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1、第7讲 十九世纪的自然科学第二次技术革命 一、19世纪的科学技术 1、天文学 19世纪的天文学有很大进步。继牛顿发现万有引力定律之后，许多天文新发现进一步证实了这一定律的普遍意义。 19世纪人们在研究天体现状的基础上，提出了有关天体起源和演化问题的颇有价值的科学假说。 (1)、天文观测的新发现 德国天文学家赫歇耳(1738-1822)，根据对银河系恒星密度的观察，提出银河系是由一层恒星组成的，像一只边缘有裂缝的圆凸透镜，其直径约为厚度的5倍，太阳系位于银河系的中央平面，在离银河系中心不远的位置上。 他还比较了太阳和其他恒星相对于银河系中心的位置变化，发现恒星并非不动，太阳也有自行。赫歇耳还发现
2、了双星和聚星，并编制了包括260对双星的星表。依据赫歇耳对双星的研究，1844年德国天文学家贝塞耳(1784-1846)预言在天狼星豆和南河三星附近各自都有一颗肉眼看不见的暗伴星存在， 1862年,美国科学家克拉克(1832-1897)果然发现了天狼星确有一颗暗伴星。赫歇耳于1781年在金牛星的群星中发现有一颗前所未知的新星，它位于当时太阳系的疆界一一土星之外。后经英国天文学家麦斯克雷(1732-1811)的观察，确认它是太阳系中的一个新成员一一天王星。后又发现海王星。海王星的发现是近代天文学史上证实万有引力定律正确性的最著名的事例之一。此外天文学家在这一时期还发现了小行星、光行差和恒星视差等
3、。 （2）康德关于太阳系起源的力学模型。 德国哲学家康德(1724-1804)于1755年出版了著名的宇宙发展史概论一书。书中批判了宇宙不变的思想，提出了太阳系起源于原始星云的假说，他认为形成太阳系的原始星云是由大大小小的粒子组成的，这些粒子不均匀地布在空间中，由于粒子间相互吸引，较小的粒子向较大的粒子聚集，在引力最强的地方逐渐凝聚成中心天体。他还认为:粒子之间除相互吸引作用之外，还有一种相互排斥作用，它表现为粒子彼此碰撞，并沿不同方向向中心天体落去。最后,当某一方向上的运动占了优势时，就会使原始星云转动起来。并且在中心天体周围形成了大致在同一平面上转动的大大小小的粒子团。这些粒子团后来就成为
4、围绕中心天体旋转的行星。这些行星按照它们距离太阳远近的不同而有不同的轨道，离中心天体越远，轨道的椭率越大。这就是康德提出的关于太阳系起源的力学模型。 （3）拉普拉斯的星云假说 法国数学家拉普拉斯1796年在不知道康德星云假说的情况下，完全独立地提出了他的星云假说，并且还从数学上作了严格的论证。 他认为，我们的太阳系起源于一个巨大的炽热的而且在缓慢转动着的原始星云。由于逐渐地冷却，星云在不断地收缩，转动自然加快。星云赤道部分的物质所受的惯性离心力随之加大，当这一作用力与星云物质间的引力处于平衡时，赤道最外缘的物质将不再随星云一起收缩，而从星云中分离出来，形成一个围绕星云转动的气环，当这同一个过程
5、一次又一次地重复时，便相继形成了与行星数目相等的几个气环。气环中的物质是不均匀的，较密的部分把附近的物质吸引过去，使气环断裂并逐渐形成了行星。不断收缩的星云的中心部分就凝聚成太阳。这就是拉普拉斯提出的星云假说。由比较可知，,拉普拉斯的这一学说基本上与康德的学说是一致的。但是,它在细节上更多地考虑了太阳系的动力学特征。它比康德的学说更合理更自然地说明了太阳系中天体的运动为什么都按同一个方向旋转，为什么行星的轨道都大致在同一个平面上等等。他们二人都认为太阳系是由同一块星云形成的，并都用星云内部的吸引和排斥之间的矛盾来说明太阳系的形成。所以,后人把他们提出的两种星云假说合在一起统称为康德一拉普拉斯星
6、云说,它比较完整圆满地解释了天体运动的一些规律。 2、地学 19世纪开始形成为一门独立的科学。 1833年出版的赖尔的地质学原理一书,标志着近代地质学的诞生。 （1）、关于岩石成因的争论。 历史上曾有过两种不同的学说。 水成论 英国科学家伍德沃德(1665-1728)认为地球上的岩石是由水的作用形成的，这个观点被称为“水成论”。 1695年他在地球自然历史试探一文中，认为地球曾经有过一个历史时期被巨大的洪水淹没了，当时大部分生物死亡并且洪水还冲走了地表的砂石和土壤，使悬浮在洪水中的各种物质混杂起来，当这些物质按照重量的大小分层沉淀时最重的物质沉积在下面，最上面是沙、泥土和高等动植物的遗骸，经过
