世纪：近代科学的诞生.ppt

第六讲： 16、17世纪 近代科学的诞生,（一）思想革命与近代科学革命 （二）近代科学革命的主要成就 （三）机械论自然观的产生、主旨与特点 （四）对机械论自然观的评价,（一）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： 14、15世纪；renaissance（法语：re naitre） 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：,1、思想革命,文艺复兴的指导思想是人文主义，其核心是人乃万物之本， 主张以个人作为衡量一切事物的尺度。人文主义者重视人的价值，提倡个性与人权，主张个性自由，反对天主教的神权；主张享乐主义，反对禁欲主义；提倡科学文化，反对封建迷信。,恩格斯：文艺复兴 是一次人类从来没有经历过的最伟大的、进步的变革，是一个需要巨人而且产生了巨人在思维能力、热情和性格方面，在多才多艺和常识渊博方面的巨人的时代。,文艺复兴运动的直接影响 推动了欧洲近代文学和艺术的繁荣 导致了科学发展的转折，为近代科学的诞生做了重要的准备,宗教改革,1、16世纪，马丁路德（德）领导的宗教改革运动核心：“信仰可以获救”、“廉价教会” 2、加尔文教：人实现上帝使命，提倡私有财产，发家致富光荣 路德教派德意志北部和东北部北欧、美国 加尔文派瑞士法国、英国和美国等地 英国国教英国（仍是封建教会） 意义： 1、动摇教会与神学； 2、新教伦理与近代资本主义精神； 3、把社会向近代社会的世俗化推进了一大步； 4、科学革命就是在宗教改革的背景下展开的，其中许多关键人物，如开普勒、伽利略、笛卡尔和牛顿，都层受到神学骚乱中所争论的那些宗教问题的深刻影响,马丁路德,出生于德国中部的埃斯勒本，此处是宗教改革的精神家园； 他的神学著作改变了欧洲的历史进程。他的目的是恢复原始福音，即未被中世纪神学歪曲的原始福音。他认为在圣经经文中的上帝世界和教会组织之间有一条鸿沟。 他争论说，经文中根本找不到说明教皇权利和烦琐仪式的合法证据。路德认为，对上帝的真正信仰最好表现在日常生活活动中，而不是在朝圣或神圣仪式中。 要侍奉上帝，宁愿通过侍奉邻居而不是侍奉教会。,西方世界经过中世纪黑暗的长期演化，到15、16世纪时，资本主义生产方式，纺织业、金属冶炼和机械加工等,工场手工业都得到了长足发展，商品经济日趋发达。 商品经济和开拓市场的需要导致人们把眼光投向更广阔的世界远航探险和地理大发现（麦哲伦1519-1522年环球航行、哥伦布1492年发现美洲新大陆）就是在这种背景下发生的； 天文知识和地理知识的需要导致数学和力学的发展，从而在文艺复兴（摒弃神性、张扬人性）和宗教改革运动背景下发生了一场以天文学为先导的科学革命。,地理发现,葡亨利王子（1394-1460） 1419 马德拉群岛 1432 亚速尔群岛 1445 佛得角 亨利王子去世1453年君士坦丁堡陷落，导致欧洲与东方贸易通道被控制在土耳其人手中寻求开辟新航道 葡狄亚士（1450-1500） 1487 非洲最南端好望角（国王裘按二世命名） 葡达伽马（1460-1524） 成功地绕过非洲，到达印度（印度西南海岸卡里库特港），1493 开拓了通往东方的新航路 哥伦布（1451-1506） 勇敢地横跨大西洋，经过36天的航行，登陆美洲（巴哈马群岛中的一个小岛） 葡麦哲伦（1408-1521） 环球航行：1519-1922，率五只船， 西班牙南美菲律宾印度非洲好望角西班牙 麦哲伦在菲律宾被土著人所杀 证实了大地是球形的学说,地理大发现意义： 证实了地球是一个球体。 由于发现了沟通大西洋和太平洋的海峡，证明地球上水体是连在一起的，且十分肯定地确定了地球表面占优势的是大洋，而不是大陆。 此后，一批反映新时代内容的地理著作和地图 积累了巨大的财富，为资本主义的最初的原始积累提供了物质基础。同时也为当时及以后的科学发展打下了物质基础 15451560年，西班牙每年掠夺黄金5500公斤，白银246000公斤。,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,标志着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：,（二）近代科学革命的主要成就,德开普勒（J. Kepler，1571-1630） 意伽利略（Galileo Galileo, 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（J. Kepler，1571-1630） 天空立法者,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。