近代科学与技术的形成与发展

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,15,世纪下半叶,西欧封建社会内部逐渐形成和发展了资本主义的生产方式,开始了人类社会的一个新时代。近代科学技术即诞生于此时。它经历了,400,于,19,世纪末终结。,近代科学技术的兴起与发展,1,第一节 近代科学技术兴起的背景,“,黑暗的,”,中世纪不黑暗,十字军东征,资本主义生产方式的出现和地理大发现,文艺复兴：两种传统走向融和,达芬奇,宗教改革：新教伦理与资本主义,工场手工业对科学的需求,东方国家科学技术在欧洲的传播,2,十字军东征,11,世纪开始，欧洲发生了一个巨大的历史事件，这就是十字军东征。,希腊文明、阿拉伯文明、中国文明、罗马文明之间的交流和融合,-,新的文明,十字军从东方带回了阿拉伯人先进的科学、中国人的四大发明、希腊人的自然哲学文献。,-,引进科学技术,将欧洲的旅行者和商人同一个发展中的世界融合了起来。,3,地理大发现,起因：,寻找新的商道,马可波罗（,1254,1323,）,游记，,1275,到达中国,航海术、造船术的发展，提,供了成熟的技术条件,葡萄牙船只,4,地理大发现,马可波罗,（,1254,1323,）游记，,1275,到达中国,1487,年，,狄亚士,到达非洲的最南端，葡萄牙国王裘安二世取名,“,好望角,”,1497,年,7,月,8,日，葡萄牙人,达伽马,离开里斯本开始探索由非洲到印度的航路，次年,3,月,1,日到达非洲东岸莫桑比克，,5,月到印度，于,1499,年,9,月返回葡萄牙,5,达伽马的航行路线,6,意大利人,哥伦布,1492,年,8,月,3,日由西班牙巴罗士出发，一直西航于,11,月,12,日到达巴哈马群岛的圣萨尔瓦多，他以为自己到了印度群岛，但没有找到黄金,意大利航海家,亚美利哥,认识到哥伦布发现的是一块新大陆，法国地理学家误认为是他发现的,麦哲伦,1519,年,9,月由西班牙起航，,12,月到达巴西，,1520,年,10,月通过南美最南端进入太平洋，,1521,年,3,月到达关岛，,4,月麦哲伦被杀，,11,月到达摩鹿古群岛，,1522,年,9,月回到圣卢卡尔港，少了一天，也就产生了国际日期变更线。,7,哥伦布的错误和巧合,1492,年,8,月,3,日哥伦布开始了第一次远航，三只帆船和大约,90,名船员驶向了茫茫大洋。,由于哥伦布相信希腊哲学家波塞东尼奥（约,135 BC-50 BC,）对地球大小的估计（约,29000,公里），所以他认为亚洲在欧洲西面,4800,公里处。,但是如果哥伦布知道和相信埃拉托色尼对地球大小的估计，那么亚洲在欧洲西边约,19300,公里处。,这样哥伦布也许永远也不会梦想航海前往。就是他敢去，也决不会得到任何财力上的资助。,但是，在哥伦布错误的推算结果,即西边,4800,公里处，真的有大陆。,8,哥伦布第一次航行：,在美洲各岛屿之间的航行路线,9,麦哲伦的环球航行,10,地理大发现,三大事件：,1492,年哥伦布发现美洲,1498,年达,伽马绕过好望角抵达印度,1522,年麦哲伦完成环球航行,麦哲伦,11,3,、,航海探险活动的科学意义：,证实了地球是一个,球体,。,由于发现了沟通大西洋和太平洋的,海峡,，证明地球上水体是连在一起的，且十分肯定地确定了地球表面占优势的是,大洋,，而不是,大陆,。,此后，出现一批反映新时代内容的,地理著作,和,地图,，推动了天文学、大地测量学、数学和力学的发展。,开阔了欧洲人的,眼界,，使他们从狭小的欧洲走向广阔的亚，非，美，所见所闻丰富了他们的头脑和思想；,航海探险向人们展示了一种,开拓进取,的精神，激励人们为探索其他自然奥秘而努力。,12,文艺复兴,以意大利的商业中心 城市佛罗伦萨为中心的复兴古典文化运动,歌颂人性、反对神性，提倡人权、反对神权，提倡个性自由、反对宗教禁锢，赞颂世俗生活、反对来世观念和禁欲主义,打破神学的束缚，把目光从神转移到自然界和人类自身。,早期文艺复兴主要表现在文学和美术领域。,13,文学家：,但丁（,1265,1321,）,神曲,彼特拉克（,1304,1374,）十四行体抒情诗,塞万提斯（,1547,1616,）,莎士比亚（,1564,1616,）,意大利艺术三杰：,达芬奇（,1452,1519,）,米开朗基罗（,1475,1564,）,拉斐尔（,14831520,）,莎士比亚：人是一个什么样的杰作呀！人的理性多么高贵！人的能力无穷无尽！人的洞察力多么宛若神明！,14,上图：,蒙娜丽莎,左图：彼得拉克,达,芬奇,15,达芬奇科学技术研究手稿,16,作为画家，他研究光学的定律、眼睛的构造、人体的解剖细节以及鸟类的飞翔。,作为科学家，他深入研究了解剖学、光学和力学，通晓生理学、物理学、数学、地质学、天文学等等。他认为对自然界的观察与实验，是科学研究独一无二的真方法，把研究工作建立在实验的基础上。他不顾教会禁例，解剖了人的尸体。,作为建筑师和工程师，他去了解动力学和静力学的原理。他设计了飞行机械、潜水机械和机枪等许多器械。,17,宗教改革,神恩、天启、权威的概念主宰着人类精神，罗马教廷的至高无上的地位。,马丁,路德（,1483,1546,）于,1517,年贴出,95,条论纲，反对赎罪券，反对罗马教会的权威,因信称义，主张信仰高于一切。表达了那个时代人们心中自由、平等的观念,18,著述和贡献,路德最重要的著作之一是,圣经,的德译本,。