第三讲 17-18世纪的科学技术.ppt

第三讲1718世纪的科学技术,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,第一次科学革命带动了1718世纪数学、物理学、化学和生物学的发展，从本讲开始，我们按分门别类来讲，分成数学、物理学、化学、生物学、天文学等；介绍的重要人物有：笛卡尔和费尔马、耐普尔、牛顿和莱布尼茨、富兰克林、伽伐尼与伏特、玻意耳、拉瓦锡、林奈、布丰、居维叶、拉马克、康德；近代自然科学方法论、形而上学机械唯物主义自然观。,CompanyLogo,科技发展史第三讲,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,一、数学的发展这个时期的数学是从常量数学到变量数学的转折时期。这个时期的数学领域有三项重大发明：第一，笛卡尔和费尔马创立的解析几何学；第二，耐普尔发明了对数；第三，牛顿和莱布尼茨创立了微积分学。,牛顿莱布尼茨,笛卡儿费尔马,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1解析几何学的创立法国大数学家费尔马（16011665）和笛卡尔(1596-1650)用代数方法研究几何问题，创立了解析几何学或称作坐标几何学。其中心思想是把代数方程同曲线、曲面等几何概念联系起来。在17世纪，数学中需要处理的许多问题都与变量有关，例如求任一曲线的切线，求曲线下的面积，求极大值和极小值等。这些问题单用几何方法困难既多又繁琐，而用代数方法则可化繁为简。费尔马是最早采用这一方法的数学家。由于写作早，成书比笛卡儿晚，人们往往忽视费尔马在解析几何学上的贡献。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,笛卡尔认为数学可以有效地应用到科学中去。但古希腊人的几何学过于抽象，而且过多地依赖于图形；当时通行的代数学又完全受法则和公式的控制，,以至于成为一种充满混杂和晦暗，故意用来阻碍思想的艺术。笛卡尔主张采取代数和几何中的一切最好的东西，互相取长补短，以形成一个新的数学分支学科。笛卡儿开始用代数方法来解决几何作图问题，后来又产生了用方程表示曲线的思想。笛卡儿把代数学和几何学有机的结合起来，解决了空间形式和数量关系间的问题。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,拉格朗日在评论解析几何的优点时曾指出：只要代数和几何分道扬镳，它们的进展就缓慢，它们的应用就狭窄。但是，当这两门科学结合成伴侣时，它们就相互吸取新鲜的活力。从此以后，就以快速的步伐走向完善。笛卡尔创立的解析几何学，既促进了代数同几何两个学科的发展，又极大地推动了数学乃至整个自然科学的大发展。笛卡儿的变量和解析几何方法是数学发展的转折点，为以后微积分学的创立和发展打下了基础。,17351813,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,2对数的发明,为了改进和简化数学计算，英国人耐普尔(1552-1632)发明了对数，并在1614年出版奇妙的对数定律说明书中总结并发表了他的这项发明。,英国人布里格斯（15611630）把对数发展为以10为底的常用对数，并作出了常用对数表。拉普拉斯在评价对数方法的意义时说，它“用缩短计算的时间来使天文学家的寿命加倍。”,拉普拉斯(17491827),CompanyLogo,1718世纪的科学技术,3微积分的创立17世纪数学面临四个急需解决的难题:第一，已知物体运动的距离是时间的函数，如何求出物体在任意时刻的速度和加速度，反之，已知加速度，如何求速度和距离；第二，如何求曲线的切线；第三，如何求函数的最大值与最小值问题，如求炮弹获得最大射程的发射角等；第四，如何求曲线围成的面积和曲面围成的体积，如何求物体的重心等。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,上述这些问题都要求数学能提供一种方便而可靠的运算方法。而欧几里德几何学和16世纪的代数学都还不能满足这种需求。这就促使科学家去寻找新的数学方法。在牛顿和莱布尼茨之前，已先后有许多科学家从不同的方面探索和研究这些问题。开普勒在关于求最大值和最小值问题上曾做过具有开创性的研究。伽利略用不可分量和数学无限小概念讨论自由落体运动。卡瓦列里和华利斯的贡献在于求曲线下的面积。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,牛顿（16421727）创立了微积分学:牛顿把自己发明的微积分方法称为流数法。写在自然哲学的数学原理里。,莱布尼茨(16461716）德国著名哲学家和数学家，独立地创立了微积分，享年70岁。,科学史家认为，牛顿是微积分的第一个发明者，莱布尼茨是第二个发明者。,牛顿比莱布尼茨早10年发明微积分。他们二人的主要贡献是提供了一种比欧几里德几何学更为有效的数学工具。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,进入18世纪以后，许多科学家对微积分作了进一步的研究，从而产生了许多新的数学分支学科。