第十章近代前期自然科学的发展

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1、第十章第十章第十章第十章 近代前期自然科学的发展近代前期自然科学的发展近代前期自然科学的发展近代前期自然科学的发展及第一次技术革命及第一次技术革命及第一次技术革命及第一次技术革命第一节第一节第一节第一节 数学数学数学数学第二节第二节第二节第二节 化学化学化学化学第三节第三节第三节第三节 生物学生物学生物学生物学第四节第四节第四节第四节 近代自然科学方法论近代自然科学方法论近代自然科学方法论近代自然科学方法论第五节第五节第五节第五节 第一次技术革命第一次技术革命第一次技术革命第一次技术革命( (蒸汽时代蒸汽时代蒸汽时代蒸汽时代) )第一节第一节 数学数学一、笛卡儿与解析几何的诞生一、笛卡儿与解析

2、几何的诞生1、笛卡儿创立解析几何、笛卡儿创立解析几何 1637，更好地指导推理和寻求科学真理的方法论更好地指导推理和寻求科学真理的方法论：几何学几何学、折光折光和和陨星陨星。 建立了历史上第一个倾斜坐标系和直角坐标系，建立了历史上第一个倾斜坐标系和直角坐标系，提出曲线方程的思想。提出曲线方程的思想。2、费尔马对解析几何学的贡献费尔马对解析几何学的贡献平面和立体的轨迹引论平面和立体的轨迹引论：记载了一般直线和圆：记载了一般直线和圆的方程，以及关于双曲线、椭圆、抛物线的讨论的方程，以及关于双曲线、椭圆、抛物线的讨论 解析地定义了许多新的曲线提出了许多以代解析地定义了许多新的曲线提出了许多以代数方程

3、定义的新曲线。数方程定义的新曲线。3、笛卡儿的科学方法、笛卡儿的科学方法 笛卡儿认为在一切领域中笛卡儿认为在一切领域中可以建立一种普适的推证真理可以建立一种普适的推证真理的方法，这个方法就是数学方的方法，这个方法就是数学方法，称之为法，称之为“通用数学通用数学”。强调代数的一般性以及它在推强调代数的一般性以及它在推理程序机械化和减小解题工作理程序机械化和减小解题工作量方面的价值。量方面的价值。 任何的问题任何的问题数学问题数学问题代数问题代数问题方程求解方程求解笛卡儿的哲学名言是：笛卡儿的哲学名言是：“我思故我在我思故我在” 。_“I think, therefore I am.”_“I th

4、ink, therefore I am.” 二、对数的发明二、对数的发明1596年，耐普尔制成了一张7位数字的对数表。1617年，布里格斯和耐普尔共同出版一千个数的对数。它是历史上第一个可供实际应用的、14位的、以10为底的对数表，正式确立了对数的计算方法。 拉普拉斯拉普拉斯(Pierre Simon Laplace,17491827) ： 对数，可以缩短计算时间，对数，可以缩短计算时间，“在实效上等在实效上等于把天文学家的寿命延长了许多倍于把天文学家的寿命延长了许多倍”。n n 三、微积分的创立三、微积分的创立n 1、牛顿创立微积分、牛顿创立微积分n 牛顿站在更高的角度，将切线问题、求积问题

5、、瞬牛顿站在更高的角度，将切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题的各种技巧统时速度问题以及函数的极大和极小值问题的各种技巧统一为两类普通的算法一为两类普通的算法微分和积分，并确立了这两类微分和积分，并确立了这两类运算的互逆关系，从而完成了微积分发明中最关键的一运算的互逆关系，从而完成了微积分发明中最关键的一步，为近代科学发展提供了最有效的工具，开辟了数学步，为近代科学发展提供了最有效的工具，开辟了数学上的一个新纪元。上的一个新纪元。 运用无穷多项方程的计算法运用无穷多项方程的计算法（1711年发表）年发表） 流数术和无穷极数流数术和无穷极数（1671年完稿，年完稿，1736