这无疑会使任何识字的人都有可能亲自学习,圣经,，而不依赖教会及其教士们。,在圣事问题上，他曾于,1520,年仅承认传统教会所认定七件圣事中的,洗礼,和,圣餐,两项，当时曾遭英王,亨利八世,的反对。,他于,1525,年与原修女卡塔琳娜,冯,苞拉结婚，为,改革神父独身制,开创了先例。,19,东方国家的科学技术在欧洲的传播,中国、印度和阿拉伯等东方国家的科学技术在中世纪陆续传入欧洲以后，对欧洲的社会发展和科学技术进步产生了巨大的推动作用。,20,第二节 近代科学兴起与革命,一、科学革命的突破,近代科学首先在天文学和医学生理学两大领域取得了突破性胜利。,1543,年出版的哥白尼（,N.Copernicus1473,一,1543,）的,天体运行论,和维萨里（,A,Vesalius,，,1514-1564,）的,人体的结构,，成为近代科学革命的开端。,21,（一）,“,大宇宙理论的革命,”,“,哥白尼革命,”,天体运行论,（,1543,）：哥白尼的日心说挑战托勒密的地心说,伟大的科学思想的巨大的精神价值,伽利略和布鲁诺的积极宣传,开普勒的行星三定律,天空立法者,22,哥白尼革命,中世纪的宇宙图景：宇宙帐篷说,-,层层相套的天球，地球位于宇宙的中心,哥白尼（,1473,1543,），波兰人,托勒密体系面临的问题：轮子越来越多，体系越来越繁；地球实际并不处在宇宙的中心，只保持了静止,哥白尼的出发点：对于哲学家们不能对造物主为我们造成的美好而有秩序的宇宙机构提出正确的理论而感到气愤,23,1912,年哥白尼迁到波兰的一个古代城堡,弗隆堡。在城堡的西北角，有一座箭楼。这座箭楼，就是举世闻名的天文学家哥白尼观察天文的天文台、天文学史上著名的“哥白尼塔”。无论盛夏或严冬，他用自制的、粗劣的仪器，不分昼夜地观察天文，完成了对天体的观测，写成了不朽的巨著,天体运行论,。,哥白尼塔,24,托勒密体系的,4,个前提：,天球、地球、地心、地静,哥白尼反对地心和地静说，主张地动和日心说,内行星（均轮运行周期为,1,年）与外行星（本轮运动周期为,1,年）得到自然的解释,1543,年,5,月,24,日，出版,天球运行论,其基本观点认为：,太阳是宇宙的中心，行星都绕太阳运转；地球是围绕太阳运转的一颗普通行星，本身在公转的同时有自转；月球是地球的卫星，地球带着月球绕日运行；行星在太阳系中的排列次序是土、木、火、地、月、金、水，它们的绕日周期分别为,30,年、,12,年、,2,年、,1,年、几个月；处在这些行星中心的是太阳。,25,天文学革命,波兰天文学家哥白尼对托勒密的体系进行了研究，经过数十年的观察和研究，终于建立起以太阳为中心的宇宙体系,“,日心说,”,。日心说认为，地球并非静止不动，也不处于宇宙中心，地球是一颗普通的行星，它既有绕自转轴的自转，又与其他行星一起围绕宇宙中心,太阳旋转。,26,下图：哥白尼,上图：哥白尼的日心模型,哥白尼,27,布鲁诺,乔尔丹诺,布鲁诺（,1548-1600),，生于意大利那不勒斯，死于罗马鲜花广场,(,自学成才、怀疑精神,),发展了哥白尼的日心学说。,1583,写作,论原因、本原和太一,、,论无限的宇宙和多世界,。,1592,年在意大利威尼斯被捕,7,年后被判火刑。,“,我愿做烈士而牺牲,”,28,布鲁诺的行动激怒了教会当局，他被控为“异端”，并被革除教籍。,1592,年，宗教裁判所将他逮捕，投入监狱。,在漫长的七年监狱生涯里，布鲁诺英勇顽强，毫不妥协，表现了视死如归的大无畏精神。他断然拒绝要他放弃自己的观点就可得到宽大的诱降劝告、并且公开揭发了教会的黑暗、卑鄙和无耻。,1600,年,3,月,17,日，教会以极其野蛮的手段，火焚布鲁诺于罗马的百花广场，罪名是他不仅是一个”异端分子”，而且是“异端分子的老师”。在刑场上他义正辞严地对那些刽子手说：“你们对我宣读判词，比我听判词还要感到畏惧。”,29,第谷,布拉赫（,1546-1601,）,:,星学之王,丹麦天文学家和占星学家。,第谷于,1559,年入,哥本哈根大学,读书。,1560,年,8,月，他根据预报观察到一次,日食,，这使他对天文学产生了极大的兴趣。,1562,年第谷转到德国,莱比锡大学,学习法律，但却利用全部的业余时间研究天文学。,30,1563,年第谷观察了,木星合土星,（两行星在天空靠在一起），并写出了他的第一份天文观测资料，同时注意到合的发生时刻比,星历表,预言的早了一个月。他领悟到当时用的星历表不够精确，于是开始了长期系统的观测，想自己编制更精确的星历表。,1566,年第谷开始到各国漫游，并在德国,罗斯托克大学,攻读天文学。在,巴塞尔,和,奥格斯堡,继续求学后，第谷因父亲生病而返回家乡。,31,1572,年,11,月,11,日，他看到仙后座有一颗新的,明亮恒星,，便使用他自己造的仪器对这颗星进行了一系列观测，直到它,1574,年,3,月变暗到看不见为止。前后,16,个月的详细观察和记载，取得了惊人的结果，彻底动摇了,亚里士多德,的天体不变的学说，开辟了天文学发展的新领域。,32,1576,年丹麦国王腓特烈二世将,汶岛,赐予他作为新天文台台址，并许诺他一笔生活费。于是，第谷在丹麦与瑞典间的汶岛开始建立,“,观天堡,”,。这是世界上最早的大型天文台，在这里设置了四个观象台、一个图书馆、一个实验室和一个印刷厂，配备了齐全的仪器，耗资黄金,1,吨多。,“,“观天堡”,33,直到,1599,年，第谷在这里工作,20,多年，取得了一系列重要成果。