最著名的人物有欧勒、拉格朗日和拉普拉斯等。但牛顿所留下的微积分的基础问题仍然没有得到很好的解决。,欧勒(LeonhardEuler,1707-1783)生于瑞士。,拉格朗日拉普拉斯（17361813）（17491827）,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,直到19世纪，法国数学家柯西(Cauchy，1789-1857)用极限理论把微分、积分、无穷级数的概念严密化，使微积分学才有了今天这样的特色。柯西被后世尊称为近代意义严格微积分的奠基者。,柯西1789年8月2l日出生于巴黎，在幼年时，他父亲常带他到参议院内的办公室指导他学习，因此他有机会遇到参议员拉普拉斯和拉格朗日两位大数学家。他们对他的才能十分赏识；拉格朗日认为他将来必定会成为大数学家，但建议他的父亲在他学好文科前不要学数学。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,二、物理学的发展,热学瓦特（1736-1819）,静电学库仑（1736-1819）,电学富兰克林（1706-1790）,电池伏打（1745-1827）,电磁学奥斯特（1777-1851）,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,二、物理学的发展古希腊给后世留下了欧几里德几何学和托勒密太阳系，阿拉伯人流传下十进位制、代数学、现代的数字和炼金术。中世纪给后人留下的东西不多。从哥白尼开始，当时的自然科学的主要工作就是掌握手边现有的材料。在大多数部门还必须完全从头做起。17世纪，实验科学如雨后春笋般地发展，在自然科学的园地里，人们从实验和理论结合上对自然进行探索，工匠传统和学者理性结合，产生了新的研究方法，造成了近代科学的最初成果。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1热学伽利略1593年制成第一个空气式温度计。研究热现象从测温开始。,18世纪布莱克提出热质说，认为热是一种特殊的物质，是一种流体，它可以渗透到物体中去，并在热交换中从一个物体流向另一个物体，但热质的总量守恒。,化学家布莱克（JosephBlack）1728年4月16日生于法国。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,由于热质说能解释许多已知的热现象，因而一度成为18世纪占统治地位的热学学说。1760年布莱克还区分了热和温度，提出了“潜热”、“比热”等概念，打下了量热学的基础。这些观点对瓦特改进蒸汽机有很大帮助。,瓦特(JamesWatt,1736-1819年)苏格兰发明家,苏格兰,威尔士,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,2电学,威廉吉尔伯特（W.Gilbert,1540-1603）英国医生、物理学家。1540年5月24日诞生于英格兰科尔切斯特的艾塞克斯的一个中产阶级家庭。尽管以磁学研究的先驱而闻名于世，但他终生的职业是医生。,1601年被招为伊丽莎白女王的宫廷医生。吉尔伯特起初研究过化学，后来花了二十年左右的时间，进行了关于电和磁的实验。1603年12月10日在英国伦敦去世，终年63岁。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,吉尔伯特终生独身，将闲暇全都用于搞物理实验。1600年出版的论磁一书，是他在物理学史上留下了不朽的位置。吉尔伯特对电作过详细研究。他用琥珀、金刚石、蓝宝石、硫黄、明矾等作了一系列实验，发现经过摩擦，它们都可以具有吸引轻小物体的性质。他认识到这是一种物质普遍具有的现象，因此根据希腊文琥珀（）引入“电的”(electric)一词，并把像琥珀这样经过摩擦后能吸引轻小物体的物体称做“带电体”。吉尔伯特还发明了第一只验电器。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1650年，德国物理学家格里凯（OttovonGuericke，1602-1685），在对静电研究的基础上。制造了世界上第一架起电机。实证了著名的马德堡半球实验。法国人丢费通过实验发现自然界中有正、负两种不同的电，并用实验证明了电有：同性相斥、异性相吸的性质。,17451746年荷兰莱顿大学的克莱斯和马森布洛克发明了一种能储存电荷的装置莱顿瓶。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,莱顿瓶,莱顿大学教授马森布洛克在收集电,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,18世纪70年代，英国卡文迪什（H.Cavendish，17311810）用实验证明：静电荷之间的作用力和它们间距离的平方成反比。,他还确定了万有引力常数G，计算了地球的质量。后人称他为“第一个称量地球的人”。,1785年库仑1736-1819用自制的扭秤实测了电荷间作用力的大小，发现了库仑定律，这是电学史上第一个定量规律。