科学前沿与哲学演示文稿

科学前沿与哲学演示文稿现在是1页\一共有170页\编辑于星期日（优选）科学前沿与哲学现在是2页\一共有170页\编辑于星期日科学：天才引导的历程

自古以来，人类有两类观念系统，一类是神话想象系统它们虽然自由而

探索精神，但由于它无法使真理从错误和假象中区分出来而受到局限。另一类观念系统是那些以常识为基础的理性哲学。这些理论强调观念必须是可靠经验之概括，但由于它们缺乏正确的结构，使得理论系统仅仅起到整理与储存人类可靠常识的作用。而科学研究在受控观察与实验基础上，遵循逻辑规范不断纠正探索创造进程中的失误，具有扩大可靠经验的能力。

远古—18世纪：实际需要推动技术进步，除了偶尔的发现带来发明外，需要常常在发明之前，纯粹科学还是学者的个人兴趣，科学研究滞后于技术革新，这在工业革命中表现的特别显著。美国科学家沃伦·韦弗认为：“科学应当是最有才华的科学家真正要做的事。”现在是3页\一共有170页\编辑于星期日《飞跑的Atalanta》（1618）为了了解自然的秘密，科学家在跟随她的足迹：大自然是向导，理性是手杖，经验是眼睛，阅读是灯火，所有这些都是探索自然奥秘所必备的。现在是4页\一共有170页\编辑于星期日认知结构：人与对象的反馈耦合任何一个客观事物，它和我们的关系可以归结为两个部分：1.一部分是客体对主体的作用，包括主体所接受到的客体的信息及客体对主体的各种作用、影响。它们反映在客体的输出中，可以称之为客体的可观察量。2.另一部分是主体对客体的主制作用，包括主体传递给客体的信息及主体对客体的各种作用、影响，可以称之为客体的可控制变量。实践与认识活动就是主客体的反馈耦合关系形成的认知结构。科学研究的目的和结果必须得到对世界某些部分的理解和控制。所谓抽象，就在于用一种结构上类似但是又比较简单的模型来取代所研究的世界的那一部分。科学知识是一系列抽象模型组成的。主体客体可控制变量可观察变量现在是5页\一共有170页\编辑于星期日自然规律：自然现象间的本质联系哲学家把规律定义为现象间的本质联系，认知结构的控制论分析则将规律看作黑箱输入和输出，或者输出之间的约束。实际上，这些说法是等价的，体现仪器原理的输入-输出关系，往往就是自然规律成立的约束条件，自然规律与仪器原理同构。就拿牛顿第二定律为例，它无非是说当输入F作用于质量m时，物体的行为表现为机械运动加速度a的输出，质量m就是力学体系中某个单元的功能函数。而牛顿第三定律提到的反作用力，正是力学体系中的负反馈机制，它导致机械运动不扭曲空间结构，保证空间的均匀性，使得动量守恒。现在是6页\一共有170页\编辑于星期日实践能力提高：从特殊深入到普遍规律可以分为一般规律和特殊规律。某一规律成立所依赖的条件越少，这一规律就越普遍。人类对规律普遍程度的认识取决于变革世界的能力，随着人控制自然的能力的增加，其认识规律的普遍性越大。因为人是在改造和控制世界的过程中认识规律的，只有改造世界的能力大到一定程度，才能发现自然界更深层次的不变量。古人不知道水在1000C沸腾是特殊规律，因为他们不知道控制气压，因此也不可能找出这一特殊规律所依存的条件。如果人不是先认识了机械能，则能量守恒定律就不会被发现。现在是7页\一共有170页\编辑于星期日认识能力提高：从普遍下降为特殊随着人类观察和改造客观世界的能力增强，变量及变量之间的约束关系也越来越多地被发现。人类原来所发现的变量之间的约束关系随着科学的发展，往往被发现是处于更多变量的约束之中。也就是说，随着科学的发展，人们将发现更多的规律所依存的条件。这实际上就意味着一个普遍规律将越来越下降为一个特殊规律。19世纪的能量守恒定律，在相对论中表现为质能关系的特殊形式；宇称守恒以及破缺，是CPT守恒的特殊形式，等等。现在是8页\一共有170页\编辑于星期日自然规律与人：科学以人为中心人从不把完全可控的客体当作科学研究的对象，只有当人类对自然谋求更大的控制权时，才会产生科学。而那些人类一时无法控制但又企图去控制的事物，便会成为科学研究的第一批对象。人类一旦认识了那些不可控制的变量与我们可以控制的变量之间的联系，就把认识到的这种联系称为自然规律；这些规律使人的控制能力扩大，这扩大了的范围又成为科学的新起点……因此，科学有一个中心，即人本身，有一个出发点，即他最初所具有的控制能力及其可能控制的那一批变量。现在是9页\一共有170页\编辑于星期日科学之光：普罗米修斯圣火原始人只有一双手和一身力气，他最初的控制变量是其力所能及的物体的位置，他可以把木柴堆在一起，可以钻木取火。人一旦控制了火，就有可能控制简单的化学反应，可以炼铜炼铁。铁使人对自然界的控制权进一步扩大了，……科学技术就这样发展起来。人作为科学的中心，他的四肢能控制的变量和五官能感到的变量就是科学技术的出发点。人类所使用的工具和仪器都是围绕着这个出发点而发明的，从这个出发点开始，一圈一圈扩展开来，伸向无穷远处。科学的光辉照亮了黑暗的宇宙，而这光辉的源泉就是人。现在是10页\一共有170页\编辑于星期日让科学的光芒照亮自己四百年来，尤其是20世纪，科学正以它神奇的力量改变着我们生存的世界和思维方式。在世界上，以科学本身为研究对象的学科——如科学哲学、科学史与科学社会学应运而生。这表明，一个新的历史关头已经来临：人类不仅应该用科学的光芒照亮自然界，还应用它来照亮社会，照亮科学发展的道路以及那长期隐藏在历史阴影中的科学和文化背景之间内在的联系。现在是11页\一共有170页\编辑于星期日一、近代科学革命与机械论哲学天上：哥白尼《天球运行论》（1543）

—伽利略《对话》（1633）

—牛顿《原理》（1687）地上：哥伦布发现新大陆（1492） 人间：维萨留斯《人体结构》（1543）

—哈维《心血运行论》（1628）信仰：上帝的两本书—《圣经》与自然现在是12页\一共有170页\编辑于星期日托勒密体系现在是13页\一共有170页\编辑于星期日托勒密地心说的问题:行星逆行现在是14页\一共有170页\编辑于星期日托勒密“本轮-均轮”体系对行星逆行的解释现在是15页\一共有170页\编辑于星期日更高的精度、更多的本轮现在是16页\一共有170页\编辑于星期日哥白尼：革新家？保守家？

尽管哥白尼的目的并不是要推翻旧的希腊天文学体系，而是要恢复那个体系的本来面目：如何将匀速圆周运动和古代传统更好的统一起来。但恩格斯在《自然辩证法》中指出：“自然科学借以宣布其独立并且好像是重演路德焚烧教谕的革命行为，就是哥白尼那本不朽著作的出版，……从此自然科学便开始从神学中解放出来。”哥白尼（1473-1543）现在是17页\一共有170页\编辑于星期日太阳中心说在所有行星的中心居住着太阳，在这个位置它可以一瞬间照亮整个宇宙。对于这个最壮丽的神殿，谁能将这盏明灯安放到另外或更好的地方？—哥白尼《天球运行论》（1543）现在是18页\一共有170页\编辑于星期日地心说与日心说的比较现在是19页\一共有170页\编辑于星期日第谷（1546-1601）企图建立折中的宇宙体系地球是宇宙的中心！月亮和太阳围绕地球旋转；太阳是水星、金星、火星、木星、土星的中心。但是，他的学生开普勒从观察资料出发，改进了日心说，但仍然坚持亚里士多德的物理学。现在是20页\一共有170页\编辑于星期日开普勒:靠占星术养活的天文学家开普勒1571-1630现在是21页\一共有170页\编辑于星期日开普勒第一定律:椭圆定律行星沿椭圆轨道绕太阳运动，太阳是位于椭圆的一个焦点上（1609《新天文学》）椭圆的对称性比圆小，对应着指向椭圆长轴的拉普拉斯-龙格-楞次矢量守恒。现在是22页\一共有170页\编辑于星期日开普勒第二定律:面积定律从太阳到行星的矢径在相等时间里扫过相等的面积。（1609《新天文学》）这相当于与空间各向同性有关的角动量守恒。现在是23页\一共有170页\编辑于星期日开普勒第三定律:周期定律各行星公转周期的平方与轨道半长径的立方成正比（1619《宇宙和谐论》）。现在是24页\一共有170页\编辑于星期日哥白尼学说的殉道者现在是25页\一共有170页\编辑于星期日《两大世界体系的对话》用意大利方言写成的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，对于哥白尼宇宙学的优点给出了精彩的陈述，并且有望远镜的证据支持。《对话》采用三个朋友之间对话的形式。萨尔维阿蒂（Sakviati）代表伽利略；沙格列陀（Sagredo）是个很有理性的人，他赞同萨尔维阿蒂的观点；辛普利邱（Simplicio）是一个亚里斯多德主义者。现在是26页\一共有170页\编辑于星期日伽里略挑战亚里斯多德：

