現(xiàn)代科學與技術概論

PAGEPAGE136全國高等農(nóng)業(yè)院校十五規(guī)劃教材現(xiàn)代科學與技術概論朱朝枝主編中國農(nóng)業(yè)出版社第一章緒論第一節(jié)科學一、科學的基本概念科學一詞，英文為Science，源于拉丁文的Scio，后來演變?yōu)閟cientia，其本意是學問、知識。中國典籍《禮記·大學》中有：“致知在格物，格物而知至”，用格物致知表示實踐出真理的概念，日本轉譯為“致知學”。日本明治維新時期，著名科學啟蒙大師、教育學家福澤瑜吉（Fnknzawayukichi,1835～1901）把“Science”譯為“科學”，并在日本得到廣泛傳播。1893年，康有為從日本引進并使用“科學”一詞。嚴復在翻譯《天演論》等著作時，也用了“科學”一詞。此后，“科學”一詞便在中國得到廣泛應用?？茖W的內(nèi)涵和外延是隨著科學本身的發(fā)展和人們對科學的認識的不斷深化而發(fā)展變化的。所以，要給科學下一個固定不變的定義是不現(xiàn)實的。只能用廣泛的闡明性的敘述來作為一種表述方法?，F(xiàn)在，可以從以下三個層面來理解科學的基本含義：首先，科學是一種特殊形式的社會活動，即知識生產(chǎn)活動，是一種創(chuàng)造性智力活動。其次，科學是一種知識體系。我國的《辭?！方o科學下的定義是：“科學是關于自然界、社會和思維的知識體系”。這是科學概念的最基本內(nèi)涵?？茖W知識體系是一個動態(tài)系統(tǒng)，隨著實踐的發(fā)展而不斷變化。第三，科學是社會發(fā)展的實踐力。科學不僅是知識生產(chǎn)活動和知識體系，而且是社會發(fā)展的實踐力量?？茖W作為實踐力量，通過被人們掌握、利用而發(fā)展著，起到改造客觀世界的作用。所以說，“知識就是力量”。在英語中，“科學”主要指自然科學。在漢語中，“科學”既指自然科學，也指人文科學和社會科學。本書講的現(xiàn)代科學主要指現(xiàn)代自然科學。二、科學的特征和屬性(一)科學知識的客觀真理性自然科學的研究對象是自然界的各種物質客體的結構和運動形式。科學的任務就是揭示物質運動的客觀規(guī)律，達到真理性的認識?？茖W必須從事實出發(fā)，按世界的本來面貌反映世界，科學的假設是需要的，但不允許無謂的臆造和無根據(jù)的假設。科學要用現(xiàn)象的自然原因來解釋現(xiàn)象，完全撇開超自然的任何影響?？茖W的這一特征表明，它不同于宗教信仰。它能為人們提供真理性的知識。(二)科學內(nèi)容的無階級性科學是生產(chǎn)斗爭和科學實驗的產(chǎn)物，它的內(nèi)容與社會經(jīng)濟基礎的要求沒有什么關系。它雖然是社會意識的一種，但它是社會意識中非意識形態(tài)的部分，不屬于上層建筑，而屬于生產(chǎn)力的范疇，所以科學本身沒有階級性?？茖W的這一特征表明，它具有共享性。(三)科學勞動的探索性既然科學是對自然界運動規(guī)律的反映，而自然界又處于永不休止的變化之中，所以，科學活動總是處于積極探索的過程之中?？茖W大廈的建設，是一項永遠不會完結的工程，人類總得有所發(fā)現(xiàn)、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造、有所前進，而不會窮盡“終極真理”?？茖W的這一特征表明，人類認識世界都是由淺至深的過程。(四)科學認識形式的抽象性科學雖然以自然界為研究對象，但它并不停留在對自然現(xiàn)象的直觀描述階段。它要透過紛繁復雜的表面現(xiàn)象揭示其內(nèi)在的本質，進而發(fā)現(xiàn)規(guī)律。為此，就要經(jīng)過“去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里”的抽象過程，并以概念、范疇、原理等形式確定下來。只有借助于思維的抽象力，才能把握事物的本質及其運動規(guī)律?？茖W的這一特征表明，它不同于藝術。(五)科學理論的解釋性和預見性科學來源于實踐，它還要回到實踐中去，它要對人們在生產(chǎn)實踐和科學實驗中所提出的各種問題做出解釋?？茖W理論的目標就是提供系統(tǒng)的、嚴密的、有根據(jù)的解釋?？茖W的預見性是指根據(jù)對自然現(xiàn)象的本質聯(lián)系的深刻認識，科學理論能夠對自然事物的發(fā)展趨勢或者尚未發(fā)現(xiàn)的事物作出推斷和判斷。自然界的一切事物都是遵循一定的規(guī)律發(fā)展變化的。因此，人們一旦掌握了客觀規(guī)律，就能夠預見它的發(fā)展進程和結局?？茖W預見是人們能動性的體現(xiàn)，是人們改造自然的實踐活動獲得成功的前提。三、現(xiàn)代科學四大基本理論和五大基本模型（一）現(xiàn)代科學四大基本理論1.相對論相對論（狹義相對論和廣義相對論）的創(chuàng)立具有重大的意義。狹義相對論建立在兩個基本原理上：一為相對性原理，即在一切慣性系中，物理規(guī)律的表現(xiàn)形式都相同；二為光速恒定原理，即在所有慣性系中，光速都相同。以這兩條原理為前提，可以導出洛倫茲（E.N.Lorenz）變換，從而導出同時的相對性、運動尺子縮短、運動時鐘變慢的結論。相對論原理揭示了時空和運動物質不可分割的聯(lián)系，而且隨物質運動狀態(tài)而改變，證明了時空存在著內(nèi)在的、本質的聯(lián)系。廣義相對論實質上是在考慮到非慣性系的情況下而建立的一種引力理論。2.量子力學量子力學的創(chuàng)立從普朗克(M.K.Plank,1858～1947)開始，又經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森堡、薛定鄂和狄拉克等眾多科學家的共同努力，于20世紀30年代形成了一種完整的理論體系，成為對于自然界一切微觀領域的普遍適用的理論，從而從根本上改變了經(jīng)典物理觀念，為自然科學的發(fā)展開辟了廣闊的前景。3.基因理論在20世紀中，隨著化學、物理學的新成就滲透到生命科學之后，對生命現(xiàn)象的研究從整體深入到細胞、亞細胞和分子水平。分子生物學，包括分子遺傳學，在生命科學中占有主流的地位。千百年來，人類對生命現(xiàn)象的研究在很大程度上傾心于探索遺傳之謎。直到20世紀20年代才建立起決定性狀遺傳的基因理論，后來并進一步地證明了DNA是遺傳信息的載體。甚至有些著名的遺傳學家把遺傳學堪稱為基因學?；驍y帶的信息由基因的結構所決定，信息的表達是由基因的功能而實現(xiàn)的，因此所有生命現(xiàn)象的機制追根到底都與基因的結構與功能相關。4.系統(tǒng)理論20世紀以來，在科學系統(tǒng)中產(chǎn)生深遠影響的橫斷科學如信息論（學）、控制論（學）和系統(tǒng)論等都得到了迅速的發(fā)展。這些與另一門典型的橫斷科學――數(shù)學科學，一起廣泛地向其他學科滲透，從橫斷面上把眾多分支學科聯(lián)結為一體。人類對信息的利用幾乎伴隨人類的出現(xiàn)就開始。物質、能量和信息是構成世界的三大要素，因而這大千世界的一切，不外是物質變化、能量轉換和信息控制這三種基本客觀過程及其相互關系。事物運動的形式、結構、關系等都可以用信息來表征，因而信息比物質和能量顯得更為基本。狹義信息論是研究信息的基本性質、度量方法以及信息的獲取、傳輸、存貯、處理和交換的一般規(guī)律的學科；而廣義信息論被稱為信息科學，它不僅包括了狹義信息論和一般信息論的主要內(nèi)容，而且還研究有關信息的廣闊領域，如語義信息、有效信息和模糊信息等。與信息論緊密相關的控制論是關于動物、機器和社會的控制與通信的學科，即在一定條件下發(fā)揮能動性以實現(xiàn)對系統(tǒng)控制的一門學科?？刂聘拍詈芷毡椋刂剖且环N有目的的活動，其目的體現(xiàn)在受控對象的行為中?？刂婆c信息不可分，控制過程是一種不斷地獲取、處理、選擇、傳送和利用信息的過程。自然系統(tǒng)、人工系統(tǒng)的控制趨于復雜化，現(xiàn)代社會系統(tǒng)日益信息化，因而大系統(tǒng)控制理論得到了新的發(fā)展。與信息論、控制論緊密相關的系統(tǒng)論來源于生物學中機體論的思想，現(xiàn)在已發(fā)展成為系統(tǒng)科學中的基本理論部分。它是關于一般系統(tǒng)的本質、特點、運動規(guī)律的理論，還包括基于不同學科背景而形成的系統(tǒng)理論，如耗散結構理論、協(xié)同論等，都是基于實驗和數(shù)學方法而建立起來的自組織理論。（二）現(xiàn)代科學五大基本模型1.宇宙演化的熱大爆炸模型20世紀，天文學的最大兩項成就是大爆炸宇宙學和恒星演化理論。前者導致了熱大爆炸模型的建立。在20世紀20年代，弗里德曼(Frideman,1888～1925)在廣義相對論的框架下，論證了宇宙脹縮；哈勃(E.Hubble,1889～1953)發(fā)現(xiàn)了星系紅移。后來，在20世紀40年代末，美國物理學家伽莫夫(G.Gamov,1904～1968)等提出了大爆炸宇宙理論，它認為宇宙起源于溫度和密度極高的“原始火球”的一次大爆炸。大爆炸的時刻就是今天所觀察到的宇宙的開端，這時的溫度高達100億度以上，物質密度極大，整個宇宙體系達到平衡，宇宙間只有由中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)物質混合而成的“宇宙湯”，四種基本力，即引力、強力、弱力和電磁力，逐一地分化出來。