用考虑恒星视差 不用考虑运动问题 与哥白尼体系在数学上完全等价 1597 年, 第谷去德国治下的布拉格任神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世的宫廷数学家 1600 年收开普勒为徒 1601 年 10 月 24 日去世 开普勒 (1571-1630) 狂热的毕达哥拉斯主义 - 柏拉图主义者, 崇拜太阳, 崇拜数学的简单性, 哥白尼学说的同情者 宇宙的神秘 (1596): 土星 ( 正六面体外接球 ) 木星 ( 正六面体内切球 ) 火星 ( 内接正四面体的内切球 ) 地球 ( 内接正 12 面体的内切球 ) 金星 ( 内接正 20 面体的内切球 ) 水星 ( 内接正八面体的内切球 ) 1600 年开普勒来到布拉格成为第谷的学生 继承第谷的观测数据特别是火星的 1609 年 新天文学 第二定律 : 面速度均匀 (1609, 以火星为例 ) 第一定律 : 行星运动的轨道是椭圆 1619 年 宇宙的和谐 第三定律 : 周期的平方与距离的立方成正比 此定律对于方位天文学并无实际的意义 开普勒的意义 天空立法者 : 用椭圆代替正圆, 彻底消除了本轮和均轮 三定律废除了水晶天球的概念 太阳真正成为轨道中心, 建立太阳系的概念, 预示着引力问题 阿波罗尼成就在先, 怀特海有言 : 物质未曾来到, 精神先已出现 爱因斯坦 : 开普勒的惊人成就, 是证实下面这条真理的一个特别美妙的例子, 这条真理是 : 知识不能单从经验中得出, 而只能从理智的发明同观察到的事实两者的比较中得出 开普勒的保守性 保留恒星天球, 有限的宇宙 与伽利略交往, 但彼此并不理解 1618 年 哥白尼天文学概要 1627 年 鲁道夫星表, 标志着天文学上的哥白尼革命已经完成 一辈子穷困, 曾编占星历书以养家糊口 作为女儿的占星术若不为天文学母亲挣面包, 母亲便要挨饿了 1630 年死于索取薪水的路上
天文学革命留下的问题 1, 恒星视差问题 2, 地球运动所引起的眩晕问题 3, 太阳何以牵制诸行星的运动 伽利略 1564.2.15 生于意大利的比萨, 米开朗其罗 3 天前逝世, 文艺复兴转折的象征 父亲为美第奇家庭的宫廷乐师 能言善辩, 趾高气扬, 好饮酒 原本学医, 但却爱好数学, 被誉为新时代的阿基米德 1589 年 25 岁, 比萨大学数学教授 1592 年, 帕多瓦大学数学教授, 工资只有神学教授的八分之一 1608 年望远镜的诞生, 荷兰眼镜商利帕希 1609 年 45 岁, 制造 20 倍望远镜 1610 年 星际使者, 月亮上的环形山,4 颗木星卫星 回到佛罗伦萨, 出任美第奇家族的宫廷学者 首席数学家 与教会的冲突 1611 年, 列入黑名单,1615 年被人向宗教裁判所举报 1613 年 关于太阳黑子的信, 太阳黑子, 金星位相, 宣称证明了哥白尼学说 1615 年给大公夫人的信, 两本上帝之书, 解读自然之书应听从科学家的意见 1616 年宗教裁判所把 天球运行论 确定为禁书, 红主主教贝拉明本来对哥白尼学说作为一种数学工具表示理解 1616 年, 伽利略收到贝拉明签署的一份证明, 要求他不能 坚持或支持 哥白尼学说, 但没有禁止 讲授 1623 年 试金者, 是年伽利略的老朋友成为新教皇乌尔班八世, 题献 新科学的宣言 哲学被写在宇宙这部永远在我们眼前打开着的大书上, 我们只有学会并熟悉它的书写语言和符号以后, 才能读懂这本书 它是用数学语言写成的, 字母是三角形 圆以及其它几何图形, 没有这些, 人类连一个字也读不懂 1624 年, 与新教皇谈话, 并建议了新的著作的名称 1624-1630 写作 两大世界体系的对话 意大利文书写 三个人物的对话 为哥白尼学说辩护, 对亚里士多德 - 托勒密学说精彩的反驳 总结了望远镜下的新发现, 提出相对运动的概念 用地球的运动来解释潮汐 用辛普里丘的嘴说出了乌尔班八世的话 1632 年 2 月下旬, 经过反复审查得以出版
1632 年秋传讯伽利略 乌尔班八世的地位 伽利略已经不是廷臣 天主教会意识到哥白尼学说的危害 回击新教徒 1633 年 4 月 12 日受审, 定为可疑的异教徒 6 月 22 日, 当众悔罪 7 月监禁,12 月送回佛罗伦萨由女儿照料, 半盲 运动理论 1638 年出版 两门新科学的对话 在荷兰出版 运动学而非动力学 亚里士多德 : 速度与重量成正比 逻辑推理 比萨斜塔实验 : 木球与铁球 摆的等时性与斜面实验 : 落体下落的时间的平方与下落距离成正比 加速度的概念 合成速度与合成力的概念 抛物体运动 伽利略的历史地位 1642 年 1 月 9 日去世, 次年 1 月 4 日牛顿出生 ( 新历 ), 乌尔班八世禁止为他树碑立传 1742 年, 教皇允许出版伽利略的著作 1822 年, 允许讲授哥白尼学说 1835 年, 从禁书名单上删除 爱因斯坦 : 伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法, 是人类思想史上最伟大的成就之一, 标志着物理学的真正开端 1980 年, 罗马教会正式为伽利略平反 牛顿 在数学上, 发明微积分 在天文学上, 发现了万有引力定律 在力学上, 系统总结了运动三定律 在光学上, 发现了太阳光的复合性, 发明了反射式望远镜 缔造了牛顿式的机械自然观 最后的炼金术士 宗教狂热分子, 神秘知识的信奉者 喜摆弄小玩具 小机械, 做过风车 灯笼 日晷 性情孤僻 12 岁进中学, 因寄宿在药剂师家里而学会了化学实验 1661 年,18 岁的牛顿进入剑桥大学深造 卢卡斯设立一个数学教席, 首任教授巴罗 在巴罗指导下牛顿阅读了开普勒的 光学 笛卡尔的 几何学 和 哲学原理, 伽利略的 对话, 胡克的 显微图 1665 年初大学毕业, 伦敦瘟疫, 停学回家 是年初, 二项式定理 ( 任何幂的二项式化为一个展开的级数 );11 月, 发明流数运算法 ( 微分运算 ) 1666 年, 牛顿的奇迹年 1 月, 颜色理论,5 月反流数运算 ( 积分 ), 同年推出平方反比力公式 1667 年回到剑桥 1669 年接任卢卡斯教席, 时年 27 岁 是年发现太阳光并非单色光 1671 年向皇家学会提交反射式望远镜, 成为会员 与胡克闹矛盾
为什么行星总是绕太阳做封闭的曲线运动, 而不是跑离太阳呢? 1684 年 1 月, 胡克宣布发现了平方反比力作用下的行星运动规律是椭圆, 但给不出数学证明 11 月, 牛顿写了 论运动, 证明了平方反比力与椭圆运动的关系 由开普勒三定律 + 惠更斯向心力公式可以推出平方反比力 ( 胡克 雷恩 哈雷 ), 牛顿给出了逆命题 万有引力 : 苹果落地的故事 1685 年, 使用微积分证明了, 地球吸引外部物体, 恰像全部质量集中在球心一样 在哈雷鼓励下,1686 年写出 自然哲学的数学原理, 哈雷出资于 1687 年出版 原理 分导论和三篇 导论包括定义 基本定理和定律, 及相关的说明 绝对时空概念 运动合成法则 运动三定律 力的合成与分解法则 伽利略相对性原理 就像一部数学专著一样 第一篇, 解决引力问题, 共 14 章 第 1 章, 无穷算法 第 2 章, 推导引力的平方反比式 第 3 章, 反推 第 4 5 6 章继续讨论圆锥曲线的几何问题 第 7 章, 扩充伽利略的落体运动定律 第 10 章, 摆的运动 第 11 章, 引力与质量成正比 第 12 章, 球体质点的等效性证明 第 14 章, 运用力学讨论光的折射和反射问题 第二篇, 讨论物体在介质中的运动 批评笛卡尔的宇宙旋涡假说 第三篇, 论宇宙体系 论宇宙体系的原因 论月亮 论潮汐 论岁差 论彗星 1693 年, 牛顿染上精神抑郁症 有可能是金丹中毒 1696 年, 出任造币厂厂长直到去世 1703 年开始, 担任皇家学会会长直到去世 1704 年出版 光学, 带有许多 探问 1714 年, 攻击莱布尼兹, 争夺微积分的发明优先权 晚年热衷于神学研究 1727 年 3 月 20 日去世, 享年 85 岁 英国诗人波普诗赞 : 大自然和它的规律 隐藏在黑暗之中 上帝说 : 让牛顿去吧 一切便灿然明朗