自然运动与受迫运动符合相同的规律与亚里士多德把科学建立在逻辑推理与常识类推基础上不同，伽利略追随培根强调观察实验的经验论，并把经验归纳与数学推理结合成为新科学知识。比萨斜塔之谜伽利略如何批驳亚里士多德的“物体下落速度与重量成正比”?“重＋轻”的下降速度？他提出了速度与加速度的概念。现在是27页\一共有170页\编辑于星期日亚里士多德的有机目的论不利于实验鉴别按照亚里士多德的有机目的论哲学，不同类的事物在宇宙中处于不同的位置，这些不同类的事物的性质与运动规律是不同的。这种来自于常识分类的哲学具有极大的迷惑性。显然，星球、苹果、木球是性质完全不同的东西，它们处于自然界不同的层次，难道它们会遵循共同的运动规律吗？如果用这种思想方式想问题，理论就无法指导实验。因为世界上没有两个事物是完全相同的，任何事物就只能自己说明自己，而不能用别的事物实验来说明它了。实验室的力学实验怎么能说明天体运动规律呢？苹果落地与月亮运动如何遵循相同的规律？现在是28页\一共有170页\编辑于星期日构造性自然观：从质到量的抽象要进行实验，特别是根据理论的需要有目的地设计实验，必须完成从常识性的质料本体观到数量关系的结构观的转变。即对不同的事物，我们仅仅限定其某一种性质来考察，把它数量化，看作一种结构的一部分，不论对于星球、木球、苹果还是石头，它们性质千差万别，但就质量、速度、空间位置来说，这几个变量是同一的，并处于一种有规律的结构中。这就是从结构的观点看自然，也就是把结构从性质的混合中剥离出来。这种结构方法是从几何学开始的，从伽利略开始，科学家把这种结构观推广到力学现象中去，到牛顿那里完成了彻底的转变。逻辑构造型的理论体系与从结构观点看待自然的理论规范的结合，就是构造性自然观。这是伽利略开启近代科学方法论革命的重要环节。构造性自然观对于事物数量关系的抽象，实际上上把千差万别的事物同质化，形成抽象的物质实体概念，预设自然规律的简单齐一性，使得归纳法与数学推理行之有效。现在是29页\一共有170页\编辑于星期日受控实验系统：

科学物化为技术，工匠与学者的结合动手做实验，差不多每个古代科学家都会。但大多数实验都得不到确定的结果，原因是干扰不可排除。在比萨斜塔上做自由落体实验碰到各种不可控因素的影响，几乎在任何实验中都存在，不同的只是干扰因素随实验不同而有别。伽利略的伟大之处在于他非常懂得受控实验的意义。他巧妙设计的目的是用一个条件可控（比如用斜面角度控制小球运动的速度）的实验来代替一个当时非受控的实验，终于得到了自由落体定律。所谓受控实验，是指实验应在严格控制条件下进行，而不是在不可控的偶然因素起重要作用时的观察或测试结果为据。只要控制条件足够严格，任何人在任何地方以同样的条件和方法做同一实验，实验结果都能以稳定的几率再现。虽然历史上有些非受控实验并不全是虚妄的，但这种实验不能从根本实验者个人的认识活动中游离出来，也就更不可能转化为技术了。受控实验中实验条件和结果的物化不仅使实验各项指标客观化了，而且也为社会技术系统生产提供了条件。现在是30页\一共有170页\编辑于星期日斜面试验现在是31页\一共有170页\编辑于星期日下落物体到达斜面末端的速度与下落高度有关，而与斜面的坡度无关！现在是32页\一共有170页\编辑于星期日伽里略被审判（1633年6月22日）现在是33页\一共有170页\编辑于星期日笛卡儿：我思故我在

勒内·笛卡尔（1596-1650）。从小体弱多病，但聪明好学。校长特地允许他不必早起，这使他养成了早晨躺在床上思考问题的习惯。正是这种晨思（“沉思”），使他悟出一个著名的哲学命题“我思故我在”（Cogitoergosum

——Ithink,thereforeIam.）笛卡尔在《探索真理的指导原则》中，把欧几里得几何学的构造方法推广到所有科学理论的建立和鉴别中去。他的二元论不管是否正确，却有助于把力学结构从复杂的事物中剥离出来，成为科学家的研究对象，而把有关灵魂等当时还弄不清楚的对象留在上帝手中。

现在是34页\一共有170页\编辑于星期日世界：以太的漩涡对笛卡尔来说，世界和万物的运转就犹如一台宏大无比的机器，有许多力学定律和碰撞规律结合而成的一个整体，并受它们支配。他认为宇宙中充满了一种被称为“以太”的物质，而这种物质中形成了许多巨大的漩涡，正是这些漩涡带动者卫星绕着行星转，并带动行星围绕太阳转。尽管笛卡尔的以太漩涡论最终被牛顿万有引力定律击败，但它不同于中国古代的元气论，能够通过预言地球自转造成的形状变化与行星运动轨道来检验。元气论不能用来设计实验，实验也不能来证实它，至今还处于一片混沌中。我们今天在里面发掘的光辉，那只是用现代科学的光芒去照亮它时看到的反光。现在是35页\一共有170页\编辑于星期日解析几何：运动进入数学

“我在曲线上任取一点，比如C，过C画直线CB平行于GA.因CB和BA是未知的和不确定的量，我称其中之一为y,另一个为x.”（笛卡儿：《几何学》）现在是36页\一共有170页\编辑于星期日哈维（1578-1657）：《心血循环论》（1628）心脏是生命之源，犹如太阳至于宇宙，因为太阳也可称为世界的心脏呢；为有心脏的能力和其搏跃，血液因得流动，完成滋养而免其腐败和冻结；它是内部的神灵，它发挥它的作用以营养、调摄，活泼身体的全部，实为生命的基础，一切动作的泉源、抚育和促进身体的增长，它的确是生命的基础，一切活力的源泉。现在是37页\一共有170页\编辑于星期日现在是38页\一共有170页\编辑于星期日牛顿：新时代的开始

