第八章 數(shù)理傳統(tǒng)與歸納傳統(tǒng)的統(tǒng)一.ppt

1、科學(xué)技術(shù)史,主講人：劉偉 ,第八章 數(shù)理傳統(tǒng)與歸納傳統(tǒng)的統(tǒng)一,一、19世紀(jì)科學(xué)發(fā)展概況 二、電磁學(xué)理論的建立 三、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的建立 四、科學(xué)的制度化與職業(yè)化,19,19,一、 19世紀(jì)科學(xué)發(fā)展概況,1.19世紀(jì)科學(xué)的總體特征 數(shù)理科學(xué)與歸納科學(xué)的綜合與統(tǒng)一，歸納科學(xué)的數(shù)學(xué)化，數(shù)理科學(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。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?！?2.歸納科學(xué)的數(shù)學(xué)化 庫侖定律（電靜力學(xué)） 安培定律（電動(dòng)力學(xué)） 傅里葉定律（熱學(xué)） 歐姆定律（電學(xué)）

2、焦耳定律（電學(xué)與熱學(xué)） 麥克斯韋方程,3.經(jīng)典科學(xué)與歸納科學(xué)向著力學(xué)世界觀統(tǒng)一 場(chǎng)以太振動(dòng)模型基礎(chǔ)之上的電磁學(xué)、光學(xué)、力學(xué)的統(tǒng)一 能量概念之上的力、熱、光、電、磁的統(tǒng)一,二、電磁學(xué)理論的建立,1.電流的磁效應(yīng) 18世紀(jì)結(jié)束時(shí)，電學(xué)的最高成就是庫侖定律 1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特（17771851）發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)。 同年，法國物理學(xué)家安培（17751836）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)。電流的方向 歐姆（17891854），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 問題：電流有磁效應(yīng)，磁有沒有電流效應(yīng)呢？,2.法拉第的發(fā)現(xiàn) 英國物理學(xué)家麥

3、克法拉第（17911867） 出身貧苦，幼年失學(xué)，在印刷廠當(dāng)童工時(shí)學(xué)習(xí)零星的科學(xué)知識(shí),1812年，聆聽戴維的講演，得到戴維的賞識(shí)，到了實(shí)驗(yàn)室當(dāng)一名刷瓶子工人。次年成為戴維的助手。游歷歐洲。 在電化學(xué)方面顯示出卓越的實(shí)驗(yàn)才能，1824年選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。一生對(duì)科學(xué)一往情深，對(duì)金錢和地位不屑一顧。 從18201862，每天堅(jiān)持做實(shí)驗(yàn)日記，1932年出版，共七大卷3236頁。,1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的磁鐵會(huì)導(dǎo)致電流，而靜止的磁鐵卻沒有電流效應(yīng)。這個(gè)電流稱為感生電流，制作出發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)最早的模型。,建立“場(chǎng)”的概念（用來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

4、概念。 建立電磁感應(yīng)定律：只要導(dǎo)線垂直地切割磁力線，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，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?！?1845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),3.麥克斯韋電磁理論 英國物理學(xué)家麥克斯韋（18311879），愛丁堡的名門望族，數(shù)學(xué)天才，1871年回到劍橋任實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授，1857年提出土星光環(huán)的顆粒構(gòu)成理論 1855年“論法拉

5、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)來電磁學(xué)的經(jīng)典。,4.赫茲的發(fā)現(xiàn) 1886年，德國物理學(xué)家赫茲（18571894）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（18741937）于1894年實(shí)現(xiàn)無線電通訊,三、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的確立,1.熱質(zhì)說的問題 熱質(zhì)說成功的解釋了熱量守恒定律，但熱質(zhì)有沒有質(zhì)量？ 美國人本杰明湯姆遜（倫福德伯爵）因反對(duì)獨(dú)立戰(zhàn)爭，流落到英國、德國，在巴伐利亞獲封，在慕尼黑兵工廠發(fā)現(xiàn)加工炮彈會(huì)生成大量的熱，這個(gè)

6、現(xiàn)象用熱質(zhì)說不好解釋。 同一時(shí)期，戴維的磨擦冰實(shí)驗(yàn)也提出了這個(gè)問題。,2.熱力學(xué)第一定律 德國醫(yī)生邁爾（18141878），從思考動(dòng)物熱問題出發(fā)，演繹推理出能量守恒的思想，過于抽象和思辯，不被人理解。 英國物理學(xué)家焦耳（18181889）啤酒廠廠主，是位業(yè)余科學(xué)家。1840年，通過測(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。,3.熱力學(xué)第二定律 英國物理學(xué)家威廉湯姆森（開爾文勛爵18241907）發(fā)現(xiàn)：熱總是不可避免的要從高溫流向低溫 熱二定律：從單一

