第五章近代前期自然科学的产生和第一次技术革命

第二篇近代科学技术第五章近代前期自然科学的产生和第一次技术革命一近代前期科学技术产生的历史背景15世纪下半叶,西欧封建社会内部逐渐形成和发展了资本主义的生产方式,开始了人类社会的一个新时代。近代科学技术即诞生于此时。它经历了400年的发展,于19世纪末终结。和古代人们把自然界作为一个整体加以考察的方法不同,近代科学把自然界划分为不同的领域和侧面,分门别类地加以研究,逐步形成了以研究某一类自然现象为对象的自然科学各门学科。近代科学与古代科学的另一个重大区别就是它依靠科学实验来检验和发展科学理论,而不像古代学者那样只是依靠直观和哲学思辨对自然界提出种种猜测。科学实验是把自然现象从实际的自然过程或生产技术实践中抽取出来,在人为的控制下加以研究,它是近代自然科学赖以发展的一个最直接、最切近的基础。古代科学的发展主要依赖学者的潜心研究,而技术的进步则主要依赖工匠的娴熟技巧,科学和技术两相分离的状况;与古代科学技术发展不同的是：近代科学与技术从开始相互联系,逐步走向密切结合。一方面,科学越来越自觉地以技术上的要求作为自己的研究课题,并给技术的发展指出方向；另一方面,技术上的进步也为科学发展提供日益精确的测试手段和实验装备。近代技术在自然科学的指导和推动下取得了长足的进步,实现了两次技术革命,大大地推动了社会经济的发展.近代前期自然科学西班牙意大利英国德国1．资本主义生产方式的出现随着资本主义生产方式的产生,在欧洲出现了航海探险活动、文艺复兴运动和宗教改革运动。这些经济活动和文化活动,为近代科学技术的产生创造了良好的社会条件。欧洲中世纪晚期,由于广泛运用包括中国四大发明在内的新技术,在封建社会内部发展起来的手工工场和商业活动导致了生产力水平的提高和商品经济的活跃,也逐渐突破了自然经济的局限,出现了资本主义生产方式的萌芽。资本主义生产方式的出现促进了生产技术的改进,手工工场的分工和协作的发展使生产过程更加专业化,劳动技艺更加熟练,这为改进技术和使用机器创造了条件。从15世纪起,欧洲手工业各部门,如纺织业、采矿业、冶金业中都开始使用一些新式机器,或采用一些新技术,生产各种新的、大型的器件。生产工具的改革又引起了动力和传动机械的变化,水轮和风车得到普遍应用,包括曲柄和齿轮联动机构的传动装置越来越复杂。在14世纪就兴盛起来的钟表制造业为这些机械传动装置的研制提供了技术基础。此外,随着城市的发展,玻璃制造业、眼镜磨制业、造纸业等,在技术上也有很大改进。技术上的改进给自然科学的发展开辟了道路。像水轮、风车的制造和控制、使用,就极大地推动了力学的发展;治金、纺织、玻璃和眼镜制造业的发展不仅向化学和光学提出了大量需要解决的问题,而且给自然科学的研究提供了诸如望远镜和显微镜之类的观察和实验手段。这些事实表明,资本主义生产方式产生后,经济上的需要越来越成为科学技术发展的动力。2．航海探险与地理大发现欧洲工商业的发展,使封建贵族和新兴的资产阶级都想从扩大对外贸易中得到更丰足的东方财富。15世纪初,原来东西方贸易的陆路通道由于土耳其的扩张而受阻,海路通道又为阿拉伯人所垄断,因此欧洲人试图渡过大西洋,另辟通往印度和中国的通路,掀起了远航和探险的热潮。在近一个世纪的时间里,一批又一批的探险家不屈不挠地与惊涛骇浪博斗,他们获得了一系列的地理发现。其中最重大的成就有:1492年哥伦布(1451～1506)发现了美洲大陆;1497年达.伽马(1460～1524)开辟了通往印度的新航路;1519~1522年麦哲伦(1480～1521)的船队完成了环球航行。航海和地理发现对近代科学技术的直接推动,首先表现在航海。促进了与之有关的科学技术的发展。远航探险离不开大量的星表、星图和航海地图,而远航和地理发现的结果又给绘制和修正这些图表提供了丰富的材料,这就推动了天文学、大地测量学、地理学和数学的发展。制造舰船和大炮需要解决大量的力学、数学和技术问题,这些学科也由此得到发展。