1642年伽利略去世，这年的圣诞节，牛顿诞生，科学史上的一个新篇章开始了。LynnSagal论“科学理性主义的原则

”：“如果当一个科学观察是有效的，那么对于任何一个合格的科学家，只要有足够的时间和金钱设备，他应该可以重复这一实验，可以观察到同样的现象得到同样的结论。”(TheDreamofReality)现在是39页\一共有170页\编辑于星期日进入剑桥遗腹子、早产儿1661年6月进剑桥三一学院。1665年初毕业，获文学士学位。现在是40页\一共有170页\编辑于星期日躲避鼠疫的奇迹年1665年6月，一场瘟疫席卷英国，剑桥大学关了门，老师和学生全部回家，牛顿也回到woolsthorpe—充满新的发现的一年开始了：“奇迹年”（annusmirabilis）万有引力、微积分、光的分解（相当于数学上的傅立叶分解）现在是41页\一共有170页\编辑于星期日希望的彩虹：光谱的秘密现在是42页\一共有170页\编辑于星期日牛顿企图扼杀光的波动说牛顿根据光的直线传播批判惠更斯，胡克与笛卡尔的波动说，但是他又认为光微粒的传播可能引发以太振荡。1801年，托马斯·杨的双峰干涉实验摧毁了牛顿的权威。现在是43页\一共有170页\编辑于星期日牛顿—莱布尼兹公式现在是44页\一共有170页\编辑于星期日《自然哲学的数学原理》牛顿在胡克的启发下，在哈雷的帮助下，从事天体力学研究，并开始写作《自然哲学的数学原理》；皇家学会答应支付出版费用，可是没钱。哈雷出资捐助，并担任编辑。哈雷将皮革封面的价格定为9先令。左图为1687年初版本。现在是45页\一共有170页\编辑于星期日《原理》的推论在天上得到证实《原理》首先给出了物体运动的三定律。1.惯性定律（古代原子论（虚空中原子直线运动）→伽利略（匀速圆周运动）→笛卡尔）；2.F=ma（伽利略，胡克，牛顿等）；3.作用等于反作用力第二卷命题IV推论VI：如果周期正比于半径的3/2次方，则向心力反比于半径的平方；反之亦然。开普勒第三定律与牛顿万有引力定律的等价性现在是46页\一共有170页\编辑于星期日牛顿得到了引力的平方反比形式牛顿把椭圆轨道简化为圆轨道，得出：a=v2/rv=2πr/TT2/r3=ka=4π2/kr2牛顿从引力的平方反比律推导出天体轨道一定是圆锥曲线，开普勒三大定律成立。苹果，炮弹与月亮现在是47页\一共有170页\编辑于星期日不朽的牛顿1727年3月20日在肯辛顿去世，享年84岁。安葬在WestminsterAbbey（左图：三一学院内的牛顿像：手中拿着的是三棱镜）恩格斯：牛顿是归纳法的驴子。吴大猷：观察及由此形成物理概念→根据经验数据和形成的概念，通过内插和外推，通过概括与归纳得到的种种关系而形成物理规律（初阶归纳：感性具体-理性抽象）→借助想象，直觉和创造力将许多分离的定律通过一些观念集合成为一个统一的整体（高阶归纳：理性抽象-理性具体）。现在是48页\一共有170页\编辑于星期日牛顿：机械宇宙的设计师自然和自然规律沉浸在黑暗之中，上帝说：让牛顿出生吧！一切都变得光明。—波普（Popu）现在是49页\一共有170页\编辑于星期日牛顿主义1.牛顿主张绝对时间，所有观察者都有相同的时间，不论它们的相对运动如何。2.在牛顿动力学中，首先，空间距离的测量与时间无关；其次，三维空间有欧几里得几何学的几何性质。3.同时测量一个粒子的位置和动量在原则上是可能的。4.运动方程是决定论与因果律的。5.牛顿运动定律只对惯性系有效，在旋转系中要引入“虚拟力”修正，这意味着空间是绝对的。莱布尼兹是牛顿主义的主要反对者，认为世界由单子构成，不存在虚空，反对超距作用，反对绝对时空观。现在是50页\一共有170页\编辑于星期日牛顿力学的改造者们在天体测量学进步的同时，一些数学家和天文学家在致力于完善牛顿力学应用于天体运动时的数学形式。这项工作主要由法国的克莱洛（Clairaut1713-1765）、达朗贝尔（D’Alembert1717-1783）、拉格朗日（Lagrange1736-1813）、拉普拉斯（Laplace1749-1827）、泊松（Poisson1781-1840）、柯西（Cauchy1789-1857）和德国的欧拉（Euler1707-1783）、高斯（Gauss1777-1855）以及英国的哈密顿（Hamilton1805-1865）等人完成。现在是51页\一共有170页\编辑于星期日拉格朗日：把力学数学化拉格朗日出生于意大利，在柏林工作了很久，1787年被路易十六召到巴黎。1771年，他把定义了引力势V，发现引力势的梯度就是引力。1777年，拉普拉斯提出拉普拉斯方程▽2φ=0；1813年，泊松指出拉普拉斯方程也适用于静电学，并得到了泊松方程▽2V=-4πρ。1788年拉格朗日出版了他的巨著《分析力学》，全书采用纯代数的方法，没有一幅几何插图。现在是52页\一共有170页\编辑于星期日拉格朗日方程如果n个质点运动时，受到k个强制性条件的“约束”，我们可将3n个坐标r1，r2，…rn中的k个坐标用其余的3n-k个坐标来表示。s=3n-k称为这个力学体系的自由度。自由度为s的一个力学体系，共有s个广义坐标，选定好广义坐标qα后，利用约束方程可将每个质点的坐标表示为ri=ri（q1，q2，…qn），i=1，2，…，n。利用上式与牛顿理论，可以把这个力学体系的动力学方程写成d（∂L/∂（dqα/dt））/dt-∂L/∂qα

=0，α=1，2，…，s，式中L=T-V=L（q，dq/dt，t）现在是53页\一共有170页\编辑于星期日马克思恩格斯批判机械唯物论随着法国启蒙运动与法国大革命的兴起，伽利略，笛卡尔与牛顿等近代科学革命领袖的自然神论，演变为立足于牛顿科学革命的无神论与机械唯物论思潮。马克思恩格斯在《神圣家族》中指出：英国唯物主义和整个现代科学的真正始祖是培根。……按照他的学说，感觉是完全可靠的，是一切知识的源泉。科学是实验的科学，科学就在于用理性方法整理感性材料。归纳、分析、比较、观察和实验是理性方法的主要条件。唯物主义在它的第一个创始人培根那里，还在朴素的形式下包含着全面发展的萌芽。物质带着诗意的感性光辉对人的全身心发出微笑。……唯物主义在以后的发展中变得片面了。霍布斯把唯物主义系统化了。感性失去了它的鲜明的光彩而变成了几何学家的抽象的感性。物理运动成为机械运动或数学运动的牺牲品；几何学被宣布为主要的科学。唯物主义变得敌视人了。笛卡尔的唯物主义成为真正的自然科学的财产，而法国唯物主义的另一派则直接成为社会主义和共产主义的财产。现在是54页\一共有170页\编辑于星期日二、19世纪：科学的新时代19世纪：追求纯粹知识的理论科学研究，开始走在实际应用与发明之前，并且启发和刺激了实际应用和发明。对于真正的科学家来说，科学就是不断把实验转化为理论、把科学转化为技术的求实的创造和技术的进步过程。离开科学技术的合理结构，离开这种过程，离开这种不停顿地在社会需求下推陈出新的动力，科学就没有任何意义。例如：法拉第的电磁实验—发电机、电动机麦克斯韦的电磁理论—电报、电话巴斯德的微生物研究—发酵工业、医学和医药孟德尔的豌豆遗传实验—植物栽培、育种

现在是55页\一共有170页\编辑于星期日19世纪科学研究的特点从收集材料进入到整理材料从经验分析进入到理论综合从分析既成事物进入到研究自然过程的历史发展从研究低级运动形式进入到更高级、更丰富的运动形式

