中世纪及经典自然科学与机械论自然观.ppt

第二章 欧洲中世纪神学 自然观的统治 中世纪：公元5世纪西罗马帝国灭亡15世纪 约1000年间，基督教逐渐成为统治一切的力 量，神学意识甚至渗透到社会每一个角落。 1、中世纪基督教与科学 2、神学自然观的内容及特征 3、神学自然观的作用与评价 1、中世纪基督教与科学 基督教 “上帝创世论”自然界之外，预设全智全能上帝的存在， 它创造了自然界的一切，包括人。 “人类中心论”上帝特别关怀下，人成为地球主人，人所 在的地球则是宇宙的中心。 “人的原罪说”夏娃和亚当在伊甸园偷吃智慧之果，从此 人活在世上便要行善以赎原罪。 “神恩说”堕落的人对自己无能为力，只有依靠神恩 的赐予才能被拯救。 “对不朽的信仰”人的灵魂不朽，人的灵魂不仅在人死后从 尘世到达彼岸世界，而且它最初就是从彼 岸世界中来的。 科学研究 自然科学沦为神学的俾女，许多自然科学书籍中掺杂着虚 幻的神学迷信的不存在物，特别是博物学更是如此。人们在神 学统治的意识支配下，听信宗教教会的指示，不再深入研究自 然，而是听信宗教权威，研究宗教文献，论证上帝的伟大，研 究论证技巧。所以，在中世纪，一切研究都带上了强烈的宗教 色彩。如有怀疑，便会被告密，带上异端的罪名，就可能被宗 教异端裁判所判处极刑。 论证上帝的存在和全能比什么都重要； 对上帝的崇拜态度，对宗教教义的崇拜态度，对古代经典 作家的文本崇拜的态度代替了研究的态度； 发展了论证方法，而不是面向自然界的实验研究方法；发 展了高度精致的哲学思辩，锻炼了逻辑方法。 2、神学自然观的内容及特征 宇宙观结合宗教教义，以托勒密“地心说”为 核 心构造三重世界：地狱、世间和天堂。自 然的世俗界以月球轨道划出的圆面为界， 分为月上世界和月下世界。 物质观以亚里士多德“四元素说”为根本。 运动观以亚里士多德不正确的“物理学”运动 描 述为根本，分“自然”运动和“强迫”运 动。 目的论解释特征每一个自然事物的存在都有其 原因。e.g.上帝造鼠给猫吃 托勒密宇宙图 中心圈是地球、土和水； 第二圈是风； 第三圈是火；是月下世界； 第四圈是月亮天； 第五圈是水星天； 第六圈是金星圈； 第七圈是太阳圈； 第八圈是火星圈； 第九圈是木星圈； 第十圈是土星圈； 第十一圈是恒星天； 第十二圈是水晶天； 第十三圈是原动天。 这是宇宙的星体世界。 最外圈是神的寓所，属于概 念世界。 失乐园宇宙结构 这是失乐园宇宙 结构的近似图： 城门下方垂下链子， 链子下端挂着宇宙。 图的底部是一片火海 的地狱。地狱和宇宙 之间是混沌。宇宙左 边是一座大桥，桥的 左端向下直通地狱。 Hughes，1985,p180 3、神学自然观的作用与评价 基督教的封闭性不允许怀疑和批评存在，使中世纪社会具有强 烈的封闭性、等级性和神权性。人们只能通过教会听从上帝命 令，严重桎梏了人对自然的关心和认识，桎梏了科学的发展。 神学自然观以古代一些“似科学”理论（e.g.托勒密的天文学 和 亚里斯多德物理学）为依据，披上科学外衣，使宗教神学支配 了科学发展，自然科学在神学支配下成为它的俾女。 论证上帝的存在和全能比什么都重要，因此发展了论证的方法 和精致的哲学思辩。 对评价的评价： 传统黑暗时期 新研究科学技术的宗教起源 第三章 经典自然科学与 近代机械自然观 1、思想革命与近代科学革命 2、近代科学革命的主要成就 3、机械论自然观的产生、主 旨与特点 4、对机械论自然观的评价 拉米亚 Keats 科学将剪断安琪儿的双翅， 用规则和准线打破所有的秘密， 把幽灵赶出天空， 把地精赶出地洞， 把天上的彩虹拆散， 叫它们永远不再编织。 1、思想革命与近代科学革命 思想革命 （1）从神学中解放出来： 文艺复兴运动 宗教改革 地理大发现 （2）批判与怀疑的科学精神： 罗吉尔. 培根 近代科学革命：知识生产方式的变革 哥白尼日心说 （1）从神学中解放出来： 文艺复兴运动：复兴古希腊罗马文化，复兴是为了新生。 形成了现代科学（甚至技术）赖以产生与发 展的一整套先行观念： 人的主体性科 学技术产生的一个先决条 件。人文主义文化强调人 的价值，颂扬人性，使人 摆脱了对神的力量的恐惧 和依赖。但丁说，“人的 高贵，就其许许多多成果 而言超过了天使的高度。 ” 自然的数学化柏拉图承继了毕达哥 拉斯的思想，认为自然的真蒂在于不变的理念 世界，理念世界是按照数学的世界构成的，数 学是我们通向理念世界的桥梁。