科学史论：现实与幻想——浙教版科学培训
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课件175张PPT。科学史论：
现实与幻想 自然如不能被目证那就不能被征服
W. C. 丹皮尔
最初，人们尝试用魔咒
来使大地丰产，
来使家禽牲畜不受摧残，
来使幼小者降生时平平安安。
?
接着，他们又祈求反复无常的天神，
不要降下大火与洪水的灾难；
他们的烟火缭绕的祭品，
在鲜血染红的祭坛上焚燃。
?
后来又有大胆的哲人和圣贤，
制定了一套固定不变的方案，
想用思维或神圣的书卷
来证明大自然应该如此这般。
?
但是大自然在微笑——史芬克斯式的笑脸。
注视着好景不常的哲人和圣贤，
她耐心地等了一会儿——
他们的方案就烟消云散。
?接着就来了一批热心人，地位比较卑贱，
他们并没有什么完整的方案，
满足于扮演跑龙套的角色，
只是观察、幻想和检验。
?
从此，在混沌一团中，
字谜画的碎片就渐次展现；
人们摸清了大自然的脾气，
服从大自然，又能控制大自然。
?
变化不已的图案在远方闪光；
但它的景象不断变幻，
却没有揭示出碎片的底细，
更没有揭示出字谜画的意义。
?
大自然在微笑——
仍然没有供出她内心的秘密；
她不可思议地保护着
猜不透的史芬克斯之谜。
1929年9月于多塞特郡希尔费尔德
绪论一、科学史的意义
二、科学史的内涵一、科学史的意义
（一）科学史有助于科学教学；
（二）科学史有助于理解科学的批判性和统一性；
（三）科学史有助于理解科学的社会性和哲学性。二、科学史的内涵
（一）科学的定义
（二）科学史的研究（一）科学的定义
1.科学的词源分析
西方“science”的词源分析；
中文“科学”的词源分析。
2.技术的词源分析
西方“technology”的词源分析；
中文“技术”的词源分析。
3.科学的概念理解西方“SCIENCE”词源分析从词源上讲，英文的“科学”即Science源于拉丁语的“scientia”，指静态的“知识、学问”，西方古代是没有科学这个词的，科学研究体现在“自然哲学”与“道德哲学”之中。
19世纪，自然科学从哲学中最终独立出来，1825年，科学家休厄尔创办“Physicist”（物理学家）一词，1833年，创办“Scientist”（科学家）一词，用来称呼像法拉第那些在实验室中探索自然奥秘、增进人类自然知识的人，从语源学的意义上标志着科学的独立，成为一种专门的职业，也就是今天所称的“Science”（自然科学的 简称）。中文“科学”的词源分析首先将Science翻译为“科学”的是日本的福泽谕吉，出现在其1872的著作《劝学篇》中，福泽谕吉将“科学”理解为“一科一学”，主要是认识到当时西方的“Science”都是“分科之学”。
中国的康有为将日本学者的翻译方法于1893年首次引进到中国，严复在翻译赫胥黎的《天演论》中第一次公开使用了这一翻译，而梁启超在《变法通议》中也使用了这一概念。
在中国古代，一直将科学称为“格致之学”。《礼记·大学》中指出“致知在格物，物格而后知至”，意思是为了辨别是非，首先要考察事物，获得知识。
西方“Technology”的词源分析 古代希腊语Techne就是人类生产的技艺（Art），或能力（Aptitude）;是与自然造化相对的人工技艺；
technic:偏重于工艺方法；
technique:偏重于具体的动手过程；
technology：技术的科学，技术学，理论知识；
Art 、skill：技能。中文“技术”的词源分析古汉语中的“技”和“术”的概念离生产技术远一些。“技”泛指才能、本领，如“凡执技从事上者，祝、史、射、御、医、卜及百工”（《礼记》）“术”是凡能达到目的的均可称之为术。“夫圣贤之治世也，得其术则成功，失其术则事废。 ”（《论衡》）
古汉语接近“生产技术”的概念是“工”和“巧”。“发调工巧，造作器物” （《宋书》）；“无弓矢则无见其巧”（《荀子》）。先秦《考工记》“天有时、地有气、才有美、工有巧，合此四者可以为良”。
技艺 工艺 技巧 诀窍 技能……科学是一种特殊的认知方式，它追求清晰和条理性，不像艺术家那样因激情而丧失明晰和条理；它强调知识来源于经验，不像宗教强调知识来源于圣典；它追求理论与观测经验上的一致，不像神话恣意妄为地构造世界图景而不顾经验上的事实。
科学一开始就有两个来源，首先是好奇心（求知），第二个来源就是满足人类的物质生活需要（技术）。
科学，就其本质而言，是在技术所开辟的意义世界中突现的一种高级的文明形式。它从多种技术中吸取营养，但超越了它们。它的核心是，把理性作为自己基本的人文思想。理性从来就是一种人性的构造，而不只是人类与周围的生活环境相协调的一种手段和方式。现代自然科学已经形成了内容丰富多样、门类齐全、结构完整的庞大体系，科学分类任务艰巨而复杂，并且有争论。其中一种较为普遍的意见是从各门学科的研究对象、目的和功能出发进行分类。把整个自然科学分为基础科学、技术科学和工程科学三类。（二）科学史的研究
1.科学编年史的三个阶段
第一阶段是以萨顿为代表的实证主义的编年史方法；
《科学史导论》
第二阶段是以亚历山大?柯瓦雷为代表的思想史编史方法；
《伽利略研究》
第三阶段是以默顿和贝尔纳为代表的社会史编史方法。
《十七世纪英格兰的科学、技术与社会》、《科学的社会功能》
2.综合科学技术史
正如萨顿所说，科学作为人类文明这个统一整体中的一部分的历史事实。 人猿相揖别。 只几个石头磨过， 小儿时节。 铜铁炉中翻火焰， 为问何时猜得？ 不过几千寒热。 人世难逢开口笑， 上疆场彼此弯弓月。 流遍了 郊原血。 一篇读罢头飞雪， 但记得斑斑点点， 几行陈迹。 五帝三皇神圣事， 骗了无涯过客。 有多少风流人物？ 盗跖庄蹻流誉后， 更陈王奋起挥黄铖。 歌未竟， 东方白。 贺新郎·读史----毛泽东史前史大约150亿— 120亿年前 宇宙“大爆炸”
大约40亿年前 地球诞生
10亿—百万年 生物进化
距今6500万年 “大灾变”—恐龙灭绝
距今400万年 猿人产生
距今20—30万年 旧石器时代 早期
公元前20万年—4万年 旧石器时代 中期
公元前4万年—1.2万年 旧石器时代 晚期
公元前1.2万年—5000年 中石器时代
公元前5000—3000年 新石器时代
公元前3000—1000年 青铜器时代
公元前1000—200年 铁器时代
在早期阶段，人们对科学的探索差不多普遍地走错了路。
以同类事物可以感应相生，企图在交感巫术中感知世界；
以为自然界必定有精灵主宰，用宗教仪式讨好精灵；
以观察星辰、行星的运动，用占星术预测命运之神的来临。
古代埃及和巴比伦，积累了一定经验知识，希腊爱奥尼亚的自然哲学家创立科学。泰勒斯和毕达哥拉斯创立了《几何学》。300年后，亚历山大里亚的欧几里得才将古代几何系统化。
自然哲学家留基伯、德谟克里特创立原子论。
苏格拉底和柏拉图的雅典学派兴起，形而上学代替爱奥尼亚的自然哲学。
亚历山大大帝把希腊文明带到东方。阿里斯塔克、阿基米德和希帕恰斯提出了有限的问题。
罗马还陷落前，西方科学进入黑暗时代，早期教会把基督教义、新柏拉图主义哲学和从东方祭仪宗教的要素融合，形成基督教义第一次大综合。柏拉图和奥古斯丁的哲学占主导地位。到13世纪，亚里士多德的著作被翻译拉丁语。对托马斯·阿奎那把基督教义同亚里士多德的哲学和科学融合，提出了经院哲学。
在中世纪蛊惑人心的巫术、占星术和迷信的浊流中，托马斯派哲学包含了托勒密的地球中心的天文学和亚里士多德的拟人观物理学及许多错误的见解。
由伽利略开始的工作，至牛顿集其大成，形成了物理学上的第一次大综合。但他的门徒，把牛顿的科学变成了机械论的哲学。然而，有些头脑清醒的人认识到科学不一定能提示存在。（如康德和黑格尔的门徒就走进了德国唯心主义，同当代脱离关系）——科学与哲学的一次分离
19世纪下半叶，机械观扩大到生物学（达尔文的自然选择说）、生理学（有机体的整体性）。
从1895年起，物理学中又产生一种发人深思的新情况。汤姆生的原子模型、卢瑟福的原子核结构模型、普朗克恒量、玻尔的量子论、海森堡的微分议程原子结构学说，薛定谔的电子波粒二象性……
要想观照生命，看到生命的整体，我们需要科学，也需要伦理学、艺术和哲学。科学的演进中世纪16.17世纪18世纪19世纪20世纪 欧洲黑暗年代
阿拉伯人的科技
中国独立发展的科技
西学东渐
欧洲学术复兴文艺复兴、宗教改革和地理大发现
哥白尼革命
牛顿时代的确立
化学的诞生
近代生命科学的肇始
机械自然观确立工业技术兴起
天文学
化学革命
科学精神的传播电磁学、光学的完善
热力学与能量定律的建立
原子论的兴起
天文学
进化论的创立
生物学
科学的技术革命物理学的新时代
宇宙学兴起
微粒子发现
遗传学的建立
现代地学
原子能时代
空间技术
生物技术21st century古代经典体系的解构东方古老文明
希腊科学精神的起源科学的演进一、起源：两个源头的追溯
二、中世纪：渐起的东方
三、16、17世纪：近代科学的诞生
四、18世纪：技术革命与理性启蒙
五、19世纪：古典科学与科学技术化
六、20世纪：生命、宇宙与高技术发展
七、21世纪：经典体系的解构与延伸一、起源：两个源头的追溯
文明的起源——美索不达米亚——埃及——印度——中国——希腊和希腊哲学——古典时代的科学——爱奥尼亚哲学家——毕达哥拉斯学派——物质问题——原子论思想——希腊医学——智者学派——柏拉图学园——亚里士多德——希腊化的文明——欧几里德——阿基米德——阿里斯塔克和喜帕恰斯——亚历山大里亚学派——托勒密——炼金术——罗马时代——学术的衰落
（一）东方古老文明
（二）希腊科学精神的起源（一）东方古老文明1.美索不达米亚（巴比伦王国）
数学：公元前３千年，开始使用十进位与六十进位计算制度；公元前2500年就能计算矩形面积和长方体体积；计算圆和圆柱体体积时取π为３；制定了平方、立方、平方根、立方根的数字表；求解某些一次、二次、甚至三次方程；用等比级数和等差级数表示月亮的辉度。
天文学：最早发现日食、月食的周期；发现了五大行星——水、火、金、木、土；记录了太阳、月亮运行的有关数据和肉眼可见的星星位置，并且绘出详细的星座图，甚至有些星象家似乎还可以认识到地球是一个球体。历法：星期——星的日期。以日、月、火、水、木、金、土来命名一周中的七天。太阳日是星期日、月亮日是星期一、火星日是星期二、水星日是星期三、木星日是星期四、金星日是星期五、土星日是星期六。这就是七天一星期的最早
起源。此外，巴比伦人还认为一昼夜24小时，每小时60分钟，这种时间的划分法一直保存到今天。
建筑业：世界古代七大建筑奇观之一：“空中花园”。楔形文字2.古埃及
古埃及经历了前王朝时期、早期王国时期（第一、二） 、古王国时期（第三至第八）、中王国时期（第九至第十七）、新王国时期即帝国时期（第十八至第二十）、衰败时期（第二十一至第三十一），共记31个王朝。
前王朝时期，埃及分上埃及（南部）、下埃及（北部），大约在公元前3500~3000年之间，上埃及国王美尼斯统一埃及建立第一王朝，直到公元前332年亚历山大大帝征服埃及为止，共经历了31个王朝。
数学:每年的6至9月尼罗河定期泛滥,土地需要重新丈量,于是产生了高水平的几何.比如:计算圆的面积,当时所用的圆周率π=3.1605:能够计算三角形、长方形、梯形面积及立方体、柱体的体积。 历法：埃及人发现尼罗河泛滥之间总是相隔365天,另外还发现每当天狼星与太阳同时从地平线升起时,尼罗河就开始泛滥,于是他们把一年定为365天,而把天狼星与太阳同时从地平线升起的那一天,作为一年的起点.一年分为12个月,每月30天,余下的5天作为年终节日,这就是古埃及的太阳历。公元前46年罗马在太阳历的基础上进行了修改，称为儒略历。后来到了1582年，罗马教皇(格列高利十三世)组织一批天文学家，根据存在的问题，对儒略历进行了修改，这就是人们所称的公历（或阳历）。另外古埃及人还绘制了星图。
建筑：金字塔和狮身人面像，埃及的第四王朝胡夫金字塔最大（略）。狮身人面像是胡夫的儿子建造的，雕像高20米,长57米，一只耳朵就有两米高。埃及金字塔十奇：
(1)穿越胡夫金字塔的子午线，恰好把地球上陆地与海洋分成相等的两部分；(2).其塔高乘上10亿,差不多等于地球与太阳的距离;(3).以二倍的塔高去除塔底的周长,恰好等于圆周率3.14159;(4).把生锈的首饰置于塔内,过了一段时间后,首饰锈斑全无;(5).把肉、蛋、奶等食品长时间储存于塔内,不会腐烂变质,其保鲜功能胜过现代冰箱;(6).经过脱水处理的鲜花置于塔内,经过一段时间后,花朵既不枯萎也不褪色,鲜艳如初;(7).用塔内放过的水冲洗伤口,伤口愈合得很快,胜过当今最好的药物愈合;(8).用塔内的水洗脸,皮肤变得细嫩;(9).用塔内的水浇树苗,树生长得非常茂盛;(10).一些科学家曾在塔内长时间居住,都产生了一种奇异的感觉,觉得体内增加了某种新的力量。医学:古埃及的医学较为发达,他们留下的较完整的医学草纸书有六、七部。其中埃伯斯草纸书（成书于第18王朝，约公元前1584~1320）是一部宽0.3米,厚20.23米的医学巨著。该书记载了许多病症的医疗方法，包括内科、妇科、眼科、解剖、生理、病理等多方面的知识，所载药方有877个。
木乃伊——埃及人认为人的尸体是灵魂的安息处，古埃及人有制作木乃伊的传统。其方法是掏去尸体内部的五脏，再用盐、香料、树脂等多种药物进行泡制以防腐败，风干后，用麻布包扎，使尸体得以保存，用这种方法保存的尸体就叫木乃伊。
古埃及文字:在早期王国以前,埃及人就发明了图形文字,经过长时期的演变形成了象形文字。象形文字多刻于金字塔、碑、庙宇墙壁等一些神圣的地方。纸草是古埃及盛产的一种植物，人们将其茎干切成薄片、压平、晒干，用来书写。但纸草时间长了会干燥并裂成碎片，所以能够保存至今的纸草文书很少。3.古印度
数学:古印度人发明了人们熟知的数码和零号。后来演变成阿拉伯数字。
(1)公元前5世纪,印度数学家创造了“零”的概念及其数字符号“0”.零号成为位值制计数法的精髓.同时创造了十进制的数值体系.(2)在几何学方面,人们已经知到了勾股定理,算出了圆周率等于3.1416.(3)创造了级数的求和方法,引入了负数和无理数运算等等.
