第二章 近代自然科學(xué)的誕生

第二章

近代自然科學(xué)的誕生主講人：斯琴畢力格1張勝光制作本章目錄從維薩里到哈維2科學(xué)組織與科學(xué)團(tuán)體4哥白尼革命31科學(xué)儀器制造技術(shù)33世界科技中心的轉(zhuǎn)移352張勝光制作第二節(jié)

從維薩留斯到哈維3張勝光制作認(rèn)識(shí)人體的結(jié)構(gòu)

哥白尼日心說(shuō)推進(jìn)了我們對(duì)太陽(yáng)系的認(rèn)識(shí)，而維薩留斯和哈維則推進(jìn)了人類對(duì)自身的認(rèn)識(shí)。

4張勝光制作1500152515501575160016251650哥白尼維薩留斯布魯諾開普勒伽利略牛頓塞爾維特法布里修斯哈維天文學(xué)醫(yī)學(xué)5張勝光制作

安德烈．維薩里

維薩里在青年時(shí)代曾求學(xué)于法國(guó)巴黎大學(xué)。當(dāng)時(shí)在巴黎大學(xué)的講堂上，教授們還是因循守舊、津津有味地講述著蓋侖的“解剖學(xué)”教材。教學(xué)過(guò)程中，雖然也配合一些實(shí)驗(yàn)課，但是實(shí)驗(yàn)課都是由雇傭的外科手或劊子手擔(dān)任的。解剖的材料只是狗或猴子等動(dòng)物尸體。再加上教授們的講課與實(shí)驗(yàn)毫無(wú)聯(lián)系，又不準(zhǔn)學(xué)生們親自動(dòng)手操作，所以講課的實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重脫節(jié)，而且錯(cuò)誤百出。

（1514－1564）比利時(shí)醫(yī)生、偉大的生物學(xué)家、近代人體解剖學(xué)的創(chuàng)始人。6張勝光制作7張勝光制作

安德烈．維薩里

年輕的維薩里面對(duì)這種現(xiàn)象極為不滿。由于他勤奮好學(xué)，在自學(xué)過(guò)程中掌握了一定的解剖學(xué)知識(shí)，所以他曾一針見(jiàn)血地指出蓋侖解剖學(xué)中的錯(cuò)誤和教學(xué)過(guò)程中的弊病，并決心改變這種現(xiàn)象。他挺身而出，親自動(dòng)手做解剖實(shí)驗(yàn)。（1514－1564）比利時(shí)醫(yī)生、偉大的生物學(xué)家、近代人體解剖學(xué)的創(chuàng)始人。8張勝光制作

為了揭開人體構(gòu)造的奧秘，維薩里常到郊外無(wú)主墳地盜取殘骨或罪犯的遺尸。回來(lái)后，又在微弱的燭光下偷偷地徹夜觀察研究，直到弄明白為止。后來(lái)，他在威尼斯帕都瓦大學(xué)任教，并獲得博士學(xué)位。任教期間，維薩里繼續(xù)利用講課的機(jī)會(huì)進(jìn)行尸體解剖，并進(jìn)行活體解剖教學(xué)，吸引了大批的學(xué)生。

9張勝光制作

業(yè)余時(shí)間，經(jīng)過(guò)五年的努力，1543年，也就是哥白尼出版《天球運(yùn)行論》的這一年，年僅28歲的維薩里寫出了一部按骨骼、肌腱、神經(jīng)等幾大系統(tǒng)描述的700多頁(yè)的巨著《人體結(jié)構(gòu)》。在這部偉大的著作中，以大量、豐富的解剖實(shí)踐資料，對(duì)人體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確的描述?？梢哉f(shuō)，《人體結(jié)構(gòu)》一書是科學(xué)的解剖學(xué)建立的重要標(biāo)志。