后來，物質形態(tài)依次演化為原子、氣態(tài)物質、各種恒星體系，最后發(fā)展成今天所看到的宇宙。但是，有關大爆炸的起點還存在爭議，有關宇宙的膨脹、脹縮等也尚無定論。2.粒子物理的標準模型在20世紀下半葉，人們對深層物質結構有了新的認識。物理學從最基本的粒子夸克開始直到整個宇宙的探索，人們總想知道物質世界究竟由什么構成，又是什么在維系著這樣復雜的世界。迄今，人們已認識到構成物質的最小組分：12種輕子——只參加弱相互作用、電磁相互作用的費米子，36種夸克——感受強作用力的帶電粒子，12種媒介子——傳遞相互作用的粒子，共計60種。作用在物質上的所有復雜的力可歸結為三種：引力——由引力子傳遞的最弱的力，但在宇宙的大距離、大質量尺度上卻是強有力的一種力；強力——由膠子攜帶并僅在原子核內(nèi)夸克之間起作用的短程力，即將夸克膠結在一起的色力，使原子核保持為一個整體；統(tǒng)一的電弱力——以電磁力和弱力兩種表現(xiàn)形式出現(xiàn)的同一基本力，經(jīng)受了實驗檢驗的電弱統(tǒng)一理論描述的一種力。夸克和輕子是目前人們所認識的物質結構的新層次。因此在夸克一輕子模型的基礎上形成了粒子物理的標準模型理論，即以夸克、輕子作為基本粒子，以電弱統(tǒng)一理論與描述夸克之間強相互作用的量子色動力學理論起所構成的理論。標準模型理論并不完美，還要檢驗與發(fā)展標準模型理論，進而尋找超標準模型理論。3.遺傳物質DNA雙螺旋結構模型對遺傳物質DNA結構進行研究，首開是量子力學創(chuàng)始人之一的薛定鄂(E.Schrodinger,1887～1961)。他在《生命是什么？》一書中，用量子力學的觀點論證了基因的穩(wěn)定性和突變發(fā)生的可能性。他的研究激發(fā)了人們用物理學的思想和方法去探索生命物質及其運動。接著，維爾金斯(M.H.F.Winkins,1916～)和弗蘭克林(R.E.Franklin，1920~1958)獲得了DNA晶體結構的X射線衍射圖，證明了DNA呈螺旋形、多股鏈結構。1953年，生物學家沃森(J.D.Watson,1928～)和物理學家克里克(F.H.C.Crick,1916～)合作，經(jīng)過反復研究后提出了DNA雙螺旋結構的分子模型。DNA雙螺旋結構是20世紀生命科學中最偉大的發(fā)現(xiàn)，它標志著分子生物學的誕生，為科學解釋DNA的自我復制、發(fā)育與功能以及突變提供了基礎，為描述生命的藍圖奠定了分子的基礎。4.智力活動的圖靈計算模型大腦與智力（精神）的關系問題長期地囿于哲學思辨或經(jīng)驗觀察上。20世紀70年代以來，由于認知科學、神經(jīng)科學、心理科學和計算機科學的迅速發(fā)展，使得人們可以在現(xiàn)代科學的基礎上研究知覺、注意、記憶、動作、語言、推理、思考乃至意識等空前困難的問題。早在17世紀，萊布尼茨(G.W.Leibniz,1646～1716)就提出過思維可計算的設想，即符號語言和思維演算的思想。直到20世紀30年代，哥德爾(K.Godel,1906～1978)提出了一般遞歸函數(shù)的概念，后來把可計算的函數(shù)歸結為一般遞歸函數(shù)，而且可計算函數(shù)的計算也就可以歸結為圖靈理想計算機的計算了。圖靈計算是按某種規(guī)則將一組數(shù)值或符號串轉換成另一組數(shù)值或符號串的操作過程。圖靈(A.M.Turing,1912～1954)在《計算機與智力》一文中提出計算機能思維的觀點，并進行了檢驗：一個人在不接觸對象的情況下，同對象進行一系列對話，如果他不能根據(jù)這些對話判斷出對象是人還是機器，那么，就可以認為這臺計算機具有與人相當?shù)闹悄?。符號處理學說有力地推動了人工智能的發(fā)展，人們用機器模擬人類智能，以至認為，神經(jīng)元的基本功能是計算、思維。即，計算、思維由神經(jīng)元的計算功能逐級整合而形成。在這些認識的基礎上，認知科學家建立了認知的計算理論，特別是提出了在圖靈機意義下的“計算”的基本概念?！罢J知即計算”表明，無論是人腦還是計算機都是操作處理離散符號的形式系統(tǒng)。因此，認知的計算理論又稱為符號處理的學說，圖靈計算模型就目前所能達到的水平來說還是最成功的。5.地殼構造的板塊模型對陸海變遷的關注可追溯到古希臘時代的柏拉圖（Plato，約公元前428～前348）和中國唐代的顏真卿等的思考。直到20世紀對陸海變遷的研究才取得了重大的進展，這包括大陸漂移說、海底擴張說和板塊構造說。大陸漂移說的創(chuàng)始人是魏格納(A.Wgener,1880～1930)，他在《海陸的起源》一書中論述了南美和非洲大陸能拼合在一起的思想，大西洋兩岸的許多生物有親緣關系，以及在巖石、地層和皺褶構造等方面也相當吻合。在20世紀50年代后，由古地磁學研究的結果進一步地為大陸漂移說提供了有力的證據(jù)。在大陸漂移說中又引申出了海底漂移的觀點，于是海底擴張說就應運而生。海底擴張說是在海洋地質的重大發(fā)現(xiàn)之后得到證據(jù)的。地球地幔上部分為巖石圈和軟流圈，由于軟流圈在高溫物質地幔上部，地幔中有一個圓環(huán)形的對流體，驅使地幔的熾熱物質從洋脊的裂谷中涌出，冷卻后形成新的海底，并推動原來的海底向兩側擴張，像傳送帶一樣連續(xù)運轉，海底不斷更新，大陸同海底一起在地幔對流體上漂移。在大陸漂移說和海底擴張說的基礎上，巖石板塊構造說成為新的全球構造理論。巖石圈被各種斷裂分割成的塊段稱為板塊，全球共分為七大板塊，即太平洋、亞歐、印澳、非洲、北美、南美和南極板塊。板塊是漂浮在軟流圈上的剛塊體，在洋中脊處增生，在海溝處消減，其運動的動力源泉來自地幔的熱對流。地殼構造的板塊模型的建立是地球科學史上的一次重大變革，對地球科學產(chǎn)生了深刻的影響，改變了舊的地球觀。第二節(jié)技術一、技術的基本概念技術一詞來源于古希臘語（techne），意指“技能”，“技藝”等。古希臘偉大的思想家亞里士多德(Aristotle,公元前384～前322)稱技術是制造的智慧。1615年，英國的巴克爵士創(chuàng)造了“Technology”一詞，表示技術原理和過程。中國古籍《考工記》中指出：“知者造物，巧者述之、守之，世謂之工?！币馑际?，知者發(fā)明，巧者負責發(fā)明成果的應用，并將其經(jīng)驗、技巧傳給后代。這里的操作經(jīng)驗、技巧就是古代的技術。當然，中國古代沒有“技術”一詞。最早給技術下定義的學者是18世紀法國百科全書派領袖狄德羅(D.Diderot,1713～1784)。在他主編的《百科全書》的“技術”詞條中指出：技術“就是為了完成某種特定目標而協(xié)調動作的方法、手段和規(guī)則的完整系統(tǒng)”。這個定義包含以下幾個重要觀點：一是指出技術是一種有實際目標的活動；二是強調技術的實現(xiàn)要通過社會協(xié)調來完成；三是指出技術的物質體現(xiàn)是手段、工具；四是闡明了技術的非物質形式是方法、規(guī)則等知識；五是指明技術本身是由許多要素組成的完整系統(tǒng)。在現(xiàn)代，對技術有狹義和廣義兩種不同的理解：狹義的理解，只把技術限制在工程學的范圍內(nèi)，如機械技術、電子技術、化工技術、建筑技術等；廣義的理解，則把技術概念擴展到社會、生活、思維的領域。我國學者給技術下的廣義定義是：“人類在為自身生存和社會發(fā)展所進行的實踐活動中，為了達到預期目的而根據(jù)客觀規(guī)律對自然、社會進行調節(jié)、控制、改造的知識、技能、手段、規(guī)則方法的集合?！边@表明，現(xiàn)代技術已經(jīng)超越了工程學的范圍，從生產(chǎn)領域向社會生活的各領域擴展了。二、技術的特征和屬性(一)技術的“中介”性技術的根本任務是解決人類改造客觀世界的實踐活動中“做什么”和“怎么做”的問題。就是說，在人們改造自然和社會的實踐活動中，要改變自然物的形態(tài)或對社會進行調控，這是技術所要解決的“做什么”的問題。而把技術作為知識、技能、手段、方法的系統(tǒng)，被用來實現(xiàn)特定的目的，這是技術所需要解決的“怎么做”的問題。正是在解決“怎么做”的問題上，體現(xiàn)出了技術的本質特征，表明了人對自然和社會的能動關系，是通過技術的“中介”作用來實現(xiàn)的。(二)技術具有自然屬性技術的自然屬性是指任何技術都必須符合自然規(guī)律。任何時代的技術，都是對自然規(guī)律的自覺或不自覺的應用。在古代，人類的知識還很貧乏，從總體上還達不到對自然規(guī)律的自覺掌握和應用。所以，古代技術主要依賴于人們的經(jīng)驗知識。在現(xiàn)代，由于科學的發(fā)展為技術提供了系統(tǒng)的理論知識，技術成了對自然規(guī)律的自覺應用。技術的自然屬性，決定了科學知識成為技術的主體要素，技術在外在形態(tài)上，表現(xiàn)為科學化技術。(三)技術具有社會屬性技術既具在自然屬性，又具有社會屬性。技術的社會屬性是指任何技術都是人們?yōu)榱藵M足社會需要，按人的目的而創(chuàng)造發(fā)明的。技術發(fā)明和應用的過程要受各種社會條件的制約，技術的發(fā)展方向、進程、結果要受社會的支配。技術成果利用的性質（利與害）及價值，由社會的經(jīng)濟關系來決定，由社會來評價?，F(xiàn)代技術活動，同人類的經(jīng)濟、政治、軍事、文化及人們的日常生活有著十分密切的聯(lián)系。