立足于19世纪科学发展成就的唯物辩证法是建立在三个基本哲学假设基础之上：（1）万物的动荡不已的变化观念；（2）普遍联系的整体观；（3）理性的经验论。恩格斯在《费尔巴哈与德国古典哲学的终结》中指出：永恒发展的观念是与黑格尔的在绝对理念中最终完成逻辑理念的辩证自否定的体系冲突的。马克思主义的早期形态是恩格斯等人根据马克思的重要思想，在工人运动中通俗宣传以后，出现的反资本主义的科学共产主义思潮。列宁主义对马克思主义的最大突破是按照民主集中制原则，把共产党建设成为无产阶级的革命先锋队，并追随考茨基的说法，把革命的阶级意识灌输到工人阶级的头脑中；在十月革命成功后，按照党国一体的苏维埃制度，而不是巴黎公社的自由普选制度建立无产阶级专政，向共产主义过渡。现在是56页\一共有170页\编辑于星期日人类思想、社会结构发生重大变化马克思主义的创立：立足于社会实践而不是单个人“感性直观”的新唯物主义，特别是历史唯物论与自然辩证法；揭露资本主义剥削本质的剩余价值论；预告无产阶级埋葬资本主义，并最终获得解放的科学共产主义。尽管马克思有创作《唯物辩证法》的伟大构想，但因为《资本论》的深入研究而难以完成。针对拉法格，考茨基等人把马克思主义庸俗化为经济唯物论，马克思声称“我不是马克思主义者”。自学成才的狄慈根在马克思与恩格斯的影响下，在1886年提出了辩证唯物主义，经过普列汉诺夫的宣传，列宁与斯大林等把马克思主义哲学表述为“辩证唯物论+历史唯物论”（第三国际：共产国际）。《共产党宣言》(1848)：阐述共产主义同盟的科学共产主义纲领，团结各种无产阶级与社会主义政党，在反对资本主义的阶级斗争中，批判封建社会主义，资产阶级与小资产阶级的社会主义，呼吁全世界无产者联合起来！（“第0国际”）马克思：《资本论》（I,1867;II,1885;III,1894,）恩格斯整理第2-3卷，考茨基整理第4卷。1891年，恩格斯冲破考茨基的阻挠，在《新时代》发表马克思的《哥达纲领批判》（1875），有力地批驳了在西方马克思主义误导下出现于中国的无耻谣言：“恩格斯背叛马克思，设计了邪恶社会主义”。第一国际：国际工人协会；第二国际：社会民主党国际恩格斯：《自然辩证法》（1873-1883，未完成）现在是57页\一共有170页\编辑于星期日弗洛伊德：精神分析学一、精神层次理论

欲望、冲动、思维，幻想、判断、决定、情感；意识，下意识和潜意识。二、人格结构理论

本我、自我、超我三部分组成。三、性本能理论

人的精神活动的能量来源于本能，本能是推动个体行为的内在动力。人类最基本的本能有两类：一类是生的本能（爱欲），另一类是死亡本能或攻击本能（死欲）。四、释梦理论:梦者具有一定的自由，来重新组合构建基于经验的各种因素，以及白天（乃至孩提时代）受到压抑的愿望。五、心理防御机制理论Freud,Sigmund1856-1939

现在是58页\一共有170页\编辑于星期日梦与性弗罗伊德用“力比多”表示性本能的力量，心理能量的结构分为下意识，意识和前意识，相当于本我，自我和超我。从性幻想，梦幻等出发，解释了人性中兽性与神性的来源，发展了费尔巴哈关于宗教起源于心理需要的思想。下意识或本我是储藏性本能的领域，性本能在其中没有任何约束，表现为无理性的，原始的冲动，它的唯一目标就是追求满足。为了社会的利益和人格的进一步发展，需要对性本能加以压抑。社会本身就是一个压抑系统，它以法律和道德的禁令，在下意识和意识之间建起了一道提坝，这就是前意识。下意识的本能冲动必须经过前意识的闸口，才能进入意识领域。正常的婚姻与社会关系就是在个人的“快乐原则”与服从社会的“现实原则”相协调的产物。梦，遗忘，失语，笔误，口误等反常行为就是下意识在意识中乘虚而入，不期而至的表现。现在是59页\一共有170页\编辑于星期日文化是性冲动的升华“性的冲动对人类心灵最高的文化、艺术和社会成就作出了最大的贡献”。弗洛伊德把儿童下意识的恋母情节称为“俄底浦斯情节”。这不仅是一个比喻，关于杀父娶母的希腊神话是对人类早年社会的回忆，是以真实的历史事件为基础的。梦中的某些象征符号，被作为揭开宗教神话的象征体系的工具。据说，人类早年过着群居生活，部落首领占有所有女人，并把儿子们都驱除出去。儿子们联合起来杀死父亲，分配他的女人为妻子。巨大的罪恶感导致宗教的出现，儿子们把被杀死的父亲供奉为神。弗洛伊德的追随者出现了大量修正派别，另外其他民族文化的历史源头与宗教传统不同，导致他的方法受到怀疑。现在是60页\一共有170页\编辑于星期日人类“自尊心”受到的三次重大打击哥白尼的“日心说”—地球只是一个小斑点；达尔文的“进化论”—摧毁了人类假想的异与万物的创生特权，证明人是动物王国中的普通成员。弗洛伊德的“精神分析理论”—现代心理学对“自我”的研究表明，人类就是在自己的屋里也不能自为主宰，这是对人类“自大狂”的第三次也是最沉重的一次打击。现在是61页\一共有170页\编辑于星期日19-20世纪科学史的若干著名案例一、非欧几何与群论二、星云假说三、热力学四、电磁理论与通信五、进化论与遗传学六、化学进展与生命起源现在是62页\一共有170页\编辑于星期日个案之一：非欧几何的创立“过直线外一点有且只有一条直线和已知直线平行。”“三角形的内角和等于1800.”—这些是永恒的真理吗？现在是63页\一共有170页\编辑于星期日从“第五公设”谈起公设1从任一点到任一点可以作一直线.公设2有限直线可以延长.公设3以定点为圆心、定长为半径可以作圆.公设4凡直角都相等.公设5若一条直线与两直线相交,且如果在这条直线同侧所交两内角之和小于两直角,则两直线无限延长后必相交于该侧的一点.现在是64页\一共有170页\编辑于星期日疑点1.叙述较长,失之简明

疑点2.出现较晚,只用一次卷I（共48个命题）命题29一直线与两平行线相交,则所成的内错角相等,同位角相等,且同旁内角的和等于二直角—平行线性质定理猜疑:欧几里得把这一命题列为公设,不是因为它不能证明,而是他本人找不到证明.现在是65页\一共有170页\编辑于星期日它大概是可以被证明的…若+2d,则l1与l2必相交L2L1现在是66页\一共有170页\编辑于星期日寻找第五公设的“证明”古希腊Proclas(412-485)

“这一公理应该完全从全部的公理中剔除出去.因为它是一个包含许多困难的定理”.现在是67页\一共有170页\编辑于星期日已知:L3与L1、L2相交于A、B,+<2d

求证：L1与L2相交L1L2L证明中蕴涵两个假设（1）当点C沿着L2无限远离时，距离CD无限增大；（2）若L与L1不相交，则L与L1的距离有上界，且对于直线上的点处处相等。命题(1)正确命题(2)与第五公设等价!L3‘ABCD现在是68页\一共有170页\编辑于星期日等价命题

公理系统∑：∑+P1P2且∑+P2P1,

与第五公设等价的命题(1)三角形内角和等于1800.(2)平面上一直线的斜线与垂线相交.(3)三角形三高共点.(4)三角形全等（勒让德）.(5)勾股定理.(6)存在相似三角形（勒让德）.…………

现在是69页\一共有170页\编辑于星期日Playfair(1748-1819)命题

过已知直线外一点有且只有一条直线平行与已知直线平行—平行公理(注意:存在性与唯一性需要证明)

’P.现在是70页\一共有170页\编辑于星期日几何原理中的家丑

寻求另一个可接受的公理以代替欧几里得公理，或者证明欧几里得的第五公设必然是一个定理，致力于此的人是如此之多，又是如此徒劳无功，使得1759年达朗贝尔把“平行公理”问题称之为“几何原理中的家丑”。--丑小鸭即将变成美丽的天鹅!现在是71页\一共有170页\编辑于星期日“春日的紫罗兰到处开放！”解析几何:费马,笛卡尔微积分:牛顿,莱布尼兹最小二乘法:高斯,勒让德非欧几何:高斯,J.鲍耶,罗巴切夫斯基现在是72页\一共有170页\编辑于星期日OutofnothingIhavecreatedastrangenewuniverse.鲍耶JanosBolyai1802-1860匈牙利现在是73页\一共有170页\编辑于星期日