本讲目录 如果我比别人看得远些, 那是因为我站在巨人们的肩上 我不知道世人怎么看, 但在我自己看来, 我只不过是一个在海滨玩耍的小孩, 不时地为比别人找到一块更光滑 更美丽的卵石和贝壳而感到高兴, 而在我面前的真理的海洋, 却完全是个谜 科学革命 : 化学与生命科学 从炼金术到化学 近代生命科学的诞生 近代科学的一般特征 科学革命的化学论线索 科学革命的数理科学线索 : 哥白尼 - 开普勒 - 伽利略 - 牛顿, 自然的数学化与机械自然观 科学革命的技术线索 : 印刷术 - 火药 - 指南针 ; 实用星盘 - 第谷的天文仪器 ; 望远镜 - 显微镜 - 温度计 对实验的重视与偏好 博物学著作中的精美插图 科学革命的化学论 - 神秘主义线索 : 自然法术 (natural magic); 神秘主义 (occultism); 数秘主义 (number mysticism) 神性和谐, 大宇宙与小宇宙 帕拉塞尔苏斯 (1) 向自然学习而不是向书本学习 炼金术成为理解自然的基础学科, 炼金术向医药化学转变 标志是帕拉塞尔苏斯 特奥弗拉斯特 博姆巴斯特 冯 荷恩海姆 (1493-1541) 生于瑞士, 父亲是来自德国的医生 1527 年成为巴塞尔大学医学教授 自负而又傲慢, 自称 帕拉塞尔苏斯, 将盖仑和阿维森纳的著作连同硫磺和硝石一起放在黄铜盘子里烧掉 被迫离开巴塞尔, 成为德奥等地的游医 1541 年死于萨尔茨堡 死后著作被大量印刷, 帕拉塞尔苏斯学派活跃起来, 与盖伦派作对 帕拉塞尔苏斯 (2) 把炼金术定义成 将不纯净物质变为纯净物质的技艺, 改变了传统炼金术狭隘的功利目的, 而将炼金术上升为一种哲学行为, 一种神学行为 创世是一个化学提取 分离 升华和结合的过程, 是自然的一种化学展现 改造亚里士多德元素理论, 人体中实际起作用的三要素 : 硫 汞 盐 ( 精神 灵魂 身体 ) 引进矿物质做药物, 研究了许多金属的化学反应, 引导人们注意化学对医药学的重要性 发现锌 ( 称之为劣等金属 ), 正式给酒精命名 (alcohol) 帕拉塞尔苏斯 (3) 帕拉塞尔苏斯学派的特点 : 反叛亚里士多德和盖伦的传统, 否定体液学说, 主张三要素理论 强调观察和实验, 反对本本主义 重视化学胜过数学, 重视实用化的定量, 轻视抽象的几何证明
阿格里科拉 炼金术与矿物冶炼 阿格里科拉 (1494-1555), 德国医生, 受帕拉塞尔苏斯影响对矿物感兴趣 论金属 (1556), 精致的插图, 完整的采矿和冶金技术 欧洲有悠久的采矿历史, 和相当成熟的采矿冶炼技术, 但由于行业保密和手艺人不识字, 采矿和冶炼术没有文字传世 近代矿物学之父 赫尔蒙特 从炼金术向化学的过渡 赫尔蒙特 (1577-1644), 比利时贵族出身, 医学博士 着迷于化学实验, 自称 火术哲学家 区分了 空气 (air) 与 气体 (gas), 但当时收集气体的实验技术尚未成熟, 他只能给出粗略的气体分类 用实验证明 土源于水 烧瓶实验 用实验证明 木源于水 著名的柳树实验 开辟了定量研究的思路 波义尔 (1) 波义尔 (1627-1691), 爱尔兰贵族后代, 家庭富有, 先是周游列国,1644 年回到英国, 接受一大笔遗产 雇胡克为实验助手, 胡克替他制造了抽气机 1662 年皇家学会成立, 成为第一批重要会员 1668 年移居伦敦, 建立了一家私人实验室 1661 年 怀疑的化学家, 开始了近代化学的历程 : 脱去实用的改善金属或制备药物的目的, 化学成为哲学的分支, 是一门理论科学, 是一种化学论的自然哲学 波义尔 (2) 确立化学元素概念 : 我所说的元素是指某些原初的和单纯的即丝毫没混合过的物体, 它们不由别的物体组成, 而一切物体由它们所组成, 而且最终分解成它们 元素不会只有四个或三个 区别混合与化合, 正确评价 火 作为化学解析工具的作用, 火不是如炼金术所说万能的 燃烧研究 在真空中做燃烧实验, 发现空气而且只是一部分空气对于燃烧是必要的 他也意识到动物的生命靠空气来维持 可惜他没有意识到这两种情况本质上是一回事 但胡克意识到了 近代生命科学 植物学和动物学归属于博物学 生理学归属于医学 实验生理学传统的建立是近代生命科学发展的第一个标志 维萨留斯 维萨留斯 (1514-1564) 比利时世代名医之后, 1533 年进入巴黎大学 盖仑的解剖学支配着当时的巴黎大学课堂, 教授们不屑于亲自动手解剖, 维萨留斯亲自解剖尸体 巴黎大学不授学位 帕多瓦大学聘为教授 (1537) 1543 论人体构造 七卷, 骨骼系统 肌肉系统 血液系统 神经系统 消化系统 内脏系统 脑感觉器官 插图丰富, 而且精美, 提香的一位高足绘制, 今人亦叹为观止 1544 年离开帕多瓦到西班牙当御医
血液循环的发现 盖仑的血液理论 : 肝脏 - 右心室 - 静脉潮汐理论, 左心室 - 肺部 - 动脉系统 - 人体的单向吸收理论 维萨留斯发现, 左右心室并不相通 西班牙人塞尔维特 (1511-1553), 维萨留斯的同学, 发现肺循环 : 血液由右心室经肺动脉进入肺静脉再流入左心室 塞尔维特以此小循环宣扬唯一神教, 批评三位一体, 触犯了新教和天主教的当权派 加尔文将之烤死 帕多瓦大学的法布里修斯 (1537-1619) 发现静脉内壁的小瓣膜, 永远向着心脏的方向打开 哈维 (1) 哈维 (1578-1657) 英国富农之子 1602 年获帕多瓦大学医学博士, 法布里修斯的学生, 伽利略正在任教 当年回伦敦开业行医, 也是培根的私人医生 1615 年入皇家医学院教书 1616 年公布血液循环理论 我信奉解剖, 而不是书本 哈维 (2) 盖仑观点的问题 : 第一, 静脉双向潮汐运动 ; 第二, 动脉的单向吸收 ; 第三, 静脉通过左右心室之间的小孔输入到动脉 哈维的实验 : 体内血液的单向流动实验 动脉血液不可能吸收实验 : 每小时的血量相当于人体体重的三倍 1628 年出版 心血运动论 显微镜下的新世界 伽利略发现昆虫的复眼 意大利人马尔比基 (1628-1694) 发现毛细血管, 解释了静脉的血是从哪里来的 荷兰人列文虎克 (1632-1723) 使用单显微镜 ( 放大倍率很高的透镜 ) 发现了大量的新生物 : 单细胞有机体 ( 原生动物 ), 证实了血液循环, 发现红血球, 细菌 胡克 1665 年 显微图, 首创细胞 (cell) 一词 近代科学的一般特征 自然的数学化 研究的方法论化 实验哲学的兴起 弗兰西斯 培根 (1) 弗兰西斯 培根 (1561-1626) 生于英国一个贵族家庭 1584 年进入议院,1603 年成为爵士,1607 年任副检察长,1618 年成为大法官,1621 年被控受贿 1605 年发表 学术的进展 知识就是力量 1620 年出版 新工具 1625 年出版 新大西岛
培根 (2) 观察 - 归纳方法论 : 首先要不带偏见地搜集事实 ; 其次是分类和鉴别 ; 最后是归纳, 形成科学研究的金字塔 缺陷 : 不重视数学在科学实验中的地位和作用 ; 很少亲自做实验 所罗门宫 - 无形学院 (1644)- 皇家学会 (1663) 笛卡尔 法国人笛卡尔 (1596-1650) 是哲学家 数学家 物理学家, 体弱多病 1637 年出版 方法谈, 提出了直角坐标系概念, 开创了解析几何 ; 提出了数学演绎方法论 1649 年成为瑞典女王克里斯蒂娜的宫廷哲学家 方法论 我思故我在 成为唯一不可怀疑的起点 经验重要, 但往往并不可靠 物质即广延 惯性原理 涡漩世界图景 机械论 ( 力学论 ) 的世界图景 机械自然观 自然作为认识对象与人作为认识主体相分离 自然界的数学设计表明这是一个纯粹量的世界 物理世界的还原论说明 自然界是一架机器, 是上帝制造的 实验哲学的兴起 阅读自然之书 培根 伽利略 维萨留斯 哈维 吉尔伯特 帕拉塞尔苏斯 依靠自然而非人们的证词 ; 以事物而非言论作为知识的源泉 ; 相信你自己的眼睛和理性所提供的证据更胜于相信别人所告诉你的 夏平 科学革命 中译本 67 页 制造实验事实 利用仪器进行实验, 为实施大量的控制过程提供了可能与方便 从原则上讲, 人们可以按照意愿在任何时候 在任何观察者面前展现实验现象, 而不用等待它们自然地出现 ; 人们甚至可以产生出通常的人类经验根本不可能到达的效应 夏平第 94 页
本讲目录 法国启蒙运动与科学精神的传播 数学分析与理性力学 培根科学与化学革命 18 世纪 16 17 世纪科学革命的继续 我们的世纪被称为卓越的哲学世纪 新的哲学化方法的发现与应用, 与各种发现相伴随的那种热情, 宇宙奇观在我们身上引起的理念的某种提升 所有这些原因造成了心智的强烈骚动, 就像冲破了堤坝的江河一样从各处方向蔓延穿透大自然 达朗贝尔 科学革命的核心是 理性, 科学革命不仅改变自然科学, 而且应该改变人类的一切活动 启蒙运动 (Enlightenment) 德国哲学家康德于 1784 年正式命名了这个时代为启蒙时代 启蒙运动就是人类脱离自己所加之于自己的不成熟状态 要有勇气运用你自己的理性! 这就是启蒙运动的口号 康德 理性化 18 世纪的人们把现代的社会生活加以理性化, 并把他们的社会学理论建筑在援引自然界事实的基础上 ( 怀特海 ) 启蒙运动的基本特征 把思想中的理性 ( 秩序 规则 ) 当做自然中的理性 ( 规律 法则 ) 认为自然中的理性是社会生活和道德生活的指南 伽利略 - 笛卡尔 - 牛顿的数理世界井然有序 科学理性给黑暗的自然带来了清明的规律, 在社会政治领域, 也应该有同样的规律 科学即善 认为一个决定论的自然界, 能够赋予人以更大的自由 丰特涅尔 启蒙科学的基本特征 牛顿力学在法国的传播 扩展, 与法国本土的笛卡尔理性哲学传统相融合 牛顿世界图景与笛卡尔世界图景的差异 牛顿的象征意义 以数学分析为工具, 建立以牛顿力学为基础的具有更广泛应用前景的理性力学 数学是启蒙科学的基本风格 数学是全部物理学的基础 数学化的自然哲学与博物学的差异 百科全书 机械论哲学向化学领域渗透, 促成了化学革命 化学革命的结果并未使化学成为机械论的 笛卡尔的理性传统 丰特涅尔 (1657-1757) 1697 年担任科学院常务秘书, 传播科学理性精神和笛卡尔的机械论哲学 几何学精神并不只是与几何学结缘, 它也可以脱离几何学而转移到别的知识方面去 一部道德的 或者政治学的 或者批评的著作, 别的条件全都一样, 如果能按照几何学者的风格来写, 就会写得好些 丰特涅尔
