1、科学技术的发展历程,科学技术的发展历程,目录,1 概述：科学史的意义；科学史轮廓 2 科学革命时代：近代科学的起源 3 18世纪：启蒙运动与工业革命，化学革命 4 19世纪：科学成就，科学的社会化和社会的科学化 5 20世纪：现代科学革命和技术革命,科学史的意义,培根：读史使人明智。 中国古语：以史为镜，可知兴替。 数千年来科学先贤们为摆脱观念的困扰以及扩大知识的领地所做的艰苦卓绝的工作，仿佛一部英雄史诗，勾起人们无限的崇敬和景仰之情。,科学史的意义,它能帮助我们领会科学的精神、掌握科学的方法、树立恰如其分的科学形象，以便在这个科学时代理智地对待科学、对待社会、对待生活。,科学史的意义,我们正
2、处在新世纪的起点，也处在科学发展的转折点上，未来的科学指向何方，回顾科学的历史也许能使我们有所省悟。,科学史的意义,在教科书中纷至沓来的新概念、新术语、新公式、新定律面前，常常使人逐渐形成了这样的观念:这就是真理，学习它、记住它。久而久之，历史性的、进化着的科学理论被神圣化、教条化，人们不知道这个理论从何而来，为什么会是这样，但我们还要相信它是真的，因为它是科学。这种教条的态度明显地与科学精神格格不入。,科学史轮廓,东方四大古老的文明 希腊：科学精神的起源 罗马时代 中世纪 阿拉伯科学与中国科学 文艺复兴运动 科学革命时代：近代科学的产生 18世纪：启蒙运动与工业革命 19世纪：科学的社会化与
3、社会的科学化 20世纪：现代科学革命和技术革命,16、17世纪,近代科学的诞生,内容提要,时代背景：文艺复兴、宗教改革、地理大发现 哥白尼革命：宇宙观的变革 新物理学的诞生：牛顿力学,时代背景,世界历史的剧变，恩格斯说： 拜占庭灭亡时抢救出来的手抄本，罗马废墟中发掘来的古代雕像，在惊讶的西方面前展示了一个新世界希腊的古代；在它的光辉的形象面前，中世纪的幽灵消逝了；意大利出现了前所未见的艺术繁荣，这种艺术繁荣好象是古典古代的反照，以后就再也不曾达到了。旧的世界的界限被打破了；只是在这个时候才真正发现了地球，奠定了以后的世界贸易以及从手工业过渡到工场手工业的基础，而工场手工业又是现代大工业的出发点
4、。教会的精神独裁被摧毁了，德意志诸民族大部分都直截了当地接受了新教，,文艺复兴（1）,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（12651321）、彼特拉克（13041374）、塞万提斯（15471616）、莎士比亚（15641616）,文艺复兴（2）,艺术家：达芬奇（14521519）、米开朗基罗（14751564） 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（148
5、31546）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（1）,马可波罗（12541323）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,地理大发现（2）,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
6、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。,哥白尼革命（1）,中世纪的宇宙图景：层层相套的天球，地球位于宇宙的中心 哥白尼（14731543），波兰人 托勒密体系面临的问题：轮子越来越多，体系越来越繁；地球实际并不处在宇宙的中心，只保持了静止 哥白尼的出发点：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,哥白尼革命（2）,哥白尼反对地心和地静说，主张地动和日心说 优点：轮子减少；正圆运动得以维护 革命：天地界限；运动相对性；走向无限的宇宙,布鲁
7、诺,乔尔丹诺布鲁诺（1548-1600)，生于意大利那不勒斯，死于罗马鲜花广场 1583写作论原因、本原和太一、论无限的宇宙和多世界 1592年在意大利威尼斯被捕 “ 我愿做烈士而牺牲”,第谷布拉赫,布拉赫（15461601），丹麦人，天才的观测家 1572年11月11日，新星（nova) 1577年，发现彗星，而且彗星不是正圆轨道，对天球概念提出怀疑 1580年，皇帝专为他在维文岛上造了一个天文台，工作了近20年 格里高里历得益于第谷的材料 1597年，第谷去了德国布拉格，收开普勒为徒,开普勒,开普勒（15711630），德国人，早年求学于图宾根大学 狂热的毕达哥拉斯主义者，哥白尼学说的同情
8、者 宇宙的神秘：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,开普勒三定律,第一定律：行星运动的轨道是椭圆 第二定律：面速度均匀（1609，以火星为例） 第三定律：周期的平方与距离的立方成正比（1618） “天空立法者”：三定律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,开普勒的意义,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
9、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,开普勒：保留恒星天球，有限的宇宙 鲁道夫星表（1627）以答谢德王鲁道夫二世的一贯支持 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,伽利略生平,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 新时代的阿基米德 1589年，比萨大学数学教授 1592年，帕多瓦大学 1610年回到佛罗伦萨 16241630写作两大世界体系的对话，1632年出版，1633年监禁 1638年出版两门