医学:医学在古印度是颇受重视的一门学科之一成书于1世纪左右的《阿柔吠陀》(长寿知识)是古印度最早的一部医学著作,载有内科、外科、儿科、等许多疾病的治疗方法.《妙闻集》则记载了一些解剖学、生理、病理、内外科、妇科、儿科等知识,各类病症达1120种,对一些外科手术有相当高的水平,记载外科手术器材120种.古印度人识别了黄疸、麻风、天花、关节炎等病，并懂得如何使用驱虫药、免疫疫苗.
建筑:古印度人是最早使用烧制过的砖建造房屋的人,烧砖的发明是建筑技术史上的一件大事.5.希腊
按照历史的走向和科学发展特征,可以把这一时代划分为四个时期:爱奥尼亚时期、雅典时期、亚历山大时期和罗马时期.
爱奥尼亚时期、雅典时期—科学发展主要在希腊本土上展开，其主要形式或特点是自然哲学，即自然科学与哲学融为一体，这时的自然科学家同时又是哲学家。(公元前6~公元前3世纪)
亚历山大时期—这一时期科学发展的中心转向了亚历山大城，自然科学开始从自然哲学中分化出来，形成了独立的学科。(公元前3世纪~公元2世纪中叶)
罗马时期—这一时期自然科学的发展出现了停滞，无多大进展。(公元前2世纪中叶~公元5世纪)爱奥尼亚时期:代表人物泰勒斯（B·C624- B·C546），发展了几何学.毕达哥拉斯（ B·C580- B·C500）首先证明了勾股定理.德谟克利特（ B·C460- B·C370）主张万物的本原是原子,它是组成万物最小的、不可分割、不可改变的物质粒子.
雅典时期:代表人物亚里士多德(公元前384-322),是古希腊伟大的思想家、百科全书式的学者,是古代科学思想的主要代表.主要著作有：《物理学》、《论产生和消灭》、《天论》、《气象学》、《动物的历史》、《动物的结构》等.通过这些可以看出,亚里士多德在天文学、物理学、力学、化学、气象学、心理学、逻辑学、历史等方面都有所研究.在天文学上的主要观点 是,地球是球形,(原由:他认为, 在航海中,远方的来船总是先看到桅杆 后看到船身,甚至于可以看到水面是弯曲的.).亚历山大时期:(公元前3世纪~公元2世纪,约500年)代表人物欧几里德(公元前330~275,数学家）,名著有《几何原本》,给出了点、线、面等概念.代表人物阿波罗尼(公元前247~205,数学家),名著为《圆锥曲线论》，研究抛物线、椭圆、双曲线等,而且他第一个发现了双曲线有两支.
阿基米德(公元前287~212物理学家、数学家)，他是历史阶段上最早观察、实验同数学方法融为一体的科学家.他用实验方法发现了浮力原理和杠杆原理(著名的阿基米德定律).代表人物托勒密(约A · D100),他把古代的地心说发展成系统的地心说,他的地心说能够对行星运动作出十分精确的说明了.而且他在研究天文学的时候,采用了抽象模型的方法,在当时是一大进步.4.罗马时期: 罗马时期大约从公元前2世纪中叶到公元5世纪.古希腊灿烂的文化到罗马时期开始衰落.英国哲学家罗素(1872~1970)曾把罗马士兵杀害阿基米德看作是罗马扼杀创造性思维的象征.
古罗马时期值得提及的科学成就—儒略历法、普林尼的《博物志》。(1)儒略历法:公元前46年,当时罗马的独裁统治者儒略·凯撒(公元前100~公元前44)根据太阳的周期制定了“儒略历”,结束了古罗马历法的混乱局面.儒略历是阳历,它比较精确地符合地球上节气的变化,对农业生产很有利,所以很受人们的欢迎.但儒略历还不十分精确,到了公元1582年罗马教皇格列高利十三世宣布改革历法,颁布了新的历法,称为格列高利历,我们今日用的公历就是格列高利历.我国从1912年开始采用格列高利历,但同时保留我们自己的农历.
(2)普林尼的《博物志》:普林尼(公元23~79)生于意大利北部的新科莫(即今科莫).他是一位博物学家.普林尼广征博引编辑出版的37卷的大部头巨著《博物志》即《自然史》，汇集了古希腊、罗马时代的各种知识：从宇宙－地球－人；飞禽走兽－森林园艺；从科学研究－巫神活动，兼收并蓄，无所不包.这部巨著基本上是已有的经验知识的记述,理论上没有什么新鲜独到之处.
罗马时期的自然科学停滞不前的原因：第一:罗马帝国依靠农业和军事维持其统治,没有繁荣的商品市场刺激科学发展;第二:罗马人从古希腊人那里吸取了许多现成而直接可用的科学成果;第三:基督教的产生,极大地阻碍了科学的发展.二、中世纪：渐起的东方
中世纪——教会神父——黑暗时代——欧洲的改造——阿拉伯学派——中国科技发展与科学贡献——西学东渐与中国科技的衰落——欧洲学术复兴——托马斯?阿奎那——罗吉尔?培根——经院哲学的衰落西方不亮东方亮的中世纪
公元5世纪-----15世纪 西方中世纪
中国隋、唐、宋、元、明
明末科技四大名著：
李时珍《本草纲目》；
徐霞客《徐霞客游记》；
徐光启《农政全书》；
宋应星《天工开物》。 科学:农学、数学、医学、天文学、地学、物理学.
技术:冶金;采矿;瓷、漆器制造;造船;纺织;火药与火器;造纸术;建筑技术;水利工程.
农学—三千年前我国就已经有了关于某些农作物的记载.如:麦、稻、粟、稷等.古人在总结农业生产经验基础上,形成了376种农业专著,其中影响较大的有10多种.
数学—我国早在春秋时期就有了分数概念和九九表.
(1)战国时期的《周髀算经》:该著作完成于公元前1世纪.数学方面的成就主要有:勾股定理、分数运算和开平方的方法.
(2)东汉时期的《九章算术》:该书是我国古代最重要的一部数学著作,它标志我国古代数学体系的形成,对我国数学发展有着重要的影响.《九章算术》是按246个题目分成9章编写而成,故此而得名.
(3)南宋秦九韶的《数书九章》:秦九韶是南宋四川人.他的《数书九章》共18卷,按81个数学问题,分为9大类,每类各9个问题编排.其中最重要的成果就是高次方程的解法.包括二次、三次、以至十次.医学—中华民族自古以来在长期的医疗实践中形成了独具特色的中医、中药理论,它以内容丰富、功效神奇享誉中外,时至今日仍是一块挖不尽的宝藏.
(1)战国时期的黄帝内经：这是一部驰名中外的中医学经典著作，它以黄帝与岐伯、雷公等医师谈话、问答的方式讨论医学问题全书共18卷,分问素(9卷)、灵枢（9卷）.内容涉及生理、病理、药理、针灸、按摩、人体解剖等各个方面.其中针灸是我国独创.望、闻、问、切四项原则延用至今.黄帝内经是中医理论形成的标志.
(2)东汉张仲景的《伤寒杂病论》:张仲景(公元150~219)今河南省南阳县人，被尊为医圣.他的医术很全面, 《伤寒杂病论》具有很高的学术价值,是从古至今最有影响的著作之一.
(3)外科医生华佗:华佗(约145~208)是安徽亳县人,是汉末医学家,精通内、外、妇、儿、针灸等科,施针用药,简而有效.值得一提是,华佗积极倡导体育锻炼,认为这是治病强身的手段,为此他编了“五禽戏”,即模仿虎、鹿、熊、猿、鸟的动作而治病健身.其中“五禽戏”是模仿虎的前肢扑动,鹿的伸转头颈,熊的伏倒站起,猿的脚尖跳跃,鸟的展翅飞翔.
(4)明代李时珍的《本草纲目》:李时珍(1518~1593)生于今湖北蕲春县.《本草纲目》共载药理1892种,附方11096个.还绘制药物形态图形1100多幅,以及另外一些有价值的其它内容.四大发明及意义四大发明:
指南针的发明：北宋曾公亮
造纸术的发明：公元前2世纪 萱麻纸
公元105年 东汉蔡伦
印刷术的发明：汉代雕版印刷
公元1040年 北宋毕昇 活字印刷
火药的发明： 公元808年 唐代清虚字
意义:造纸术的发明为文化的创造、传播和继承提供了良好的载体。马克思指出：“火药、指南针、印刷术这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎、指南针打开了世界市场并建立了殖民地、而印刷术变成了新教的工具、总的来说变成了科学复兴的手段、变成了对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”
三、16、17世纪：近代科学的诞生
文艺复兴的起源——列奥纳多?达?芬奇——宗教改革——哥白尼——自然史、医学与化学——解剖学与生理学——植物学——科尔彻斯特的吉尔伯特——弗兰西斯?培根——开普勒——从笛卡尔到波义耳——怕斯卡尔与气压计——妖术——数学——科学的起源——牛顿时代
1.文艺复兴
2.牛顿时代
1.欧洲封建主义的瓦解与资本主义的兴起
1492年哥伦布发现新大陆
1947年达.迦马 到达印度
1519年麦哲伦完成环球旅行
2.文艺复兴与宗教改革
“真理求之于渊源，除实践之外，别无通达真理之路。”
“我是人,人的一切特性我无所不有.”
3.哥白尼创立日心说
1543年，波兰人哥白尼《天体运行论》
4.传播和发展日心说
1584年布鲁诺《论无限性、宇宙和诸世界》
1632年伽利略《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》
1609年德国开普勒《新天文学》、1619年《宇宙的和谐》：天文学的三大定律。 “两点之间直线距离未必最短”
伽利略(Galileo Galilei，1564～1642)意大利天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。 1564年2月15日生于意大利西北部的比萨城。
伽利略（1564~1642)生于意大利的比萨.巧合的是在他出世后三天文艺复兴时期著名的艺术家米开朗基罗逝世.伽利略的父亲是当时一位著名的音乐家和数学家,他的学术研究对伽利略产生很大影响,但他却希望儿子学医而不是数学.1581年伽利略被送到比萨大学学习医学.1583年,由于听了几次关于欧几里得几何学的演讲,伽利略很快对数学着迷.由于他执意不学医学,所以未取得学位就于1585年离开了比萨大学. 伽利略倾心于研究欧几里得的几何学和阿基米德的物理学,很快声名远扬,朋友们都称他为“新时代的阿基米德”.1632年,伽利略的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》 出版问世,但很快遭到罗马教会的查禁.1633年教会判处他终身监禁,此后一直在受监视之下在佛罗伦萨城外阿切特里的一幢别墅里.在这里,他继续他的力学研究.并致力于另外一部著作《两门新科学》的撰写,终于在1638年于荷兰的莱顿出版.此时他已双目失明.1642年1月9日在阿切特里的别墅里安然去世.现在伽利略被尊称为“近代物理学之父”.伽利略对经典力学的贡献(1)发现了自由落体定律:在伽利略时代人们对物体下落的认识还停留在亚里士多德的重物体比轻物体下落得快的水平,伽利略认为亚里士多德的观点是错误的,但要推翻这个错误结论必须进行证明.a．逻辑证明伽略所做的推理 大前提是:重物比轻物下落得快.假如把两个物体捆在一起,让它在与原来分别下落的相同条件下自由下落,那么,原来较轻的物体将会延缓较重物体的下落速度,也就是说这个复合体必然比原来较重的物体下落得慢.