…这个地域般的黑暗将吞噬成千个像牛顿那样的巨人…父亲:F.鲍耶(1775-1856),高斯格廷根大学的同学和好友儿子:J.鲍耶,少年时在父亲的指导下学习高等数学,1818-22在维也纳皇家工程学院学习,

1823年得到非欧几何的基本原理—“我从虚无创造了一个新奇的世界！”—请高斯给以评价！现在是74页\一共有170页\编辑于星期日数学之王！高斯C.F.Gauss1777-1855现在是75页\一共有170页\编辑于星期日数学是科学的女王，而数论是数学的女王。《代数基本定理的新证明》1799《算术探究》1801现在是76页\一共有170页\编辑于星期日“称赞令郎就是称赞我自己”高斯的工作一、试图证明平行公理；二、否定平行公理建立一种新几何学反欧几里得几何(anti-EuclidGeometry)星空几何

—大尺度下的三角形内角和<1800现在是77页\一共有170页\编辑于星期日一种安慰F.鲍耶《为好学青年的数学原理论著》(1832)附录：J.鲍耶《绝对空间的科学》现在是78页\一共有170页\编辑于星期日几何学中的哥白尼！罗巴切夫斯基N.I.Lobachevsky1792-1856现在是79页\一共有170页\编辑于星期日1792年12月1日生于诺夫哥罗德城（—76年后高尔基诞生在此城）1806年就读于喀山大学1814年在喀山大学任教1826年2月23日在数理学院大会上宣读《简要叙述平行线定理的一个严格证明》1827-46年任喀山大学校长1829年于《喀山通讯》上首次发表非欧几何论著《论几何学原理》1840年《几何学新原理及完整的平行线理论》（德文版）现在是80页\一共有170页\编辑于星期日罗巴切夫斯基几何概要罗氏平行公理：过已知直线外一点，至少可作两条直线与已知直线平行。平行距a=d(CD)

平行角(a),

qpCBaDaA现在是81页\一共有170页\编辑于星期日黎曼的贡献生逢18261854年6月10日就职演说《关于作为几何学基础的假设》—n维流形(manifold)（1）零曲率空间—欧几里得空间（2）负曲率空间—罗氏几何空间（3）正曲率空间—黎曼几何空间平行公理：平面上任二直线必相交于一点曲高和寡—1868年出版刊行现在是82页\一共有170页\编辑于星期日罗氏几何的模型1—贝尔特拉米(意)伪球面

曳物线伪球面切点到定直线内角和<2d的距离等于定长(局部性质)现在是83页\一共有170页\编辑于星期日罗氏几何模型2—庞加莱单位圆S圆内与单位圆周S垂直的圆弧或直线，称为非欧直线。现在是84页\一共有170页\编辑于星期日平行线L1,L2与超平行线L

z0.12L1L2LC现在是85页\一共有170页\编辑于星期日黎曼几何模型:球面直线:球面大圆--任二直线都相交!球面三角形的基本定理--三角形内角和大于1800

现在是86页\一共有170页\编辑于星期日几何体系平行公理空间类型曲率k三角形内角和欧氏几何

.平直型K=0=2d罗氏几何

.双曲型K<0<2d黎曼几何椭圆型K>0>2d现在是87页\一共有170页\编辑于星期日非欧几何的伟大意义1.人类思想的解放哥白尼--日心说达尔文--进化论罗巴切夫斯基--非欧几何2.数学逐渐成为人类的自由创造物1843年，ArthurCayley在《N维解析几何章节》中给出了用空间坐标的数目来定义维数，并构建高维空间的方法。在哈密尔顿提出了四元数不久，Cayley又发明了矩阵。3.相对论的数学基础1870年，WillamKingdonClifford发表了《关于物质的空间理论》，认为我们不仅可以通过几何描述场，而且可以描述粒子，物质结构的基石是“平（非弯曲）的三维空间的非欧几何的扰动”。现在是88页\一共有170页\编辑于星期日群论的发展1831年1月，法国青年数学家伽罗华（1811-1831）向科学院提交了“关于方程可根式求解的条件”的论文，讨论五次方程能否公式求解的问题，但因为学者们无法理解而遭拒绝。在为爱情决斗之前，他在给朋友的信中提出了群论的概念。任何一个具有封闭性，满足结合律，具有单位元并且每个元素都有逆元的集合就是一个群。比如：加法群的单位元是0，逆元是a→-a；乘法群的单位元是1，逆元是1/a。对于一般的n次方程，约化方程的群由n个根的全部n!个置换组成。这个n阶对称群的极大正规子群具有阶n!/2。但对n>4,n!/2决不是质数，因而不符合根式求解条件。挪威数学家SophusLie对连续群进行分类，比如SO(N)描述的是N维空间中的转动不变性；U(N)是N阶幺正群；SU(N)是特殊N阶幺正群。幺正群中元素的逆元是它的转置形式。现在是89页\一共有170页\编辑于星期日各案之二——星云假说德国科学家与哲学家康德（1724~1804）于1755年出版了《宇宙发展史概论》，根据牛顿原理，运用吸引和排斥相互作用的规律阐明太阳系的起源和演化，从而取消了牛顿关于上帝对太阳系的“第一推动”，在形而上学自然观打开了第一个缺口，破除了“天”不变的陈旧观念。现在是90页\一共有170页\编辑于星期日大胆猜测外星文明现在是91页\一共有170页\编辑于星期日自然科学的形而上学基础1786年，在牛顿的《自然哲学的数学原理》出版100周年之际，康德出版了《自然科学的形而上学基础》，从哲学上反思牛顿力学的概念基础。1.论证运动的相对性与相对时空观“一切作为经验对象的运动都只是相对的。”“绝对空间对一切可能的经验来说都是无。”2.论证吸引与排斥的辨证关系“没有排斥力，仅仅通过吸引力是不可能有物质的。”3.论证物质的无限可分性“物质是无限可分的，它所分成的每一部分仍是物质。”4.论证物理空间的三维性三维物理空间的自然依据是万有引力与散射光强度与距离的平方成反比。现在是92页\一共有170页\编辑于星期日空间维度与手征性“其他维度的存在是有可能的。因为上帝的作品包罗万象，冗复纷繁。这种空间，无论如何是不会和别的不同结构的空间有任何的联系。因此，如此的空间将不会属于我们的世界，而分别是一个个离散的相互独立的世界。”康德后来被手征的表示所困扰，“左旋”与“右旋”，“顺时针”与“逆时针”能否清晰地分辨，它们能等价地转换吗？1827年，莫比乌斯发现，只要通过第四个空间维度，左手就可以转换为右手，而我们无法转换左右手，恰好是康德认为三维空间具有绝对性的证据。用莫比乌斯带翻转二维物体和在四维空间用某种扭曲的东西翻转三维物体是等价的。现在是93页\一共有170页\编辑于星期日康德支持绝对时空观为了理解经验对象所在的相对空间，我们必须把绝对空间作为经验对象呈现成为可能的先验模式来理解。在康德看来，“无”就是对象成为“有”的先验根据。1787年，康德在《纯粹理性批判》中，论证空间和时间都是先验的“纯粹直观”形式，即先天存在而不依赖于经验的“感性的主观条件”。“我们永远不能表象出没有空间，可是我们却很能设想空间中没有对象。”“现象可以一个个全部消失，可是时间本身不能除掉。”现在是94页\一共有170页\编辑于星期日康德：牛顿与卢梭的哲学综合康德哲学的精神背景是牛顿力学革命的新自然观与法国大革命的人道主义理想，新宇宙观的合理性在于先验范畴：寓于内心的天理与良知。有两样东西，我们越是深入的思考，就越产生无比敬畏的情感，这就是头顶上灿烂的星空与内心崇高的道德法则。康德时空观的失误在于：企图把抽象几何的时空概念，物理科学构建的公共物理时空，以及牛顿力学特有的绝对时空都还原为属于个人感官先天构造决定的时空知觉。现在是95页\一共有170页\编辑于星期日机械决定论法国数学家,天体力学家拉普拉斯在《宇宙体系论》（1796）中独立提出了太阳系起源的星云假说，比哲学家康德的星云假说更严密。在《概率论》中，拉普拉斯认为，只要给定粒子的初始坐标和动量，宇宙中的一切都可由方程式来推算其过去，未来的精确状态。但是，机械决定论不仅在量子力学中行不通，甚至在三体以上的经典力学中也是问题重重：根据彭加勒的论证，分析力学的2n个正则方程中，其中的能量积分一般不存在单值与解析的广义坐标与广义动量的其他积分（1892）。而在N体问题中，玻耳兹曼与麦克斯韦于1868-1878年提出的各态历经假设（路径的连续性），已被认为是站不住脚的。KAM理论还涉及混沌运动的可能性。1927年，伯克荷夫证明了在稳定运动的“近邻”，系统不是各态历经的。现在是96页\一共有170页\编辑于星期日复杂的三体运动现在是97页\一共有170页\编辑于星期日宇宙岛假说与银河系概念康德在《宇宙发展史概论》中提出了“宇宙岛”的猜想，天文学后来的发展表明，我们的银河系就是一个宇宙岛。18世纪30年代，瑞典的斯威登堡（1688-1772）认为，恒星绝大多数都是银河系的成员，银河系不是唯一的体系。现在是98页\一共有170页\编辑于星期日对银河系的推测1750年，英国的雷特在《宇宙理论》中，设想银河系是一个恒星系统，宇宙由无数个银河系构成。德国的朗白尔在1760-1761年，提出了宇宙具有无穷多个等级的思想。第一级体系包括太阳，行星与彗星。第二级体系是星团，直径是太阳到某个一等星（如天狼星）距离的150倍。第三级体系是银河系，其大小是太阳与天狼星距离的15万倍，将近130万光年。第四级体系由许多银河系组成。此外，还有更高级的体系。现在是99页\一共有170页\编辑于星期日发现了天王星的赫歇尔指出至少有800对恒星是真正的“双星”，它们在空间位置上靠得很近。对双星系统运动的研究发现它们也服从万有引力定律，于是该定律名副其实地成了宇宙中普适的定律。大量的恒星观测资料使得赫歇尔推测出银河系的大致空间结构，在这个结构中微不足道的太阳系处在一个毫不特殊的位置上。哥白尼把地球从宇宙中心的位置上拉下来，但推上了太阳；H.沙普利在赫歇尔的研究基础上，结合自己对银河系的探索又把太阳也请了下来。赫歇尔还预测了象银河系一样的河外星系的存在。现在是100页\一共有170页\编辑于星期日1816年赫歇尔被授于爵位。1819年81岁的他还进行了最后的观测。1822年去世时有84岁高龄。赫歇尔生有一子叫约翰·赫歇尔，也是一名负有盛名的天文学家，还是主张假说演绎法的科学哲学家。

