北大自然辩证法3第3讲科学发展的历史

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1、2018/9/5,1,科学发展的历史,任 元 彪 北京大学科学与社会研究中心 13520042007 ,2018/9/5,2,科学发展的历史,1.科学发展的不同阶段及其主要特征 2.科学发展中的定量规律,2018/9/5,3,1.科学发展的不同阶段及其主要特征,1.1.科学的基本结构特征 1.2.古代科学及其主要结构特征 1.3.中世纪科学及其主要结构特征 1.4.现代代科学及其主要结构特征 1.5.后现代科学及其主要结构特征,1.1.科学的基本结构特征,1.1.1.科学是一种特殊的文化形式 1.1.2.科学的四个层面 1.1.3.科学的各个层面在人类文化中的位置 1.1.4科学整体作为一种全

2、新的人类文化,1.1.1.科学是一种特殊的文化形式,人类总是要建造避难所,种植和分配谷物,彼此争斗并医治创伤,知道为什么要做这些事情.于是我们发现,基于房屋和田地的几何学、商人的帐目和日历推算、工业化学和医疗实践以及与宗教紧密相联的宇宙学等知识,渗透在一切有文字记录的历史和所有文化中.这些科学组成成份每一个都可以发展到相当成熟的程度而不导致科学革命,甚至也不参与到科学革命中.我们可以引用玛雅人的历法作为例证,魔法般的算术贯穿整个玛雅文化,却没有使这个文化成为“科学的”(scientific)文化,甚至在公元前的头几个世纪里就已繁荣昌盛并在以后两千年稳定发展的医药和化学的高超技艺,也没有发生根本

3、的变化或开始呈现出它们的现代科学的特征,直到被真正科学的革命所超越.,1.1.2.科学的四个层面,器物层面：科学通过技术所物化的产物。 解释层面：科学事实、定理、理论。 精神层面：科学方法、精神、原则、思想。 体制层面：科学活动的组织制度。,1.1.3.科学的各个层面在人类文化中的位置,A.人类文化概念 B.科学不同层面在人类文化中的位置,A.人类文化概念,文明的起源：冰冻期来临时人类祖先与动物的不同反应。 文化的定义：特殊的动物种系人，在为生存而进行的斗争中所使用的超有机体的方式和手段组织形成的一种复杂机制。 文化的结构：技术系统、社会系统、思想意识系统。,大荨麻:蚁酸,鞭尾蝎:醋酸,人类文

4、化的结构,技术系统：解决人的生存所必须（获取食物、在自然界中保存自己、防御敌人侵害），起主导作用。 社会系统：社会、经济、伦理、政治、军事、教会、娱乐，依附于技术系统。 思想意识系统：神话、传说、文学、哲学、科学、常识格言，表达技术力量、反映社会制度的顶端高级系统。,B.科学的不同层面在人类文化中的位置,器物层面物质文化：技术系统。 体制层面制度文化：社会系统。 解释层面观念文化：思想意识系统。 精神层面观念文化：思想意识系统。,1.1.4科学整体作为一种全新的人类文化,A.科学大厦四面墙壁相互支撑缺一不可 B.科学要素在各种古代文明中都分散游离 C. D. E.科学革命成就了各种要素组合成的

5、凝聚结构,A.科学大厦 四面墙壁相互支撑缺一不可,器物层面,解释层面,精神层面,体制层面,B.科学要素 在各种古代文明中都分散游离,科学要素在各种古代文明中都以不同的丰富程度和不同的形式存在着 科学要素在各种古代文明中都以分散游离的状态存在 游离状态存在的科学要素发育不完善,不能聚合形成完整意义上的科学,c.古代科学不具备科学特性,没有科学这种知识类型：沙中淘出之金 没有科学这种知识的特质：非系统化和数理逻辑化 不具备现代科学的凝聚性结构 不具备现代科学的指数增长特性,D.古代科学不具备现代特性,人类现代社会之现代性的一大主题是理性主义.启蒙运动时期的18世纪有理性时代之称,人们甚至混用启蒙时

6、代和理性时代;对启蒙时代的人,理性是经过科学与逻辑训练而后形成的一种精微的常识 现代性的另一主题是主体性原则,它包括自主和自律两个维度.自主意味着外在的权威不复存在,人的理性之外再没有肯定真理的起点,人的感受以外没有客观价值的基础;主体与外界成为对立,世界成为被主体认识使用和支配的对象,人凭借自己的力量征服自然界,摆脱匮乏和灾害,把握自己的命运,实现自己的解放.自律意味着人自己管理自己,自己为自己立法;意味着人的主权 .自主和自律合起来就是主体自由 理性的缺乏：东西方古代科学中都充斥着神秘主义并与江湖术士的各种招数相互影响 主体性原则的缺乏：活动的社会基础、活动的指向、活动者的行为原则等，都与