另外按照亚里士多德的观点,还可以得出另一个结论:复合体比原来的较重物体下落得快.
可见,按照亚里士多德的物体下落速度与重量成正比的规定,将会产生自相矛盾的结果,因此亚里士多德的观点是错误的.
轻重重重结论一结论二复合体 慢于 较重物体复合体 快于 较重物体b．实验证明斯台文的实验(定性):斯台文(1548~1620)是荷兰工程师.他在伽利略之前作了一个反对亚里士多德观点的实验.实验过程:取两个铅球,其重量一个是另一个10倍,把它们从30英尺高同时丢下,落在一块木板上,它们发出的声音听上去就象一个声音一样,这个实验结果就说明了不同重量的物体下落的速度是一样的,从而否定了亚里士多德的观点.斯台文实验的示意图g10g30英尺伽利略的实验(定量):1609年伽利略设计了一个斜面实验.实验器材是一块长约6米,宽约4厘米,厚25－30厘米的木板,用其造成一个斜面.木板上刻有一条宽约1厘米磨得十分光滑的槽.另外还有若干个不同重量的小铜球.实验过程:让不同重量的小铜球分别沿斜面上的槽滚下,记下每单位时间内小球滚过的距离.通过各种倾斜度的反复实验,伽利略发现,不论是大球或小球,轻球或重球,在同样的时间内都滚过同样的距离.而且还总结出了时间t与距离s之间的的关系,即:以上就是自由落体定律.实验结论:在摩擦忽略不计的情况下,物体沿同一高度、不同倾斜度的斜面到达底端所需的时间相同,它们的末速度相同.因此,从同一高度下落的物体必将同时落地,与它们的重量无关,进而证明亚里士多德的重物体比轻物体先落地的观点是错误的.伽利略实验的示意图(2)发现了惯性运动斜面实验发现:球滚下一个斜面后,可以滚上另一个斜面 ,如果把途中的摩擦力可以忽略 不计的话,这个球可以滚到和出发点一样的高度,而与斜面的倾斜度无关;如果把后一个斜面放到水平位置,这个球就以匀速在这个面上滚下去,就这样伽利略又发现了惯性运动,推翻了亚里士多德关于物体运动必须有力连续作用的观点. 惯性运动的发现证明了物体不仅有保持其静止状态不变的的特性,而且有保持 其匀速直线 运动状态不变的特性.结论：物体维持其原来的运动状态,并不需要外力,外力是改变其原有运动状态的原因.(3)发展了抛物体运动轨迹理论 伽利略用几何方法证明:平抛运动可以分解为两种运动:一是水平面方向的匀速直线 运动,根据惯性原理,它使物体 始终保持这一运动不变.另一个是在引力 作用下,沿垂直方向上的自由落体运动,这一运动使物体在这个方向上的速度按时间成正比例地增加.这两种运动综合起来,便得出路程为抛物线状. 他还证明了为什么在抛射角为45o时射程最远.匀速直线运动自由落体运动5.近代实验方法的使用和实验科学的兴起
伽利略的三个重要力学发现
— 单摆等时 自由落体 运动叠加
6.牛顿构建经典力学体系
牛顿三大运动定律
《自然哲学的数学原理》1687年
7.真空问题
托里拆利，帕斯卡，盖里克，波义尔
水银拄－－海拔－－马德堡－压强定律
8.其他：莱顿瓶，库仑定律，伏打电池 上帝说：“让牛顿出世。”
牛顿， 1642年12月25日生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村,1727年3月20日在伦敦病逝。是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。
数学－发明微积分； 天文学－万有引力定律； 力学－三大定律； 光学－发现太阳光谱，发明反射望远镜．地球月球地球的引力万有引力的发现第一,牛顿根据开普勒行星运动第一定律和伽利略的惯性定律,认为行星若以椭圆轨道绕日运行,而不是匀速直线运动,就得连续不断地改变方向,因而必须有力连续作用其上.第二,牛顿用数学方法证明了开普勒的第二定律,即如果面积、速度是常量,行星与太阳的连线在相等时间内所扫过的面积相等的话,那末那个连续作用于行星的力,就是沿着径向方向的向心力.第三,牛顿根据开普勒的第三定律,联系惠更斯的向心加速度公式,证明了向心力的大小与行星到太阳的距离的平方成反比.第四,牛顿又假定:这一引力的大小不仅与物体间的距离平方成反比,而且与两个物体的质量的乘积成正比,用公式可以表示成:牛顿在发现万有引力定律中的特殊功绩第一:他把其他科学家以为只是局部天体之间的引力作用推广到宇宙中一切具有质量的物体之间;第二,从理论上精确计算出这种引力的大小; 第三,证明了任何两个物体间的万有引力可以看作集中作用于物体 的质点 上;第四,从万有引力定律可以推出行星运动的三定律.牛顿对经典力学的综合经典力学体系的建立:1687年出版了《自然哲学的数学原理》，第一次把地面力学和天体力学统一起来，建立起了经典力学体系. 在该书中,他首先给出了力学的基本概念,如质量、动量、惯性、力及向心力下了定义,说明了绝对时间和绝对空间的含义牛顿的运动三定律运动第一定律:是在伽利略发现的惯性运动基础上由牛顿 扩展而成的.牛顿的表速是:任何物体将保持它的静止状态或匀速直线运动状态,直到外力作用迫使它改变这种状态为止.现在通常的表述是:任何物体在不受外力作用(或所受外力之和为零)时,将保持静止状态或匀速直线运动状态不变.运动第二定律:牛顿对运动第二定律的原始表述是:运动的变化与所施的力成正比,并沿力的作用方向发生.根据牛顿的相关表述,经计算就可以得到:质量的物理意义:说明:一定,越大,所需要的力就越大.运动第三定律:牛顿的原始表述是:每一个作用总是有一个相等的作用和它相对抗;或者说,两物体彼此之间的相互作用永远相等,并且各自指向对方.现在的表述:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上.碰撞9.血液循环的发现与植物分类体系的建立
维萨里 《人体的构造》1543年
威廉·哈维《心血运动论》1628年
“哈维由于发现了血液循环而把生理学确立为科学”
卡尔·林耐《自然系统》1735年
植物分类：纲、目、属、种
现代植物分类：门、纲、亚纲、目、科、属、种
10.科学化学的确立与燃烧理论
波义耳《怀疑的化学家》1666年
拉瓦锡《燃烧概论》1777年
11.数学的发展
笛卡儿建立解析几何 1637年
牛顿和莱布尼茨创立微积分 1671年
“数学中的转折点是笛卡儿的变数。有了变数，运动进入了数学，有了变数，辩证法进入了数学，有了变数，微积分也就立刻成为必要的了，而它们也就立刻产生，并且是由牛顿和莱布尼茨大体上完成的。”
哥伦布（1451年---1506年），意大利人，发现新大陆，1492年
哥白尼（1473年---1543年），波兰人，《天体运行论》，1543年
麦哲伦（1480年---1521年），葡萄牙人，完成环球航行，1519年
布鲁诺（1548年---1600年），意大利人，《论无限、宇宙和诸世界》，1584年
伽利略（1564年---1642年），意大利人，《两大世界体系的对话》，1632年
开普勒（1571年---1631年），德国人，天体运行三大定律，1609年，1619年
维萨里（1514年---1564年），比利时人，《人体构造》，1543年
哈维（1578年---1657年），英国人，《心血运动论》，1628年
笛卡尔（1596---1650年），法国人，《方法论》，1637年
波义尔（1627年---1691年），英国人，《怀疑的化学家》，1666年
惠更斯（1629年—1695年）,荷兰人,《论光》1690年
胡克（1635年---1703年），英国人，弹性定律，发现细胞牛顿（1643年---1727年），英国人，《自然哲学的数学原理》，1687年
莱布尼茨（1646年---1716年），德国人，微积分
莎士比亚（1451年---1506年），英国人，戏剧大师
塞万提斯（1547年---1616年），西班牙《堂吉诃德》
达芬奇（1452年---1519年），意大利人，艺术家、数学家、机械学家
莫里哀（1622年---1673年），法国人，戏剧家
笛福（1660---1731年），英国人，《鲁宾逊漂流记》
斯威夫特（1667年---1745年），英国《格列佛游记》1726年
拉伯雷（1483年---1553年），法国人，《巨人传》
弥尔顿（1608年---1674年），英国人，《失乐园》
拉斐尔（1483年---1520年），意大利，艺术家
米开朗基罗（1475年---1520年），意大利，艺术家
马赛雅维利（1469年---1527年），比利时人，《君主论》，政治学之父
托马斯·莫尔（1478年---1535年），英国人，《乌托邦》
马丁·路德（1483年---1546年），德国人，宗教改革家
加尔文（1509年---1564年），法国人，《基督教原理》郑和 1433年第七次下西洋
徐光启（1562年---1633年），中国《农政全书》1609年
李时珍（1518年---1593年），中国《本草纲目》1596年
徐霞客（1587年---1641年），中国《徐霞客游记》
罗贯中（1330年---1400年），中国《三国演义》
吴承恩（1500年---1582年），中国《西游记》四、18世纪：技术革命与理性启蒙
英国产业革命——法国启蒙运动——分析力学与热电学——数学与天文学——化学——植物学、动物学与生理学——地理发现——从洛克到康德——决定论与唯物主义
1.产业革命与启蒙运动
2.力学的分析化与热学、电学的早期发展
3.18世纪的天文学
4.化学革命
5.进化思想的起源法国的思想启蒙运动和百科全书派的影响
伏尔泰、孟德斯鸠、狄德多、卢梭
1、对于科学家委以重任
2、强化科研组织、发展科学教育
3、大力引进技术，实行拿来主义五、19世纪：古典科学与科学技术化
科学时代——数学——物理学——电流——电流的其他性质——光的波动说——电磁感应——电磁力场——热与能量守恒——气体运动说——热力学——光谱分析——电波——有机化学——生理学——微生物与细菌学——地质学——达尔文——进化论与自然选择——人类学——运输机械的革命——电力革命
1.19世纪的物理学
2.19世纪的生物学
3.19世纪的科学与哲学思想一.电流的磁效应:奥斯特、安培18世纪行将结束之际，电学达到了它的最高成就－库仑定律．但是电与磁之间的联系依然未被正确认识．吉尔伯特在当时认为电与磁没有什么共同性．这一看法延续了很长时间，库仑也探讨过电与磁的相关性，但在实验上一无所获，结果也相信电与磁没什么关系．19世纪电磁学的大发展正从认识到电磁的内在统一性开始的．1.奥斯特:丹麦物理学家(1777~1851)青年时代就是康德哲学的崇拜者，1799年的博士论文讨论的就是康德哲学．后来他周游欧洲，成了德国自然哲学派的追随者．1806年回国后，被母校哥本哈根大学聘为教授．2.奥斯特的研究工作:奥斯特一直坚信电磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁．在1812年的一本书中，奥斯特推测，既然电流通过较细的导线会产生热，那么通过更细的导线就可能发光．导线的直径再小下去，还可能产生磁效应．沿着这个思路，奥斯特做了许多实验，但都没有取得成功． 1819年冬天，他受命于主持一个电磁讲座，有机会继续研究电流的磁效应问题．他产生了一个新的想法，即电流的磁效应可能不在电流流动的方向上．为了验证这个想法，他于次年春设计了几个实验，但还都没有成功．1820年4月，在一次讲座快要结束时，他灵机一动又重复了这个实验，果然发现电流接通时附近的小磁针动了一下．奥斯特惊喜万分，又反复实验，终于在1820年7月发表了《关于磁针上电流碰撞的实验》的论文。论文指出，电流所产生的磁力既不与电流方向相同也不与之相反，而是与电流方向相垂直。还指出，电流对周围磁针的影响可以透过各种非磁性物质。3.安培:法国物理学家（1775~1836)生于一个富裕的商人之家．据说他是一个心不在焉的教授，常常沉入思考而忘记周围的一切，有一次连拿破仑的宴会.都忘了去，但他是一位天才物理学家，不仅具有良好的数学基础，而且精于实验．4.安培的研究工作:奥斯特的发现马上轰动了整个欧洲科学界.安培敏锐地感到这一发现的重要性,第二天即重复了奥斯特的实验.一周后,他向科学院提交了第一篇论文,提出了磁针转动方向与电流方向相关判定的右手定则.再一周后,他向科学院提交了第二篇论文,讨论了平行载流导线之间的相互作用问题.1820年底,安培提出了著名的安培定律.安培定律指出,两电流元之间的作用力与距离平方成反比.这一极为重要的定律构成了电动力学的基础.“电动力学”的概念也是安培首先提出来的,用来指研究运动电荷(电流)的科学.与之相对的是“电静力学”,库仑定律则是电静力学中的基本定律. 安培之前,“电流”的概念尚未形成一个科学的概念,安培把电流的方向规定为由正极指向负极.今天我们知到,电流的本质是电子由负极向正极的运动.安培的规定正好反了.奥斯特只是发现了电流对磁针的作用,而安培却在极短的时间里将这一发现推广到电流与电流之间的相互作用,并接连发现作用的方向与大小,给出了判定方向的方法及计算大小的公式.除此之外,1821年初,安培进一步提出了分子电流假说,他认为,物体内部每一个分子中都带有回旋电流,因而构成了物体的宏观磁性.17年后这一假说被证实.于是人们不得不惊叹安培过人的天才.二.欧姆定律1.欧姆:德国物理学家(1789~1854),生于埃尔兰根的匠人家里, 没有正式上过大学,只在埃尔兰根大学旁听过,以后一直当中学教师.2.欧姆定律的发现:欧姆热心于电学研究,曾多次测量过不同金属的导电率.起初,他所使用的伏打电池的电流不太稳定,使他的研究总是不理想.1822年,德国物理学家塞班克(1770~1831)发现了温差电效应,从而发明了温差电池.由于温差电池可以提供稳定的电流,这使欧姆金属导电率研究有了重大突破. 法国数学家傅里叶已经发现,热传导过程中热流量与两点间的温度差成正比.爱此启发,欧姆猜测电流表也应该与导线两端之间的某种驱动力成正比.他把这种驱动力叫做“验电力”,今天我们把它称之为电势差.要验证这一猜测,就必须测量电流的大小,但实际操作起来效果很差.就在奥斯特发现了电流的磁效应以后,欧姆依此原理设计了一种扭称,就可以很方便地测量电流的大小.就这样欧姆终于得出了著名的欧姆定律.欧姆将他的实验结果发表于1826年,次年又出版了《关于电路的数学研究》,给出了欧姆定律的理论推导.但他的成果在国内并未受到重视,甚至遭到非难.然而他的工作在国外越来越受到重视,伦敦皇家学会于1841年授予他科普利奖章,1842年接受他为会员.他的祖国终于认识到了他的价值.1849年,慕尼黑大学聘请他为教授,欧姆终于实现了他青年时代当一名大学教授的理想.三.法拉第的电磁感应定律1.法拉第:英国物理学家(1791~1867),他的一生是在逆境中顽强奋斗的一生. 既然电流有磁效应,科学家自然想到磁可能也会有电流效应.尽管许多人为此做了不少实验,但磁的电流效应并未立即被发现.直到奥斯特的发现十年后,才由法拉第和美国物理学家亨利完成了这一伟大壮举.2.实验过程:1824年,法拉第设计了一个实验,用以检验磁的电流效应.他让两根导线平行放置,然后在一根导线中通电,看看另一根导线中会不会有电流效应.他当时希望看到导线中产生稳定的电流,结果瞬间的电流感应未被他注意到.以后多次实验均无结果.A1831年8月29日,他又设计了一个新的实验.他在一个软铁环上绕了两段线圈,一段线圈与电池相连,另一个则与电流计相连.这时他发现当电流接通时,电流计产生了强烈的振荡,但不久回复到零位置,而当电流计断开时,电流计又发生同样的现象.法拉第起先不明白这里的含义.9月24日,他将与电流计相连的线圈绕在一个铁圆筒上,又发现每当磁铁接近或离开时,电流计都有短暂的反应,这表明,磁确实可以产生电,虽然只是短暂的.
