科學思想史(第十講-工業(yè)革命和應用科學的興起)

科學思想史韓連慶北京航空航天大學人文社會科學學院Email：Hanlq@第十講工業(yè)革命和應用科學的興起一、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）表現在：以機器取代人力、以大規(guī)模的工廠生產取代個體工場手工生產、以技術革新帶來經濟無限制的增長。恩格斯：“工業(yè)革命對于英國的意義，就好象哲學革命對于德國，政治革命對法國一樣?！贝龠M了社會的變革：人口的遷移，工廠制度的建立，階級沖突工業(yè)革命使全體人民受到教育，客觀上推進了“平等”的觀念。工業(yè)革命前的歐洲中世紀的“技術革命”人口的壓力土地、木材緊缺煉鐵和采礦業(yè)的發(fā)展蒸氣機的改進蒸汽動力機的發(fā)明將工業(yè)革命推向深入紐可門的蒸氣機瓦特（1736－1819）對蒸氣機改進1，為了使汽缸保持溫度，單獨增加一個冷凝器（事先抽成真空以引入高溫蒸汽）2，將活塞的直線往復運動轉化成輪軸的旋轉運動瓦特蒸汽機的出現掀起了一場動力革命紡織業(yè)、采礦業(yè)、冶金業(yè)在瓦特機的帶動下迅猛發(fā)展。瓦特的營銷法。1800年特里維西克的小型高壓蒸氣機。用于推動機車。1814年斯蒂文森推出第一臺蒸汽機車。1839年迎來鐵路時代。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：大機器價格昂貴（只能為少數大資本家所有）體積龐大（只能安裝在固定的大建筑即車間里）需要許多人維護（這些人就是工人）飛梭、騾機紡織業(yè)的機械化和工業(yè)學宣告了英國工業(yè)革命的到來。各個產業(yè)相互促進鋼鐵、煤炭、蒸氣機、鐵路工業(yè)文明的建立為工業(yè)革命提供動力的新型能源自然力－機械力可再生能源－不可再生能源工廠化生產體系中的新型勞動組織形式手工作坊－大生產標準化、流水線為工業(yè)發(fā)展提供資金的新型融資手段：貨幣經濟的出現伴隨工業(yè)化在思想觀念上發(fā)生的變化：重商主義－自由經濟1851年萬國博覽會二、科學與工業(yè)革命工業(yè)革命的技術創(chuàng)新主體：工匠、技師、工程師科學革命時期理論創(chuàng)新推動了工業(yè)革命時期技術進步的神話紐可門受胡克指導？瓦特受布萊克指導？卡諾1824年才出版《論火的原動力》，首次對蒸氣機的工作原理作出了科學分析?？茖W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界也有聯(lián)系瓦特發(fā)表“人造氣體的藥用價值”專業(yè)學校也開始講授牛頓的微積分實驗科學的興起有利于技術和科學的結合鴻溝依然存在瓦特希望把漂白織物的氯化過程用于商業(yè)發(fā)明者貝托萊以純粹科學的態(tài)度進行研究“一個人要是愛科學，就不需要財富”。“無用”的科學家泰晤士河鐵橋的修建科學家還沒有準備好為技術提供幫助三、應用科學的興起古典科學與培根科學庫恩：“物理科學發(fā)展中數學傳統(tǒng)和實驗傳統(tǒng)的對立”（《必要的張力》）古典科學：哥白尼－笛卡爾－伽利略－開普勒－牛頓。天文學、靜力學、光學；數學、和聲學培根科學：吉爾伯特－波義耳－胡克－富蘭克林－卡文迪許－庫侖－拉瓦錫。電學、磁學、熱學、化學。氣象學、博物學、植物學、地質學直到19世紀，古典科學與培根科學是分離的。化學的建立生于瑞士，父親是來自德國的醫(yī)生。1527年成為巴塞爾大學醫(yī)學教授。煉金術向醫(yī)藥化學轉變。標志是帕拉塞爾蘇斯波義爾（1627－1691）1661年《懷疑的化學家》，開始了近代化學的歷程：脫去實用的改善金屬或制備藥物的目的，化學成為哲學的分支，是一門理論科學，是一種化學論的自然哲學確立化學元素概念：“我所說的元素是指某些原初的和單純的即絲毫沒混合過的物體，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到氧化說斯塔爾（1660－1734）：燃素說普利斯特列（1733－1804）：發(fā)現氧氣，但堅持燃素說。拉瓦錫（1743－1794）：氧化說化學革命中，辯才和說服力起到了關鍵作用。古典科學與培根科學的綜合與統(tǒng)一培根科學的數學化，古典科學的實驗化理論科學的潛在的應用性，很快被顯現出來。電磁學、熱力學、工業(yè)化學科學體制進一步健全，學院傳統(tǒng)與工匠傳統(tǒng)進一步融合。博物學傳統(tǒng)中出現了空前偉大的成就：進化論?！白赃_爾文以后，世界就不同了。”電磁學研究1820年，丹麥物理學家奧斯特（1777－1851）發(fā)現電流的磁效應。同年，法國物理學家安培（1775－1836）提出安培定律（載流導線之間的相互作用力定律），奠定了電動力學的基礎。