第1章 近代科學的誕生

1.0迎來曙光—科學革命前夜的社會大變革1.1科學革命的突破1.2經典力學的奠基1.3近代科學的第一次大綜合1.4其他學科的初步發(fā)展1.5近代科學方法第1章近代自然科學的初步發(fā)展

中世紀的后期，歐洲的學術已有復興的跡象，主要標志為羅吉爾·培根的實驗科學思想、大學的創(chuàng)立以及經院哲學的衰落。而在政治權力斗爭中，著名的唯名論者奧姆從教皇的監(jiān)獄脫逃，投奔德意志皇帝路德維希，并得到保護，也說明教會大一統(tǒng)的局面已被打破。歐洲已頗有山雨欲來之勢。正是在這種形勢下，一場席卷歐洲的社會大變革就此拉開帷幕。

1.0迎來曙光—科學革命前夜的社會大變革

文藝復興，是指14—16世紀反映西歐各國正在形成中的資產階級要求的思想、文化活動。起始于意大利，最后擴散到德國、英國、法國、荷蘭和西班牙等地。文藝復興著重表明了新文化以古典為師的一面。它并非單純的古典復興，實際上是反封建的新文化的創(chuàng)造，是科學、文學和藝術的普遍高漲。文藝復興所要“再生”的是古希臘、古羅馬的古典文化。

一、文藝復興

歐洲基督徒和破落騎士自發(fā)組織起來，向東進發(fā)，要將巴勒斯坦從突厥人手里拯救出來，這就是第一次十字軍東征。由于他們身綴十字標記，故稱十字軍。后來又分別由教皇和封建國王組織了七次十字軍東征。雖然有的時候開始也取得一些勝利，但最終八次十字軍東征都以失敗告終。前后持續(xù)時間達200年。

十字軍東征從軍事上最終是失敗的，但它對西歐社會的發(fā)展起了促進作用。東西方之間的商業(yè)活動日益頻繁，近東地區(qū)的貿易成為西歐經濟的有機組成部分，促進了造船技術的發(fā)展。生產水平較低的西歐，通過各種渠道從東方引進先進的農業(yè)和手工業(yè)技術。封建主和市民的生活方式也受到東方的影響。1、歐洲人重新發(fā)現(xiàn)古希臘—十字軍東征

更重要的是，歐洲人在十字軍東征中開闊了眼界，獲得了文化思想上的寶貴財富。十字軍從東方不僅帶回了阿拉伯人先進的科學，中國人的四大發(fā)明，而且?guī)Щ亓斯畔ＥD人的哲學和自然科學的文獻。通過翻譯這些文獻，歐洲人被古希臘的科學文化驚呆了，他們發(fā)現(xiàn)了這個大陸曾經擁有但后來被遺忘了的文明。老祖宗的東西竟被埋沒了一千多年。這樣，亞里士多德和柏拉圖這些古希臘哲人的思想，歐幾里德和托勒密這些科學巨匠們的科學成就，開始為歐洲人所熟悉。這些成為了歐洲文藝復興的直接思想源泉。

文藝復興這種社會大變革標志的就是與宗教神學相對立的“人文主義”思潮的興起。它是文藝復興運動的指導思想，是一種資產階級的新文化。“人文主義”一詞源自“人文學”，在文藝復興時期指古典學術的研究和重視人類現(xiàn)實的新思潮，當時的新文化人士則自稱為“人文學者”。19世紀以后，歐洲學術界才開始用“人文主義”來稱呼這種社會思潮。人文主義的基本傾向是提倡“人道”以反對“神道”，提倡人權以反對君權，提倡個性解放以反對中世紀的宗教桎梏及其一切殘余，因此也稱為人道主義。習慣上把文藝復興時期的這種思潮稱為人文主義，文藝復興以后的則稱人道主義。2、人文主義

人文主義于14世紀末首先在意大利北部的羅馬和中部的佛羅倫薩等城市興起。15、16世紀，人文主義廣泛地傳播到西歐各國．成為歐洲流行的一種思潮。人文主義的理論基礎是人性論。從人性論出發(fā)，人文主義者提出了如下的主張：第一，反對神權對人的侵犯，要求肯定人的價值，恢復人的尊嚴，保障人的權力。第二，反對禁欲主義，主張享樂主義；反對來世幸福，提倡現(xiàn)世幸福。第三，反對封建等級制度，要求自由、平等和個性解放。第四，對盲目信仰和崇拜權威的蒙昧主義，推崇理性，重視科學知識。人文主義者的人性論主張，是對封建神學信仰論的有力挑戰(zhàn)，反映了新興的資產階級的思想。它后來成為資產階級哲學體系的核心內容之一。

從14世紀到16世紀，歐洲各國先后涌現(xiàn)出一批著名的人文主義代表人物：

但?。?265—1321年），意大利著名詩人，人文主義者的先驅，他的不朽名著《神曲》，標志著一個時代的來臨。他在《神曲》中，對中世紀教會權威的反抗和對基督教正統(tǒng)教義的大膽修正，最早放射出入文主義的思想曙光。1302年，但丁被羅馬教會勢力判處終身流放。

彼特拉克（1304--1374年），意大利作家和詩人，是第一個自稱為“人文學者”的人，因而被后人稱為“人文主義之父”。他為了搜集古代典籍與手稿，幾乎走遍整個意大利，并用新的觀點來注釋這些典籍、手稿。他的主要代表作《抒情詩集》，抒發(fā)了人文主義思想，表現(xiàn)了對古典文化的崇拜，對禁欲主義的厭棄和對個性自由的追求。

薄伽丘（1313—1375年），意大利人文主義的奠基人之一，是佩脫拉克的學生和同事。他在其名著《十日談》中，對教會僧侶和封建貴族進行了大膽的揭露和辛辣的諷刺，歌頌和贊美了聰明、機智和有文化教養(yǎng)的全面發(fā)展的人。

愛拉斯莫（1469---1536年），荷蘭著名人文主義者，被稱為當時西歐人文主義運動的領袖。他在名著《愚人頌》中，一方面痛快淋漓地諷刺和嘲笑了教皇、僧侶和貴族的腐敗與愚蠢，違反人性，抨擊了經院哲學的虛偽和無知；同時又頌揚被基督教貶斥的所謂“愚行”，要求人的個性解放。這本書轟動一時，在他生前就發(fā)行了40次。他的思想震撼了西歐。除以上幾位外，還有意大利的皮科（1463—1493年）、西班牙的微末斯（1492—1540年）、法國的蒙臺涅（1533—1592年）等等。此外，西班牙的著名作家塞萬提斯（1547—1616）、法國的著名作家伯雷、英國的大劇作家莎士比亞（1547—1616年）也都是著名的人文主義者。3、文藝復興巨人——達·芬奇

達·芬奇1452年出生于意大利佛羅倫薩附近的芬奇鎮(zhèn)，是一位名律師與一位漂亮的農家女的私生子。童年是在祖父的田莊里度過的。他沒受過正規(guī)的教育，主要靠在家隨父親自學。但他從小聰明伶俐，才智過人，早有“繪畫神童”之美譽，長大后成為偉大的畫家自不必細說。壁畫《最后的晚餐》、肖像畫《蒙娜麗莎》、祭壇畫《巖間圣母》被稱為世界藝術寶庫珍品中的珍品。

他除了是一位藝術大師外，還是一位科學巨匠、文藝理論家、大哲學家、詩人、音樂家、工程師和發(fā)明家。他在幾乎每個領域都做出了巨大的貢獻。后世的學者稱他是“文藝復興時代最完美的代表”，是一位“曠世奇才”。

達·芬奇反對經院哲學的學風，鼓勵人們向大自然學習，到自然界中尋求知識和真理。他說：“理論脫離實踐是最大的不幸”，“實踐應以好的理論為基礎”。達·芬奇提出并掌握了這種先進的科學方法，采用這種科學方法去進行科學研究，他在自然科學方面作出了巨大的貢獻。他提出的這一方法，后來得到伽利略的發(fā)展，并由英國哲學家弗蘭西斯·培根從理論上加以總結，成為近代自然科學的最基本方法。

在天文學上，達·芬奇對傳統(tǒng)的“地球中心說”持否定的觀點。他認為：地球不是太陽系的中心，更不是宇宙的中心，而只是一顆繞太陽運轉的行星，太陽本身是不運動的。達·芬奇還認為月亮本身并不發(fā)光，他只是反射太陽的光。他的這些觀點早于哥白尼的“日心說”。甚至在當時，達·芬奇就幻想利用太陽能了。