10張勝光制作該書分為七卷，依次論述骨骸系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、內(nèi)臟系統(tǒng)、腦感覺(jué)器官。最后有兩個(gè)附錄，介紹活體解剖的方法。書中繼承了蓋侖和亞里士多德的許多觀點(diǎn)，但也提出了許多不同的看法。正如維薩留斯自己在該書序言里所說(shuō)：“我在這里并不是無(wú)故挑剔蓋侖的缺點(diǎn)，相反地，我肯定蓋侖是一位大解剖學(xué)家。他解剖過(guò)很多動(dòng)物，但限于條件，就是沒(méi)有解剖過(guò)人體，以致造成許多錯(cuò)誤?！?1張勝光制作12張勝光制作13張勝光制作14張勝光制作15張勝光制作16張勝光制作17張勝光制作18張勝光制作教會(huì)的迫害

但是，維薩里這種勇于實(shí)踐、尋求真理的精神和他這本書的發(fā)表引起了當(dāng)時(shí)的解剖學(xué)家和醫(yī)生們的震驚。維薩里在書中說(shuō)：人的股骨是直的，而不是像狗的那樣是彎的，直接動(dòng)搖了被教會(huì)奉為神圣的蓋侖醫(yī)學(xué)體系。于是，在教會(huì)的迫害下，維薩里不得不在《人體結(jié)構(gòu)》一書出版的第二年，也就是在1544年，憤然離開帕都瓦。

19張勝光制作教會(huì)的迫害

盡管如此，教會(huì)的魔爪仍不肯放過(guò)他，判了維薩里死罪。由于國(guó)王出面干預(yù)，才免于死罪，改判往耶路撒冷朝圣，了結(jié)了此案。但在歸航途中，航船遇險(xiǎn)，年僅50歲的維薩里不幸身亡。人體解剖學(xué)的創(chuàng)始人安德烈．維薩里就這樣悲慘地結(jié)束了科學(xué)家偉大的一生。

20張勝光制作血液循環(huán)的發(fā)現(xiàn)：塞爾維特、

法布里修斯和哈維

在人體生理學(xué)中，血液的運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有重要的地位。因?yàn)檠贺灤┤?，是?lián)系身體各部分的渠道，所以，對(duì)它的正確認(rèn)識(shí)有助于進(jìn)一步了解人體的其他機(jī)能。蓋侖的血液運(yùn)動(dòng)理論概括起來(lái)就是：肝臟——靜脈系統(tǒng)的潮汐運(yùn)動(dòng)與動(dòng)脈系統(tǒng)——人體的單向吸收。這兩大運(yùn)動(dòng)之間通過(guò)右心室與左心室之間互通的隔膜相聯(lián)系。21張勝光制作1500152515501575160016251650哥白尼維薩留斯布魯諾開普勒伽利略牛頓塞爾維特法布里修斯哈維天文學(xué)醫(yī)學(xué)22張勝光制作塞爾維特（1511-1553）

維薩留斯在自己的解剖實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蓋侖關(guān)于左心室與右心室相通的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，但他沒(méi)有猜測(cè)到全身的血液是循環(huán)的。他在巴黎大學(xué)醫(yī)學(xué)院的同學(xué)塞爾維特朝發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)的道路上邁出了第一步。

23張勝光制作

邁克爾·塞爾維特在巴黎大學(xué)認(rèn)識(shí)了維薩留斯，爾后兩人成為至交。據(jù)說(shuō)，他曾與維薩留斯一道私下進(jìn)行過(guò)人體解剖研究。后來(lái)，維薩留斯被迫離開了巴黎大學(xué)，但塞爾維特繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。這期間，他做出了一生中最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)即血液的肺循環(huán)。24張勝光制作塞爾維特發(fā)現(xiàn)：血液并不是通過(guò)心臟中的隔膜由右心室直接流入左心室．而是經(jīng)由肺動(dòng)脈進(jìn)入肺靜脈，與這里的空氣相混合后流入左心室。這一發(fā)現(xiàn)通常稱為小循環(huán)，是導(dǎo)向全身循環(huán)的重要一步。25張勝光制作

