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

1、科學技術(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世紀科學發(fā)展概況 二、電磁學理論的建立 三、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的建立 四、科學的制度化與職業(yè)化,19,19,一、 19世紀科學發(fā)展概況,1.19世紀科學的總體特征 數(shù)理科學與歸納科學的綜合與統(tǒng)一，歸納科學的數(shù)學化，數(shù)理科學的實驗化 理論科學的潛在的應用性，很快被顯現(xiàn)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(xiàn)了空前偉大的成就：進化論?！白赃_爾文以后，世界就不同了?！?2.歸納科學的數(shù)學化 庫侖定律（電靜力學） 安培定律（電動力學） 傅里葉定律（熱學） 歐姆定律（電學）

2、焦耳定律（電學與熱學） 麥克斯韋方程,3.經(jīng)典科學與歸納科學向著力學世界觀統(tǒng)一 場以太振動模型基礎(chǔ)之上的電磁學、光學、力學的統(tǒng)一 能量概念之上的力、熱、光、電、磁的統(tǒng)一,二、電磁學理論的建立,1.電流的磁效應 18世紀結(jié)束時，電學的最高成就是庫侖定律 1820年，丹麥物理學家奧斯特（17771851）發(fā)現(xiàn)電流的磁效應。 同年，法國物理學家安培（17751836）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(chǔ)。電流的方向 歐姆（17891854），1826年發(fā)表歐姆定律（電流與電勢差成正比與電阻成反比 問題：電流有磁效應，磁有沒有電流效應呢？,2.法拉第的發(fā)現(xiàn) 英國物理學家麥

3、克法拉第（17911867） 出身貧苦，幼年失學，在印刷廠當童工時學習零星的科學知識,1812年，聆聽戴維的講演，得到戴維的賞識，到了實驗室當一名刷瓶子工人。次年成為戴維的助手。游歷歐洲。 在電化學方面顯示出卓越的實驗才能，1824年選為皇家學會會員。一生對科學一往情深，對金錢和地位不屑一顧。 從18201862，每天堅持做實驗日記，1932年出版，共七大卷3236頁。,1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)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，制作出發(fā)電機與電動機最早的模型。,建立“場”的概念（用來傳遞電磁作用的連續(xù)介質(zhì)）、“力線”概念（場的直觀圖象）。破除了牛頓的超距作用

4、概念。 建立電磁感應定律：只要導線垂直地切割磁力線，導線中就有電流產(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(xiàn)象，就像對聲音所作的那樣，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（法拉第效應） 1846年提出光的本性是電力線和磁力線的振動,3.麥克斯韋電磁理論 英國物理學家麥克斯韋（18311879），愛丁堡的名門望族，數(shù)學天才，1871年回到劍橋任實驗物理學教授，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經(jīng)典。,4.赫茲的發(fā)現(xiàn) 1886年，德國物理學家赫茲（18571894）在放電實驗中，發(fā)現(xiàn)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（18741937）于1894年實現(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）因反對獨立戰(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)加工炮彈會生成大量的熱，這個

6、現(xiàn)象用熱質(zhì)說不好解釋。 同一時期，戴維的磨擦冰實驗也提出了這個問題。,2.熱力學第一定律 德國醫(yī)生邁爾（18141878），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。 英國物理學家焦耳（18181889）啤酒廠廠主，是位業(yè)余科學家。1840年，通過測定電流的熱效應，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。,3.熱力學第二定律 英國物理學家威廉湯姆森（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。 德國物理學家克勞修斯（18221888）給出的表述：熱量不可能自動地從較冷的物體轉(zhuǎn)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 宇宙熱寂說,4.分子運動論 氣體定律與分子層次的微觀解釋。分子的動能對稱氣體的溫度 玻爾茲曼（18441906），提出了熱力學第二定律的分子層次的微觀解釋,四、科學的制度化和組織化,1.科學家的社會角色 scientist一詞最早出現(xiàn)在1833年，在劍橋召開的英國科學促進會的會議上，由威廉休厄爾（William Whewell）提議仿照artist造出的新詞。這個詞并不被當

