科学技术史第六讲.ppt

To protect the confidential and proprietary information included in this material, it may not be disclosed or provided to any third parties without the approval of Nick Luo.科学技术史第七讲：技术革命与理性启蒙科学技术史第七讲：技术革命与理性启蒙电子科技大学22022-4-7目录目录1哥白尼革命2近代物理学的诞生3经典力学的建立4其他学科的发展32022-4-7什么是近代科学？什么是近代科学？ 近代科学是在收集材料的基础上，从现象深入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。它是建立在观察、试验基础上的实验科学，并广泛应用数学方法使科学知识日益精确化；同时发展了以实验事实为根据和以归纳推理为主要手段的研究方法，确立了一系列定量的科学定律。天文学革命天文学革命物理学革命物理学革命生物学革命生物学革命42022-4-7中世纪的宇宙结构中世纪的宇宙结构 随着欧洲第一次学术复兴，亚里士多德和托勒密所代表的希腊宇宙论开始深入随着欧洲第一次学术复兴，亚里士多德和托勒密所代表的希腊宇宙论开始深入人心。托马斯人心。托马斯阿奎那将基督神学融入其中，地球中心获得了正统的地位阿奎那将基督神学融入其中，地球中心获得了正统的地位 。地球居。地球居宇宙的中心被赋予了宗教意义宇宙的中心被赋予了宗教意义52022-4-7托勒密的宇宙体系托勒密的宇宙体系经过亚里士多德物理经过亚里士多德物理学注释加工过的托勒学注释加工过的托勒密宇宙体系，正好是密宇宙体系，正好是一种等级宇宙，这主一种等级宇宙，这主要体现在它们的物质要体现在它们的物质构成之中构成之中62022-4-7托勒密的地球中心说的坚固地位托勒密的地球中心说的坚固地位在哥白尼生活的时代，在观察所要求的精确度范围以内，托勒密的地球中心说用来解释事在哥白尼生活的时代，在观察所要求的精确度范围以内，托勒密的地球中心说用来解释事实是相当成功的。实是相当成功的。从几何学的观点看，这个学说的唯一弱点是它的均轮与本轮的繁复性。从几何学的观点看，这个学说的唯一弱点是它的均轮与本轮的繁复性。可是在这个学说背后，有两大支柱：可是在这个学说背后，有两大支柱：一是常识的感觉。一般人以为大地在他们的脚下是静。一般人以为大地在他们的脚下是静止不动的（大地是万物向它坠落的坚实不动的基础）止不动的（大地是万物向它坠落的坚实不动的基础） ，虽然有些人也想象它是浮在宇宙，虽然有些人也想象它是浮在宇宙中心的球。中心的球。一是亚里士多德的权威。72022-4-7托勒密的宇宙体系托勒密的宇宙体系本轮加均轮的组合圆周运动，可以解释行星的逆行、亮度变化等现象82022-4-7托勒密的宇宙体系托勒密的宇宙体系在托勒密体系中每个行星有其独特的运动结构，整体上可以有不同的几何构成，缺乏唯一性。92022-4-7一、哥白尼革命一、哥白尼革命文艺复兴以后，科学观点的第一次重大改变，是尼古文艺复兴以后，科学观点的第一次重大改变，是尼古拉拉哥白尼完成的。他是数学家和天文学家。哥白尼完成的。他是数学家和天文学家。哥白尼Copernicus（1473-1543）哥白尼所提出的日心说挑战了托勒密的地球中心说，动摇了人类中心说的坚固地位。这场观念革命是人类思想史上关于宇宙概念以及人与宇宙关系概念的一次重大转型，是近代自然科学诞生的重要标志。哥白尼1473年出生于波兰的托伦。18岁考入克拉科夫大学（Cracow），对数学和天文学表现出浓厚的兴趣，开始收集资料。1496年到波伦亚大学学习教会法，1501年在帕多瓦大学学习。在获得博士法学博士学位后转向医学。在意大利期间受到了文艺复兴运动的熏陶。1506年，回到家乡后把行医作为自己的日常职责之一。102022-4-74、哥白尼是如何思考的？