其中最著名的有,1577,年对二颗明亮的,彗星,的观察。他通过观察得出了彗星比月亮远许多倍的结论，这一重要结论对于帮助人们正确认识天文现象，产生了很大影响。,34,第谷体系与哥白尼体系,第谷体系：折衷，太阳带动行星围绕地球转动,右为第谷书中的插图，图中彗星被看成一个真实的天体,35,1599,年丹麦国王腓特烈二世死后，第谷在波希米亚皇帝,鲁道夫二世,的帮助下，移居布拉格，建立了新的天文台。,1600,年第谷与,开普勒,相遇，邀请他作为自己的助手。次年第谷逝世，开普勒接替了他的工作，并继承了他的宫廷数学家的职务。,36,关于开普勒,开普勒（,1571,1630,），德国人，早年求学于图宾根大学,狂热的毕达哥拉斯主义者，哥白尼学说的同情者，力求完善日心学,宇宙的神秘,：土星（正六面体外接球）、木星（正六面体内切球）、火星（内接正四面体的内切球）、地球（内接正,12,面体的内切球）、金星（内接正,20,面体的内切球）、水星（内接正八面体的内切球）,“,数的和谐,”,的规律,1600,年开普勒来到布拉格成为第谷的学生,继承第谷的观测数据,开普勒：保留恒星天球，有限的宇宙,鲁道夫星表,（,1627,）以答谢德王鲁道夫二世的一贯支持,一辈子穷困，曾编占星历书以养家糊口。,“,作为女儿的占星术若不为天文学母亲挣面包，母亲便要挨饿了。,”,1630,年死于索取薪水的路上,37,开普勒三定律,第一定律：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上运行，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。,行星运动第二定律：在相等的时间间隔内，行星和太阳的连线在任何地点沿轨道所扫过的面积相等。,1609,年，开普勒把这两条定律写进,新天文学,一书中并发表。,他用了,9,年的时间发现了行星运动第三定律：太阳系中任何两颗行星公转周期的平方与其轨道半径的立方成正比，即：,T2=R3,（,T,：运行周期；,R,：轨道半径）。,38,开普勒的意义,用椭圆代替正圆，阿波罗尼成就在先，怀特海有言：物质未曾来到，精神先已出现,爱因斯坦：,“,开普勒的惊人成就，是证实下面这条真理的一个特别美妙的例子，这条真理是：知识不能单从经验中得出，而只能从理智的发明同观察到的事实两者的比较中得出。,”,39,哥白尼的日心说的意义,它把千余年来一直占统治地位的日地关系颠倒了过来，描述了一种和谐、简单、优美的太阳系结构，从而使得天文学的进一步发展有了牢靠的基础，成为科学的天文学诞生的标志，而由此引发的对于运动机制的探讨，推动了力学研究的发展，从而也就成为近代科学诞生的标志。,哥白尼的日心说动摇了神学宇宙观，成为自然科学从神学中解放出来的宣言书。,哥白尼的日心说的革命性作用不在于强调太阳是宇宙的中心，而是在于指出了地球在宇宙中没有任何特殊地位。这正是宇宙论原理的精神，也称为哥白尼精神。,40,伽里略用自制的能放大,30,倍的望远镜发现了月球表面有环形山,发现了木星有,4,个卫星,从而证明天体与地球是一样的，月上世界与月下世界相同，哥白尼,“,日心地动,”,的学说是有根据的。,伽利略用望远镜捍卫了日心说,41,对伽利略的审判,1633,年，罗马教会审判伽利略。他在宣判后仍然喃喃的说：可是地球仍然在转动！,247年后，即1980年罗马教会宣布当年（1633年）对伽利略的裁判是错误的，为伽利略平反。,42,科学方法,=,逻辑分析,+,科学实验,伽利略创造并且示范了新的科学实验传统，数学与实验相结合的科学方法。,正确的科学理论应是任何人用相同的材料和方法都能够、并且必然会得到相同的结果，这就为近代实验科学的确立提供了理论基础。,真正的哲理应向自然界这本大书里寻找，而,“,自然之书,”,是用数学的,“,文字,”,写成的，并且可以用固定的数学规律去测量。,43,经典力学的奠基,天体力学,德国著名天文学家、数学家开普勒,(J,kipler,，,1571-1630),利用第谷,布拉赫（,Tycho Brahe,1546-1601,）长达,20,年观测行星运动的精确记录,.,行星第一运动定律：,所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上运行，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。,行星运动第二定律：,在相等的时间间隔内，行星和太阳的连线在任何地点沿轨道所扫过的面积相等。,行星运动第三定律：,太阳系中任何两颗行星公转周期的平方与其轨道半径的立方成正比，即：,T,2,=R,3,（,T,：运行周期；,R,：轨道半径）。开普勒的行星运动三定律，因此，开普勒获得,“,天空的立法者,”,的美誉。,44,二、经典力学的奠基,（一）“天上运动理论的革命”,天体运动学的诞生,“天空的立法者”,开普勒行星运动三定律,（二）“地上运动理论的革命”,近代物理学的诞生,伽利略挑战亚里士多德的地上运动理论,近代科学之父,伽利略,实验方法、数学方法和分析方法的结合使用,45,运动力学,伽利略总结了自由落体定律：物体下落的速度与时间成正比，它下落的距离与时间的平方成正比。