7、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。 德國物理學(xué)家克勞修斯（18221888）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 宇宙熱寂說,4.分子運(yùn)動(dòng)論 氣體定律與分子層次的微觀解釋。分子的動(dòng)能對(duì)稱氣體的溫度 玻爾茲曼（18441906），提出了熱力學(xué)第二定律的分子層次的微觀解釋,四、科學(xué)的制度化和組織化,1.科學(xué)家的社會(huì)角色 scientist一詞最早出現(xiàn)在1833年，在劍橋召開的英國科學(xué)促進(jìn)會(huì)的會(huì)議上，由威廉休厄爾（William Whewell）提議仿照artist造出的新詞。這個(gè)詞并不被當(dāng)

8、時(shí)像法拉第這樣的科學(xué)家所認(rèn)可。 近代科學(xué)革命以來，今天被我們稱為“科學(xué)家”的那些人的社會(huì)角色是什么？如何謀生？在哪里工作？,1585年，意大利人加爾佐尼在威尼斯出版世界職業(yè)大全，除了醫(yī)生是一個(gè)體面職業(yè)外，數(shù)學(xué)家、機(jī)械師、天文學(xué)家都只是一字帶過 不存在一個(gè)統(tǒng)一的科學(xué)界或科學(xué)家職業(yè)，不存在一套為了成為科學(xué)家而必須接受的教育和訓(xùn)練體系 伽利略時(shí)代，“哲學(xué)家”是有地位的 牛頓時(shí)代，“自然哲學(xué)家”有明顯職業(yè)化傾向，涵蓋皇家學(xué)會(huì)會(huì)員們的科學(xué)活動(dòng),2.科學(xué)活動(dòng)制度化的過程 作為匯集知識(shí)精英的大學(xué)，并不是近代科學(xué)的策源地。大學(xué)是保守勢(shì)力的大本營，容不下科學(xué)革命家?？茖W(xué)革命的先驅(qū)者，大多散布在民間，從事各種各樣

9、的職業(yè) 16001850年間，學(xué)會(huì)、學(xué)院是科學(xué)活動(dòng)的中心，科學(xué)研究的業(yè)余化、非職業(yè)化 1850年開始，大學(xué)重新成為科學(xué)精英的匯集之地，大學(xué)教授同時(shí)承擔(dān)科研和教學(xué)雙重任務(wù)，研究性大學(xué)出現(xiàn) 20世紀(jì)，工業(yè)界、政府、基金會(huì)大量投入經(jīng)費(fèi)支持科學(xué)研究，科學(xué)的職業(yè)化徹底完成,3.科學(xué)活動(dòng)的組織化 實(shí)驗(yàn)科學(xué)需要資金支持，1617世紀(jì)的主要資助方式：宮廷資助 1560年意大利人波爾塔（15351615）創(chuàng)立“自然秘密研究會(huì)”，不久指為巫術(shù)團(tuán)體被取締 1603年在羅馬成立林琴（Lincei，山貓、猞猁）學(xué)院，伽利略為重要成員，1630年因贊助人去世而解散 1657年佛羅倫薩成立“實(shí)驗(yàn)（Cimento，齊曼托、西

10、芒托）學(xué)社”，伽利略的學(xué)生托里拆利和維維安尼是發(fā)起人。1667年贊助人美第奇家族不再贊助，遂解散。,科學(xué)組織的初步建立：英國皇家學(xué)會(huì)和巴黎科學(xué)院 英國皇家學(xué)會(huì) 1718世紀(jì)的資助方式：國家介入，以皇家學(xué)會(huì)為例 1640年代，哥白尼派的牧師威爾金斯（16141672）在倫敦組織“哲學(xué)學(xué)會(huì)” 1660年，建筑師雷恩（16321723）倡議成立一個(gè)新的團(tuán)體，并選威爾金斯為主席，但英王查理二世要求變成皇家科學(xué)組織 1663年正式成立英國皇家學(xué)會(huì)，“以促進(jìn)自然知識(shí)為宗旨”。 本學(xué)會(huì)召集的日常會(huì)議的事務(wù)，是安排、考慮、審議和討論哲學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀察報(bào)告。本學(xué)會(huì)不會(huì)承認(rèn)任何古代和當(dāng)代哲學(xué)家提出或提到的任何自然哲學(xué)

11、原理的假說、體系或?qū)W說。,1665年，學(xué)會(huì)的機(jī)會(huì)刊物皇家學(xué)會(huì)哲學(xué)學(xué)報(bào)由學(xué)會(huì)秘書、商人奧爾登堡自費(fèi)出版 整體上體現(xiàn)典型的英國式經(jīng)驗(yàn)主義風(fēng)格，是培根精神的體現(xiàn)；名為皇家學(xué)會(huì)，實(shí)為民間組織 早期工藝師、商人較多，機(jī)械、航海技術(shù)等問題受到重視,巴黎科學(xué)院 巴黎科學(xué)院（1666）經(jīng)路易十四批準(zhǔn)成立，提供經(jīng)費(fèi)和津貼，外籍院士惠更斯的思想影響了法國科學(xué)院。同年出版科學(xué)通報(bào) 16671672，巴黎科學(xué)院建成巴黎天文臺(tái)，由意大利天文學(xué)家卡西尼（16251712）主持 1699年法國科學(xué)院把科學(xué)分成六大門類，三個(gè)數(shù)學(xué)（地理、天文和數(shù)學(xué)），三個(gè)醫(yī)學(xué)（解剖、化學(xué)和植物學(xué)）。,18-19世紀(jì)新興的科學(xué)組織 1724年圣