现在是101页\一共有170页\编辑于星期日赫歇尔的银河系模型1.宇宙空间是完全透明的，他所使用的望远镜已经看到银河系最外沿的恒星；2.恒星在空间上的分布是均匀的，如果某一天区恒星密集，就说明在这个方向上恒星延伸得很远；3.一切恒星（包括太阳）的光度相同，恒星的视亮度不同，只是由于与我们的距离不同造成的。从这些假定出发，他首次证明了银河系和所有散布在全天的恒星确实构成了银河系，并认为银河系象个扁平的圆盘，它的直径约7000光年，厚度约1300光年。他还认为太阳系基本上位于银河系的中央。赫歇尔以太阳系为中心看待银河系，就像当年托勒密以地球为中心来观察太阳系一样。沙普利完成了从太阳中心到银河系中心的转变。现在是102页\一共有170页\编辑于星期日两类星云银河系内的星云是气体与尘埃构成的“云”，叫做河内星云。河外星云是银河系外边的宇宙岛。恩格斯在《自然辩证法》中，主张区分两类星云。现在是103页\一共有170页\编辑于星期日个案之三——热力学1765年左右，瓦特（1736-1819）发明了蒸汽机，大大推动了热力学的发展，第一次工业革命爆发。工业革命使得技术被赋予科学的灵魂，导致：（1）由手工操作变为机器生产；（2）匠人转变为工程师。这种开放性技术体系，大大加速了近代科学的构造性理论结构与受控实验系统为基础的科学实验结构的互动循环，使得近代科学技术结构成长为参天大树。现在是104页\一共有170页\编辑于星期日从物质与运动量守恒到能量守恒笛卡儿1644年在《哲学原理》中说：物质有一个一定的量（mv）的运动，这个量从来不增加，也从来不减少。他认为物体所受外力的冲量，等于其动量的增加。俄国的罗蒙诺索夫在1748年7月5日在致欧拉的信中说，物质是守恒的，“这种普遍的自然规律也可延伸到运动的规律上去；因为一个物体用自己的力去推动另一个物体时，它本身就失去了这个力，而把它传给另一个由此获得运动的物体。”现在是105页\一共有170页\编辑于星期日机械论阻碍认识能量守恒拉瓦锡在1789年，用精密天平称量了参与化学变化前后的物体质量后，得出了质量守恒的结论。但是，笛卡儿与莱布尼茨就动量与动能在不同条件下各自守恒的问题，发生了争论。牛顿看到了机械运动有通过摩擦与碰撞而消耗的倾向，错误地认为运动会衰减并消失。对永动机的追求也阻碍了对能量守恒的认识。现在是106页\一共有170页\编辑于星期日热素说的破产1798年，伦福德在慕尼黑兵工厂视察炮筒钻孔时，发现在钻孔的过程中，炮筒变得很热。按照当时流行的热素说，热是一种没有重量的流体，叫做“热素”，它可渗进一切物体，使其温度变高。伦福德用热素说解释炮筒钻孔产生热的现象。现在是107页\一共有170页\编辑于星期日热是一种运动伦福德设想：物体在成大块时，可能要比被破碎成小片时具有更大的热流容量，在钻炮筒时产生大量金属屑，便有热量释放出来。可是，他仔细测量，发现固体金属块与同重量金属屑的热容量是完全一样的。这一新的科学事实与“热素说”相冲突，促使伦福德修改“热素说”而形成新的科学假说：热可能是一种运动。戴维的实验证实了这一假说。以后，热的分子运动论就发展起来了。现在是108页\一共有170页\编辑于星期日迈尔的三篇论文1841年，迈尔（1814-1878）发表第一篇论文：《论力的量与质的定义》，认为运动，热，电等都可以归结为一种力的现象，它们按照一定的规律互相转化。但是，《物理学与化学年鉴》的主编对论文的思辨色彩反感，一直没有发表。1842年，迈尔的《论无机界的力》投稿于《化学与药学年鉴》，李比希主张发表，恩格斯称1842年是划时代的一年。迈尔从“力是原因”，“因果转化”与“因等于果”出发，推导出力的守恒。1845年，迈尔自费发表了第三篇论文《与新陈代谢联系着的有机运动对自然科学的贡献》，指出“物体的量，守恒不变，这是一条最高自然法则，它既适用于物质，也适用于力。”现在是109页\一共有170页\编辑于星期日焦耳论热功当量焦耳（1818-1889）年轻时热中于发明永动机，多次失败。后来经过努力，测出了相当精确的热功当量值。1849年，他把研究成果提交英国皇家学会，次年发表在《哲学学报》上。1850年当选皇家学会成员。“本论文所述的实验已经作出如下的证明：第一，不论固体或液体摩擦所生的热量，总是与所耗的力量成正比。第二，要产生1磅水增加10F的热量，需要消耗772磅重物下降1英尺所表示的机械力。”现在是110页\一共有170页\编辑于星期日恩格斯确立能量守恒与转化定律1847年，德国物理学家赫尔霍姆茨发表《论力的守恒》。1807年，杨提出“能”的概念，后来科里奥里引入“功”的概念。1853年，开尔文定义了能量概念，并用“能量守恒”取代“力的守恒”。恩格斯把这一定律科学地表述为“能量守恒与转化定律”。现在是111页\一共有170页\编辑于星期日卡诺的热机理论法国工程师卡诺（1796-1832）对提高蒸汽机效率做了理论研究，提出了理想热机概念。卡诺选取的理想循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成的：等温膨胀时吸热，等温压缩时放热，空气经过一个循环，可以对外做功。卡诺从这个循环出发，发现：“热的动力与用于实现动力的工作物质无关；动力的量唯一地取决于热质在其间转移的两物体的温度。”热总是从热体流向冷体，提出了卡诺原理：理想热机的效率是1-T冷/T热。现在是112页\一共有170页\编辑于星期日生物体内的蒸汽机三磷酸腺苷（ATP）和二磷酸腺苷（ADP）分别相对于我们体内“想象的”蒸汽机的“热源”和“散热器”。为使一个磷酸基团连接到ADP上而重新形成ATP，我们需要将上述反应与一个更强劲的“生物发动机”相耦联（为的是产生更多熵）。也就是说，我们需要进食，而我们的食物形成需要消耗太阳能。现在是113页\一共有170页\编辑于星期日热力学三大定律1854年，克劳修斯（1822-1888）把热力学第一定律表述为Q=U+A•WQ为总热量，U为对应于内功的热量，A为热功当量，W为外功。同时，把热力学第二定律表述为“热不可能从冷体传到热体，如果不因此同时引起其他关系的变化。”1909年，卡拉西奥多里给出了第二定律的“正面”陈述：“在一个系统的任意态P的附近，至少存在一个态Q,从P出发通过任何（可逆的或不可逆的）绝热过程永不能达到态Q。”1906年，能斯特发现：“在低温下，任何物质的比热都要趋向某一很小的确定值，这个值与凝聚态的性质无关。”后来，普朗克把能斯特的结论表述为：“在接近绝对零度时，所有过程都没有熵的变化。”1912年，能斯特（1864-1941）提出了热力学第三定律：“不可能通过有限的循环过程，使物体冷到绝对零度。”现在是114页\一共有170页\编辑于星期日分子运动论的发展早在1850年，在克劳修斯谈到焦耳的摩擦生热实验之后，就指出：“热不是物质，而是包含在物体最小成分的运动之中。”克劳修斯明确引进了统计思想，平均自由路程概念（分子的平均自由路程与作用球半径之比，等于气体所占整个空间与分子作用球实际充满空间之比），提出“维里理论”，更严格地推导了理想气体状态方程，并推测分子除了平动动能以外，还有其他形式的能量。1859年，麦克斯韦在《气体动力理论的说明》中指出：“如果有大量相同的球形粒子在完全弹性的容器中运动，则粒子之间将发生碰撞，每次碰撞都会使速度变化，所以在一定时间后，活力将按某一有规则的定律在粒子中分配，尽管每个粒子的速度在每次碰撞时都要改变，但速度在某些限度内的平均数是可以确定的。”现在是115页\一共有170页\编辑于星期日能量均分与H定理：