这一成果标志着电学研究从定性进入定量阶段，开始走上了科学的行列。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1752年10月富兰克林在费城做了著名的风筝实验，证明天空闪电和地电相同。他还发明了避雷针。,富兰克林（1706-1790）,风筝雷电实验,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,意大利解剖学教授伽伐尼在1780年通过蛙腿实验偶然发现了电流，伽伐尼认为存在着“动物电”。显然他的观点是错误的，但他的发现激发人们对电流的进一步研究。,伽伐尼(17371789),CompanyLogo,1718世纪的科学技术,17751800年间意大利巴维亚大学自然哲学教授、校长伏打亲自作了蛙腿实验后，发现伽伐尼的解释不对。他指出，伽伐尼电在本质上是两种不同金属和湿的动物体连在一起引起的，不是动物电而是金属电。伏打进一步研究发明了世界上第一个产生电流的装置伏打电池。,伏打在重做蛙腿实验,伏打（1745-1827）,1800年建立伏打电堆模型,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,3电磁学用实验方法探索磁的性质并从理论上加以概括的早期科学家是吉尔伯特。吉尔伯特（1540-1603）根据自己所知道的磁力现象，建立了一个初步的但相当重要的理论体系：地球是一块巨大的磁石，只是表面上为一层水、岩石和沙土遮盖着。地球这块大磁石的两极与地理上的两极接近，但不完全重合，地磁的北极所吸引的是磁石的真正南极。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,奥斯特（1777-1851）,电磁理论产生的突破口，是丹麦物理学家奥斯特关于电流磁效应的发现。自从吉尔伯特提出电和磁彼此独立无关的论断以后，科学家们受这种思想的影响，只是孤立地研究电和磁。而奥斯特由于受德国古典哲学的统一性的影响和启发，一直坚信电和磁之间有某种关系，电,一定可以转化为磁。并于1807年开始研究探索。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1819-1820年。奥斯特在给学生讲课时，意外发现电流附近的小磁针发生偏转的现象。随后又做了60多次试验，确证了电流磁效应的存在。,奥斯特研究电流的磁效应,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,三、化学的发展,玻意耳（16271691）使化学成为一门独立的科学,拉瓦锡（17431794）使化学发生了革命,1993年两书由武汉出版社,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,三、化学的发展1从炼丹术、炼金术到化学：第一次化学革命,玻意耳（16271691）,怀疑的化学家（1661），批判三元素说、四元素说，建立科学的元素学说。波义尔从理论体系、研究对象和研究方法上，完成了化学史上的第一次革命。,武汉出版社1993,北大出版社2007,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,2从燃素说到氧化说：第二次化学革命,拉瓦锡（17431794）,其代表作化学基础论(17781780)提出的氧化说，把被燃素论者颠倒的影像重新恢复过来。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,海尔蒙特柳树实验水变成土,海尔蒙特(15791644),很长一段时间人们相信水可以变成土的观念。海尔蒙特曾做过有名的柳树实验。,5磅柳树杆200磅烘干的土,树重169磅盎司200磅土差盎司164磅树杆来自水,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1786年，拉瓦锡用蒸馏过8次的纯净水在封口玻璃容器内称重加热，让水整整煮沸了100天，从实验上更精确的证明了:水并不能变成土。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,对燃素说的研究以及对燃素的否定是拉瓦锡化学革命的核心问题。拉瓦锡重复了前人关于燃素问题的一些实验，甚至不惜用金刚石做试验，以证明没有空气金刚石不会燃烧起来。在实验中，他发现燃烧磷和硫之后得到的物质比原来磷和硫质量之和要重。他断定：“一定是空气中某种东西加入了反应，才是的反应物质量变重”。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1744年，拉瓦锡设计了一个新的实验以验证这种看法。在一个密闭容器中加热锡和铅，从前的实验都表明，带有金属灰的金属比原来重，但这次却发现整个容器加热后并不比从前重。这个实验充分证明：金属燃烧的结果是与部分空气相化合。