伏尔泰 启蒙运动的基本精神 : 反对君权神授 主张天赋人权 近代科学为这种思想提供了依据 伏尔泰 (1694-1778)1726 年到英国留学, 1727 年见证了牛顿的葬礼 1729 年回国后写作 哲学通信 1759 年出版 原理 的法文本 ( 由他的女友夏特莱侯爵夫人译出 ) 百科全书派 百科全书 (1751-1772)17 卷正文,11 卷图版,1777 年又出 5 卷增补卷 主编狄德罗 (1713-1784) 和达兰贝尔, 作者有伏尔泰 霍尔巴赫 爱尔维修 孔迪亚克, 卢梭 孟德斯鸠, 布丰等 高举人文主义旗帜 继承培根科学与工艺为人类造福的思想 技术 科学 艺术并列为人类知识三大门类 达兰贝尔写的 卷首语 提出了科学构造的 理性历史 的观点 与布丰的矛盾, 与狄德罗的矛盾 法国大革命 直接原因 : 粮食欠收, 面包涨价一倍 ; 政府不断赤字, 债台高筑, 增加税收 ; 第三等级要求权力 ; 农民起义 造反, 反抗封建特权 法国大革命第一阶段 (1789-92), 中产阶段主导的温和的革命, 成立法兰西共和国 第二阶段 (1792-95), 下层人民主导的激进时期, 革命家永不满足的极端主义 ; 外国的干涉 吉伦特派被雅各宾派取代 红色恐怖 第三阶段 (1795-99) 温和派当政, 更加腐败更加利欲熏心, 直到拿破仑政变上台 革命时期的科学 1795 年, 国民议会颁布度量衡制度 : 采用 10 进制 铸出米铂原器 ( 经过巴黎的子午线自北极到赤道段的长度的一千万分之一 ) 1 升等于 1 立方分米 1 立方厘米温度为摄氏 4 度的纯水在真空中的重量为 1 克 革命之初, 科学家受到重视, 但狂热时期, 像拉普拉斯 拉瓦锡 库仑等人被开除出计量委员会, 拉瓦锡还上了断头台 拿破仑时期重新重视科学家的作用 恢复巴黎高师, 重视综合工艺学校 拿破仑 : 我不能为取金蛋而杀掉我的老母鸡 牛顿世界观向法国传播 机械论哲学的一般共识 : 按照物质运动和物质构成来解释自然界的变化 反亚里士多德 牛顿的机械论版本与笛卡尔的机械论版本的差异 笛卡尔不承认有 力, 只靠 接触 物质是完全被动的 反对一切泛灵论 牛顿承认有 力 ( 但不知道力的本质 ), 但力是外在的 莱布尼兹承认有 力, 而且力是内在的 牛顿的世界观与笛卡尔的世界观的差异 万有引力支配下的力学体系与以太漩涡作用下的世界体系 地球是个洋葱 ( 牛顿 ) 还是个柠檬 ( 笛卡尔 ) 1735-1745 年, 北极与赤道考察队的工作 笛卡尔重视碰撞问题, 提出动量守恒原理, 上帝创造的宇宙机器一旦启动, 就会永远动下去 单纯的动量守恒原理不能保证运动量守恒, 还需要另一个守恒原理 : 能量守恒 惠更斯 ( 完全弹性碰撞下的另一个守恒定律 ) 莱布尼兹挑起关于运动量度的争论, 是质量与速度的乘积, 还是质量与速度的平方的乘积?
牛顿力学的分析化 从矢量力学到分析力学 : 以更普遍的原理代替牛顿定律 ; 以能量和功等标量函数代替力和动量等几何矢量 ; 引入广义坐标, 化欧氏几何问题为纯代数问题 约翰 伯努利提出 虚位移原理, 以处理静力学问题 达兰贝尔原理 ( 内力抵销 ) 欧拉和莫培都的最小作用原理 : 自然界的结构总是取一种最经济的方式 神学来源 : 一个物质微粒在任何一段时间中所经历的全部路程, 必然完成一种可以无愧于上帝意旨的完美状态 牛顿力学的分析化 拉格朗日 (1736-1813), 法国数学奇才, 分析力学, 由分析的方法推出包括固体力学和流体力学在内的所有力学 引入广义坐标 广义速度和广义力, 创建虚功原理, 得出拉格朗日方程 悲观的言论 : 牛顿只有一个 试图保护拉瓦锡没有成功 天体力学 拉普拉斯 牛顿力学只考虑了两个天体在引力作用下的运动问题 欧拉发明摄动方法解决三体问题 拉普拉斯 (1749-1827) 出身贫寒 1799 年出版 天体力学 头两卷, 论述行星的运动 形状和潮汐 ;1802 年出版第三卷, 论述摄动理论 ; 1805 年出版第四卷, 论述木星四个卫星的运动及三体问题特殊解 ;1825 年出版补充卷 天体力学 完全用微积分的语言写成, 被誉为新时代的 至大论 太阳系的稳定性证明 行星轨道只有周期性变化 陛下, 我不需要那个假设 18 世纪的天文发现 哥白尼学说的致命问题 : 恒星周年视差问题 英国布拉德雷 (1693-1762) 发现光行差, 证实了地球的确在运动 德国人威廉 赫舍尔 (1738-1822) 本来是双簧管手, 后来到英国教授音乐为生 后来对望远镜感兴趣, 妹妹卡罗琳 赫舍尔 (1750-1848) 是第一个女天文学家, 一起磨制镜片, 改进望远镜 寻找恒星的周年视差, 是当时所有天文爱好者的理想 伽利略的星对方法 赫舍尔 1781 年 3 月 13 日发现一颗行星, 命名为天王星 (Uranus), 从此名声大噪, 专门从事天文研究 开辟恒星天文学 记录了大量的双星, 其中有些是真实的双星, 证明万有引力定律在宇宙空间中亦有效 恒星计数 ; 银河系的扁平圆盘结构 1783 年, 发现太阳自行 1821 年, 与儿子约翰赫舍尔一起创建英国皇家天文学会 启蒙科学的两个支线 数理科学与培根科学 库恩 : 物理科学发展中数学传统和实验传统的对立 ( 必要的张力 ) 古典科学 : 哥白尼 - 笛卡尔 - 伽利略 - 开普勒 - 牛顿 天文学 静力学 光学 ; 数学 和声学 培根科学 : 吉尔伯特 - 波义耳 - 胡克 - 富兰克林 - 卡文迪许 - 库仑 - 拉瓦锡 电学 磁学 热学 化学 直到 19 世纪, 古典科学与培根科学是分离的
18 世纪培根科学的两大领域 火的研究 作为四元素之一 火学与气学热闹非凡 热学 光学 电学, 均是 火 学 定量 流 的研究 气的研究 18 世纪的热学 测温学 伽利略造出第一根温度计, 以空气为测温物质 1702 年, 法国物理学家阿蒙顿 (1663-1705) 改进了伽利略的温度计 1714 年, 德国人华伦海 (1686-1736) 用水银代替酒精做为测温物质, 扩展了测温范围 他把纯水的冰点定为 32 度, 人体体温 98.6 度, 建立了华氏温标 1724 年, 华伦海因发明温度计而当选皇家学会会员 1742 年, 瑞典天文学家摄尔修斯 (1701-1744) 以水的沸点为 0 度, 冰的溶点为 100 度, 建立摄氏温标 18 世纪的热学 热质说 1757 年, 苏格兰化学家布莱克 (1728-1799) 指出温度 ( 热的强度 ) 与热量 ( 热的分量 ) 的不同 热容量 比热概念 发现 潜热 : 冰缓慢加热熔化时, 温度不变 由伽桑狄的热原子理论到热质说 热质说可以解释热量守恒现象 火 流的定量研究 18 世纪的磨擦电研究 (1) 电 火 花引起了最大的关注和兴趣 吉尔伯特发现带电体与非电体之区别 盖里克发明磨擦起电机 1729 年, 英国修道院的格雷 (1675-1736) 发现有些物质可以传导电, 有些则不能 主张带电体不能导电, 而非电体却可以 法国皇家花园管家迪费 (1698-1739) 经过实验表明, 带电体与非电体之间并无本质的区别, 所有物体都可以带电 1734 年, 迪费发现两类不同的电荷, 一种称为玻璃电, 一类称为树脂电 他实际上发现了正负电荷, 但命名不确 18 世纪的磨擦电研究 (2) 1745 年, 荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克 (1692-1761) 发现玻璃瓶可以储存大量电荷 此瓶被称为莱顿瓶 整个欧洲全都在演示莱顿瓶的放电功能 法国人诺莱特在巴黎修道院门前调集 700 修道士, 演出一场放电喜剧 路易十五亲自出场 1746 年, 美国独立战争的领袖本杰明 富兰克林 (1706-1790) 开始研究电现象, 他相继发现 : 天上的雷电与莱顿瓶中的电是一回事 ; 发明避雷针 ; 提出正电负电的概念 18 世纪的流电研究 (1) 1752 年, 意大利人祖尔策将一片铅片和银片放在舌尖上, 当它们两头相连时, 他感觉舌尖上有奇怪的味道 1780 年, 意大利波仑亚大学医学教授伽伐尼 (1737-1798) 解剖青蛙时, 发现用不同的金属与蛙腿接触可以使蛙腿抽动 伽伐尼主张, 存在着动物电, 它跟摩擦电完全一样 金属只起激发作用 伽伐尼是错误的, 但激励了流电研究