7、多年的沉积，这些动植物的遗骸，变成了化石。 火成论 意大利科学家莫罗(1687-1764)在1740年发表的论在山里发现的海洋生物一文中提出了“火成论”。他认为，原始的地球有一个光滑的、石质的表面被不深的淡水所覆盖。由于地下火的作用，破坏了地球的表面，使陆地和山脉隆起而升出水面。同时包含在地球内部的物质如粘土、泥沙、沥青和盐等都被排放出来，在石质的地表面上形成了新的地层。地下火的这种爆发作用一再重复就形成了更多的地层。由于每次爆发的喷出物不能立即盖满全球，所以在多次爆发后,埋葬在各地层中的物质就有差别。化石是埋藏在新形成的地层中的动植物遗骸，它由于陆地的隆起而出现在高山上。喷发出来的盐进入淡水
8、就形成了苦涩的海水。 关于岩石成因的这两种学说长期争论不休。 英国科学家赫顿 (1726-1797)被学术界认为是火成论的集大成者。 赫顿认为地球的历史必须用可以观察到的那些因素来解释，不应该借助任何超自然的力量。 他的这一见解为近代地质学的研究指明了方向，他因此被誉为“近代地质学之父”。 19世纪初，水成论大师维尔纳在学术界的巨大影响，使水成论暂时占了优势。 （2）关于地壳运动变化的学说。 18世纪以来，在产业革命的推动下，采煤、采矿、运河和隧道工程等推动了地质学的建立和大发展。 在地壳运动变化的方式上，长期存在着 “灾变论” 和 “渐变论” 的争论。 灾变论 “灾变论”的代表是法国的动物学
9、家、解剖学家和古生物学家居维叶(1769一1832)。 居维叶提出了灾变论。他认为地球历史上曾多次出现过局部的灾变，如洪水、地震等等。这种变化使当地的生物灭绝，从远处迁移过来的生物代替了原有的生物，在多次灾变中被埋藏在同一地层中的化石在种属上就会有明显的差别。 他认为，在地质形成过程中一直都在起作用的那些力量在形成、毁坏、再形成地壳的那些岩层方面起了关键作用。 渐变论 英国地质学家赖尔(1797-1875) 认为地球的历史在时间上是连续的,现状是以前变迁的结果。 阐明了地壳的演化过程。推翻了上帝创造世界的谬论。以地球的渐进理论，代替了造物主的一时兴发所引起的突变。 3、物理学 （1）能量守恒与
10、转化定律的发现 能量守恒与转化定律誉为19世纪中页自然科学的三大发现之一 它的发现是多个国家的十几位科学家，分别从不同的专业领域各自独立地提出来的。 早在1644年，笛卡儿在哲学原理一书中就提出了运动不灭原理。 1798年美国物理学家伦福特(1753-1814) 发现钻头的机械运动能使冷却水沸腾，这说明热能来源于钻头的运动。 法国工程师卡诺在研究各种蒸汽机效率的长期实践中认识到：热是一种物理运动形式，热和机械能(功)之间可以相互转化。 1878年人们发现了他的一本日记，其中记载了这样的见解：热不过是动力，或者更确切地说，不过是改变了形式的运动，在自然界中动力在量上是不变的，准确地说，他是不生不
11、灭的。 1840年英国物理学家焦耳(1818-1889)发现电流热效应的焦耳定律。 1840年德国医心迈尔(1814-1878) 发现生物体内能的输入和输出是平衡的。食物中所含的化学能和机械能一样，可以转化为热能， 迈尔是第一个发表能量守恒和转化定律的人。 1842年，英国律师格罗夫(1811-1896)提出：一切能量包括机械能、热、光、电、磁甚至化学能在一定条件下都可以相互转化，而不发生损耗。 他的论述发表于1846年以物理力之间的相互关系讲稿中，这是论述能量守恒定律的最早的著作， 能量守恒与转化定律又叫热力学第一定律， 它的数学形式为： Q(E2-E1)+A E2-E1表示系统内能的变化A
12、表示功。 热力学第一定律也表述为“第一类永动机”不可制造。 热力学第二定律 1851年，英国物理学家开尔文指出：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功。(热机必须工作于两个之间，热从高温热源转移到低温热源时才能作功) 定律的表述： 热机不可能把从高温热源中吸收的热量全部转化为有用功 ，而总要把一部分热量传给低温热源。 热力学第二定律也称为第二类永动机不可能制造原理。 历史上曾有人企图制造出一种热机，这种热机不需要两个热源高温和低温热源。而只要使我们周围的海洋，大气冷却下去，热机便可作功，这种热机称为第二类永动机热力学第二定律告诉我们，这纯粹是一种空想。 “熵” 1865年，克劳修斯引用了