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,就在拉瓦锡在科学研究上取得一个又一个的重要进展时，1789年法国大革命爆发，拉瓦锡由于曾经担任过包税官而被捕入狱，并于1794年5月8日处以绞刑。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,四、生物学的发展,生物命名法林耐（1705-1778）,自然史布丰(1707-1788),进化论拉马克(1744-1829),细胞发现者,渐成说提出人哈维（1578-1657）,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,四、生物学的发展近代生物学革命性变化发生在生理学领域，而博物学仍延续古代搜集材料的做法。到了18世纪，博物学家所积累的物种数目大增，客观上面临着由积累材料向整理材料，由经验向理论概括的过渡。这样，生物分类学提出来了，物种起源也被提出来了，生物进化思想开始了由萌芽状态不断走向成熟。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1林耐生物分类学鼻祖早在古希腊时期，亚里士多德就提出了“属”和“种”的概念作为生物分类的依据。,1623年，瑞士植物学家鲍兴（Bauhin，15601634）描述了6000多种植物，,到了1700年，植物学家又发现了12000个新种。动物学也面临着同样的材料“爆炸”问题，对生物物种进行科学分类就变得极为迫切。,林耐的自然系统书影,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,17世纪，生物学家逐渐形成了两套分类方法：一是所谓人为分类法，以分类者的方便和考虑，选取植物和动物的少数甚至某一个器官的形态特征作为分类标准，将生物物种人为地划分为界限分明的、不连续的几类，意大利的马尔比基（16281694)是该类的代表。二是所谓自然分类法，它以生物的多个甚至全部器官的形态特征作为分类标准，将物种自然地划分为连续的、彼此有亲缘关系的多种类别，英国的约翰雷伊（16271705）是代表人物。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,林耐生于瑞典一个园艺家庭。大学毕业后周游欧洲列国，1739年任斯德哥尔摩科学院第一任主席，1741年回母校乌普萨拉大学任教直到逝世。林耐在生物学中的主要贡献是建立了人为分类体系和双名制命名法。“知识的第一步，就是要了解事物本身。这,林耐（1705-1778）,就意味着对客观事物要具有确切的理解；通过有条理的分类和确切的命名，我们可以区分并认识客观。物体；分类和命名是科学的基础。”,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1735年出版的自然系统作为代表作，第一版仅12页，到1768年，第12版时已成为1327页的巨著。,林耐把自然界分为三界：动物界、植物界和矿物界。对植物界，林耐依据雄蕊和雌蕊的类型、大小、数量及相互排列等特征，将植物分为24纲、116目、1000多个属和10000多个种。纲、目、属、种的分类概念为林耐首创。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,发表于1745年的欧兰及高特兰旅行记中，林耐提出了他的双名制命名法，以后又在1753年的植物种志一书中全面推广。所谓双名制是指每个物种均用两个拉,丁字去命名。属名在前，种名在后，学名由属名和种名组成。这种命名方式简明而又精确，很快得到生物学界的公认，结束了从前在生物命名问题上的混乱局面。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,林耐的工作虽然主要在植物学领域，但也将人为分类法运用到了动物界。1746年出版的瑞典动物志一书中，他将动物分为6大纲：哺乳纲、鸟纲、两栖纲、鱼纲、昆虫纲及蠕虫纲。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,引人注目的是，他发现了人与类人猿在身体构造上的相似性，从而将人与猿类归入同一个属。这大概是近代以来首先确定人类在动物界的位置。再后来，林耐也意识到自己的人为体系的局限性，他说：“人为体系只有在自然体系尚未发现以前才用得着；人为体系只告诉我们辨识植物，自然体系却能把植物的本性告诉我们”。但他又告诉我们，自然体系过于复杂和随意，很难成功的建立。林耐本人虽然抗拒进化思想，但他的生物类工作客观上推动了进化思想的成长。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1778年1月10日林耐去世，葬礼极为隆重。他的书籍和收藏的标本被富有的英国博物学家史密斯买去了，等瑞典人意识到他们丢失了多么贵重的东西是已经晚了。据说瑞典海军曾接到命令截回装载林耐遗物的英国船只，无奈英国船太快，未能追上。,林耐（1705-1778）,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,2布封进化思想的肇始,18世纪中叶，生物学进入了大发展的前夜，彼此对立的观点分别成熟起来，物种不变和物种可变的两派观点之对立亦开始形成。