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6.科學技術史第六章 近代科學革命_圖文

6.科學技術史第六章 近代科學革命_圖文

第六章 近代科學革命
一、什么是科學革命 1.科學革命(Scientific Revolution)指的是16、17世紀在歐洲發生的一場思想巨變, 從此人們的世界觀和獲取自然知識的方式發生了根本的變化。 ? 自古希臘以來人類思想所完成或經受的一場最為意義深遠的革命。——柯瓦 雷(1943) ? 科學革命使基督教興起以來的一切事物相形見絀,使文藝復興和宗教改革降 格到純粹的插曲之列……它是現代世界和現代精神的真正起源。 ——巴 特菲爾特(1949) 2.科學革命的主要事件(前后約100年) – 哥白尼(Nicolaus Copernicus, 1473-1543)《天球運行論》(1543);第谷 (Tycho Brache, 1546-1601)發現新星(1572)、觀測彗星(1577)、提出第谷體 系(1588);開普勒(Johanes Kepler, 1571-1630)《宇宙的神秘》(1596)、《新 天文學》(1609)、《宇宙的和諧》(1619);伽利略(Galileo Galilei, 15641642)《星際使者》(1610)、《關于太陽黑子的書信》(1613)、《試金者》 (1623)、《關于兩大世界體系的對話》(1632)、《關于兩門新科學的對話》 (1638) ——《哥白尼革命(Copernican Revolution)》,托馬斯· 庫恩(1957) 1.第谷的天文觀測:第谷的主要貢獻:1563年開始進行天文觀測;1572年11月1日發 現新星(Nova)是恒星而非行星,打破了天上星體永恒不變的教條;1577年觀測彗 星,證明比月亮遙遠,打破了水晶天球結構

? 1588年,提出第谷體系 – 地球處于宇宙中心,月亮和太陽繞地球轉動;五大行星繞太陽轉動;不用考 慮恒星視差;不用考慮運動問題;與哥白尼體系在數學上完全等價 ? 第谷與開普勒 – 1597年,第谷去德國治下的布拉格任神圣羅馬帝國皇帝魯道夫二世的宮 廷數學家;1600年收開普勒為徒;1601年10月24日去世 2.開普勒行星運動三大定律 ? 早年的研究:狂熱的畢達哥拉斯主義-柏拉圖主義者,崇拜太陽,崇拜數學的 簡單性,哥白尼學說的同情者;《宇宙的神秘》(1596):土星(正六面體外接 球)、木星(正六面體內切球)、火星(內接正四面體的內切球)、地球(內接正12 面體的內切球)、金星(內接正20面體的內切球)、水星(內接正八面體的內切球) – 1600年開普勒來到布拉格成為第谷的學生,繼承第谷的觀測數據特別是 火星 ? 行星運動三定律的提出:1609年《新天文學》:第二定律:面速度均勻(1609, 以火星為例);第一定律:行星運動的軌道是橢圓 – 1619年《宇宙的和諧》:第三定律:周期的平方與距離的立方成正比。此 定律對于方位天文學并無實際的意義 ? 開普勒學說的意義:“天空立法者”:用橢圓代替正圓,徹底消除了本輪和均輪 – 三定律廢除了水晶天球的概念,太陽真正成為軌道中心,建立太陽系的 概念,預示著引力問題。

? 懷特海有言:“物質未曾來到,精神先已出現” 愛因斯坦:“開普勒的驚人成就,是證實下面這條真理的一個特別美妙的例 子,這條真理是:知識不能單從經驗中得出,而只能從理智的發明同觀察到 的事實兩者的比較中得出。” ? 開普勒的重要貢獻 ? 1618年《哥白尼天文學概要》,1627 年《魯道夫星表》,標志著天文學 上的哥白尼革命已經完成 ? 一輩子窮困,曾編占星歷書以養家糊口。“作為女兒的占星術若不為天文 學母親掙面包,母親便要挨餓了。”1630年死于索取薪水的路上。 .天文學革命留下的問題 – 恒星視差問題;地球運動所引起的眩暈問題;太陽何以牽制諸行星的運動 1.伽利略:“新時代的阿基米德” ? 伽利略其人:1564年2月15生于意大利的比薩,原本學醫,但卻愛好數學,被 譽為新時代的阿基米德;1589年25歲,比薩大學數學教授;1592年,帕多瓦大 學數學教授;1642年1月9日去世,次年1月4日牛頓出生(新歷),烏爾班八世禁 止為他樹碑立傳,1980年,羅馬教會正式為伽利略平反。 ? 伽利略天文發現 – 1609年45歲,制造20倍望遠鏡 – 1610年《星際使者》,月亮上的環形山,4顆木星衛星