在物理學方面，達·芬奇重新發(fā)現(xiàn)了液體壓力的概念，提出了連通器原理。他發(fā)現(xiàn)了慣性原理，后來為伽利略的實驗所證明。他還指出了“永動機”作為能源的不可能性。達·芬奇在解剖學和生理學上也取得了巨大的成就，被認為是近代生理解剖學的始祖。他掌握了人體解剖知識，從解剖學入手，研究了生理學和醫(yī)學。他發(fā)現(xiàn)了血液的功能，認為血液對人體起著新陳代謝的作用。他說血液不斷的改造全身，把養(yǎng)料帶到身體需要的各個部分，再把體內廢物帶走。他研究過心臟，他發(fā)現(xiàn)心臟有四個腔，并畫觀了心臟瓣膜。他認為：老年人的死因之一是動脈硬化，而產生動脈硬化的原因是缺乏運動。后來，英國的威廉·哈維證實和發(fā)展了達·芬奇的這些生理學成果。達·芬奇的研究和發(fā)明還涉及到軍事和機械方面，他設計了飛機機械、降落傘、機關槍等等。他還在數學領域和水利工程等方面作出了重大的貢獻?？梢哉f，達·芬奇的研究涉及到自然科學的每一部門，他的思想和才能深入到人類知識的各個領域。他是世界上少有的全面發(fā)展的學者?？茖W史家丹皮爾這樣評論達·芬奇的科學成就：“如果他當初發(fā)表他的著作的話，科學本來一定會一下就跳到一百年以后的局面。”

二、地理大發(fā)現(xiàn)

公元11—13世紀的十字軍東征，大大加強了東西方的交流和經濟交往。13世紀后期，意大利人馬可·波羅跟隨著父親和叔叔由陸路到達中國，并在中國呆了十幾年，游歷了大半個中國。回國后出版了《馬可·波羅游記》，書中用夸張的筆法描述了中國及東方國家的富庶。該書在歐洲立即引起轟動，并引發(fā)了歐洲人的東方“黃金夢”。15世紀中葉以后，資本主義已經在西歐一些國家萌芽，社會生產力和商品經濟都有了很大的發(fā)展，并開始了資本原始積累的過程，他們迫切需要東方的黃金和財富以及廣闊的市場。一些學者也希望進行新的探索，以證明地球是圓的。在這些原因的共同推動下，歐洲人就開始了航海冒險，并導致了地理大發(fā)現(xiàn)。

在這段航海冒險中，無數的人葬身海底，在歷史上根本沒有留下姓名。最終的偉業(yè)基本上由以下四個人完成并成為重大歷史事件：1486年，迪亞士發(fā)現(xiàn)非洲南端好望角；1492年，哥倫布航抵美洲；1498年，達·伽馬繞過好望角到達印度；1519—1522年，麥哲倫及其航隊完成人類首次環(huán)球航行。1、繞過非洲到達印度——迪亞士和達·伽馬

在西歐，最早致力于開辟新航路的是葡萄牙人。1415年，葡萄牙人占領非洲西北角的休達城，開始在非洲取得前進的據點。隨后，在航海家亨利親王的倡導和獎勵下，葡萄牙人于1432年占領亞速爾群島，后又于1456年占領佛得角群島。1462年，亨利親王死后，葡萄牙探險隊沿非洲西海岸南下，到達賽拉利昂及赤道附近幾內亞一帶。1486年，葡萄牙航海家迪亞士終于航抵非洲最南端的風暴角（因繞過此處獲取印度財富在望，葡萄牙國王將其改名“好望角”），完成了探航史上的重要歷程。

1497年7月8日，葡萄牙另一位著名航海家達·伽馬，奉葡萄牙國王之命率4艘船只約160名船員由里斯本出發(fā)，沿著迪亞士的路線，到達好望角，抵莫塞爾灣。到達莫桑比克，4月到達馬林迪。然后船隊由阿拉伯海員馬吉德領航，循中國海員開辟的航線，經印度洋，到達當時印度南部的商業(yè)中心卡利庫特城，開辟了由歐洲繞過非洲南端直達印度的新航線。

達·伽馬的船隊從印度返航，以阿拉伯海至馬林迪時，不少船員死于壞血病，包括達·伽馬的弟弟。當于1499年回到里斯本時，出發(fā)時160人只剩下50多人。此行葡萄牙人滿載東方的香料、寶石和絲綢等回到歐洲，把東西高價脫手，獲純利相當于此次航行費用的60倍。達·伽馬被葡萄牙國王封為印度洋的海軍上將。2、美洲大陸的發(fā)現(xiàn)——哥倫布

哥倫布，1451年出生在意大利熱那亞一個紡織工人家庭，沒有受過正規(guī)的教育。但他青年時代非?？炭啵喿x了很多天文、地理方面的書。他讀過《馬可·波羅游記》，對東方的富庶非常向往，總想找到一條從歐洲通向中國、印度的新航線。為此他參加了船隊工作。1476年，他所在的商船隊遭到法、葡聯(lián)合艦隊的襲擊，他抓住一塊木板飄到葡萄牙，從此定居葡萄牙。哥倫布相信大地球形說，認為從歐洲西航可到達東方的中國和印度，并屢次向葡萄牙國王提出西航計劃，但均未被采納。后來又向西歐其他國家當權者游說，希望得到資助，也未成功。1485年，哥倫布感到在葡萄牙已無法實現(xiàn)自已的西航夢想，便移居西班牙，向伊莎貝拉一世女王求助。1492年4月，他的計劃終為西班牙國王所接受。

1519年9月20日，麥哲倫率船5艘、水手265人，由西班牙的圣盧卡港啟航，1521年3月，麥哲倫的船隊到達了菲律賓。在馬克坦島，麥哲倫因干涉當地土著的內訌而于4月27日被土著殺害。余眾于11月到達該次航行的目的地摩鹿加群島。僅存的一只船“維多利亞”號和18名瘦弱不堪的船員，由西班牙人埃爾卡諾率領，橫渡印度洋，繞過好望角，于1522年9月6日返抵西班牙，完成了人類歷史上首次環(huán)球航行，歷時整整三年。出發(fā)時265名水手，只有18人生還。

哥倫布的西航雖然沒有到達東方的中國和印度，但卻激發(fā)了歐洲人航海探險的熱情。1513年，西班牙探險家巴爾沃亞穿過巴拿馬地峽，并登上了達里恩著名的山峰。他極目遠眺，看到了西面大片浩淼的水域，他稱之為“大南海”。這是歐洲人首次看到真正意義上的太平洋。于是，歐洲人對太平洋的探險開始了，并由此進行了人類首次的環(huán)球航行。完成這個壯舉的是葡萄牙航海家麥哲倫。

3、人類首次環(huán)球航行——麥哲倫

麥哲倫，約1480年出生于葡萄牙北部波爾圖一個破落騎士的家庭。少年時曾為王宮侍童。青年時代曾為他的祖國立下過戰(zhàn)功。后由于向葡萄牙國王建議西航開辟新航線遭到拒絕而移居西班牙，得到西班牙國王查理一世的支持和資助，去開辟西航香料群島的新航線。1519年9月20日，麥哲倫率船5艘、水手265人，由西班牙的圣盧卡港啟航，1521年3月，麥哲倫的船隊到達了菲律賓。在馬克坦島，麥哲倫因干涉當地土著的內訌而于4月27日被土著殺害。余眾于11月到達該次航行的目的地摩鹿加群島。僅存的一只船“維多利亞”號和18名瘦弱不堪的船員，由西班牙人埃爾卡諾率領，橫渡印度洋，繞過好望角，于1522年9月6日返抵西班牙，完成了人類歷史上首次環(huán)球航行，歷時整整三年。出發(fā)時265名水手，只有18人生還。

哥倫布、達·伽馬、麥哲倫等人的航行及其取得的地理大發(fā)現(xiàn)，其意義是深遠的。它發(fā)生于西方資本主義原始積累時期，改變了世界各大陸和各大洋的分割孤立狀態(tài)。加強了世界范圍的聯(lián)系，為世界市場的形成準備了條件。同時，它以實踐證實了地圓學說，為建立新的天文學和地學奠定了基礎，對近代科學技術的發(fā)展有不可估量的意義。更重要的是它所引起的思想觀念的革命。它用實踐突破了所謂壟經典的理論知識限界，使人的思維方式從對權威的盲目崇拜中解放出來。

三、宗教改革

中世紀的西歐，天主教會是最有勢力的封建主集團，是封建制度的國際政治中心，并且壟斷著文化教育和意識形態(tài)。隨著封建制度的瓦解和資本主義關系的產生，新興資產階級與封建主之間的矛盾日益尖銳化，而一切反封建的斗爭必然采取神學異端的形式。早在13、14世紀，已經有了改革天主教會和建立廉儉教會的呼聲。文藝復興運動給了宗教改革以巨大的推動作用。到16世紀，宗教改革發(fā)展到一個新階段，提出以信仰得救為核心和建立廉儉教會的系統(tǒng)理論，并且發(fā)展成遍及西歐各國的運動。