技術的適用性并不能由技術本身決定，而是由技術發(fā)展的環(huán)境和目標決定的。技術環(huán)境包括：人口、自然資源、經(jīng)濟發(fā)展水平、政治法律制度、文化傳統(tǒng)、價值觀念等。環(huán)境不同，目標不同，技術發(fā)展的方向、模式、特點也不同。這些，都顯示了技術的社會屬性。三、現(xiàn)代技術的三大體系現(xiàn)代技術已發(fā)展成為一個龐大的復雜系統(tǒng)，在這龐大的復雜系統(tǒng)中，主要由三大基本技術體系，即物質變化技術體系、能量轉換技術體系和信息控制技術體系組成。(一)物質變化技術體系物質變化包括物質的組分變化、物態(tài)和物性變化、外形和色澤變化。物質變化技術主要包括各種材料的設計、制備和加工。就材料的大類來分有：金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料、結構材料（按不同的力學性能）和功能材料（光、電、磁、熱、聲等性能）、塊狀材料、薄膜材料、粉末材料和纖維材料等。在20世紀中，材料技術表現(xiàn)出一些基本特征：對材料的選擇已從低分子走向高分子，對材料的制備已從合成走向組合合成，對材料的加工已從微米走向納米；主要朝著高功能化、超高性能化、復雜化和智能化方向發(fā)展。（二）能量轉換技術體系能量轉換包括諸多能量形式的轉換，如電池是化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置，光電池是光能轉變?yōu)殡娔艿难b置，蒸汽機是熱能轉換為機械能的裝置，發(fā)電機是機械能轉換為電能的裝置，電動機是電能轉換為機械能的裝置，電爐是電能轉換為熱能的裝置等。在20世紀，能量轉換技術有更多更新的發(fā)展，如噴氣推進技術、核能技術、光電技術和多種能量轉換技術。航空技術和航天技術都以噴氣推進技術為基礎，使得噴氣式飛機能在航空空間實現(xiàn)超音速飛行，使得運載火箭足以實現(xiàn)三種宇宙速度飛行。核能技術是巨大能量釋放技術，在戰(zhàn)爭時代被用于制造核武器，在和平環(huán)境用于發(fā)電。還有多種能量資源如煤、天然氣、石油、太陽能、風能、水能等均可轉換成可用的能源。（三）信息控制技術體系信息的本質是控制。信息技術就是形成信息控制系統(tǒng)，對信息過程（產(chǎn)生、采集、存儲、交換、處理等）能動地加以利用。電磁相互作用是信息技術的主要能量載體；核酸分子是生物信息的載體，如對遺傳信息的攜帶與傳遞。在信息技術的發(fā)展中，電子電路集成化、信息處理數(shù)字化和信息傳輸網(wǎng)絡化占有重要的地位。集成電路從小規(guī)模發(fā)展到中、大、超大規(guī)模，并向極大規(guī)模前進。數(shù)字化技術的核心是模數(shù)轉換，即以模擬信號轉換為數(shù)字信號，與模擬信號相比，數(shù)字信號具有許多優(yōu)點，如糾正錯誤、數(shù)據(jù)壓縮能力等。電腦網(wǎng)絡連接技術、光纜鋪成信息高速公路和運行在地球同步軌道上的通信衛(wèi)星使人類生存空間信息相通。第三節(jié)科學與技術的關系科學與技術既有內(nèi)在的聯(lián)系也有重要的區(qū)別，從本質上看，科學是反映客觀事物屬性及其運動規(guī)律的知識體系，回答“為什么”的問題。技術是利用客觀規(guī)律，創(chuàng)造人工事物的過程、方法和手段，回答“怎么做”的問題。二者既有原則性的區(qū)別，又有著相互依存、相互轉化的密切關系。一、科學與技術的內(nèi)在聯(lián)系現(xiàn)代科學與技術是一個辯證統(tǒng)一的整體?？茖W離不開技術，技術也離不開科學，它們互為前提、互為基礎?？茖W中有技術，技術中有科學。例如，基礎科學（物理、化學、生物、天文、地學）都離不開實驗和觀察技術；而許多高技術（電子技術、計算機技術、激光技術、生物工程技術、超導技術等），又離不開科學的指導，都要應用最新的科學理論?，F(xiàn)代科學的發(fā)展，一開始就依賴于先進的技術手段。由于現(xiàn)代科學研究已深入到了微觀世界，擴展到了宇宙天體，只有借助于先進的實驗裝置（高能加速器、射電望遠鏡）才能進行。因此，科學對技術的依賴性越來越強，出現(xiàn)了“科學技術化”的趨勢。同時，技術也更加科學化?？梢哉f，現(xiàn)代科學是高技術之母，科學是技術的先導和發(fā)源地。高技術發(fā)展的道路是，首先是有了新的科學發(fā)現(xiàn)，提出了新的科學理論和原理（即知識創(chuàng)新），進一步才考慮如何將這些成果應用于社會實踐（如生產(chǎn)斗爭、軍事斗爭）中去，創(chuàng)造新的應用技術（即技術的發(fā)明）。從發(fā)現(xiàn)核裂變現(xiàn)象到制造原子彈、從發(fā)現(xiàn)受激輻射現(xiàn)象到研制成功激光器，從發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結構到進行基因重組等等，這些高技術的出現(xiàn)，表明它們是“以現(xiàn)代科學為基礎的技術”。二、科學與技術的區(qū)別(一)科學與技術的構成要素不同科學的要素是概念、范疇、定律、原理、假說。技術的要素分為兩類：一類是主體要素，即經(jīng)驗、理論、技能；另一類是客體要素，即工具、機器等裝置。(二)科學與技術的任務不同科學的任務是有所發(fā)現(xiàn)，揭示自然界的新現(xiàn)象、新規(guī)律；技術的任務是利用自然、控制自然，創(chuàng)造人工自然物。(三)科學與技術所要解決的問題不同科學主要解決“是什么”和“為什么”的問題；技術主要解決“做什么”和“怎么做”的問題。(四)科學與技術的研究過程不同科學研究的目標有較大不確定性，往往難以預見在未來會作出什么發(fā)現(xiàn)，也難以計算出作出某種新發(fā)現(xiàn)需要多少時間，付出多大代價；技術開發(fā)雖然也有一定不確定性，但新產(chǎn)品的研制、新工藝的開發(fā)還是有既定的目標的，有較明確的步驟和經(jīng)費預算，技術開發(fā)工作的計劃性比較強。(五)科學與技術的勞動特點不同科學研究的自由度要大些，個體性較強；技術開發(fā)活動雖然必須發(fā)揮個人的獨創(chuàng)性，但是，其活動的集體性較強。(六)科學與技術的成果的表現(xiàn)形式不同科學研究的成果主要表現(xiàn)為學術論文、學術專著，它的價值主要在于深化人類認識，增加人類知識寶庫；技術開發(fā)的成果主要表現(xiàn)為工藝流程、設計方案、技術裝置，它的價值主要在于實用性、經(jīng)濟性和可行性以及對社會實踐的推動作用。思考題：1.什么叫科學？它有哪些特征？2.簡述現(xiàn)代科學的四大基本理論。3.簡述現(xiàn)代科學的五大基本模型。4.什么叫技術？它有哪些特征？5.簡述現(xiàn)代技術的三大體系。6.試述現(xiàn)代技術的聯(lián)系與區(qū)別。第二章古代科學技術的起源與形成第一節(jié)古代科學技術的起源一、古代技術的起源原始社會的技術主要體現(xiàn)在以下幾個方面。石器加工技術，是原始社會最基本的技術，也是人類的“出生證”，它意味著人類掌握了最初的原始技術?；鸬氖褂?，拓寬了人類的活動空間，是人第一次支配了一種自然力，標志著初期人類結束了茹毛飲血的生活方式。弓箭技術，是原始人的又一項重大技術發(fā)明，意味著人類已經(jīng)學會使用一種機械，它可以把能量儲存起來，并在瞬間將儲能轉化為動能。紡織技術，在原始社會后期，人類使用野生葛、麻為原料，經(jīng)過纖維分離、紡紗、織布三道加工工序而制成布；一些畜牧地區(qū)也開始用羊毛紡織制成衣。建筑技術，舊石器晚期原始人已經(jīng)學會用石頭或日曬磚建造房屋。制陶技術，在原始社會制陶技術的產(chǎn)生和發(fā)展經(jīng)歷了胚架制陶、手工制陶、輪盤制陶三個階段，有了生活使用的鍋、容器一類的陶器。冶金技術，原始社會后期出現(xiàn)了用冶金方法制造的青銅器、鐵器代替石器，帶動了技術大飛躍。運輸技術，原始社會人類在實踐中搬運重物一開始利用撬車(雪車)、樹干、圓木，后來從滾動的圓柱發(fā)展到在車軸上裝上輪子；古埃及人最早的水上交通工具是用枝條和稻草密密編成的物體，蓋上獸皮或涂上油脂捆成筏，或用動物皮縫制成中空筏，也有用火將大樹干燒成中空而制成獨木舟；隨著鋒利石器的出現(xiàn)，人類又制造了規(guī)模較大的船，據(jù)史前遺物考證，美索不達米亞的船只完成了環(huán)繞阿拉伯到埃及的航行，我國新石器時代末期也有船只駛過了臺灣海峽。遠古時期的技術發(fā)明是在極度困難的條件下完成的，具有劃時代的意義，使人的衣、行、住、食的原始需要得到了解決。這些技術創(chuàng)造是近代和現(xiàn)代文明的基石。二、古代自然科學的萌芽原始人在改造自然的活動中，也積累著生產(chǎn)經(jīng)驗和對自然界的認識，這種認識是以經(jīng)驗知識的形式存在著。這些經(jīng)驗知識雖然沒有提升到理論水平和表現(xiàn)為文字的形態(tài)，但它在本質上是與力學、化學、生物學相符合的，被稱為是自然科學的萌芽。恩格斯（F.Engels,1820-1895）指出“隨著手的發(fā)展、隨著勞動而開始的人對自然界的統(tǒng)治，在每一個新的進展中擴大了人的眼界。