12、彼得堡科學(xué)院，主要來自瑞士的學(xué)者，伯努利家族，歐拉 1743年，富蘭克林創(chuàng)立美國哲學(xué)會(huì) 1747年，瑞典天文臺(tái)建立 1753年，英國基尤地區(qū)的皇家植物園建立 1794年，巴黎皇家植物園改造成自然博物館,4.18-19世紀(jì)研究機(jī)構(gòu)的變遷 大學(xué)和傳統(tǒng)研究機(jī)構(gòu)向發(fā)展科學(xué)技術(shù)方向改造 拿破侖充分認(rèn)識(shí)到科學(xué)對(duì)于國家的戰(zhàn)略意義，創(chuàng)辦一批軍事學(xué)校和工科學(xué)校，1794年法國綜合工藝學(xué)校（Ecole Polytechnique） 1799年英國皇家研究院成立，為戴維、法拉第提供了研究場(chǎng)所，與此同時(shí)，一批機(jī)械學(xué)院誕生。 1810年德國柏林大學(xué)建立，德語區(qū)的大學(xué)里重視自然科學(xué)，大學(xué)不僅是傳授知識(shí)，而且生產(chǎn)知識(shí)，研究

13、型大學(xué)來源于此。19世紀(jì)后期，德國建立了一批技術(shù)?？茖W(xué)校（Technische Hochschulen） 科學(xué)家的培養(yǎng)體制開始形成,5.科學(xué)交流方式的改變 私人通信 學(xué)會(huì)刊物 1665年，巴黎創(chuàng)辦了學(xué)者報(bào)（Le Journal des scavants），主要是書評(píng) 倫敦創(chuàng)辦了哲學(xué)學(xué)報(bào)（Philosophical Transactions），主要是學(xué)會(huì)秘書的書信摘錄,歐洲創(chuàng)辦科學(xué)期刊 1668年，羅馬意大利文獻(xiàn)報(bào) 1670年，萊比錫教師學(xué)報(bào)，萊布尼茲在此發(fā)表微積分運(yùn)算的文章 1673年，哥本哈根哥本哈根醫(yī)學(xué)與哲學(xué)學(xué)報(bào) 1684年，阿姆斯特丹文壇消息 1702年，巴黎科學(xué)院出版歷史與學(xué)術(shù)論文集，

14、由歷史與學(xué)術(shù)兩部分組成，不定期出版,歐洲創(chuàng)辦科學(xué)期刊 1710年，普魯士科學(xué)院創(chuàng)辦論文集 17001770年，創(chuàng)辦了400種刊物 最保守的估計(jì)，16661790年，200種 1770年，有影響的科學(xué)刊物25種，涵蓋所有科學(xué)領(lǐng)域 1800年，重要刊物50種左右，主要為普及讀物 19世紀(jì)，專業(yè)期刊大量出現(xiàn),專業(yè)期刊的出現(xiàn) 除天文、醫(yī)學(xué)外，專業(yè)期刊以化學(xué)為最 1790年，拉瓦錫創(chuàng)辦化學(xué)年鑒（Annales de chimie） 1778年，德國克雷爾創(chuàng)辦化學(xué)雜志（Chemisches Journal） 1790年，哈勒和萊比錫創(chuàng)辦物理學(xué)雜志（Journal der Physik） 1810年，法國尼

15、姆出版理論和應(yīng)用數(shù)學(xué)年鑒 19世紀(jì)60年代，?？齐s志超過500種：動(dòng)物學(xué)（近百種）、地質(zhì)學(xué)（80種）、博物學(xué)（75種）、植物學(xué)（65種）、化學(xué)（不到60種）、數(shù)學(xué)（45種）、物理學(xué)（30種）、天文學(xué)（20種） 1869年，自然創(chuàng)刊，以業(yè)余讀者為對(duì)象,6.科學(xué)強(qiáng)國的變遷 歷史上科學(xué)中心的轉(zhuǎn)移 希臘的米利都雅典 希臘化的亞里山大里亞的繆塞昂 8世紀(jì)的巴格達(dá)的智慧館 文藝復(fù)興時(shí)期的意大利 16、17世紀(jì)的英國 18世紀(jì)的法國 19世紀(jì)的德國美國俄國,各科學(xué)強(qiáng)國的科學(xué)體制 英國科學(xué)體制：民間業(yè)余科學(xué)傳統(tǒng)，科研機(jī)構(gòu)遍布全國，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 法國科學(xué)體制：高度集中的科學(xué)管理體制，巴黎享有科研優(yōu)勢(shì)資源，外省科研條件十分惡劣 德國科學(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) 美國科學(xué)體制：實(shí)用主義傳統(tǒng)，解決實(shí)際問題，技術(shù)發(fā)明，菲奇、富爾頓、莫爾斯電碼、愛迪生，吉布斯、邁克爾遜。20世紀(jì)二戰(zhàn)之后