13、一个更深刻的概念“熵” 来反映热力学第二定律，他将系统不能做功的随机或无序状态定义为熵， 因此热力学第二定律也可表示为：在孤立系统内，实际发生的过程总使整个系统的熵的数值增大。这样， 热力学第二定律又称之为“熵增原理”. 熵越小，表示系统越不平衡，越不稳定，越有序，可转化的能量越大。 熵越大，表示系统越平衡，越稳定，越无序，能量退化越多。 热力学第二定律的表述有几种，无论哪种表述意义是相同的。其本质都是一样的，它揭示了客观世界中的一个重要规律，即：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，并且还向人们指出了宏观过程进行的条件和方向。 “热寂说” 热力学第二定律发现后，克劳修斯等人把这一定律无
14、条件的推广的整个宇宙，提出了所谓的“热寂说” 在1867年的一次演讲中他说“宇宙越是接近其熵为最大值的状态，它继续发生变化的可能性就越小。当它完全达到这个状态时就不会再出现进一步的变化了,宇宙将永远处于一种隋性的死寂状态”。 物理学的第二次大综合 热力学第一定律和第二定律的发现，奠定了经典热力学的理论基础。特别是找到了自然界各种运动形式之间相互转化的基本关系，实现了物理学史上的第二次大综合。 （2）电磁学的发展 电池的发明 意大利物理学家伏特(1745-1827)伏特根据以上发现制成了用锌板和铜板作为两极的伏特电堆。 这是最早能提供稳定直流电的电池，这一发明为电学的实验和发展提供了最主要的工具
15、。由于这一发明，伏特的名字成为电势(电压)的基本单位，由于有了可供使用的稳定的电流电源，对电流的研究也就展开的，从而进一步推动了整个电磁学的发展。 电流磁现象的发现 1820年，丹麦物理学教授奥斯特(1777-1851) 发现了通过稳恒电流的导线附近的磁针发生偏转的现象，这个发现将电与磁联系起来了，由此带来了电学发展史上飞跃。奥斯特的发现是重大的，它揭示了两个自然界的秘密。 第一 ；自然界存在能引起偏转的作用力，这就是电流对磁的作用。它不是沿直线的，而引力、和静电力的作用却是在直线上发生的。 第二；人们开始认识宇宙的第二种相互作用“电磁相互作用” 安培对电磁学的贡献 1823年,法国物理学家安
16、培(1775-1836)以极大的兴趣重复了奥斯特的实验。 几个星期后他发现电流不仅会对磁针发生作用。两根通电导体也会发生作用。他当它有同向电流时相吸，反向电流时相斥。 安培对磁的本质进行了研究，并提出了分子电流的假说，认为一切磁现象都起源于电流或电荷的运动，运动电荷周围存在一种特殊的物质称为 “磁场” 而且安培完整地发现了电流使磁体发生偏斜的方向法则，安培法则(右手螺旋法则)并且给出了这一法则完美的数学形式, 安培环路定律： 安培为电动力学的创立做出了开创性的贡献，为纪念他以安培的名字做为电流的单位 法拉第与电动力学的诞生 在奥斯特发现了电流产生磁的现象之后，很多人开始找它的“逆”效应，即磁能
17、否产生电。英国著名物理学家法拉第(1779-1867)成功地通过实验发现了这种逆效应。 1831年法拉第发现： “电磁感应” 现象，并得出了著名的电磁感应定律。法拉第定律的发现，为发电机的制造奠定了理论基础。 定律的表述：如有一闭合回路，当通过这回路所包围的面积的磁通量发生变化时，回路中就变产生电流，这种电流称为感应电流。 数学表达式：= - 式中为感应电动势. 为磁通量对时间变化率。负号为楞次定律的数学表达。 法拉弟创立“场”的概念 超距作用 电和磁的作用是如何传递的? 当时有人认为存在一种超距作用，即两个电荷(或磁极)之间不通过任何媒质即可瞬间地发生作用。 1837年法拉弟提出了 “场”
18、的概念：电荷与电荷，磁极与磁极之间的相互作用不是超距的，而是通过带电体或磁性物质周围的 “场” 发生的。 电场与磁场能够相互影响。它们是一个统一的“电磁场”的两个方面。l “力线” 惊人的想象力 为了形像化的描述电磁场，他以惊人的想象力提出了“力线”的概念。 用电力线、磁力线来描述电场和磁场。这使电场和磁场的大小的形像化和直观了。用这种方法法拉弟弥补了数学方面的不足给他描述电磁场造成的困难。 （3）麦克斯韦与经典物理学的第三次大综合 电磁学理论的大厦是由英国人麦克斯韦(1831-1879)最后完成的。 在领略到法拉弟的电磁场理论成就的意义之后，麦克斯韦力图用完善的数字形式来表达它。1855年他
19、用一个矢量微分方程和几何图象说明了电力线的和磁力线之间的空间关系。 麦克斯韦方程组 历经10年把包括库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥和萨伐尔、法拉弟等人发现的定律概括为4个方程，称为麦克斯韦方程组，形式如下： 以上方程组为麦克斯韦方程组的微分形式，它所表达出的关于电磁场的性质的含义是深刻的，反映了电磁运动基本规律的普遍理论。 式中的C为光速，即电磁波的传波速度。 麦克斯韦是牛顿和爱因斯坦之间的最伟大的理论物理学家 。 电磁波的验证 1886年德国青年物理学家赫兹(1857-1894)发明了检波器，证明了电磁波的存在。 1888年赫兹又进一步测量了电磁波的速率，证明它等于光速，从而证明了光是一种电磁
