科学技术史第四讲.ppt

第四讲近代科学的全面发展 回顾近代科学的初步发展 1543年 哥白尼的 天体运行论 和维萨里的 人体的构造 开普勒 JohannKepler 1571 1630 维萨里 AndreasVesalius 1514 1564 哈维 WilliamHarvey 1578 1657 伽利略 GalileoGalilei 1564 1642 牛顿的综合 IssacNewton 1643 1727 进一步的问题 地球是不是亘古不变的 人是怎么来的 神造的 物质是由什么构成的 本讲基本内容 一 拉瓦锡的化学革命二 19世纪化学的新成就三 天地演化理论的新进展四 物理学的全面发展五 生物学六 科学方法与自然观 一 拉瓦锡的化学革命 从17世纪后半叶到18世纪末 是近代化学的孕育期 期间两大成就是 波义耳将化学从炼金术的影响下解放出来 成为化学发展的转折点 拉瓦锡批判燃素说 掀起化学革命 使得化学成为一门真正的科学 1 从炼金术到波义耳的化学 1 波义耳之前的探索和认识 2 英国科学家波义耳 1627 1691 怀疑派化学家 1611 其贡献 化学是什么 化学不是寻找贵金属和有用药物的实用技巧 而应该寻找一般原理 第一次明确将化学视为自然科学的一个独立学科 把化学和化学工艺严格区别 粒子概念 继承古希腊原子论思想 提出粒子 粒子团 粒子团决定物质性质的概念 元素与混合物的概念 元素是原始的简单物质 不由其他构成 混合物是由基本成分构成的 2 燃素说 1 德国科学家贝歇尔 1635 1682 认为 化合物由三种土质 玻璃状土 油状土和流质土 2 施塔尔 德国 1660 1734 提出了燃素说 燃素存在于可燃物 动植物和金属中 燃烧时 燃素从这些物质中跑出 剩下灰渣 植物从空气中吸收燃素 然后动物从植物中吸收燃素 燃素说是第一个把化学现象统一起来的学说 在18世纪被广泛认可 统治欧洲科学界100年 3 燃燃素说的困难 负重量 找不到燃素 燃素与空气的关系 3 拉瓦锡之前的气体发现 1 1766年 英国卡文迪许发现氢气 2 1772年 达 卢瑟福发现氮气 3 1773年 瑞士人舍勒 1774年 英国普利斯特列都发现失去一种燃素的空气 助燃 而且适宜呼吸 4 拉瓦锡的化学革命 拉瓦锡 Antoine LaurentLavoirer 1743 1794 现代化学之父化学中的牛顿重视定量研究和理论思维 1 发现化学中的质量守恒定律 2 推翻 燃素说 发现磷燃烧重量增加 增加重量等于空气失去的重量 预想到还原金属会释放吸收的空气 重做普利斯特列实验 加热氧化汞 证实助燃空气 证明燃烧过程是物质的氧化过程 1777年 提交 燃烧概论 一文论述了燃烧的氧化学说 正式命名oxygen 中译名氧 3 1780年完成 化学纲要 其进步表现在 定义化学 化学是以自然界的各种物质为实验对象 旨在分解它们 以便对构成这些物体的各种物质进行单独的检验 科学的元素概念 33种元素表等 化学纲要 标志化学已经成为一门科学 他进行的化学革命被公推为18世纪科学发展史上最辉煌的成就之一 二 19世纪化学的新成就 1 化学原子论 原子论由哲学到科学 道尔顿 JohnDalton 1766 1844 1803年提出定量的化学原子论 1808年出版 化学哲学的新体系 系统阐述化学原子论 1 化学元素是由非常微小的 不可再分的物质粒子即原子组成 原子在化学变化中保持不变 2 同一元素的所有原子均相同 不同元素的原子不同 主要表现为重量的不同 3 不同元素的原子按照简单数目相结合 就形成了化合物 化合物是 复杂原子 2 分子论 1 盖 吕萨克 法 发现气体反应体积简比定律 2 阿伏加德罗 意 提出分子概念 认为分子是比原子复杂的粒子 是具有一定化学性质的物质的最小质点 3 坎尼查罗 意 对分子论的重新阐发 使得分子论逐步得到普遍承认 3 元素周期率 门捷列夫 DmitriIvanovichMendeleev 1834 1907 1869年论文 元素性质与原子量的关系 提出元素性质与元素的原子量之间存在着周期性变化的规律 并给出元素周期表 将当时已知的63种元素全部列入表中 并留出空位 元素周期律的两大要点 1 元素按照原子量的大小排列后 