7、主体性原则的自主和自律相去甚远。,E.科学革命成就了各种要素组合成的凝聚结构,分散游离状态存在的科学要素没有自动聚合形成完整意义上的科学 中世纪的黑暗和其他各种偶然导致了16-7世纪各种要素组合形成可以稳定成长的凝聚结构这场最伟大科学革命,人类历史上出现了科学这种文明形态,1.2.古代科学及其主要特征,1.2.1.科学在古巴比伦、古埃及和古印度的萌动 1.2.2.中国古代科学和技术成就 1.2.3古希腊科学的奠基性 1.2.4为科学大厦挖地基:古希腊自然哲学对世界本原的探索 1.2.5.科学大厦的第一根柱基:欧氏几何学 1.2.6.最具科学特征的古代科学成就:阿基米德力学 1.2.7.用数学来

8、解释自然的第一项重大科学成就:托勒密天文学 1.2.8.希腊科学衰落时期的最好成果:盖仑医学,1.2.1.科学在古巴比伦、 古埃及和古印度的萌动,古巴比伦星占学从天象中看人世间的吉凶祸福.偶然的巧合使人们相信,天上的星宿决定并且预示着人事.这就推进了对天体的观察和解释,促进了天文学,并且数学也得到发展 古埃及人每年尼罗河泛滥后都需要重新丈量土地.在这一过程中计算各种形状地块的方法等知识积累起来,促进了几何学的诞生 古印度人也在数学、医学上有不错的表现,尤其是农业生产的需要促进他们很早就创立了自己的阴阳历,1.2.2.中国古代科学和技术成就,天文学:历法相应的数学天象观测宇宙理论 物理学:墨经/

9、考工记/论衡/赵友钦光学实验 炼丹术和冶金术:青铜/生铁冶炼都比欧洲早千多年 生物学和医药学:阴阳学说/经络学说/中草药 地球科学:从公元前1177开始的世界最长久完整的地震纪录,张衡地动仪, 梦溪笔谈 四大发明:对现代世界的出现意义重大 有机论自然观:注重天人合一,强调人与自然的和谐共处,1.2. 3.古希腊科学的奠基性,A.古希腊对现代世界的影响无所不在 B.科学精神在古希腊诞生 C.古希腊科学的奠基性成就,A.古希腊对现代世界的影响无所不在,John Burnet：“科学是希腊人的发明；在那些受希腊人影响的人之外，科学就从未存在过” Theodor Gomperz希腊思想家:“你不必了解

10、古代大师们的学说和论文，也不必了解柏拉图和亚里士多德，你可以从未听到他们的名字，但你仍然处在他们权威的魔力之下。他们的影响，不只是被古代和现代的接受他们观点的人所传递。我们的全部思想，其中运行的逻辑种类，所使用的语言形式（被他们所操纵）基本上是伟大的古代思想家的产品”,B.科学精神在古希腊诞生,亚里士多德在形而上学一书开篇就说,哲学和科学的诞生有三个条件: 第一是“惊异”,是人们对自然现象和社会现象所表现出来的困惑和惊奇.惊奇就是发现自己原来那么无知,便可引起对知识的渴求.如果好奇心和求知欲强,求知便没有实用目的而成为对智慧的纯粹热爱和对真理的追求 第二个条件是“闲暇”.知识阶层不用为生活而奔

11、波劳碌,因为整天从事繁重的体力劳动而没有闲暇的人,是无法从事求知这种复杂的脑力劳动的 第三个条件是“自由”,亚里士多德记述泰勒斯的故事:泰勒斯的朋友们因为他的贫困而指责他说,学问一点用处也没有.这位学问家通过对天体的观察预见到第二年将会出现橄榄作物大丰收.于是他在冬天非常便宜地租下了米利都和开俄斯两地所有的榨油机.到了橄榄丰收的季节,这种榨油机的需要量很大.泰勒斯便靠租榨油机租给用户很赚了一大笔钱.从而证明学问家赚钱是很容易,只是兴趣不在此,C.古希腊科学的奠基性成就,从自然哲学家们对世界本原的探索，到欧几里德几何学，从阿基米德力学到托勒密天文学，无一不是人类科学的奠基性成就 这些成就含有一些

