第一章-第四节-2近代科学技术发展与自然观的演进(前期 55)

二、从哥白尼到牛顿——近代科学标志性成果及其意义近代科学革命的主题自然的祛魅：从自然哲学体系中剔除所有带有神秘色彩的内容人们以几何学的眼光看待自然界，确信宇宙是按照数学秩序原理建构的。1、近代天文学革命的兴起和发展（1）1543年哥白尼发表了《天体运行论》：近代自然科学产生和发生革命的标志。•哥白尼（N·Copernicus，波兰僧侣教徒，1473-1543），对一直占据统治地位、并且受到教会支持被奉为神明不可侵犯的地心说提出异议。但是提出者为避免迫害，迟迟到临终前发表，并且申明是“工作假说”。太阳中心说–内容：•太阳是宇宙的中心，各行星绕太阳运转•地球在运动，绕太阳公转自转，由此而形成四季和昼夜•月亮是地球的卫星•行星按距太阳由近至远的排列为水星、金星、地球、火星、木星、土星，最外层是恒星天日心说的意义•它否定了上帝把地球置于宇宙中心的宗教教条，标志着近代自然科学开始从宗教神学的统治下解放出来。•它向当时的宇宙图式挑战，把人类从以自我为中心的沉湎状态中摆脱出来。爱因斯坦评价说：“他对于西方摆脱教权统治和学术统治枷锁的精神解放所做的贡献几乎比谁都要大……哥白尼的这个伟大的成就，不仅铺平了通向近代天文学的道路，而且也帮助人们在宇宙观上引起了决定性的变革。一旦认识到地球不是世界的中心，而只是较小的行星之一，以人类为中心的妄想也就站不住脚了”。—《爱因斯坦文集》第1卷，商务印书馆，1977年版，第601页。爱因斯坦评价哥白尼第谷·布拉赫（1546-1601）:星学之王•丹麦天文学家和占星学家。•第谷于1559年入哥本哈根大学读书。1560年8月，他根据预报观察到一次日食，这使他对天文学产生了极大的兴趣。•1562年第谷转到德国莱比锡大学学习法律，但却利用全部的业余时间研究天文学。•1563年第谷观察了木星合土星（两行星在天空靠在一起），并写出了他的第一份天文观测资料，同时注意到合的发生时刻比星历表预言的早了一个月。他领悟到当时用的星历表不够精确，于是开始了长期系统的观测，想自己编制更精确的星历表。•1566年第谷开始到各国漫游，并在德国罗斯托克大学攻读天文学。在巴塞尔和奥格斯堡继续求学后，第谷因父亲生病而返回家乡。1572年11月11日，他看到仙后座有一颗新的明亮恒星，便使用他自己造的仪器对这颗星进行了一系列观测，直到它1574年3月变暗到看不见为止。前后16个月的详细观察和记载，取得了惊人的结果，彻底动摇了亚里士多德的天体不变的学说，开辟了天文学发展的新领域。1576年丹麦国王腓特烈二世将汶岛赐予他作为新天文台台址，并许诺他一笔生活费。于是，第谷在丹麦与瑞典间的汶岛开始建立“观天堡”。这是世界上最早的大型天文台，在这里设置了四个观象台、一个图书馆、一个实验室和一个印刷厂，配备了齐全的仪器，耗资黄金1吨多。““观天堡”直到1599年，第谷在这里工作20多年，取得了一系列重要成果。其中最著名的有1577年对二颗明亮的彗星的观察。他通过观察得出了彗星比月亮远许多倍的结论，这一重要结论对于帮助人们正确认识天文现象，产生了很大影响。•1599年丹麦国王腓特烈二世死后，第谷在波希米亚皇帝鲁道夫二世的帮助下，移居布拉格，建立了新的天文台。•1600年第谷与开普勒相遇，邀请他作为自己的助手。次年第谷逝世，开普勒接替了他的工作，并继承了他的宫廷数学家的职务。（2）开普勒（J·Kepler，1571-1630）：“天空的立法者”•幼年体弱多病。在大学学习期间，他受到天文学教授麦斯特林的影响，成为哥白尼学说的拥护者，同时对神学的信仰发生了动摇。•他终生贫困交加，靠教书和占星术维持生活，最后死于索取薪金的旅途中。在科学上的贡献•提出了行星运动的三大定律：轨道定律、面积定律和周期定律。•发现了行星运行速度不均匀的特性，探求行星运动的原因，开始认为是灵魂，后来认为是力。在自然观上的贡献•受惠于文艺复兴时期的新柏拉图主义，并且吸纳了“宇宙按和谐原理建构”的思想。