,46,关于伽利略,1564.2.15,生于意大利的比萨，米开朗其罗,3,天前逝世，文艺复兴转折的象征,新时代的阿基米德,1589,年，比萨大学数学教授,1592,年，帕多瓦大学,1610,年回到佛罗伦萨,1624,1630,写作,两大世界体系的对话,，,1632,年出版，,1633,年监禁,1638,年出版,两门新科学的对话,1642,年,1,月,9,日去世，次年牛顿出生（新历）,47,运动理论,亚里士多德：速度与重量成正比,逻辑推理,比萨斜塔实验：木球与铁球,?,摆的等时性与斜面实验：落体下落的时间的平方与下落距离成正比,加速度的概念,合成速度与合成力的概念,抛物体运动,48,伽利略的贡献和局限,惯性运动定律,抛物体和自由落体运动定律,天际并非纯粹不变，支持哥白尼体系,以地球的运动解释潮汐现象,不了解开普勒的行星运动理论，没有采纳开普勒的行星椭圆轨道,因此，未彻底打破天地之别,对教会的妥协（,1633,年,6,月教庭判他终生监禁）,49,伽利略的历史地位,爱因斯坦：,“,伽利略的发现以及他所应用 的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。,”,1980,年，罗马教会正式为伽利略平反,50,三、经典力学体系的形成,牛顿力学的创立,科学史上的第一次大综合,天地之间是统一的吗？,1687,年,自然哲学的数学原理,牛顿运动三定律,万有引力定律,牛顿力学成为科学的历程,近代自然科学体系的形成,51,关于牛顿,如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上,我不知道世人怎么看，但在我自己看来，我只不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为比别人找到一块更光滑、更美丽的卵石和贝壳而感到高兴，而在我面前的真理的海洋，却完全是个谜。,52,经典力学体系的形成,牛顿三大定律：牛顿（,I.Newton,，,1642-1727,）总结出地面物体运动的三大定律。,第一定律：,任何物体都保持静止或匀速直线运动状态，直到其他任何物体所作用的力迫使它改变这种状态为止。,第二定律：,物体受到外力时，物体所获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，而与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。,第三定律：,当物体,A,以力,F,作用于物体,B,上，物体,B,也必定同时以,F,反作用在物体,A,上，,F,和,F,在一条直线上，大小相等而方向相反。,53,万有引力定律,F,引,G,（,m,1,m,2,R,2,）,公式中,m,1,和,m,2,为两个物体的质量，,R,为两个物体间的距离，,G,为万有引力常量。这个常量经后人测定为,G,6.67 10,-11,m,3,（,kg,s,2,）。,牛顿的工作，实现了近代科学史上的第一次重大综合。,54,盖伦则把这三种灵魂的说法与人体的解剖学、生理学知识创造性的结合起来，提出了所谓,“,自然灵气,”,、,“,生命灵气,”,、,“,动物灵气,”,的理论。他认为这三种灵气，在人体分别位于,消化系统、呼吸系统和神经系统,。它们都发源于一个被称之为,“,纽玛,”,的中心灵气。这种,“,纽玛,”,存在于空气中，人体通过呼吸，吸进,“,纽玛,”,从而获得活动。,盖伦认为肝是有机体生命的源泉。是血液活动的中心。已被消化的营养物质由肠道被送入肝脏，乳糜状的营养物在肝脏转变成深色的静脉血并带有自然灵气。带有自然灵气的血液从肝脏出发，沿着静脉系统分布到全身。它将营养物质送至身体各部分，并随之被吸收。肝脏不停地制造血液，血也不地被送至身体各部分并大部分吸收，而不作循环的运动。盖伦认为心脏右边是静脉系统的主要分枝。从肝脏出来进入心脏右边（右心室）的血液，有一部分自右心室进入肺，再从肺转入左心室。另有部分盖伦以为它可以通过所谓心脏间隔小孔而进入左心室。,55,血液循环的发现,远古时代就对血液充满了神奇的感觉，认为血是活力的源泉，是生命的象征，是力量的表现，是生命的灵气，,塞尔维特，西班牙人。发现了人体中血液的小循环,塞尔维特是在与伪科学斗争中献出生命的伟大科学家之一。,论三位一体的错误,、,论糖浆,、,论基督教的,“,复兴,”,等书，批判宗教神学，宣传科学思想,被处以火刑，用火烤了两个小时才把他烧死,英国生理学家哈维，运用观察和实验方法，进行了大量的活体解剖实验。在解剖研究的基础上，,1628,年写成名著,心血运动论,，书中准确地说明了血液在人体中的循环过程。,给生物学中的传统观念,“,盖伦的灵气说,”,以致命的打击，成为生物学和生理学发展的里程碑。,56,（,1,）维萨留斯对解剖学的贡献,维萨留斯（,1514-1564,），比利时医生，毕业于巴黎大学，后到意大利帕多瓦大学任教。,1543,年，出版,人体结构,一书，奠定了近代医学基础。,后移居西班牙，成为王室御医。,1563,年旧势力暗害他，要定他死罪。由于西班牙国王的周旋，改为去耶路撒冷朝拜，以赎,“,故意杀人罪,”,，在途中病故，年仅,50,岁。,57,（,2,）塞尔维特发现血液小循环,塞尔维特（,1511-,？），西班牙医生，毕业于巴黎大学，是维萨留斯的同学。他通过对人体解剖生理学的研究，发现了血液小循环（心脏循环），于,1553,年出版了,基督教的复兴,一书。,由于塞尔维特违背宗教不许解剖人体的禁令，坚持人体解剖，又批判了权威，亵渎了圣经。因异端罪被革除了教籍，判处死刑。于,1553,年,10,月,27,日被火烤,2,小时后烧死。