20、波。 电磁场的物质性： 麦克斯韦方程组描述了电磁场的规律，电磁场又是什么性质的呢?后来的研究发现： 电磁场是一种客观存在的物质，是物质的一种存在形式。电磁场有质量、动量、能量、角动量等实体物质的基本属性。并遵循质量守恒、动量守恒、能量守恒与转化等基本规律。 麦克斯韦方程组成功的描述了一个完整的经典电磁理论体系，把电、磁、光等过去认为互不联系的现象统一起来。实现了经典物理学的第三次大综合。 （4）光学的发展； 偏振现象的发现； 自惠更斯以来，一直把光波看做是纵波，可纵波不能出现偏振现象，这给杨造成了困难。 1808年，马吕斯(1775-1812)偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象，偏振是
21、横波所特有的性质。于是光的波动说又有了一个重大进展。 电磁波波动说的最终胜利 1815年法国物理学家菲湿耳(1788-1827) ，发表了一篇光学论文，文中仔细地研究了光的衍射现象。 文章证据确凿、极有说服力、证实了惠夏斯原理，圆满解释了光的偏振现象，也能解释干涉，衍射现象。 一直到1845年，法拉第发现了光在强磁场中的偏转，才使人们认识到光是一种电磁波，而非弹性波(机械波) 由于众多科学家的的努力，光的波动学说确定。 光谱学的产生 光的波动说确定以后，最大贡献就是促生了光谱学的建立。 牛顿曾经用棱镜将太阳光分解成不同颜色的光线，这是最早的光谱。现在人们认识到，不同的颜色对应于不同波长，不同波
22、长的光依次排列构成了光谱。 红外线、紫外线； 1800年，天文学家赫歇尔发现在太阳光谱线的红外端以下所放的温度计明显的受到了热辐射，从而发现了红外线， 英国人沃拉斯顿和德国人缪勒(1809-1875)先后发现了紫外线， 费朗和夫暗线； 1848年，德国科学家费琅和夫(1787-1826)用他所制作的分光镜观察太阳光谱时，发现了太阳光谱中有许多暗线 费朗和夫无法解释，后来用改进的分光镜发现这些喑线有几百条，而且其他行星的光谱也与之相同。 这一发现，开创了天体分光学，这些谱线同构成天体的无素成份有关，这些谱线称为费朗和夫暗线，表证了太阳及行星的元素成份。 特征谱线； 对费朗和夫暗线的正确解释是由基
23、尔霍夫完成的。 1859年，德国物理学家基尔霍夫(1824-1887)和本生(1811-1899) 发现每种单纯的物质有一种特征光谱，光谱中有一条明亮的谱线是该物质所持有的，称为特征谱线。 在光下观察，由于该谱线被吸收，所以看上去是暗线，这就是费朗和夫暗线。 天体光谱学的建立 对比太阳光谱中的谱线。基尔霍夫指出太阳中必存在钠、镁、铜、锌、镍等原素，从而真正开创了天体光谱学的分析。 当天文学家用光谱分析法分析恒星的光谱时立即得出宇宙间的物质结构具有统一性，后来基尔霍夫因此伟大发现而被英国授于金原奖章。 光谱分析不仅开辟了其天体物理学的广阔前景，而且也为深入研究物质原子构成打开了道路。 近代原子物
24、理学正是从原子光谱的研究中开始的。 许多无素、如铯、铷、铊、镓、铟等都是通过光谱分析而发现的。现在的光谱仪器分光元件已与19世记大不相同。 多谱勒效应和红移 奥地利数学教授多普勒(1803-1853)，在研究声学时发现，声源相对接受者运动时，接收者所接受的声音的频率和声源的频率不同这一现象称为多普勒效应。 根据多普勒效应火车进站时汽笛此实际声调高，离站时此实际声调低，1842年多谱勒把这一原理用到光谱与上时提出，发光体的颜色正如发声体的声调一样随物观察者的来去运动而变化， 19世天文学家证明；星体光谱的颜色并不会像多普勒设想的那样改变，但是星体的运动可以使整个光谱向某个方向移动。 朝向我们运动
25、的星体，整个光谱会向紫外线移动，这称为紫移。 离我们而去运动的星体整个光谱会向红外区移动这种移动称为红移。 20世记天文学的惊人发现河外星系的谱线红移，导致了宇宙大爆炸理论的诞生。 4、化学 原子、分子学说的创立 18世纪后半叶，化学从定性研究发展为定量研究，人们逐步建立起一些实验性的定律，如质量守恒定律，定比定律等。 这些定律是从实验事实中归纳总结出来的，而且它们之间也还没有建立内在的联系，这在客观上对化学理论的产生提出了要求。 道尔顿的原子论 1808年英国化学家道尔顿(1766-1844)在他的化学哲学新体系一书中正式发表了他的原子论，其主要内容是： 第一、原子是组成元素的最小粒子，它们