、哥白尼是如何思考的？哥白尼仔细研究过他所找得到的一切哲学家的著作，并发现：哥白尼仔细研究过他所找得到的一切哲学家的著作，并发现：“据西塞罗说，希塞塔斯认为大地是动的据西塞罗说，希塞塔斯认为大地是动的普卢塔克说，有某些别的人也持有同样的见解。普卢塔克说，有某些别的人也持有同样的见解。当我从这里觉到这种可能的时候，我自己也开始思考大地的运动了。当我从这里觉到这种可能的时候，我自己也开始思考大地的运动了。经过长久的多次的观察之后，经过长久的多次的观察之后，我最后发现，如果除了地球的自转之外把其他行星的运动也考虑在内，并计算出其他行星的公转和地我最后发现，如果除了地球的自转之外把其他行星的运动也考虑在内，并计算出其他行星的公转和地球的公转，我们就不但可以由此推出其他行星的现象，而且还可以把所有的行星、天体以及天本身的球的公转，我们就不但可以由此推出其他行星的现象，而且还可以把所有的行星、天体以及天本身的次序与大小都联系起来，以致在任何一个部分里，改变一件东西，就必然要在其他部分及整个宇宙中次序与大小都联系起来，以致在任何一个部分里，改变一件东西，就必然要在其他部分及整个宇宙中造成混乱。因为这个缘故造成混乱。因为这个缘故我愿意采纳这个体系。我愿意采纳这个体系。” E.A.Burtt, Metaphysical Foundations of Modern Science,p.37112022-4-7在所有行星的中心居住着太阳，在这在所有行星的中心居住着太阳，在这个位置它可以一瞬间照亮整个宇宙。个位置它可以一瞬间照亮整个宇宙。对于这个最壮丽的神殿，谁能将这盏对于这个最壮丽的神殿，谁能将这盏明灯安放到另外或更好的地方？明灯安放到另外或更好的地方？哥白尼天球运行论（哥白尼天球运行论（1543）恒星天层。土星，三十年一转。木星，十二年一转。火星，二年一转。地球带着月球，一年一转。金星，九月一转。水星，八十天一转。中心是太阳。哥白尼的宇宙理论122022-4-7“首先，存在着包罗它自身及万物的由恒星组成的天球，因为这个缘故，它是不动的；事实上它是首先，存在着包罗它自身及万物的由恒星组成的天球，因为这个缘故，它是不动的；事实上它是宇宙的间架，别的一切星星的位置与运动都是对它而言的。虽然有人以为它以某种方式运动，但我宇宙的间架，别的一切星星的位置与运动都是对它而言的。虽然有人以为它以某种方式运动，但我们认为，它看起来好象在运动的另一原因就在于我们的地动说。在运动着的天体中，第一是土星，们认为，它看起来好象在运动的另一原因就在于我们的地动说。在运动着的天体中，第一是土星，三十年绕日一周。其次是木星，十二年一周。再次是火星，两年一周。第四是每年一周的轨道，我三十年绕日一周。其次是木星，十二年一周。再次是火星，两年一周。第四是每年一周的轨道，我们说过其中包含地球，加上本轮式的月球轨道。第五是金星，九个月一周。水星占第六位，八十天们说过其中包含地球，加上本轮式的月球轨道。第五是金星，九个月一周。水星占第六位，八十天一周。处在这些行星中间的是太阳。在这极美丽的庙堂中，谁能把这个火炬放在更好的地位，使它一周。处在这些行星中间的是太阳。在这极美丽的庙堂中，谁能把这个火炬放在更好的地位，使它的光明同时照到整个体系呢？有人把太阳叫做宇宙的灯，有人叫做宇宙的心，更有人叫做宇宙的统的光明同时照到整个体系呢？有人把太阳叫做宇宙的灯，有人叫做宇宙的心，更有人叫做宇宙的统治者，都没有什么不适当。治者，都没有什么不适当。因为，太阳就坐在皇帝宝座上，管理着周围的恒星家族。因为，太阳就坐在皇帝宝座上，管理着周围的恒星家族。这样，这样，我们就发现在这样有秩序的安排下，宇宙里有一种奇妙的对称，轨道的大小与运动都有一定的谐和我们就发现在这样有秩序的安排下，宇宙里有一种奇妙的对称，轨道的大小与运动都有一定的谐和关系。这样的情形是用别的方法达不到的。关系。这样的情形是用别的方法达不到的。”