呈现出明显的周期性 2 原子量的大小决定元素的特征 三 天地演化理论的新进展 1 天文学 1 天文观测新发现 赫歇尔 1738 1822 德 发现银河系 天王星 加勒 1812 1910 德 等发现海王星 验证万有引力的著名事件 2 康德 德 一拉普拉斯 法 星云假说 天体演化论 原始弥漫物质星云部分收缩凝聚成太阳 部分成为行星 康德 ImmanuelKant 1724 1804 1755年 发表 宇宙发展史概论 从历史演化的观点出发 指出 太阳系是从弥漫物质通过自身的引力与斥力的相互作用 逐步发展成为有秩序的天体系统 拉普拉斯 Laplace 1749 1827 天体力学 1799 1825 五卷 集天体力学之大成1796年在 宇宙体系论 一书中 也独立地提出了 星云说 用角动量守恒定律论证了太阳系的起源过程 恒星形成过程 按照康德 拉普拉斯星云假说 太阳及其行星都有一个历史的演化过程 它们是由原始弥漫物质星云逐渐凝聚而成的 不断收缩的星云的中心部分凝聚成太阳 大体上在同一平面上的环状弥漫星云物质收缩凝聚成了行星 星云假说 尽管在科学上还有诸多问题 但是其演化发展的科学思想对于19世纪的科学产生巨大的影响 2 地质学 1 威廉 史密斯 1769 1839 生物地质学 英国地质学之父 提出用生物化石研究地质问题 2 法国人居维叶 1769 1832 灾变论 神创说 威廉 史密斯 赖尔 CharlesLyell 1797 1875 1830 1833出版 地质学原理 3卷渐变说 地球不仅是运动的 而且是一个缓慢的永不停息的变动物体 地质形态在多种自然力作用下缓慢变化 四 物理学的全面发展 1 能量守恒定律和热力学2 电磁现象的研究3 光的波动说 1 能量守恒定律和热力学 1 能量守恒定律的发现1842年 德国医生迈尔发表 论无机界的力 提出人体 力 输入输出守恒问题 英国业余物理学家焦耳第一个用实验验证能量守恒 1841年提出焦耳定律 还测定了热功当量 1847年 德国医生和物理学家亥姆霍兹发表 论活力守恒 它使得科学界普遍接受能量守恒定律 迈尔 J R vonMayer 1814 1878 焦耳 JamesPrescottJoule 1818 1889 亥姆霍兹 H vonHelmholtz 1821 1894 1847年发表 论力的守恒 系统 严密地阐述了能量守恒与转化原理 用数学化形式表述了在孤立系统中机械能的守恒 接着把能量的概念推广到热学 电磁学 天文学和生理学领域 提出能量的各种相互转化和守恒的思想 将能量守恒定律与没有永动机相联系 2 能量守恒定律发现的重大意义各种运动形式相互联系和相互转化 摧毁了形而上学的观点 与细胞学说 进化论一起 被称之为19世纪三大发现 3 被克劳修斯和汤姆孙运用于热力学系统 称之为热力学第一定律 4 克劳修斯 汤姆孙热力学第二定律 热不可能自发从较冷物体转移到较热物体 从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其它影响是不可能的 克劳修斯 电磁关系及其发明简史奥斯特 发现电 磁 机械运动之间有联系法拉第 磁生电试验 采用磁力线安培 提出 电动力学 概念 安培法则麦克斯韦 麦克斯韦方程组等赫兹 试验验证麦克斯韦电磁场理论 2 电磁现象的研究 1 电流的磁效应1820年 丹麦物理学家奥斯特 1777 1851 发现电流的磁效应 发电机的基本原理 同年 法国物理学家安培提出安培定律 安培定则 说明了电流之间相互受力和电磁之间关系法则 奠定了电动力学的基础 2 电磁感应1831年 英国法拉第发现运动的磁铁会导致电流 而静止的磁铁却没有电流效应 感生电流 建立 场 的概念 用来传递电磁作用的连续介质 力线 概念 场的直观图象 建立电磁感应定律 只要导线垂直地切割磁力线 导线中就有电流产生 电流的大小与所切割的磁力线数成正比 法拉第 3 麦克斯韦 英 1831 1879 电磁理论1855年 论法拉第的力线 1862年 论物理学的力线 1864年 电磁场的动力理论 给出了麦克斯韦方程 提出了电磁波的概念 提出了光的电磁理论 1873年 电磁通论 一个世纪来电磁学的集大成 麦克斯韦 麦克斯韦方程组表明 