科學(xué)思想史(第十講-工業(yè)革命和應(yīng)用科學(xué)的興起)

科學(xué)思想史韓連慶北京航空航天大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院Email：Hanlq@第十講工業(yè)革命和應(yīng)用科學(xué)的興起一、工業(yè)革命和工業(yè)文明的建立工業(yè)革命工業(yè)革命（industrialrevolution）表現(xiàn)在：以機(jī)器取代人力、以大規(guī)模的工廠生產(chǎn)取代個(gè)體工場(chǎng)手工生產(chǎn)、以技術(shù)革新帶來(lái)經(jīng)濟(jì)無(wú)限制的增長(zhǎng)。恩格斯：“工業(yè)革命對(duì)于英國(guó)的意義，就好象哲學(xué)革命對(duì)于德國(guó)，政治革命對(duì)法國(guó)一樣?！贝龠M(jìn)了社會(huì)的變革：人口的遷移，工廠制度的建立，階級(jí)沖突工業(yè)革命使全體人民受到教育，客觀上推進(jìn)了“平等”的觀念。工業(yè)革命前的歐洲中世紀(jì)的“技術(shù)革命”人口的壓力土地、木材緊缺煉鐵和采礦業(yè)的發(fā)展蒸氣機(jī)的改進(jìn)蒸汽動(dòng)力機(jī)的發(fā)明將工業(yè)革命推向深入紐可門(mén)的蒸氣機(jī)瓦特（1736－1819）對(duì)蒸氣機(jī)改進(jìn)1，為了使汽缸保持溫度，單獨(dú)增加一個(gè)冷凝器（事先抽成真空以引入高溫蒸汽）2，將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)瓦特蒸汽機(jī)的出現(xiàn)掀起了一場(chǎng)動(dòng)力革命紡織業(yè)、采礦業(yè)、冶金業(yè)在瓦特機(jī)的帶動(dòng)下迅猛發(fā)展。瓦特的營(yíng)銷法。1800年特里維西克的小型高壓蒸氣機(jī)。用于推動(dòng)機(jī)車(chē)。1814年斯蒂文森推出第一臺(tái)蒸汽機(jī)車(chē)。1839年迎來(lái)鐵路時(shí)代。紡織業(yè)革命紡織業(yè)的新發(fā)明規(guī)定了工廠制度的發(fā)展方向：大機(jī)器價(jià)格昂貴（只能為少數(shù)大資本家所有）體積龐大（只能安裝在固定的大建筑即車(chē)間里）需要許多人維護(hù)（這些人就是工人）飛梭、騾機(jī)紡織業(yè)的機(jī)械化和工業(yè)學(xué)宣告了英國(guó)工業(yè)革命的到來(lái)。各個(gè)產(chǎn)業(yè)相互促進(jìn)鋼鐵、煤炭、蒸氣機(jī)、鐵路工業(yè)文明的建立為工業(yè)革命提供動(dòng)力的新型能源自然力－機(jī)械力可再生能源－不可再生能源工廠化生產(chǎn)體系中的新型勞動(dòng)組織形式手工作坊－大生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、流水線為工業(yè)發(fā)展提供資金的新型融資手段：貨幣經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)伴隨工業(yè)化在思想觀念上發(fā)生的變化：重商主義－自由經(jīng)濟(jì)1851年萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)二、科學(xué)與工業(yè)革命工業(yè)革命的技術(shù)創(chuàng)新主體：工匠、技師、工程師科學(xué)革命時(shí)期理論創(chuàng)新推動(dòng)了工業(yè)革命時(shí)期技術(shù)進(jìn)步的神話紐可門(mén)受胡克指導(dǎo)？瓦特受布萊克指導(dǎo)？卡諾1824年才出版《論火的原動(dòng)力》，首次對(duì)蒸氣機(jī)的工作原理作出了科學(xué)分析?？茖W(xué)的作用邏輯思考觀念上影響全新的觀察方式作為文化因素起作用工程師與科學(xué)界也有聯(lián)系瓦特發(fā)表“人造氣體的藥用價(jià)值”專業(yè)學(xué)校也開(kāi)始講授牛頓的微積分實(shí)驗(yàn)科學(xué)的興起有利于技術(shù)和科學(xué)的結(jié)合鴻溝依然存在瓦特希望把漂白織物的氯化過(guò)程用于商業(yè)發(fā)明者貝托萊以純粹科學(xué)的態(tài)度進(jìn)行研究“一個(gè)人要是愛(ài)科學(xué)，就不需要財(cái)富”?！盁o(wú)用”的科學(xué)家泰晤士河鐵橋的修建科學(xué)家還沒(méi)有準(zhǔn)備好為技術(shù)提供幫助三、應(yīng)用科學(xué)的興起古典科學(xué)與培根科學(xué)庫(kù)恩：“物理科學(xué)發(fā)展中數(shù)學(xué)傳統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)的對(duì)立”（《必要的張力》）古典科學(xué)：哥白尼－笛卡爾－伽利略－開(kāi)普勒－牛頓。