如在16世纪,三角学就从天文学中分化出来成为独立学科；为了简化计算,耐普尔(1550～1617）发明了对数。其次,航海和地理发现开阔了欧洲人的视野,一些前所未见、闻所未闻的自然现象丰富了他们的知识,启迪了他们的思想,从而推动科学观念上的突破和新学科的建立。3．文艺复兴运动发生于14力16世纪的欧洲文艺复兴是近代史上一次著名的思想文化运动,它从意大利开始,以后扩展到欧洲的许多国家。这一运动以复兴古希腊罗马的学术和艺术为口号,故名文艺复兴。它是要从古代文化中吸取民主思想和理性主义,造成新的世界观,以与封建的宗教世界观相抗衡。文艺复兴运动的主旨是肯定人的价值,要求运用文学艺术表达人的思想感情,主张教育要发展人的个性,社会要发挥人的才能,满足人的欲望,这些主张构成被人们称为人文主义的思潮。这股思潮有力地冲击了中世纪以来形成的教会的绝对权威,解放了人的思想。文艺复兴运动不仅造成了欧洲近代文学和艺术的繁荣,产生了大量的文学艺术史上不朽的戏剧、小说、绘画和雕刻作品,同时也有力地促进了自然科学的解放。文艺复兴破除了人们对宗教神圣不可侵犯的迷信,培育了自由研究的精神,引导人们去观察和研究自然界。古典学术的复兴使那时的知识分子了解到古希腊罗马十分活跃的学术思想和科学技术成就,这不仅鼓舞了他们进行独立思考的勇气,而且为他们研究科学技术提供了丰富的思想营养和方法启示。为近代科学奠基的著名人物哥白尼、伽利略、维萨里和哈维等,都是在文艺复兴的氛围中成长的、通晓古典学术的大师,他们从古代人那里找到了自己学说的种子和雏形,并且敢于对抗宗教的势力,提出离经叛道的新的科学学说。文艺复兴的文学艺术代表人物还有：但丁、薄伽丘、达﹒芬奇、塞万提寺、莎士比亚等人。二哥白尼太阳中心说像宗教神学的挑战1.哥白尼日心说波兰天文学家哥自尼(1473～1543)曾在文艺复兴运动的中心意大利留学,受到人文主义思想的熏陶和希腊古典著作的启发。他在1543年临终前发表的不朽著作《天体运行论》中阐述了他的日心说,其要点是:(1)地球并非静止不动的天体,也不在宇宙的中心,它是一颗普通的行星,既有自转,又围绕太阳旋转;(2）月亮绕地球旋转,并且和地球一起绕太阳旋转;行星在太阳系中的排序及绕太阳运行的周期，由近到远，分别是水星为80天，金星为9个月，地球和月亮为1年，火星为2年，木星为12年，土星为30年，处于这些行星中心的是太阳。(3）太阳处于宇宙的中心,行星在各自的圆形轨道上围绕太阳旋转,它们的轨道大致处在同一平面上,它们公转方向也是一致的。哥白尼（1473—1543），文艺复兴时期波兰著名的天文学家，太阳中心说的创始人，近代天文学的奠基者。.哥白尼的贡献及意义哥白尼通过天文观察和数学计算创立了“日心说”，认为太阳位于宇宙的中心，地球和其他星球都围绕太阳运转。日心说的发表是近代科学革命的首要标志,它推翻了一千多年来占统治地位的、在中世纪被基督教神学教条化了的托勒密地心说宇宙观,描绘了一幅关于太阳系的科学图景,为近代天文学奠定了基础。尤其重要的是,这一学说宣告了神学宇宙观的破产,开始了自然科学从神学中解放出来的运动。哥白尼太阳中心说的巨大影响和作用1．它大体描绘了太阳系的真实结构，正确说明了一些天象．２．它是在对阿里斯塔克、毕格拉斯等人的太阳是宇宙中心的猜测进行探讨改进基础上，通过亲自观测形成的，这就结束了长达一千多年地心说和日心说的争论，将托勒密的地心说测地推翻，还天文以本来面目。３．它是自然科学向宗教神学的一次挑战，自然科学从此由宗教神学的禁锢中逐渐解放出来。哥白尼的生活室哥白尼从哥白尼到伽利略青春应该是：一头醒智的狮，一团智慧的火！醒智的狮，为理性的美而吼；智慧的火，为理想的美而燃。——哥白尼哥白尼“日心说”的意义是什么？改变了那个时代人类对宇宙的认识，根本上动摇了宗教神学的理论基础。近代科学技术革命各国为纪念哥白尼而发行的邮票从哥白尼到伽利略（部分）近代科学技术革命2．布鲁诺和伽利略对哥白尼太阳中心说的捍卫和发展（1）布鲁诺的捍卫和发展日心说提出后的几十年里,经过意大利学者布鲁诺(1548～1600)和伽利略等人的传播,在知识界和群众中产生了巨大影响,因而引起了教会的严重不安,他们利用宗教法规迫害新学说的传播者。