塞爾維特的這一發(fā)現(xiàn)首先發(fā)表在1553年秘密出版的《基督教的復(fù)興》一書之中。塞爾維特使用了他所發(fā)現(xiàn)的小循環(huán)來(lái)批評(píng)正統(tǒng)基督教的三位一體學(xué)說(shuō)。這觸怒了教會(huì)。羅馬宗教裁判所將塞爾維特逮捕并判處火刑。在朋友們的幫助下，塞爾維特逃了出來(lái)。但沒(méi)過(guò)多久，塞爾維特在日內(nèi)瓦被新教領(lǐng)袖加爾文抓住。加爾文不僅下令將塞爾維特活活燒死．而且在燒死他之前還殘酷地烤了兩個(gè)小時(shí)。26張勝光制作1500152515501575160016251650哥白尼維薩留斯布魯諾開普勒伽利略牛頓塞爾維特法布里修斯哈維天文學(xué)醫(yī)學(xué)27張勝光制作法布里修斯(1537—1619）

為發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)而邁出下一步的是法布里修斯(1537—1619)。他是意大利人，在帕多瓦大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，是法婁皮歐(1523—1562）的學(xué)生，而后者曾經(jīng)是維薩留斯的學(xué)生，也是輸卵管的發(fā)現(xiàn)者。在出版于1603年的《論靜脈瓣膜》一書中，法布里修斯描述了靜脈內(nèi)壁上的小瓣膜。它的奇異之處在于永遠(yuǎn)朝著心臟的方向打開，而向相反的方向關(guān)閉。28張勝光制作法布里修斯(1537—1619）法布里修斯雖然發(fā)現(xiàn)了這些瓣膜，但沒(méi)能認(rèn)識(shí)到它們的意義。他的學(xué)生哈維創(chuàng)立了血液循環(huán)理論，完成了自維薩留斯以來(lái)四代師生前仆后繼的工作。29張勝光制作1500152515501575160016251650哥白尼維薩留斯布魯諾開普勒伽利略牛頓塞爾維特法布里修斯哈維天文學(xué)醫(yī)學(xué)30張勝光制作哈維(1578—1657年)

哈維是英國(guó)生理學(xué)家、血液循環(huán)的發(fā)現(xiàn)者。他出生于一個(gè)富商家庭，1597年畢業(yè)于劍橋大學(xué)，后留學(xué)于意大利帕多瓦大學(xué)，獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。31張勝光制作帕多瓦大學(xué)醫(yī)學(xué)院是當(dāng)時(shí)世界上最大的醫(yī)學(xué)院，素以政策開明、學(xué)術(shù)自由著稱，維薩留斯開創(chuàng)的親自動(dòng)手做解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)的良好傳統(tǒng)，使這所醫(yī)學(xué)院吸引了一大批熱情好學(xué)的青年。哈維留學(xué)期間，伽利略正在帕多瓦任教。這位近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)大師所倡導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)—數(shù)學(xué)方法和力學(xué)自然觀，影響了物理學(xué)之外的許多學(xué)科領(lǐng)域。哈維亦得益匪淺。他懂得了；“無(wú)論是教解剖學(xué)或是學(xué)解剖學(xué)，都應(yīng)以實(shí)驗(yàn)為根據(jù)，而不應(yīng)當(dāng)以書本為根據(jù)。”32張勝光制作哈維在前人研究的基礎(chǔ)上繼續(xù)鉆研，解剖了80多種動(dòng)物。根據(jù)長(zhǎng)期的觀察和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物體內(nèi)的血液循環(huán)系統(tǒng)，于1628年發(fā)表了《動(dòng)物心血運(yùn)動(dòng)的研究》，為近代生理學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。哈維的發(fā)現(xiàn)，推翻了當(dāng)時(shí)流行的古羅馬醫(yī)生蓋倫對(duì)血液流動(dòng)的線路和流動(dòng)方式的錯(cuò)誤論述。哈維的杰出發(fā)現(xiàn)沉重打擊了基督教會(huì)和神學(xué)思想，同時(shí)也開辟了生理學(xué)研究的新紀(jì)元。33張勝光制作34張勝光制作第三節(jié)