在热力学平衡时，每个自由度都有一个平均能量kT/2在论证中，麦克斯韦作出了关键的假设：由于不断碰撞，粒子三个互相垂直的坐标分量互相独立。1866年，麦克斯韦取消了这一假设，也得到了速度分布律。1868年，玻尔茨曼在《运动质点活力平衡的研究》中证明了：不仅单原子气体分子遵守麦克斯韦速度分布律，而且多原子分子以及凡是可以看成质点系的分子在平衡态中都遵从麦克斯韦速度分布律。光谱线的多普勒展宽与分子束方法间接或直接地检验了麦克斯韦速度分布律。1871年，玻尔茨曼只假设一定的能量分布在有限数目的分子之中，能量的各种组合机会均等（即在动量空间内的能量曲面上作均匀分布），能量一份份地分成极小的但却有限的份额，经过组合分析后发现，份额趋于无穷大，每份能量趋向无穷小时，就获得了麦克斯韦分布。1872年，玻尔茨曼证明了著名的H定理：如果状态的分布不是麦克斯韦分布，随着时间的推移，必将趋向于麦克斯韦分布，其中存在一个量H，使得dH/dt≦0。现在是116页\一共有170页\编辑于星期日熵与宇宙热寂1867年，克劳修斯区分了正的变化（自发变化）与负的变化（非自发变化）：正变化：散离度增加，活力变为热，热量从高温到低温传递反变化：散离度减少，热变为活力，热量从低温到高温传递。熵dS=dQ/T，代表变化方向。提出宇宙最后进入温度均匀的热寂状态，引发巨大的争议。现在是117页\一共有170页\编辑于星期日宇宙热寂的信徒们1852年，开尔文表达了类似见解：“在现今，在物质世界中进行着使机械能散失的普遍趋势。”1929年，英国天文学家秦斯把热力学第二定律看作是宇宙的能量贬值定律。宇宙演化的末期，“能量还是保存着，但已失去一切活动的能力，……正如一潭死水不能使水车转动起来一样，我们将处于一个死寂的、虽然可能也可能是热的宇宙中。”1935年，爱丁顿认为宇宙死寂之时，时间失去意义。维纳认为，技术进步将导致宇宙末日提前。现在是118页\一共有170页\编辑于星期日熵的统计解释1874年，汤姆逊与洛喜密脱提出了“可逆性佯谬”：个别分子间的碰撞是可逆的，但由此导出了整个分子体系的不可逆性，实在不可思议。1877年，玻尔茨曼指出，实际世界的不可逆性不是由于运动方程，也不是由于分子间作用力定律的形式引起的。原因在于初始条件：分子混沌假设。对于某些初始条件不寻常的体系的熵也许会减少（H值增加）。只要把平衡状态下分子的所有运动反向，回到平衡态即可获得这样的初始条件。但是，玻尔茨曼断言，因为绝大多数状态都是平衡态，所以具有熵增加的初始状态有无限多种。玻尔茨曼指出：“（热力学）第二定律是关于几率的定律，所以它的结论不能靠一条动力学方程（来检验）。”他证明熵与微观状态的几率W的对数成正比。后来，普朗克把它写成：S=klnW。在各态历经假设失效后，吉布斯构造不同的正则系综来拟合热力学，但都立足于热力学平衡态。现在是119页\一共有170页\编辑于星期日熵的几率解释统计力学的一个基本假设是所有微观态都是等几率发生的。如果组成一个系统有Ω种方式（Ω是所有W的总和），那么经过一段较长时间后，系统处于某个特定宏观态X的概率是Px=Wx/Ω，式中Wx是对应于宏观态X的微观排列数。玻尔茨曼通过把一个分布的热力学熵作为与之相对应的排列数的因变量，建立了一个表达式：S=klnW。宏观状态的熵是与之相对应的微观状态的相空间体积的度量单位；如果微观状态不是连续的，它也是与之对应的微观状态数量的度量单位。这意味着熵与信息有某种联系。某一宏观态的熵越大，其对应的相空间体积就越大，也更容易出现，但携带的信息量就越少，混乱度越大。现在是120页\一共有170页\编辑于星期日分布（宏观态）详细分布（微观态）14641微观态数（热力学几率）