“复兴的柏拉 图主义”中，上帝变成了数学家，自然理所当 然地要以数学结构为基础。随着自然的数学化 ，一种新的自然图景出现了：自然变成了一个 不具“目的”的循数学规律而运动的物体，这种 新出现的自然图景所导致的一个首要结果就是 17世纪自然科学的革命。 思想革命 人类世俗生活的 先决性这种现世 的世俗生活态度，使人 类的才华有可能大规模 地投入物质生产技术， 有助于现代技术的产生 。而不是中世纪的那种 拯救技艺。 人类征服自然随着人的主体性的 弘扬和自然的数学化，先前原始浑然一体的 人与自然也开始分置于主体世界与客体世界 这两个不同的世界之中。这种笛卡儿似的主 体-客体、精神-自然的两元分裂，预示了一 种人对自然的新的体验方式人类征服自然 。人与自然的关系发生了急剧的变化，原始 同一消失了，代之而起的是一种人对无意识 的客体世界的控制与利用的关系。 宗教改革：宗教信仰是个人的事情，不需要依靠教会的权威 。 新教伦理与近代资本主义精神 地理大发现：为近代科学革命提供了良好的心理氛围和精神动力。 哥白尼日心说： 哥白尼（NCopernicus，1543） 天体运行论： （1）太阳是宇宙的中心，各行星 绕太阳运转； （2）地球在运动，绕太阳公转自 转，由此而形成四季和昼夜； （3）月亮是地球的卫星； （4）行星按距太阳由近至远的排列 为水星、金星、地球、火星、 木星、士星，最外层是恒星天。 使人类从以自我为中心的沉湎状态中摆 脱出来，否定了上帝把地球置于宇宙中 心的宗教教条,标志了近代自然科学从 宗教神学中的解放。 （2）批判与怀疑的科学精神： 罗吉尔 培根（1220-1292）：近代实验科学精神的先驱 大著作小著作第三著作 人们之所以常犯错误有四个原因： 1、对权威过于崇拜；2、限于习惯 3、限于偏见；4、对有限知识的自负 反对按照书本和权威来裁定真理，主张靠“实验来弄懂自然 科学、医药、炼金术和天上地下的一切事物。” 近代科学革命：知识生产方式的变革 知识生产的两种方式 经验式方式实验式方式 发生不是目的，是 另一种目的性行为 的“溢出” 本身构成一种目的性行为 ，它是一种有意识的“设计 ”活动 发生是偶然的往往只有具有特定能力的 人才能完成 由于依附于另一种 目的性行为，它的 发生“没有成本” 不再依附于其他活动，它 所要求的资金、时间、人 力和材料等投入失去了转 嫁的可能。因此，“实验性 ”试错和改错“需要成本” 知识生产效率大幅 度提高 知识生产非神圣化 知识生产方法中心化 知识生产专业化 变化： 2、近代科学革命的主要成就 德开普勒（JKepler，1571-1630） 意伽利略（Galileo Galilei，1564-1642） 英哈维（William Harvey, 1578-1657） 英波义尔（H.R.Boyle,1627-1691) 英牛顿（Isaac Newton，1642-1727） “这是人类从来没有 经历过的最伟大的、进 步的变革，是一个需要 巨人在思维能力、 热情和性格方面，在多 才多艺和学识渊博方面 的巨人的时代。” 恩格斯 德开普勒（JKepler，1571-1630） 天空立法者 第一定律：行星绕太阳的运行轨道 是一以太阳为一个焦点的椭圆； 第二定律：行星到太阳的矢径在相 等时间内划出相等的面积； 第三定律：行星公转的周期的平方 与它同太阳的距离的立方成正比。 破除了天体必须以完美正圆 运行的观念，发现了运行速度不 均匀的特性。行星运动的椭园轨 道具有科学革命的意义。 在第谷布拉赫的资料基础上发现了 行星运动三定律： 意伽利略（Galileo Galilei，1564-1642） 近代物理学之父 1632：关于托勒密和哥白尼两 大世界体系的对话1638 ：两门新科学 经典动力学；落体运动；抛体 运动；惯性定律；实验与数学 结合；天文望远镜 发现了月亮有环形山，发现木星的4个 卫星，由此证明天体与地球是一样的 ，月上与月下相同。哥伦布发现了新 大陆，伽利略发现了新宇宙。 英哈维（William Harvey, 1578-1657） 近代生命科学创始人之一 1628：心血运动论系统发现了心血运动与循环过程。 提出血液循环理论 ： 血液在人体内不断循环，血液循环 的中心心脏是微型宇宙、是太阳；这与 哥白尼日心说互相映照。 