AA 同年十月1日,法拉
第将两根绝缘铜线分别
绕在同一根木头上,形成
两组线圈,一组与电池相连,另一组与电流计相连.当电池接通或断开时,电流计指针跳动,随后就回到零位.17日,法拉第进一步发现,仅仅用一根永磁棒插入或拔出线圈,就能从与线圈相连的电流计中发现指针偏转.至此法拉第用实验证明了感生电流的存在.11月24日,他向皇家学会提交了一篇论文,报告了他的重大发现.
除此之外,1834年,法拉第还发现了自感现象.
3.意义:感生电流的发现有着重大的意义,它意味着通过连续地运动磁体可以不间断地得到电流.据说法拉第本人很快就做了一个模型发电机.电动机和发电机的问世预示着人类电气时代的到来. 值得一提的是,还有一个人与法拉第同时做出了电磁感应的伟大发现,他就是美国物理学家亨利(1797~1878).1830年,他就初步发现了电流引起的磁场在通电或断电时能产生瞬间电流.但他的实验结果一直没有发表,人们还是将电磁感应现象的发现归功于法拉第.4.法拉第的其它贡献:(1).创造的“场”和“力线”的概念,建立了电磁感应定律.(2).1845年法拉第发现了磁的旋光效应即著名的法拉第效应.次年又提出光的本性是电力线和磁力线的振动.这一看法后来被麦克斯韦发展成为光的电磁说.(3).预言了电磁波的存在.法拉第在1832年3月12日写给皇家学会一封信,信中说;“我认为,磁力从磁极出发的传播类似于起波纹的水面的振动或空气粒子的声振动,也就是说,我想把振动理论应用于磁现象,就像对声音所作的那样,而且这也是光现象最可能的解释.”四.麦克斯韦的电磁理论1.面临的问题:电磁学中的一些重要定律,如库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律均很快被数学－物理学家用严密精确的数学公式数学化.但这些理论还需要高度的综合化、系统化,最终形成严密系统的理论体系.2.麦克斯韦:英国物理学家(1831~1879).出生在爱丁堡一个名门望族,1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理.1850年考入剑桥大学,主攻数学物理学.1854年大学毕业,数学成绩非常优秀.1871年回到母校剑桥大学任实验物理学教授.在这期间他亲自创办了卡文迪许实验室.3.麦克斯韦的电磁理论研究(1).1855年麦克斯韦写了《论法拉第的力线》一文,第一次试图赋予法拉第的力线概念以数学形式,从而初步建立了电与磁之间的数学关系.麦克斯韦的理论表明,电与磁不能孤立地存在,总是不可分离地结合在一起.这篇论文发表在《英国科学促进会报告集》中,使法拉第的力线概念由一种直观的想象上升为
科学理论.
(2).1862年,麦克斯韦发表了第二篇论文《论物理学的力线》.在这篇论文中,他提出了自己首创的“位移电流”和“电磁场”等新概念,并在此基础上给出了电磁场理论的更完整的数学表述.
(3).1864年,麦克斯韦向皇家学会宣读了另一篇著名的论文《电磁场的动力学理论》.他认为,变化的电场必激发磁场,变化的磁场又激发电场,这种变化着的电场和磁场共同构成了统一的电磁场.电磁场以横波的形式在空间中传播,形成电磁波.(4).麦克斯韦提出了光的电磁理论.在建立了完整的电磁理论之后,麦克斯韦推算出了电磁波的传播速度,并发现与光速十分接近.于是麦克斯韦在他的书中写到:“电磁波的这种速度与光的速度如此之接近,好像我们有充分理由得出结论说,光本身是一种电磁干扰,它是波的形式,并按照电磁定律通过电磁场传播.”(1).1857年,麦克斯韦曾提出土星光环的颗粒构成理论.他认为:这个光环从地球上看上去很像一个圆盘,但如果它果真是一个固体或流体的结构,那么引力和离心力等作用必定会使它分崩离析,除非它是一条带状的小天体群,否则不会保持稳定.4.麦克斯韦其它方面的科学成就(2).麦克斯韦在分子运动论领域做出过重要贡献.他曾提出一个假想的实验以表明热量可以由低温向高温逆流,但环境要付出更大代价.1.赫兹简介:德国物理学家(1857～1894)。生于汉堡。父亲为律师，后任参议员；家庭富有。赫兹在少年时期就表现出对实验的兴趣，12岁时便有了木工工具和工作台，以后又有了车床，常常用以制作简单的实验仪器。1876年进入德累斯顿工学院学习工程,由于对自然科学的爱好,转入慕尼黑大学学习数学和物理，第二年又转入柏林大学，在亥姆霍兹指导下学习并进行研究工作。1880年他以纯理论性工作的《旋转导体电磁感应》论文获得博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1883年到基尔大学任教。1885～1889年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授，五.电磁波的实验发现1886年开始进行使他闻名世界的关于电磁波的实验工作。1889～1894年任波恩大学物理学教授接替R.克劳修斯的席位。1894年1月1日因血中毒而实施外科手术,手术失败不幸在波恩逝世，当时年仅36岁。为了纪念他发现电磁波的卓越贡献，将频率的单位命名为赫兹，现行国际单位制(SI)仍沿用。赫兹在物理学上的贡献主要是发现电磁波。2.电磁波的发现:第一阶段:从1878年开始,赫兹就至力于电磁波的实验研究.1886年,他在做放电实验时发现近处的线圈也发出火点,他敏锐地意识到这可能是电磁波在起作用.第二阶段:赫兹设计了一个振荡电路用来在两个金属球之间周期性地发出电火花,按照麦克斯韦理论,在电火花出现时应该有电磁波发出.然后赫兹又设计了一个有缺口的金属环状线圈,用来检测电磁波.结果,当振荡电路发出火花时,金属缺口处果然也有较小的火花出现.这也就证明了电磁波的确存在.第三阶段:赫兹进一步在不同的距离观测检测线圈,从而根据电火花的强度变化大致算出了电磁波的波长.最后,赫兹在1888年1月发表的相关论文当中证明了电磁波具有与光完全类似的特性,还证明了电磁波的传播速度与光速有相同的数量级.赫兹的实验发现不仅证明了麦克斯韦理论的正确,也为人类利用无线电波开辟了道路.赫兹实验示意图 3.电磁波的应用:发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。但是,赫兹研究电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开花结果了。 在发现电磁波不到 6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）、 无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真
（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学 ……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。 六、20世纪：生命、宇宙与高技术发展
生物学的地位——孟德尔与遗传——遗传的统计研究——生物物理学与生物化学——病毒——免疫——海洋学——遗传学——神经系统——心理学——新物理学——阴阳极射线——放射性——量子论——原子结构——玻尔学说——量子力学——相对论——相对论与万有引力——化学——河外星系——相对论与宇宙——天体物理——地质学——原子能时代——航空航天时代——信息技术时代——生物技术时代
1.生物学与人类学的进一步发展
2.物理学的新时代
3.恒星宇宙
4.20世纪的哲学19世纪末由于光学、电磁学、力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。
1900年４月27日，英国物理学家开尔文作了题为《热和光的动力理论上空的19世纪之乌云》的长篇讲演，指出经典物理学本来十分晴朗的天空上出现了两朵乌云－－以太漂移和黑体辐射。一．Ｘ射线的发现：起源于对阴极射线的研究１．起因：电磁学建立之后，人们对气体放电现象进行了深入研究。当时，人们首先想到的是在实验室条件下如何模拟大自然中的雷电现象。起初，人们把玻璃管中的气体加上高电压进行观察，果然得到了放电现象。实际上，物理学天空上的乌云何止两朵。大量的新现象与已成的完美体系的经典理论之间的矛盾日渐突出。也正是这两朵乌云带来了世纪之交的一场物理学革命，在这场革命中诞生了相对论和量子力学。(2)1859年，德国物理学家吕克（1801~1868）用“盖斯勒真空管”进行真空放电实验发现,当高压电荷通过放电管时,阴极一端出现放电现象,而对着阴极的管壁会发出绿色的辉光,成功地实现了人工放电.(3)1869年，德国物理学家希托夫（1824~1914）证明，放在阴极与玻璃壁之间的障碍物，可以在玻璃壁上投射阴影。(1)1854年，德国玻璃工盖斯勒（1814~1879）发明了以他的名字命名的真空管,为研究真空放电、发光现象提供了物质手段(4)1876年,德国物理学家戈尔茨坦(1850~1931)对“绿色辉光”作了解释 ,认为这是由阴极上产生的某种射线引起的，称为“阴极射线”。关于“阴极射线”的本质，当时德国一些科学家认为，它是一种光波。而英国物理学家克鲁克斯（1832~1919)等人则认为，阴极射线可能是某种微粒。(5)1879年，克鲁克斯自制了一种比盖斯勒真空管真空度更高的“克鲁克斯管”，再次进行放电实验，由于这种真空管真空度高，放电时没有辉光，克鲁克斯发现，从阴极射线射出的一种射线碰到玻璃管壁或硫化锌等物质时会发出荧光，特别是发现了阴极射线在磁场中会发生偏转，从而断定阴极射线是某种粒子流。 关于阴极射线的本质的争论，持续了20年之久，结果导致了几项轰动世界的重大发现，首先是Ｘ射线的发现（２）发现过程：1895年，伦琴也选用了克鲁克斯管重新进行阴极射线实验，目的是为了准确观察阴极射线的荧光作用。２．X射线的发现（１）伦琴简介：伦琴（1845~1923）生于德国．（略） 伦琴用黑纸将实验用的放电管严密地包裹起来，以免放电管受到外界环境干扰。准备就绪后，他接通了放电管的高压电源，在黑暗中，他发现１米以外的实验屏上闪烁着绿色的微光。经反复实验伦琴断定它是一种新的射线。３．Ｘ射线的特点：
（１）这种射线能激发荧光物质发光。
（２）能通过密封的黑色纸使照相底片感光。
（３）可以显示出衣袋里的钱币和手掌的骨骼，穿透力极强。
（４）不在磁场中偏转，说明它不是阴极射线。４．X射线发现的科学价值和意义: 第一,它迅速被用于外科诊断,X射线发现后的第4天,美国人就用于透视脚部弹片的位置。后来又应用到冶金学，成为研究晶体物质结构的一种手段。第二，Ｘ射线被誉为“领路鸟”，它的发现导致了元素放射性和电子的发现。 二．元素放射性的发现１．原由：元素放射性的发现源于人们对Ｘ射线源的探究．2．贝克勒尔简介：贝克勒尔（1852~1906)是法国物理学家,出生在巴黎.他受过良好的教育，1892年获得博士学位。1892年他开始在巴黎自然博物馆担任应用物理学教授。1895年贝克勒尔成为巴黎综合工科学校的物理学教授。1896年就是在这所学校他做出了使他成名的伟大发现。
3．贝克勒尔的实验研究（１）实验方法：采用硫酸钾铀作实验材料，将其包好，放在用黑纸包好的底片上，一起放在太阳光下爆晒．（２）实验结果：底片上显示出铀盐包的轮廓，即底片感光了．（３）初步结论：该荧光物质能发射出穿透不透光的纸的辐射，同时认为：底片感光是伴随荧光而产生的Ｘ射线引起的．（４）意外收获：因连续阴天，铀盐包无法在太阳底下爆晒发出荧光，但铀盐照样可以使底片感光．（５）推断结果：底片感光与铀盐是否经过爆晒而发荧光无关．这种现象必定是铀盐连续发出的一种类似Ｘ射线的神秘射线穿透黑纸所致．（６）进一步研究：发现：不论是荧光物质还是非荧光物质，只要是含铀的化合物，都能自动发出这种射线，而放出这种射线的物质就是铀．