林耐可看成是神创论、物种不变的代表，而与林耐同时代的法国生物学家布丰则在生物学中引进了变化和发展的思想。,布丰(17071788),布丰只小林耐几个月。1739年布丰被任命为皇家植物园园长，从此几十年如一日，以植物园为园地潜心研究自然史。每天工作在12小时以上，在这里历时50年写出宏篇巨著自然史。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,自然史全书共44卷，布丰生前完成了前36卷，后8卷由他的助手整理出版。这是自普林尼以来，人类又一次全面描述自然的各个方面的百科全书式的著作。,自然史一书的重要意义不只是它在科学普及方面的重大影响，更重要的是它所表达的自然界的进化思想。布丰不同意林耐的人为分类体系。在他看来，自然界的万事万物基本上是连续分布的，并不存在明显的间断性，所谓纲、目、属、种纯粹是人为引进的，在自然界并不存在这类东西。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,为了提高分类的真实性，人们就必须不断增加分类的等级，这就使少数几个分类范畴显得简单而武断。布丰首次给出了自然界岩画的图景。在自然史（1778）以及地球理论,（1749）和自然的世代（1778）两本代表作中，他大胆地猜测地球经历了7个发展阶段，布丰的地质分期理论在今天看来虽然十分幼稚，但这种思想是极为了不起的创建。因为当时人们依据圣经普遍相信，地球和人类都是在大约6000年前被上帝创造出来的。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,他还猜测到了生物变异与环境的相互关系，提出了物种可能拥有共同祖先的看法。但他关于进化的思想基本上处于思辨和猜测阶段，没有从物种谱系中具体加以论证。由于他最先提出了这一革命性思想，因而受到的宗教压力也最大，思想也足以不稳定和全面。布丰去世的这一年（1788）是林耐逝世10周年，法国大革命的前一年，革命的非常时期，布丰的陵墓被破坏，儿子上了断头台。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,3拉马克进化论的伟大先驱18世纪最后一位伟大的生物学家拉马克1744年生于法国一个破落贵族家庭。参加完普法战争后到巴黎高等医学院学习医学，开始接触植物学。这期间常去,拉马克(17441829),特里亚农皇家植物园和巴黎皇家植物园听讲，结识了卢梭特里亚农植物园园长朱西厄（16991777），朱西厄对拉马克十分欣赏，指导他研究植物学，给拉马以很深的影响。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1778年拉马克出版了三卷本的法兰西植物志为自己在植物学界赢得了地位。在巴黎植物园园长布丰提议下，1779年当选为院士。1788年布丰去世，其继任者为拉马克谋到皇家植物园植物标本管理员的职务。1801年，拉马克出版了无脊椎动物的分类系统第一次提出生物进化思想。在书中，他首创“脊椎动物”和“无脊椎动物”概念，并引进了“生物学”一词（biologie）。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,在进化机制方面，拉马克认为生物进化的动力有两种：一是生物内部固有的向上发展的倾向；二是外部环境对生物体的影响。1809年，拉马克巨著动物学哲学出版，系统阐发了其进化理论。,拉马克的“用进废退学说”,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,4哈维：细胞发育“渐成说”提出人胡克显微镜下的大发现早在1665年，英国化学家、物理学家胡克（16351703）用自制的显微镜（世界上第一架显微镜由伽利略制成）观察软木时，发现了细胞（cell），细胞一词一直沿用至今，它是表现生命现象的基本结构和功能单位。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,4哈维：细胞发育“渐成说”提出人近代胚胎学始于哈维所著并于1651年出版的动物的发生一书，他研究了鹿的胚胎生长以及孵蛋中的小鸡发育，认为动物胚胎是从不定形和同质的物质，逐渐发展成为一个由分化和异质的各部分形成的有机体。据此哈维提出了胚胎发育“渐成说”。,英哈维（15781657）,但当时大多数生物学家都赞成“预成说”。他们认为有机体在其种子内已经分化，并完全形成了。后来胚胎的发育不过是预成的微型动物的扩大，没有任何分化和新增部分。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,哈维在意大利学医时，常常去听伽利略讲授的力学和天文，伽利略注重实验的做法，对哈维影响极大，这为他日后研究医学，发现人的血液循环奠定了基础。名言“无论是教解剖学或学解剖学的，都应当以实验为依据，而不应当以书籍为依据；都应当以自然为老师，而不应当以哲学为老师。”