他們在自然對象中不斷發(fā)現(xiàn)新的、以往所不知道的屬性”。①恩格斯:《自然辯證法》人民出版社,1971年版,第151頁原始人在石器工具的制作過程中要逐步摸索石頭的性質，知道什么石頭最宜于加工，怎樣根據(jù)不同的用途確定加工的形狀和方法，這是人類最初獲得的經(jīng)驗知識。原始人在實踐中學會了保存火種，他們知道了要“養(yǎng)活”火，應當用什么來“喂”它，即有哪些自然物可用來作燃料，用擊石或鉆木的方法取火，用火燒烤或煮熟食物，這是與經(jīng)驗知識分不開的。原始人能制造和使用弓箭，表明他們已有了長期積累的經(jīng)驗和較發(fā)達的智力，弓、弦、箭是復雜的工具，具有奇妙的力學機構和知識：制造弓箭要知道選用最適宜的木材加工弓身；用動物的腱、皮革或植物纖維做弦，用石、骨或獸牙制成箭鏃，箭上常附有羽毛，使其能更好地定向飛行。遠古時期遺留下來的文物，以及對近代還過著部落生活的民族的考察，都證明原始社會的人們已有了雖然粗淺卻又相當廣泛的知識。①恩格斯:《自然辯證法》人民出版社,1971年版,第151頁第二節(jié)古代科學技術的形成一、古代中國的科學技術(一)古代中國的科學成就1．數(shù)學。早在公元前14世紀的商朝我國就能使用十進位制。《易經(jīng)》是二進制的前身，而二進制的“開與關”的設計是現(xiàn)代計算機的基礎。我國最早的數(shù)學著作是公元前1世紀問世的《周髀算經(jīng)》。東漢成書的《九章算術》標志著我國數(shù)學體系的初步形成，它包括算術、初等代數(shù)、初等幾何等方面的內(nèi)容，在后來近兩千年中，它一直被用作我國的數(shù)學教材，在世界數(shù)學史上有著重要的地位。該書通過246個應用題及其解法，表現(xiàn)了中國數(shù)學用代數(shù)方法解決大量的實際問題的特點。此后，歷代數(shù)學家通過對它的注釋和證明，推動了數(shù)學的發(fā)展。三國時期的劉徽用創(chuàng)立的割圓術求出л=3.14159，已經(jīng)比希臘人先進。而南北朝時期著名數(shù)學家祖沖之算出л在3.1415926～3.1415927之間，這個紀錄一千多年后才被打破。關于分數(shù)的概念及其運算、正負數(shù)的概念、加減法則、開平方以及一般的二次方程組的解法等在世界上都是最早的，唐初王孝通的三次方程求解比歐洲早600多年。我國數(shù)學在宋元時期達到新的高度，陸續(xù)出現(xiàn)了一批著名的數(shù)學家和高水平的數(shù)學著作。如秦九韶的《數(shù)書九章》，李冶的《測圓海鏡》、楊輝的《詳解九章算法》和《楊輝算法》、朱世蘭的《算法啟蒙》、《四元玉鑒》等等，都代表了當時中國和世界上最高的數(shù)學水平。2．天文學。古代天文學是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和制定歷法的推動下發(fā)展起來的。我國歷代都很重視歷法，形成了我國的天文學體系。我國歷法起源很早，《尚書·堯典》中已有置閏的概念，戰(zhàn)國時有了二十四節(jié)氣。春秋末年的“四分歷”，回歸年定為366.25日。我國古代歷法大都使用陰陽歷，在漢代就已形成包括年月日、節(jié)氣、日月五星位置，日月食預報等內(nèi)容的歷法體系。我國古代在大量觀測恒星、行星、日月和異常天象等方面積累了世界上最豐富、最完整的天象資料，其中對恒星數(shù)目的記載、日月食的記載，以及太陽黑子、慧星、新星、超新星的記載都是世界上最多、最早的。我國古代的天文觀測儀器也獨具特色，像東漢著名科學家張衡制作的演示實際天象的渾天儀，預測地震的候風地動儀和元代科學家郭守敬制造的圭表、簡儀等，既準確，又精致。另外我國古代曾提出過“蓋天說”、“渾天說”和“宣夜說”等宇宙結構理論，提出了宇宙無限的概念。對后來的天文觀測和天文儀器的制作影響較大的是“渾天說”，認為宇宙像個雞蛋，地球處在天球之中，如同蛋黃居雞蛋內(nèi)部一樣，恒星處在天球之上，而日、月、行星則游離于天球附近。3．物理、化學。戰(zhàn)國前期成書的《墨經(jīng)》中包含光學、力學、聲學等物理學知識，記述了小孔成像、平面、凹面及凸面鏡成像等問題，在世界上首先提出了光的直進原理。戰(zhàn)國至漢代成書的《考工記》中，對聲音與震動的關系，對鐘、鼓、磐等樂器的結構與音響的關系進行了定性研究；對箭鏃各部位的比例與飛行軌道的關系予以記述，反映了當時高水平的彈道學知識。我國古代磁學成就比較突出，在世界上第一次提出了地磁偏角的著作是北宋沈括的《夢溪筆談》。西漢初煉丹術在我國產(chǎn)生，煉丹家們將已接觸到的多種金屬、非金屬及其化合物，通過熔融、熔解、蒸餾、升華、取代、復分解、結晶等方法進行化學轉換和無機合成。他們的活動為探索某些新藥和新冶金方法提供了經(jīng)驗。４．中醫(yī)藥學。我國有獨特的中醫(yī)學理論。在“整體恒動觀”思想的指導下，對疾病的診斷治療講究“辨證論治”，綜合分析有關患者發(fā)病的各種因素和表現(xiàn)，強調因人、因時、因地制宜，并把治療與調養(yǎng)、治病與防病結合起來。我國有豐富的醫(yī)藥學文獻，現(xiàn)存有8000種。戰(zhàn)國晚期的《黃帝內(nèi)經(jīng)》是最早的醫(yī)學經(jīng)典，它創(chuàng)立了由陰陽學說，臟腑學說和經(jīng)絡學說組成的中醫(yī)學理論。東漢的《神農(nóng)本草經(jīng)》是中國最早的藥物學專著，也是我國本草學的經(jīng)典。中國醫(yī)圣張仲景（2世紀中—3世紀初）東漢時期所著《傷寒雜病論》是理、法、方、藥俱全的經(jīng)典著作，書中提出了“辯證施治”的基本原則，把已有的陰陽學說、臟腑學說和經(jīng)絡學說同診斷學中的“四診”、“六經(jīng)”、“八綱”結合起來，總結出了一套行之有效的治療方法。與此同時，神醫(yī)華佗已經(jīng)開始使用“麻沸散”施行全身麻醉來進行外科手術。中藥學方面的代表作是明朝李時珍所著的《本草綱目》。全書共52卷，分16部、62類，190萬字，共載藥物1892種，附方11096個，配有插圖1160幅。書中對每種藥物的名稱、產(chǎn)地、形態(tài)、氣味及藥物采集、栽培方法和炮制過程都有詳細敘述，并附藥方，此書早在萬歷年間就流傳到日本、朝鮮和越南，17、18世紀又傳到歐洲，被達爾文(C.Darwin,1809～1882)譽為“中國古代的百科全書”，相繼被全部或部分譯成日、英、德、法、俄、拉丁等多種文字，推動了世界醫(yī)藥學和生物學的發(fā)展。此外，從北宋初期起，我國就可以從尿中提取激素，在明朝，就開始應用人痘接種來預防天花。５．農(nóng)學。自古以來，我國就以“以農(nóng)為本”，“以農(nóng)立國”著稱。早在春秋戰(zhàn)國時期，中國就開始使用牛耕和鐵犁。在兩千多年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中積累起來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識，被整理并系統(tǒng)化為農(nóng)學著作。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國古代農(nóng)書總數(shù)達376種，像最早戰(zhàn)國時期的農(nóng)學著作《呂氏春秋》、兩漢時期汜勝之的《汜勝之書》、北魏賈思勰所著的《齊民要術》、南宋初年陳敷的《農(nóng)書》、元代王禎的《王禎農(nóng)書》等，涉及到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不同地區(qū)、不同環(huán)節(jié)、不同方面。在我國的農(nóng)書中，最著名的是《齊民要術》，其內(nèi)容豐富、資料多、記述詳細正確，全書正文共92篇，包括各種農(nóng)作物的栽培育種、果樹林木的育苗嫁接、家畜飼養(yǎng)和農(nóng)產(chǎn)品加工等，涉及農(nóng)林牧副漁等各個方面，是世界現(xiàn)存最早、最完整的農(nóng)業(yè)科技名著，在世界農(nóng)學史和生物學史上占有重要地位。書中有很多內(nèi)容如綠肥輪作制、闊葉樹育苗、家畜外形鑒定等，比世界其他先進民族的記載要早三四百年，甚至一千多年。明末杰出的科學家徐光啟編寫的《農(nóng)政全書》，匯總了中國歷代農(nóng)學各方面的經(jīng)驗知識，是一部我國古代農(nóng)業(yè)科學的百科全書。這些農(nóng)學著作突出表現(xiàn)了我國“因時因地因物制宜、精耕細作”的農(nóng)學思想體系，包括積極利用和改造土壤，用地養(yǎng)地、使地“常新壯”，抗旱保墑和合理用水，合理施肥、“用糞猶用藥”，適時播種和種子處理，田間精細管理等思想。(二)古代中國的技術成就1．古代中國的四大發(fā)明(1)造紙技術。據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，我國大約在公元前1世紀就已經(jīng)有了紙，它是紡織業(yè)漂絮漚麻的副產(chǎn)品。到東漢時期，蔡倫對造紙技術進行了大膽的改革與創(chuàng)新。除了用麻作原料之外，還采用樹皮、破布等一些含纖維的材料，并采用灰堿液蒸煮的加工技術，從而大大提高了紙的產(chǎn)量和質量，此后紙開始代替竹帛在全國推廣。