－－人们把这种天然放射线称为“贝克勒尔射线”４．居里夫妇的研究（１）放射性仅仅是铀元素的一种性质．法国物理学家皮埃尔·居里(1859~1906)和玛丽·居里(1867~1934)发现铀的辐射强度正比于化合物中铀的含量，与化合物中其它元素无关，这说明放射性仅仅是铀的一种性质．（２）寻找放射性元素．1898年4月2日,居里夫人宣布发现钍元素具有放射性,这说明放射性决不是某个元素独有的性质。之后又通过异常艰苦而繁重的实验发现了放射性比铀强400倍的新元素钋（Po),接着同年12月又发现了放射性比铀强200万倍的镭（Ra）．最后用“分步结晶法”提炼出0.12克的浓缩镭化合物－－氯化镭,并测定了镭的原子量为225（现在已知镭的原子量是226）．5．元素放射性的发现的科学意义（１）它打破了以道尔顿为首的原子不可再分的陈旧观念，证明原子不是组成物质的最小单位，它还可以再分．（２）它预示人类将获取一种新能源－－原子能．元素在放出射线的同时产生大量的热能，即：用很少的物质，可以获得很高的能量．展示了能源的美好前景．６．天然射线的本质的研究（１）问题：天然射线的本质是什么？元素放出射线后变成了什么？（２）卢瑟福简介：卢瑟福（1871~1937）是新西兰籍英国物理学家．他生于新西兰的纳尔逊附近的泉林村，父亲是农民和工匠，母亲是乡村教师．1894年从坎特布雷学院毕业，1895年考取了大英博览会奖学金，进英国剑桥大学卡文迪许实验室学习．开始时以研究无线电为主，1896年接受卡文迪许实验室主任汤姆逊的建议，把研究方向转到放射性上．（３）天然射线的本质：1899年，卢瑟福等人通过把铀放在强磁铁环境中，令铀射线偏转，实验结果发现：天然射线是由两种带电的射线组成的．一种是带正电的射线（称为?射线），一种是带负电的射线（称为?射）．后来证明?射线就是氦核， ?射线就是负电子流． 1900年法国化学家维拉德（1860~1934）又发现天然射线中还包括一种不带电的射线，命名为?射线．1914年，卢瑟福等人证明， ?射线和Ｘ射线相似，也是一种电磁波，只是波长比Ｘ射线短得多．７．放射性元素的蜕变：经研究发现，原来的放射性元素放出射线后，变蜕变成其它元素，比如“镭”放射出?射线后变成“氡”． “镭”的同位素放射出?射线后变成钋．三．电子的发现１．两种观点：第一种是以赫兹、勒纳德（1862~1947）为首的以太波派．1892年，他们将放电管的壁上开个薄铝窗，发现阴极射线像阳光一样穿透铝窗，射入空气中，故认为阴极射线是一种以太波。第二种观点是以克鲁克斯和法国的佩兰为代表的微粒说，克鲁克斯曾用磁铁使阴极射线偏转，预示它是一种粒子流。1895年，佩兰发现，当磁极倒转时，射线就向反向偏转，说明它带有电荷，后来又证明它是从阴极发出的带负电的微粒流。２．汤姆逊简介：汤姆逊（1856~1940）是英国物理学家。出生于英国的曼彻斯特，他的父亲以售书为业，他是因为无钱学工程而学习物理的。在他取得学位之前，他的父亲就去世了，他只能靠助学金维持学业。1876年，他获得了剑桥的数学奖学金而进入剑桥大学三一学院深造；1906年，由于他在“气体导电方面的理论和实验研究”而获得了诺贝尔物理奖学金。
1897年,英国物理学家汤姆逊重新设计了克鲁克斯管，令阴极射线在电场和磁场中均发生偏转，证实了阴极射线是带电的微粒子流，并测得了微粒子的速度与它的荷子比 之间的关系，同时荷子比与电极材料无关，说明这种粒子是各种物质的共同组成．后来汤姆逊和美国物理学家米利肯（1868~1953)等人作了精密的测定和计算,得出了这种物质的电荷为(？)．利用所测得的荷质比的数值，可以算出这种粒子的质量为（？），约为氢原子质量的 ．这表明，这种粒子不再是一种假设，而是一种实实在在的物质粒子，它是原子的组成部分，这种粒子就采用了1891年英国物理学家斯通尼（1826~1911)的定名,称为“电子”.电子的发现实际上也是一个国际性的发现,但汤姆逊起了决定性的作用.３．阴极射线的本质是带电的微粒子流４．电子的发现的科学意义：电子的发现及其性质的研究，打开了原子世界的大门，开创了物理学的新时代，为量子力学的创立奠定了理论基础，成为通向这一王国的序曲，同时也揭开了电的本质，打消了人们对电的神秘感．量子理论的创立一．“紫外灾难”和普朗克量子论的诞生１．“紫外灾难”：1900年，英国物理学家瑞利(1843~1912)根据经典统计力学和电磁理论，推出了黑体辐射的能量分布公式．该公式在长波部分与实验比较符合，但在短波部分却出现了无穷值，而实验结果在短波部分趋于零．在短波部分理论与实验结果的严重背离，被称之为“紫外灾难”．２．维恩公式：1893年，德国物理学家维恩（1864~1928）发现黑体的温度(绝对温度)同所发射能量最大的波长成反比,称为维恩位移定律,这一定律是由麦克斯韦电磁理论推出来的.1896年他又通过半理论半经验的办法，找到了一个用来描述能量分布曲线的辐射定律，也叫维恩公式，这个定律在短波部分与实验相符，但在长波那部分却偏离很大．３．瑞利－爱因斯坦－金斯定律：1905年６月英国物理学家金斯（1877~1946）修正了瑞利定律,以后人们将其通称为瑞利－金斯定律．不过经考证爱因斯坦在金斯前三个月就提出了这一定律的正确形式．故这一定律应该称为瑞利－爱因斯坦－金斯定律．这一定律是从经典理论推出来的，它在长波部分渐近于实验曲线，但在短波部分却相差甚远，对此,1911年犹太血统的物理学家埃伦菲斯特（1880~1933)将其称为“紫外灾难”.这场“灾难”是经典物理无法克服的.４．普朗克量子论的诞生（２）普朗克公式的建立：普朗克早期从事热力学研究，1894年，开始把注意力转向了黑体辐射问题.1899年，他从热力学导出了维恩的辐射定律，同年年底得知维恩定律同实验有偏离．1900年10月7日，鲁本斯夫妇访问普朗克时，告诉他，瑞利于当年６月提出的辐射定律在长波部分同实验结果一至．（１）普朗克简介：普朗克（1858~1947)出生于德国的基尔，1867年随全家迁居慕尼黑．1874年普朗克考入慕尼黑大学．1879年转入柏林大学，取得博士学位，之后开始研究物理学．普朗克受到启发，他采用数学方法去寻找新的辐射定律，使它既在长波部分渐近于瑞利定律，又在短波部分渐近于维恩定律．当晚他把1899年的公式加以修改．得到了满足上述要求的公式－普朗克公式．３）量子论的诞生
为了寻找普朗克公式的理论根据，普朗克紧张地工作了两个多月，终于发现要对这个公式作出合理的解释，唯一可能的出路是做一个大胆的假设，即物体在发射和吸收辐射时，能量不是连续变化的，而是以一定数量的整数倍跳跃式地变化．也就是说，在辐射的发射或吸收过程中，能量不是无限可分的，而是有一个最小的单元．这个不可分的能量单元，普朗克称之为“能量”或“量子”．它的数值为普朗克恒量辐射频率1900年12月14日，普朗克向德国物理学会宣读了题为《关于正常光谱的能量分布定律的理论》一文，报告了他的大胆的假设，这就是量子论的诞生．（4）“能量子假说”的科学意义： “能量子假说”是对经典物理的重大突破，它引起了物理学理论的根本变革，导致了光量子论、玻尔原子结构模型、物质波的发现及量子力学的创立。爱因斯坦的光量子论（１）爱因斯坦简介：（略）（２）光量子论：爱因斯坦于1905年3月写了一篇论文《关于光的产生和转化的一个推测性的观点》.在文章中,爱因斯坦认为能量的不连续性不仅表现在辐射的发射和吸收过程中，即使在空间传播过程中辐射也是不连续的．也是由不可分割的一个个的能量子组成的．即：光在传播过程中，能量是不连续地分布于空间，它是由分立的能量子组成的．爱因斯坦把这些能量子称为“光量子”，也称为“光子”．光子的能量与它对应的光频率之间的关系为（３）光的本质：18世纪,物理学家们曾对此展开一场激烈的争论．一派是以牛顿为代表的微粒说．另一派是以惠更斯为代表的光的波动说．争论的结果微粒说胜利．19世纪，在大量事实的支持下，光的波动说又占了统治地位．20世纪初的1909年，爱因斯坦明确提出,光不仅具有粒子性,而且具有波动性,即:波粒二象性.最终使人们对光的本质有了全面的了解.(4)光电效应问题:所谓光电效应,就是指当以一定的频率范围的光照射金属表面时便会发射出电子来.对这一现象的解释,光的波动说无能为力,爱因斯坦用光量子论对其进行了轻而易举的、完美的说明，用十分简洁的语言彻底地解决了这个问题．（５）光电效应的解释：爱因斯坦认为，光电效应本质上是光子与电子交换能量的表现．当光子撞击到金属表面时，金属中的电子可以获得它的全部能量．这一能量可分为两部分，一部分用以克服金属表面吸引力所作的功；另一部分则变为电子的动能．（光电效应方程）（６）光量子论的实验验证：光量子论是经过美国两位实验物理学家米利肯（1868~1953)和康普顿（1892~1962)的工作得以确认.米利肯用了10年时间检验爱因斯坦的光电效应公式,结果同他的“一切希望相反”,光电效应公式是成立的.康普顿于1922年发现康普顿效应，并最终认识到这一效应只能用光量子论来解释．６．玻尔的原子结构理论（１）玻尔简介：玻尔（1885~1962）是推广、应用与发展量子论的又一科学家。玻尔出生在哥本哈根一个颇有声望的知识分子家庭，祖父是语言学家，父亲是哥本哈根大学生物学教授。玻尔18岁进入哥本哈根大学物理系学习。1911年入英国剑桥大学和曼彻斯特大学深造，在这里结识了他的良师益友卢瑟福，在他的鼓励和帮助下完成了他的原子结构理论。玻尔一直坚持量子论这块阵地，成为这场物理学革命中的风云人物以及这场革命的主力部队—哥本哈根学派的领导人。（2）卢瑟福的原子结构模型：1911年，他在前人各种模型基础上，并结合?粒子散射实验的结果进行推测：原子的正电荷必定要集中在半径为厘米的范围内，而原子的半径却有这说明原子内部大部分是空虚的，根据这一模型他推出了?粒子散射的公式。这一模型得到了德国物理学家盖革（1882~1945）和英国物理学家马斯登通过一系列?粒子对金属箔的散射实验所证实，并得到公认。厘米。（3）卢瑟福原子模型存在的问题:第一,未能说明电子怎样绕核运动;第二，不能解释原子的稳定性和原子的线状光谱。（4）玻尔的原子结构理论的主要内容：第一，1913年，他发表了三篇关于《原子和分子的结构》的长达71页的论文，其中提出了三条假设：
<1>电子只能在一些特定的圆形轨道上绕原子核运行,在这些轨道上,电子的角动量是
的整数倍。不同轨道的电子能量不同。
<2>电子在特定轨道上运行时，既不发射能量，也不吸收能量，是稳定的，玻尔称这种状态为定态。<3>当电子从高能量的轨道（定态）“跃迁”到较低能量的轨道时，就要发出辐射，辐射的频率满足下列关系式：反之，如果电子从低能量的轨道“跃迁”到高能量的轨道时，就是辐射的吸收过程。