10、新科学的对话 1642年1月9日去世，次年牛顿出生（新历）,运动理论,亚里士多德：速度与重量成正比 逻辑推理：重物加轻物 出现悖论 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,望远镜天文学,1609年伽利略造出第一台望远镜，20倍，发现了月亮上的环型山 1610年发现木星的四颗卫星，轰动一时 1612年发现太阳黑子 为哥白尼辩护，与教会冲突,教会的判词,大家一致认为，根据圣经经文和神父、神学博士的一般解释，“ 太阳是宇宙的中心”这个命题在哲学上是愚蠢和荒谬的，它在许多地方与圣经所表达的意见相抵触，因此在
11、形式上是异端；大家一致认为，“ 地球既非宇宙中心也非不动，而是作周日和周年运动”这个命题在哲学上也是愚蠢和荒谬的，考虑到神学的真实性，它至少在信仰上是错误的。,伽利略的贡献和局限,惯性运动定律 抛物体和自由落体运动定律 天际并非纯粹不变，支持哥白尼体系 以地球的运动解释潮汐现象 对教会的妥协（1633年6月教庭判他终生监禁）,自然数学化运动的宣言,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。,伽利略的历史地位,爱因斯坦：“ 伽利略的发现以及他所应
12、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,胡克,英国物理学家胡克（1653生）心灵手巧，曾经是波义尔的助手，帮助造出了精致的抽气机 显微图，提出过光的波动学说，与牛顿相对立 弹性定律（1678）：弹性力的大小与离开平衡位置的距离成正比 弹簧伸缩的时间间隔相等，可用于计时,惠更斯,荷兰物理学家惠更斯（16291695）出身高贵 1656年发现猎户座星云，和土星的光环和卫星 1656年制造第一架摆钟，1658年出版钟表论 碰撞问题：活力（能量）守恒原理 离心力公式：离心力与速度的平方成正比，与运动半径成反比 1690年出版论
13、光主张光的波动说，但误认为光跟声音一样是纵波,牛顿（1）,伊萨克牛顿生于旧历1642年12月25日（新历43年1月4日），早产、遗腹子 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，发现了太阳光谱，发明了反射式望远镜,牛顿（2）,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,牛顿（3）,1665年初大学毕业，伦敦瘟疫，停
14、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。,牛顿（4）,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、
15、哈雷），牛顿给出了逆命题。,牛顿（5）,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。,牛顿（8）,英国诗人波普诗曰：Nature and natures law lay hid in night,God said let Newton be and all was light.,牛顿（9）,On the shoulders of giants 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
16、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。,近代科学的一般特征,自然的数学化 实验研究,16、17世纪：科学革命时代,原因分析 思想源头：古希腊学术思想 社会需求：资本主义萌芽 宗教价值观的鼓励：赞美上帝，读上帝的“ 两本书” 学者传统与工匠传统的结合：思维与实验结合 数学方法的应用：自然之书是用数学语言写成的,18世纪(1),理性启蒙与工业革命,要目,技术发明与英国产业革命 法国启蒙运动、法国大革命与科学精神的传播 牛顿力学的扩展：18世纪的力学与天文学,产业革命概览,恩格斯说：“工业革命对于英国的意义，就好象哲学革命对
17、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。 产业革命首先发生在英国 产业革命首先发生在纺织业 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。 工业革命使全体人民受到教育，客观上推进了“平等”的观念。,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相互促进、相互加速 1733年，约翰凯发明飞梭，改进了织布技术。 1765
18、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）,蒸汽机的发明与改
19、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（17361819）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
20、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。,启蒙运动与科学精神的传播,启蒙运动是一场科学精神的普及运动，以理性精神反对愚昧的神秘主义 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。 笛卡尔的理性传统。丰特涅尔（16571757）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。,丰特涅尔论几何学精神,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。,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（16941778）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（17511772）17卷正文，11卷图版，1777年又出5卷增补卷 主编狄德罗（17131784）和达兰贝尔，作者有霍尔巴赫、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。,