? 伽利略與教會的沖突 – 1611年,列入黑名單,1615年被人向宗教裁判所舉報;1613年《關于太陽 黑子的信》宣稱證明了哥白尼學說;1616年宗教裁判所把《天體運行論》 確定為禁書,紅主主教貝拉明本來對哥白尼學說作為一種數學工具表示 理解;1616年,伽利略收到貝拉明簽署的一份證明,要求他不能“堅持或 支持”哥白尼學說,但沒有禁止“講授”。 ? 伽利略的重要著作 – 1623年《試金者》。“哲學被寫在宇宙這部永遠在我們眼前打開著的大 書上,我們只有學會并熟悉它的書寫語言和符號以后,才能讀懂這本書。 它是用數學語言寫成的,字母是三角形、圓以及其它幾何圖形,沒有這 些,人類連一個字也讀不懂。” – 1624-1630寫作《兩大世界體系的對話》:意大利文書寫;三個人物的對話; 為哥白尼學說辯護,對亞里士多德-托勒密學說精彩的反駁;總結了望遠 鏡下的新發現,提出相對運動的概念;用地球的運動來解釋潮汐 ? 1632年2月下旬,經過反復審查得以出版;1632年秋傳訊伽利略;1633年4月12 日受審,定為可疑的異教徒;6月22日,當眾悔罪;7月監禁,12月送回佛羅倫 薩由女兒照料,半盲 – 1638年《兩門新科學的對話》在荷蘭出版:亞里士多德:速度與重量成正 比;邏輯推理;比薩斜塔實驗:木球與鐵球;擺的等時性與斜面實驗:落體 下落的時間的平方與下落距離成正比;加速度的概念;合成速度與合成力的 概念;拋物體運動

? 伽利略的歷史地位 – 愛因斯坦:“伽利略的發現以及他所應用 的科學推理方法,是人類思想 史上最偉大的成就之一,標志著物理學的真正開端。” – 伽利略提出了思想實驗,開創了科學實驗方法,并將實驗、觀察和理論 思維(科學假設,數學推理和演繹)相結合,獲得了突破性的進展。 – 他被后人譽為近代物理之父、物理實驗之父,是近代自然科學的創始人。 2.牛頓經典力學的確立/牛頓的主要成就:在數學上,發明微積分;在天文學上,發 現了萬有引力定律;在力學上,系統總結了運動三定律;在光學上,發現了太陽光 的復合性,發明了反射式望遠鏡;締造了牛頓式的機械自然觀;最后的煉金術士; 宗教狂熱分子,神秘知識的信奉者 ? 牛頓的科學發現歷程:1665年初大學畢業,倫敦瘟疫,停學回家。是年初,二 項式定理(任何冪的二項式化為一個展開的級數);11月,發明流數運算法(微 分運算);1666年5月反流數運算(積分),同年推出平方反比力公式;1669年接任 盧卡斯教席,時年27歲。是年發現太陽光并非單色光;1671年向皇家學會提交 反射式望遠鏡,成為會員。 ? 萬有引力定律的發現:萬有引力:為什么行星總是繞太陽做封閉的曲線運動, 而不是跑離太陽呢?;1684年1月,胡克宣布發現了平方反比力作用下的行星 運動規律是橢圓,但給不出數學證明;11月,牛頓寫了《論運動》,證明了平 方反比力與橢圓運動的關系。