,英哈维（15781657）,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,18世纪德国科学家沃尔夫用小鸡的实验材料说明：小鸡的肠子不是在卵内预先形成的，而是在胚胎发育的过程中逐渐形成的，开始时，由一片组织沿着长度折起来逐渐形成一条沟，随之又卷成一根管子，最后发育成小鸡肠子。沃尔夫以有力的实验事实说明了“渐成说”理论的正确性。沃尔夫被后人誉为“近代胚胎学的创始人”。,沃尔夫（17331794）,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,五、近代天文学诞生与发展,威廉赫歇尔（1738-1822）天王星发现者,哈雷(1656-1742)哈雷彗星发现者,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,五、近代天文学诞生与发展15世纪以来，环球航行和地理大发现，大大推进了天文观测和天文研究的进展。1543年，哥白尼的日心地动说真实地揭示了太阳系结构，把被地心说颠倒了1000多年的日地关系颠倒了过来。从此天文学从神学中解放出来，成为尽到天文学诞生的标志。之后许多科学家在哥白尼“日心地动说”的基础上，开始研究天体的运动规律，形成了一系列天文学分支学科，主要有天体力学、天体物理学和天体测量学。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1.天体测量学天体测量学的主要内容是研究和测定天体的位置和运动，建立基本的参考坐标系和确定地球表面坐标。在古代，对天体测量一般凭眼睛。1609年伽利略自制的第一架望远镜使天文观测手段发生了巨大的变革。,威廉赫歇尔（1738-1822）,在伽利略对金星、银河系观测的基础上，后来英国著名天文学家威廉赫歇尔用自制的大型望远镜对全天空的恒星进行观测，并绘制了人类第一张银河系结构图。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1781年，威廉赫歇尔与妹妹洛琳赫歇尔用自制的反射式望远镜发现在金牛座的群星中有一颗前所不知的星星。后经英国天文学家麦斯克雷的观察，确认它是太阳系的一颗新成员天王星。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,18世纪以后，观测手段和方法不断改进。1800年威廉赫歇尔发现红外辐射，1801年德国物理学家又发现了紫外辐射，这些重大发现,克服了人眼可见光的局限，把人类对天体的研究领域极大地扩展开来。天王星发现后，天文学家对其运行情况进行观察和编制星表。并运用万有引力定律，从它的运行情况推算出这颗行星的位置。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,2.天体力学天体力学研究天体之间的相互作用和力学运动。自17世纪牛顿发现了万有引力定律之后，逐渐形成了研究天体的力学运动的天文学分支天体力学。,哈雷(16561742),天体力学的早期著名成果，是英国天文学家哈雷对一颗大彗星的重要观测。哈雷长期从事于彗星轨道的计算，他在1705年发布的彗星天文学里，写下了他计算过的24颗彗星的抛物线轨道。并预言了这颗彗星的回归周期为75或76年。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,六、第一次技术革命：蒸汽机的发明,瓦特（1736-1819）,富尔顿（1765-1815）,史蒂文森（1781-1848）,伏尔泰（1694-1778）,狄德罗（1713-1784）,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,六、第一次技术革命：蒸汽机的发明蒸汽机技术革命发生在18世纪中期至19世纪，它以纺织机械的革新为起点，以蒸汽机的发明和应用为标志，实现了工业生产从手工工具到机械化的转变。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1技术发明与英国产业革命（1）纺织业的发展与动力机械的发明英国产业革命是从纺织业开始的。棉纺业的发展，冲击了传统的毛纺业。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,英国产业革命和技术革命产生的背景（1）英国资产阶级通过革命取得了政权，为资本主义的发展铺平了道路。（2）生产的发展，对技术提出了迫切的需求。（3）3个世纪的圈地运动，造就了大批的无产者。（4）农业耕作技术的改革与改良为工业革命准备了粮食和原材料。（5）英国通过殖民统治，积累了大量的资本。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1733年，钟表匠出身的约翰凯伊（JohnKay,1704约1764）发明了飞梭，用飞梭的自动往返代替了手工投递，提高织布效率1倍。,到1760年，飞梭已普遍推广使用，造成纺纱与织布之间新的矛盾，出现了“纱荒”。