6、年发表）年发表） 求曲边形面积求曲边形面积（1676年完稿，年完稿，1704年正式发表）年正式发表） 2、莱布尼茨创立微积分、莱布尼茨创立微积分n从几何方面独立发现了微积分，使微积分更加简从几何方面独立发现了微积分，使微积分更加简洁和准确。洁和准确。n牛顿在微积分的应用上更多地结合了运动学，造牛顿在微积分的应用上更多地结合了运动学，造诣较莱布尼茨高一筹，但莱布尼茨的表达形式采诣较莱布尼茨高一筹，但莱布尼茨的表达形式采用数学符号却又远远优于牛顿一筹，既简洁又准用数学符号却又远远优于牛顿一筹，既简洁又准确地揭示出微积分的实质，强有力地促进了高等确地揭示出微积分的实质，强有力地促进了高等数学的发展。

7、数学的发展。 莱布尼茨创造的微积分符号，正像印度莱布尼茨创造的微积分符号，正像印度阿阿拉伯数码促进了算术与代数发展一样，促进了微拉伯数码促进了算术与代数发展一样，促进了微积分学的发展，莱布尼茨是数学史上最杰出的符积分学的发展，莱布尼茨是数学史上最杰出的符号创造者之一。号创造者之一。 四、四、其它数学成就其它数学成就 1、代数学、代数学 1545年年，米米兰兰学学者者卡卡尔尔丹丹出出版版大大术术，提提出出三三次、四次方程的代数解法。次、四次方程的代数解法。 系统地引入符号代数。系统地引入符号代数。2、三角学、三角学 波伊尔巴赫波伊尔巴赫意意：编制了十分精确的正弦表。：编制了十分精确的正弦表。 雷

8、格蒙塔努斯：雷格蒙塔努斯：论各种三角形论各种三角形（1464年）年） 第一部脱离天文学的三角学专著。第一部脱离天文学的三角学专著。 韦达韦达法法：标准数学标准数学（1579） 斜截面斜截面（1615） 16世纪，三角学已从天文学中分离出来，成为世纪，三角学已从天文学中分离出来，成为一个独立的数学分支。一个独立的数学分支。 v第二节第二节 化学化学一一、脱胎于炼金术的化学、脱胎于炼金术的化学1、炼炼金家的化学知金家的化学知识识 R培培根根英英：炼炼金金术术反反射射镜镜，是是实实验验科科学学家家的的先先导。导。B瓦伦丁：瓦伦丁：锑的凯旋书锑的凯旋书，第一次描述了盐酸对金，第一次描述了盐酸对金属的作

9、用。属的作用。阿那德：阿那德：哲学家的花坛哲学家的花坛 将炼金术与医学联系在一起，用化学药品治疗疾病。将炼金术与医学联系在一起，用化学药品治疗疾病。是第一个描述酒精的人，提出酒精可以用蒸馏葡萄酒是第一个描述酒精的人，提出酒精可以用蒸馏葡萄酒的方法制取。的方法制取。 v2、从炼金术向科学化学过渡、从炼金术向科学化学过渡v毕林古齐毕林古齐：1520年发表烟火术v 论述了用火制取金属、非金属、火药和各种爆炸物的生产技术。v阿格里柯拉：阿格里柯拉：论矿物的性质（1546）v 论金属（1556）v 论述了采矿、冶炼和检验过程，并专门论述了化学物品的制备和定量化学研究方法的意义。表明化学已开始由工艺技术向

10、化学学科靠拢表明化学已开始由工艺技术向化学学科靠拢 3、医药化学、医药化学 TB冯冯荷恩海姆荷恩海姆 ：医药化学的创立人：医药化学的创立人 把把炼炼金金术术与与医医学学相相结结合合，创创立立了了医医药药化化学学这这门门学学科科。强强调调医医生生们们要要注注意意研研究究药药物物的的化化学学性性质质，而而不不能能只只注注重重其其药药理理性性质质，故故而而应学习化学知识。应学习化学知识。 A李巴维李巴维 德德：炼金术炼金术 描描述述了了实实验验室室操操作作技技术术设设备备、化化学学器器皿皿和和各各种种仪仪器器。研研究究了了各各种种物物质质及及其其制制取取、使使用方法。用方法。 4、波义耳创立化学学科