在科學(xué)儀器制造方面取得的進(jìn)步35張勝光制作顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡的普遍使用

16世紀(jì)末顯微鏡發(fā)明后，17世紀(jì)中葉人們已經(jīng)將它應(yīng)用到觀察細(xì)菌和微生物方面，從而促進(jìn)了生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展。36張勝光制作37張勝光制作顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡的普遍使用38張勝光制作惠更斯造出了第一臺(tái)擺鐘

多少世紀(jì)以來(lái)，時(shí)間測(cè)量始終是擺在人類面前的一個(gè)難題。直到伽利略發(fā)現(xiàn)擺的等時(shí)性，人類的計(jì)時(shí)裝置諸如日晷、沙漏、漏壺(即水鐘)均不能原則上保持精確。伽利略雖然認(rèn)識(shí)到可以利用擺的等時(shí)性制造時(shí)鐘，而且還設(shè)計(jì)了圖紙，但并未付諸實(shí)施。39張勝光制作

惠更斯繼承了伽利略關(guān)于擺的研究。他發(fā)現(xiàn)，單擺只是近似等時(shí)，真正等時(shí)的擺動(dòng)軌跡不應(yīng)是一段圓弧而應(yīng)是一段擺弧。他創(chuàng)造性地讓懸線在兩片擺線狀?yuàn)A板之間運(yùn)動(dòng)，這樣的擺動(dòng)就是一段擺弧。將這個(gè)發(fā)現(xiàn)運(yùn)用于設(shè)計(jì)之中，惠更斯于1656年造出了人類歷史上第一架擺鐘，并將它獻(xiàn)給了荷蘭政府。這臺(tái)鐘的問(wèn)世標(biāo)志著人類進(jìn)入了一個(gè)新的計(jì)時(shí)時(shí)代。1657年，惠更斯取得了擺鐘的專利。1658年，出版《鐘表論》一書，對(duì)擺鐘的結(jié)構(gòu)作了說(shuō)明。40張勝光制作

17世紀(jì)之后，機(jī)械鐘表工藝上的進(jìn)步被航海事業(yè)的大發(fā)展極大地推動(dòng)。在大海上航行最需要知道船所在的地理位置即經(jīng)度和緯度。通過(guò)太陽(yáng)的視位置可以很容易地測(cè)定緯度，但經(jīng)度就不太容易。天文學(xué)家認(rèn)識(shí)到，經(jīng)度與當(dāng)?shù)貢r(shí)間有關(guān)，如果能夠比較不同地方的當(dāng)?shù)貢r(shí)間，就能知道它們之間的經(jīng)度差。地球自轉(zhuǎn)一圈是24小時(shí)，相當(dāng)于經(jīng)度變化360度，每小時(shí)相當(dāng)于15度。然而，若想在航行中知道比如祖國(guó)的當(dāng)?shù)貢r(shí)間，就得攜帶在當(dāng)?shù)匦?zhǔn)過(guò)而又能在顛簸的航行中保持準(zhǔn)確的鐘。經(jīng)度問(wèn)題馬上歸結(jié)為可攜帶的準(zhǔn)確的時(shí)鐘問(wèn)題。41張勝光制作

當(dāng)時(shí)的擺鐘都經(jīng)不住海上的搖晃．有人嘗試用發(fā)條做動(dòng)力。物理學(xué)家胡克意識(shí)到發(fā)條不僅可以做動(dòng)力，而且發(fā)條的彈性可以作為周期振動(dòng)的動(dòng)力。胡克只說(shuō)沒(méi)練，惠更斯倒是第一個(gè)制造出了靠發(fā)條驅(qū)動(dòng)的鐘表。