1764年，曾当过木工的织布工人哈格里沃斯行走时不小心踢翻了他女儿珍妮的纺车，横放的轮子带动着立起来的锭子飞快地转动着，这时他想如,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,果把几个锭子同时竖起来，其效率不是比一个横锭的效率要提高几倍吗？于是他发明了效率可以提高8倍的有8个竖锭的纺车。,为了纪念他女儿的纺车给予他的启示，哈格里沃斯把自己发明的纺车命名为“珍妮纺车”，并在1770年申请登记了专利。到1790年，珍妮纺车在英国普遍推广。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,飞梭和珍妮机的意义约翰凯伊发明了飞梭，飞梭能否算做一个机器呢？工具是指人从事劳动、生产所使用的器具，它直接作用于劳动对象，如斧头、钳子、缝纫针；机器是由三部分：工具机（或作业机）、传动机和动力机组合而成。因此凯伊的飞梭只能是工具的一个部件，不是机器。而工业革命是从发明和使用机器开始的，所以飞梭的发明不是英国工业革命的开端。尽管飞梭不能算作是完整意义上的机器，但它的功效是显著的，飞梭的使用造成了纺与织之间的不平衡，一个织工往往需要68个纺工供给棉纱，引起严重的“纱荒”。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1769年，英国理发师阿尔克莱（S.D.Arkwringt,1732-1792）发明了用水力带动的“水力纺纱机”。阿尔克莱特作为发明家一直被人怀疑，因为他早先是一名理发师，对机械制造一窍不通。,水力纺纱机,据说他偷窃了木匠海斯于1767年发明的“环铃纺纱机”，加装了一套转动设备有水轮带动，初步解决了动力不足的问题。1771年，阿尔克莱特在曼彻斯特建立了第一个水力棉纺纱厂。水力纺纱机纺出的纱虽然结实，但略显粗糙。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1779年，童工出身的英国人塞缪尔康普顿（17531827）将阿格莱特的水力纺纱机与哈格里沃斯的“珍妮机”相结合，发明了新一代的走锭纺纱机，称为“骡机”，意为通过杂交得来。,这样又导致棉纱过剩，特别是用水力作动力，受到地域限制和自然条件限制，在这种情况下，纺织业的发展，急需新的动力机械。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,（2）采煤业急需新的动力机械采煤业的发展，导致矿井的深度不断增加，深井抽水动力成为问题。（3）瓦特蒸汽机的发明与完善,巴本（16471712）,1679年，法国著名的工程师巴本（DenisPapin）研制出“蒸煮器”。实际上，“蒸煮器”相当于现代人常用的高压锅。在此基础上1690年巴本制成第一台带活塞的蒸汽机。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,继巴本之后英国工程师萨弗里（16501715）又发明蒸汽泵，用于矿井抽水。蒸汽泵是第一台投入使用的蒸汽机，被称为“矿工之友”.,萨弗里的蒸汽提水机示意图,与巴本的蒸汽机不同，它没有活塞，因为它的直接目的就是抽水。不过，它的缺点十分显著：它不可能将水提很高，而且，它的热效率太低。蒸汽机的下一步改进是英国的工程师钮可门（16501729）完成的。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,萨弗里的蒸汽泵出来后，马上吸引了当时还是铁匠的钮可门。看到萨弗里的蒸汽泵不能把水体得更高，并且热效率又低，为此他专门拜访了年迈的胡克，胡克向他讲述了一些相关的物理知识。后来他又与萨弗里一起讨论改进方案，最终于1705年造出了一台蒸汽机。这台蒸汽机吸取了巴本,蒸汽机和萨弗里蒸汽机的优点，到了1712年，英国的煤场和矿场基本上都用上了这种新式蒸汽机。又过了半个世纪，工业生产对于动力机的需求空前高涨，钮可门蒸汽机只能用于矿山抽水，不能满足新的需要，瓦特蒸汽机应运而生。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,瓦特在改良蒸汽机,1763年，瓦特（17361819）受命修理格拉斯哥大学的一台钮可门蒸汽机，得以仔细研究钮可门蒸汽机的结构。他发现钮可门机的热量浪费太大，每一次蒸汽进入气缸以后，为了得到真空都要用冷水冷却，下一次蒸汽先得将已冷,却的气缸加热才能推动气缸使气缸充满高温蒸汽。在这一冷一热的过程中，热量损失太大。1765年，瓦特终于想出了在气缸之后再加一个冷凝器的主意。1769年，瓦特造出第一台样机，并获得发明冷凝器的专利。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,瓦特1769年设计的第一台蒸汽机,1782年，瓦特进一步设计出了双向气缸，使蒸汽轮流从活塞的两端进入，使热效率又增加了1倍。经过进一步改进后的蒸汽机，成了效率显著，可用于一切动力机械的万能“原动机”。蒸汽机改变了整个世界,的时代正式来到了。到了1790年，瓦特机几乎全部代替了老式的钮可门机，瓦特开始作为蒸汽机的发明人而受到尊敬。