歐姆（1789－1854），1826年發(fā)表歐姆定律（電流與電勢差成正比與電阻成反比）英國物理學家麥克爾·法拉第（1791－1867）電流有磁效應，磁有沒有電流效應呢？1831年，法拉第發(fā)現運動的磁鐵會導致電流，而靜止的磁鐵卻沒有電流效應。這個電流稱為感生電流。模型發(fā)電機與電動機。數學能力的欠缺被天才的物理洞察力所彌補建立“場”的概念（用來傳遞電磁作用的連續(xù)介質）、“力線”概念（場的直觀圖象）。破除了牛頓的超距作用概念。建立電磁感應定律：只要導線垂直地切害磁力線，導線中就有電流產生，電流的大小與所切割的磁力線數成正比。1832年的一封信中實際上提出了電磁波的概念：“我認為，磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動或者空氣粒子的聲振動。也就是說，我打算把振動理論應用于磁現象，就像對聲音所作的那樣，而且這也是光現象最可能的解釋。”1845年發(fā)現磁的旋光效應（法拉第效應）1846年提出光的本性是電力線和磁力線的振動從哲學層面上揭示了電、磁和機械運動三者之間的相互聯(lián)系科學理論和技術應用初步融合英國物理學家麥克斯韋（1831－1879）法拉第的天才思想需要一個數學上的綜合1855年“論法拉第的力線”1862年“論物理學的力線”1864年“電磁場的動力理論”，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》，一個世紀來電磁學的集大成。德國物理學家赫茲（1857－1894）1886年赫茲在放電實驗中，發(fā)現近處的線圈也發(fā)出火花，證實了電磁波的存在意大利青年物理學家馬可尼（1874－1937）于1894年實現無線電通訊電力革命法拉第，電動機1850年，美國佩奇制造一臺10馬力的電動機1857年，英國惠斯特發(fā)明自激式發(fā)電機1867年，德國的西門子發(fā)明自饋式發(fā)電機愛迪生：電燈的發(fā)明電報：莫爾斯電話：貝爾、愛迪生無線電：馬可尼、波波夫光之波動說的復興牛頓的微粒說：光的直線傳播現象惠更斯的波動說：光的反射和折射，但誤認為光是縱波英國醫(yī)生托馬斯楊（1773－1829）提出：第一，強光與弱光速度相同，用微粒說不好解釋；第二，光線穿過不同介質時，部分反射，部分折射，不好解釋。楊發(fā)現光不是縱波而是橫波，解釋了偏振現象菲涅爾：獨立提出波動說。未發(fā)生糾紛熱力學第一定律德國醫(yī)生邁爾（1814－1878），從思考動物熱問題出發(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，晚年精神失常。英國物理學家焦耳（1818－1889）家境富有，有自己的實驗室，是位業(yè)余科學家。1840年，測定電流的熱效應，得出焦爾定律（發(fā)熱與電阻成正比，與電流的平方成正比）熱功當量（每千卡熱量＝460千克米）1847年，德國物理學家赫爾姆霍茨發(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生其它影響是不可能的。永動機的不可能。德國物理學家克勞修斯（1822－1888）給出的表述：熱量不可能自動地從較冷的物體轉移到較熱的物體。熵增定律：一個系統(tǒng)熱含量與其絕對溫度之比在系統(tǒng)孤立時總是增大。熵：能量轉化為有用功的量度。宇宙熱寂說。與進化論形成對照。機械能、化學能、電能、磁能、光能彼此轉化應用生物學巴斯德（1822－1895）：在細菌學說和微生物觀念的啟發(fā)下，研究發(fā)酵過程巴斯德滅菌法接種免疫法應用化學德國有機化學研究染色和從煤焦油中提取染料工業(yè)實驗室的建立德國大學改革：教學和科研并重科學的社會化和技術化英國科學體制：民間業(yè)余科學傳統(tǒng)，科研機構遍布全國，科研社會化程度高，政府冷漠。道爾頓、戴維、楊、賴爾、焦耳、法拉第、麥克斯韋、達爾文法國科學體制：高度集中的科學管理體制，外省科研條件十分惡劣德國科學體制：面向工業(yè)發(fā)展科技，有機化學之父李比希，施旺、施萊登、微耳和、耐格里、魏斯曼，歐姆、楞次、赫爾姆荷茲。電力技術與內燃技術。美國科學體制：實用主義傳統(tǒng)，解決實際問題，技術發(fā)明，菲奇、富爾頓、莫爾斯電碼、愛迪生，吉布斯、邁克爾遜。20世紀二戰(zhàn)之后，成為基礎科學的大國達爾文的進化論布豐（1707－1788）：物種在發(fā)生演變拉馬克（1744－1829）：獲得性遺傳：有機體通過努力適應它周圍不斷變化的環(huán)境而改變自身，通過遺傳形成新的物種達爾文的祖父：生物的有用特性通過遺傳，演變出多種形式；從無生命物質演變出生命達爾文