到了唐代，中國已能生產(chǎn)多種名貴的紙張，如北方的桑皮紙、四川的蜀紙、安徽的宣紙及江南的竹紙等。公元6世紀的隋唐之后，我國的造紙技術不斷外傳，紙從此成為世界傳播文化、交流思想的重要工具。(2)印刷技術。紙出現(xiàn)以后，由于出版書籍的需要，印刷技術也隨之產(chǎn)生。公元6世紀初的隋唐之際，出現(xiàn)了最早的雕版印刷術，這種印刷術一般用木材為原料，先在木板上刻反字，再給字版涂上墨，印在紙上，由于節(jié)工省時，很快盛行起來。大約在1041年一1048年間，宋代雕刻工畢升又創(chuàng)造了活字印刷術，即用膠泥做成規(guī)格一致的毛胚，在一端刻上反體單字，用火燒硬，成為單個的膠泥活字。用這些活字排版，既節(jié)省費用，又大大縮短了時間，十分經(jīng)濟方便，是印刷史上一項重大革命。元代王禎又將膠泥活字改為木活字，創(chuàng)造了轉輪排字架，此后還出現(xiàn)了錫、銅、鉛等金屬材料制成的活字。13世紀后，活字印刷術傳到了朝鮮、日本等國，歐洲15世紀才掌握了活字印刷術。(3)指南針。最早的指南針出現(xiàn)在戰(zhàn)國時期，是用天然磁石磨成勺形，把它放在特別光滑的盤子上，用以指南，稱為司南。到了宋代后期，人們又發(fā)現(xiàn)鋼鐵在磁石上磨過后，也有磁性，于是又出現(xiàn)了以此為原料的指南魚。由于航海事業(yè)發(fā)展的需要，人們開始使用水浮式指南針在陰雨天辨別方向。到元代時，航海已完全靠指南針指引航向，實現(xiàn)了全天候航行。隨著對外貿(mào)易和海上交通的發(fā)展，指南針先傳到阿拉伯地區(qū)，到13世紀初，歐洲也開始使用指南針了。(4)火藥技術?；鹚幨窃跓挼み^程中發(fā)明的。為了配制長生不老藥，煉丹家逐漸認識了硫磺、硝石的若干化學特性。唐代著名醫(yī)學家孫思邈在他的《丹經(jīng)》一書中，第一次記載了配制火藥的基本方法，即將硫磺和硝石混合，加入點著火的皂角子，就能發(fā)生焰火。唐末，將炭與硫磺、硝石混合的黑色火藥已經(jīng)發(fā)明。到宋元時期，各種火藥成分有了較合理的定量配比，并開始在戰(zhàn)爭中使用，出現(xiàn)了最早的火炮、火槍、火箭、地雷、炸彈等火藥武器。火藥在13世紀時傳到阿拉伯各國，14世紀后又經(jīng)阿拉伯地區(qū)傳到歐洲。2．制瓷技術。瓷器制作技術最早出現(xiàn)在商代，到春秋戰(zhàn)國時期，已能夠生產(chǎn)胎質堅密、器形規(guī)整的青釉瓷器。南北朝白釉瓷器開始萌芽，隋朝趨于成熟，到了唐代白釉瓷器已能與青釉瓷器媲美。宋元時期，出現(xiàn)了不少各有特色的窯系，把瓷器的配料、制胎、施釉、焙燒工藝技術提高到新的水平。如定窯生產(chǎn)的影青瓷，瓷胎厚度只有0.1毫米左右，其白度與透光度已接近現(xiàn)代水平。同時，還能制造出青、紅、黑、紫、米黃等多種彩色瓷器。我國古代的瓷器以它瑰麗的色彩、高雅的氣質、優(yōu)美的造型，深得世人喜愛，成為高貴的藝術珍品。直到18世紀初歐洲才真正掌握了制瓷技術。3．冶煉、采礦技術。在春秋時期，我國已開始采用生鐵冶煉工藝。由于采用生鐵冶煉工藝煉出的鐵比采用塊煉鐵工藝煉的鐵質量高得多，而且容易鑄造，成本也低得多，鐵器在我國很快普及使用。到戰(zhàn)國時期，有了生鐵柔化技術，即用高溫加熱生鐵鑄件，然后退火熱處理的方法，提高了生鐵的韌性，西方兩千年后才掌握了上述兩種冶煉工藝。在冶鐵技術快速發(fā)展的同時，我國還發(fā)明了世界上最早的煉鋼技術，春秋末年已能生產(chǎn)塊鐵滲碳鋼和鑄鐵脫碳鋼。到了漢代，又出現(xiàn)了炒鋼法、百煉鋼和灌鋼法，其中炒鋼法到18世紀才由英國人掌握。在冶煉技術發(fā)展的同時，采礦技術也得到了相應的發(fā)展。湖北大冶古礦遺址表明，在春秋戰(zhàn)國時期，我國已能將礦井開鑿到50米以下，整個礦井由豎井、斜井、平巷等組成，并能較好地解決通風、排水、照明、提運、支架等一系列復雜的技術問題。4．絲織技術。中國是最早養(yǎng)蠶和織造絲綢的國家。早在三千多年前的殷商時代，就開始了養(yǎng)蠶和絲織，周代出現(xiàn)了官辦的絲織業(yè)，規(guī)模很大。到西漢時，綢、綾、緞、絹的絲織技術已十分精湛。唐朝以后，由于絲綢的染色技術得到發(fā)展，印花技術和紡織技術有了很大改進，制造的絲織品尤為精美。絲綢作為我國的名貴特產(chǎn)通過“絲綢之路”傳到西方后，得到西方人的喜愛，被他們奉為至寶。5．機械制造技術。機械制造技術除農(nóng)業(yè)機具、天文儀器和紡織機械外，還有不少重大創(chuàng)造。秦漢時我國已經(jīng)有了銅或鐵制造的齒輪；西漢時期的指南車、記里鼓車，都是通過復雜的齒輪系統(tǒng)進行自動指向、記載的機械。魏晉時著名的“水轉連磨”，能用齒輪帶動好幾個磨同時轉動。機械鐘表的前身是天文鐘，這種裝置我國可以追溯到后漢張衡制造的水運渾天儀，機械鐘表的關鍵部件操縱器也是我國發(fā)明的。元代郭守敬在制造天文儀器時還發(fā)明了滾珠軸承。6．造船技術。春秋戰(zhàn)國時期，我國的造船業(yè)已有了相當大的規(guī)模。廣州發(fā)現(xiàn)的漢初造船工場表明，當時已能制造長約30米、載重50—60噸的木船，已有了船臺和滑道下水的結構。出土的漢代船舵、水密隔艙都是造船史上的重大發(fā)明，西方直到18世紀才有水密隔艙。我國的帆船以其獨特的結構和優(yōu)良的性能而聞名于世，沙船是其重要船型之一，它方頭平底，多桅多帆，吃水淺、阻力小、速度快、穩(wěn)定性好，利于使風，即使逆風也能航行。鄭和下西洋的寶船即是沙型船。東漢還有一種十層的高大樓船，唐代李皋創(chuàng)造了槳輪船(也叫明輪船)，把舟揖改為連續(xù)運轉的槳輪，這是船舶推進技術上的重大進步，比西方要早七八百年。7．建筑技術。我國古代建筑有自己的獨特風格，萬里長城是世界建筑奇跡之一，唐代長安城，明清兩代建成的北京城，其建筑的宏偉、規(guī)劃的嚴整，代表了我國古代都市與宮廷規(guī)劃、建筑的高超水平。我國古代園林獨樹一幟，是世界造園藝術的瑰寶。我國古代建筑中，木框架結構有著重要的地位，山西應縣遼代木塔，高達67.31米，歷經(jīng)900多年的風雪和多次地震，仍完好屹立，是世界現(xiàn)存最高的木結構建筑。我國現(xiàn)存古代橋梁建筑較多，隋代工匠李春設計的河北趙州橋，采用了“敞肩拱”橋形，比國外要早1200年。福建泉州洛陽橋，先拋石筑堤然后在堤上建造橋墩，廣東潮州的廣濟橋，中段采用活動浮橋，他們是“筏形基地”和活動橋的先驅。北宋李械編寫的《營造法式》，系統(tǒng)總結了我國古代建筑技術的成就，是一部重要的建筑技術專著。8．水工技術。我國古代人民在治河、修渠、筑堰等方面，修建了不少舉世聞名的水利工程。公元前250年的秦朝時期，李冰領導修建的都江堰，在總體布置、堤壩修筑、水道疏浚、就地取材、灌溉與防洪兼顧等各方面都相當完善、相當科學。隋代修建的南北大運河，是世界上開鑿最早、規(guī)模最大、里程最長的運河工程。二、古代埃及、古巴比倫和古印度科學技術古埃及人創(chuàng)造了人類歷史上最早的太陽歷，把l年確定為365天，把天狼星與太陽同時升起，尼羅河水開始泛濫作為一年的開始。由于河水泛濫，需要重新界定土地邊界，古埃及在幾何學上做出了很大貢獻，那時他們已有圓形、三角形、梯形等面積及立方體的計算方法。埃及人在制作木乃伊的過程中還增長了解剖知識，促進了醫(yī)療技術的發(fā)展。古埃及在公元前兩千多年修建的國王陵墓——金字塔，是古代建筑的奇跡，是古埃及人聰明智慧的象征。古巴比倫有著較為發(fā)達的數(shù)理天文學體系。他們發(fā)明了陰歷歷法，l年為354天，12個月，大小月相間，大月30日，小月29日，每日24小時，每小時60分，l分為60秒，以7天為1個星期。他們編制了日月運行表，可計算月食出現(xiàn)的周期。古巴比倫人發(fā)明了60進制的計數(shù)系統(tǒng)，掌握了解一元二次方程的方法。他們還發(fā)明了最早的冶鐵技術，建造了世界上最雄偉氣派的城市——新巴比倫城。由于印度文化宗教氣氛濃厚，關注神多于關注人，有關人類認識自然的活動記載很少。因此，印度人在科學技術方面的貢獻就顯得貧乏些。但是印度數(shù)學家制定的數(shù)的記號，創(chuàng)造零的概念及其數(shù)字符號“0”，在世界數(shù)學發(fā)展史上都具有極其重要的地位。三、古希臘、羅馬的科學技術(一)自然哲學古希臘的科學思想主要集中在當時的自然哲學中。研究自然哲學的學者最先關注的是自然萬物的本質及來源問題。米利都學派的泰勒斯（Thales,約公元前624～前547）首先提出世界萬物是由水元素組成的思想。他的學生阿那克西米尼（Anaximene,約公元前585～前525）主張世界本原是氣，認為氣通過濃縮和稀釋形成萬事萬物。著名學者赫拉克利特（Herakleilos,約公元前540～前480）認為生成萬事萬物的是火。此后，畢達哥拉斯學派的恩培多克勒(Empedocles,約公元前493～前433)將上述單一元素發(fā)展成多元素說，他認為世界萬物是由水、氣、火、土四種元素構成的。古希臘百科全書式的人物亞里士多德進一步發(fā)展了這一學說，提出“四原性”即冷、熱、干、濕四種性質的結合，產(chǎn)生四種元素，進而才產(chǎn)生萬事萬物。