18 世纪的流电研究 (2) 意大利物理学家伏打 (1745-1827) 对伽伐尼的动物电理论深表怀疑 1792 年, 伏打用实验证明了伽伐尼电是两种金属加导体造成, 蛙腿只起验电器作用 1794 年, 伏打进一步表明没有蛙腿, 伽伐尼电一样存在 伏打序列 : 锌 锡 铅 铜 银 金 前面的金属与后面的金属相接触, 前者就带正电 后者就带负电 ; 序列的距离越远, 带电量越多 1800 年, 伏打依照伏打序列制成伏打电堆 为动电研究打下基础, 推动了电化学的发展 电荷力研究 : 卡文迪许与库仑 卡文迪许 (1731-1810), 英国贵族, 终生未婚独居, 献身于科学事业, 只问耕耘, 不问收获 用扭秤在实验室中测定万有引力常数 G 1777 年, 提出电荷作用的平方反比律 : 电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方 法国物理学家库仑 (1736-1806) 运用扭秤测定电荷之间的相互作用, 证明了电力与电荷量之积成正比, 与距离平方成反比 燃烧问题研究 燃烧问题研究 燃烧完的灰烬不再易燃, 而且重量变轻 燃素 (phlogiston): 易燃的可分离的东西 ; 燃烧是一种脱燃素的分解过程 德国斯塔尔 (1660-1734) 在原子论基础上建立他的燃素学说 : 空气只起助燃作用, 主要用处是带走燃素 燃素学说可以解释氧化 - 还原反应, 但正好相反 : 凡是氧化 ( 化合 ) 过程均被解释成分解过程 金属生锈与木材燃烧是同一类化学过程 问题 : 燃素有没有重量? 气体研究 (1) 赫尔蒙特区别 空气 (air) 与 气体 (gas) 1727 年, 英国植物学家黑尔斯 (1677-1761) 出版 植物静力学, 给出了在实验室收集各种气体的方法 ( 水面收集法 ) 他未意识到他所收集到的气体实际上是不同的气体 布莱克发现石灰石加热放出某种气体而变成生石灰, 称 固定空气 ( 包含在固体中的气体 ); 还发现, 燃烧和呼吸时放出的气体里一定含有 固定空气 气体研究 (2) 英国化学家普利斯特列 (1733-1804) 青年时期是位自由主义人文学者,1766 年遇富兰克林之后, 对实验科学发生兴趣 1767 年出版 电学史 发现啤酒发酵后产生的气体就是布莱克所发现的 固定空气, 它能溶于水 1772 年发明 苏打水, 是现代碳酸饮料的始祖 认识到, 植物的生长需要 固定空气, 所以动物的呼吸损害大气, 而植物则净化空气 气体研究 (3) 1774 年, 普利斯特列收集到一种新的气体, 它使火焰剧烈燃烧, 使老鼠活得更长, 使人吸入后感到舒畅 但他相信燃素说, 将该气体命名为 脱燃素空气 1775 年向皇家学会报告 脱燃素空气 的发现 瑞典药剂师舍勒 (1742-1786) 也在实验中制备出了这种气体, 命名为 火空气 他的发现于 1775 年付印, 但印刷厂拖拖拉拉, 著作直到 1777 年才问世, 丧失了优先权 积劳成疾, 药物中毒
化学革命 (1) 拉瓦锡 (1743-1794) 巴黎贵族出身, 少年即热爱科学, 先后对天文学 化学 矿物学着迷 重视定量实验 反对赫尔蒙特的理论, 用实验证明水不能变土 发现燃烧之后的灰烬比以前要重, 表明空气中有成分加入反应过程中 1774 年, 密闭加热锡和铅, 金属灰虽然重量增加了, 但空气重量减少了 普利斯特列访问巴黎告发现 脱燃素空气, 拉瓦锡发现正是它加入了反应过程, 称 最宜于呼吸的空气 化学革命 (2) 1779 年, 拉瓦锡将 最宜于呼吸的空气 称为 氧, 意思是 可以产生酸的东西 1781 年, 拉瓦锡重复普利斯特列的实验, 证明水是可燃空气与氧气的化合, 它不是一种单纯的物质 1783 年, 正式以氧化理论取代燃素学说 1787 年, 出版 化学命名法, 使近代化学第一次有了严格 统一 科学的物质命名方法 化学革命 (3) 1789 年出版 化学纲要 建立以氧化理论为核心的燃烧学说 用实验逐一确认了已经的各种元素 提出物质守恒定律, 创造化学反应式 : 用计算来检验我们的实验, 再用实验来验证我们的计算, 将化学永远的建立在定量研究的基础之上 80 年代, 研究动物体温与化学能问题 拉瓦锡之死 (1794 年 5 月 8 日, 共和国不需要学者 ) 马拉 最后的实验, 眨 11 下眼睛 本讲目录 19 世纪概论 培根科学与古典科学的统一 天体力学的历史遗留问题 电磁感应现象的发现到电磁理论的建立 电磁波的实验发现 光的波动说的复兴 光学与电磁学的统一 热之唯动说的建立 能量守恒定律与能量耗散定律的建立 19 世纪概论 古典科学与培根科学的综合与统一, 培根科学的数学化, 古典科学的实验化 理论科学的潜在的应用性, 很快被显现出来 电磁学 热力学 工业化学 科学体制进一步健全, 学院传统与工匠传统进一步融合 博物学传统中出现了空前伟大的成就 : 进化论 自达尔文以后, 世界就不同了 培根科学与古典科学的统一 培根科学的数学化 库仑定律 ( 电静力学 ) 安培定律 ( 电动力学 ) 傅里叶定律 ( 热学 ) 欧姆定律 ( 电学 ) 焦耳定律 ( 电学与热学 ) 麦克斯韦方程 经典科学与培根科学向着力学世界观统一 场 - 以太振动模型基础之上的电磁学 光学 力学的统一 能量概念之上的力 热 光 电 磁的统一
恒星周年视差的发现 英国天文学家布拉德雷于 1725 年发现光行差, 相当于从 10 公里外看一根米尺 1834 年, 德裔俄国天文学家斯特鲁维观测到织女星 ( 天琴座阿尔法星 ) 有 0.25 角秒的周年视差 ( 相当于在 20 公里外看一枚硬币 ) 德国天文学家白塞尔发现, 天鹅座 61 号星有 0.35 角秒 英国的亨德森发现, 半人马座阿尔法星有 0.91 角秒, 人称比邻星 宇宙有多大 设日地距离为 1 米 太阳则为直径 1 厘米的小玻璃球 几大行星就成肉眼看不见的微粒 冥王星在 40 米远处 比邻星在 270 公里远处 海王星的发现 天王星的误差 白塞尔主张另一个行星的摄动 英国亚当斯 (1819-1892)1845 年计算出一个新行星的轨道, 伦敦皇家天文学家艾里拒绝接受 法国的勒维烈 (1811-1877) 与巴黎天文台台长阿拉哥 1846 年, 勒维烈算出了对天王星形成摄动的新行星的轨道 柏林天文台对此进行了验证 电流的磁效应 18 世纪结束时, 库仑定律, 电学的最高成就 1820 年, 丹麦物理学家奥斯特 (1777-1851) 发现电流的磁效应 德国自然哲学的影响 同年, 法国物理学家安培 (1775-1836) 提出安培定律 ( 载流导线之间的相互作用力定律 ), 奠定了电动力学的基础 电流的方向 欧姆 (1789-1854),1826 年发表欧姆定律 ( 电流与电势差成正比与电阻成反比 ), 匠人出身,1849 年任慕尼黑大学教授 磁的电效应? 法拉第 亨利 法拉第 (1) 英国物理学家麦克 法拉第 (1791-1867), 贫苦出身, 幼年失学, 在印刷厂当童工时学习零星的科学知识 1812 年, 聆听戴维的讲演, 得到戴维的赏识, 到了实验室当一名刷瓶子工人 次年成为戴维的助手 游历欧洲 在电化学方面显示出卓越的实验才能,1824 年选为皇家学会会员 遭到戴维的妒忌, 但法拉第一直心存感激 法拉第 (2): 电磁感应 电流有磁效应, 磁有没有电流效应呢? 1831 年, 法拉第发现运动的磁铁会导致电流, 而静止的磁铁却没有电流效应 这个电流称为感生电流 模型发电机与电动机 数学能力的欠缺被天才的物理洞察力所弥补 建立 场 的概念 ( 用来传递电磁作用的连续介质 ) 力线 概念 ( 场的直观图象 ) 破除了牛顿的超距作用概念 建立电磁感应定律 : 只要导线垂直地切割磁力线, 导线中就有电流产生, 电流的大小与所切割的磁力线数成正比
法拉第 (3): 电磁波 1832 年的一封信中实际上提出了电磁波的概念 : 我认为, 磁力从磁极出发的传播类似于起波纹的水面的振动或者空气粒子的声振动 也就是说, 我打算把振动理论应用于磁现象, 就像对声音所作的那样, 而且这也是光现象最可能的解释 1845 年发现磁的旋光效应 ( 法拉第效应 ) 1846 年提出光的本性是电力线和磁力线的振动 法拉第 (4) 一生对科学一往情深, 对金钱和地位不屑一顾 热爱科普事业,1860 年,69 岁的法拉弟以 蜡烛的化学故事 为题做了六次 圣诞科学讲座 英俄交战时期, 拒绝了政府研制毒气的要求 从 1820-1862, 每天坚持做实验日记,1932 年出版, 共七大卷 3236 页 麦克斯韦 法拉第的天才思想需要一个数学上的综合 英国物理学家麦克斯韦 (1831-1879), 出身爱丁堡的名门望族, 数学天才,1871 年回到剑桥任实验物理学教授, 创办了卡文迪许实验室 1857 年提出土星光环的颗粒构成理论 1855 年 论法拉第的力线 1862 年 论物理学的力线 1864 年 电磁场的动力理论, 给出了麦克斯韦方程, 提出了电磁波的概念, 提出了光的电磁理论 1873 年 电磁通论, 一个世纪来电磁学的集大成 赫兹 1886 年, 德国物理学家赫兹 (1857-1894) 在放电实验中, 发现近处的线圈也发出火花, 证实了电磁波的存在 37 岁英年早逝 意大利青年物理学家马可尼 (1874-1937) 于 1894 年实现无线电通讯 光之波动说的复兴 牛顿的微粒说 : 光的直线传播现象, 介质问题 惠更斯的波动说 : 光的反射和折射, 但误认为光是纵波, 结果在解释干涉 衍射和偏振等现象时遇到困难 英国医生托马斯杨 (1773-1829) 提出 : 第一, 强光与弱光速度相同, 用微粒说不好解释 ; 第二, 光线穿过不同介质时, 部分反射, 部分折射, 不好解释 1807 年 自然哲学讲义 系统提出波动光学的基本原理 1817 年, 杨发现光不是纵波而是横波, 解释了偏振现象 法国菲涅尔于 1819 年独立的提出光的波动理论 光之波动说的复兴 1849 年, 法国物理学家菲索利用转动齿轮方法测定光速 1850 年, 傅科用旋转镜方法测定光速更加准确, 发现密介质中光速较小, 从而对光的微粒说和波动说给了一个判决性实验 傅科摆展示地球的自转