,58,（,2,）塞尔维特发现血液小循环,塞尔维特（,1511-,？），西班牙医生，毕业于巴黎大学，是维萨留斯的同学。他通过对人体解剖生理学的研究，发现了血液小循环（心脏循环），于,1553,年出版了,基督教的复兴,一书。,由于塞尔维特违背宗教不许解剖人体的禁令，坚持人体解剖，又批判了权威，亵渎了圣经。因异端罪被革除了教籍，判处死刑。于,1553,年,10,月,27,日被火烤,2,小时后烧死。,59,60,医学生理学革命,1543,年，维萨留斯（,A,Vesalius,，,1514,1564,）发表了,人体的构造,一书，打破了统治西方医学界,1000,多年的古罗马医生盖仑建立的传统医学观念，为近代医学和生理学诞生做出了不朽的贡献。,达,芬奇（,Leonado Da Vinci,，,1452,1519,）为了确定人体的正确比例和结构，亲自解剖尸体，画出了许多精细的尸体解剖图。他曾研究过心脏的肌肉并画出心脏瓣膜图，用水的循环来比喻血的运行，表述了血液循环的概念。,通过解剖，维萨里确定了男女肋骨数目相等，并不像,圣经,所说的女人是用男人的一条肋骨创造的，因而男人比女人少一条肋骨。他的结论动摇了天主教会的教条，宗教裁判所以盗尸和巫师罪判处他死刑，后允许他去朝圣，维萨里困死途中。,61,第三节 近代科学的主要成就,天文学,物理学,数学,化学,生物学,地学,62,一、天文学,牛顿把力学规律应用到行星运动，发现了万有引力，创建了天文学的一个新分支,天体力学。天体力学的诞生，加上天文望远镜的发明和使用，使人们对天体的认识进入了一个新的领域，使人类认识宇宙的一次飞跃。,63,(,一,),太阳系和星系的结构,太阳系是由太阳、行星、小行星、彗星，流星及行星际物质构成的天体系统。,太阳是一颗恒星，它是太阳系的中心天体，它的质量占太阳系总质量的,99.86,，直径为,139,万公里，表面温度约,6000,，中心温度约,1500,万度。太阳系中的其他天体，在太阳的引力作用下都绕太阳公转。,太阳作为一个恒星并不,“,恒,”,，它既有自转，同时又带着地球和其他行星以每秒,250,公里的速度绕银河系中心旋转，旋转一周大约,2.5,亿年。在银河系象我们太阳这样的恒星大约有,1500,亿个，太阳只是银河系上千亿个恒星中的一个。,64,太阳系的大行星共有八颗，离太阳最近的一颗行星是水星，其次是金星，再次是地球、火星，木星、土星、天王星、海王星。这些星都沿着同一方向自西向东绕着太阳转动，轨道都是椭圆的。,65,(,二,),天体演化理论,太阳系的起源问题,恒星的演化,星系的演化,66,1,太阳系的起源,康德星云假说：,1755,年德国哲学家康德（,I,Kant,，,1724-1804,）在,宇宙发展史概论,一书中，首先提出太阳系起源于原始星云的假说。形成太阳系的原始星云一开始弥漫于太空，并不停旋转，在引力作用下，这些微粒不断聚集，其中心部分形成太阳，边线部分受斥力作用逐渐形成绕中心旋转的较大团块，最终演变成绕太阳旋转的行星。,拉普拉斯星云假说：,1796,年，法国科学家拉普拉斯在,宇宙系统论,一书中，也提出了一个类似的星云假说。拉普拉斯认为太阳系起源于巨大的炽热的球状星云，自身在缓慢地转动着，炽热星云由于不断向外散发热量，逐渐冷却并收缩，球状体星云的赤道部分将越来越凸出，逐渐变成扁平的盘状。,67,2,恒星的演化,恒星是从主要由氢组成的非常稀薄的气体形成的。它们通过收缩，形成原恒星。,继续收缩，温度提高，原恒星就发育成真正的恒星，达到主星序。,开始将氢转变成氦，体积膨胀，向空间抛射物质，经过红巨星阶段,进入演化的最后阶段，变成白矮星。,68,3,星系的演化,一般认为象银河系这样巨大的恒星系统，也是由稀薄的弥漫星云经过凝聚，逐渐演化形成的。对我们所观测到的宇宙，目前有各种不同的假说，有的认为宇宙只是在膨胀，有的认为收缩以后再膨胀，或者是在振荡，但这些假说都必须承认这个宇宙是演化着的宇宙。,69,二、物理学,十六世纪以后，物理学采用了系统的实验方法，在此基础上发现了许多前所未见的事实，很快建立了一套完整的理论，在科学史上人们把它称为经典理论物理学，它以,经典力学、热力学和统计物理学、经典电动力学,为基础，构成为一个完整、严密的理论体系。,70,（一）热力学和统计物理学,1,、对,“,热质说,”,的批判,2,、热力学第一定律,3,、热力学第二定律,71,1,、对,“,热质说,”,的批判,对于热是什么的问题，当时存在两大观点：,一是以培根、胡克、笛卡尔为代表的热动说。认为热是物体内部微小粒子的机械运动；,一是以布莱克（,J. Black,1728,1799,）、伽桑狄（,P.Gassendi,1592,1655,）等为代表的热质说，认为热是一种可流动的特殊物质（热流体）。到,18,世纪,80,年代，热质说统领了热学研究的各个领域，当时几乎整个欧洲都相信热质说。,十八世纪末，英国伯爵、物理学家伦福德（,Rumford,，,1753,1814,）用钻炮膛的实验发现发热的量大致与所作的功成正比，而与钻下来的铁屑量无关；,戴维用两块冰在真空中互相摩擦，发现冰竟然融化了。以上实验事实说明，,热可以由机械运动,摩擦转化而来，热不是一种物质，而是物质的一种运动形式。提出了热是物质分子的无规则运动的理论。,72,2,、热力学第一定律,自然界的一切物质都具有能量，能量既不能创造也不能消灭，而只能从一种形式转换 成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在能量转换和传递过程中能量的总量不变。