畢達哥拉斯學派則從事物的量方面來回答世界的起源，認為萬物的本原是數(shù)，由數(shù)產(chǎn)生出點、線、面、體，產(chǎn)生出四種元素，他們以各種不同的方式相互轉化，于是制造出有生命的、精神的、球形的世界。此外，學者留基伯(Leukippos,前440年左右)和德漠克利特（Demokritos,約公元前460～前370）還提出了構成事物更為本質的學說——原子論，認為組成物質的最小單位是原子，原子不可分，但數(shù)量無限，他們在宇宙中處于漩渦運動，由于結合和分離，造成事物的生和滅，也帶來了事物的大小、形狀等方面的差異。(二)天文學、數(shù)學和力學在天文學領域，畢達哥拉斯學派從他們所喜愛的數(shù)字和幾何圖形出發(fā)，認為天體有10個，且都是球形的，繞中心“火”轉動，整個宇宙是和諧的，天體運動服從數(shù)學法則。這種宇宙模型為古希臘數(shù)理天文學的發(fā)展奠定了基礎。亞里士多德進一步指出，地球處在宇宙中心，固定不動，其它天體繞地球作勻速圓周運動。古羅馬時期的著名天文學家托勒密(Ptolemy)循著這一思想，用幾何學的語言描述宇宙模型，使地心說成為一套完整的嚴密的理論體系。由于此體系較好的解釋了人眼所能觀測到的現(xiàn)象，所以到近代以前一直居天文學理論的統(tǒng)治地位。另外，天文學家阿利斯塔克(AristarchosofSamos,約公元前310～前230)還提出了太陽中心說的思想，他用幾何學的知識測量日、地、月之間的距離時發(fā)現(xiàn)，太陽比地球大得多，因此，他確信太陽是宇宙的中心，地球的其它天體一起繞太陽轉動。在當時地心說盛行的時代，雖然太陽中心說遭到冷遇，但是對近代哥白尼(N.Copernicus,1473～1543)的天文學思想的形成產(chǎn)生了很大影響。在數(shù)學領域，古希臘著名的數(shù)學家歐幾里德(Euclid,)把亞里士多德的以演繹為特點的形式邏輯引入數(shù)學，系統(tǒng)地整理了以往的幾何知識。從10個不證自明的公理出發(fā)，靠嚴謹?shù)倪壿嬐评?，得?67個數(shù)學命題，寫出了13卷的《幾何原本》，建立了幾何學的理論體系。這一巨著在數(shù)學史和科學史上的影響十分深遠，曾再版了一千多次，其內(nèi)容直到非歐幾何誕生前大約兩千多年來，從未改動過，而且直到19世紀前，一直是歐洲的數(shù)學教科書，而且這種公理化的方法對科學后來的發(fā)展起到了很大的作用。如果說歐幾里德的《幾何原本》是古希臘數(shù)學高峰的話，那么，同一時期的杰出學者阿基米德（Archimedes,約前287～前212）創(chuàng)立的力學原理就是古希臘力學的高峰。其代表作有《論浮體》、《論平板的平衡》、《論杠桿》、《論重心》等等。其中提出的杠桿原理、浮體定律最著名。在這些著作中，不僅有原理的邏輯證明和數(shù)學表達式，而且還反映了應用這些原理所得到的多種發(fā)明創(chuàng)造，如起重機、投石炮、大型透鏡、螺旋提水器等。阿基米德在力學研究中所開創(chuàng)的把科學研究與實驗和數(shù)學相結合、把自然科學與技術發(fā)明應用相結合的方法和途徑，對近代科學的發(fā)展有重大的方法論意義。(三)技術成就早在公元前1200年，古希臘人就掌握了較高的造船技術，掛有帆的大船已能航行到非洲。到公元前500年時，出現(xiàn)能乘坐數(shù)名水手、用許多船槳劃行、速度較快的單甲板平底船和兩級平底船。到公元前200年時，還出現(xiàn)了三級平底船，載重量可達二百五十噸左右。古希臘的建筑別具一格，在公元前500年已采用高大華麗的列柱技術建造高大的神廟，他們所創(chuàng)造的多利亞、愛奧尼亞和科林斯三種石柱風格，對日后整個西方建筑的發(fā)展有著重要的影響。羅馬帝國時期相繼建成的宏偉和豪華多姿的大劇場、大神殿、大浴池、凱旋門、競技場等，使古羅馬的建筑著稱一時。古羅馬人早在公元前2世紀就修建了著名的9條古羅馬水道，總長達90公里。公元1世紀又修建了186公里長的暗渠，采用了虹吸技術和筑壩蓄水技術等。通過貯水池、導水道把泉水引入羅馬城，并與公共浴池、噴泉、排水道等形成龐大的供水系統(tǒng)。古羅馬人還修筑了長約八萬公里的直通羅馬的大道，構成了四通八達的交通網(wǎng)。公元2世紀，隨著古羅馬帝國漸趨瓦解，曾經(jīng)輝煌一時的古希臘羅馬的科學技術很快衰落了。但古希臘羅馬的科學技術成就，尤其是科學成就，對近代西方科學技術的興起和發(fā)展有著極為重要的影響。四、古代阿拉伯國家的科學技術(一)古代阿拉伯國家的科學技術成就阿拉伯人的數(shù)學和天文學是源于古希臘和印度，他們在吸收和消化后很快取得了很大的成績。阿拉伯人的數(shù)學和天文學研究結合緊密，天文學家曾對托勒密的本輪-均輪地心說提出質疑，后來哥自尼創(chuàng)立日心說時曾受過阿拉伯人的啟發(fā)。古代阿拉伯的醫(yī)學是在廣泛吸收了希臘、印度、中國、波斯等國的醫(yī)學知識基礎上發(fā)展起來的。拉齊(865～925)的《醫(yī)學大成》是一部內(nèi)容豐富的醫(yī)學百科全書，以后被譯成拉丁文和英文長期流傳于歐洲。繼其后的有被譽為“醫(yī)學之王”的伊本·西那(980～1037)的名著《醫(yī)典》，后來被歐洲許多大學作為醫(yī)學教科書。(二)古代阿拉伯國家對科學技術特殊貢獻1．溝通東西方科學文化。阿拉伯帝國地處歐、亞、非三大洲的接壤處，而且對外商貿(mào)活動頻繁，這使他們同時接觸東西方先進的科學技術和文化，也因此成了溝通東西方的橋梁。中國古代的四大發(fā)明以及絲織等先進技術和產(chǎn)品是經(jīng)由阿拉伯人傳到歐洲的。中國、印度的醫(yī)藥學也經(jīng)過阿拉伯，對西方產(chǎn)生了一定的影響。阿拉伯人同時將西方的以及他們自己的科技成果帶到了中國。如元代時阿拉伯一些天文學家和醫(yī)生來到中國，帶來了包括托勒密著作在內(nèi)的科學書籍多種，還有天文儀器、阿拉伯藥物等。阿拔斯帝國于830年在首都巴格達創(chuàng)立著名的“智慧館”，這是一個國家科研機構、編譯機構，也是一個國家圖書館，集中了大批專家學者在此研究東西方文化，成為東西方文化的交流的橋梁。經(jīng)過了約100年的努力，阿拉伯成為了一個學術氣氛相當濃厚的國家，科學技術水平后來居上，迅速地趕上了當時的世界先進水平。2．保存古希臘學術典籍。羅馬人沒能發(fā)揚古希臘的學術傳統(tǒng)，進入中世紀后，古希臘的科學和文化在歐洲幾乎湮滅，大量典籍殆盡，所幸由于阿拉伯人致力于搜集和翻譯這些典籍，因而得以保存。后來歐洲人正是從阿拉伯人那里重新發(fā)現(xiàn)古希臘的學術，這對近代自然科學的誕生起到了難以估量的影響作用。第三節(jié)古代科學技術的特征、科學思想和方法一、古代科學技術的特征古代科學技術從原始時代的萌發(fā)開始到近代自然科學產(chǎn)生以前，主要表現(xiàn)為實用科學、理論知識和自然哲學三種形態(tài)特征。實用科學是人們在生產(chǎn)實踐、醫(yī)療和日常生活中所積累的經(jīng)驗知識體系，是科學與技術尚未分化的一種知識形態(tài)，其最大特點是描述性和經(jīng)驗性。古代科學知識的主要來源是日常生產(chǎn)和生活經(jīng)驗，是常識的積累和解釋。古代農(nóng)學和醫(yī)藥學在古代實用科學中占有很重要的地位，這表現(xiàn)了古代的科學技術本質是農(nóng)業(yè)文明的一部分，是一種典型的農(nóng)業(yè)文化。中國古代科學以農(nóng)為本，其天文學、數(shù)學和地學都具有明顯的為農(nóng)業(yè)服務的特色，甚至在古代自然觀上樸素的辯證法和整體論思想也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機性、生態(tài)性的具體表現(xiàn)。古代的實用科學家崇尚實務，行之萬里，詢至百工，見聞廣博，這與理論家和哲學家有明顯區(qū)別，從而形成了古代科學家中的工匠傳統(tǒng)。在古代社會中真正對生產(chǎn)和現(xiàn)實有用的就是古代科學家所收集的經(jīng)驗知識。在古代中國和羅馬的實用科學表現(xiàn)的比較突出，尤其是中國居于當時的世界前列科學，明代宋應星的《天工開物》就是古代實用科學的代表作之一。理論知識在古代社會主要表現(xiàn)在天文學、力學和數(shù)學中，當時實用科學中雖然包含著力學、物理、化學、生物學和病理學的原理，但是尚未揭示出來。在古代民族中，古希臘人在科學理論上的成就最多、最為典型的代表是阿基米德、歐幾里德、亞里士多德和托勒密。阿基米德著名的杠桿原理和浮力定理是揭示自然界的力學原理，是現(xiàn)在力學教材基礎內(nèi)容。歐幾里德的幾何學更是一個比較完備的理論化體系，形成了初等幾何的主要邏輯體系。亞里士多德的物理學和托勒密地心說雖然總體上是不正確的，但他們卻是從理論、原理的角度進行闡述的，其中也包含了一些正確的理論知識，并且這兩個理論可以用當時的觀察事實來證實。自然哲學是古代科學的一種知識形態(tài)。在古代，科學與哲學還沒有分化，許多科學知識包含在自然哲學中。古代自然哲學通常是對自然現(xiàn)象的根本性說明，如世界本原問題、天體結構問題、物質結構問題、生命起源問題等。在自然哲學科學知識中，其最大的特點就是思辨性和猜測性，在直觀基礎上，依靠想象回答自然之謎。當直觀材料不夠用時，就用猜測來彌補。在古人看來，猜測只要能自圓其說，在邏輯上能自洽就可以采用。