26、是不可见的，即不可能创造也不可毁灭，也不可再分割，原子在一切化学变化中保持其本性不变。 第二、同一元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同的，不同元素的原子在形状，质量及各种性质上则各不相同，原子最重要的性质是原子量。 第三、不同元素的原子以简单数目的比例相结合，就形成化学中的化合物，化合物的原子称为复杂原子，复杂原子的质量为所含各种元素原子质量总和，同一化合物的复杂原子，其形状质量和性质也必然相同。 道尔顿的原子论的建立具有重大的科学和哲学意义； 首先他指出了每种化学元素以它们的原子量为其最本质的特征，这是道尔顿学说的核心，以原子量为核心思想的新原子论深入地探讨了化学的变化的本质，开辟了化
27、学发展的新时代。在新原子论的指导下，化学开始了惊人快速的发展。 道尔顿的原子论存在两个缺点 第一他否定原子的可分性， 第二他忽视了分子和原子的本质的区别。 吕萨克的气体反应体积定律 1808年法国化学家盖吕萨克(1778-1850) 根据道尔顿的原子论发现了气体反应体积定律即；“在相同温度和压力下，气体反应中各气体的体积互成简单整数比”。 吕萨克根据道尔顿原子论推出；“在同温同压下的各种气体，在相同体积内将会有相同数目的原子”。却遭到道尔顿的坚决反对。 道尔顿认为； 第一，不同物质的原子的大小是不同的，所以相同体积中不同气体不可能包含相同的原子数， 第二，若按吕萨克的说法将会引出半个原子的荒谬
28、结论，同为一体积的氧和一体积的氮化合而成两体积的氧化氮中、每个氧化氮原子却只能是由半个原子的氧和半个原子的氮所组成。 这是荒谬的，道尔顿为了捍卫自己的理论而坚持反对， 阿佛加德罗的原子分子说 1811年意大利物理学家阿佛加德罗(1776-1856)发表了题为原子相对质量的测定方法及原子进入化合物时数目比例的确定一文，首次引入了分子的概念， 阿佛加德罗分子假说的基本点是： 第一，原子是参加化学反应的最小质点，但它不能单独存在，只有在几个原子相互结合在一起，形成分子后才能相对稳定地独立存在。 第二，分子是由原子组成的，单质分子由同种原子组成，化合物则由不同种类的原子组成。 第三，他假定，所有分子至
29、少应有两个原子组成。 阿佛加德罗的分子假说提出以后，把道尔顿的原子论和盖吕萨克的气体反应定律统一起来。但分子假说在当时并不得到承认和重视。这样阿佛加德罗的分子假说被打入冷宫50年。 康尼查罗的历史性作用 50年后1860年意大利化学家康尼查罗(1826-1910)出版了一本证论分子学说的手册化学哲学课程大纲 文章指出化学科学的困难早在50年前就已由阿佛加德罗解决了只要把原子、分子区分开来混乱局面就会澄清，他的文章论据充分、方法严谨、条理清晰、对当时化学上的乱象一一加以分析，并且提出了一种创立分子量和求原子量的方法，从而统一了化学家的思想，使原子分子说在化学界得到了一致的公认，也使阿佛加德罗在化
30、学上确立了应有的地位 门捷列夫发现元素周期律 前人的工作 直到1869年，化学家们已发现了63种元素，大量新元素的发现、道尔顿的原子论和原子量概念使人们开始对元素原子量进行测定，这些都为元素周期律的发现做好了准备 1814年，瑞典化学家柏采里乌斯(1779-1848) 通过他的精确测量给出了当时已知元素的第一个原子量表。对已知元素的原子量，化学性质进行了比较。 1815年，英国生学普劳特(1785-1850) 根据已测知的元素的原子量是氢原子原子量近似整数倍的结果提出了其他元素原子都是氢原子集合体的想法。 1829年，德国化学家德贝莱纳(1780-1849) 从已知的54种元素中选出15个，按
31、化学性质分成了三组，称为“三素组”，如锂钠钾，钙锶钡、硫硒碲，每组的三个元素化学性质相似，中间元素的原子量和首尾两元素原子量的平均值近似。 1862年法国科学家尚古多(1820-1886) 把已知的62个元素排列在一个螺旋柱上发现有相似性质的元素大致按16为周期，重复出现。 1864年美国人纽兰兹(1837-1898) 把62个元素按原子量大小顺序排列，发现在这个排列中任取8个元素，第8个元素的性质总是重复第一个元素的性质。好像音乐中的8度音节，他将自己的发现称的八音律， 门捷列夫的贡献 1869年门捷列夫(1834-1907)继承和发展了前人的工作。于1869年2月提出了周期律，并且发表了第