11、、波义耳创立化学学科 怀疑派化学家怀疑派化学家 （16611661）l 明明确确地地把把化化学学单单独独划划分分为为一一门门科科学学，论论证证了了“化化学学是是 l 什么什么” 。l 重新明确了重新明确了元素元素概念概念 l 分析化学的奠基人之一分析化学的奠基人之一l 把把“分析分析”一词首次引入一词首次引入l 化学，把当时的溶液检验也化学，把当时的溶液检验也l 提高到一个新的水平。提高到一个新的水平。 l 矿泉的博物学观察矿泉的博物学观察l 波义耳的观念为新化学的波义耳的观念为新化学的l 发展指明了方向。发展指明了方向。l 二、燃素学说二、燃素学说l1、波义耳的火微粒说：、波义耳的火微粒说：

12、 l1673年，波义耳对金属煅烧增重的问题进行年，波义耳对金属煅烧增重的问题进行了定量的实验研究，得出结论：燃烧时有一种了定量的实验研究，得出结论：燃烧时有一种特殊的，超微小的特殊的，超微小的“火素火素”进到了金属里，因进到了金属里，因而增加了它的重量：而增加了它的重量：金属火微粒金属煅灰金属火微粒金属煅灰波义耳的实验波义耳的实验1、在一个抽掉空气的容器中，将硫磺撒在烧红、在一个抽掉空气的容器中，将硫磺撒在烧红的铁板上，硫磺只会冒烟，不燃烧；但在有的铁板上，硫磺只会冒烟，不燃烧；但在有空气的容器中则能燃烧产生兰色火焰。空气的容器中则能燃烧产生兰色火焰。l结论：燃烧不能没有空气。结论：燃烧不能没

13、有空气。2、将硝石在真空中重结晶，以去掉、将硝石在真空中重结晶，以去掉“空气空气”，再做真空实验，硝石仍能燃烧。再做真空实验，硝石仍能燃烧。 结论：火药中必定含有与空气性质相似的结论：火药中必定含有与空气性质相似的“活活化蒸汽化蒸汽”支持燃烧。支持燃烧。3、1673年，对金属煅烧增重问题的定量实验：年，对金属煅烧增重问题的定量实验： 在密闭容器（称重）中加热金属在密闭容器（称重）中加热金属2小时，小时，后打开容器口再称重，结果增重。后打开容器口再称重，结果增重。l2、贝歇尔与施塔尔共同创立燃素学说、贝歇尔与施塔尔共同创立燃素学说l 1669年，德国化学家贝歇尔出版年，德国化学家贝歇尔出版土质物

14、理土质物理，提出，提出 “油土油土”的概念，即相当于以后的所谓的概念，即相当于以后的所谓“燃素燃素”。l 贝歇尔是燃素学说的第一个发起人。贝歇尔是燃素学说的第一个发起人。 1703年，德国化学家施塔尔正式发表燃素学年，德国化学家施塔尔正式发表燃素学说说 。燃素学说燃素学说 火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。由火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。由这种火微粒构成的火的元素就是这种火微粒构成的火的元素就是“燃素燃素”。燃素充塞于。燃素充塞于天地之间。一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物天地之间。一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体吸收燃素与释放燃素的过程，锻烧金属，燃素从中逸体