1584年，布鲁诺在英国出版了《论无限性、宇宙和诸世界》，宣传并发挥了哥白尼的太阳中心说，提出了多太阳系和宇宙无限性的思想。他认为，宇宙是无限大的，其中各个世界是无数的，太阳并不是宇宙中心，而是千万颗普通恒星之一，不仅太阳有行星，其他恒星也有行星，甚至有可以适合人居住的星球；宇宙有统一的法则，但无中心；宇宙是物质的。1592年5月22日子夜他从英国逃亡回到威尼斯，被人告密，于当月27日被引渡给罗马宗教裁判所，并被投放进监狱受尽酷刑，1600年2月被宗教裁判所处以火刑，在罗马鲜花广场临终时说了两句话，第一局适当刽子手对他说：你的末日已经来临，还有什麽要说的时，他回答：“黑暗即将过去，黎明即将到来，真理终将战胜邪恶。”第二句是当刽子手在火刑架下燃起熊熊烈火时，他昂起头对刽子手说：“你们对我宣读判词，比我听到判词还更感到畏惧！”伽利略（1564—1642），伟大的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为“近代科学之父”。从哥白尼到伽利略（2）伽利略的捍卫和发展伽利略的折射式望远镜1609年，他用自制的、可以放大30北的望远镜观察天空时发现：太阳有黑子；月亮有山谷；木星犹如一个小太阳系，有4颗卫星；还证实了哥白尼所说的金星有盈亏。这些都间接或直接地证明了哥白尼太阳中心说的正确性，打击了宗教所支持的旧宇宙观。1610—1613年，他将这些资料公布于是，引起了学术界的轰动。1616年罗马教廷传讯伽利略，不许他在支持哥白尼的学说，只能将有关计算和资料作为假设。伽利略表面应允，暗地里仍在作观察、试验。1632年他出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，分析了托勒密学说的不合理性，分析并用观察资料论证了哥白尼学说的科学性，支持哥白尼的太阳中心说的立场旗帜鲜明地跃然纸上。罗马教廷非常恼火，以欺骗教廷罪再次传讯伽利略，将年近70时的在病中煎熬的伽利略押解到罗马，审讯长达50小时，受到严刑拷打并投入监狱，纵身监禁。在狱中有秘密写下了他一生中最伟大的科学巨作—《关于两种新科学的对话》，对力学的基本原则进行了总结，不久双目失明，1642年1月8日，怀抱着这本在荷兰偷印出版的著作与世长辞。罗马教廷可以给伽利略定罪，但抹杀不了他对天文学的贡献，就连教皇乌尔班八世也不得不说：“只要木星的光芒在天空中闪烁，地球上的人就永远不会忘记伽利略。”时隔300年后，罗马教廷在世界舆论的压力下，于1979年组成了由杨振宁、丁肇中等科学家参加的审理委员会，重新审查了伽利略一案，对伽利略进行了平反昭雪。三血液循环的发现及其对宗教的冲击与哥白尼一样向宗教神学发起冲击的还有三位生理学勇士—维萨里、塞尔维特和哈维。1．维萨里(Vesalius)对解剖学的新贡献维萨留斯(即维萨里，A.Vesalius1514-1564)是比利时医生，出生一个比利时医生世家，毕业于巴黎大学，后到意大利帕多瓦大学任教，主讲盖伦医学。维萨里和另外两位伟大的医学家先后建立起来血液循环学说。比利时医生维萨里执教于意大利帕多瓦大学，主讲盖仑的医学，盖伦根据对狗和猴的解剖来描述人体结构，认为人体心脏有两个腔，当时达芬奇通过对７０具尸体解剖发现人的心脏有４个腔，对盖仑的医学提出了异议，帕多瓦大学的许多教授都反对盖仑的观点。维萨里亲自主刀解剖人的尸体，主要是为了拿到第一手证据证明盖仑观点正缪。他经常深夜偷偷跑出学校，去绞刑架背尸体，回来解剖。通过解剖，发现盖仑医学中200多处错误，并且按照系统重新描述了人体的结构。解剖证明：男人和女人具有形同数量的肋骨24根，没有什麽永不毁灭的“复活骨”。1543年出版了《人体构造》艺术，该书指出人的心脏有四个房室，为血液循环学说的建立奠定了科学基础。由于维萨留斯的医学实践否定了宗教对人体的神话，遭到了宗教和世俗两方面的攻击和