最先向教會發(fā)難的是德國人路德。16世紀初，德意志是羅馬教廷搜刮的主要對象。教皇派人到德意志去兜售贖罪券，使財富源源不斷地流進教皇的財庫。這種赤裸裸的斂財行徑，遭到德意志人民的強烈反對。路德為反對教皇的壓榨，于1517年10月31日首先提出抨擊教皇出售贖罪券的《九十五條論綱》?！毒攀鍡l論綱》成了德意志人民反對教皇及天主教會的共同綱領和農民、平民舉行反封建起義的信號。1520年，路德又接連發(fā)表《致德意志基督教貴族公開書》、《羅馬教皇權》、《論基督教徒的自由》等論文，提出信仰得救，不必通過由教士主持的各種宗教儀式，建立廉儉教會和改革文化教育的主張，號召驅逐天主教會勢力實現(xiàn)德意志獨立。

宗教改革打破了天主教會的壟斷地位，天主教的大量土地和財產被沒收。英國、荷蘭、瑞士、北歐諸國和德意志部分地區(qū)，紛紛成立不受羅馬控制的新教組織。天主教雖竭力反撲，殘酷鎮(zhèn)壓一切被稱為異端的人，但已無法恢復以前的狀況。宗教改革摧毀了天主教會的精神獨裁。新教成為早期資產階級革命的旗幟，并對后來的資產階級革命產生重大影響。是文藝復興時期另一重大的思想解放運動，對后來的科學革命也產生了巨大的影響。1.1科學革命的突破

近代科學首先在天文學和醫(yī)學生理學兩大領域取得了突破性勝利。1543年出版的哥白尼的《天球運行論》和維薩留斯的《人體結構》，成為近代科學革命的開端。1.1.1天文學革命天文學作為一門古老的學科，研究廣闊空間中天體的位置、分布、運動、形態(tài)結構、物理狀態(tài)、化學組成和演化規(guī)律。希臘古代天文學對后來歐洲天文學有很大的影響，它特別注重構造宇宙的幾何模型，力圖用簡單優(yōu)美的幾何模型揭示宇宙的和諧性。古希臘天文學托勒密提出了系統(tǒng)化的“地心說”理論。

在托勒密的地心說看來，地球處于宇宙的中心，靜止不動，太陽及其他行星圍繞著地球運行。為了解釋與彌合天文觀測的差距，托勒密構造出本輪一均輪體系，以使地球中心體系符合觀察到的星體運動路徑。但是，這個體系的計算結果與實際觀測的誤差，隨著時間的延長不斷積累。特別是15世紀以來，隨著環(huán)球航行、地理大發(fā)現(xiàn)帶來的航海事業(yè)的大發(fā)展，大量更精確的天文觀測暴露出“地心說”與實際的偏差越來越大。哥白尼經過數十年的觀察和研究，終于建立起以太陽為中心的宇宙體系——“日心說”。日心說認為，地球并非靜止不動，也不處于宇宙中心，地球是一顆普通的行星，它既有繞自轉軸的自轉，又與其他行星一起圍繞宇宙中心——太陽旋轉。這就使得以前看來極不協(xié)調的種種天象變得簡單而和諧。日心說是哲學思考、實際觀測和數學計算的杰作。

作為僧正的哥白尼，職務是輕松的。他把大部分精力都用在天文學的研究上。哥白尼從護衛(wèi)大教堂的城墻上選一座箭樓做宿舍，并選擇頂上一層有門通向城上的平臺作為天文臺。他自制了各種儀器，孜孜不倦地從事天文觀測和研究達30多年。這地方后來被稱為“哥白尼塔”，自17世紀以來被人們作為天文學的圣地保存下來。正是在這里幾十年的觀測數據，使哥白尼建立了日心地動說，還地球運動的本來面目。所以后人稱哥白尼是“推動地球”的巨人。

在1543年出版的《天體運動論》中，哥白尼向人們描述他的宇宙圖景：太陽位于宇宙的中心，有五顆當時已知的行星和地球圍繞太陽旋轉。地球也是行星，是球形的，它在繞著自己的軸轉，并繞著太陽公轉，它與其他行星毫無區(qū)別。行星的排列次序如下：水星、金星、地球、火星、木星、土星。月亮是地球的衛(wèi)星，它繞著地球旋轉。恒星則在遠離太陽的一個天球面上靜止不動。哥白尼的日心體系通過假設地動,就把托勒密體系的近80個圓一下子減為34個，這樣，哥白尼體系就比托勒密體系要簡明合理得多了。

哥白尼的日心體系也有其科學認識上的難題：一是為什么觀測不出恒星的視差?二是為什么感覺不到地動?

在今天看來，雖然哥白尼學說錯誤很多，但日心說的發(fā)表仍是近代科學史上的一件劃時代的大事。1、它把千余年來一直占統(tǒng)治地位的日地關系顛倒了過來，描述了一種和諧、簡單、優(yōu)美的太陽系結構，從而使得天文學的進一步發(fā)展有了牢靠的基礎，成為近代天文學誕生的標志；2、日心說提出的日靜地動的觀念與人們直覺的沖突，以及地動帶來的與當時占統(tǒng)治地位的亞里士多德物理學的沖突，又激發(fā)了物理學理論和實踐的革命，推動了力學研究的發(fā)展，從而也就成為近代科學誕生的標志。3、哥白尼的日心說動搖了神學宇宙觀的支柱，或者說，這個學說的提出意味著反對宗教化了的地心說，向人們表明宗教神學觀念也不是不可動搖的，因而哥白尼著作的發(fā)表成為了自然科學從神學中解放出來的宣言書?，F(xiàn)代科學史家一般把《天體運行論》出版的1543年作為近代科學的誕生年。

古代的自然哲學家們把人體稱為“小宇宙”，并且猜測“小宇宙”與大宇宙存在某種相似性。16世紀，正當哥白尼提出日心說在大宇宙領域向宗教神學提出挑戰(zhàn)之時，維薩里、塞爾維特、哈維等人對人體進行了研究，并取得重大突破，從而在“小宇宙”領域也向宗教神學發(fā)起沖擊。

一、男人的肋骨并不比女人少——維薩里和他的《人體結構》二、血液肺循環(huán)的發(fā)現(xiàn)——塞爾維特三、血液循環(huán)理論的確立——哈維和《心血運動論》1.1.2“小宇宙”大革命—醫(yī)學生理學革命

一、男人的肋骨并不比女人少

——維薩里和他的《人體結構》

維薩里（1514—1564），布魯塞爾人。佛蘭德斯的醫(yī)師，人體解剖學的奠基人。因為那時的醫(yī)學院只照本宣科地講述蓋倫的著作，根本不作認真的醫(yī)學實踐，解剖學成了一種裝飾。學生難得看到教師的解剖演示。有時候教師會讓屠夫或理發(fā)師來解剖動物讓學生觀摩。而蓋倫醫(yī)學對人體的認識主要基于豬、猴等動物解剖，與人體差別很大。維薩里對這種學風極為不滿。于是他就設法自己弄尸體來解剖。通過解剖，他掌握了豐富的人體解剖知識。

1543年，維薩里在巴塞羅那出版了劃時代的著作《人體結構》。該書共七卷，最大的特點是插圖多，讓人看上去一目了然。維薩里所著的《人體結構》，后來成了醫(yī)學解剖學的經典。該書第一卷敘述了人體的骨骼系統(tǒng)，附有極為詳盡而準確的骨骼標本插圖。該書在繼承蓋倫解剖學成就的基礎上，向人們展示了大量全新的人體知識，并糾正了蓋倫的許多錯誤。維薩里在該書的序言中曾這樣說：“我在這里并不是無故挑剔蓋倫的缺點，相反，我肯定蓋倫是一位大解剖學家，他解剖過很多動物，但限于條件，就是沒有解剖過人體，以致造成許多錯誤。在一門簡單的解剖課程中，我能指出他的200多處錯誤。但我還是尊重他。”維薩里的《人體結構》之后，解剖學得到全面深入的發(fā)展，近代醫(yī)學也在此基礎上逐步形成。二、血液肺循環(huán)的發(fā)現(xiàn)——塞爾維特

維薩里的《人體結構》沒有解決人體血液流動的方向，通道和作用問題。最終徹底解決這個問題的是哈維，而首先在這個問題上取得重大突破的是塞爾維特。塞爾維特（1511—1553）：1536年，他在巴黎學習地理、天文和醫(yī)學。他與維薩里是同學，兩個人曾一起解剖過尸體。1537年，維薩里離開了巴黎，而塞爾維特繼續(xù)進行解剖實驗研究。就是在這期間，他做出了重大的科學發(fā)現(xiàn)——血液小循環(huán)(肺循環(huán))。1553年，他出版了《基督教的復興》一書，其中用6頁左右的篇幅描述了他發(fā)現(xiàn)的血液小循環(huán)。書中還廣泛涉及法律、政治、宗教、天文、物理、醫(yī)學等一系列學科的重大問題。此書剛一出版，塞爾維特即被宗教裁判所逮捕。最后，塞爾維特被牢牢地鎖在火刑柱上，被點燃的木柴活活地烤了兩個小時，慘不忍睹地被燒死了。他的著作也同時被燒了，只有《基督教的復興》一書幸存下三本手抄本。

