近代科学的发展

第二节　近代科学的发展

真理的大海，让未发现的一切事物躺卧在我的眼前，任我去探寻。

——牛顿（英国）

十六七世纪，一系列重大的科学发现构成了近代自然科学革命，牛顿力学体系的建立为近代科学奠定了基础。从此，科学摆脱了神学的束缚向前发展，新的学科相继诞生。18世纪是近代科学不断积累实验材料，平稳发展的时期。到19世纪进入了近代科学全面繁荣的时代，建立了各门自然科学的理论体系。19世纪末20世纪初，新的科学发现宣告了近代科学的终结，自然科学开始进入现代发展时期。

图2-4　牛顿

（一）牛顿力学体系建立

研究物体机械运动形式，即空间位置变化的力学，是近代自然科学中发展较快、成熟较早的学科。英国大科学家牛顿（I.Newton，1643～1727年）在伽利略等前辈科学家研究的基础上，系统地总结了天体力学和地面上力学的成就，规定了一套力学概念，提出了运动三定律和万有引力定律，从而使力学成为一个完整的理论体系，人们把它称为牛顿力学或经典力学体系。这个体系的建立，标志着经典力学的成熟；同时，由于牛顿力学体系成了此后300年近代自然科学整体发展的理论基础，因此，它的建立也宣告了近代科学革命的成功。1687年牛顿将包含他的力学体系以及数学、天文学方面研究成果的巨著《自然哲学的数学原理》交付出版。该书的出版，标志着经典力学的成熟，被公认为近代科学史上最伟大的著作。

（二）近代数学的发展

17～18世纪的数学是从常量数学到变量数学的转折时期，这一时期数学的主要成就有三个，即解析几何、对数和微积分。

费尔马（P.Fermat，1601～1665年）在他1629年写成、1679年出版的《平面和立体的轨迹引论》一书中阐述了用代数方程表示曲线的普遍方法，并给出了一些轨迹方程。但由于其著作晚半个世纪才发表，所以人们往往忽略他在创立解析几何的贡献。1637年，笛卡尔（R.Descartes，1596～1650年）出版了《更好地指导推理和寻求科学真理的方法论》，阐述了关于坐标几何和代数的思想，提出了解析几何的方法，并且把变量和函数引进了数学。1614年，英国的耐普尔（J.Napier，1550～1617年）出版了《奇妙的对数定律说明书》，发明了对数。牛顿和莱布尼茨（L.G.Leibniz，1646～1716年）各自独立发明了微积分。

图2-5　笛卡尔

（三）对光的本性的研究

17～18世纪，光学是除力学外比较成熟的另外一个学科，因为望远镜的制作和改进需要光学，而天文学的研究又离不开望远镜。

斯涅尔（W.Snell，1591～1626年）发现了光的折射定律，提出了折射率的概念。费尔马提出了光线传播的最小时间原理。

对光的本性的研究，笛卡尔根据光的直线传播、反射等现象，认为光是由微粒实体组成的。后来，格里马迪（F.Grimaldi，1618～1663年）、胡克（R.Hooke，1635～1703年）、惠更斯（C.Huygens，1629～1695年）等人对光的研究都表明了“波动说”的思想。牛顿是17世纪光学的集大成者，1704年出版的《光学》一书是对前人光学发展的总结，主要研究了光谱、薄膜的颜色、衍射和双折射现象。

（四）科学化学的建立

17世纪最著名的化学家是波义耳（R.Boyle，1627～1691年）。他在1661年出版的《怀疑派化学家》一书中，根据大量实验事实，阐述了化学元素的概念，把化学从炼金术中分化出来，奠定了近代化学的基础。

对于燃烧现象的认识，开始主要是“燃素说”占统治地位，认为一切可燃物都含有细小的、活泼的燃素，在通常情况下燃素与其他元素结合形成化合物，在燃烧时，燃烧就分解而游离出来，大量游离燃素的集中就形成火焰。后来，法国的化学家拉瓦锡（A.L.Lavoisier，1743～1794年）通过一系列的实验和定量研究，终于揭开了蒙在燃烧现象上的神秘面纱。1777年拉瓦锡向法国科学院提交了《燃烧概论》，详尽地列举了否定“燃素说”实验证据，论述了燃烧的氧化学说。1778～1780年，拉瓦锡又完成了《化学纲要》一书，对各种化学现象都一一作了解释，并列出了包括33种元素的化学史上的第一张元素表。该书的出版标志着化学作为一门科学已经形成。

图2-6　波义耳

（五）近代生物学的发展

17～18世纪的生物学的主要成就有生物的分类、细胞的发现和“渐成说”的提出。对生物的分类研究最出色的是瑞典生物学家林耐（Linné，1707～1778年），他1735年出版了《自然系统》一书，系统地阐述了植物分类的原则和见解。他建立的分类体系有纲、目、种、属四个等级，并以双命名法来命名植物。胡克利用自制的放大率约为270倍的显微镜观察软木时，发现了细胞。1665年，他出版了《显微图》一书，展示他在显微镜底下看到的昆虫器官的精细图案。在科学史上，他创造了“细胞”一词，一直沿用至今。18世纪德国科学家沃尔夫（K.F.Wolff，1733～1794年）用小鸡的实验否定了“预成说”，用明确的事实表明了“渐成说”的正确性。沃尔夫被誉为“近代胚胎学的创始人”。

（六）科学中心的产生和转移

世界是由国家或地区组成的，由于各个国家或地区政治、经济、生产力发展的不平衡，科学技术发展状况和水平也很不相同。有时候，一个国家的科学发展很快，大大超过其他国家的科技发展水平，但过了一段后，另一个国家又走在了最前面。如历史上古埃及、巴比伦、希腊、阿拉伯、印度和中国等地方的科学技术都曾一度繁荣过，但都一个又一个的衰落下去了。

1954年，英国科学史学家贝尔纳（J.D.Berrnal）在《历史上的科学》一书中正式记载了这一现象，并把一个时期科学技术繁荣昌盛的国家或地区称为技术和科学活动的中心。后来，日本的科技史学家汤浅光朝，受到贝尔纳研究工作的影响，于1962年用统计方法证实了科学中心转移是确实存在的。他把科学中心定义为科学成果数占同期世界总数的百分比超过25%的国家，并把保持在25%以上的时间称为科学兴隆期，如果其百分比超过50%，则称这个国家或地区的科学发展处于“科学高潮”阶段。按此方法分析，人类社会经历了三大科学高潮的转移，即古希腊高潮、中国隋唐高潮和欧美高潮，正好对应于奴隶社会、封建社会和资本主义社会。

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http://www.kepu.gov.cn/kjsh/default.htm

【思考题】

1.近代科学有哪些发展？

2.什么是科学中心？人类社会经历了哪几次科学高潮的转移？