32、一个元素周期表。 同年3月他在元素属性和原子量关系一文中论述了元素周期律的四个基本观点：(1)按照原子量大小排列起来的元素在性质上有明显的周期性(2)原子量的大小决定元素的性质(3)应该预料许多未知元素的发现，元素中的某些同类元素将按照它们原子量的大小而被发现。(4)知道了某元素的同类元素以后有时可以修正该元素的原子量。 意义 具有重大的科学意义和哲学意义 第一元素周期率的发现是对化学的一次的辨证的综合，它把原来认为互不相干的，彼此孤立的各种元素统一起来。找到了它们之间的内在联系，从而使各种元素形成了一个有机的整体。 第二元素周期率生动的揭示了自然界事物的发展由量变到质变的过程，为辨证唯物主义
33、的自然观提供了有力的例证。 5、生命科学 18世纪下半叶至19世纪是生命科学家取得重大成就的时期，细胞学说的建立和生物进化论是这一时期生命科学发展中的两座丰碑，它志标着生物与作为一门独立的科学建立起来。 （1）细胞学说的建立 自从胡克发现细胞以来，经过100年的研究，一种完整的细胞学说在19世纪30年代终于形成了。 1824年，法国人杜特罗歇(17761847)提出： 动、植物的器官和组织都是由细胞组成的。 但由于当时的人对细胞的内部结构还没有清楚的了解，他的观点没有引起多大的重视。 3年后意大利人阿米奇(17861868) 改进了的消色差(相差)显微镜，生物学家们有可能更清楚地观察细胞的结构
34、了。 从1832年起，先是英国人布朗(17731858)，接着是捷克人普金叶(17871869)和法国人杜雅丹(18011860)等，都从不同的材料中观察到了细胞核和细胞质。人们认识到，细胞是一个内部含有核的质块。 1838年德国人施莱登(18041881)发表了论植物的发生一文，提出细胞是一切植物体的基本单位。 1839年德国人施旺(18101882)发表了动植物结构和生长相似性的显微研究一文，把施莱登的学说扩大到了动物界。 这样便形成了适用于整个生物界的细胞学说。 细胞学说的建立是整个生物进化的科学基础。细胞学说深刻地揭示了动植物之间也不是彼此孤立的，而是有内在的统一性的这个生命科学的本质
35、。 （2）进化论的创立 18世纪中叶以前，人们受形而上学世界观的束缚，普遍认为物种是不变的。 18世纪中叶之后，随着地质地理学、比较解剖学、胚胎学的发展，生物是进化来的观念逐渐被人们接受。 拉马克的进化论思想 第一个系统地提出进化论思想的是法国博物学家拉马克(17441829)。 1802年发表了对生命天然体的观察阐明了关于生物进化的创见。 拉马克的进化论思想的基本点是： 第一，生物是进化来的。 他把昆虫和蠕虫两类无脊椎动物分成十个纲，按照它们的构造和组织上的阶梯，以直线次序排列起来；脊椎动物按鱼类、爬虫类、鸟类和哺乳类四个纲依阶次排列起来。从这些排列中显示了动物从单细胞有机体向人类过渡的进化
36、次序 第二，生物进化有两种动力，一是生物有天生地向上发展的内在倾向，二是环境对生物体的影响。 第三，对生物适应环境的演化机制，拉马克提出“用进废退”和“获得性遗传”两条重要原则。 达尔文的进化论 全面系统地提出物种进化论的是英国生物学家达尔文。 1825年，达尔文进入爱丁堡大学学习医学 但由于他从小喜欢玩鱼、捉鸟，对植物变异也有兴趣，不喜欢医学，于是在1828年父亲又把他转到剑桥大学学习神学他经常玩牌、旅游、收集甲虫等等，幸运的是在这里结识了植物学教授汉斯罗，在他的影响和赏识下，重新唤起了达尔文学习地质学和自然历史的愿望， 1831年大学毕业后，在汉斯教授推荐下，到英国皇家考察船“贝格尔”号进
37、行了长达 5 年的科学考察。 回国后，他一面总结、整理考察中收集到的资料，一面做动植物人工变异实验，经过20多年的潜心研究，于1859年出版了他的物种起源 书中用大量而丰富的资料系统、全面地阐述了他的进化论思想，其基本点是： 第一，生物是进化来的，既不是上帝创造的，也不是一成不变的。 第二，变异是生物普遍存在的现象，变异的基本原因是生活条件的改变。 第三，通过人工培育可以产生新种。 第四，相似的生物起源于一个共同的祖先，一切生物的最终起源是单一的。 第五，在自然界中，生物物种是通过自然选择而产生的,自然选择是通过生存斗争实现的,生存斗争的结果是“物竞天择、适者生存，优胜劣汰” 这是生物进化的基