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,瓦特机的广泛利用使工业革命进入新的搞潮，古老的人力、畜力和水力被蒸汽动力所代替，工厂不必再建在水流湍急的地方，大规模生产不仅可能而且成为必要。纺织业、采矿业和冶金业在瓦特机的带动下迅猛发展，而为了制造瓦特机又使机械制造业繁荣起来。,瓦特（JamesWatt）（17361819),瓦特的双动旋转式蒸汽机成为近代蒸汽机的样机。以后的发明大都属于机械结构上的完善、效率的提高和为适应各生产部门的专业要求所作的各种改进。在瓦特之后，人们开始把蒸汽机引向大功率、高参数、经济、安全、可靠的现代化的发展方向。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,美国发明家伊文斯（17751819）在钮可门和瓦特发明的蒸汽机的基础上，发明了高压蒸汽机。（4）富尔顿蒸汽船的发明者,富尔顿（17651815）,1784年以后，蒸汽机已成为一项成熟的技术进入实用阶段。第一艘能使用，并最终使蒸汽动力用于水运的是的是美国工程师罗伯特富尔顿（R.Fulton）。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,富尔顿制造的“克莱蒙号”轮船,1803年，美国人富尔顿发明的汽船在法国塞纳河上行使。1807年，富尔顿回美国建造了“克莱蒙号”轮船。这次成功标志着轮船时代的开始。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,（5）斯蒂芬森蒸汽机车的发明和改进,1814年英国发明家斯蒂芬森（17811848）在前人成果的基础上，设计制造了世界上第一台实用的蒸汽机车并在基林沃斯煤矿上运煤。1815年他又针对第一台车的缺点和问题，重新设计制造了第二台蒸汽机车，使速度提高1倍。在结构上成为现代蒸汽机的雏形。,斯蒂芬森（GeorgeStephenson）（17811848）,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,1825年由斯蒂芬森负责勘测和修建的斯托克顿大林顿铁路正式通车。全长30英里，这是世界上第一条公共交通铁路。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,2启蒙运动与科学精神在法国的传播英国资产阶级革命成功之后，在法国出现了一批著作家，他们宣传社会进步的理想，把他们的时代比作一个人类由蒙昧进入文明、由黑暗进入光明的黎明时期，需要由知识来扫荡人心中的迷信和无知，需要由理性的力量来支配人类生活的一切方面。只有理性才能保证人类社会的进步，理性是衡量一切事物的尺度和准绳。他们的著作和思想长久的在法国以及欧洲流传并发挥影响，形成近代史上著名的启蒙运动。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,伏尔泰是启蒙运动的代表人物，18世纪法国启蒙运动的倡导人，他在文学、史学、哲学、自然科学和政治等方面写了大量著作，近百卷之多。法国启蒙运动的著名人物如狄德罗、卢梭、孔狄亚克、布封等人，无不是他的后辈，对他推崇备至，公认他是,伏尔泰（1694-1778）,他们的导师。1726年来到英国，学习哲学家洛克的社会政治理论和牛顿力学。伏尔泰写成牛顿哲学原理（1738）牛顿的形而上学（1740）为法国普及牛顿力学做出巨大贡献。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,百科全书领袖狄德罗（17131784）是一位杰出的思想家，天才的组织者和坚强的战士，因思想出众坐牢3个月。出狱后，一位出版商建议他将英国人钱伯斯百科全书（1728）扩充，编一部法国人自己的百科全书。他认为这是推动启蒙运动的一个有力的措施。,1746年开始编写，1772年出版。百科全书一出版，立即成为启蒙运动最伟大的成果。狄德罗和他的百科全书对于掀起1789年的大革命贡献很大，但他于1784年去世，没能亲眼目睹这场伟大的革命。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,大革命时期的法国科学法国大革命诞生的第一个科学成果是建立度量衡制度。1790年，国民议会责成巴黎科学院组成计量改革委员会。次年，委员会提议以赤道到北极的子午线的一千万分之一为基本长度单位。,并成立了测量、计算、试验摆的振动、研究蒸馏水的重量以及比较古代计量制度五个小组。,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,法国的启蒙运动留给世人宝贵的精神财富是平等、自由、博爱。1795年4月7日，国民议会颁布了新的度量衡制度：采用十进位制；米的长度以经过巴黎的子午线自北极到赤道段的一千万分之一为标准，并铸出铂原器；1L等于1立方分米；1cm3、温度为4的纯水在真空中的质量为1g。1799年测地学家新的大地测量工作最终完成，铸出了纯铂米原器，上面写道：“永远为人类服务”。,国际千克原器。现今保存在巴黎的国际计量局总部,CompanyLogo,1718世纪的科学技术,七、17