,能量守恒定律（即热力学第一定律）的发现,揭示了热、力学、电、化学等各种运动形式之间的统一性，说明了自然界物质间能量转化的规律性。这是牛顿建立力学体系以来物理学上的第二次理论大综合。,能量守恒原理（即热力学第一定律）是由六、七种不同职业的几十个科学家，先后在,4,个国家，从不同的侧面独立地发现的，被公认为,19,世纪自然科学上的三大发现之一。,73,3,、热力学第二定律,法国青年军事工程师沙第,卡诺（,Carnot,，,1796,1832,）。集中精力研究蒸汽机，并于,1824,年发表了,关于火的动力的考查,一书。,一部热机所能产生的机械功的大小，在原则上决定于热源与冷源的温度差，而与热机的工作物质无关。这就是以后的所谓,“,卡诺原理,”,，实质上也就是热力学第二定律。,热力学第一和第二定律的建立，从几个方面表明了热运动及其转化的规律，奠定了经典热力学的理论基础。,74,(,二,),经典电动力学,1,、电流的发现,2,、电磁感应定律的发现,75,1,、电流的发现,动电是意大利解剖学家伽伐尼于,1786,年在解剖青蛙时偶然发现的。,伏打对类似现象进行了大量实验，于,1799,1800,年制成世界第一个能产生稳恒电流的装置,伏打电池,1826,年，德国物理学家欧姆总结出欧姆定律。静电进入到动电,发现电和,-,磁之间的联系，要归功于丹麦物理学家奥斯特,(20,年,),在牛顿理论看来，电力和磁力是不能互相转化的，而且两个物体之间的相互作用只能沿着连接它们的直线方向。,1822,年，法国物理学家安培（,A,M,AmPere,，,1775,1836,）发现了电流产生磁力的基本定律，奠定了电磁学的基础。,76,2,、电磁感应定律的发现,法拉第（,Michael Faraday,，,1791,1867,）为探索,“,磁生电,”,问题，进行了长达,11,年的实验研究，其间经历了许多失败。终于在,1831,年发现了电磁感应现象，他发现磁铁同导线相对运动时，导线中有电流产生，这就是电磁效应。,即磁铁同导线相对运动时，导线中有电流产生；也可表述为当闭合电路的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电流，其电动势的大小与穿过闭合回路的磁通量变化率成正比。,为了解释电磁感应现象，法拉第提出,“,磁力线,”,和,“,场,”,的概念，认为空间不是虚空的，而是布满磁力线的,“,场,”,。,-,电力时代,77,研究电磁感应现象的实验示意图,78,发电机,79,3,、完整的电磁学理论的确立,英国物理学家麦克斯韦利用,19,世纪,20,年代和,30,年代数学家在理论方面的研究成果，把法拉第的思想用数学语言表述出来，建立了经典电动力学的基本运动方程,麦克斯韦方程组。麦克斯韦预言了电磁波的存在，推导出电磁波传播的速度就是光传播的速度，预言光不过是波长在一定范围内的特殊的电磁波。,麦克斯韦的电磁理论把光学、电学和磁学就融合成为一体，实现了经典物理学的第三次大综合。,德国青年物理学家赫兹,(H.R.Herts,，,1857,1894),用实验证实了电磁波的存在，这时经典电动力学才算真正得以确立。,80,电力技术进入社会生产和生活领域,1832,年，法国的皮克西制出世界上第一台永磁式直流发电机；,1866,年德国的西门子,(Simens,1816,1892),制成自激式直流发电机；,1870,年，比利时的格拉姆制成具有环形电枢的直流发电机。到,19,世纪,70,年代后，电力已成为取代蒸汽动力而占统治地位的新的能源。,1844,年，美国人莫尔斯,(S.F.Morse,1781,1872),发明了有线电报；,1876,年，美国人贝尔,(A.G.Bell,1847,1922),发明了电话；,1879,年美国大发明家爱迪生,(T.A.Edison,1847,1944),发明了白炽灯；,1895,年，意大利马可尼,(G.M.Marconi,1874,1937),与俄国人波波夫发明了无线电通信。,81,三、化学,(,一,),科学元素概念的提出,英国化学家波义耳,对科学最重要的贡献是把化学确立为一门科学。,-1661,怀疑的化学家,为元素概念提出了一个科学的定义，为化学研究指出了正确的方向。,对火在化学分解中的作用所作的澄清。,对燃烧问题的研究。,元素是一种基本物质，它能与其它元素结合形成化合物，但它本身不能被分解为更简单的物质。当时把盐、水、空气等列为元素,现代元素：原子核内具有相同电荷数的同一类原子称为元素。,82,（二）氧化理论的建立,燃素说是化学中建立的第一个理论，其基本观点为：燃素就是火微粒子构成的火元素，是火的动力；可燃物之所以能燃烧，是因为它本身含有燃素。,对燃烧问题的研究以及对燃素说的否定是拉瓦锡革命的核心。,英国化学家普列斯特、瑞典化学家舍勒发现了氧。,法国化学家拉瓦锡,1777,年,燃烧理论,。指出，燃烧是有氧参加的发出光和热的化学反应，物质燃烧时会吸收氧，因而重量会增加，所增加的重量等于吸收氧的重量，一般物质燃烧后会变成酸，金属燃烧后会变成金属氧化物,1787,年出版,化学命名法,1789,年出版,化学纲要,83,（三）原子、分子论学说的提出,英国化学家、物理学家道尔顿科学原子论,原子是组成物质或元素的最小粒子，,同一元素的原子，其形状、质量和各种性质相同，不同元素的原子，质量和性质不同。