W现在是121页\一共有170页\编辑于星期日对宇宙热寂论的批判与怀疑1871年，麦克斯韦在《热的理论》中，提出能够追踪分子，改变分子速度分布的“麦克斯韦妖”。1951年，齐拉德、布里渊根据信息论与热力学的关系，证明了“麦克斯韦妖”获取信息的过程必定会产生更多的熵。同样的论证，加上量子力学不确定关系，我们也可以取消拉普拉斯精灵。玻尔兹曼认为热力学依赖于微观统计，涨落将改变过程演化方向。恩格斯猜测扩散到太空中去的热有可能通过某种途径重新集结和活动起来。但是，目前没有直接的证据支持。现在是122页\一共有170页\编辑于星期日如何跨越熵的深渊从无组织状态自发演化出组织的势函数是很少碰到的，它意味着非组织状态是不稳定或亚稳的。（宇宙爆炸，混沌星云等）对于大多数组织，特别是生命系统，非组织状态也是稳态，它处于由热力学第二定律决定的熵极大的洼中。正如普里高津（1917-2003）所说：“均匀的温度分布对于初始的非均匀分布来说是一个吸引中心。普朗克十分正确地强调指出，热力学第二定律在分子自然界中各种类型的状态之间的差别，一些状态是另一些状态的吸引中心。不可逆性是对这个吸引的表达。”普利高津认为，牛顿力学的运动轨道具有合律性、决定性和可逆性；利用正则变换，简单的可积系统可以约化为非相互作用的一些单元，如同莱布尼兹的单子体系，但彭加勒等人有关三体问题的研究表明，一般来说相互作用是不能被消掉的。动力系统的内在不稳定性会导致轨道的内在随机性，这带来了系统状态在过去和未来间的区别。热力学第二定律是一个选择原则，它与动力学相容，却不能从动力学推演出来。它为动力学系统的可能的初始条件确定了一个极限：只有那些在未来能达到平衡的初始条件被保留下来。现在是123页\一共有170页\编辑于星期日耗散结构普里高津力求寻找远离热力学平衡态的李雅普诺夫函数（封闭系统熵的对应物），终于发现在远离热力学平衡态的地方可能形成代表组织状态的洼——耗散结构，他也证明了对某些不太大的系统，涨落使系统跳出热力学平衡态是可能的。这有助于消除卡诺热力学与达尔文进化论的深刻分歧。系统的开放性，远离平衡态导致负熵流的出现，内部的非线性作用导致各要素的相干与协调，正反馈导致涨落在临界区域放大为巨涨落推动系统进入新的有序结构。按照混沌理论，系统演化始于“分子混沌假设”之类的简单随机性（熵之源），经过远离平衡态的有序振荡，达到确定性的不可准确计算的“伪随机性”（无组织力量之根）。现在是124页\一共有170页\编辑于星期日个案之四.电磁理论的历史发展

琥珀的带电现象现在是125页\一共有170页\编辑于星期日“力像以太一样在空中放射和弥漫”《论磁》1600,引入质量、力等重要物理概念。琥珀-elektron电力-electricity威廉·吉尔伯特1544-1603现在是126页\一共有170页\编辑于星期日1729年，英国人格雷（1675-1736）发现有些物质可以传导电，有些则不能。主张带电体不能导电，而非电体却可以。法国物理学家迪费（1698－1739）经过实验表明，带电体与非电体之间并无本质的区别，所有物体都可以带电。1734年，迪费发现两类不同的电荷，一种称为玻璃电，一类称为树脂电。他实际上发现了正负电荷，但命名不确。还知道同性相斥，异性相吸。现在是127页\一共有170页\编辑于星期日“莱顿瓶”1745年，荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克（1692－1761）发现玻璃瓶可以储存大量电荷。此瓶被称为莱顿瓶。现在是128页\一共有170页\编辑于星期日整个欧洲全都在演示莱顿瓶的放电功能。法国人诺莱特在巴黎修道院门前调集700修道士，演出一场放电喜剧。路易十五亲自到场观看。现在是129页\一共有170页\编辑于星期日富兰克林：让雷公服从物理定律！1752.6现在是130页\一共有170页\编辑于星期日当代的窃火者！“雷雨一经过风筝的上空，尖的铁丝就可从雷云吸引电火，使风筝和整根麻绳带电，麻绳另一端的纤维都向四周张开，若将手指接近，就会被其吸引。当风筝与麻绳都被雨湿了，而能自由传导电火时，你若将手指接近，便会看见大量的电由钥匙流出。从这把钥匙那里可以给小瓶充电。由此得来的电火可使酒精燃烧，并用来进行别的有关的实验。……这样就完全证明这种点燃物质和天空的闪电是同样的。”现在是131页\一共有170页\编辑于星期日“好家伙，我本想电死一只火鸡，结果差一点电死一个傻瓜！”但是，1753年7月26日，俄国物理学家里赫曼带领学生罗蒙诺索夫在圣彼得堡做闪电实验，被雷电击中，当场牺牲！现在是132页\一共有170页\编辑于星期日富兰克林发明了避雷针现在是133页\一共有170页\编辑于星期日“从苍天那里取得了雷电，

从暴君那里取得了民权”。现在是134页\一共有170页\编辑于星期日流电的发现1752年，意大利人祖尔策将一片铅片和银片放在舌尖上，当它们两头相连时，他感觉舌尖上有奇怪的味道。1780年，意大利波仑亚大学医学教授伽伐尼（1737－1798）解剖青蛙时，发现用不同的金属与蛙腿接触可以使蛙腿抽动。伽伐尼主张，存在着动物电，它跟摩擦电完全一样。金属只起激发作用。伽伐尼是错误的，产生电流的真正原因是手术刀与固定蛙腿的铜，但伽伐尼的工作激励了流电研究。现在是135页\一共有170页\编辑于星期日现在是136页\一共有170页\编辑于星期日伏打的怀疑意大利物理学家伏打对伽伐尼的动物电理论深表怀疑。1792年，伏打用实验证明了伽伐尼电是两种金属加导体造成，蛙腿只起验电器作用1794年，伏打进一步表明没有蛙腿，伽伐尼电一样存在。伏打序列：锌、锡、铅、铜、银、金，石墨……前面的金属与后面的金属相接触，前者就带正电、后者就带负电；序列的距离越远，带电量越多。1800年，伏打依照伏打序列制成伏打电堆。为动电研究打下基础，推动了电化学的发展。现在是137页\一共有170页\编辑于星期日纠错是科学发展的良性循环机制伽伐尼的动物电假说表明了实验家基本信条：研究者在进行实验观察时所看见的，常常不是事物的真象，而只是他自己渴望看见的现象。刘青峰认为：“对于任何一种崭新的理论，它必然会有不完备的地方。闪光的真理常常混杂在错误的污泥中，只有通过实验的无情检验，真理才能在烈火中涅槃、新生。关键是如何做实验，怎样提出理论。近代科学的加速发展，正是因为形成了理论-实验-理论这一循环加速机制。”毛泽东在《实践论》中提到的“实践-理论-实践”的反复循环，相当于控制论中的负反馈调节机制，我们根据实践结果和理论结果的误差来修改理论，使理论不断完善而逼近客观真理。现在是138页\一共有170页\编辑于星期日伏打（Volta,1745－1827）与伏打电堆现在是139页\一共有170页\编辑于星期日JosephPriestley(1733-1804)普里斯特列受到富兰克林、坎顿等一流电学家的鼓励，写出了他的第一部科学著作《电学的历史与现状，及原始实验》。该书使他在1766年当选为皇家学会会员。他注意到牛顿在《自然哲学数学原理》中《球体的吸力》的命题：“设对球面上每个点都有相等的向心力，随距离的平方减小，在球面内的粒子将不会被这些力吸引”，企图用实验证明电力的平方反比律，没有成功。现在是140页\一共有170页\编辑于星期日卡文迪许卡文迪许(HenryCavendish1731-1810)出生于贵族家庭，天生腼腆，不愿与人打交道，说话口吃。只有一个爱好，就是做科学研究。独自进行研究度过了将近60年。他出于一种纯粹的好奇而进行研究，不关心他的成果是否发表，是否能得到荣誉。因此，直到他死后若干年，他做的许多工作才被人们知道——开尔文审查了他的笔记，并于1879年由麦克斯韦将他的成果发表出来。现在是141页\一共有170页\编辑于星期日没有发表的结果卡文迪许的笔记中记载了他受到电击的经历,以及利用电击测量电阻。他还根据一个导体的电荷全部留在外表面，推出电排斥力的平方反比律。他的朋友米切尔在1750年，推测磁力遵循平方反比律。罗比逊注意到1759年爱皮努斯的书，利用活动杆所受重力与电力的平衡，得出电力在误差范围内服从平方反比律。现在是142页\一共有170页\编辑于星期日库仑扭秤法国兵工部队的技术军官库仑(1736-1806)在1777年发明了扭秤,证明了电引力与磁引力都符合平方反比律。1785年确立了电引力与斥力的平方反比律——库仑定律。现在是143页\一共有170页\编辑于星期日奥斯特（1777-1851）的伟大发现1819年丹麦物理学家奥斯特在一次课堂实验中让一