15、吸收燃素与释放燃素的过程，锻烧金属，燃素从中逸去，变成煅渣去，变成煅渣 ： 金属金属 燃素燃素 = 煅灰煅灰 燃素说是把燃烧现象当成了燃烧的本质，真实的关燃素说是把燃烧现象当成了燃烧的本质，真实的关系被颠倒了。系被颠倒了。 第三节第三节 生物学生物学l l一、胚胎学的早期发展一、胚胎学的早期发展l l、哈维对亚里士多德的胚胎渐成说的发展、哈维对亚里士多德的胚胎渐成说的发展l l 1651年出版动物的发生：一切动物来自卵生。主张动物胚胎从不定形的与同质的物质逐渐发展为一个由分化的和异质的各部分形成的综合有机体。l l1672年，荷兰医生赖尼尔德 格拉夫观察到鸟的卵巢同兔子卵巢的滤泡十分相似，支持

16、了哈维的观点。l l、胚胎发育预成论、胚胎发育预成论l l16721672年，简年，简 施旺麦丹：蝴蝶在较早的毛虫期甚至施旺麦丹：蝴蝶在较早的毛虫期甚至在卵中已经预见成了。卵含有其种类的一切未来世在卵中已经预见成了。卵含有其种类的一切未来世代的预成微型，就象一个套着一个的盒子一样。代的预成微型，就象一个套着一个的盒子一样。 l l16771677年，安东尼年，安东尼 列文霍克用显微镜发现了男性精列文霍克用显微镜发现了男性精子的存在。子的存在。l l尼古拉尼古拉 哈特索克发表了预成人或微型人的图画。哈特索克发表了预成人或微型人的图画。l l预成论的两种形式：l l一种认为后代在女性的卵里已经完全

17、成形，主张此一种认为后代在女性的卵里已经完全成形，主张此说的有施旺麦丹、马尔比基以及后来的邦尼特、冯说的有施旺麦丹、马尔比基以及后来的邦尼特、冯 哈勒和斯巴兰让尼；哈勒和斯巴兰让尼；l l另一种认为预成的微型人存在于男性精子里，主张另一种认为预成的微型人存在于男性精子里，主张此说的有列文霍克、哈特索克、莱布尼茨和博尔哈此说的有列文霍克、哈特索克、莱布尼茨和博尔哈弗。弗。l l、胚胎的渐成说、胚胎的渐成说l l1748年，约翰特布尔维勒尼达姆对预成论提出了怀疑。l l1759年，沃尔弗沃尔弗(CFWolff) 出版发生论，正式提出渐成说。l l 胚胎的生长始于一种清澈的、粘性的营养液体，开头没有

18、任何组织。当发展在进行着的时候，液体中产生了腔穴，而且周围也要变得硬起来；如果腔穴是圆形的或多边形，就产生细胞；如果腔穴拉长，就产生脉管。这样便形成细胞组织，并进一步被生命力分化为器官；整个发展完全不依赖外界影响。 二、生物分类学二、生物分类学 l l1 1、切沙尔比诺：用根和花作为植物分类的标准。、切沙尔比诺：用根和花作为植物分类的标准。、切沙尔比诺：用根和花作为植物分类的标准。、切沙尔比诺：用根和花作为植物分类的标准。 l l2 2、马尔比基：以呼吸器官的完善程度作为动植物分类、马尔比基：以呼吸器官的完善程度作为动植物分类、马尔比基：以呼吸器官的完善程度作为动植物分类、马尔比基：以呼吸器官

19、的完善程度作为动植物分类l l 的标准。的标准。的标准。的标准。 l l3 3、雷：第一个把物种作为分类单位、雷：第一个把物种作为分类单位、雷：第一个把物种作为分类单位、雷：第一个把物种作为分类单位l l 认为通过种子可以产生相同后代的植物应归为认为通过种子可以产生相同后代的植物应归为认为通过种子可以产生相同后代的植物应归为认为通过种子可以产生相同后代的植物应归为l l 一个种，也即物种。他根据植物胚胎中子叶是一一个种，也即物种。他根据植物胚胎中子叶是一一个种，也即物种。他根据植物胚胎中子叶是一一个种，也即物种。他根据植物胚胎中子叶是一l l 枚还是两枚，把被子植物分成单子叶植物和双子枚还是两