天体运动论天体运动论Eng.trans.W.C.D.andM.D.Whetham,Readings in the Literature of Science,Cambridge,1924,p.13132022-4-7可见，哥白尼心中最重要的问题是：行星应该怎样运动，才会产生最简单而最谐和的天可见，哥白尼心中最重要的问题是：行星应该怎样运动，才会产生最简单而最谐和的天体几何学。体几何学。他接受了古人的见解，恒星固定在一个天球上面，但有某种证据表明外面的圆周是指向他接受了古人的见解，恒星固定在一个天球上面，但有某种证据表明外面的圆周是指向同无限空间搭间的天球里面的凹面。同无限空间搭间的天球里面的凹面。哥白尼认识到他把行星运动的座标参照系由地球移到恒星上去了。这就牵涉到物理上和哥白尼认识到他把行星运动的座标参照系由地球移到恒星上去了。这就牵涉到物理上和数学上的一场革命，而且足以摧毁亚里士多德的物理学和天文学。数学上的一场革命，而且足以摧毁亚里士多德的物理学和天文学。142022-4-7来自科学与常识的反对来自科学与常识的反对1、如果地球围绕自己的轴旋转，向上抛出的物体下落时岂不要落在抛出点的西面吗？、如果地球围绕自己的轴旋转，向上抛出的物体下落时岂不要落在抛出点的西面吗？2、松动的物体不是会飞出地面，而地球本身不是会有分裂的危险吗？、松动的物体不是会飞出地面，而地球本身不是会有分裂的危险吗？3、地球如果相对于恒星运动，那么应该可以观察到恒星的周年视差，但人们却从未观测到过。、地球如果相对于恒星运动，那么应该可以观察到恒星的周年视差，但人们却从未观测到过。152022-4-7思考思考如果是你，在没有运动矢量学概念和万有引力的知识下，如何回答这三大问题？如果是你，在没有运动矢量学概念和万有引力的知识下，如何回答这三大问题？162022-4-7怎么才能证明地球是运动的呢？怎么才能证明地球是运动的呢？恒星视差恒星视差托勒密：恒星天球是地球的托勒密：恒星天球是地球的20 000倍倍哥白尼：哥白尼：400 000倍！倍！172022-4-7哥白尼：革新者？保守者？哥白尼：革新者？保守者？哥白尼的目的并不是要推翻旧的希腊天哥白尼的目的并不是要推翻旧的希腊天文学体系，而是要恢复那个体系的本来文学体系，而是要恢复那个体系的本来面目：如何将匀速圆周运动和古代传统面目：如何将匀速圆周运动和古代传统更好的统一起来。更好的统一起来。哥白尼（1473-1543）182022-4-7哥白尼是胆怯的革命者吗？哥白尼是胆怯的革命者吗？1514年，要释（年，要释（Commentariolus)1540年，摘要（年，摘要（Narratio prima）1543年，年，天球运行论（De Revolutionibus Orbium Coelestium,Libri VI)注意：注意：orbium不是天体，而是带动可见天体的看不见的球！这是古代希腊的宇宙观念，仍然不是天体，而是带动可见天体的看不见的球！这是古代希腊的宇宙观念，仍然被哥白尼以及他同时代的人所接受。被哥白尼以及他同时代的人所接受。1543年年5月月24日，当一本刚印好的天球运行论送到哥白尼的病榻上时，他已经是奄奄一息日，当一本刚印好的天球运行论送到哥白尼的病榻上时，他已经是奄奄一息了，他抚摸着这部凝结自己毕生心血的著作，几个小时后就与世长辞了。了，他抚摸着这部凝结自己毕生心血的著作，几个小时后就与世长辞了。192022-4-710、来自宗教的反对！、来自宗教的反对！“人们正在注意一个突然发迹的天文学家，他力图证明是地球在旋转，而不是日、月、星辰人们正在注意一个突然发迹的天文学家，他力图证明是地球在旋转，而不是日、月、星辰诸天在旋转。诸天在旋转。这个蠢材竟想把整个天文学连底都翻过来，可是圣经明白写着，约书这个蠢材竟想把整个天文学连底都翻过来，可是圣经明白写着，约书亚喝令停止不动的是太阳，而不是地球。亚喝令停止不动的是太阳，而不是地球。” 马丁马丁路德路德202022-4-7意义意义哥白尼教人用新的眼光去观察世界。地球从宇宙的中心降到行星之一的较低地位。哥白尼教人用新的眼光去观察世界。