二、古代的科學思想和方法古代科學技術的形態(tài)是與當時的科學技術研究的思想和整體方法、手段密切聯(lián)系在一起的。古代實用科學形態(tài)的形成，主要是通過觀察、測量，經(jīng)驗描述的方法建立的。天文學、農(nóng)學、生物學、醫(yī)學領域的許多知識是通過人們長期的觀察積累形成的。古代的許多科學著述來自于觀察他人的實踐活動，聽到或看到別人的經(jīng)驗。古代理論知識形態(tài)的形成，主要是通過邏輯方法和數(shù)學方法建立的。亞里士多德以三段論為中心建立了演繹推理體系，是科學理論化論證的重要工具，對阿基米德和歐幾里德等人的研究，以及近代科學的產(chǎn)生和現(xiàn)代科學的發(fā)展有著重要的影響，他認為“完滿的科學知識必須要有論證，論證的理論就是邏輯”。①陳昌曙著《自然科學的發(fā)展與認識論》人民出版社1983年版第36頁古希臘十分注重數(shù)學推理和證明，創(chuàng)建了一些研究數(shù)學理論的基本方法，如歸謬法、歸納法、演繹法等，歐幾里德把形式邏輯與幾何結合起來，建立了公理化方法。注重邏輯與數(shù)學結合使古希臘的理論思維和理論自然科學達到了較高的水平。在我國戰(zhàn)國時期也有多種形式的邏輯推理，如二難推理、類比推理、假言推理等，但都僅限于社會學說領域，自然科學中沒有使用邏輯推理。同時在古代已經(jīng)產(chǎn)生實驗方法。在古希臘的亞歷山大里亞時期，已經(jīng)開始了簡單的實驗研究，在生理學領域有了人體解剖，羅馬時期著名醫(yī)學家蓋侖（Galen,129～199）建立的西方醫(yī)學體系，就是對希臘醫(yī)學知識和解剖知識的系統(tǒng)化。阿基米德首創(chuàng)將實驗方法與數(shù)學的演繹推理結合起來。這一切，都①陳昌曙著《自然科學的發(fā)展與認識論》人民出版社1983年版第36頁古代科學理論建立的一個基本原則是力求用最簡單的原理來說明看來是比較復雜的現(xiàn)象。亞里士多德說“自然界不做多余的事情”，古代科學家的主要興趣是把比較復雜的東西簡單化，而不是在簡單的東西內(nèi)部揭示出復雜性。柏拉圖用“勻速”與“正圓”的結合來解釋天體的運動，就是這個原則的范例。人的認識是一個從粗線條描繪到細線條描繪的發(fā)展過程，在沒有弄清楚天體的運行軌道是正圓還是橢圓以前，古人沒有根據(jù)設想橢圓軌道，卻有理由設想正圓軌道。古希臘人在科學理論知識上的成就歸功于他們崇尚數(shù)學推論和邏輯論證，他們把它作為一種理性分析的方法，形成了古代科學家的學者傳統(tǒng)，對理論自然科學的形成與發(fā)展起了重要的作用。古代自然哲學的產(chǎn)生是與古代人的整體的辯證思維方法和思辨性的猜測相聯(lián)系的。整體、聯(lián)系、發(fā)展的辯證思維方法，使古代科學技術表現(xiàn)出一種綜合性和整體性。古中國陰陽五行學說和八卦理論，古希的四元素論，都充分體現(xiàn)了把自然界看作一個整體系統(tǒng)。整體中各種要素相互聯(lián)系、相互作用，形成了事物的發(fā)展變化。在這種辯證思維方法的發(fā)展基礎上，古代自然哲學在事實不足，缺乏定量的情況下，開始依靠思辨和猜測方法對自然現(xiàn)象進行說明。思辨和猜測是人類認識自然的必要方法，但其結果這就必然包含了許多天才的預見和錯誤的胡猜亂想。從自然哲學民族性上看，古希臘自然哲學刨根究底，深入分析單個因素的作用，具有窮追不舍的精神，后使對自然的研究科學具有了分化的趨勢，為近代自然科學的發(fā)展作了方向性的規(guī)定；中國古代自然哲學遵循辯證邏輯原則，注重整體的完整一致，注重哲理的思辯，不考究命題在形式上的統(tǒng)一；它與道德觀念相結合起來，走上了與西方不同的道路，形成遠離自然科學的倫理哲學。古代科學技術在思想和方法的許多方面已接近近代科學技術的特征，它對人類文明的貢獻，不在于給后人留下了偉大的物質文明，而在于給人們提供了一種理性的思維方式和科學研究方法，這是人類最寶貴的精神文化財富，為近現(xiàn)代科學技術的產(chǎn)生與發(fā)展打下了堅實的基礎。思考題：簡述古代中國的科學成就。簡述古代中國的技術成就。古埃及有哪些科學技術成就？古巴比倫有哪些科學技術成就？古印度有哪些科學技術成就？簡述古希臘，羅馬的科學技術成就。簡述古代阿拉伯國家的技術成就。古代科學技術有哪些特征？試析古代的科學思想與方法。試述古代阿拉伯國家對世界科學技術的貢獻。第三章近代科學技術的興起和發(fā)展第一節(jié)近代科學技術興起的背景一、十字軍東征和東方科學技術的傳播在度過中世紀前期500年最黑暗的年代后，隨著城市經(jīng)濟的興起，歐洲新興的手工業(yè)主和商人越來越不滿足城市之內(nèi)和城市附近的活動范圍，開始把視線轉向世界的東方。教會則急于擴大自己的勢力范圍，迫使東方穆斯林改宗。歐洲的封建貴族和騎士也垂涎東方的財富。這三股勢力結合在一起，便打起奪回基督教圣地耶路撒冷的宗教旗幟，從1096年到1291年不到200年的時間里，連續(xù)發(fā)動了８次著名的“十字軍東征”。這場戰(zhàn)爭雖然以失敗告終，使各國人民蒙受了戰(zhàn)爭帶來的巨大災難和損失，但是它在客觀上促進了東西方的物質和科學文化交流。一方面，十字軍從阿拉伯帶回了一些古希臘自然哲學文獻，使歐洲人得以認識到還保存在那一帶的古希臘文化，從而大開眼界；另一方面，不少東方先進的手工業(yè)技術、農(nóng)業(yè)技術和科學知識傳入西歐，特別是中國古代四大發(fā)明的傳入，使歐洲的科學技術面貌發(fā)生了很大改觀。這些不僅促進了整個歐洲農(nóng)業(yè)、手工業(yè)的發(fā)展、商業(yè)的恢復和城市的復蘇，而且在東方文明、古希臘文明和他們所繼承的羅馬文明的融合中，推動了一種新文明的誕生。英國政治家、哲學家培根(F.Bacon，1561～1626)在1620年就曾指出，中國的“三大發(fā)明”改變了整個世界事物的面貌和狀態(tài)，沒有一個帝國、沒有一個教派、沒有一個大人物對人類的影響，能像這三種發(fā)明那樣巨大和深遠。馬克思說“火藥、指南針和印刷術——這是預告資產(chǎn)階級社會到來的三大發(fā)明，火藥把騎士階層炸得粉碎，指南針打開了世界市場并建立了殖民地，而印刷術則變成新教的工具，總的說來變成科學復興的手段，變成對精神發(fā)展創(chuàng)造必要前提的最強大的杠桿”①①馬克思：《機器，自然力和科學的應用》.人民出版社1978年版.第67頁二、工場手工業(yè)和遠航探險約在14世紀左右，在意大利和地中海沿岸的一些城市相繼出現(xiàn)了資本主義的萌芽，其標志是工場手工業(yè)的出現(xiàn)。手工工廠的出現(xiàn)促進了生產(chǎn)技術的改進、分工和協(xié)作的發(fā)展，為進一步改進技術和使用機器創(chuàng)造了條件。紡織業(yè)的興起、腳踏紡車、腳踏織布機的推廣使用，促進了金屬冶煉和機械加工等行業(yè)的進步。技術上的改進給自然科學的發(fā)展開辟了道路。1488年，巴托羅繆·狄亞士(B.Dias,約1450～1500)繞過好望角。達·伽馬(V.Gama,1460～524)于1497－1499年間完成的航行，最終確定了從歐洲經(jīng)印度洋到東方的航線。意大利航海家哥侖布(C.Columbus，1451～1506)1492年率領的三艘帆船抵達美洲大陸，發(fā)現(xiàn)新大陸。1519－1522年間，葡萄牙人麥哲倫(F.DeMagalhaes，1480～1521)率領的船隊最終完成了人類首次環(huán)球航行的壯舉。遠航探險和地理大發(fā)現(xiàn)對歐洲的社會和科學技術產(chǎn)生了極大的促進作用。第一，它為歐洲人開拓了市場，給他們帶來了更多的財富，加速了資本的積累；第二，遠航探險的需要，加速了造船業(yè)、冶金業(yè)、槍炮制造業(yè)以及各種出口產(chǎn)品工業(yè)的發(fā)展，同時推動了天文學、地理學、物理學、生物學和數(shù)學的發(fā)展；第三，它首次確證了地球是圓的，使歐洲人從狹小的歐洲大陸和地中海域進入廣闊的大洋和大陸，擴大了視野，豐富了他們的知識；第四，航海探險中所體現(xiàn)出的自信和冒險精神激勵著他們?nèi)氖驴茖W研究、科學探險和各種科學考察活動，這也為近代科學革命提供了精神動力。三、大學的興起中世紀后期由于社會條件的變化，使原有的教會學校不能滿足文化發(fā)展的需要，12世紀以后，在教會學校的基礎上，歐洲各地出現(xiàn)了許多大學。如英國牛津大學(1167年建立)和劍橋大學(1209年建立)，法國的巴黎大學(1160年建立)和蒙皮利埃大學(1212年建立)，意大利的阿雷佐大學(1215年建立)、帕多瓦大學(1222年建立)和那不勒斯大學(1224年建立)，葡萄牙的里斯本大學(1290年建立)。雖然這時的大學仍然控制在教會手里，神學仍是大學講授的重要內(nèi)容，但醫(yī)學、自然科學知識和邏輯學也進入大學講壇，滿足了人們追求世俗知識的需要。大學的出現(xiàn)，不僅使從穆斯林世界得到的新的學術思想迂回曲折地擴散出去，為科學復興準備了人才，而且為學術研究建立了基地，成為具有近代精神的歐洲學術活動中心。一些歐洲的科學家開始只是著書介紹古希臘的數(shù)學和自然科學，如意大利人費波那奇著《算經(jīng)》(1202年)、《幾何實習》(1220年)和《四藝》(1225年)，接著他們便著手從事自己獨立的科學研究工作，并取得了一些成就。