三、血液循環(huán)理論的確立—哈維和《心血運動論》

哈維（1578—1657）：英國人，早年曾在意大利帕多瓦大學學習醫(yī)學，帕多瓦大學是當時歐洲最著名的高等科學學府，其醫(yī)學院具有維薩里開創(chuàng)的親自動手做人體解剖的良好傳統(tǒng)。哈維留學期間，伽利略正在帕多瓦任教，這位實驗科學大師的科學思想使哈維受益非淺，使他懂得了實驗對于科學理論的重要性。1607年，哈維被接受為皇家醫(yī)學院成員。大約就是從這時起，哈維開始了他的血液循環(huán)研究實驗。后來，哈維的解剖實驗得到國王的支持，并向他提供方便條件。在嚴格的人體解剖和動物的活體解剖為基礎上，哈維發(fā)現(xiàn)了血液大循環(huán)規(guī)律。

1615年，他在應聘就職的醫(yī)學院課堂里開始用血液循環(huán)學說代替蓋倫的醫(yī)學來講授人體結構。1628年，也就是哈維公開演講血液循環(huán)學說的13年以后，他的著作《關于動物心臟與血液運動的解剖研究》(簡稱《心血運動論》)在德國法蘭克福出版。哈維的貢獻是劃時代的，他的工作標志著新的生命科學的開始，屬于發(fā)端于16世紀的科學革命的一個重要組成部分。哈維因為他的出色的心血系統(tǒng)的研究，被后人譽為“近代生理學之父”，成為與哥白尼、伽利略等人齊名的科學革命的巨匠。他的《心血運動論》一書也像《天體運行論》、《關于托勒密和哥白尼兩大體系的對話》等著作一樣，成為科學革命時期以及整個科學史上極為重要的文獻。血液循環(huán)理論的建立，具有重要的科學價值，成了臨床醫(yī)學的理論基礎，同時也成了近代生理學的重要基礎。在哈維以后，比較解剖學、人體生理學、醫(yī)學等生物學學科逐步建立起來。

哥白尼地動學說遇到兩大困難：第一即恒星視差問題，以當時的觀測條件無法解決；第二即地動拋物問題，這需要新的物理運動理論來加以解釋。除此而外，開普勒所發(fā)現(xiàn)的行星運動規(guī)律，也要求一個動力學的解釋：天球被打碎之后，行星為什么還能夠被緊緊地束縛在太陽周圍，繞著太陽做規(guī)則運動？

哥白尼革命直接導致對新物理學的尋求。正是在將天空動力學與地上物理學相結合之后，有別于亞里士多德物理學的新物理學才在伽利略和牛頓手中誕生了。

1.2經典力學的奠基

1.2.1日心、地心混合的折衷宇宙體系—第谷

哥白尼死后三年，在丹麥誕生了一位卓越的天文觀測者—第谷，后來他成為近代天文學的奠基人之一。1546年12月14日，第谷出生于丹麥的克努茲斯圖普(今屬瑞典)的一個貴族家庭。1559年進哥本哈根大學學習法律。14歲那年，因為參加了一次日食觀察，對天文學產生了濃厚的興趣，便改學數學和天文學。

1563年開始，第谷自己購買儀器進行天文觀測，首先發(fā)現(xiàn)了木星和土星的運動與當時流行的星表不一致。1571年11月11日，第谷觀測到了一顆新的恒星（第谷星），并將自己的觀測結果寫成了《論新星》一書，并因此在天文學界聲望大增。

丹麥國王腓特烈二世十分賞識第谷的才能，聘他為皇家天文學家，并專門撥巨額為他在維文島修建了一座的天文臺——烏倫堡天文臺，意思是“天文之城”。設有四個觀象臺，一個圖書館，一個實驗室，裝備了當時最全最新的觀測儀器。這是近代第一個真正的天文臺，于1580年落成。第谷在那里工作了近20多年。期間，第谷利用當時最先進的觀測技術，廣泛、系統(tǒng)、細致、精確地觀測并記錄天象，達到了那個時代的最高水平。他的天象記錄，幾乎包羅了望遠鏡發(fā)明之間肉眼所能觀測到的全部。可以說第谷的工作達到了肉眼觀測最高峰，被后世稱為“星學之王”。

1577年，第谷觀測到了慧星，并確認慧星是一個比月亮遠得多的天體，這又一次打擊了關于天界完美的觀點，因為當時經典權威認為慧星只是大氣現(xiàn)象。第谷還發(fā)現(xiàn)了許多新的現(xiàn)象，如黃赤交角變化，月球運行的二均差，以及歲差的測定等。第谷是一個天才的觀測家，理論上卻因循守舊。第谷雖然對托勒密體系很不滿意，但也不同意地動概念。他在《論慧星》的書中提出了自己設計的混合體系。第谷系統(tǒng)、精確的觀測材料，為歷法改革奠定了基礎。更重要的是他積累了大量有關行星運動的數據資料，為后來開普勒發(fā)現(xiàn)行星運動規(guī)律奠定了堅實的基礎。第谷對科學更大的貢獻還在于他作為伯樂發(fā)現(xiàn)了一匹千里馬，一匹將為天空立法的千里馬。

開普勒25歲應邀成為第谷的助手，開始與第谷合作。他們的合作，這是科學史上的一件大事，它意味著經驗觀察與數學理論在天文學上的結合。同時他們的合作也是科學史上科學合作的美妙范例。因為第谷精于觀測而短于理論分析，開普勒善于抽象思維而不善于觀測(因為視力受到過損傷)，他們各有所長各有所短，結合起來取長補短，就導致了科學發(fā)現(xiàn)的重大突破。

2、開普勒：天空的立法者

開普勒是一個思想家，在數學上很有造詣。他的興趣主要不在積累更多的觀測資料上，而是希望利用第谷這批珍貴的觀測資料把哥白尼日心說中的行星運動曲線描繪出來。開普勒首先研究的是火星發(fā)現(xiàn)了火星的真實軌道是橢圓，而太陽恰好位于橢圓的一個焦點上?！粋€個不眠之夜過后，經多年苦戰(zhàn)，開普勒終于發(fā)現(xiàn)了行星運動第三定律。自從這三大定律被發(fā)現(xiàn)之后，行星的復雜運動立刻便失去了它的神秘性。更為重要的是，它將哥白尼的理論推進了一步，為專業(yè)天文學家和數學家提供了支持日心說的強有力論據。人們稱贊他是“天空立法者”?！艾F(xiàn)代天體力學的真正奠基人”。此外，開普勒定律還為牛頓數十年后發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律鋪平了道路。

除此之外，開普勒在天文觀測上也做了不少工作。他發(fā)現(xiàn)了銀河系內的一顆超新星，后人為了紀念他稱之為開普勒星。1607年他還觀測了一顆大慧星，就是后來的哈雷慧星。他在光學和數學上也頗有建樹。開普勒對光學很有研究。他是近代實驗光學的奠基人之一。1611年出版《光學》一書，闡述了光的折射原理和近代望遠鏡的理論。他把伽利略式望遠鏡的凹透鏡的目鏡改成用小凸透鏡。這種望遠鏡被稱為開普勒望遠鏡。

在數學上，開普勒出過《測量酒桶體積的新方法》一書，使用了“無窮小”的計算法，并對對數進行了詳細的研究。

1.2.3伽利略——近代物理學之父

在近代科學的開創(chuàng)者行列里，伽利略最為突出：是他創(chuàng)造并示范了新的科學實驗傳統(tǒng)、以追究事物之量的數學關系為目標的研究綱領。以及將實驗與數學相結合的科學方法。正是他的工作，將近代物理學乃至近代科學引上了歷史的舞臺。伽利略·伽利萊1564年2月15日生于意大利的比薩，文藝復興時期著名的藝術家米開朗其羅是在他出世后三天逝世的。被認為是文藝復興轉入科學的一種征兆。伽利略傾心于研究歐幾里得的幾何學和阿基米德的物理學，很快聲名遠揚。朋友們都稱他為“新時代的阿基米德”。

伽利略（1564—1642）。意大利人，偉大的物理學家和天文學家，近代實驗科學的奠基人之一，被稱為近代力學之父，“當代的阿基米德”。伽利略對天文學的一大貢獻是發(fā)現(xiàn)了望遠鏡。1610年和1613年，伽利略分別出版了《星際使者》和《關于太陽黑子的書信》這兩本書。在這兩本書中，伽利略公布了他用望遠鏡觀測到的一系列發(fā)現(xiàn)。還宣告他觀測到了行星“繞著太陽運行”。這一切有力地推動了哥白尼日心說的傳播?！缎请H使者》的暢銷，使伽利略成為整個歐洲的著名人物。人們驚嘆：“哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙?！币虼?，后人又稱伽利略為“天空哥倫布”。