光谱分析 1814 年, 德国物理学家夫琅和费 (1787-1826) 发现太阳光谱有许多暗线 ( 夫琅和费线 ), 进一步实验表明, 月光和行星的反射光的光谱均与太阳光相同 1859 年, 德国物理学家基尔霍夫 (1824-1887) 发现, 每一种单纯的物质均有一种特征光谱, 太阳光谱中的暗线对应的就是不同的物质 光谱分析与天体物理学的诞生 热之唯动说 热质说成功的解释了热量守恒定律, 但热质有没有质量? 美国人本杰明 汤姆逊 ( 伦福德伯爵 ) 因反对独立战争, 流落到英国 德国, 在巴伐利亚获封, 在慕尼黑兵工厂发现加工炮弹会生成大量的热, 这个现象用热质说不好解释 1799 年, 伦福德回到英国创办皇家学院 戴维的磨擦冰实验 热力学第一定律 德国医生迈尔 (1814-1878), 从思考动物热问题出发, 演绎推理出能量守恒的思想, 过于抽象和思辩, 不被人理解, 晚年精神失常 英国物理学家焦耳 (1818-1889) 家境富有, 啤酒厂厂主, 有自己的实验室, 是位业余科学家 1840 年, 测定电流的热效应, 得出焦尔定律 ( 发热与电阻成正比, 与电流的平方成正比 ) 热功当量 ( 每千卡热量 =460 千克米 ) 1847 年, 德国物理学家赫尔姆霍茨发表 论力的守恒, 系统地表述了能量守恒原理 热力学第二定律 英国物理学家威廉 汤姆森 ( 开尔文勋爵 1824-1907) 少年奇才,1846 年研究地球年龄问题 热总是不可避免的要从高温流向低温 热二定律 : 从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其它影响是不可能的 德国物理学家克劳修斯 (1822-1888) 给出的表述 : 热量不可能自动地从较冷的物体转移到较热的物体 熵增定律 : 一个系统热含量与其绝对温度之比在系统孤立时总是增大 宇宙热寂说 分子运动论 气体定律与分子层次的微观解释 分子的动能对称气体的温度 玻尔兹曼 (1844-1906), 热力学第二定律的分子层次的微观解释 化学原子论 定比定律 : 化合物中的构成元素的重量之比一定是整数之比 英国道尔顿 (1766-1844) 在 1808 年出版的 化学哲学新体系 中提出 : 化学元素由原子组成 原子不可改变 化合物由分子组成, 分子由原子化合而成 同一元素的原子相同, 不同元素的原子重量不同 只有以整数比的元素的原子相结合时, 才会化合 在化学反应中, 原子只是重新排列, 不会生灭
元素周期律 化学家早就知道, 某些元素具有相似的化学性质, 而且它们原子量有些简单的数字规律 门捷列夫 (1834-1907) 1869 年发表元素性质与元素的原子量存在周期性变化, 给出了第一张元素周期表 1906 年以一票之差落选诺贝尔奖 本讲目录 与科学无关的第一次工业革命 科学应用于工业的第二次工业革命 工业革命概览 恩格斯说 : 工业革命对于英国的意义, 就好象哲学革命对于德国, 政治革命对法国一样 产业革命即工业革命 (industrial revolution) 表现在 : 以机器取代人力 以大规模的工厂生产取代个体工场手工生产 以技术革新带来经济无限制的增长 产业革命首先发生在英国, 几大产业相互促进 煤炭业 - 要求蒸汽机抽水, 要求运输 炼铁业 - 要求煤炭 纺织业 蒸汽动力的开发 汽船 - 运河 火车 - 铁路 炼铁业 英国的炼铁业历史悠久, 但燃料短缺限制了铁产量 1709 年, 工程师达比 (Abraham Darby) 用焦炭代替木炭炼铁取得成功,1735 年新工艺开始广泛运用 1760 年, 斯密顿发明水力驱动的鼓风机, 提高了焦炭的温度, 提高了炼铁的效率 1784 年, 亨利 科特发明搅拌法 18 世纪英国的铁产量增加了 10 倍 纺织技术的进步 (1) 英国人喜爱从印度进口的棉布, 冲击了传统的毛纺织业 国会于 1700 年颁布禁止进口棉布的法令, 给本国棉纺织业以发展机会 纺纱技术与织布技术交替革新, 造成相互促进和相互加速, 你追我赶的局面 1733 年, 约翰 凯发明飞梭, 改进了织布技术 1765 年, 詹姆斯 哈格里夫斯发明锭子垂直放置的 珍妮机, 这是一种立式的多滚轮纺纱机 1769 年, 阿克莱特发明动力纺纱机, 所纺棉纱十分结实, 改变了从前棉纱只能做纬线不能做经线的局面 纺织技术的进步 (2) 1779 年, 塞缪尔 康普顿将阿克莱特的纺纱机与哈格里夫斯的珍妮机相结合, 发明了新的走锭纺纱机, 称为 骡机, 可同时纺 400 枚纱锭 1785 年, 卡特莱特造出了动力织机 英国纺织业就是在你追我赶的发明中成为工业革命的龙头产业 纺织业的新发明规定了工厂制度的发展方向 : 大机器价格昂贵 ( 只能为少数大资本家所有 ) 体积庞大 ( 只能安装在固定的大建筑即车间里 ) 需要许多人维护 ( 这些人就是工人 ) 1764 年 -1812 年, 纺织工人的劳动生产率提高了 200 倍
蒸汽机的发明与改进 (1) 蒸汽动力机的发明将工业革命推向纵深 原始的蒸汽机模型 : 让蒸汽压力将水提升, 蒸汽冷却后形成真空, 又可以将水从低处吸入 1679 年, 法国工程师巴本发明蒸煮器 ( 高压锅 ), 并在此基础上发明蒸汽机 1698 年, 英国工程师萨弗里发明专门用来抽水的蒸汽泵, 主要靠真空吸水, 蒸汽压力压水 1712 年, 纽可门发明大气机, 主要靠大气压力做功 由一个带活塞的气缸做功, 蒸汽锅炉与之分离, 气缸中加冷水喷射器 蒸汽机的发明与改进 (2) 纽可门机的缺陷 : 热量浪费太大, 效率不高 ; 只有简单的往复式线性运动 格拉斯哥大学的机修工瓦特 (1736-1819) 的改革 1, 为了使汽缸保持温度, 单独增加一个冷凝器 ( 事先抽成真空以引入高温蒸汽 ) 2, 将活塞的直线往复运动转化成轮轴的旋转运动 瓦特蒸汽机的出现掀起了一场动力革命 纺织业 采矿业 冶金业在瓦特机的带动下迅猛发展 瓦特蒸汽机是否得益于科学? 否 瓦特的成功得益于正确的营销手法 运输机械的革命 ( 汽船 ) 瓦特是一个科学家吗? 是 他是皇家学会会员, 但提交的论文并不是他对于蒸汽机的改进, 而是 人造气体的药用价值 瓦特更多的代表的, 是一个新兴的商人阶层的精神气质, 而不是希腊科学的精神气质 他散布谣言说, 高压蒸汽机安全有问题, 使得他的竞争对手特里威西克没能成功 他抱怨贝托莱把他发现的氯化漂白过程公开了, 无法申请专利以获利 1785 年, 美国菲奇将瓦特的蒸汽机用于帆船上 1800 年左右, 美国富尔顿继续制造汽船,1807 年造出克莱蒙特号, 采用明轮推进 1838 年, 英国商船天狼星号利用蒸汽动力横渡大西洋成功 运输机械的革命 ( 火车 ) 由木路到铁路 ( 采矿业 ) 1796 年, 英国特里维西克制造了第一辆火车 1814 年, 英国斯蒂芬逊造出第一辆实用火车 用于拉煤 1823 年, 斯蒂芬逊的火车投入商用 1830 年, 利物浦与曼彻斯特铁路线连通 美国 (1828) 法国 (1830) 德国 (1835) 铁路业与钢铁业形成相互促进的关系 从蒸汽机到内燃机 蒸汽压加大, 瓦特又发明了无冷凝器的双向式蒸汽机 特里维西克 1800 年发明高压蒸汽机 汽缸材料 加工 燃料, 由外燃到内燃 燃料 : 煤气 (1792) 煤油 (1850) 1860 年, 法国勒努瓦 (1822-1900) 造出第一台煤气内燃机 1862 年, 法国德罗夏提出四冲程理论 1876 年, 德国奥托造出四冲程煤气内燃机 1883 年, 德国戴姆莱造出第一台汽油内燃机
运输机械的革命 ( 汽车 ) 1885 年, 戴姆莱研制出第一台汽油发动机的两轮 摩托车 同年, 德国本茨发明了汽油内燃机为引擎的三轮汽车 1886 年, 本茨 ( 奔驰 ) 发明四轮汽车 1888 年, 英国邓洛普发明充气轮胎 1892 年, 美国福特研制了美国第一部汽车 1900 年, 美国汽车销量 4 千辆 ;1911 年,60 万 ;1915 年, 89 万 ;1927 年,370 万 1908 年, 福特公司生产 1 万辆 ;1913 年, 生产线上马生产 30 万 1924 年 200 万辆 售价由 850 降至 290 美元 组装时间由 12 小时 (1908), 到 93 分钟 (1913), 到 24 秒 (1927) 福特的意义 使汽车由奢侈品变成为必需品 发明是需要之母 创造了技术型企业的典范 : 现代汽车工业 严密的组织机构, 充分表达了技术系统的特征 汽车工业对其它产业的拉动作用 汽车工业对石油工业的依赖 汽车经济 汽车文化 工业革命的意义 蒸汽动力机的大量使用, 使人从繁重的体力劳动中解放出来, 人开始以其聪明头脑而非四肢肌肉为自己造福 工业革命解除了对技术革新和经济增长的约束 工业革命使全体人民受到教育, 客观上推进了 平等 的观念 资产阶级在它的不到一百年的阶级统治中所创造的生产力, 比过去一切世代创造的全部生产力还要多, 还要大 自然力的征服, 机器的采用, 化学在工业和农业中的应用, 轮船的行驶, 铁路的通行, 电报的使用, 整个整个大陆的开垦, 河川的通航, 仿佛用法术从地下呼唤出来的大量人口, 过去哪一个世纪料想到在社会劳动里蕴藏有这样的生产力呢? 