数理传统与归纳传统的统一

数理传统与归纳传统的统一一、19世纪科学发展概况1.19世纪科学的总体特征数理科学与归纳科学的综合与统一，归纳科学的数学化，数理科学的实验化理论科学的潜在的应用性，很快被显现出来。电磁学、热力学、工业化学科学体制进一步健全，学院传统与工匠传统进一步融合。博物学传统中出现了空前伟大的成就：进化论。“自达尔文以后，世界就不同了。”2.归纳科学的数学化库仑定律（电静力学）安培定律（电动力学）傅里叶定律（热学）欧姆定律（电学）焦耳定律（电学与热学）麦克斯韦方程3.经典科学与归纳科学向着力学世界观统一场——以太振动模型基础之上的电磁学、光学、力学的统一能量概念之上的力、热、光、电、磁的统一二、电磁学理论的建立1.电流的磁效应18世纪结束时，电学的最高成就是库仑定律1820年，丹麦物理学家奥斯特（1777－1851）发现电流的磁效应。同年，法国物理学家安培（1775－1836）提出安培定律（载流导线之间的相互作用力定律），奠定了电动力学的基础。电流的方向欧姆（1789－1854），1826年发表欧姆定律（电流与电势差成正比与电阻成反比问题：电流有磁效应，磁有没有电流效应呢？2.法拉第的发现英国物理学家麦克·法拉第（1791－1867）出身贫苦，幼年失学，在印刷厂当童工时学习零星的科学知识1812年，聆听戴维的讲演，得到戴维的赏识，到了实验室当一名刷瓶子工人。次年成为戴维的助手。游历欧洲。在电化学方面显示出卓越的实验才能，1824年选为皇家学会会员。一生对科学一往情深，对金钱和地位不屑一顾。从1820－1862，每天坚持做实验日记，1932年出版，共七大卷3236页。1831年，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。这个电流称为感生电流，制作出发电机与电动机最早的模型。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）。破除了牛顿的超距作用概念。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。1832年的一封信中实际上提出了电磁波的概念：“我认为，磁力从磁极出发的传播类似于起波纹的水面的振动或者空气粒子的声振动。也就是说，我打算把振动理论应用于磁现象，就像对声音所作的那样，而且这也是光现象最可能的解释。”1845年发现磁的旋光效应（法拉第效应）1846年提出光的本性是电力线和磁力线的振动3.麦克斯韦电磁理论英国物理学家麦克斯韦（1831－1879），爱丁堡的名门望族，数学天才，1871年回到剑桥任实验物理学教授，1857年提出土星光环的颗粒构成理论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经典。4.赫兹的发现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年实现无线电通讯三、能量守恒与转化定律的确立1.热质说的问题热质说成功的解释了热量守恒定律，但热质有没有质量？美国人本杰明·汤姆逊（伦福德伯爵）因反对独立战争，流落到英国、德国，在巴伐利亚获封，在慕尼黑兵工厂发现加工炮弹会生成大量的热，这个现象用热质说不好解释。同一时期，戴维的磨擦冰实验也提出了这个问题。2.热力学第一定律德国医生迈尔（1814－1878），从思考动物热问题出发，演绎推理出能量守恒的思想，过于抽象和思辩，不被人理解。英国物理学家焦耳（1818－1889）啤酒厂厂主，是位业余科学家。1840年，通过测定电流的热效应，得出焦尔定律（发热与电阻成正比，与电流的平方成正比）热功当量（每千卡热量＝460千克米）1847年，德国物理学家赫尔姆霍茨发表“论力的守恒”，系统地表述了能量守恒原理。3.热力学第二定律英国物理学家威廉·汤姆森（开尔文勋爵1824－1907）发现：热总是不可避免的要从高温流向低温热二定律：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。德国物理学家克劳修斯（1822－1888）给出的表述：热量不可能自动地从较冷的物体转移到较热的物体。熵增定律：一个系统热含量与其绝对温度之比在系统孤立时总是增大宇宙热寂说4.分子运动论气体定律与分子层次的微观解释。