1632年，伽利略出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》一書。該書是科學史上的名著，伽利略花了八年才得完成。此書在表面上保持中立，但實際上卻為哥白尼體系辯護，并多次對教皇和主教隱含嘲諷，遠遠超出了僅以數學假設進行討論的范圍。全書筆調詼諧，在意大利文學史上列為名著。愛因斯坦評論說：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，標志著物理學的真正開端。伽利略開創(chuàng)的近代物理學奠基于當時一大批其他物理學家的工作。斯臺文即其中之一。斯臺文1548年生于比利時的布魯日。據說他早先是當地的稅務官，后來進荷蘭的萊頓大學任教。他曾經為荷蘭軍隊設計了一套堤堰的水閘系統(tǒng)，這套系統(tǒng)可以在敵人入侵時將全國淹沒。斯臺文的工作是多方面的。在數學上，他最早翻譯了刁番都的著作，并引進了十進制小數。在靜力學方面，他證明了液體中任一面積所所受的壓力只與液體的高度和面積有關，而與容器的形狀無關，這實際上開創(chuàng)了流體靜力學。他研究了斜面上物體的平衡問題，證明了兩塊連成三角形的斜面上搭著的鐵鏈在何種條件下靜止不動，這實際上繼承并發(fā)展了阿基米德關于靜力學的研究工作。此外，他于1586年就做過落體實驗，表明重物與輕物同時落地。1605年，他的《數學札記》在萊頓出版，書中記載了他的這些科學工作。1620年，斯臺文在荷蘭去世。

1、斯臺文的靜力學研究（1548---1620）

威廉·吉爾伯特1544年5月24日生于英國埃塞克斯郡的科爾切斯特。盡管以磁學研究的先驅而聞名于世，但他終生的職業(yè)是位醫(yī)生。他于1569年在劍橋大學獲醫(yī)科學位；1573年在倫敦定居，成為當時的名醫(yī)；160年被任命為皇家醫(yī)學院院長；1601年被招為伊麗莎白女王的宮廷醫(yī)生，享受豐厚的年薪。吉爾伯特終生獨身，將閑暇全都用于搞物理實驗，1600年出版的《論磁》一書，使他在物理學史上留下了不朽的位置。

他發(fā)現(xiàn)了磁傾角，并由磁傾角推測出地球是一塊大磁石，而且用一個球形的磁石做了一個模擬實驗，證明了磁傾角的確來源于球狀大磁石。他提出了質量、力等新概念。除了研究磁力外，他還研究電力等自然界其他類型的力。

2、吉爾伯特的磁學研究

這個時期力學上另一重大的發(fā)展是流體力學?；诰脑O計的實驗，托里拆利、帕斯卡、波義爾與蓋里克等人將流體力學提高到與固體力學同樣高的水平。真空問題是當時流體力學研究的一個核心問題。在亞里士多德的自然哲學中，真空即沒有任何物質的空間是不可思議的。

意大利物理學家托里拆利1608年生于法恩扎，青年時代深受伽利略的影響。伽利略在被軟禁時期讀過他寫的一本關于力學的書，對他十分欣賞，并邀請他到佛羅倫薩來。伽利略臨終之前，托里拆利一直呆在他的身邊。伽利略死后，托氏接替了他的宮廷數學家職位。

3、真空問題：托里拆利、帕斯卡、蓋里克與波義爾

伽利略去世后的1643年，托里拆利與伽利略的另一個更年輕的學生維維安尼一起在佛羅倫薩做了著名的“托里拆利實驗”。

由于空氣的重量是有限的，所以能支撐的水銀柱高也是有限的，而倒立著的管子里被水銀空出來的那一段就是真空托里拆利還注意到水銀柱高每天略有變化，他正確解釋說，那是因為每日空氣重量略有變化，實際上使這根水銀柱成了第一個氣壓計。托里拆利在一根四英尺長的一端封閉的玻璃管內注滿水銀，用手堵住開口的一端．|管子倒立著放入水銀盤中，松開手水銀果然向下流，但是當流到水銀柱高約30英寸(760毫米)時，水銀不再下流了。托里拆利認識到，所謂排斥真空的力不是別的，正是空氣的重量。

布萊斯·帕斯卡（1623---1662）法國物理學家。這位偉大的天才從小體弱多病，但智力發(fā)育超群絕倫。他只活了39歲，但卻在科學、哲學和文學上都創(chuàng)下了不朽的業(yè)績。16歲即出版了論圓錐曲線的著作；19歲發(fā)明了可做加減法的齒輪計算機（1642年），他的《致外省人信札》和《思想錄》是法蘭西文學中的精品，也鑄就了他作為思想家的名聲。在數學上，帕斯卡還在擺線問題和概率論上做出過重要的貢獻。他最著名的工作還是他在液體靜力學方面研究所取得的成就-----帕斯卡原理：作用于密閉液體中的壓力可以完全傳遞到液體內部任何一處，并且垂直地作用于它所接觸的任一界面上。

幾乎與此同時，關于真空的研究也在德國獨立地進行，并最終誕生了著名的馬德堡半球實驗(1654.5.8.)。實驗是由當時的馬德堡市市長蓋里克（1602---1696年）設計的。他在電學方面也有重要的成就。自己設計制造過一臺摩擦起電機。還發(fā)現(xiàn)了同性電荷相斥的現(xiàn)象。

在英國，波義爾在流體方面也做出了重要的貢獻。設計出抽氣機，在自己創(chuàng)造的真空里，他首次證明了伽利略關于落體運動的觀點：一切物體不論輕重均同時下落。在抽去了空氣的透明圓筒里，羽毛和鉛塊果然同時下落。此外，他還證實了聲音在真空中不能傳播，而電吸引力卻可以穿透真空。波義爾在氣體力學中做出的最著名的工作是發(fā)現(xiàn)了波義爾一馬略特定律。這個定律因為在14年之后為法國物理學家馬略特所獨立發(fā)現(xiàn)，故用他們兩人的名字命名。中學生都知道這個定律：在壓縮空氣時，壓強越大，空氣體積越小，壓強與體積成反比。波義耳發(fā)現(xiàn)這個定律是在1662年。真空問題的研究極大地促進了流體力學的發(fā)展，為下個世紀蒸汽機的出現(xiàn)、動力機械的廣泛使用以及工業(yè)革命奠定了基礎。

羅伯特·胡克1635年生于懷特島一個牧師家庭，少年時體弱多病，并且因患天花而落得一臉麻子。他從小并未受過什么教育，但他聰明好學，對當時正在孕育的新物理學表現(xiàn)得十分有領悟力。波義爾在牛津一見到他就決定聘請他當自己的助手，那是1654年。胡克心靈手巧，除了幫助波義爾造出了一臺精致的抽氣機外，自己還在物理、生物、天文學等領域均有所發(fā)現(xiàn)。最著名的顯微鏡實驗以及他的名著《顯微圖》將在以后敘述，但值得一提的是，他在使用顯微鏡的過程中提出了光的波動學說。他在理論方面的工作往往是不完整的(除彈性定律)胡克于1678年公布了這項工作。這一發(fā)現(xiàn)十分有意義，它為便攜式鐘表的制造提供了依據。人們從此可以不再用笨大的鐘擺而用小彈簧作為等時裝置，手表和小鬧鐘里的游絲就是這樣的小彈簧。4、胡克與彈性定律與牛頓同時代的另一位最偉大的物理學家當推克里斯蒂安·惠更斯。他1629年4月14日出生于荷蘭海牙的一個政府要員之家，年輕時進萊頓大學，受過良好的教育，在數學上有出眾的天才。1657年發(fā)表的關于概率論的著作可以顯示他在數學上的不凡造詣，但是他被吸引到自然科學上來，并在一系列領域做出了重要的貢獻。

1655年，惠更斯用自己新制的透鏡裝了一架清晰度和倍率更高的望遠鏡。次年，他用這架望遠鏡發(fā)現(xiàn)了獵戶座星云；還發(fā)現(xiàn)了土星的一顆衛(wèi)星；同年，他還發(fā)現(xiàn)了土星的光環(huán)，并且注意到光環(huán)面相對于地球牽道面傾斜，因而周期性地側對地球，使地球上無法看清它。5、惠更斯：擺的研究

惠更斯對擺的研究是他最出色的物理學工作。伽利略雖然認識到可以利用擺的等時性制造時鐘，而且還設計了圖紙，但并未付諸實施?；莞估^承了伽利略關于擺的研究。他發(fā)現(xiàn)，單擺只是近似等時，真正等時的擺動軌跡不應是一段圓弧而應是段擺弧。他創(chuàng)造性地讓懸線在兩片擺線狀夾板之間運動，這樣的擺就是一段擺弧。將這個發(fā)現(xiàn)運用于設計之中，惠更斯于1656年造出人類歷史上第一架擺鐘，這臺鐘的問世標志著人類進入了一個新的計時時代。