共产党宣言 工业文明的诞生 新型的动力能源 : 自然力 - 机械力 可再生能源 - 不可再生能源 新型的劳动组织形式 手工作坊 - 大生产 1770-80 年代, 阿克赖特开办的机械化纺织厂, 雇佣了上千名工人, 成了近代第一批现代工厂 标准化 流水线 1920 年代, 美国福特在汽车工业正式完善了流水线生产制度 新型的融资手段 : 货币经济的出现 新型的思想观念 : 由国家重商主义到自由经济 工业文明的扩散 城市人口首次达到 50% 的时间 : 英格兰 1850 年 德国 1900 年 法国 美国,1920 年 中国目前 43% 核心产业 : 钢铁 纺织 铁路运输 电气化 新的产业 : 建筑 食品加工 现代农业 服务业 殖民主义 - 帝国主义扩张 1914 年, 西方列强征服了全世界 84% 的土地 帝国主义殖民扩张的有利条件 : 战争工业化 铁甲 - 蒸汽动力 - 炮舰 铁路运兵 一战作为化学家的战争, 毒气的使用 与科学无关的工业革命 梅森所谓科学的两个传统 : 哲学家传统与工匠传统 直到 19 世纪, 技术进步和工业革命都与哲学家传统无关 皇家学会早期为政府服务 钟表的制造靠的是钟表匠 纽可门并未得到胡克的指点 瓦特也未受到布莱克潜热理论的启发 19 世纪之前技术并未应用科学, 哲学家传统与工匠传统不相往来 在工业革命中发挥作用的工程师, 主要是那些未受过任何科学教育的民间工程师 (civil engineer)
第二次工业革命 电磁学的发展使电气时代成为可能, 并直接推动了第二次工业革命 电力工业 电讯技术 电报, 电话, 无线通讯 电照明工业 巴斯德灭菌法 免疫法 化学合成染料 电力革命 1821 年, 法拉第成功地使一根小磁针绕通电导线不停旋转, 创造历史上第一台 婴儿 电动机 1822 年, 法国物理学家阿拉果发现电磁铁 1829 年, 亨利发现绝缘导线做线圈可以产生更强大的磁场 1831 年用一块电磁铁吸引 1 吨重的铁 1834 年, 德国雅可比用电磁铁做转子, 制成第一台实用电动机 1838 年以此制成电动汽船 1850 年, 美国佩奇制造一台 10 马力的电动机 早期的电动机都是直流电, 但费用极其昂贵, 看不到商业价值 1831 年, 法拉第发生动磁可以生电, 并制作出第一台模型发电机 1831 年, 法国发明家皮克希制造出手摇发电机, 输出直流电, 但电流微弱 1857 年, 英国惠斯通用电磁铁代替永磁铁, 发明自激式发电机 1867 年, 德国的西门子发明自馈式发电机 由于发电机和电动机机理相同, 开发经验可以互用 电动机械和电动器具机动性好 噪音小 无污染 1880 年左右开始进入工厂车间 进入千家万户从电灯开始 1879 年, 爱迪生的电灯照亮了新泽西州洛帕克的主要街道 1882 年, 爱迪生的直流发电机为几千户提供照明用电 电力供应成为问题 直流电在远距离供电时损耗严重, 而交流电可以解决有效传输问题, 容易变压 1885 年, 交流感应电动机发明 1891 年, 三相交流发电机 三相异步电动机以及变压器均发明出来并投入使用 奥地利劳芬水电站的交流电通过 170 公里传到德国的法兰克福, 输电效率达到 80% 技术自闭 : 早期的直流电商家抑制交流电 爱迪生攻击交流电 爱迪生 爱迪生 (1847-1931), 美国大发明家, 美利坚的民族英雄 1860 年代, 电气开发热席卷美国 1869 年, 发明自动收报机 1876 年, 发明留声机 1879 年, 发明碳化竹子做灯丝的电灯 1882 年, 在纽约建成世界上最大规模的电力系统, 直流发电机达到六百多千瓦, 为几千户提供照明, 为电力事业的发展提供示范 1894 年, 制成第一台电影放映机 第一部电影 列车抢劫 电讯与大众传媒 电气化的两个战线, 一是电力, 一是电讯 电报 : 莫尔斯电码 电话 : 贝尔 无线电 : 马可尼 波波夫 电讯技术与大众传媒的发展, 充分显示了技术创造文化的力量 广播与电视 : 由广告向音乐 戏剧 新闻 时事评论扩展, 与传统的报刊杂志等媒体相竞争
电报 (1) 电报 (2) 电报 : 现代科技的结晶 电流一旦能被检测出来, 它就成了信号的传播工具 电流一旦成为传播工具, 瞬间传播就成了现实 1820 年, 奥斯特发现电流的磁效应, 通电导线周围的磁针发生偏转 1822 年, 安培设计出了磁针通信机 26 个导线 1836 年, 英国威廉库克制作了五磁针的电报机 1838 年, 莫尔斯发明电报机和莫尔斯电码 1844 年, 在莫尔斯鼓动下, 由美国国会架设的第一条电报线路在美国铺通 ( 巴尔的摩 - 华盛顿 ) 1846 年, 英国成立第一家电报公司 1847 年, 英法在英吉利海峡铺设第一条海底电缆 1858 年, 大西洋海底电缆铺成 莫尔斯 : 大地将遍布通讯神经, 它们将以思考的速度把这块土地上的消息四处传播, 从而使各地都会成为毗邻 当时的诗曰 : 富兰克林的手, 抓住了奔驰的骏马, 驾驭这匹骏马的, 是莫尔斯教授 电报激起民众的巨大热情 梭罗的反对 电报传来的只是阿德莱德公主得百日咳之类的消息 电报并没有解决人与人之间的沟通问题 电报改变了传统报纸时效性差的局面, 把新闻性突出出来 科学通过传媒对社会发生作用, 充分显示了技术不只是手段, 而是一种世界构造的方式 电话 1875 年, 贝尔发明第一部实用的电话机 1877 年, 爱迪生发明碳精话筒 1914 年, 载波法运用于电话线路中, 至 70 年代, 一根电缆可以同时传递数千话路 20 年代 80 年代以来, 光纤通信成为主要的通讯方式 电话技术对于意识形态的颠覆意义 慈禧 互联网 无线电 1865 年, 麦克斯韦从理论上预言电磁波的存在 1886 年, 赫兹在实验室证实了电磁波的存在 1894 年, 马可尼制成金属粉屑检波器, 通过安装天线和地线, 提高了无线电发射和接受的效率 1895 年, 马可尼实现 1 英里无线电通讯 1896 年,9 英里 1897 年 12 英里 1898 年 18 英里 1900 年, 获英国发明专利 1901 年实现了英国与加拿大之间的无线通讯 1909 年, 获诺贝尔物理学奖 1901 年, 俄国波波夫研制出无线电话接收机 1902 年, 美国费森登发明无线电话 无线电广播 1906 年圣诞之夜, 美国的费森登实现了无线电广播 1920 年, 美国匹茨堡地区首次出现定时的广播电台 无线电迷推动了无线电广播事业的发展 无线电的发展史充分证明了 : 技术决不仅仅是一种被动地消遣工具, 它带动起许许多富有创造性的活动 无线电广播创造了新的文化空间,1939 年一项调查显示,70% 美国人把广播作为获得新闻的主要途径 1884 年, 德国尼普科设计出图像分解方案即尼普科扫描圆盘 1929 年, 英国贝尔德实现了电视传输,television 一词据说就是他首先发明的 1930 年电视机进入市场 本讲目录 科学家社会角色的确立 科学研究事业的组织化 科学强国的兴衰
科学家社会角色的建立 Scientist 一词最早出现在 1833 年, 在剑桥召开的英国科学促进会的会议上, 威廉 休厄尔 (William Whewell) 提议仿照 artist 造出新词 这意味着, 在此之前, 一个统一的 科学家 的社会角色并未形成 scientific man 近代科学革命以来, 今天被我们称为 科学家 的那些人的社会角色是什么? 如何谋生? 在哪里工作? 今天的科学家在哪里? 大学 政府设置的研究所 企业设置的研究所 当年的数理科学家 当年的数理科学家 年代 姓名 社会角色 自我认同 年代 姓名 社会角色 自我认同 1473-1543 哥白尼 教士 数学家 1642-1727 牛顿 大学教授 政府要员 数学家 1546-1601 1571-1630 1564-1642 第谷开普勒伽利略 宫廷天文学家 中学数学教师 宫廷天文学家 大学教授 宫廷数学家 天文学家天文学家数学家 1629-1695 1602-1686 1623-1662 惠更斯盖里克帕斯卡 富豪子弟 法国科学院院士 市长 世家子弟 修道士 数学家 1596-1650 笛卡尔 职业军人 无业 宫廷哲学家 哲学家 1646-1716 莱布尼兹 世家子弟 外交官 数学家 哲学家 当年的实验科学家 年代 姓名 社会角色 自我认同 年代 姓名 社会角色 自我认同 1493-1541 1494-1555 1577-1644 1514-1564 1627-1691 帕拉塞尔苏斯阿格里科拉赫尔蒙特维萨留斯波义尔 大学教授 流浪医生 哲学家炼金术士 医生 贵族无业 大学教授 宫廷御医 贵族无业 哲学家 火术哲学家 医生 实验哲学家 1656-1742 1628-1694 1632-1723 1635-1703 1544-1603 哈维马尔比基列文虎克胡克吉尔伯特 医生 大学教授 / 医生 服装店主 市政厅管理员 私人助手 专职科学工作者 市政官 医生 医生 医生 自然奥秘的发现者 自然哲学家