天文學(xué)、靜力學(xué)、光學(xué)；數(shù)學(xué)、和聲學(xué)培根科學(xué)：吉爾伯特－波義耳－胡克－富蘭克林－卡文迪許－庫(kù)侖－拉瓦錫。電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)。氣象學(xué)、博物學(xué)、植物學(xué)、地質(zhì)學(xué)直到19世紀(jì)，古典科學(xué)與培根科學(xué)是分離的?；瘜W(xué)的建立生于瑞士，父親是來(lái)自德國(guó)的醫(yī)生。1527年成為巴塞爾大學(xué)醫(yī)學(xué)教授。煉金術(shù)向醫(yī)藥化學(xué)轉(zhuǎn)變。標(biāo)志是帕拉塞爾蘇斯波義爾（1627－1691）1661年《懷疑的化學(xué)家》，開(kāi)始了近代化學(xué)的歷程：脫去實(shí)用的改善金屬或制備藥物的目的，化學(xué)成為哲學(xué)的分支，是一門(mén)理論科學(xué)，是一種化學(xué)論的自然哲學(xué)確立化學(xué)元素概念：“我所說(shuō)的元素是指某些原初的和單純的即絲毫沒(méi)混合過(guò)的物體，它們不由別的物體組成，而一切物體由它們所組成，而且最終分解成它們?！睆娜妓卣f(shuō)到氧化說(shuō)斯塔爾（1660－1734）：燃素說(shuō)普利斯特列（1733－1804）：發(fā)現(xiàn)氧氣，但堅(jiān)持燃素說(shuō)。拉瓦錫（1743－1794）：氧化說(shuō)化學(xué)革命中，辯才和說(shuō)服力起到了關(guān)鍵作用。古典科學(xué)與培根科學(xué)的綜合與統(tǒng)一培根科學(xué)的數(shù)學(xué)化，古典科學(xué)的實(shí)驗(yàn)化理論科學(xué)的潛在的應(yīng)用性，很快被顯現(xiàn)出來(lái)。電磁學(xué)、熱力學(xué)、工業(yè)化學(xué)科學(xué)體制進(jìn)一步健全，學(xué)院傳統(tǒng)與工匠傳統(tǒng)進(jìn)一步融合。博物學(xué)傳統(tǒng)中出現(xiàn)了空前偉大的成就：進(jìn)化論?！白赃_(dá)爾文以后，世界就不同了?！彪姶艑W(xué)研究1820年，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特（1777－1851）發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)。同年，法國(guó)物理學(xué)家安培（1775－1836）提出安培定律（載流導(dǎo)線之間的相互作用力定律），奠定了電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。歐姆（1789－1854），1826年發(fā)表歐姆定律（電流與電勢(shì)差成正比與電阻成反比）英國(guó)物理學(xué)家麥克爾·法拉第（1791－1867）電流有磁效應(yīng)，磁有沒(méi)有電流效應(yīng)呢？1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的磁鐵會(huì)導(dǎo)致電流，而靜止的磁鐵卻沒(méi)有電流效應(yīng)。這個(gè)電流稱為感生電流。模型發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)。數(shù)學(xué)能力的欠缺被天才的物理洞察力所彌補(bǔ)建立“場(chǎng)”的概念（用來(lái)傳遞電磁作用的連續(xù)介質(zhì)）、“力線”概念（場(chǎng)的直觀圖象）。破除了牛頓的超距作用概念。建立電磁感應(yīng)定律：只要導(dǎo)線垂直地切害磁力線，導(dǎo)線中就有電流產(chǎn)生，電流的大小與所切割的磁力線數(shù)成正比。1832年的一封信中實(shí)際上提出了電磁波的概念：“我認(rèn)為，磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動(dòng)或者空氣粒子的聲振動(dòng)。也就是說(shuō)，我打算把振動(dòng)理論應(yīng)用于磁現(xiàn)象，就像對(duì)聲音所作的那樣，而且這也是光現(xiàn)象最可能的解釋?！?845年發(fā)現(xiàn)磁的旋光效應(yīng)（法拉第效應(yīng)）1846年提出光的本性是電力線和磁力線的振動(dòng)從哲學(xué)層面上揭示了電、磁和機(jī)械運(yùn)動(dòng)三者之間的相互聯(lián)系科學(xué)理論和技術(shù)應(yīng)用初步融合英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋（1831－1879）法拉第的天才思想需要一個(gè)數(shù)學(xué)上的綜合1855年“論法拉第的力線”1862年“論物理學(xué)的力線”1864年“電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論”，給出了麥克斯韋方程，提出了電磁波的概念，提出了光的電磁理論1873年《電磁通論》，一個(gè)世紀(jì)來(lái)電磁學(xué)的集大成。