•破除了天体必须以完美正圆运行的观念，行星天的水晶天球观念顿时化为乌有，被当时的人们称为“天空的立法者”。•建立了加速度的概念，研究了自由落体运动，抛体运动，发现了自由落体定律、惯性定律等，奠定了经典力学的基础。•传播哥白尼的日心说：《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632）《两门新科学》（1638）2、伽利略（1564-1642）：近代物理学之父。伽里略用自制的能放大30倍的望远镜发现了月球表面有环形山,发现了木星有4个卫星,从而证明天体与地球是一样的，月上世界与月下世界相同，哥白尼“日心地动”的学说是有根据的。伽利略用望远镜捍卫了日心说播放《伽利略生平和贡献》（3分24秒）对伽利略的审判1633年，罗马教会审判伽利略。他在宣判后仍然喃喃的说：可是地球仍然在转动！247年后，即1980年罗马教会宣布当年（1633年）对伽利略的裁判是错误的，为伽利略平反。科学方法=逻辑分析+科学实验伽利略创造并且示范了新的科学实验传统，数学与实验相结合的科学方法。•正确的科学理论应是任何人用相同的材料和方法都能够、并且必然会得到相同的结果，这就为近代实验科学的确立提供了理论基础。•真正的哲理应向自然界这本大书里寻找，而“自然之书”是用数学的“文字”写成的，并且可以用固定的数学规律去测量。亚里士多德曾经断言：物体从高空下落的速度与其重量成正比。伽利略揭示了亚氏观点中的逻辑矛盾•伽利略指出，A物比B物重，A物应当先落地，如果把两物捆在一起，亚里士多德的观点就会出现自相矛盾的情形。•一方面，因为A+B比A重，它应先于A落地，另一方面A快B慢，B就会减慢A下落的速度，A+B比A后落地。•这样，从同一前提出发就推出了截然对立的两种结论。这一矛盾表明，亚里士多德的论断不能自圆其说。伽利略的斜面实验伽利略在一块大约十二码长的木板上开槽，上面覆盖着极其光滑的羊皮纸。然后把这块木板的一端升到各种高度。接着让一只抛光的黄铜球沿槽的全长滚下，记下该球滚过全程所花的时间。再让它滚过全程的四分之一，同样记下所花时间。于是发现，经过四分之一距离所花的时间是经过全程时的一半。经过大量重复这个实验而得出的一般结果表明，对于任何给定的倾斜度，距离与经过其所需要的时间的平方成正比。3、解剖学革命—血液循环的发现及其对宗教的冲击生命科学中的两种传统：•（1）博物学传统。这是古已有之的传统。它通过搜集多样化的生物以及通过分类来把握生命、建立生物科学的知识体系。亚里士多德、普林尼是这一传统的杰出代表。•（2）实验生理学传统。这是近代以来另一种理解生命的新范式。它把生物体看成一台机器。与哥白尼的《天体运行论》同年出版的维萨留斯的《人体结构》宣告了这一新传统的诞生。（1）维萨留斯对解剖学的贡献•维萨留斯（1514-1564），比利时医生，毕业于巴黎大学，后到意大利帕多瓦大学任教。1543年，出版《人体结构》一书，奠定了近代医学基础。•后移居西班牙，成为王室御医。1563年旧势力暗害他，要定他死罪。由于西班牙国王的周旋，改为去耶路撒冷朝拜，以赎“故意杀人罪”，在途中病故，年仅50岁。贡献•不拘泥于盖仑医学，坚持亲自主刀解剖，纠正了盖仑医学200多处错误，并按系统叙述了人体结构。•他用医学事实批驳了宗教宣扬的体内存在“复活骨”、以及男人比女人少一根肋骨的胡说。（2）塞尔维特发现血液小循环•塞尔维特（1511-？），西班牙医生，毕业于巴黎大学，是维萨留斯的同学。他通过对人体解剖生理学的研究，发现了血液小循环（心脏循环），于1553年出版了《基督教的复兴》一书。•由于塞尔维特违背宗教不许解剖人体的禁令，坚持人体解剖，又批判了权威，亵渎了圣经。因异端罪被革除了教籍，判处死刑。于1553年10月27日被火烤2小时后烧死。（3）哈维确立血液循环理论•哈维（1578-1657），英国生理学家。16岁因学习成绩优异，免费进入剑桥大学学习医学。•1597年留学意大利帕多瓦大学。24岁回国，先为一名开业医生，后来先后成为英国国王詹姆斯一世和查理一世的御医，与查理一世关系很好。