38、本规律。 第六，达尔文还认为，生物不仅有变异，而且有遗传，它不仅保证物种的繁衍，而且保证把有利的变异传给后代。有利的变异在世代的传递中逐渐积累，最终可以产生出新种。总之，达尔文对生物进化做了规律性解释。 物种起源是一部具有划时代意义的革命性著作，是生物学史上的一个里程碑。 它的出版立即引起社会各界的重视，第一天，2500册书就销售一空，再版的3000册又在不到一天内售完，此后多次再版畅销全世界。 达尔文进化论的科学意义； 第一，它彻底粉碎了神创论和物种不变论，第一次把生物学建立在科学的基础上 第二，它为辩证唯物主义自然观的创立奠定了基础。 达尔文进化论的确立不是一帆风顺的 物种起源出版后曾引起
39、一场风波，遭到了来自宗教和世俗的反对和攻击，连他的好朋友也对“人猿同祖”不理解，站到了反对派一边。当时反对派是多数，支持者是少数。主教曾纠集教会头目策划“打倒达尔文”，1860年6月30日展开了一场短兵相接的“牛津大辩论”。 地质学家赖尔、英国博物学家赫胥黎 (18251895)坚决站在达尔文一边，支持和鼓励达尔文。 赫胥黎在给达尔文的信中说：“你的理论，我准备接受火刑(如果必要)也要支持”。 达尔文在给赖尔的信中则表示：“这种围攻说明了这一理论是值得我们为它而战的，我保证一定尽我最大的力量。” 这场辩论以达尔文胜利而告终 1863年赫胥黎又发表了人类在自然界的位置一书，明确论证了“人猿同祖”
40、的观点，此后达尔文进化论占据了生物学中的统治地位 1882年4月19日达尔文逝世，终年73岁，他的墓与牛顿墓遥相对应。 达尔文成功的因素： 一一 他具有敏锐的洞察力和持之以恒的精神， 他往往在那些司空见惯，别人不注意的稍纵即逝的地方做出惊人的发现。比如，他发现家养的狗、兔、猪的耳朵是下垂的，并认为这是家养环境没有野外那种惊吓造成的。 二二 他认为对于科学，坚持者，必可成功。 二、第二次技术革命 以电能的开发和广泛应用为主要标志的电力革命 1、背景： 第一次技术革命使矿物能源煤大规模的开发和利用，蒸汽机虽然可以提供极大的马力，但它有许多缺点 第一笨重的机械传导至使机器效率很低 第二燃料的运输费用
41、高 第三不能适应流水作业的要求， 寻找一个即集中又灵活又经济的能源分配方法，对时代提出了要求，一场电机代替蒸汽机的技术革命应达而生。 电磁学的发展为电能的开发和应用奠定了理论基础，电能可以使能源的利用率更高，因为电能可以集约化生产，也更洁净、更方便。 从19世纪70年代开始，电能在人类社会生产和生活的各个方面得到了广泛的应用，这就引发了以电能的开发和广泛应用为主要标志的第二次技术革命。 与第一次技术革命不同，是在理论的指导下进行的，即理论在先，技术在后。 最先制造出电动机、发电机雏型的即是那些发明这些理论的科学家，这很好的体现了科学与技术的统一性。 2 2、新能源统治地位确立 发电机 1831
42、年，法国巴黎的皮克西根据法拉弟的发现制出了世界上第一台手摇发电机及它的改进型(固定磁场式)并进行了展览。 1834年英国伦敦仪器制造商克拉克制成了第一台商用发电机。 1863年著名电机制造家外尔德制成了具有磁电激磁机的发电机，并用于电镀工业。 三相交流电动机； 1889年，俄国工程师多布罗沃尔斯基设计了三相交流电动机和三相变压器。 1891年在电能的实际应用中首次使用三相制、标志着电工发展新阶段的开始。 1866年德国的西门子(1816-1892)用电磁铁取代永久磁铁用自激的原理制成了自激式直流发电机，这种发电机靠磁铁中的剩磁启动，可以把机械能高效率的转化为强大的电流。 这种方便的把电与磁的相
43、互转换的技术发明具有划时代的伟大意义。到19世纪70年代用直流电机供电已开始占统治地位， 西门子的发电机在技术史上相当于瓦特的蒸汽机西门子也因此被称为“近代德国科学之父”。 19世纪30年代以后发电厂相应的发展起来。 19世纪70年代以后，电能做为新能源占据了世界能源市场的统治地位。 1901年美国密西西比河统域建成了50千伏的高压输电线路，远距离输电成为现实，电力终于成为比蒸汽动力更方便更强大的动力，它的广泛应用对工业发展起了决定性的作用。 3、信息传播技术的初步发展 电能的应用，使人类远距离传输信息的梦想成为可能，人类开始探求新的通讯方式，电报、电话、无线通讯、电视等相继发展起来。 信息的
44、获取和传播是人类社会最基本的需求之一。人类最基本的信息传播手段就是语言，通迅就是使信息得到传输，随着人类社会的发展，迫切需要建立远距离传输信息的手段。通讯技术的产生和发展，真正的推动力是人类的社会需求，是市场的需要，信息意味着财富，信息有利于资产阶级统治的强化，信息是战争中克敌制胜的有利武器，这一切都极大的刺激了信息技术的创立和发展。 电报的发展和应用； 电报的概念最初是安培提出的，他于1821年建议用电磁装置来传递信号，最初实现用导线传递信号的是高斯和韦伯。 1833年，他们就已在天文台和物理馆之间9000英尺的距离内架设了原始的电报线。 1832年美国画家莫尔斯放弃了绘画而醉心于实现电报通