第二，玻尔不仅用“定态”、“跃迁”概念成功地解释了原子的稳定性，而且用自己的理论对简单的氢原子结构作了详细的计算，所得结果与光谱分析所得的实验数据完全符合，使长期以来一直无法解释的经验公式得到了统一的理论解释。玻尔理论被爱因斯坦誉为“最伟大的发现之一”。玻尔也因此获得了1922年的诺贝尔物理学奖。（5）玻尔理论的局限性：玻尔没有完全抛弃经典物理的力场。其表现为：第一，他仍然把微观粒子当作古典力学的质点，仍然采用轨道概念，并用古典理论来计算轨道半径。第二，他的理论还不能很好地解释比氢原子更复杂的原子谱线。德布罗意的物质波理论（１）德布罗意简介：路易·德布罗意（1892—1987年）生于法国塞纳河畔迪埃普，出身于贵族，中学毕业后，他进入巴黎大学学习，最初学习历史、法律，1910年获学士学位。在学习期间受到他的哥哥莫里斯·德布罗意研究X射线的影响，对科学发生兴趣，大学毕业后改学物理，1913年获得“科学证书”。第一次世界大战期间，在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役六年。战后，他重新钻研物理并在他哥哥的实验室参加实验研究工作。1924年获巴黎大学科学博士学位，1928年任巴黎大学理论物理教授，1929年获得了诺贝尔物理学奖，1933年被选为法国科学院院士。他研究物质波是受了爱因斯坦光量子论的启发，他在晚年回忆中说：“经过长期的孤寂的思索和遐想之后，在1923年，我蓦然想到：爱因斯坦在1905年间作出的发现，应当加以推广，使它扩展到包括一切物质粒子，尤其是电子。（2）德布罗意的物质波思想：他认为爱因斯坦的光量子论公式不仅适用于光子，也适用于电子，也就是说，电子不仅具有粒子性，也具有波动性。它的波长为：注：v为电子在1伏特电位差的电场中的运动速度第二，他预言，电子穿过小孔时，会像光一样显现出衍射现象，第三，他还进一步提出，关于自由粒子的新的动力学和旧的动力学之间的关系，完全同波动光学和几何光学之间的关系一样（3）微观粒子的波粒二象性：德布罗意预言的电子波具有衍射现象，1927年经美国的戴维逊（1881~1958）和英国物理学家G.P.汤姆逊(1892~1975)所证实。实验证实了电子和光子一样，不仅具有粒子性，而且具有波动性。后来很多实验都证实，不仅电子而且质子、原子、分子都具有波动性。量子力学的的创立（一）海森堡的矩阵力学和测不准关系（1）海森堡简介：德国青年物理学家海森堡（1901~1976）早年就读于慕尼黑大学和哥廷根大学，1923年获博士学位后，于1924~1927年在哥本哈根物理研究所深造，在玻尔的领导下从事量子论的研究工作，在德布罗意之后创立了矩阵力学，提出了测不准关系。1932年因提出原子核是由质子和中子组成的理论，获得了诺贝尔物理学奖，晚年至力于统一场论的研究。（2）玻尔的原子结构理论的局限：海森堡在考察了玻尔的原子结构理论后，认为玻尔的轨道假说是一个不可观察的假说，实验依据不足，可以说是虚构的。第一，如果电子确实有轨道的话，应当在原子的定态特性和辐射特性中表现出来，但是任何实验都不能说明电子按一定轨道运行。第二，在观察中，人们只知道原子所发出的光的频率和强度这两个观察量。（3）海森堡的矩阵力学的建立：海森堡大胆地抛弃了轨道概念，在可观察到的原子发出的光的频率和强度这些光学量的基础上，以代数为工具，提出了一套数学方案，后经哥廷根大学物理学家玻恩（1882~1970）和他的学生约尔丹用数学的矩阵方法把海森堡的思想发展成系统的理论，即矩阵力学。（4）海森堡提出的测不准关系：海森堡认为，在微观世界中，对于质量极小的粒子 来说，每次观察都意味着对它们行为的重大干涉；宏观仪器对微观粒子 的干扰不可忽视，也无法控制，测量的结果同粒子的原来状态不完全相同，事实同测量本身直接相关，于是他提出了测不准关系。
目前测不准关系已被认为是微观粒子的客观特性，是表明微观粒子基本性质的一个重要原理，决不仅仅是当初所想的测量手段问题了。(二)薛定鄂的波动力学(1)薛定鄂简介:薛定鄂(1887~1961)是奥地利物理学家.其父是企业家,母亲是教授的女儿,研究过化学.薛定鄂是独生子,其父是他的“朋友、老师和不倦的谈话伙伴”。薛定鄂早年就读于维也纳大学，他兴趣广泛，多才多艺，喜欢语法、诗歌、戏剧，特别倾心于数学和物理，是一位能说4种语言，出过诗集的科学家。（2）薛定鄂方程：在爱因斯坦光量子论和德布罗意的物质波思想的启发下，试图找一个更为普遍的理论，于是他将德布罗意的物质波理论进行推广，最终找到了一个普遍适用的公式。其数学表达式为：注：式中，m为粒子的质量，w为粒子的总能量，V为粒子位于空间（x,y,z)点时的位能，?为波函数。（3）薛定鄂方程的意义：它深刻地揭示了微观客体的运动规律，提供了系统的、定量的处理原子结构问题的理论，是原子物理中应用最广的公式。(4)量子力学创立的重大意义:量子力学从普朗克开始,经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定鄂、狄拉克等人的努力，于20世纪30年代形成一种完整的理论体系,成为适用于自然界一切微观领域的普遍适用的理论,它从根本上改变了经典物理观念,为物理学的发展开辟了广阔的前景。相对论的创立一．“以太漂移”实验和相对论的先驱1.“以太”:该词原于希腊,意思为高空.1664年笛卡尔首先把它用于科学;胡克、惠更斯等人都假设“以太”存在，并用以解释光学现象；19世纪，科学家们把它当做光、电、磁现象的传播媒介而上升为物理学的中心研究课题，其代表人物为开尔文，该学派认为，“以太”是一种有弹性、可压缩的无引力、静止的固体。牛顿、麦克斯韦都借助于“以太”来完成他们的理论体系。2．“以太”遇到的困难：其一，既然“以太”是弹性固体，那么，行星沉浸在“以太”中进行运动总会受到阻滞作用，但是天文观测却从没有察觉出天体受到这种阻滞作用。其二，既然静止的“以太”充满了宇宙空间，那么，处于“以太”海洋中的地球要以每秒30公里的速度绕太阳运行，势必受到“以太”的阻力，地球上的人就应该感到有每秒30公里的“以太风”迎面吹来。
相对论就诞生于对“以太”遇到的困难的克服之中。3．寻找“以太”：1876－1887年，美国实验物理学家迈克尔逊（1852~1931）在美国化学家、物理学家莫雷的协助下，作了搜索“以太风”的实验－迈克尔逊-莫雷实验。该实验的精确度高达40亿分之一，观察了5年，丝毫没有“以太漂移”迹象。4．“以太”的命运：假如放弃“以太”说,又难以解释麦克斯韦的电磁波理论;假如承认“以太”说,又找不到证据.对此科学家们采取了两种不同的态度：一派仍维护“以太”假说，但要找一个办法能使其自圆其说，两全其美；另一派则抛弃“以太”说，另辟蹊径。但两派的工作结果实际上趋于一至。 维护“以太”说的科学家有荷兰物理学家洛伦兹（1853~1928）及爱尔兰物理家家斐兹杰惹（1851~1901）等人。主张抛弃“以太”说的科学家有彭加勒（1854~1921）和爱因斯坦。狭义相对论（新时空观）的创立１．两个基本假设：第一个假设是相对性原理，即物体运动状态的改变与选择任何一个参照系无关；第二个假设是光速不变原理，即对任何一个参照系而言，光速都是相同的。
爱因斯坦从两个基本假设及“同时性”的相对性出发，得出了新的结论－狭义相对论。２．狭义相对论第一，一个物体相对于观察者是静止的时候，它的长度测量值最大；如果相对于观察者以速度v运动时，那么沿相对运动方向上，它的长度要缩短，速度越快，缩短越大，即运动着的尺子要缩短，其长度收缩公式为：第二，时钟对于观察者静止时，走得快，如果它相对于观察者以速度v运动时，那么它就变慢了，即运动着的时钟要变慢，其时钟变慢公式为：３．狭义相对论的相关内容（1）宇宙没有标准钟和标准尺，时间、空间都与运动状态有关，随着物质运动速度的变化而改变。（2）在任何惯性系中，物体的运动速度都不能超过光速。3. 双生子佯谬（Twin paradox）有一对双生兄弟，其中一个跨上一宇宙飞船作长程太空旅行，而另一个则留在地球。结果当旅行者回到地球后，我们发现他比他留在地球的兄弟更年青。
但如果我们从宇宙飞船上的兄弟的角度去想这个问题，我们似乎会得出矛盾的结果：旅行者在宇宙飞船中会看到地球以高速离他而去，然后又高速回来。他可以认为他在地球上的兄弟才是移动时钟，所以是他的兄弟才会受时间膨胀所影响，而不是他自己。（4）物体的质量是它所含能量的量度，即：上述公式说明：利用很少的物质就能产生巨大的能量。这一公式奠定了原子能的理论基础。４．狭义相对论的重大意义：
第一，它从根本上抛弃了经典力学中牛顿的绝对时空观，牛顿把时空与物质运动割裂开来，认为空间“是与外界任何事物无关”的“绝对空间”，时间是“与任何其他外界事物无关”的“均匀的”、“流逝着”的绝对时间。
爱因斯坦认为时间、空间不仅与物质不可分割，而且随物质运动状态而改变，为辩证唯物主义关于时间、空间是物质的存在方式的原理提供了坚实的自然科学的证明。
第二，它否定了“以太”的存在。
第三，它揭示了时间、空间不可分割性，证明了时空存在着内在的、本质的联系。５．爱因斯坦的遗嘱:后事不发讣告,不建坟墓,不立纪念碑,免除花卉布置和音乐典礼,把骨灰洒在不为人知的地方.火葬仪式上,他的遗嘱执行人,宣读了德国诗人歌德为他的亡友席勒写的一首诗,以表对他的评价和怀念.这首诗是:
“我们都获益不浅，
全世界都感谢他的教诲；
那属于他个人的东西，
早已传遍广大人群，
他像行将陨灭的慧星，光华四射，
把无限的光芒同他的光芒永相结合。”广义相对论的创立１．广义相对论的实质：一种引力理论．２．广义相对论的主要思想：第一，现实的物质空间不是平直的欧几里德空间，而是弯曲的黎曼空间．第二，它的弯曲度取决于物质在空间的分布情况．物质密度大的地方，引力场的强度也大，空间弯曲得也厉害，时间也要相应地变慢。３．广义相对论的意义：它进一步否定了牛顿的绝对时空观，再一次证明时空的相对性、可变性，即时空不仅随物质运动状态的改变而改变，而且与物质分布的密度，即引力场强度密切相关。为辩证唯物主义的时空是物质的存在方式的原理提供了雄辩的证明。
系统科学
是以系统及其机理为对象，研究系统的类型、一般性质和活动规律的科学。
1、系统论—系统工程 1940
2、信息论 通信系统 1948
信息度量
提取信息技术
信息通道
信息编译
3、控制论 自动控制 1948
通信工程
计算机技术 以数学为纽带
统计力学
神经生理学
生物学环境科学
环境科学是研究社会、经济发展中出现的环境质量变化的科学，包括环境质量变化的起因、过程和后果，并找出解决环境问题的途径和技术的措施。
全球大气增温研究
臭氧层耗损原因和机理研究
酸雨形成机理研究
全球水污染研究生态学
生态学是研究生物有机体与无机环境之间相互关系的科学。
生理生态学
种群生态学
群落生态学
生态系统生态学
应用生态学信息技术
1、计算机技术
电子管、晶体管、小规模集成电路
大规模集成电路、
(神经网络、智能、光)计算机
2、通信技术
数据通讯、光纤通信、卫星通信、移动通信
3、网络技术
计算机网络、互联网材料技术
1、稀有贵重金属材料的利用
2、无机非金属材料加工
特种陶瓷、特种玻璃
3、高分子材料
塑料、合成橡胶、合成纤维
4、先进复合材料
导电复合材料、记忆合金
5、信息材料
半导体材料、信息传输材料、“超颖材料”能源技术
1、节约能源
余热：热电联供、热泵技术、热管技术
储能：抽水、压缩空气、新型蓄电池
高效：高效电机、节能照明、电热膜
2、新能源
太阳能、受控核能、地热、风、海、水
“风力发电”空间技术
1、人造地球卫星
1957年10月4日苏联发射83.2公斤的卫星；
1957年12月4日苏联发射500公斤的第二颗卫星；
1957年12月6日美国发射卫星爆炸；
1958年1月31日美国第一颗8.3公斤卫星上天；
2、运载火箭
1926年美国第一枚现代火箭升空
1943年德国造出V-2导弹，重6吨，射程300公里，6倍音速；
1957年苏联发射第一枚洲际导弹，射程8千公里。3、载人航天
1961年4月12日上午9时7分，苏联第一个载人航天器“东方1号”发射成功，尤里.加加林成功返回；
1961年5月5日，美国“自由7号”飞船升空，谢帕德在空中逗留15分钟；
1962年2月30日，美国真正实现载人航天，格伦乘坐“友谊7号”升空；
1969年7月16日9时32分美国阿波罗11号起飞，
7月20日，阿姆斯特朗率先登上月球。
生物技术
1、基因（Gene）工程
重组DNA技术 1973年美国；
1986年美国启动“人类基因组计划”，美、英、日、法、德、中科学家于2001年联合完成。
2、克隆（clone）技术
1938年德国人首先提出；
1952年美国人克隆蛙成功；
1997年2月，英国克隆羊“多莉”诞生；
后克隆牛、鼠、猴、猪等。
七、21世纪：经典体系的解构与延伸
经典的内部冲突——时间性的发现——霍金与普里戈金——还原论与古典科学——量子力学与整体论——系统科学——生态科学参考书《科学技术史》 张密生 主编
《世界史上的科学技术》詹姆斯·E·麦克莱伦第三
《自然辩证法》 恩格斯 著
《文明的历史》 高奇 著
《科学史》 丹皮尔著
《物理学史教程》 李艳平、申先甲 著
《中国科学技术史》 李约瑟著
《果壳中的宇宙》 史蒂芬· 霍金 著
《发明的故事》 德博诺 著
《科学的历程》 吴国盛 著
现实与幻想 自然如不能被目证那就不能被征服
W. C. 丹皮尔
最初，人们尝试用魔咒
来使大地丰产，
来使家禽牲畜不受摧残，
来使幼小者降生时平平安安。
?