18 世纪的科学家数学家科学院院士达朗贝尔 1717-1783 博物学家皇家植物园园长布丰 1707-1788 博物学家大学教授林奈 1707-1778 自然哲学家印刷工 厂主 政治活动家 大使富兰克林 1706-1790 天文学家大学教授 皇家天文台台长布拉德雷 1693-1762 自我认同社会角色姓名年代 18 世纪的科学家医生大学教授伽伐尼 1737-1798 数学家教授拉格朗日 1736-1813 实验哲学家军事工程师 院士库仑 1736-1806 实验哲学家牧师 教师 家庭教师普里斯特列 1733-1804 实验哲学家贵族子弟 无业卡文迪许 1731-1810 自我认同社会角色姓名年代 18 世纪的科学家数学家大学教授拉普拉斯 1749-1827 自然哲学家大学教授伏打 1745-1827 博物学家军人 皇家植物园标本室主任拉马克 1744-1829 化学家富家子弟 科学院院士拉瓦锡 1743-1794 天文学家乐师 天文台台长赫舍尔 1738-1822 自我认同社会角色姓名年代 18-19 世纪的科学家自然哲学家大学教授安培 1775-1836 博物学家家庭教师 自然博物馆教授居维叶 1769-1832 自然哲学家中学教师道尔顿 1766-1844 自然哲学家医生托马斯杨 1773-1829 自然哲学家政府官员伦福德伯爵 1753-1814 自我认同社会角色姓名年代 18-19 世纪的科学家地质学家大学教授赖尔 1797-1875 自然哲学家军事工程师卡诺 1796-1832 自然哲学家私人助手 职业实验员法拉第 1791-1867 化学家职业化学家戴维 1778-1829 自然哲学家大学教授奥斯特 1777-1851 自我认同社会角色姓名年代 18-19 世纪的科学家医生店员 教授伯纳尔 1813-1878 博物学家无业达尔文 1809-1882 植物学家律师 大学教授施莱登 1804-1881 化学家大学教授李比希 1803-1873 化学家大学教授维勒 1800-1882 自我认同社会角色姓名年代
小结 作为汇集知识精英的大学, 并不是近代科学的策源地 大学是保守势力的大本营, 容不下科学革命家 科学革命的先驱者, 大多散布在民间, 从事各种各样的职业 18 世纪开始, 国家设立专职的科学研究岗位 19 世纪开始, 大学又重新成为科学精英的汇集之地 科学活动的组织化 实验科学需要资金支持 政府和社会介入科学活动 16-17 世纪的主要资助方式 : 宫廷资助 1560 年意大利人波尔塔 (1535-1615) 创立 自然秘密研究会, 不久指为巫术团体被取缔 1603 年在罗马成立林琴 (Lincei, 山猫 猞猁 ) 学院, 伽利略为重要成员,1630 年因赞助人去世而解散 1657 年佛罗伦萨成立 齐曼托 (Cimento, 实验 ) 学社, 伽利略的学生托里拆利和维维安尼是发起人 1667 年赞助人美第奇家族不再赞助, 遂解散 皇家学会 17-18 世纪的资助方式 : 国家介入, 以皇家学会为例 1640 年代, 哥白尼派的牧师威尔金斯 (1614-1672) 在伦敦组织 哲学学会 1660 年, 建筑师雷恩 (1632-1723) 倡议成立一个新的团体, 并选威尔金斯为主席, 但英王查理二世要求变成皇家科学组织 1663 年正式成立英国皇家学会, 以促进自然知识为宗旨 1665 年, 学会的机会刊物 皇家学会哲学学报 由学会秘书 商人奥尔登堡自费出版 整体上体现典型的英国式经验主义风格, 是培根精神的体现 ; 名为皇家学会, 实为民间组织 早期工艺师 商人较多, 机械 航海技术等问题受到重视 17 世纪的科学社团 皇家出资建立了格林尼治天文台 (1675), 首任皇家天文学家弗拉姆斯特德 (1646-1719), 但皇家后期出钱不多 1635 年巴黎皇家植物园 巴黎科学院 (1666) 经路易十四批准成立, 提供经费和津贴, 外籍院士惠更斯的思想影响了法国科学院 同年出版 科学通报 1667-1672, 巴黎科学院建成巴黎天文台, 由意大利天文学家卡西尼 (1625-1712) 主持 柏林科学院 (1700) 在莱布尼兹 (1646-1716) 的努力下正式成立, 自然科学与人文学科并重 成员主要来自法国, 法文甚至成为正式语言 同时包括一个天文台 18-19 世纪 1724 年圣彼得堡科学院, 主要来自瑞士的学者, 伯努利家族, 欧拉 天文台 1743 年, 富兰克林创立美国哲学会 1747 年瑞典天文台 1753 年英国基尤地区的皇家植物园 1794 年, 巴黎皇家植物园改造成自然博物馆 1795 年, 巴黎科学院并入法兰西学院, 成为与文学 政治与道德科学并列的三大部门 1812 年, 费城建立自然科学学院 1850 年, 哈佛大学比较动物学博物馆 18-19 世纪研究机构的变迁 大学和传统研究机构向发展科学技术方向改造 1794 年法国综合工艺学校 (Ecole Polytechnique) 1799 年英国皇家研究院, 为戴维 法拉第提供了研究场所, 与此同时, 一批机械学院诞生 1810 年德国柏林大学建立, 德语区的大学里重视自然科学, 大学不仅是传授知识, 而且生产知识, 研究型大学来源于此 19 世纪后期, 德国建立了一批技术专科学校 (Technische Hochschulen) 1826 年, 李比希在吉森建立化学实验室, 学生参入其中 讨论班出现 科学家的培养体制开始形成, 必须要有 PHD
大学的改造 1826 年, 慕尼黑大学建立 德国的科学研究以大学为中心开展 研究型大学是德国大学的特点 19 世纪的最后 25 年, 牛津和剑桥以及英国其它大学都设立了科学教授职位 1826-28 年成立伦敦大学 1832 年成立达勒姆大学, 进行技工教育 1760 年开始, 苏格兰的格拉斯哥大学和爱丁堡大学热衷研究科学, 开尔文勋爵, 布莱克 专业学会的建立 1766 年伯明翰地区的太阴学会, 博尔顿 瓦特 普利斯特列 老达尔文 1788 年林奈学会 1807 年伦敦地质学会 1826 年伦敦动物学会 1821 年英国皇家天文学会 ( 赫舍尔 ) 1841 年伦敦化学会 科学促进会的建立 1822 年德国自然科学家协会, 该学会每年轮流在德国各个城市开展活动 1830 年, 剑桥数学教授巴比奇出版 论英国科学的衰退, 指出科学研究在英国还没有成为一种特殊的职业, 吸引人才的职业是法律, 呼吁英国社会和政府关注科学发展 于是人们要求改革大学制度, 大讨论的结果是, 创办新的技工学校 1831 年英国科学促进会 英国在 19 世纪在各地区成立了大量的学会, 这个世纪结束时, 有 100 多个, 各自拥有 100-500 个会员, 与皇家学会规模相当, 因此, 英国的科学家队伍增长了 100 倍 第一任书记 Vernon Harcourt 指出, 学会的目的在于 : 为科学研究工作提供更强大的推动力和有计划的指导, 使国民更加重视科学的目标, 并排除一切阻碍科学进步的绊脚石, 同时使国内国外科学家的交流日益增进 ( 梅森 自然科学史 418 页 ) 先生们, 我们必须承认皇家学会已经不再像我们现在这样, 用各种努力来促进自然科学的发展了 作为一个组织, 皇家学会已经简直不工作了, 也不想去指导别人的工作 ( 梅森 419 页 ) 科学强国的兴衰 (1) 皇家学会慢慢成为达官贵人的社交俱乐部, 非科学家院士人数越来越多, 到 19 世纪初年成了一半对一半 直到 1847 年, 科学家才成为主体 1874 年规定贵族不享受参加皇家学会的特权 1847 年美国科学促进会 ( 富兰克林 ) 1870 年法国科学促进会 法国的科学力量集中在巴黎, 而外省缺乏 希腊的米利都 - 雅典 希腊化的亚里山大里亚的缪塞昂 8 世纪的巴格达的智慧馆 文艺复兴时期的意大利 16 17 世纪的英国 18 世纪的法国 19 世纪的德国 - 美国 - 俄国
科学强国的兴衰 (2) 英国科学体制 : 民间业余科学传统, 科研机构遍布全国, 科研社会化程度高, 政府冷漠 道尔顿 戴维 杨 赖尔 焦耳 法拉第 麦克斯韦 达尔文 法国科学体制 : 高度集中的科学管理体制, 外省科研条件十分恶劣 德国科学体制 : 面向工业发展科技, 有机化学之父李比希, 施旺 施莱登 微耳和 耐格里 魏斯曼, 欧姆 楞次 赫尔姆荷兹 电力技术与内燃技术 科学强国的兴衰 (3) 美国科学体制 : 实用主义传统, 解决实际问题, 技术发明, 菲奇 富尔顿 莫尔斯电码 爱迪生, 吉布斯 迈克尔逊 20 世纪二战之后, 成为基础科学的大国 俄国 : 罗巴切夫斯 门捷列夫 小结 到了 19 世纪, 科学的体制化全面完成 主要以国家的力量来支持系统的科学研究机构, 科学家的社会角色明朗化 学科分化的格局已经确立 科学就是分科之学 大学特别是研究型大学重新成为科技精英的汇集场所, 成为科技知识的集中产出地 科学与技术 科学技术与社会经济发展之间形成高度互动 科技水平已经能够作为国力盛衰的标志 近代科学和希腊古典科学都是历时的, 不是铁板一块, 因此只能概而言之, 不能搞逐项比较, 轻重不分, 只能选取最重要的异同做简单阐述 对问题要有深入的理解, 不能像个民科或民哲似的靠拍脑袋 要看出本门课程的影响和痕迹来 要有流畅 清晰和有条理的叙述, 不能东一句西一句 在有限的篇幅中, 最好的办法是条分缕析, 而不是宏大叙事 作业答题要点 相同处在于 : 希腊科学是近代科学的源头, 近代科学是对希腊科学的继承和发展 具体表现在西方科学始终是一项理性的事业 它至少包含两方面的意思 : 建立了一个内在性的领域即自然界, 科学首先是自然科学 重视演绎数学 相异处在于 : 近代科学是力量型科学, 而希腊科学不是 自然观的预设不同 : 从有机自然观到机械自然观 ; 从目的论解释到因果性解释 重视实验成为主要的方法论特征 注意, 实验科学并不与数理科学相矛盾 近代科学的制度化 职业化和社会化 本讲目录 进化论 遗传学 实验生理学