•哈维的解剖实验得到了国王的支持，并向他提供了方便条件。贡献•他通过解剖活体动物，观察其心脏搏动，推测并证实血液在全身沿着一条闭合线路作循环运动。•1628年，出版了《动物的心血运动及解剖学研究》，阐明了他的血液循环理论。•哈维发现了血液循环，开创了活体解剖实验法，奠定了生理学发展的基础，使生理学成为一门科学。5、牛顿：近代早期科学革命的完成者伊萨克牛顿，（1642-1727），1642年12月25日生于英国林肯郡的一个农户家庭，是遗腹子。独身一生。终年85岁。播放《牛顿的生平和贡献》（7分44秒）（1）牛顿生平•生前丧父，三岁后母亲改嫁，14岁务农，•12岁被送进文科中学读书。•1656年，在舅父的帮助下进入剑桥大学深造。1661年6月，18岁，进入三一学院。•1665到1666年（18个月），在家乡躲避瘟疫，24岁，发现了二项式定理，发明了流数法，产生了万有引力的思想。•1667年，25岁，当选为三一学院的研究员。•1669年，27岁，接替伊萨克巴罗就任数学卢卡斯教授，从事光学和力学研究。•1672年，发现了光的合成性。•1687年7月，43岁，出版《自然哲学的数学原理》，最终发现了万有引力定律。1687-1727（40年）：没有大的科学成就•1689年，代表剑桥大学当选为国会议员。•1690年以后，花费许多精力致力于《圣经》的研究和注释。•1695年，被任命为造币厂督办。1699年，被任命为造币厂厂长。•1701年，辞去三一学院研究员和卢卡斯教授的职位。•1703年，当选为皇家学会会长，并连年连选连任，直到去世。•1705年，安妮女王封牛顿为爵士。•1727年3月20日，牛顿去世，享年85岁。死后葬于威斯敏斯特教堂。牛顿所著的《原理》的第一页Natureandnature’slawlayhidinnight,Godsaid,letNewtonbe!Andallwaslight.英国著名诗人蒲柏赞美牛顿的诗歌大自然和它的规律隐藏在黑暗之中，上帝说：让牛顿去吧！一切便灿烂光明。牛顿墓志铭“他以几乎神一般的想象力，最先说明大海的潮汐和彗星的运动。”“如果说我比别人看得更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上。”“我只是一个在沙滩上玩耍的男孩，一会儿找到一颗特别光滑的卵石，一会儿又发现一只异常美丽的贝壳，就这样使自己娱乐和消遣；而与此同时，真理的汪洋大海，在我眼前未被认识，未被发现。”牛顿名言（2）牛顿的核心研究纲领“我希望能用同样的推理方法从力学原理中推导出自然界的其余现象。……正因为这些力都是未知的，所以哲学家一直试图探索自然而以失败告终，我希望这里所建立的原理能给这方面或给（自然）哲学的比较正确的方法带来光明。”（3）牛顿对研究纲领的贯彻•清楚地定义了涉及物质运动的“质量”、“动量”、“惯性”、“时空”等基本概念。•提出了运动三定律和万有引力定律。从力学原理中导出“自然界的其余现象”•把热看作是物体微粒的振动。•将“微粒说”作为光学理论的基础,把光学还原为力学。（4）牛顿力学为机械论自然观的产生提供了重要的自然科学基础。•第一，牛顿认为，惯性是物体的本质属性，物质本身没有改变状态的能力，物体要改变状态，只有依靠外力。机械论就认为所有的运动变化的原因都在物质外部，提出了外因论。•第二，牛顿认为，哲学的全部任务就在于从各种运动现象来研究各种力，而后用这些力去论证其他的现象。这就导致了用力的概念和机械运动的规律去揭示一切现象。•第三，按照牛顿力学的观点，不论物体如何运动，只能改变物体的速度与位置，而不能改变其质量。机械论则由此认为自然界只有量变而没有质变。•第四，牛顿力学得出了严格的用数值来表示机械因果性的公式，人们根据它可以精确预言运动的结果，而机械论就认为这种机械的单义决定论是决定论的唯一形式。二．近代科学革命：科学方法和科学团体的建立（一）发生近代科学革命的必要条件：科学方法的变革•中世纪以前的方法：请教权威；从思辨到思辨。•近代科学方法：实验第一，逻辑与数学的定量方法，追