第三讲--科学中的革命一.ppt

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1、l一、古代西方科学技术的发展特点一、古代西方科学技术的发展特点ll1.善于吸收先进的科学文化善于吸收先进的科学文化l2.运用理性探讨自然界的本质和规律运用理性探讨自然界的本质和规律l3.科学方法的初步确立及应用科学方法的初步确立及应用l4.形式逻辑成就科学典范形式逻辑成就科学典范l二、古代中国科学技术的发展特二、古代中国科学技术的发展特点点l1.古代中国独自创造了举世瞩目古代中国独自创造了举世瞩目的科学技术成就的科学技术成就l2.古代中国形成了独特的实用科古代中国形成了独特的实用科学体系学体系l三、近代自然科学在历史上有四次重大的革命三、近代自然科学在历史上有四次重大的革命(时时期期)：l第一

2、次发生于1617世纪,以哥白尼的“日心说”为代表,初步形成了与中世纪神学与经验哲学完全不同的新兴科学体系,标志着近代科学的诞生。后经开普勒、伽利略,特别是牛顿为代表的一大批科学家的推动，建立了近代自然科学体系。l第二次发生于19世纪,以化学、物理学、生物学的重大理论突破为内容。有能量守恒与转化定律、细胞学说和进化论等成就,这三项重大成就被称为19世纪自然科学的三大发现，形成了整个物理学、生物学、心理学等实验科学体系。l第三次是19世纪末到20世纪初,X射线、电子、天然放射性、DNA双螺旋结构等的发现，使人类对物质结构的认识由宏观领域进人微观领域。相对论和量子力学的建立使物理学理论和整个自然科学

3、体系以及自然观、世界观都发生了重大变革，有机化学、分子生物学与基因工程、生物技术、微电子与通讯技术飞速发展，标志着科学发展进入了现代时期。l第四次科学革命是系统科学、新老三论与计算机、人工智能、纳米化学、生物医药等科学的技术集成与方法整合，系统生物科学的诞生开启第四次科学与技术革命，包括系统生物学与系统医学、系统遗传学与系统生物技术、合成生物学与系统生物工程等，将导致的是21世纪的转化医学与生物工业革命。l我们把这一历程中，能称之为革命或具有革命意义的科学事件做一个简要的回顾，并试图对其革命性进行一个简要的剖析，让我们了解科让我们了解科学发展的历史同时，试学发展的历史同时，试图建立一架桥接科学

4、于图建立一架桥接科学于人文的桥梁。人文的桥梁。科科学学史史是是连连接接旧旧人人文文主主义义和和科科学学的的唯唯一一桥桥梁梁。萨萨顿顿科学中的革命科学中的革命l科学革命科学革命【scientificrevolution】的定义的定义l“revolution”这个词最初是作为一个精密科学的专门术语流行于这个词最初是作为一个精密科学的专门术语流行于世的，长期以来，它在这个领域中曾经有过（而且现在仍然有着）世的，长期以来，它在这个领域中曾经有过（而且现在仍然有着）一种与一种与“突然的戏剧性变化突然的戏剧性变化”截然不同的含义。截然不同的含义。Revolution这个这个词的意思是重复（如一年四季那样的

5、循环运动），或者涨落（例如词的意思是重复（如一年四季那样的循环运动），或者涨落（例如潮汐的运动）。因而在科学中，潮汐的运动）。因而在科学中，revolution意指所有永恒的变化，意指所有永恒的变化，无休无止的重复，以及可作为完全重新开始的起点的终点。这就是无休无止的重复，以及可作为完全重新开始的起点的终点。这就是我们会想到的我们会想到的“行星在它们的轨道上运转行星在它们的轨道上运转”这类短语的含义。无论这类短语的含义。无论如何，如何，“科学的革命科学的革命”或或“科学中的革命科学中的革命”这类措词，却不具有这这类措词，却不具有这种连续性或持久性的含义；相反，它所指的是，连续性的打破，已种连续

6、性或持久性的含义；相反，它所指的是，连续性的打破，已经可以承前启后的新秩序的确立，旧的、为人熟知的事物与新的不经可以承前启后的新秩序的确立，旧的、为人熟知的事物与新的不同寻常的事物之间的分水岭等。同寻常的事物之间的分水岭等。l它是指由科学的新发现和崭新的科学基本概念与理论的确立而导致它是指由科学的新发现和崭新的科学基本概念与理论的确立而导致的科学知识体系的根本变革。的科学知识体系的根本变革。l如何判断科学史上发生了一场革命呢？如何判断科学史上发生了一场革命呢？l第一个检验，当时的目击者的证明。l第二项检验，对据说曾经发生过革命的那个学科以后的一些文献进行考察。l第三项检验，有相当水平的历史学家