1657年惠更斯取得了擺鐘的專利。1658年，出版《鐘表論》一書，對擺鐘的結構作了說明。1673年在巴黎出版的《擺鐘論》一書，不但記述了擺鐘的原理和具體設計，而且論述了惠更斯關于碰撞問題和離心力的研究成果。由于惠更斯畢生與光學儀器打交道，因而在光學理論上也頗有建樹。在出版于1690年的《論光》一書中，惠更斯倡導光是振動的傳的傳播理論。

英國著名詩人波普曾經寫過一首贊美牛頓的詩，詩是這樣寫的：自然和自然的規(guī)律，隱藏在黑夜里。上帝說：“生一個牛頓吧!”于是，一切都光明了。從伽利略時代以來一個世紀的物理學工作，在牛頓手里得到了綜合。從個人素質上講，牛頓也許是有史以來最偉大的天才：在數學上，他發(fā)明了微積分；在天文學上，他發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，開辟了天文學的新紀元；在力學中，他系統(tǒng)總結了三大運動定律，創(chuàng)造了完整的牛頓力學體系；在光學中，他發(fā)現(xiàn)了太陽光的光譜，發(fā)明了反射式望遠鏡。一個人只要享有這里的任何一項成就，就足以名垂千古，而牛頓一個人做出了所有這些工作。1.3近代科學的第一次大綜合—牛頓力學的建立

17世紀后期，經過伽利略、開普勒等一批科學巨匠們一個多世紀的努力，經典力學的基礎工作已經完成。但各種力學的知識和理論基本處于“各自為戰(zhàn)”的狀態(tài)，顯得有些雜亂無章。這時，科學史上千年一遇的巨人牛頓出現(xiàn)了，他用優(yōu)美得無與倫比的數學語言，描述并統(tǒng)一了地面、天空的力學理論，創(chuàng)立了經典力學體系。這是自然科學的第一次大綜合，在科學史上豎起了一座豐碑，因而經典力學也稱牛頓力學。而從哥白尼開始的近代科學革命，也以牛頓力學的建立為標志，宣告勝利完成。在一個多世紀的與宗教神學的抗爭后，科學終于把上帝驅逐出了太陽系，在太陽系內上帝不再擁有發(fā)言權?？茖W理性思想的光輝開始照耀地球，指引人類前進的方向。

牛頓生平:1642年注定要成為科學史上不平凡的一年。這年初，科學巨星、近代力學之父伽利略殞落；而這年歲尾，另一顆科學巨星牛頓卻在英國升起。這是一顆更加燦爛的明星，科學史上千年一遇的巨人。他在天文學、力學、光學和數學上都取得了開創(chuàng)性的成就，為科學史開創(chuàng)了一個牛頓時代。1642年12月25日，伊薩克·牛頓出生在英國林肯郡，是一個小農的遺腹子。牛頓出世時，給他接生的接生婆說：“咳!這么一個小不點兒，我簡直可以把他塞進一只杯子里去?！边@就是命運之神把一個叱咤風云的思想家介紹到世界上來的那種開玩笑的方式。1642年12月25日，伊薩克·牛頓(1ssacNewton)出生于英國林肯郡的一個中農家庭，他是遺腹子，又是早產兒。12歲時進入當地一所文科中學念書。1656年牛頓第二次結婚的母親再度成為寡婦，他被召回幫助料理農莊。顯然牛頓是一個很蹩腳的農夫，所以又被送回學校。不過他的舅父發(fā)現(xiàn)牛頓的學識不凡，極力主張送他到劍橋大學深造。1661年6月牛頓進劍橋三一學院。1665年初畢業(yè)，獲得文學士學位。

1665年和1666年，為了躲避倫敦的鼠疫，牛頓大部分時間在他母親的農莊中度過。期間他除了作出一些數學上的發(fā)現(xiàn)外，還做了一些關于顏色的實驗。一直為人們傳誦的牛頓看到一只蘋果落到地上從而啟發(fā)了他發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的著名事件就發(fā)生在這個時期。但是由于數學上的一些準備工作還沒有做好，當時牛頓沒有嚴格地推導出萬有引力的數學表達式。1667年牛頓回到劍橋之后當選為三一學院的研究員，第二年獲得文學碩士學位。1669年27歲的他就任盧卡斯數學教授，在這段期間牛頓恢復了光學研究，并造了第一架反射望遠鏡，還發(fā)現(xiàn)了白光的性質。1672年牛頓被選入皇家學會，并向學會報告了他有關太陽光的分光實驗。此后牛頓作了一些數學和化學方面的研究。

牛頓與他的科學界朋友們的談話和通信使他的注意力不時回到引力問題上來。1684年8月哈雷造訪牛頓，促使牛頓進入對引力問題的緊張研究，并于18個月后寫成《自然哲學的數學原理》，簡稱《原理》。該書在1687年7月出版?！对怼烦霭婧?，也許是太過勞累的緣故，牛頓不再考慮力學問題。1689年，牛頓代表劍橋大學當選為國會議員。1690年，國會解散，牛頓又回到了劍橋，開始研究《圣經》。1695年，他被任命為造幣廠督辦。1699年被任命為造幣廠廠長。在任期間，他運用他的冶金知識為英國鑄造了成色十足的貨幣。1701年，牛頓辭去了三一學院的教職。1703年當選為皇家學會主席，以后連選連任，直到去世。1704年，他出版了《光學》一書，總結了他從前在光學方面的研究成果。全書分三篇，第一篇記載了有關光譜的一些實驗，第二篇討論薄膜的顏色，第三篇討論衍射現(xiàn)象和雙折射現(xiàn)象。

牛頓的晚年為造幣局的公務所繁，除了研究《圣經》，提出“第一推動力”，在科學上沒有新的創(chuàng)見。1727年3月20日凌晨一點多，牛頓在睡夢中安然長眠，終年84歲。他被安葬在威斯特明斯特教堂，一個安葬英國英雄們的地方。法國著名哲學家伏爾泰當時正在英國訪問，他目睹了牛頓的葬禮，十分感嘆牛頓所獲得的殊榮。牛頓生前有兩句名言。第一旬是：“如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩膀上?！钡诙涫牵骸拔也恢朗廊嗽鯓涌次?，但我自認為我不過是像一個在海邊玩耍的孩童，不時為找到比常見的更光滑的石子或更美麗的貝殼而欣喜，而展現(xiàn)在我面前的是全然未被發(fā)現(xiàn)的浩瀚的真理海洋?！睆倪@兩句名言中，可以窺見多么博大深邃的精神世界。

牛頓的工作，實現(xiàn)了近代科學史上的第一次重大綜合。他的成就鼓舞了18世紀的法國科學家和數學家，他們引入新的數學工具，從而豐富和發(fā)展了經典力學體系。1.4其他學科的初步發(fā)展一、數學的發(fā)展

科學的發(fā)展與數學的發(fā)展往往相互交織在一起。在近代自然科學初期，與力學得到較快的發(fā)展相聯(lián)系，16—18世紀是常量數學到變量數學的轉折時期。這一時期數學的主要成就有3項。

1、首先是法國人笛卡兒在17世紀上半葉創(chuàng)立了解析幾何。解析幾何把代數學同幾何學有機地聯(lián)系起來，既推動了數學的發(fā)展，也推動了乃至整個自然科學的發(fā)展。2、17世紀上半葉英國人耐普爾發(fā)明了對數，對數的發(fā)明有助于改進和簡化計算。拉普拉斯這樣來評價這一發(fā)明：它用縮短計算的時間來使天文學家的壽命加倍。

3、牛頓和萊布尼茨在17世紀下半葉各自獨立地創(chuàng)立了微積分學。牛頓把自己發(fā)明的微積分方法稱為流數法。萊布尼茨在德國隨后也獨立地發(fā)明了微積分，他使用了我們今天使用的dx、dy和∫這些符號。戈特弗里德·威廉·萊布尼茨（1646年－1716年），德國哲學家、數學家。涉及的領域及法學、力學、光學、語言學、法學、哲學、歷史、外交等等等40多個范疇，一位舉世罕見的科學天才，被譽為十七世紀的亞里士多德。和牛頓先后獨立發(fā)明了微積分?！笆澜缟蠜]有兩片完全相同的樹葉”就是出自他之口，他還是最早研究中國文化和中國哲學的德國人，對豐富人類的科學知識寶庫做出了不可磨滅的貢獻。然而，由于他創(chuàng)建了微積分，并精心設計了非常巧妙簡潔的微積分符號，從而使他以偉大數學家的稱號聞名于世。（一）從煉金術到化學煉金術的實用化導致了醫(yī)藥化學和礦物學的發(fā)展，而實用化學知識的增長最終促成了化學作為一門理論科學的誕生。帕拉塞爾蘇斯、阿格里科拉、赫爾蒙特、波義爾是從煉金術向化學轉化過程中的重要人物。1、帕拉塞爾蘇斯：醫(yī)藥化學的創(chuàng)始者2、阿格里科拉：近代礦物學之父3、赫爾蒙特4、波義耳——近代化學的誕生