,不同元素的原子以简单数目的比例相结合,-,化合。,意大利化学家阿佛加德罗，在,1811,年提出了分子学说。,84,第一，无论是化合物还是单质，在被进行分割时，必有一个最小并且保持该物质特性的单位，这个单位就是分子；,第二，单质的分子可以由多个原子组成；,第三，处于同样温度和压力下的气体，无论是单质还是化合物，相同的体积中必有相同数目的分子。,阿佛加德罗的思想是十分可贵的，但是他提出的观点没有能马上被学术界所接受，而是被冷落了近,50,年。,分子论被承认，应归功于意大利的另一位化学家康尼查罗（,S.Cannizzarol,，,1826,1910,）的出色工作。,1860,年在德国卡尔斯鲁厄的首次国际学术讨论会结束时，康尼查罗散发了论证分子学说的小册子准确地论述了当年阿佛加德罗提出的分子论，他还测定了许多分子的分子量，公布了他所测得的分子量表。至此，分子假说终于得到了肯定和公认。,85,（三）有机化学的兴起,18,世纪后期，德国著名化学家舍勒在有机化合物的分离和提纯方面做了较为突出的工作。纯净的有机酸,1824,年，德国化学家维勒用实验方法合成尿素。尿素的人工合成填补了无机物到有机物之间的鸿沟，开辟了有机物人工合成的新天地。,德国化学家凯库勒还把原子概念引入到有机化合物的研究中，并发现和确立了碳的四价结构，且有自身相结合的能力，提出了,“,碳链学说,”,。,建立了有机立体化学结构理论。,86,（四）元素周期律的发现,1829,年，德国化学家德贝莱纳首先开始对元素的原子量和化学性质之间的关系进行研究。他发现当时已知的,54,种元素中，可列出几个元素组，每组包括,3,个元素，同组内元素的性质相似。,1869,年，俄国化学家门捷列夫和德国化学家迈尔各自独立地发现了元素周期律。他们对当时已知的各种元素进行认真研究，根据化学活性的顺序，原子价的分类，原子量的大小等，制成了一个化学元素周期表。,为现代化学系统发展奠定了重要的理论基础。,87,88,四、生物学（一）细胞学说的建立,早在,17,世纪，显微镜刚刚问世的时候，物理学家,胡克,（,R.Hooke,）就在显微镜下看到软木薄片是由许多蜂窝状的小结构组成的现象。他将这些小结构命名为,“,细胞,”,，这是细胞一词的第一次出现。,1831,年，英国医生,布朗,（,R.Brown,）发现了植物细胞的细胞核。,1835,年，捷克人普金野（,Pukinje,）又发现了母鸡卵细胞的细胞质。,德国植物学家,施莱登,和动物学家,施旺,于,1838,年和,1839,年先后创立了细胞学说。：即一切植物和动物都是由细胞构成的，细胞是生命的结构和功能的基本单位。,细胞学说一经确立，马上显示出其生命力，大大促进了生物学的发展。,-,细胞的全能性,-,组织培养、克隆技术,细胞学说的产生，要归功于德国自然哲学的兴起和消色差显微镜的使用。,89,细胞形态的多样性,酵母,菌,植物纤维细胞,植物表皮细胞,动物精子,90,（二）生物分类学的形成,人为分类。这种分类主要从人的认识角度把生物分成不同的类型，把生物划分成不连续的一个阶梯序列。,自然分类。这种分类根据物种的连续性和亲缘关系，把它们的一切特征和器官加以比较，进行分类。,生物分类学的代表人物是瑞典生物学家林耐,1735,年，林耐出版了他的名著,自然系统,91,林奈：生物分类学,建立人为分类体系和双名制命名法（属种）,自然界的分类：,动物界，,6,纲：哺乳、鸟、两栖、鱼、昆虫、蠕虫,植物界，,24,纲、,116,目、,1,千多属、,1,万多种（按性器官来划分）,矿物界,“,人为体系只有在自然体系尚未发现以前才用得着；人为体系只告诉我们辨识植物，自然体系却能把植物的本性告诉我们。,”,自然系统,（,1735,1768,）,12,版，,12,1327,92,1.,分类的阶元（等级）,在自然分类系统中：界、门、纲、目、科、属、种七个阶元，分类地位更精确表达，在种以前的六个基本分类等级之间加入中间阶元,某一分类等级下可加设亚（,Sub-,），上可加设总,(Super-),，即：亚门、亚纲、亚目、亚科；总纲、总目、总科等,分类等级,93,界,Kingdom,门,Phylum,亚门,Subphylum,总纲,Superclass,纲,Class,亚纲,Subclass,总目,Superorder,目,Order,亚目,Suborder,总科,Superfamily(-oidea),科,Family(,idae),亚科,Subfamily(,inae),属,Genus,亚属,Subgenus,种,Species,亚种,Subspecies,94,野猪所属的各级分类单位,动物界,(Animalia),脊索动物门,(Chordata),，,脊椎亚门,(Vertebrata),哺乳纲,(Mammalia),真兽亚纲,(Eutheria),偶蹄目,(Artiodactyla),不反刍亚目,(Non-Ruminantia),猪科,(Suidae),猪属,(Sus),野猪种,(Sus scrofa L.),95,小家鼠所属的各级分类单位,动物界,(Animal),脊索动物门,(,Chordata,),脊椎动物亚门,(,Vertebrata,),哺乳纲,(,Mammalia,),啮齿目,(,Rodentia,),鼠科,(,Muridae,),小家鼠属,(,Mus,),小家鼠,(,M.musculus,),96,犬（,Canis