7、、尤其是科学史学家和哲学史学家们的判断。l第四项检验，对现存的科学传统，对构成了正在从事自己事业的科学家所接受的作为文化遗产一部分的“神话”，给予了相当的重视。l但是，不管我们如何看待哥白尼及其革命，谈起科学史中的近代科学革命，还是要溯源于哥白尼革命。哥白尼科学中的革命科学中的革命l一、哥白尼革命一、哥白尼革命l1、简介简介l伟大的波兰天文学家，日心说的创立者，近代天文学的奠基人。1473年2月19日出生于波兰维斯杜拉河畔的托伦市的一个富裕家庭。l2、关于哥白尼革命的新思考l1）这一“西方思想发展中划时代的转折点”需要从不同意义的层次上来考虑，这是因为，首先，它是一次“天文学基本概念的革新”；

8、其次，它是“人类对大自然的理解的”一次“根本性”的变更（它最后以“一个半世纪以后”“牛顿的宇宙概念”这一“出乎意料的副产品”的产生而告结束）；再次，它是“西方人价值观转变的一部分”。所以，按照库恩的观点，人按照库恩的观点，人们所说的哥白尼革命并非仅仅是科学中的们所说的哥白尼革命并非仅仅是科学中的一场革命，它是人的思想发展和价值体系一场革命，它是人的思想发展和价值体系中的一场革命。中的一场革命。l2）从对科学革命概念的批判性分析的角度讲，哥白尼革命有着特别的意义，因为在当时，哥白尼的著作和学说并未在已被人们所承认的天文学理论的基本体系中造成任何直接的根本性的变化，它只是对实验天文学家的实践活动有

9、些轻微的影响。哥白尼的中心说哥白尼的中心说特勒密的中心说特勒密的中心说l3）如果说天文学中有过一场革命的话，那么，这是一场开普勒和牛顿的革命，而决不是什么不折不扣或确凿无疑的哥白尼革命。那么，正像O纽格鲍尔指出的那样，这在哲学上比在天文学上更为成功。l二、开普勒、吉伯和伽利略二、开普勒、吉伯和伽利略l那些著书立说论述哥白尼革命的学者们，那些著书立说论述哥白尼革命的学者们，常常都会得出这样一个结论，即这场革命常常都会得出这样一个结论，即这场革命在开普勒和伽利略进行革新之前并未发生。在开普勒和伽利略进行革新之前并未发生。实际上，这两位科学家大胆而新颖的思想实际上，这两位科学家大胆而新颖的思想远远超

10、出了朴素的哥白尼学说所及的范畴。远远超出了朴素的哥白尼学说所及的范畴。l1、开普勒：不可思议的革命者、开普勒：不可思议的革命者l牛顿曾说过：牛顿曾说过：“如果说我比别人看得远些如果说我比别人看得远些的话，是因为我站在巨人的肩膀上。的话，是因为我站在巨人的肩膀上。”开开普勒无疑是他所指的巨人之一。普勒无疑是他所指的巨人之一。l1）约翰开普勒（JohannsKepler,1571-1630）l德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。他以数学的和谐性探索宇宙，在天文学方面做出了巨大的贡献。开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家称为

11、“天上的立法者”。l2）不幸的一生）不幸的一生l3)开普勒和天文学改革开普勒和天文学改革l开普勒第一定律是：所有行星绕太阳运转的轨道是椭圆开普勒第一定律是：所有行星绕太阳运转的轨道是椭圆的，其大小不一，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。的，其大小不一，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。l开普勒第二定律这样断定：向量半径（行星与太阳的连线）开普勒第二定律这样断定：向量半径（行星与太阳的连线）在相等的时间里扫过的面积相等。由此得出了以下的结论：在相等的时间里扫过的面积相等。由此得出了以下的结论：行星绕太阳运动是不等速的，离太阳近时速度行星绕太阳运动是不等速的，离太阳近时速度快，离太阳快，离太阳远时速度慢。

12、这一定律进一步推翻了唯心主义的宇宙和谐远时速度慢。这一定律进一步推翻了唯心主义的宇宙和谐理论，指出了自然界的真正的客观属性。理论，指出了自然界的真正的客观属性。l开普勒第三定律：行星公转周期的平方与开普勒第三定律：行星公转周期的平方与行星和太阳的平均距离的立方成正比。这行星和太阳的平均距离的立方成正比。这一定律将太阳系变成了一个统一的物理体一定律将太阳系变成了一个统一的物理体系。系。(公公 转转 周周 期期)2=()2=(常常 数数)x()x(平平 均均 距距 离离)3)3l4)英雄l开普勒所处的年代正值欧洲从封建主义社会向资本主义社会转变的时期。在科学与神权的斗争中，开普勒坚定地站在了科学的

13、一边，用自己孱弱的身体、艰苦的劳动和伟大的发现来挑战封建传统观念，推动了唯物主义世界观的发展，使人类科学向前跨进了一大步。马克思高度评价了开普勒的品格，称他是自己所喜爱的英雄。l2、威廉、威廉吉伯：实验论者及其代言人吉伯：实验论者及其代言人l1）吉伯（）吉伯（15441603）（）（Gilbert，William），），英国物理学家，自然哲学家。近代磁学和电学的先驱者。伊丽莎白女王和詹姆斯一世的御医。1544年5月24日生于英格兰科尔切斯特，1603年12月10日卒于伦敦。1558年入剑桥圣约翰学院，后分别获得文学学士、硕士和医学博士学位，1573年定居伦敦行医，1601年任皇家医生。吉伯蔑视