英波义尔（H.R.Boyle,1627-1691) 近代化学之父 1661：怀疑的化学家标志着近代化学从炼金术脱胎而出。 贡献1：确立起化学的概念，即化学被看成一门理论科学，它不 只是制造贵重金属或有用药物的经验技艺，而是自然哲 学的一个分支，主要从事对物质现象的理论解释。 贡献2：清除旧元素概念，认为元素是“某些原初的和单纯的即 丝毫没混合过的物体，这些物体不是由任何其他物体组 成，也不是相互组成，而是作为配料，一切所谓的完全 混和物体都直接由它们化合而成，最终也分解成它们”。 贡献3：澄清火在化学分解中的作用。火可以分离许多混合物， 但不能分离一切混合物；分离出的物质也不一定是元素。 贡献4：对燃烧问题的研究。意识到空气对于燃烧的重要性，而 且只有一部分空气才是燃烧所必须的，接近于发现氧。 英牛顿（Isaac Newton，1642-1727） 经典力学之父 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 【英】诗人波普 总结了天体力学和地面力学的成就,为经典力学规定了 一套基本概念,提出了运动三定律和万有引力定律,从而使经典力 学成为一个完整的理论体系,实现了自然科学的第一次大综合。 1665：级数近似法即二项式定理 1665-1666：发明微积分运算， 即正反流数运算法。 1666-1667：万有引力问题，推 出行星维持轨道运行所需要的力 与它们到旋转中心的距离成平方 反比关系。 1686：自然哲学的数学原理 1704：光学 1、导论 定义与注释物质的量、 运动的量、固有的力、外加 的力、及向心力四个概念。 绝对时间、绝对空间、 绝对运动、绝对静止 运动基本定理/定律运动 三定律、力的合成分解法则、 运动叠加性、动量守恒等。 2、第一篇研究引力问题 3、第二篇讨论物体在介质中的运动 4、第三篇论宇宙体系，是牛顿力学 在天文学中的具体应用。 近代自然科学的特点 整个科学总体上是关于存在的科学 近代初期力学首先得到比较充分的发展，牛顿力学开 创了一个理性时代，确立了用理性解决所面临问题的 自信。相应地，形成了人们利用力学的观点解释事物 和世界的观点与方法，力学成为解释的模版；于是， 出现了以力学为模式解释宇宙、世界的观点、理论。 力学成为主导学科 近代科学方法实验第一， 逻辑与数学的定量方法，追求精确 ，批判和怀疑精神。 分析方法成为主要方法 英弗兰西斯培根（Francis Bacon, 1561-1626）提出了 自 己的“实验归纳方法论”。新工具（1620）。 归纳：正确进行科学研究是从命题金字塔底部一步一步上升 到顶部，即以自然为对象，以感官知觉为起点，让心灵顺着 一条全然循序递进的阶梯向前推进，归纳而逐步上升到公理 法笛卡尔（RDescartes，1596-1650）数学演绎方法和唯 理论方法。方法谈（1637）。 他是唯理论方法的创立者，在方法谈中，笛卡尔给出指导人们 理智的四条原则： （1）避免“急躁与偏见”，只接受清晰和独特的思想 ； （2）“把我正在考虑的难题分成尽可能多和必要的部 分，以便把它最好地加以解决。” （3）从简单到复杂渐次前进； （4）进行无一遗漏的完整分析。 第（2）条被认为是统治了西方世界科学方法世界达350年之久的最为重 要的原则。切克兰德在系统论的思想与实践一书中将其称为“标示了西 方知识传统之特征的分析还原原理”。 伽利略的数学+实验方法：直观分解-数学演绎-实验证明。 牛顿的“归纳-演绎方法”：通过实验获得经验，通过数学演 绎获得的结论必须回到实验中，被实验检验。非常重视观察 与实验在科学研究中的作用，重视分析和归纳分类。 牛顿：“在自然科学里，应该象在数学里一样，在研究困难问题时 ，总是应当先用分析的方法，然后才用综合的方法。这种分析方法 包括做实验和观察，用归纳法去从中作出普遍的结论，并且不使这 些结论遭到异议，除非这些异议来自实验或者其他可靠的真理方面 。用这样的分析方法，我们就可以从复合物论证到它们的特殊 成份，从运动到产生运动的力，一般地说，从结果到原因，从特殊 原因到普遍原因，一直论证到最普遍的原因为止。” 牛顿自然哲学著作选p212 科学社团与学术研究机构的建立 意大利：1560年创立“自然秘密研究会”，很快被取缔； 1603年罗马建立“山猫学院”，1630年解散； 1657年佛罗伦萨创立齐曼托学院。 