空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场 而变化的电场又能激发涡旋磁场 交变的电场和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡即电磁波 麦克斯韦方程还说明 电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化 由此可证明电微波在以太 即真空 中传播的速度 等于光在真空中传播的速度 这不是偶然的巧合 而是由于光和电磁波在本质上是相同的 光是一定波长的电磁波 这就是麦克斯韦创立的光的电磁学说 用一组偏微分方程来概括全部电磁现象 把法拉第的思想用数学语言表述出来 从此 电学 磁学 光学融合成一体 物理学完成了第三次伟大的综合 4 电磁波被证实1886年 德国物理学家赫兹 1857 1894 在放电实验中 发现近处的线圈也发出火花 证实了电磁波的存在 意大利青年物理学家马可尼 1874 1937 于1894年实现无线电通讯 3 光的波动说 1 十九世纪以前光的研究 牛顿的光学研究 七色光实验 光的颜色理论 根据直线传播原理 认为光是一种微粒流 折射 反射 匀速运动 惠更斯 荷 1629 1695 创立光的波动说 认为与声波类似 能很好解释反射 折射 衍射 难以解释直进和双折射 2 19世纪上半叶 光的 波动说 的兴起 杨 英 T Young 1773 1829 通过小孔实验 发现光的干涉现象 并于1801年提出光的干涉理论 菲涅尔 法 A J Fresnel 1788 1827 波动光学的集大成者 他解释了光的衍射 干涉和偏振现象 光是横波的观点被确立 光的干涉 光波的示意图 杨在菲涅尔工作的激励下 也重新回到光学研究领域 他在研究光的振动时 提出光的振动与声波沿运动方向作纵向振动不同 而是如同水波或拉紧的琴弦那样作垂直于运动方向的横向振动 实验证明了他的这一猜想 光波是横波的观点就确立起来了 五 生物学 1 进化论 1 拉马克 1744 1829 法国博物学家 1801年出版 无脊椎动物的分类系统 第一次提出生物进化的思想 首创了脊椎动物 无脊椎动物概念 首次引进了 生物学 biology 一词 1809年出版 动物学哲学 系统阐发了物种进化的学说 生物的进化遵循一条由低级到高级 由简单到复杂的阶梯发展序列 植物和动物的分类也应该遵循这种阶梯序列的原则 生物的进化并不是严格的直线发展 而是不断分叉 形成树状谱系 系谱树描绘了生物界不断进化的图像 进化机制为 获得性遗传 用进废退 用进废退 用进废退是指一种动物由于若干世代中经常使用某器官 就会使该器官得到发展 或者历代少用甚至不用某器官 就会使该器官退化以致完全丧失 获得性遗传 由于环境影响或用进废退所获得的变异性质 可以通过繁殖遗传给后代 用进废退 达尔文 CharlesDarwin 1809 1882 与进化论 1859年11月24日出版 论通过自然选择的物种起源 或生存斗争中最适者生存 简称 物种起源 生存斗争 物种变异 自然选择 适者生存 1871年出版 人类的由来及其性选择 谨慎地描述了人类进化的图景 结论 人类和其它物种同是某一种古老 低级 而早已绝了的生物类型的同时并存的子孙这一结论 其实在任何程度上都不算新鲜 赫胥黎 ThomasHuxley 1825 1895 人猿同祖论 2 细胞学说 1 胡克 RobertHooke 1635 1703 在植物切片中看到蜂窝状的结构 像大大小小的盒子围成的气孔 命名 细胞 cell 意思是 小室 2 布朗 RobertBrown 1773 1858 英 用显微镜发现细胞里的细胞核 1831年起名 细胞核 nucleolus 小坚果仁 3 1838年 德国植物学家施莱登提出细胞是一切植物的基本生命单元 动物学家施旺又将其推广到动物界 施莱登 施旺 细胞学说 3 实验医学 法国生理学家马让迪 1783 1855 及其学生伯纳尔 1813 1878 开创了实验药理学 坚信物理化学原理足以解释生命现象 反对活力论 发现胃并非唯一的消化器官 十二指肠实际更为重要 发现肝脏中糖原的合成和分解 以保持身体内血糖含量的稳定 4 遗传学 孟德尔 GregorM