12、稳定性的科学元素,1.2.4.为科学大厦挖地基: 古希腊自然哲学对世界本原的探索,A.古希腊自然哲学与科学 B.基本学派概览 C.几种主要观点:世界是由具体的物质形态构成的 D.古代原子论 E.亚里士多德,A.古希腊自然哲学与科学,自然哲学是思辩性质的.同后来依靠对实物的观察和归纳的科学不同,它主要依靠哲学家的头脑 但自然哲学是对自然的探索,成为了科学的母胎 第一位自然哲学家泰勒斯同时被称为希腊科学的始祖 他对天象的观测与日食的预报,一般性数学命题的提出与应用,如测量金字塔的高度,特别是首次提出“万物起源于水”的物质本原说命题,在宇宙本原问题上排除了神的作用 亚里士多德更是古代科学之集大成者,

13、B.基本学派概览,一元论：米利都学派赫拉克利特留基伯和德谟克利特 四元素说：毕达哥拉斯学派恩培多克勒柏拉图亚里士多德,C.几种不同主要观点的共同之处:世界是由具体的物质形态构成的,被誉为“科学之父”的泰勒斯认为,水是万物的本原,水沉淀变为泥,泥干后成土,水稀薄变为气,气加热成火,万物都是水变的,最后复归为水 被列宁誉为辩证法的奠基人之一的赫拉克利特说,这个世界对于一切存在物都是一样的,它不是任何神所创造的,它过去、现在、未来永远是一团永恒的火,在一定的分寸上燃烧,在一定的分寸上熄灭 毕达哥拉斯去掉具体的质,抽象出“数”作为世界的本原,从一生二,从数产生点线面体,产生水火土气四种元素,D.古代原

14、子论,留基伯被认为是把原子确定为基本元素的第一个哲学家.他认为原子含有数不清的元素,形状千姿百态,它们在空间永无休止的运动着 德谟克利特更精细地推敲了原子理论,并且阐明了原子理论的真实含义. 所谓原子,在希腊文中的意思就是不可再分割的东西.一个物体一分为二,它变成更小的物体,它还可以被分割,但这种分割不能无限地进行下去,其极限就是原子.世界是统一的,自然现象可以得到统一的解释,但统一不是在宏观层次上进行的,不是将一些自然物归结为另一些自然物,而是将宏观的东西归结为微观的东西,这些微观的东西就是原子 原子论者认为事物之间的区别是由组成它们的原子在形状、大小、数量上不一样而造成,统一的自然界可以用

15、数来描述,E.亚里士多德,有两对性质是决定性的：热-冷和干-湿.它们有四种结合方式,每种产生出一种元素 除了热或冷、湿或干以外,元素之间还有轻重之分.土和水重,土又是两者中最重的.气和火轻,火比气更轻. 因为土和水重,所以向宇宙中心下落就是它们的本性;气和火轻,地界的外围月球所在的天球上升就是它们的本性.如果未受阻碍,土和水将落向宇宙的中心;土由于其更重,将聚集在宇宙的中心,水则位于它外面的同心球壳.气和火要上升,但火由于更轻,将占据最外层的区域,气则刚好作为它里面的同心球壳.理想情况下这些元素将形成一系列同心球:火在外,接着是气和水,土则位于中心,1.2.5.科学大厦的第一根柱基: 欧几里得

16、几何学,欧几里得（公元前330275年）的几何学,古代希腊科学的最高成就,13卷巨著几何原本,于明代传入我国 数学知识系统化的标志,权威初等几何学,沿用了2000多年 公理化演绎体系的典范,科学大厦的第一根柱基,1.2.6. 最具科学特征的古代科学成就: 阿基米德力学,“浮力原理”和“杠杆原理”,由实验方法提出,是最早把观察、实验同数学方法融为一体的科学家,被称为“古代世界第一位也是最伟大的近代型物理学家”,“理论天才与实验天才合于一人的理想化身”,“与牛顿和高斯并列的历史上三个最伟大的数学家”,“除牛顿和爱因斯坦外对人类进步贡献最大的科学家”,1.2.7. 用数学来解释自然的第一项重大科学成

17、就:托勒密天文学,A.科学这种文化形式的的“特异性” B.古希腊宇宙模型的演变 C.天文学大成用数学来解释天上、地下和整个宇宙 D.托勒密天文学在科学史上的地位,A.科学这种文化形式的的“特异性”,1917年,30岁的印度怪才数学家拉曼鲁詹躺在伦敦的一所医院里病入膏肓,剑桥大学哈代教授前去探视他,为了转移病人对病痛的注意力,正钻研数论的哈代对病人说他刚才座的出租车号码为1729,很没意思.“No! No！”拉曼鲁詹回答说“这个号码非常有趣,它是具有两种不同分解的两数立方和的最小数。”( 1729=93+10313+123) 这个故事是一个象征,说明了科学文明相当普遍和基本的问题,即科学这种文化形式的的“特异性”（peculiarity）,与众不同,内含新奇甚至怪异的因素,