二、化學的誕生與發(fā)展1、帕拉塞爾蘇斯：醫(yī)藥化學的創(chuàng)始者

文藝復興時期，煉金術分成三個走向：一是繼續(xù)傳統(tǒng)的點石成金木；二是將煉金術知識用于醫(yī)藥方面，形成了所謂的醫(yī)藥化學運動；三是將煉金術知識用于礦物冶煉方面。形成了早期的礦物學。帕拉塞爾蘇新是醫(yī)藥化學運動的始祖。帕拉塞爾蘇斯原名特奧弗拉斯特·博姆巴斯特·馮·荷恩海姆，1493年5月1日生于瑞士。由于其父親是移居瑞士的德國醫(yī)生，荷恩海姆從小學到了許多醫(yī)學和化學知識。帕拉塞爾蘇斯在醫(yī)學上的主要貢獻是引進了礦物質作為藥物。從酋人們主要用植物做藥，用無機礦物質治病是一大創(chuàng)舉。為了制藥，帕拉塞爾蘇斯系統(tǒng)考察了許多金屬的化學反應過程，并總結了標準反應的一般特征。這一舉動在化學發(fā)展史上具有重要的意義，它啟發(fā)后人通過實驗發(fā)現(xiàn)物質的化學性質，再由其化學性質進行分類。

阿格里科拉本名喬治·鮑爾，阿格里科拉是鮑爾的拉丁化，都是“農民”的意思。他1494年出生于德國的薩克森，1518年畢業(yè)于萊比鐳大學，隨后在意大利弗拉拉大學學醫(yī)。受他的同代人帕拉塞爾蘇斯影響，阿格里科拉也對礦物發(fā)生了興趣。以后，他利用在礦區(qū)行醫(yī)的機會，他系統(tǒng)考察了采礦、冶金業(yè)，寫出了著名的《論金屬》。該書于1556年出版的時候，他已經去世一年了。書中總結了當時采礦工人的實踐知識，記述了當時已知的采礦和冶金方法。書中配有精致的插圖，因此極受歡迎。阿格里科拉也因此贏得了近代礦物學之父的美稱。2、阿格里科拉：近代礦物學之父約翰·巴普蒂斯塔·馮·赫爾蒙特1577年生于比利時布魯塞爾一個古老的貴族家庭，青年時代曾在盧汶大學學習古典著作。1594年離開那里，去歐洲旅行。并學習醫(yī)學。1609年在盧汶取得醫(yī)學博士學位，此后畢生呆在家里做化學實驗。他自稱“火術哲學家”，也以人家稱他為化學家而自豪。在定量實驗方面，他是那個時代最偉大的。赫爾蒙特是一個帕拉塞爾蘇斯派的學者，但在理論上有重大突破，認為“萬物緣于水”。他的另一個重要貢獻是提出了“氣體”概念，從前的人們只知道“空氣”，是他認識到有許多種不同的氣體。

赫爾蒙特死于1644年，四年后．他的著作《醫(yī)學精要》由他的兒子編輯出版。他在化學領域開創(chuàng)了新的定量實驗精神。他稱得上是從煉金術向化學過渡時期最重要的人物。3、赫爾蒙特羅伯特·波義爾1627年1月25日生于愛爾蘭伍特福德的利斯莫爾城堡，是一位貴族的后代，也是一位神童。他8歲時進入英國的貴族學校伊頓公學，據說當時就已經會希臘文和拉丁文了。ll歲隨同家庭教師周游歐洲，讀到了伽利略和笛卡爾的著作。

1644年回國，父親已經去世，給他留下了一份豐厚的遺產。1654年，波義爾移居牛津，在那里結識了胡克并收為助手。關于壓縮空氣的實驗就是在這段時間做的。l668年，波義爾移居倫敦，在那里建立了一家私人實驗室，埋頭從事化學實驗，寫出了許多實驗報告和理論著作。1691年在倫敦去世。他的座落在愛爾蘭的墓志上刻著：“化學的父親和科克伯爵的叔父”。

4、波義耳——近代化學的誕生波義爾最重要的化學著作是1661年出版的《懷疑的化學家》，正是此書標志著近代化學從煉金術脫胎而出。自帕拉塞爾蘇斯以來的醫(yī)藥花學家們，雖然在物質分類和定量實驗方面做了許多工作，但他們的工作依然是為著實用的目的。從波義爾開始，化學被看成一門理論科學，它不只是制造貴重金屬或有用藥物的經驗技藝，而是自然哲學的一個分支，主要從事對物質現(xiàn)象的理論解釋。確立這樣的化學概念，是波義爾的第一個重要貢獻。他確立了科學的元素概念，是對近代化學的第二個貢獻。對火在化學分解中的作用所作的澄清，是波義爾對近代化學的第三個貢獻。波義耳系統(tǒng)地研究了空氣的物理性質，確定了“波義耳——馬略特定律”。對燃燒問題的研究是波義爾對化學的第四個貢獻。波義耳還曾進行過燃燒定性、定量實驗，最先揭示了空氣是燃燒的基本條件這一事實。但由于他持有“火微粒”的觀點，與氧氣及質量守恒定律擦肩而過。

18世紀基礎理論方面最重大的突破發(fā)生在化學領域。如果說波義耳為化學革命做了大量的基礎性工作，那么化學革命的真正體現(xiàn)是在燃素說的興起及其破產的過程之中。因為在這個過程中，人們才真正貫徹了由波義耳提倡的但未徹底執(zhí)行的化學思想。燃素說到氧化說的轉變是近代化學思想的試金石。拉瓦錫完成了這場被科學史家稱為“延遲了的”化學革命。革命的起因是對燃燒和氣體問題的研究。

一、燃素說：施塔爾

二、氣體研究與氧的發(fā)現(xiàn)：普里斯特利、舍勒

三、拉瓦錫的化學革命

（二）近代化學革命

1669年，德國醫(yī)生兼化學家貝歇爾提出最初的燃素假說。他的學生，德國化學家施塔爾在此基礎上于1703年提出了比較系統(tǒng)的燃燒理論。他認為：可燃的要素是一種氣體物質，它存在于一切可燃的物質中。此種要素即為“燃素”?！叭妓亍痹谌紵倪^程中，從可燃物中飛散出來，與空氣結合，從而發(fā)光發(fā)熱，這就是火。物質失去燃素就會變成灰燼，灰燼獲得燃素還會復活起來?？扇嘉镔|-燃素==煅灰煅灰+燃素==可燃物質在當時，燃素說“雖然在某些場合不免有些牽強附會”，但是它“足以說明當時大多數化學現(xiàn)象”。著眼點在于從物質燃燒本身去解釋燃燒，完全拋棄了煉金術士的神秘理論。燃素說是第一個將各種化學現(xiàn)象統(tǒng)一起來的化學原理，它雖然是錯誤的，但卻引導化學走向更廣闊的領域。

恩格斯指出：化學是“借燃素說從煉金術中解放出來”。1、燃素說：施塔爾2、氣體研究與氧的發(fā)現(xiàn)：普里斯特利、舍勒

普里斯特利：1733年出生于英國利茲城附近的菲爾德黑德。1765年獲愛丁堡大學法學博士。他的職業(yè)是牧師，化學只是他的業(yè)余愛好。1766年當選為英國皇家學會會員。1782年當選為巴黎科學院的外籍院士。普里斯特利的重大貢獻是發(fā)現(xiàn)氧氣以及其他氣體。1772年發(fā)現(xiàn)了二氧化氮；1773年發(fā)現(xiàn)氨；1774年發(fā)現(xiàn)二氧化硫。1774年，他利用一個大凸透鏡，把陽光聚集起來，加熱氧化汞，用排水集氣法收集產生的氣體，并研究了這種氣體的性質。他發(fā)現(xiàn)在這種“空氣”中不僅蠟燭會更旺盛地燃燒，而且火焰非常之大。他又將小白鼠放入這種氣體中，他發(fā)現(xiàn)小白鼠活的時間延長了四倍。他自己親自聞了一下，覺得這種“空氣”使呼吸輕快了許多，使人感到格外舒暢。