14、经院哲学而重视实验，他最初研究化学，后来长期从事电学和磁学的研究。l2）威廉吉伯17世纪初富有革命精神的科学家l论磁石（DeMagnete，1600）中表明了他的科学的创新性；他在该书的副标题中说，他的这本书是一部“新的生理学”或自然哲学，一门新的自然科学，一门被“许多论据和实验证明了的学说。”这门新的自然哲学就是磁学，而该书的题目告诉读者，吉伯所关心的是磁石或天然磁石、“磁体”（例如磁铁）以及“地球大磁石”。在在此书中，吉伯通篇强调实验主义的思想，这一观此书中，吉伯通篇强调实验主义的思想，这一观念暗示着，知识的基础是经验、实地的实践经验念暗示着，知识的基础是经验、实地的实践经验或者经验证明。

15、或者经验证明。l3、伽利略富有革命性的科学、伽利略富有革命性的科学l1 1）生平）生平l伽利略1564年2月15日生于比萨,父亲芬琴齐奥伽利莱精通音乐理论和声学，著有音乐对话一书。1574年全家迁往佛罗伦萨。伽利略自幼受父亲的影响，对音乐、诗歌、绘画以及机械兴趣极浓；也像他父亲一样，不迷信权威。17岁时遵从父命进比萨大学学医，可是对医学他感到枯燥无味，而在课外听世交、著名学者O.里奇讲欧几里得几何学和阿基米德静力学，感到浓厚兴趣。1583年，伽利略在比萨教堂里注意到一盏悬灯的摆动，随后用线悬铜球作模拟(单摆)实验，确证了微小摆动的等时性以及摆长对周期的影响，由此创制出脉搏计用来测量短时间间隔。

16、1585年因家贫退学，担任家庭教师，但仍奋力自学。1586年，他发明了浮力天平，并写出论文小天平。此后终生从事科学研究。1642年1月8日病逝，葬仪草率简陋，直到下一世纪，遗骨才迁到家乡的大教堂。l2）伽利略“近代科学之父”l他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此，他被称为“近代科学之父”。他的工作，为I.牛顿的理论体系的建立奠定了基础。l3)革命性的科学革命性的科学l比任何人都先提倡新的实验科学技术的科学家，就是伽利略。伽利略的科学纲领像开普勒的纲领一样，确实是富有革命性的，而且，它还包含了有可能会潜在

17、地影响所有科学的方法和结果，从这一点来讲，它有着更为重要的意义。与开普勒不同，伽利略的著作广为流传（并被译成了别的语言），而且，他的著作对他那个时代的科学家和科学思想产生了巨大的影响。这种影响甚至随着对他进行的著名的审讯和定罪而扩大了。A、伽利略有四个主要发现l(伽利略首次公开展示他的富有革命性的科学在在161O年)l1、月球上有山脉地形。l2、太阳黑子。这 两 个 发 现 证 明 天 空 并 不 是 完 美 的。l3、绕着木星旋转的四颗卫星。显示宇宙有其他的中心，这四颗卫星现在称为伽利略卫星。l4、金星亦有盈亏，证明它必定是环绕太阳运行，而不是均轮的中心。lB、17世纪的天文学无疑就是伽利略

18、天文学。l伽利略倡导使用望远镜，从而使天文学的伽利略倡导使用望远镜，从而使天文学的观察基础发生了革命，并使他以现代科学观察基础发生了革命，并使他以现代科学奠基者之一的身份赢得了主导地位。奠基者之一的身份赢得了主导地位。他对自由下落问题的研究。他对抛射体运动和沿斜面向下的运动的分析，业已成为与实验相结合的数学分析的典范。他所发现的有关匀速运动和匀加速运动的定律依然是这门科学的基础。实验方法，尤其是那些每次可能只改变一个参量的实验方法，仍旧以他的名字命名。lC、伽利略比开普勒（他没有伽利略那种用实验获取知识的惊人才能）和吉伯（他缺少伽利略的那种数学知识）更胜一筹，他的研究体现了科学的新的特点，这些特点则是科学革命的表征。伽利略是现代科学最伟大的奠基者之一，他是科学革命中的一位英雄人物。lD、然而，伽利略革命并没有完成。l说伽利略科学革命的完成还需要有一场更为深入的革命，而伽利略在运动原理和运动定律方面所做出的那些伟大发现就其所达到的程度而言只是有可能成为科学革命顶峰的宇宙动力学的发现的初级阶段，这一结论对这位曾在科学史上享有如此高的声望的人来讲，并不是什么不光彩的事情。