familiaris Linne,） ：,动物界,(Animal),脊索动物门,(,Chordata,),哺乳纲,(,Mammalia,),食肉,目,(,Rodentia,),犬,科,犬,属,（,Canis,),家犬,(,amiliaris Hsapines,),97,人：,动物界,(Animal),脊索动物门,(,Chordata,),哺乳纲,(,Mammalia,),灵长目,科,-,人科,人属,Homo,智人,Hsapines,98,梅：,水稻,(Oryza sativa L.),：,界,-,植物界,界,-,植物界,门,-,被子植物门,门,-,被子植物门,纲,-,双子叶植物纲,纲,-,单子叶植物门,目,-,蔷薇目,目,-,禾本目,科,-,蔷薇科,科,-,禾本科,(Gramineae),属,-,樱桃属,Prunus,属,-,稻属,Oryza,种,-,梅树,mume,种,-,水稻,sative,99,（三）达尔文的进化论,1831,年随海军勘探船作历时五年的环球旅行，观察和收集了关于动植物和地质等方面的大量资料，经过综合与分析，形成了生物进化论的概念。,于,1859,年出版了名著,物种起源,。用极为丰富的材料，系统地说明了进化论。,100,五、生理学和遗传学,解剖学主要侧重研究人体的结构，生理学则主要侧重研究功能。,17,世纪后，生命科学面临一个根本的原则性选择问题：生命现象能否用非生命现象中发现的自然规律来解释？,19,世纪后，化学的发展推动了生理化学的研究。,101,(,一,),生理学,体液 指体内水及其中的溶质，,占体重,60,-70%,细胞内液,40%-45% ,组织间液,10%-15%,细胞外液20,%,-25%,血浆 5%,102,贝尔纳 的贡献,解决了动物肝脏的糖分生成作用和动物的合成能力。,最重要的贡献是最先把机体分为内环境和外环境，,103,（二）遗传学,达尔文,:,环境的影响看作是导致变异和把变异保持下去的原因。,孟德尔奥地利人，被称为现代遗传学之父。,孟德尔定律，该定律包括三个部分：显性定律；分离定律；自由组合定律（独立分配定律）。,一直到,20,世纪初，经过荷兰植物学家德佛里斯、德国植物学家柯灵斯、奥地利植物学家丘敬马克分别予以证实，孟德尔遗传定律才被确定下来。,1900,1909,年，约翰逊用,“,基因,”,一词代替,“,遗传因子,”,，并提出了,“,基因型,”,和,“,表现型,”,两个术语。,104,六、地质学,（一）,“,水成论,”,与,“,火成论,”,德国矿物学家维尔纳,:,地球表面最初是一片汪洋，所有岩层都是在海水中经沉淀、结晶而形成，后来由于全球水位突然下降，才使岩层露出水面，形成高山和陆地。,苏格兰地质学家赫顿,:,地心是熔融的岩石，当能量达到一定程度时，熔融的岩石就会冲破地壳喷发出来，固化为新岩层。,105,（二）,“,灾变论,”,与,“,渐变论,”,法国地质学家居维叶,:,由于发生过多次洪水灾变，才出现了不同的地层。,依据：因为地质考察发现，不同的地层中，有各种不同的化石，并且地层越深，其动植物化石的构造越简单，和现在的动植物形态差别也越大，有的种属已灭绝。,英国著名地质学家赖尔,:,自然作用，如风、雨、河流、海浪、潮汐、冰川、火山和地震等自然力，不断地侵蚀搬运以及沉积，就能改变地层表面的状况。,106,世界科学技术中心的转移,翻开近代科学技术发展的历史，我们可以看到一个带规律性的事实：在每一个历史时期，都有一个国家的发明创造特别多，科研成果硕果累累，科学技术人才荟萃，因而使这个国家成为那个历史时期的世界科学技术活动的中心。,随着科学技术转移之后都有经济上的转移，大体上说明科学技术走在前面，这就是历史的规律，是事物发展的必然。,107,近代以前：科学技术的中心？,奴隶制社会,古希腊,封建制社会,古中国,108,第一个中心：意大利（,1540-1610,）,在近代科学技术发展史上，意大利为什么首先成为世界科学的中心？,（,1,）欧洲的文艺复兴运动是先从意大利开始的。,（,2,）意大利是近代大学的发祥地。,走向衰败：天文学家布鲁诺被活活烧死，意大利的科学技术开始走向衰落。,109,第二个中心：英国（,1660-1730,）,资产阶级取得统治地位后，十分重视科学技术，更大规模地进行技术引进活动，在不同大学或不同部门工作的科学家们经常以某些大学为中心进行学术交流。,（,1,）以英王命名成立皇家学会，推动学术交流活动达到高峰,（,2,）坚持一条真理：没有借鉴和交流，就没有提高；没有学习和继承，就没有发展。,走向衰败：在牛顿死后，皇家学会充斥了游手好闲的纵绮子弟，优秀的科技人才严重缺乏，英国的科学便迅速衰落下去。,110,第三个中心：法国（,1770-1830,）,（,1,）采取了一系列措施，通过留学办学，改革和发展高等教育。,（,2,）加强大学的科学研究，实行政府拔款，创办了一批工程学院。,（,3,）重视人才，爱护人才，尊重人才,走向衰落：随着拿破仑的失败，法国的学校解体了，科学界,“,人员老化,”,，没有后继之人，法国科学也开始从顶峰跌落下来。,111,第四个中心：德国（,1810-1920,）,（,1,）有大天文学家开普勒的理论基础有煤矿发达的经济基础，为科学研究提供了科技支撑,（,2,）积极吸取了法国办教育和英国办工业的经验,（,3,）明确提出高等教育要实行,“,教学和研究相结合,”,的原则,（,4,）发挥大学的三大功能：育人功能、科研功能、服务功能。,112,