他是燃素說的忠實信徒，他認為，這種新氣體之所以助燃能力特別強，是因為該氣體中一點燃素也沒有，因而吸收燃素的能力特別強，因此，他稱該氣體為“脫燃素空氣”。

另一位發(fā)現(xiàn)氧的是瑞典化學家舍勒。他比普里斯特利還早一年發(fā)現(xiàn)氧氣，是用高錳酸鉀制得的。他發(fā)現(xiàn)這種氣體有助燃的作用。由于他也相信燃素說，于是他把制得的氧氣稱為“助火空氣”。他是這樣解釋的；這種“助火空氣”能夠燃燒，與燃素后成的化合物是火，燃燒便是這種“助火空氣”與燃燒物體中的燃素結合的過程。他的解釋與普里斯特利大同小異。除了氧氣之外，舍勒還發(fā)現(xiàn)了不下30種的無機和有機物質，其中包括氯氣。他還是第一個認為氮氣是空氣成分之一的人。1786年5月21日，舍勒因病去世，終年僅44歲。有人認為他是死于藥物中毒。因為他有一個習慣，每制出一種新的化學物質，他都要親自嘗一下。總之，他是為他所鐘愛的科學事業(yè)獻身的。氣體化學已取得了長足的發(fā)展，實驗里揭示的化學現(xiàn)象也越來越多，但是一套科學的化學概念體系尚未出現(xiàn)。氧氣雖然已經被發(fā)現(xiàn)，但人們仍然相信燃素說?；瘜W等待著一場系統(tǒng)深刻的概念革命。

1743年8月26日，拉瓦錫出生于法國巴黎，其父是一位富有的律師，所以拉瓦錫早年學習的科目是法律。但他對法律不感興趣。1763年法律專業(yè)畢業(yè)，并取得律師開業(yè)證書，后轉向研究自然科學。21歲時從事地質學研究，后又轉為學習化學。他最早的化學論文是對石膏的研究，發(fā)表在1768年《巴黎科學院院報》上。1765年他當選為巴黎科學院候補院士。1768年研究成功浮沉計，可用來分析礦泉水。1772年，拉瓦錫任皇家科學院副教授，1778年提升為教授。1775年任皇家火藥局局長，火藥局里有一座相當好的實驗室，拉瓦錫的大量研究工作都是在這個實驗室里完成的。3、拉瓦錫的化學革命

對燃燒問題的研究以及對燃素說的否定是拉瓦錫化學革命的核心問題。1、1772年2月，他把金剛石用調成糊狀的石墨厚厚地包上一層，再把這些烏黑的圓球放在烈火中燒得通紅，幾小時后，剝去石墨外衣，里面的金剛石竟然完好無損！拉瓦錫琢磨：“金剛石的失蹤看來與空氣有關。莫非它與空氣發(fā)生作用了？”這種想法和“燃素”學說截然相反！

2、為了證明自己的設想，他用白磷作了一系列實驗，毫無例外，白磷燃燒之后產生的白煙比白磷重了，這證明磷和空氣發(fā)生了化合。而白磷在燃燒過程中，只有五分之一的空氣可以助燃，拉瓦錫把這種空氣暫時稱為“有用空氣”。

3、接下去的幾年里，拉瓦錫連續(xù)做了大量關于燃燒和氣體方面的實驗。1774年，他精心設計了一個用天平在曲頸瓶中通過加熱金屬的定量研究實驗，這就是化學史上著名的“錫鉛煅燒實驗”，結果仍然證明了他的設想。拉瓦錫用實驗證實，金屬能與“有用空氣”相結合，但如何將“有用空氣”與其余的空氣分開呢?———制取氧氣1774年10月，普里斯特利到巴黎訪問，拉瓦錫會見了他。在了解并重復了他的實驗基礎上，拉瓦錫認為，這種氣體是一種元素，1777年正式把這種氣體命名為“氧”，1777年9月5日，拉瓦錫向巴黎科學院提交了劃時代的具有深遠意義的論文《燃燒概論》，建立了燃燒的氧化學說，主要內容如下：1、空氣由兩種成分組成，物質在空氣中燃燒因與氧結合而加重，所增之重等于吸收氧之重。2、物質只有氧存在的情況下才能燃燒。3、物質燃燒時有光和熱產生。4、一般非金屬燃燒時通常變?yōu)樗?，而金屬煅燒時生成金屬氧化物?？梢哉f，拉瓦錫的氧化學說是化學史上第一個真正意義上的化學理論。其對化學發(fā)展所起的作用自然是非同一般的。

提出氧化學說之初拉瓦錫是孤立的。法國科學家們不贊成他的理論，并多方面指責他剽竊了普里斯特利的研究成果。但他并沒有灰心，而是進一步深入研究，提出了大量的不可辯駁的實驗數據。

1785年，著名科學家拉普拉斯第一個承認。后來，又得到許多著名的物理學家和化學家的承認，并認為拉瓦錫的理論是“化學中的革命”。1787年，在對水的充分研究基礎上，發(fā)現(xiàn)并命名了“氫”元素，并對水是元素這種觀念做了徹底地否定，在人類認識思想史上具有重大的意義。拉瓦錫還和另外三位化學家共同首次制定了化合物的命名法。此后，化學反應過程及其定量關系才開始用初步的化學反應方程式來表示。拉瓦錫以1787年建立的新化學語言和1789年出版的《化學基本教程》完成了化學革命，用17年的時間改造了化學學科。1993年11月24日，拉瓦錫因“包稅公司”案的牽連被法國革命委員會逮捕。拉瓦錫和其他包稅公司成員，一起被帶進革命法庭，開庭后不久，拉瓦錫居然被無情地判處了死刑。1794年5月8日，拉瓦錫被送上了斷頭臺，劊子手的屠刀，砍下這位天才科學家聰明的頭腦，法國人毀掉了自己最美的科學花朵和最偉大的兒子，也使世界失去了一位偉大的科學家。拉瓦錫慘遭非命之時，年僅51歲，正當作出科學發(fā)現(xiàn)的大好時光，如若不遭殺害，他肯定能在科學上作出更為杰出的貢獻。拉瓦錫死后，人們很惋惜。就在拉瓦錫被處死的第二天，著名數學家拉格朗日說道：“他們割下拉瓦錫的頭，只不過一剎那間的事，但不知在100年之內，世界上還能不能再長出一顆像他那樣的頭?！崩咤a死后不到兩年，巴黎就為他樹起了一座半身塑像，他的案子也得到平反，為他重新舉行了葬禮。

三、光、電、磁的新世界——近代物理學的早期研究1、磁的研究——吉爾伯特12世紀時，中國人發(fā)明的磁針由阿拉伯傳入歐洲。13世紀時，帕雷格倫納斯對磁針作過研究，但不久就被人遺忘了。在歐洲，第一個對磁進行系統(tǒng)研究的是16世紀時的吉爾伯特。他是近代磁學的先驅者，被后人譽為“磁學之父”。吉爾伯特的研究成果記載在1600年出版的《論磁、磁體和地球作為一個巨大的磁體》（簡稱《論磁》）一書中。該書是歷史上最重要的關于磁的性質的論著之一，被伽利略譽為一部“偉大到令人妒忌”的巨著。他關于磁學的研究為電磁學的產生和發(fā)展創(chuàng)造了條件。他的理論曾對后來的科學發(fā)展產生過很大的影響，為電磁學和引力理論奠定了基礎。后人為了紀念他對磁學的貢獻，在CGS電磁系單位制中以吉伯作磁通勢單位。

2、打開奇妙的電世界

18世紀，電的研究迅速發(fā)展起來，電神秘的面紗被揭開了，人們看到了一個奇妙的電世界。電成為了近代科學史上最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。（1）第一個儲電裝置：萊頓瓶吉爾伯特做了一系列摩擦起電實驗，并區(qū)分了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象。1660年，蓋利克發(fā)明了第一臺摩擦起電機，成為18世紀研究靜電的實驗的好幫手。人類的第一個儲電裝置——萊頓瓶就誕生了。它是由荷蘭物理學家馬森布洛克在1745年發(fā)明的，因馬森布洛克是萊頓人而得名。實際上萊頓瓶是一個普通的電容器，既可儲電也可放電。若把它的外壁接地，而金屬球連接到電荷源上，則在萊頓瓶的內壁和外壁之間會積聚起相當多的電荷，當萊頓瓶放電時可以通過相當大的瞬間電流。萊頓瓶的發(fā)明，為科學界提供了一種貯存電的方法，為進一步研究電學提供了依據，對電學的發(fā)展起了重要作用。

（2）解開雷電之謎——富蘭克林和風箏實驗本杰明·富蘭克林：富蘭克林是美利堅合眾國的創(chuàng)始人之一。富蘭克林對電學的研究是從模仿斯賓士的萊頓瓶實驗開始的。富蘭克林用萊頓瓶做的第一個重要實驗是發(fā)現(xiàn)了正電和負電，以及電荷守恒定律。富蘭克林對電學的研究結果統(tǒng)一了當時混亂的電學知識，為以后電學的發(fā)展打下了基礎。闡明了電容器的原理，富蘭克林最著名的電學成就是把天電和地電統(tǒng)一了起來，破除了人們對雷電的迷信和恐懼。1752年7月，他和他兒子在費城做了那個震動世界的電風箏實驗，他還設計制作了避雷針。富蘭克林還研究了帶電體之間的相互吸引和排斥；不規(guī)則帶電導體中的電荷分布；感應起電現(xiàn)象等。