接着，他们又祈求反复无常的天神，
不要降下大火与洪水的灾难；
他们的烟火缭绕的祭品，
在鲜血染红的祭坛上焚燃。
?
后来又有大胆的哲人和圣贤，
制定了一套固定不变的方案，
想用思维或神圣的书卷
来证明大自然应该如此这般。
?
但是大自然在微笑——史芬克斯式的笑脸。
注视着好景不常的哲人和圣贤，
她耐心地等了一会儿——
他们的方案就烟消云散。
?接着就来了一批热心人，地位比较卑贱，
他们并没有什么完整的方案，
满足于扮演跑龙套的角色，
只是观察、幻想和检验。
?
从此，在混沌一团中，
字谜画的碎片就渐次展现；
人们摸清了大自然的脾气，
服从大自然，又能控制大自然。
?
变化不已的图案在远方闪光；
但它的景象不断变幻，
却没有揭示出碎片的底细，
更没有揭示出字谜画的意义。
?
大自然在微笑——
仍然没有供出她内心的秘密；
她不可思议地保护着
猜不透的史芬克斯之谜。
1929年9月于多塞特郡希尔费尔德
绪论一、科学史的意义
二、科学史的内涵一、科学史的意义
（一）科学史有助于科学教学；
（二）科学史有助于理解科学的批判性和统一性；
（三）科学史有助于理解科学的社会性和哲学性。二、科学史的内涵
（一）科学的定义
（二）科学史的研究（一）科学的定义
1.科学的词源分析
西方“science”的词源分析；
中文“科学”的词源分析。
2.技术的词源分析
西方“technology”的词源分析；
中文“技术”的词源分析。
3.科学的概念理解西方“SCIENCE”词源分析从词源上讲，英文的“科学”即Science源于拉丁语的“scientia”，指静态的“知识、学问”，西方古代是没有科学这个词的，科学研究体现在“自然哲学”与“道德哲学”之中。
19世纪，自然科学从哲学中最终独立出来，1825年，科学家休厄尔创办“Physicist”（物理学家）一词，1833年，创办“Scientist”（科学家）一词，用来称呼像法拉第那些在实验室中探索自然奥秘、增进人类自然知识的人，从语源学的意义上标志着科学的独立，成为一种专门的职业，也就是今天所称的“Science”（自然科学的 简称）。中文“科学”的词源分析首先将Science翻译为“科学”的是日本的福泽谕吉，出现在其1872的著作《劝学篇》中，福泽谕吉将“科学”理解为“一科一学”，主要是认识到当时西方的“Science”都是“分科之学”。
中国的康有为将日本学者的翻译方法于1893年首次引进到中国，严复在翻译赫胥黎的《天演论》中第一次公开使用了这一翻译，而梁启超在《变法通议》中也使用了这一概念。
在中国古代，一直将科学称为“格致之学”。《礼记·大学》中指出“致知在格物，物格而后知至”，意思是为了辨别是非，首先要考察事物，获得知识。
西方“Technology”的词源分析 古代希腊语Techne就是人类生产的技艺（Art），或能力（Aptitude）;是与自然造化相对的人工技艺；
technic:偏重于工艺方法；
technique:偏重于具体的动手过程；
technology：技术的科学，技术学，理论知识；
Art 、skill：技能。中文“技术”的词源分析古汉语中的“技”和“术”的概念离生产技术远一些。“技”泛指才能、本领，如“凡执技从事上者，祝、史、射、御、医、卜及百工”（《礼记》）“术”是凡能达到目的的均可称之为术。“夫圣贤之治世也，得其术则成功，失其术则事废。 ”（《论衡》）
古汉语接近“生产技术”的概念是“工”和“巧”。“发调工巧，造作器物” （《宋书》）；“无弓矢则无见其巧”（《荀子》）。先秦《考工记》“天有时、地有气、才有美、工有巧，合此四者可以为良”。
技艺 工艺 技巧 诀窍 技能……科学是一种特殊的认知方式，它追求清晰和条理性，不像艺术家那样因激情而丧失明晰和条理；它强调知识来源于经验，不像宗教强调知识来源于圣典；它追求理论与观测经验上的一致，不像神话恣意妄为地构造世界图景而不顾经验上的事实。
科学一开始就有两个来源，首先是好奇心（求知），第二个来源就是满足人类的物质生活需要（技术）。
科学，就其本质而言，是在技术所开辟的意义世界中突现的一种高级的文明形式。它从多种技术中吸取营养，但超越了它们。它的核心是，把理性作为自己基本的人文思想。理性从来就是一种人性的构造，而不只是人类与周围的生活环境相协调的一种手段和方式。现代自然科学已经形成了内容丰富多样、门类齐全、结构完整的庞大体系，科学分类任务艰巨而复杂，并且有争论。其中一种较为普遍的意见是从各门学科的研究对象、目的和功能出发进行分类。把整个自然科学分为基础科学、技术科学和工程科学三类。（二）科学史的研究
1.科学编年史的三个阶段
第一阶段是以萨顿为代表的实证主义的编年史方法；
《科学史导论》
第二阶段是以亚历山大?柯瓦雷为代表的思想史编史方法；
《伽利略研究》
第三阶段是以默顿和贝尔纳为代表的社会史编史方法。
《十七世纪英格兰的科学、技术与社会》、《科学的社会功能》
2.综合科学技术史
正如萨顿所说，科学作为人类文明这个统一整体中的一部分的历史事实。 人猿相揖别。 只几个石头磨过， 小儿时节。 铜铁炉中翻火焰， 为问何时猜得？ 不过几千寒热。 人世难逢开口笑， 上疆场彼此弯弓月。 流遍了 郊原血。 一篇读罢头飞雪， 但记得斑斑点点， 几行陈迹。 五帝三皇神圣事， 骗了无涯过客。 有多少风流人物？ 盗跖庄蹻流誉后， 更陈王奋起挥黄铖。 歌未竟， 东方白。 贺新郎·读史----毛泽东史前史大约150亿— 120亿年前 宇宙“大爆炸”
大约40亿年前 地球诞生
10亿—百万年 生物进化
距今6500万年 “大灾变”—恐龙灭绝
距今400万年 猿人产生
距今20—30万年 旧石器时代 早期
公元前20万年—4万年 旧石器时代 中期
公元前4万年—1.2万年 旧石器时代 晚期
公元前1.2万年—5000年 中石器时代
公元前5000—3000年 新石器时代
公元前3000—1000年 青铜器时代
公元前1000—200年 铁器时代
在早期阶段，人们对科学的探索差不多普遍地走错了路。
以同类事物可以感应相生，企图在交感巫术中感知世界；
以为自然界必定有精灵主宰，用宗教仪式讨好精灵；
以观察星辰、行星的运动，用占星术预测命运之神的来临。
古代埃及和巴比伦，积累了一定经验知识，希腊爱奥尼亚的自然哲学家创立科学。泰勒斯和毕达哥拉斯创立了《几何学》。300年后，亚历山大里亚的欧几里得才将古代几何系统化。
自然哲学家留基伯、德谟克里特创立原子论。
苏格拉底和柏拉图的雅典学派兴起，形而上学代替爱奥尼亚的自然哲学。
亚历山大大帝把希腊文明带到东方。阿里斯塔克、阿基米德和希帕恰斯提出了有限的问题。
罗马还陷落前，西方科学进入黑暗时代，早期教会把基督教义、新柏拉图主义哲学和从东方祭仪宗教的要素融合，形成基督教义第一次大综合。柏拉图和奥古斯丁的哲学占主导地位。到13世纪，亚里士多德的著作被翻译拉丁语。对托马斯·阿奎那把基督教义同亚里士多德的哲学和科学融合，提出了经院哲学。
在中世纪蛊惑人心的巫术、占星术和迷信的浊流中，托马斯派哲学包含了托勒密的地球中心的天文学和亚里士多德的拟人观物理学及许多错误的见解。
由伽利略开始的工作，至牛顿集其大成，形成了物理学上的第一次大综合。但他的门徒，把牛顿的科学变成了机械论的哲学。然而，有些头脑清醒的人认识到科学不一定能提示存在。（如康德和黑格尔的门徒就走进了德国唯心主义，同当代脱离关系）——科学与哲学的一次分离
19世纪下半叶，机械观扩大到生物学（达尔文的自然选择说）、生理学（有机体的整体性）。
从1895年起，物理学中又产生一种发人深思的新情况。汤姆生的原子模型、卢瑟福的原子核结构模型、普朗克恒量、玻尔的量子论、海森堡的微分议程原子结构学说，薛定谔的电子波粒二象性……
要想观照生命，看到生命的整体，我们需要科学，也需要伦理学、艺术和哲学。科学的演进中世纪16.17世纪18世纪19世纪20世纪 欧洲黑暗年代
阿拉伯人的科技
中国独立发展的科技
西学东渐
欧洲学术复兴文艺复兴、宗教改革和地理大发现
哥白尼革命
牛顿时代的确立
化学的诞生
近代生命科学的肇始
机械自然观确立工业技术兴起
天文学
化学革命
科学精神的传播电磁学、光学的完善
热力学与能量定律的建立
原子论的兴起
天文学
进化论的创立
生物学
科学的技术革命物理学的新时代
宇宙学兴起
微粒子发现
遗传学的建立
现代地学
原子能时代
空间技术
生物技术21st century古代经典体系的解构东方古老文明
希腊科学精神的起源科学的演进一、起源：两个源头的追溯
二、中世纪：渐起的东方
三、16、17世纪：近代科学的诞生
四、18世纪：技术革命与理性启蒙
五、19世纪：古典科学与科学技术化
六、20世纪：生命、宇宙与高技术发展
七、21世纪：经典体系的解构与延伸一、起源：两个源头的追溯
文明的起源——美索不达米亚——埃及——印度——中国——希腊和希腊哲学——古典时代的科学——爱奥尼亚哲学家——毕达哥拉斯学派——物质问题——原子论思想——希腊医学——智者学派——柏拉图学园——亚里士多德——希腊化的文明——欧几里德——阿基米德——阿里斯塔克和喜帕恰斯——亚历山大里亚学派——托勒密——炼金术——罗马时代——学术的衰落
（一）东方古老文明
（二）希腊科学精神的起源（一）东方古老文明1.美索不达米亚（巴比伦王国）
数学：公元前３千年，开始使用十进位与六十进位计算制度；公元前2500年就能计算矩形面积和长方体体积；计算圆和圆柱体体积时取π为３；制定了平方、立方、平方根、立方根的数字表；求解某些一次、二次、甚至三次方程；用等比级数和等差级数表示月亮的辉度。
天文学：最早发现日食、月食的周期；发现了五大行星——水、火、金、木、土；记录了太阳、月亮运行的有关数据和肉眼可见的星星位置，并且绘出详细的星座图，甚至有些星象家似乎还可以认识到地球是一个球体。历法：星期——星的日期。以日、月、火、水、木、金、土来命名一周中的七天。太阳日是星期日、月亮日是星期一、火星日是星期二、水星日是星期三、木星日是星期四、金星日是星期五、土星日是星期六。这就是七天一星期的最早
起源。此外，巴比伦人还认为一昼夜24小时，每小时60分钟，这种时间的划分法一直保存到今天。
建筑业：世界古代七大建筑奇观之一：“空中花园”。楔形文字2.古埃及
古埃及经历了前王朝时期、早期王国时期（第一、二） 、古王国时期（第三至第八）、中王国时期（第九至第十七）、新王国时期即帝国时期（第十八至第二十）、衰败时期（第二十一至第三十一），共记31个王朝。
前王朝时期，埃及分上埃及（南部）、下埃及（北部），大约在公元前3500~3000年之间，上埃及国王美尼斯统一埃及建立第一王朝，直到公元前332年亚历山大大帝征服埃及为止，共经历了31个王朝。
数学:每年的6至9月尼罗河定期泛滥,土地需要重新丈量,于是产生了高水平的几何.比如:计算圆的面积,当时所用的圆周率π=3.1605:能够计算三角形、长方形、梯形面积及立方体、柱体的体积。 历法：埃及人发现尼罗河泛滥之间总是相隔365天,另外还发现每当天狼星与太阳同时从地平线升起时,尼罗河就开始泛滥,于是他们把一年定为365天,而把天狼星与太阳同时从地平线升起的那一天,作为一年的起点.一年分为12个月,每月30天,余下的5天作为年终节日,这就是古埃及的太阳历。公元前46年罗马在太阳历的基础上进行了修改，称为儒略历。后来到了1582年，罗马教皇(格列高利十三世)组织一批天文学家，根据存在的问题，对儒略历进行了修改，这就是人们所称的公历（或阳历）。另外古埃及人还绘制了星图。
建筑：金字塔和狮身人面像，埃及的第四王朝胡夫金字塔最大（略）。狮身人面像是胡夫的儿子建造的，雕像高20米,长57米，一只耳朵就有两米高。埃及金字塔十奇：
(1)穿越胡夫金字塔的子午线，恰好把地球上陆地与海洋分成相等的两部分；(2).其塔高乘上10亿,差不多等于地球与太阳的距离;(3).以二倍的塔高去除塔底的周长,恰好等于圆周率3.14159;(4).把生锈的首饰置于塔内,过了一段时间后,首饰锈斑全无;(5).把肉、蛋、奶等食品长时间储存于塔内,不会腐烂变质,其保鲜功能胜过现代冰箱;(6).经过脱水处理的鲜花置于塔内,经过一段时间后,花朵既不枯萎也不褪色,鲜艳如初;(7).用塔内放过的水冲洗伤口,伤口愈合得很快,胜过当今最好的药物愈合;(8).用塔内的水洗脸,皮肤变得细嫩;(9).用塔内的水浇树苗,树生长得非常茂盛;(10).一些科学家曾在塔内长时间居住,都产生了一种奇异的感觉,觉得体内增加了某种新的力量。医学:古埃及的医学较为发达,他们留下的较完整的医学草纸书有六、七部。其中埃伯斯草纸书（成书于第18王朝，约公元前1584~1320）是一部宽0.3米,厚20.23米的医学巨著。该书记载了许多病症的医疗方法，包括内科、妇科、眼科、解剖、生理、病理等多方面的知识，所载药方有877个。
木乃伊——埃及人认为人的尸体是灵魂的安息处，古埃及人有制作木乃伊的传统。其方法是掏去尸体内部的五脏，再用盐、香料、树脂等多种药物进行泡制以防腐败，风干后，用麻布包扎，使尸体得以保存，用这种方法保存的尸体就叫木乃伊。
古埃及文字:在早期王国以前,埃及人就发明了图形文字,经过长时期的演变形成了象形文字。象形文字多刻于金字塔、碑、庙宇墙壁等一些神圣的地方。纸草是古埃及盛产的一种植物，人们将其茎干切成薄片、压平、晒干，用来书写。但纸草时间长了会干燥并裂成碎片，所以能够保存至今的纸草文书很少。3.古印度
数学:古印度人发明了人们熟知的数码和零号。后来演变成阿拉伯数字。
(1)公元前5世纪,印度数学家创造了“零”的概念及其数字符号“0”.零号成为位值制计数法的精髓.同时创造了十进制的数值体系.(2)在几何学方面,人们已经知到了勾股定理,算出了圆周率等于3.1416.(3)创造了级数的求和方法,引入了负数和无理数运算等等.