分子的动能对称气体的温度玻尔兹曼（1844－1906），提出了热力学第二定律的分子层次的微观解释四、科学的制度化和组织化1.科学家的社会角色scientist一词最早出现在1833年，在剑桥召开的英国科学促进会的会议上，由威廉·休厄尔（WilliamWhewell）提议仿照artist造出的新词。这个词并不被当时像法拉第这样的科学家所认可。近代科学革命以来，今天被我们称为“科学家”的那些人的社会角色是什么？如何谋生？在哪里工作？1585年，意大利人加尔佐尼在威尼斯出版《世界职业大全》，除了医生是一个体面职业外，数学家、机械师、天文学家都只是一字带过不存在一个统一的科学界或科学家职业，不存在一套为了成为科学家而必须接受的教育和训练体系伽利略时代，“哲学家”是有地位的牛顿时代，“自然哲学家”有明显职业化倾向，涵盖皇家学会会员们的科学活动2.科学活动制度化的过程作为汇集知识精英的大学，并不是近代科学的策源地。大学是保守势力的大本营，容不下科学革命家。科学革命的先驱者，大多散布在民间，从事各种各样的职业1600－1850年间，学会、学院是科学活动的中心，科学研究的业余化、非职业化1850年开始，大学重新成为科学精英的汇集之地，大学教授同时承担科研和教学双重任务，研究性大学出现20世纪，工业界、政府、基金会大量投入经费支持科学研究，科学的职业化彻底完成3.科学活动的组织化实验科学需要资金支持，16－17世纪的主要资助方式：宫廷资助1560年意大利人波尔塔（1535－1615）创立“自然秘密研究会”，不久指为巫术团体被取缔1603年在罗马成立林琴（Lincei，山猫、猞猁）学院，伽利略为重要成员，1630年因赞助人去世而解散1657年佛罗伦萨成立“实验（Cimento，齐曼托、西芒托）学社”，伽利略的学生托里拆利和维维安尼是发起人。1667年赞助人美第奇家族不再赞助，遂解散。科学组织的初步建立：英国皇家学会和巴黎科学院英国皇家学会17－18世纪的资助方式：国家介入，以皇家学会为例1640年代，哥白尼派的牧师威尔金斯（1614－1672）在伦敦组织“哲学学会”1660年，建筑师雷恩（1632－1723）倡议成立一个新的团体，并选威尔金斯为主席，但英王查理二世要求变成皇家科学组织1663年正式成立英国皇家学会，“以促进自然知识为宗旨”。本学会召集的日常会议的事务，是安排、考虑、审议和讨论哲学实验和观察报告。……本学会不会承认任何古代和当代哲学家提出或提到的任何自然哲学原理的假说、体系或学说。1665年，学会的机会刊物《皇家学会哲学学报》由学会秘书、商人奥尔登堡自费出版整体上体现典型的英国式经验主义风格，是培根精神的体现；名为皇家学会，实为民间组织早期工艺师、商人较多，机械、航海技术等问题受到重视巴黎科学院巴黎科学院（1666）经路易十四批准成立，提供经费和津贴，外籍院士惠更斯的思想影响了法国科学院。同年出版《科学通报》1667－1672，巴黎科学院建成巴黎天文台，由意大利天文学家卡西尼（1625－1712）主持1699年法国科学院把科学分成六大门类，三个数学（地理、天文和数学），三个医学（解剖、化学和植物学）。18-19世纪新兴的科学组织1724年圣彼得堡科学院，主要来自瑞士的学者，伯努利家族，欧拉1743年，富兰克林创立美国哲学会1747年，瑞典天文台建立1753年，英国基尤地区的皇家植物园建立1794年，巴黎皇家植物园改造成自然博物馆4.18-19世纪研究机构的变迁大学和传统研究机构向发展科学技术方向改造拿破仑充分认识到科学对于国家的战略意义，创办一批军事学校和工科学校，1794年法国综合工艺学校（EcolePolytechnique）1799年英国皇家研究院成立，为戴维、法拉第提供了研究场所，与此同时，一批机械学院诞生。1810年德国柏林大学建立，德语区的大学里重视自然科学，大学不仅是传授知识，而且生产知识，研究型大学来源于此。19世纪后期，德国建立了一批技术专科学校（TechnischeHochschulen）科学家的培养体制开始形成5.科学交流方式的改变私人通信学会刊物1665年，巴黎创办了《学者报》（LeJournaldesscavants），主要是书评伦敦创办了《哲学学报》（PhilosophicalTransactions），主要是学会秘书的书信摘录欧洲创办科学期刊1668年，罗马《意大利文献报》1670年，莱比锡《教师学报》，莱布尼兹在此发表微积分运算的文章1673年，哥本哈根《哥本哈根医学与哲学学报》1684