20、枚，把被子植物分成单子叶植物和双子枚还是两枚，把被子植物分成单子叶植物和双子枚还是两枚，把被子植物分成单子叶植物和双子l l 叶植物，然后再用果、花、叶的其他特点，把植叶植物，然后再用果、花、叶的其他特点，把植叶植物，然后再用果、花、叶的其他特点，把植叶植物，然后再用果、花、叶的其他特点，把植l l 物分成许多天然系统。物分成许多天然系统。物分成许多天然系统。物分成许多天然系统。 l l4 4、林耐：创立、林耐：创立、林耐：创立、林耐：创立“ “双名制双名制双名制双名制” ”命名法，使分类学成为了一命名法，使分类学成为了一命名法，使分类学成为了一命名法，使分类学成为了一门门门门l l 科学。界

21、、门、纲、目、科、属、种。科学。界、门、纲、目、科、属、种。科学。界、门、纲、目、科、属、种。科学。界、门、纲、目、科、属、种。 第四节第四节 近代自然科学方法论近代自然科学方法论 一、弗兰西斯一、弗兰西斯培根的归纳法培根的归纳法 二、笛卡儿的演绎法二、笛卡儿的演绎法 三、伽利略创立观察实验与数学相结三、伽利略创立观察实验与数学相结 合的科学方法合的科学方法 四、牛顿创立分析与综合相结合的科学四、牛顿创立分析与综合相结合的科学 方法方法w一、弗兰西斯一、弗兰西斯培根的归纳法培根的归纳法：w学术的伟大复兴学术的伟大复兴：论学术的进展论学术的进展（1605）w 新工具论新工具论（1620） w对经

22、院哲学的科学观和传统逻辑思维方式的批判对经院哲学的科学观和传统逻辑思维方式的批判为自然科学的发展扫清了道路。为自然科学的发展扫清了道路。w指出科学的目标是用新发现和新发明来改善人类指出科学的目标是用新发现和新发明来改善人类的生活。的生活。 w认认为为自自然然是是物物质质的的，物物质质是是多多种种多多样样的的、能能动动的的，人类掌握知识是为了认识自然和征服自然。人类掌握知识是为了认识自然和征服自然。w “知识就是力量知识就是力量”。 w弗兰西斯弗兰西斯培根曾被马克思誉为培根曾被马克思誉为“英国唯物主义英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖和整个现代实验科学的真正始祖”。 二、笛卡儿的演绎法二、

23、笛卡儿的演绎法16371637年出版的年出版的年出版的年出版的方法论方法论方法论方法论一书成为哲学经典。一书成为哲学经典。一书成为哲学经典。一书成为哲学经典。笛卡儿创立了笛卡儿创立了笛卡儿创立了笛卡儿创立了数学演绎法数学演绎法数学演绎法数学演绎法：以唯理主义为根据，从简单：以唯理主义为根据，从简单：以唯理主义为根据，从简单：以唯理主义为根据，从简单自明的直观公理出发，运用数学的逻辑演绎推出结论。自明的直观公理出发，运用数学的逻辑演绎推出结论。自明的直观公理出发，运用数学的逻辑演绎推出结论。自明的直观公理出发，运用数学的逻辑演绎推出结论。笛卡儿的笛卡儿的笛卡儿的笛卡儿的方法论方法论方法论方法论列

24、举了四条科学方法：列举了四条科学方法：列举了四条科学方法：列举了四条科学方法：1 1）只承认完全明晰清楚、不容怀疑的事物为真实；）只承认完全明晰清楚、不容怀疑的事物为真实；）只承认完全明晰清楚、不容怀疑的事物为真实；）只承认完全明晰清楚、不容怀疑的事物为真实；2 2）将问题分解到足够求解的小单位；）将问题分解到足够求解的小单位；）将问题分解到足够求解的小单位；）将问题分解到足够求解的小单位；3 3）从最简单、最易懂的对象开始，依照先后次序，一）从最简单、最易懂的对象开始，依照先后次序，一）从最简单、最易懂的对象开始，依照先后次序，一）从最简单、最易懂的对象开始，依照先后次序，一 步一步地达到更