以布里丹和奧雷斯默為代表在14世紀的法國形成了“巴黎學派”，布里丹通過拋射體運動的研究，提出了“沖力”(即動量)的概念；奧雷斯默在對地心說的研究中，提出了“組合運動”的概念，提出了用幾何圖形表示物理運動，這個學派對勻速運動和勻加速運動作了不少研究工作，并用定量分析代替定性分析。在英國的大學中，著名的實驗科學先驅——羅吉爾·培根（R.Bacon,約1219-1292），曾就讀于牛津大學和巴黎大學，并在這兩校任教過，他認真鉆研古希臘和阿拉伯著作，深知前人的學說又強烈反對盲目崇拜權威。他非常重視經(jīng)驗在知識體系中的地位，認為經(jīng)驗科學是高于其他科學的、唯一可以提供確定性的、能夠認識現(xiàn)象原因的科學。他積極倡導科學實驗，認為實驗方法遠勝于思辨方法，“沒有實驗什么都不能得到令人滿意的理解”，他同樣重視數(shù)學，認為要了解經(jīng)驗就不能離開數(shù)學，只有運用數(shù)學才能發(fā)現(xiàn)和表達可靠無誤的真理，他指出:“數(shù)學是科學大門的鑰匙”，數(shù)學應先于邏輯，而邏輯必須依靠數(shù)學。培根這種“實驗一數(shù)學”思想萌芽表明新的科學思想和科學方法已在歐洲的土地上萌生。所有這些，都為文藝復興以后近代自然科學在歐洲的興起作了準備。四、文藝復興運動和宗教改革14世紀發(fā)端于意大利，隨后波及整個歐洲的反神學的文藝復興運動，是一場思想文化解放運動。新興的資產(chǎn)階級為了反對宗教神學的黑暗統(tǒng)治和封建專制，借助復興古典文化運動，利用古希臘文化中蘊藏的世俗觀念、民主思想、理性主義和探索精神，與宗教神學中的專制主義、蒙昧主義、經(jīng)院哲學相抗衡。他們在文學、繪畫等方面極力宣揚以人為中心的人文主義思想。他們歌頌人性，反對神性；提倡人權，反對神權；贊頌人道、個性自由和世俗生活，反對宗教禁錮、來世觀念和禁欲主義。恩格斯指出“這是一次人類從來沒有經(jīng)歷過的最偉大的、進步的變革”①《馬克思恩格斯選集》第3卷第445頁，人民出版社.1972年版。。這場運動不僅是一場復興古典文化的運動，更是一場新時代的啟蒙運動，把人們的眼光從神轉移到自然界和人類自身，恢復了人類的理性，使人們重新獲得了獨立思考的能力，從而鼓舞著人類靠自己和知識的力量從事創(chuàng)造性的工作。①《馬克思恩格斯選集》第3卷第445頁，人民出版社.1972年版。從14、15世紀開始，在西歐與中歐國家興起宗教改革運動，運動的目的是改革教會，建立起符合資產(chǎn)階級利益的教義。點燃宗教改革運動之火的是德國教士馬丁·路德（M.Luther,1483～1546），他的新教學說竭力擺脫教會的統(tǒng)治，主張在信仰領域個人的自由，表現(xiàn)了人們經(jīng)過中世紀長期宗教精神束縛后心中追求自由、平等的理想。路德發(fā)表了《九十五條論綱》，抨擊羅馬教皇公開出售贖罪券，使宗教改革運動達到高潮，席卷歐洲。這些教義促進了科學技術的發(fā)展，近代歐洲的著名科學家中新教徒占了很大的比例，就是一個很好的例證。宗教改革運動，客觀上動搖了羅馬教會至高無上的權力，打破了教會在思想文化領域的精神獨裁，把人們的眼光從神轉移到自然界和人類自身，鼓舞人類靠自己和知識的力量從事創(chuàng)造性的工作，為自然科學從神學中解放出來，創(chuàng)造了必要的社會前提。第二節(jié)近代科學的興起一、近代科學的突破(一)哥白尼日心說的建立遠航探險的地理大發(fā)現(xiàn)、文藝復興與宗教改革為近代科學的誕生創(chuàng)造了必要的外部條件，自然科學要取得獨立生存的權利，還要在具有產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)部條件下進行自身的革命。一場醞釀已久的科學革命于16世紀中葉開始，近代科學就在這場偉大的革命中誕生。1543年，波蘭天文學家哥白尼的不朽著作《天體運行論》問世，這是自然科學從神學中解放出來的獨立宣言，它奏響了科學革命的序曲。哥白尼早年在波蘭哥拉科夫大學學習數(shù)學和自然科學時就對天文學產(chǎn)生濃厚的興趣，學會了使用儀器觀測天象。此后，他到意大利攻讀法律和醫(yī)學的同時，繼續(xù)鉆研天文學，主要研究亞歷山大城的天文學家托勒密的地心體系。此間他接觸了幾位很有思想的天文學家，受到了很大影響和啟發(fā)，逐漸形成了日心說的基本觀念。回到波蘭后，他一面進行天文觀測，一面根據(jù)觀測結果修正數(shù)據(jù)，完善他的日心學說。經(jīng)過30多年的努力，終于寫成了六卷本的《天體運行論》，提出了以太陽為中心的宇宙日心體系。其基本觀點認為：太陽是宇宙的中心，行星都繞太陽運轉；地球是圍繞太陽運轉的一顆普通行星，本身在公轉的同時有自轉；月球是地球的衛(wèi)星，地球帶著月球繞日運行；行星在太陽系中的排列次序是土、木、火、地、月、金、水，它們的繞日周期分別為30年、12年、2年、1年、幾個月；處在這些行星中心的是太陽。這一學說能夠比較合理地解釋行星的不規(guī)則運動及其他天體運動現(xiàn)象，整個宇宙模型顯得簡潔、和諧。然而，更為重要的是，日心說糾正了托勒密的地心說，把顛倒了1000多年的日地關系重新顛倒過來，挑戰(zhàn)并摧毀了地球居于宇宙中心是上帝安排的神學宇宙觀，帶頭向宗教神學開了第一槍。在今天看來，雖然哥白尼學說錯誤很多，但日心說的闡明仍是近代科學史上的一件劃時代的大事。使得天文學的進一步發(fā)展有了牢靠的基礎，成為科學的天文學誕生的標志，而由此引發(fā)的對于運動機制的探討，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，是自然科學從神學中解放出來的宣言書。(二)哈維血液循環(huán)論的發(fā)現(xiàn)與哥白尼的天文學革命同時，在醫(yī)學領域也發(fā)生了類似的根本性變革。達·芬奇（LeonadoDaVinci，1452～1519）為了確定人體的正確比例和結構，親自解剖尸體，畫出了許多精細的尸體解剖圖。他曾研究過心臟的肌肉并畫出心臟瓣膜圖，用水的循環(huán)來比喻血的運行，表述了血液循環(huán)的概念。在哥白尼發(fā)表日心說的同一年，比利時醫(yī)生維薩留斯（A．Vesalius，1514～1564）發(fā)表了《人體的構造》一書，打破了統(tǒng)治西方醫(yī)學界1000多年的古羅馬醫(yī)生蓋侖建立的傳統(tǒng)醫(yī)學觀念，為近代醫(yī)學和生理學誕生做出了不朽的貢獻。在維薩留斯之后，西班牙著名醫(yī)生塞爾維特（M.Serveto，1511～1553）于1553年提出血液小循環(huán)理論。英國醫(yī)生哈維（W.Harvey，1578～1657）在對大量動物的心臟作解剖、實驗和對胎兒血液流動進行研究的基礎上，進而提出了血液大循環(huán)理論，并在1628年出版了《心血循環(huán)運動論》一書，從而標志著人體血液循環(huán)理論的建立。哈維的血液循環(huán)學說不僅科學地描述了人體的血液循環(huán)運動，解釋了生命現(xiàn)象的生理基礎，而且掃除了傳統(tǒng)的蓋倫的“肝為血液循環(huán)中心說”，使生理學成為一門真正的科學，因此后人譽哈維為近代生理學之父。二、經(jīng)典力學的奠基(一)開普勒行星理論的貢獻德國著名天文學家、數(shù)學家開普勒(J.Kepler，1571～1630)認為哥白尼日心體系中，所表現(xiàn)出的簡潔的幾何秩序與和諧的數(shù)字關系，正反映了數(shù)學理性主義思想。開普勒一生崇尚真理，追求數(shù)的和諧與完美。他利用他的老師第谷?布拉赫（T.Brahe,1546～1601）留下的長達20年觀測行星運動的精確觀測記錄資料，經(jīng)深入研究開普勒堅信第谷數(shù)據(jù)的精確性，并按著第谷的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)行星運行的軌道是橢圓形，開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運動三定律。第一定律：行星軌道是橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點上，也稱“軌道定律”；第二定律：在相等的時間內(nèi)行星和太陽的聯(lián)線在橢圓軌道內(nèi)掃過的面積相等，又稱“面積定律”；第三定律：任何兩行星公轉周期的平方同軌道長半軸的立方成正比，又稱“周期定律”。開普勒的行星運動三定律，正確地描繪了行星運動的軌跡、時間、速度及與太陽的關系，揭示了天體的基本運動規(guī)律，為天體力學的誕生提供了堅實的基礎，因此，開普勒獲得了“天空的立法者”的美譽。開普勒的行星理論把哥白尼日心說向前推進了一大步，并把它放在力學系統(tǒng)中加以考察，為后來牛頓建立萬有引力定律和經(jīng)典力學體系奠定了基礎。（二）經(jīng)典力學的奠基意大利著名的天文學家和實驗物理學家伽利略（G.Galileo,1564～1642）是經(jīng)典力學的奠基人，也是近代科學方法的創(chuàng)立者，他為近代科學的建立做出了具有劃時代意義的貢獻。伽利略1564年生于意大利比薩，在比薩大學學習時，就對數(shù)學著迷。此后，他開始傾心研究歐幾里德幾何學和阿基米德物理學，很快便取得一系列成就。在科學成果方面，伽利略的貢獻主要是天文學和物