英 国：1660年成立皇家学会； 1665年出版皇家学会哲学学报。 法 国：1666年成立巴黎科学院。 德 国：1700年建立柏林科学院，著名数学家和哲学家莱布 尼兹担任第一任院长。 3、机械论自然观的产生、主旨与特点 机械论自然观的产生 （1）新兴科学的哺育与牛顿的贡献 早期的机械论自然观把科学作为直接载体，蕴含在科学研究 的过程中；力学的辉煌成就引导人们用力学的观点来解释客 观世界。 （2）机械的大量使用 由于钟表、机械技术的发展及其在社会上的流行，使得人们 倾向于用力学的或机械论的观念看待一切，甚至把整个宇宙 也看成是一只硕大的机械钟。 （3）新哲学体系的提炼 笛卡尔、弗兰西斯培根 机械论自然观的主旨 总的来说：人与自然的两分、自然的数学设计、 物理世界的还原论说明、自然与机器的类比 （1）物质观 （2）时空观 （3）运动观 （4）因果观 （5）相互作用观 （6）人类统治自然 （1）物质观 原子论的物质观： 一切物体都可以还原为最小的粒子原子，原子是构成物 质世界的最小基石，是不变的、不可分的，有广延、硬度、不 可入性和惯性等性质，一切物体都是由原子在粒子间力的作用 下，按力学规律形成的，因而也具有原子的基本性质。机械自 然观以物质原因来解释各种自然现象，在反对宗教神学的斗争 中，把自然科学从宗教神学中解放出来，有重要的积极作用。 （2）时空观 “绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于 其本性而在均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着，它又 可以名之为延续性”。“绝对的空间，就其本性而言，是与外 界任何事物无关而永远是相同的和不动的。” （3）运动观 运动是物质的固有属性，物体具有匀速直线运动的固有性 质，并以惯性运动作为全部理论的出发点。 （4）因果观 认为可以把经典力学的因果关系推而广之，用力学模型和规 律描述所有运动形式和自然现象的因果关系。 整个自然界被认为是由原子组成的巨大机器，它一经起动， 就按照既定的力学规律确定无误地运转下去，其中的任何事件都 由力学规律预先决定，从而排斥了偶然性的客观性，排斥了其它 形式的运动规律及因果关系。 （5）相互作用观 物质粒子之间或由它们构成的物体之间存在着万有引力， 引力相互作用在空间中以直接的瞬时超距的形式传递，并支配 着各种天体的运行。 （6）人类统治自然 自然是一架机器，它可被分析、预测和操纵。这就是近代 以来科技文明所以能够取得巨大成功的观念背景。然而，人类 统治自然是有限度的。 主旨概括笛卡尔的系统表述 自然与人是完全不同的两类东西，人是自然界的旁观者； 自然界中只有物质和运动，一切感性事物都是由物质运动造成的； 所有的运动本质是机械位移运动； 宏观事物是由微观粒子构成的； 自然界一切物体包括人体都是某种机械； 自然这部大机器是上帝制造的，但是上帝只给予第一推动， 它以后不再干预自然的运动。 机械论自然观提供了一幅关于自然界的存 在图景。在这幅图景里，自然界绝对不变，自然界 的一切从来如此，并将永远如此；万事万物只是在 时间上彼此并列着，没有时间上的历史发展。机械 论的自然观没有提供关于自然界的演化图景。 机械论自然观的特点 （1）唯物主义 （2）形而上学 （3）机械论 （4）决定论 （5）还原论 （1）唯物主义（略） “形而上学的思维方式，虽然在相当广泛的、各依对象的性质而 大小不同的领域中是正当的，甚至必要的，可是它每一次都迟 早要达到一个界限，一超过这个界限，它就要成为片面的、狭 隘的、抽象的，并且陷入不可解决的矛盾，因为它看到一个一 个的事物，忘了它们的相互联系；看到它们的存在，忘了它们 的产生和消失；看到它们的静止，忘了它们的运动；因为它只 见树木，不见森林。” 恩格斯 （2）形而上学重视分析，把事物孤立起来分析的方法，并 绝对化后，逐渐形成孤立、静止和片面的思 维方式。 （3）机械论 让我们勇敢地作出结论：人是一架机器，在整个宇宙里只存在 着一个实体，只是它的形式有各种变化。人的身体是一架钟表 ，不过是一架巨大的、极其精细、极其巧妙的钟表。 拉美特利 “哲学的全部重任在于由运动现象去研究自然力，再由这些力 去推演其他的现象我希望其他的自然现象