,在第谷布拉赫的观测资料基础上发现了行星运动三定律：,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（1609新天文学）；,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（1609 新天文学 ）；,第三定律行星公转周期的平方与它同太阳的距离的立方成正比（1619）宇宙的和谐。,开普勒为科学而献身,他的一生充满不幸： 幼年体弱多病，一只手半残，视力衰弱，妻死子病，母亲曾经被指控为施行巫术而遭到拘禁；在大学学习期间，他受到天文学教授麦斯特林的影响，成为哥白尼学说的拥护者，同时对神学的信仰发生了动摇。他终生贫困交加，靠教书和占星术维持生活，最后死于索取薪金的途中。,意伽利略（Galilei Galileo ， 1564-1642） 近代物理学之父。 创造并且示范了新的科学实验传统，数学与实验相结合的科学方法，,研究了落体运动，抛体运动; 发明了天文望远镜，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。星星的报告（1610） 传播哥白尼的日心说。关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话（1632）、两门新科学（1638）。提出“相对性原理”（萨尔维阿蒂的大船）,伽利略,他在宣判后仍然喃喃的说：可是地球仍然在转动！ 347年后，即1980年罗马教会宣布当年（1633年）对伽利略的裁判是错误的，为伽利略平反。,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 有多项发现和发明： 自然哲学的数学原理（1686-4-28）； 论光学（1704）；1665年发明级数近似法即二项式定理； 1665年到1666年发明微积分（正反流数运算）； 集大成地总结了前人科学工作，统一了天体力学与地面力学，提出一系列经典力学基本概念，建立了经典力学的完整系统体系：概念、原理和运动三定律与万有引力定律，实现了自然科学的第一次大综合。,生平：（16421727） 生前丧父，三岁后母亲改嫁，14岁务农， 1661年考上剑桥大学三一学院，选为巴罗的助手， 16651667（18个月）回乡躲避瘟疫： 引力、微积分、光分解； 16871727（40年）没有大的科学成就,自然哲学的数学原理(1686) :,以运动万有引力论证了彗星沿抛物线轨道运动，说明了地球上的潮汐是太阳和月亮引力作用的结果等; 尤其是，他不但从数学上论证了万有引力定律，而且把力学确立为完整、严密、系统的科学; 在此书中，他首先确定了质量、动量、惯性、力等基本概念，以及绝对时间、绝对空间的概念，这些概念构成了经典物理学的基石; 在总结前人研究成果的基础上，提出了运动的三定律，再加上万有引力定律，构成了力学宏伟大厦的基础，此力学体系是近代天文学和力学发展的基础，是机械、建筑等工程技术发展的基础，也是机械唯物论自然观统治自然科学的基础。,牛顿和他的原理,英国著名诗人蒲柏赞美牛顿的诗歌： 大自然和它的规律 隐藏在黑暗之中 上帝说：让牛顿去吧 一切便灿烂光明。,Nature and natures law lay hid in night, God said, let Newton be! And all was light.,牛顿墓志铭和名言,墓志铭： “他以几乎神一般的想象力，最先说明大海的潮汐和彗星的运动。” 名言： “如果说我比别人看得更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上。” “我只是一个在沙滩上玩耍的男孩，一会儿找到一颗特别光滑的卵石，一会儿又发现一只异常美丽的贝壳，就这样使自己娱乐和消遣；而与此同时，真理的汪洋大海，在我眼前未被认识，未被发现。”,“绝对空间，就其本性来说，与任何外在情况无关，始终保持着相似和不变”； “绝对的、纯粹的数学的时间，就其本身和本性来说，均匀流逝而与任何外在情况无关”； 总之，在牛顿的时空观中，空间、时间和“外在情况”这三者都是相互独立的，无关的，空间的延伸和时间的流逝都是绝对的。在这种意义上说，在牛顿体系中仍然含有亚里士多德式的绝对。,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（R. Descartes，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。,（三）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。,（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