? 《自然哲學的數學原理》(1687) 在哈雷鼓勵下,1686年寫出《自然哲學的數學原理》,哈雷出資于1687年 出版;《原理》分導論和三篇。導論包括定義、基本定理和定律,及相關的 說明。絕對時空概念、運動合成法則、運動三定律、力的合成與分解法則、 伽利略相對性原理。就像一部數學專著一樣 ? 第一篇,解決引力問題,共14章 第1章,無窮算法;第2章,推導引力的平方反比式;第3章,反推;第4、5、6 章繼續討論圓錐曲線的幾何問題;第7章,擴充伽利略的落體運動定律;第10 章,擺的運動;第11章,引力與質量成正比;第12章,球體質點的等效性證明 第14章,運用力學討論光的折射和反射問題 ? 第二篇,討論物體在介質中的運動。批評笛卡爾的宇宙旋渦假說。 ? 第三篇,論宇宙體系:論宇宙體系的原因;論月亮;論潮汐;論歲差;論彗星 3.牛頓經典力學的評價:牛頓經典力學的意義 第一、實現了第一次物理學大綜合。牛頓把地球上的物體運動與天上的天體運 動都統一到萬有引力定律基礎之上,實現了人類對自然界的認識的“第一次大 飛躍”。第二、導致了力學科學的革命。牛頓在建立力學體系的過程中的確繼 承了前輩和同時代科學家的諸多科學成果,是科學大綜合,更是科學革命。 第三、推動了力學和其他學科的全面發展。它使天文學、力學的分支得以產生, 對地質、機械等學科都有深遠的影響。到了十八世紀和十九世紀上半葉,形成 了“分析力學”、“固體力學”、“彈性力學”、“流體力學”等多種力學分

第四、開創了理性新時代。它是文藝復興以來科學革命的偉大成果,標志著古 代人從對自然界的感性直觀的認識進入到近代人的抽象理性認識的階段。
十八世紀法國哲學家伏爾泰把牛頓的《原理》巨著帶到法國,法國百科全書派 把牛頓力學作為唯物主義的自然科學基礎。 ? 牛頓經典力學的局限性 第一、絕對時空觀。“絕對的空間,就其本性而言,是與外界任何事物無關而 永遠是相同的和不動的”;“絕對的真正的和數學上的時間自自身在流逝著、 而且由于其本性而在均勻地與任何其他外界事物無關地流逝著”。 第二、超距作用力。對于物體之間的相互吸引,牛頓是用某種“超距作用”來 解釋的。 第三、上帝是宇宙運動的“第一推動者”。 牛頓認為:“各行星周日轉動不可 能由重力而得來,而需要有神力在它們軌道的切線方向上給以推動。……,就需 要有神力在它們軌道的切線方向上給以推動。” 第四、機械的自然觀。牛頓力學的運動三定律將自然界的一切力學事件連結起 來而形成一個統一的因果鎖鏈,整個自然界被認為像一架機器一樣有秩序地按 照力學規律 ? 牛頓的名言:如果我比別人看得遠些,那是因為我站在巨人們的肩上;我不知 道世人怎么看,但在我自己看來,我只不過是一個在海濱玩耍的小孩,不時 地為比別人找到一塊更光滑、更美麗的卵石和貝殼而感到高興,而在我面前 的真理的海洋,卻完全是個謎。

英國詩人波普詩贊:大自然和它的規律;隱藏在黑暗之中;上帝說:讓牛頓去吧; 一切便燦然明朗 4.近代自然科學特征及思維模式 ? 分科研究―― 在牛頓力學體系建立之后,物理學研究出現了縱向分化,出現 了聲光電磁熱等專門的學科。 ? 實證科學(實驗科學)――近代自然科學開始建立在實驗的基礎上,不是自然 哲學的那種直觀思辨。 ? 自然科學與數學(演繹)的緊密結合―― 實現數學與實驗的結合。 ? 形而上學的自然科學――為了獲取科學事實,進行歸納,并進行定量的數學 分析,必須先對自然現象分門別類,暫時割斷其內在聯系,靜止下來研究。 ? 機械論和還原論的自然科學――嚴格遵循因果決定論,用機械運動和“力” 解釋一切自然現象甚至社會現象;同時把復雜問題簡單化,科學研究通過研 究部分而認識整體,后來被系統論代替。 1.開普勒和伽利略在科學上的貢獻有哪些? 2.牛頓科學成就的影響和意義。 3.近代科學的思維方式有何特征? 4.試論“科學革命”?


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