生物学概览 1800 年,biology 一词刚刚出现, 被赋与的含义是 关于生命体的构造 发育 功能的研究, 是对实验生理学 ( 由人体向动植物 ) 的一种扩展, 但明显忽视了博物学传统 主要成就有 : 细胞学说 胚胎学 能量定律基础上的动物机器概念 博物学 进化论 进化思想 博物学的成就 : 亚里士多德描述过 500 种植物 到 1600 年, 人们知道约 6000 种植物 1700 年, 人们又发现 12000 个新种 生物分类 : 人为分类法, 以意大利的马尔比基为代表 自然分类法, 以英国约翰雷伊为代表 林奈 : 生物分类学 林奈 (1705-1778), 瑞典人 建立人为分类体系和双名制命名法 ( 属 + 种 ) 自然界的分类 : 动物界,6 纲 : 哺乳 鸟 两栖 鱼 昆虫 蠕虫 植物界,24 纲 116 目 1 千多属 1 万多种 ( 按性器官来划分 ) 矿物界 人为体系只有在自然体系尚未发现以前才用得着 ; 人为体系只告诉我们辨识植物, 自然体系却能把植物的本性告诉我们 自然系统 (1735-1768)12 版,12-1327 布丰 (1) 法国人布丰 (1707-1788) 曾留学英国,1732 年回国翻译了牛顿的 流数术,1739 年任命为皇家植物园园长 历时 50 年完成 44 卷本 博物志 (Natural History) 第 1-3 卷 (1749), 讨论了地球 行星 动植物和矿物 第 4-14 卷 (1753-1769), 四足动物的生活习性 第 15-24 卷 (1770-1783), 鸟纲动物 第 25-31 卷 (1774-1789), 各种自然现象的实验报告 第 32-36 卷 (1783-1788), 矿物史及电磁现象 布丰 (2) 反对林奈的人为分类体系, 认为自然界万事万物基本上是连续分布的 自然界发展的 演化的图景 地球经历了七个发展阶段, 历史应有 7 万 5 千年以上 退化的物种发展观 生物变异与环境的相关关系, 物种可能共有相同的祖先 教会的警告 大革命 拉马克 拉马克 (1744-1829) 当过上尉, 在皇家植物园结识卢梭 1778 年出版 法兰西植物志 布丰提议选拉马克为科学院院士 (1779) 皇家植物学家 (1781) 1801 年出版 无脊椎动物的分类系统, 提出生物进化的思想, 首创生物学 (biology) 一词 1809 年出版 动物学哲学, 系统阐发拉马克主义的进化理论
拉马克的进化论 生物的进化 : 由低级到高级 由简单到复杂的阶梯发展序列, 动物和植物分类均应遵循这种阶梯序列 进化图是一种树状谱系 两种力量推动生物的进化 : 内部固有的进化倾向 ; 外部环境对进化的影响 获得性遗传理论 : 用进废退 达尔文的同代人 (1) 法国比较解剖学家居维叶 (1769-1832), 天才, 神童,26 岁出任国立自然博物馆比较解剖学教授 依照部分动物化石神奇的复原整个动物体 动物肢体和器官的系统性原则, 由一部分可以推断另一部分 类比性原则 : 相似动物的各器官的结构和功能有类同之处 发现并证认出大量古生物, 对化石进行分类, 发现不同地层之间化石的不同 1825 年 地球表面的革命, 坚持神创物种观, 佐之以灾变说 达尔文的同代人 (2) 地质学中赫顿的火成论 ( 渐变 ) 与巴克兰的水成论 ( 灾变 ) 的对立,evolution or revolution? 英国地质学家赖尔 (1787-1875) 早先由巴克兰影响是一个水成论者, 后来受赫顿及拉马克影响转变成一个地质渐变论者 1828 年开始地质考察并写作 地质学原理 (1830 年出版第 1 卷,1831 年第 2 卷,1833 年第 3 卷 ), 将丰富的地质现象整合起来, 构造了一个渐变论的体系 达尔文 (1) 查理 达尔文 (1809-1882), 祖父伊拉斯谟 达尔文 (1731-1802) 是著名的医生和博物学家, 也是进化论的先驱之一, 是当年伯明翰地区太阴学社的成员 达尔文的青少年时代的博物学兴趣 1831 年暑假跟随塞奇威克的地质考察 1831 年 12 月 -1836 年 10 月, 英国海军的贝格尔号舰在南美进行科学考察, 收集动植物标本, 挖掘古生物化石, 记录地层情况 发现了令人惊异的物种的丰富性和连续性 达尔文 (2) 贝格尔号游历中, 实地的博物考察, 赖尔的 地质学原理 的影响, 比较历史方法的运用, 物种随地域分布而变化 神创论的不经济 1838 年, 受到马尔萨斯的影响, 人类社会中的生存竞争 : 人类的增殖 ( 几何级数 ) 远大于粮食的生产 ( 算术级数 ) 1842 年写就 35 页的进化论提纲 1844 年写成 230 页的 物种起源问题的论著提纲 亲自动手研究人工选择, 家鸽的育种 1856 年, 开始写作 物种起源 1858 年夏天, 达尔文收到华莱士 (1823-1913) 的来信及论文 论变种无限地离开其原始模式的倾向 达尔文进化论 1859 年 11 月 24 日出版 论通过自然选择的物种起源, 或生存斗争中最适者生存 自然选择作用下的物种进化规律 人工培养下的进化现象, 遗传与变异 自然条件的多样性分布 生物化石呈现的进化现象 问题 : 宗教批评 地球年龄问题 达尔文认为形成一个地层需要 3 亿年 融合遗传理论, 小的变异不起作用
进化论的传播 赫胥黎 (1825-1895) 提出人猿同祖 1860 年 6 月牛津大学, 与牛津大主教威尔伯福斯之间的论争 进化论与伦理学 (1893) 1871 年, 达尔文出版了 人类的由来及其性选择 海克尔 (1834-1919) 在德国为进化论辩护 生物重演律 斯宾塞 (1820-1903) 英国社会学家, 创立社会达尔文主义, 为维多利亚时期资本主义竞争精神辩护 1900 年左右, 社会达尔文主义很有市场 1925 年, 田纳西州的 猴子审判, 斯科普斯被控教授达尔文有罪 1975 年, 威尔逊的 社会生物学 出版 遗传学 (1) 遗传与变异, 达尔文的遗传问题并没有解决 奥地利修道士孟德尔 (1822-1884), 由修道院出资进维也纳大学学习, 据说曾为多普勒的实验助手 豌豆遗传研究, 发现显性遗传 隐性遗传 1865 年, 写出 植物杂交试验, 次年在布隆的博物学会宣读 提出 遗传因子 概念 德国著名的植物学家耐格里认为细胞中含有遗传物质, 称细胞种质 但没有注意到孟德尔划时代的工作 回信让改用山柳菊做实验, 但不太成功 遗传学 (2) 孟德尔的被遗忘 数学 植物学 植物学中的拉瓦锡 1882 年, 达尔文去世, 不知道孟德尔已替他解决了一大难题 1884 年, 孟德尔去世, 不知道自己已经解决了达尔文进化论的一大难题 1891 年, 耐格里去世, 不知道自己犯了多大的错误 直到 1900 年, 达尔文的自然选择进化论并未成为一个公认的理论 达尔文的 自然选择 理论并未赢得胜利, 不存在所谓 达尔文革命 魏斯曼 (1834-1914) 强调遗传的稳定性对于进化的意义, 区分了种质与体质, 通过割老鼠尾巴实验, 证明了获得性不能遗传 遗传学 (3) 1900 年, 孟德尔的再发现 荷兰的德弗里斯 德国的科林斯 奥地利的切马克不约而同地发现了孟德尔的工作 1904 年, 美国萨顿提出遗传因子在染色体上 一条染色体上可以有多个遗传因子 1909 年, 丹麦约翰逊提议用 基因 (Gene) 代替 遗传因子 1910 年代, 美国的摩尔根系统证明和建立了染色体 - 基因理论 1944 年, 美国的艾弗里证明了 DNA( 脱氧核糖核酸 ) 就是基因载体 1953 年, 美国的沃森和英国的克里克共同发现了 DNA 的双螺旋结构 细胞学说 (1) 胡克 : 细胞 (cell) 的发现 1831 年, 英国植物学家布朗发现细胞核 德国植物学家施莱登由法律改学植物学, 认为植物学应该研究植物的结构而不是博物研究,1838 年发表 植物发生论, 认为细胞核是植物中普遍存在的基本构造 1839 年, 德国动物学家施旺发表 动植物结构和生长的相似性的显微研究, 认为一切动物组织均由细胞组成 我们已经推倒了分隔动植物界的巨大屏障, 发现了基本结构的统一性 细胞膜 细胞质 细胞核 组织的发育在于细胞的增殖, 但他们以为细胞的增殖是原始母液中一种类似结晶的过程 细胞学说 (2) 德国生物学家微耳和 (1821-1902) 发现, 疾病组织的细胞是由健康组织的细胞漫漫演变而来, 于是建立细胞病理学 发现一切细胞均由细胞自身分裂而来 一切细胞来自细胞, 意味着 一切生命来自生命