德國(guó)物理學(xué)家赫茲（1857－1894）1886年赫茲在放電實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)近處的線圈也發(fā)出火花，證實(shí)了電磁波的存在意大利青年物理學(xué)家馬可尼（1874－1937）于1894年實(shí)現(xiàn)無(wú)線電通訊電力革命法拉第，電動(dòng)機(jī)1850年，美國(guó)佩奇制造一臺(tái)10馬力的電動(dòng)機(jī)1857年，英國(guó)惠斯特發(fā)明自激式發(fā)電機(jī)1867年，德國(guó)的西門(mén)子發(fā)明自饋式發(fā)電機(jī)愛(ài)迪生：電燈的發(fā)明電報(bào)：莫爾斯電話：貝爾、愛(ài)迪生無(wú)線電：馬可尼、波波夫光之波動(dòng)說(shuō)的復(fù)興牛頓的微粒說(shuō)：光的直線傳播現(xiàn)象惠更斯的波動(dòng)說(shuō)：光的反射和折射，但誤認(rèn)為光是縱波英國(guó)醫(yī)生托馬斯楊（1773－1829）提出：第一，強(qiáng)光與弱光速度相同，用微粒說(shuō)不好解釋；第二，光線穿過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，部分反射，部分折射，不好解釋。楊發(fā)現(xiàn)光不是縱波而是橫波，解釋了偏振現(xiàn)象菲涅爾：獨(dú)立提出波動(dòng)說(shuō)。未發(fā)生糾紛熱力學(xué)第一定律德國(guó)醫(yī)生邁爾（1814－1878），從思考動(dòng)物熱問(wèn)題出發(fā)，演繹推理出能量守恒的思想，過(guò)于抽象和思辯，不被人理解，晚年精神失常。英國(guó)物理學(xué)家焦耳（1818－1889）家境富有，有自己的實(shí)驗(yàn)室，是位業(yè)余科學(xué)家。1840年，測(cè)定電流的熱效應(yīng)，得出焦?fàn)柖桑òl(fā)熱與電阻成正比，與電流的平方成正比）熱功當(dāng)量（每千卡熱量＝460千克米）1847年，德國(guó)物理學(xué)家赫爾姆霍茨發(fā)表“論力的守恒”，系統(tǒng)地表述了能量守恒原理。熱力學(xué)第二定律熱總是不可避免的要從高溫流向低溫，雖然能量總量沒(méi)有喪失，但卻喪失做功能力。熱二定律：從單一熱源吸取熱量使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其它影響是不可能的。永動(dòng)機(jī)的不可能。德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯（1822－1888）給出的表述：熱量不可能自動(dòng)地從較冷的物體轉(zhuǎn)移到較熱的物體。熵增定律：一個(gè)系統(tǒng)熱含量與其絕對(duì)溫度之比在系統(tǒng)孤立時(shí)總是增大。熵：能量轉(zhuǎn)化為有用功的量度。宇宙熱寂說(shuō)。與進(jìn)化論形成對(duì)照。機(jī)械能、化學(xué)能、電能、磁能、光能彼此轉(zhuǎn)化應(yīng)用生物學(xué)巴斯德（1822－1895）：在細(xì)菌學(xué)說(shuō)和微生物觀念的啟發(fā)下，研究發(fā)酵過(guò)程巴斯德滅菌法接種免疫法應(yīng)用化學(xué)德國(guó)有機(jī)化學(xué)研究染色和從煤焦油中提取染料工業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建立德國(guó)大學(xué)改革：教學(xué)和科研并重科學(xué)的社會(huì)化和技術(shù)化英國(guó)科學(xué)體制：民間業(yè)余科學(xué)傳統(tǒng)，科研機(jī)構(gòu)遍布全國(guó)，科研社會(huì)化程度高，政府冷漠。道爾頓、戴維、楊、賴爾、焦耳、法拉第、麥克斯韋、達(dá)爾文法國(guó)科學(xué)體制：高度集中的科學(xué)管理體制，外省科研條件十分惡劣德國(guó)科學(xué)體制：面向工業(yè)發(fā)展科技，有機(jī)化學(xué)之父李比希，施旺、施萊登、微耳和、耐格里、魏斯曼，歐姆、楞次、赫爾姆荷茲。電力技術(shù)與內(nèi)燃技術(shù)。美國(guó)科學(xué)體制：實(shí)用主義傳統(tǒng)，解決實(shí)際問(wèn)題，技術(shù)發(fā)明，菲奇、富爾頓、莫爾斯電碼、愛(ài)迪生，吉布斯、邁克爾遜。20世紀(jì)二戰(zhàn)之后，成為基礎(chǔ)科學(xué)的大國(guó)達(dá)爾文的進(jìn)化論布豐（1707－1788）：物種在發(fā)生演變拉馬克（1744－1829）：獲得性遺傳：有機(jī)體通過(guò)努力適應(yīng)它周?chē)粩嘧兓沫h(huán)境而改變自身，通過(guò)遺傳形成新的物種達(dá)爾文的祖父：生物的有用特性通過(guò)遺傳，演變出多種形式；從無(wú)生命物質(zhì)演變出生命達(dá)爾文