1761年，英國(guó)人約翰·哈里森制造出了高精度的航海時(shí)計(jì)，在9個(gè)星期的航行中，誤差只有5秒。而100年前惠更斯制造的鐘，最好的精度是每天差5分鐘。42張勝光制作43張勝光制作第四節(jié)

科學(xué)活動(dòng)的組織化與科研機(jī)構(gòu)的建立44張勝光制作

最早的科學(xué)組織于17世紀(jì)初出現(xiàn)在意大利，如羅馬的林琴學(xué)院和佛羅倫薩的齊曼托學(xué)院。英國(guó)哲學(xué)家弗蘭西斯.培根在《新大西島》一書中描繪的高效率的科學(xué)組織的理想，由1662年皇家學(xué)會(huì)的成立得以實(shí)現(xiàn)。得到太陽(yáng)王路易十四支持的法蘭西科學(xué)院成立于1666年。45張勝光制作

意大利作為文藝復(fù)興的發(fā)源地．也是近代科學(xué)的搖籃。近代物理科學(xué)和生物科學(xué)的真正始祖或者是意大利人，或者在意大利接受教育并完成其創(chuàng)造性工作。意大利物理學(xué)家波爾塔(1535—1615)于1560年創(chuàng)立的“自然秘密研究會(huì)”，是近代歷史上第一個(gè)自然科學(xué)的學(xué)術(shù)組織。該組織解散后，1603年他又創(chuàng)辦了取名為林琴學(xué)院。當(dāng)時(shí)著名的物理學(xué)家伽利略也是院士。最繁榮時(shí)院士人數(shù)達(dá)到32人。46張勝光制作

伽利略去世后，他的兩個(gè)最著名的學(xué)生托里拆利和維維安尼發(fā)起了另一個(gè)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的團(tuán)體。1657年在佛羅倫薩成立了齊曼托(cimonto，意為“實(shí)驗(yàn)”)學(xué)院。最初有成員十多人。1657—1667年間，齊曼托學(xué)院的成員們一起進(jìn)行了許多次物理學(xué)實(shí)驗(yàn)。1667年，由于贊助人不再提供贊助，齊曼托學(xué)院便又解散了。意大利學(xué)會(huì)的興衰是它科學(xué)事業(yè)興衰的標(biāo)志。齊曼托學(xué)院解散后，意大利科學(xué)逐步走向衰落，英國(guó)繼而成為科學(xué)發(fā)展的先鋒。47張勝光制作英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的成立

是在一批科學(xué)家的鼓動(dòng)之下，由英王查理二世批準(zhǔn)于1662年建立的。皇家學(xué)會(huì)雖然有皇家許可證，但基本上是一個(gè)民間組織。它的經(jīng)費(fèi)主要來(lái)自會(huì)費(fèi)和富商贊助，王室并不提供津貼。不過(guò)皇家確實(shí)出資建立了一個(gè)重要的科研機(jī)構(gòu)，它就是格林威治天文臺(tái)。48張勝光制作49張勝光制作50張勝光制作法國(guó)：巴黎科學(xué)院與英國(guó)一樣，法國(guó)的科學(xué)家和哲學(xué)家們起初也是自發(fā)聚會(huì)。國(guó)王路易十四的近臣科爾培爾向路易十四建議成立一個(gè)新的科學(xué)團(tuán)體，為國(guó)家服務(wù)。1666年，巴黎科學(xué)院正式成立。與倫敦皇家學(xué)會(huì)不同，該院由國(guó)王提供經(jīng)費(fèi)，院士有津貼，因而官方色彩更濃一些。他們的研究分為數(shù)學(xué)(包括力學(xué)和天文學(xué))和物理學(xué)(包括化學(xué)、植物學(xué)解剖學(xué)和生理學(xué))兩大部分。51張勝光制作52張勝光制作萊布尼茲與柏林科學(xué)院

建立柏林科學(xué)院是萊布尼茲鼓吹、籌劃了很久的事情。早在1670年他