25、为复杂的对象；步一步地达到更为复杂的对象；步一步地达到更为复杂的对象；步一步地达到更为复杂的对象；4 4）列举一切可能，一个不能漏过。）列举一切可能，一个不能漏过。）列举一切可能，一个不能漏过。）列举一切可能，一个不能漏过。 笛卡儿指出：笛卡儿指出：“想一眼尽收多个对象的想一眼尽收多个对象的人是什么也看不清楚的，同样，谁要是人是什么也看不清楚的，同样，谁要是习惯用一次思维行动同时注意多个事物，习惯用一次思维行动同时注意多个事物，其心灵也是混乱的。其心灵也是混乱的。” 老子：老子：“天下之难作于易，天下之大作天下之难作于易，天下之大作于细于细”。三、伽利略的观察实验与数学相结合的科三、伽利略的观

26、察实验与数学相结合的科 学方法学方法 先提取出从现象中获得的直观认识的主要部先提取出从现象中获得的直观认识的主要部 分，用最简单的数学形式表示出来，以建立量分，用最简单的数学形式表示出来，以建立量 的概念；的概念；由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数 量关系；量关系；通过实验证实这种数量关系。通过实验证实这种数量关系。o o 四、牛顿创立分析与综合相结合的科四、牛顿创立分析与综合相结合的科o 学方法学方法o o 牛顿的方法论原理集中表述在牛顿的方法论原理集中表述在原理原理第三篇第三篇“哲学中的推理法则哲学中的推理法则”中的四条法则中。概括起来，可以中

27、的四条法则中。概括起来，可以称之为：称之为：o简单性原理（法则简单性原理（法则1）o因果性原理（法则因果性原理（法则2）o普遍性原理（法则普遍性原理（法则3）o否证法原理（法则否证法原理（法则4，无反例证明者即成立），无反例证明者即成立）o牛牛顿顿的的方方法法论论体体系系被被爱爱因因斯斯坦坦赞赞为为“理理论论物物理理学学领领域域中中每一工作者的纲领每一工作者的纲领”。o n n 第五节第五节 第一次技术革命第一次技术革命n n （蒸汽时代）（蒸汽时代）n n一、社会历史背景一、社会历史背景n n（1）文艺复兴、宗教改革和科学革命，）文艺复兴、宗教改革和科学革命，不仅推进了自然理论的形成，也带动

28、不仅推进了自然理论的形成，也带动了技术的发展。了技术的发展。n n（2）从）从19世纪世纪30年代至年代至19世纪末，主世纪末，主要资本主义国家相继完成了产业革命，要资本主义国家相继完成了产业革命，先后实现了工业化和机械化，使工业先后实现了工业化和机械化，使工业资本在国家经济中占据了优势。资本在国家经济中占据了优势。l二、蒸汽机的发明和完善二、蒸汽机的发明和完善 l第一次技术革命开始于纺织工业的机械化第一次技术革命开始于纺织工业的机械化英英l国织布工人哈格里沃斯在国织布工人哈格里沃斯在1764年发明的年发明的“珍妮纺车珍妮纺车”。l以蒸汽机的广泛使用为主要标志以蒸汽机的广泛使用为主要标志英国格拉斯哥大学英国格拉斯哥大学机械师瓦特在机械师瓦特在1769年发明分离冷凝器，年发明分离冷凝器，1781年取得旋年取得旋转蒸汽机专利。转蒸汽机专利。l瓦特是近代第一次瓦特是近代第一次l技术革命的伟大旗技术革命的伟大旗l手，他开启了蒸汽手，他开启了蒸汽l时代。时代。坐落于英国苏格兰格拉斯哥市乔治广场的瓦特塑像（坐落于英国苏格兰格拉斯哥市乔治广场的瓦特塑像（1832）