8、時像法拉第這樣的科學家所認可。 近代科學革命以來，今天被我們稱為“科學家”的那些人的社會角色是什么？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)生是一個體面職業(yè)外，數(shù)學家、機械師、天文學家都只是一字帶過 不存在一個統(tǒng)一的科學界或科學家職業(yè)，不存在一套為了成為科學家而必須接受的教育和訓練體系 伽利略時代，“哲學家”是有地位的 牛頓時代，“自然哲學家”有明顯職業(yè)化傾向，涵蓋皇家學會會員們的科學活動,2.科學活動制度化的過程 作為匯集知識精英的大學，并不是近代科學的策源地。大學是保守勢力的大本營，容不下科學革命家。科學革命的先驅(qū)者，大多散布在民間，從事各種各樣

9、的職業(yè) 16001850年間，學會、學院是科學活動的中心，科學研究的業(yè)余化、非職業(yè)化 1850年開始，大學重新成為科學精英的匯集之地，大學教授同時承擔科研和教學雙重任務，研究性大學出現(xiàn) 20世紀，工業(yè)界、政府、基金會大量投入經(jīng)費支持科學研究，科學的職業(yè)化徹底完成,3.科學活動的組織化 實驗科學需要資金支持，1617世紀的主要資助方式：宮廷資助 1560年意大利人波爾塔（15351615）創(chuàng)立“自然秘密研究會”，不久指為巫術(shù)團體被取締 1603年在羅馬成立林琴（Lincei，山貓、猞猁）學院，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“實驗（Cimento，齊曼托、西

10、芒托）學社”，伽利略的學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。,科學組織的初步建立：英國皇家學會和巴黎科學院 英國皇家學會 1718世紀的資助方式：國家介入，以皇家學會為例 1640年代，哥白尼派的牧師威爾金斯（16141672）在倫敦組織“哲學學會” 1660年，建筑師雷恩（16321723）倡議成立一個新的團體，并選威爾金斯為主席，但英王查理二世要求變成皇家科學組織 1663年正式成立英國皇家學會，“以促進自然知識為宗旨”。 本學會召集的日常會議的事務，是安排、考慮、審議和討論哲學實驗和觀察報告。本學會不會承認任何古代和當代哲學家提出或提到的任何自然哲學

11、原理的假說、體系或?qū)W說。,1665年，學會的機會刊物皇家學會哲學學報由學會秘書、商人奧爾登堡自費出版 整體上體現(xiàn)典型的英國式經(jīng)驗主義風格，是培根精神的體現(xiàn)；名為皇家學會，實為民間組織 早期工藝師、商人較多，機械、航海技術(shù)等問題受到重視,巴黎科學院 巴黎科學院（1666）經(jīng)路易十四批準成立，提供經(jīng)費和津貼，外籍院士惠更斯的思想影響了法國科學院。同年出版科學通報 16671672，巴黎科學院建成巴黎天文臺，由意大利天文學家卡西尼（16251712）主持 1699年法國科學院把科學分成六大門類，三個數(shù)學（地理、天文和數(shù)學），三個醫(yī)學（解剖、化學和植物學）。,18-19世紀新興的科學組織 1724年圣

12、彼得堡科學院，主要來自瑞士的學者，伯努利家族，歐拉 1743年，富蘭克林創(chuàng)立美國哲學會 1747年，瑞典天文臺建立 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世紀研究機構(gòu)的變遷 大學和傳統(tǒng)研究機構(gòu)向發(fā)展科學技術(shù)方向改造 拿破侖充分認識到科學對于國家的戰(zhàn)略意義，創(chuàng)辦一批軍事學校和工科學校，1794年法國綜合工藝學校（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所，與此同時，一批機械學院誕生。 1810年德國柏林大學建立，德語區(qū)的大學里重視自然科學，大學不僅是傳授知識，而且生產(chǎn)知識，研究

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

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

15、姆出版理論和應用數(shù)學年鑒 19世紀60年代，?？齐s志超過500種：動物學（近百種）、地質(zhì)學（80種）、博物學（75種）、植物學（65種）、化學（不到60種）、數(shù)學（45種）、物理學（30種）、天文學（20種） 1869年，自然創(chuàng)刊，以業(yè)余讀者為對象,6.科學強國的變遷 歷史上科學中心的轉(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世紀的巴格達的智慧館 文藝復興時期的意大利 16、17世紀的英國 18世紀的法國 19世紀的德國美國俄國,各科學強國的科學體制 英國科學體制：民間業(yè)余科學傳統(tǒng)，科研機構(gòu)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，巴黎享有科研優(yōu)勢資源，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(shù)與內(nèi)燃技術(shù) 美國科學體制：實用主義傳統(tǒng)，解決實際問題，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世紀二戰(zhàn)之后