45、信的梦想，三年后他制成了电报机。 后来他根据电流在通、断时出现火花和不出现火花的现象，做为两种信号发明了用点、线组成的“莫而尔斯电码” 1844年他在政府资助下，在华盛顿和巴尔摩之间建立了40公里的电报线，第一句电文是从美国最高法院大庭上发出的由莫而斯拟好的“上帝创造奇迹” 1858年由于大西洋海底电缆接通英、美两国首次用电缆通信。 1902年电缆己穿过太平洋把加拿大和澳大利亚连接起来，至此一个全球各大陆的电报通讯网络建立起来。 电话的发明和应用； 1867年美国人贝尔(1847-1922)在实验室中实验了用电传递声波，这标志着人类创造了比电报更方便、更直接的信息传播技术。 10年后贝尔创办了
46、电话公司，并在3年内安装了5万多部电话。爱迪生和休斯发明了新的话筒和自动拨号技术，电话得到进一步改进。 无线电技术的发明； 赫兹发现了电磁波，人们开始研究利用这种电磁现象来传递信息的方法。 1895年意大利人马可尼(1847-1937)和俄国人波波夫分别实现了无线电的发送和接收。 1901年马可尼首次完成了横跨大西洋的无线电通讯设在2000英里以外的收报机成功，收到了大洋彼岸发来的“S”字母。 电视机的发明和应用； 电视的发明和发展经历了一个漫长的过程。 1907年，俄国发明家罗辛提出使用尼普科园盘对景物进行扫描，用阴机射线管进行接收的远距离电视图像设想。 电视机的发明和发展对人类文明的影响是
47、巨大的。 它缩小了人与人之间的距离，使世界变的更小了，它不仅可以用来娱乐，还可以用来学习，监视，利用卫星传遍世界的每个角落，即可民用，也可军用，落后国家用它来发展教育，民主国家利用它来煽动选情。造势选举，总之它极大的改变了人们的生活方式，思维方式，国际政治，以至于影响到人类文明的发展走向。 1929年英国发明家贝尔德(1888-1946) 研制成实用的电视系统，同年英国开始公共电视广播。 1930年电视机进入市场。 1941年开始正规的电视广播。 1964年开始普及彩色电视。 上世纪70年代全世界已有电视4千万台，彩色电视机有三种制式(标准)，NTSC制，SECAM制和PAL制，我国采用的是P
48、AL制， 阳光照相法的发明和普及。 1837年，法国人达盖尔(1787-1851)成功的发明了一种照相法。 照相机的发明对人类文明的进步意义巨大，它使图像的传播成为现实，为后来电影、电视等传插媒介的发展奠定了基础，只不过后者使图像动了起来，达盖尔发明的照相技术广泛应用于科学研究，工业生产及军事领域，也极大的丰富了人类的精神生活。 5 5、内燃机的发明和改进 1869年法国发明家里诺(1821-1900)制成了第一台实用的内燃机，二冲程、无压缩、电点火煤气机，从此内燃机开始第一次批量生产 电能的利用和普及，使人类进入电器时代，蒸汽机渐渐退出工业领域，但电动机也有一个严重的制约因素就是必须有电缆供
49、电或者由电池作为电源供电才能使它运转，在有些条件下使用电缆供电是不可能的。如汽车、火车等移动的运输工具，再如偏远地区也不可能有电缆供电，而电池做为供电电源其容量问题一直未能解决，几百年来，人们一直费尽心机的想解决这个问题，可目前为止不见大的进展，如能发明一个高容量的储能电池则对人类是极大的贡献，但遗憾的是直到现在科学家一直没能解决这个问题，因此，人类对利用方便的、可移动的矿物燃料为能源的动力机械产生了迫切的要求。 1862年法国工程师德罗沙，提出等容燃烧的四冲程缩环原理。 1876年德国工程师奥托制成了第一台四冲程的往复式活塞内燃机，这是第一台煤汽机，热效率高达12%-14%。 1892年，德
50、国工程师狄塞尔发明了柴油机，这是一种结构简单，燃料便宜的内燃机，被广泛的应用于汽车和船舶。 1939年德国霍兹华尔斯研制成功2000千瓦的燃气轮机。热效率达20%，使燃汽轮机进入实用阶段。 1957年德国的沃克尔经过30年的艰苦研制，制造了一种三角旋转活塞式发动机，极大的提高了内燃机的效率 1960年装在汽车上进行道路实验引起轰动，旋转活塞式发动机成为效率最高的发动机 20世纪80年代以后，由于污染日益加重、矿物能源日见减少，人们开探索新型动力机 如氢气发动机，磁流体发动机，原子能发动机，太阳能发动机，燃料电池发动机，这些发动机需要满足减少污染和可持续发展的社会要求期中检查l 试论古希腊科学思想对当代人类社会的影响