医学:医学在古印度是颇受重视的一门学科之一成书于1世纪左右的《阿柔吠陀》(长寿知识)是古印度最早的一部医学著作,载有内科、外科、儿科、等许多疾病的治疗方法.《妙闻集》则记载了一些解剖学、生理、病理、内外科、妇科、儿科等知识,各类病症达1120种,对一些外科手术有相当高的水平,记载外科手术器材120种.古印度人识别了黄疸、麻风、天花、关节炎等病，并懂得如何使用驱虫药、免疫疫苗.
建筑:古印度人是最早使用烧制过的砖建造房屋的人,烧砖的发明是建筑技术史上的一件大事.5.希腊
按照历史的走向和科学发展特征,可以把这一时代划分为四个时期:爱奥尼亚时期、雅典时期、亚历山大时期和罗马时期.
爱奥尼亚时期、雅典时期—科学发展主要在希腊本土上展开，其主要形式或特点是自然哲学，即自然科学与哲学融为一体，这时的自然科学家同时又是哲学家。(公元前6~公元前3世纪)
亚历山大时期—这一时期科学发展的中心转向了亚历山大城，自然科学开始从自然哲学中分化出来，形成了独立的学科。(公元前3世纪~公元2世纪中叶)
罗马时期—这一时期自然科学的发展出现了停滞，无多大进展。(公元前2世纪中叶~公元5世纪)爱奥尼亚时期:代表人物泰勒斯（B·C624- B·C546），发展了几何学.毕达哥拉斯（ B·C580- B·C500）首先证明了勾股定理.德谟克利特（ B·C460- B·C370）主张万物的本原是原子,它是组成万物最小的、不可分割、不可改变的物质粒子.
雅典时期:代表人物亚里士多德(公元前384-322),是古希腊伟大的思想家、百科全书式的学者,是古代科学思想的主要代表.主要著作有：《物理学》、《论产生和消灭》、《天论》、《气象学》、《动物的历史》、《动物的结构》等.通过这些可以看出,亚里士多德在天文学、物理学、力学、化学、气象学、心理学、逻辑学、历史等方面都有所研究.在天文学上的主要观点 是,地球是球形,(原由:他认为, 在航海中,远方的来船总是先看到桅杆 后看到船身,甚至于可以看到水面是弯曲的.).亚历山大时期:(公元前3世纪~公元2世纪,约500年)代表人物欧几里德(公元前330~275,数学家）,名著有《几何原本》,给出了点、线、面等概念.代表人物阿波罗尼(公元前247~205,数学家),名著为《圆锥曲线论》，研究抛物线、椭圆、双曲线等,而且他第一个发现了双曲线有两支.
阿基米德(公元前287~212物理学家、数学家)，他是历史阶段上最早观察、实验同数学方法融为一体的科学家.他用实验方法发现了浮力原理和杠杆原理(著名的阿基米德定律).代表人物托勒密(约A · D100),他把古代的地心说发展成系统的地心说,他的地心说能够对行星运动作出十分精确的说明了.而且他在研究天文学的时候,采用了抽象模型的方法,在当时是一大进步.4.罗马时期: 罗马时期大约从公元前2世纪中叶到公元5世纪.古希腊灿烂的文化到罗马时期开始衰落.英国哲学家罗素(1872~1970)曾把罗马士兵杀害阿基米德看作是罗马扼杀创造性思维的象征.
古罗马时期值得提及的科学成就—儒略历法、普林尼的《博物志》。(1)儒略历法:公元前46年,当时罗马的独裁统治者儒略·凯撒(公元前100~公元前44)根据太阳的周期制定了“儒略历”,结束了古罗马历法的混乱局面.儒略历是阳历,它比较精确地符合地球上节气的变化,对农业生产很有利,所以很受人们的欢迎.但儒略历还不十分精确,到了公元1582年罗马教皇格列高利十三世宣布改革历法,颁布了新的历法,称为格列高利历,我们今日用的公历就是格列高利历.我国从1912年开始采用格列高利历,但同时保留我们自己的农历.
(2)普林尼的《博物志》:普林尼(公元23~79)生于意大利北部的新科莫(即今科莫).他是一位博物学家.普林尼广征博引编辑出版的37卷的大部头巨著《博物志》即《自然史》，汇集了古希腊、罗马时代的各种知识：从宇宙－地球－人；飞禽走兽－森林园艺；从科学研究－巫神活动，兼收并蓄，无所不包.这部巨著基本上是已有的经验知识的记述,理论上没有什么新鲜独到之处.
罗马时期的自然科学停滞不前的原因：第一:罗马帝国依靠农业和军事维持其统治,没有繁荣的商品市场刺激科学发展;第二:罗马人从古希腊人那里吸取了许多现成而直接可用的科学成果;第三:基督教的产生,极大地阻碍了科学的发展.二、中世纪：渐起的东方
中世纪——教会神父——黑暗时代——欧洲的改造——阿拉伯学派——中国科技发展与科学贡献——西学东渐与中国科技的衰落——欧洲学术复兴——托马斯?阿奎那——罗吉尔?培根——经院哲学的衰落西方不亮东方亮的中世纪
公元5世纪-----15世纪 西方中世纪
中国隋、唐、宋、元、明
明末科技四大名著：
李时珍《本草纲目》；
徐霞客《徐霞客游记》；
徐光启《农政全书》；
宋应星《天工开物》。 科学:农学、数学、医学、天文学、地学、物理学.
技术:冶金;采矿;瓷、漆器制造;造船;纺织;火药与火器;造纸术;建筑技术;水利工程.
农学—三千年前我国就已经有了关于某些农作物的记载.如:麦、稻、粟、稷等.古人在总结农业生产经验基础上,形成了376种农业专著,其中影响较大的有10多种.
数学—我国早在春秋时期就有了分数概念和九九表.
(1)战国时期的《周髀算经》:该著作完成于公元前1世纪.数学方面的成就主要有:勾股定理、分数运算和开平方的方法.
(2)东汉时期的《九章算术》:该书是我国古代最重要的一部数学著作,它标志我国古代数学体系的形成,对我国数学发展有着重要的影响.《九章算术》是按246个题目分成9章编写而成,故此而得名.
(3)南宋秦九韶的《数书九章》:秦九韶是南宋四川人.他的《数书九章》共18卷,按81个数学问题,分为9大类,每类各9个问题编排.其中最重要的成果就是高次方程的解法.包括二次、三次、以至十次.医学—中华民族自古以来在长期的医疗实践中形成了独具特色的中医、中药理论,它以内容丰富、功效神奇享誉中外,时至今日仍是一块挖不尽的宝藏.
(1)战国时期的黄帝内经：这是一部驰名中外的中医学经典著作，它以黄帝与岐伯、雷公等医师谈话、问答的方式讨论医学问题全书共18卷,分问素(9卷)、灵枢（9卷）.内容涉及生理、病理、药理、针灸、按摩、人体解剖等各个方面.其中针灸是我国独创.望、闻、问、切四项原则延用至今.黄帝内经是中医理论形成的标志.
(2)东汉张仲景的《伤寒杂病论》:张仲景(公元150~219)今河南省南阳县人，被尊为医圣.他的医术很全面, 《伤寒杂病论》具有很高的学术价值,是从古至今最有影响的著作之一.
(3)外科医生华佗:华佗(约145~208)是安徽亳县人,是汉末医学家,精通内、外、妇、儿、针灸等科,施针用药,简而有效.值得一提是,华佗积极倡导体育锻炼,认为这是治病强身的手段,为此他编了“五禽戏”,即模仿虎、鹿、熊、猿、鸟的动作而治病健身.其中“五禽戏”是模仿虎的前肢扑动,鹿的伸转头颈,熊的伏倒站起,猿的脚尖跳跃,鸟的展翅飞翔.
(4)明代李时珍的《本草纲目》:李时珍(1518~1593)生于今湖北蕲春县.《本草纲目》共载药理1892种,附方11096个.还绘制药物形态图形1100多幅,以及另外一些有价值的其它内容.四大发明及意义四大发明:
指南针的发明：北宋曾公亮
造纸术的发明：公元前2世纪 萱麻纸
公元105年 东汉蔡伦
印刷术的发明：汉代雕版印刷
公元1040年 北宋毕昇 活字印刷
火药的发明： 公元808年 唐代清虚字
意义:造纸术的发明为文化的创造、传播和继承提供了良好的载体。马克思指出：“火药、指南针、印刷术这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎、指南针打开了世界市场并建立了殖民地、而印刷术变成了新教的工具、总的来说变成了科学复兴的手段、变成了对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”
三、16、17世纪：近代科学的诞生
文艺复兴的起源——列奥纳多?达?芬奇——宗教改革——哥白尼——自然史、医学与化学——解剖学与生理学——植物学——科尔彻斯特的吉尔伯特——弗兰西斯?培根——开普勒——从笛卡尔到波义耳——怕斯卡尔与气压计——妖术——数学——科学的起源——牛顿时代
1.文艺复兴
2.牛顿时代
1.欧洲封建主义的瓦解与资本主义的兴起
1492年哥伦布发现新大陆
1947年达.迦马 到达印度
1519年麦哲伦完成环球旅行
2.文艺复兴与宗教改革
“真理求之于渊源，除实践之外，别无通达真理之路。”
“我是人,人的一切特性我无所不有.”
3.哥白尼创立日心说
1543年，波兰人哥白尼《天体运行论》
4.传播和发展日心说
1584年布鲁诺《论无限性、宇宙和诸世界》
1632年伽利略《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》
1609年德国开普勒《新天文学》、1619年《宇宙的和谐》：天文学的三大定律。 “两点之间直线距离未必最短”
伽利略(Galileo Galilei，1564～1642)意大利天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。 1564年2月15日生于意大利西北部的比萨城。
伽利略（1564~1642)生于意大利的比萨.巧合的是在他出世后三天文艺复兴时期著名的艺术家米开朗基罗逝世.伽利略的父亲是当时一位著名的音乐家和数学家,他的学术研究对伽利略产生很大影响,但他却希望儿子学医而不是数学.1581年伽利略被送到比萨大学学习医学.1583年,由于听了几次关于欧几里得几何学的演讲,伽利略很快对数学着迷.由于他执意不学医学,所以未取得学位就于1585年离开了比萨大学. 伽利略倾心于研究欧几里得的几何学和阿基米德的物理学,很快声名远扬,朋友们都称他为“新时代的阿基米德”.1632年,伽利略的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》 出版问世,但很快遭到罗马教会的查禁.1633年教会判处他终身监禁,此后一直在受监视之下在佛罗伦萨城外阿切特里的一幢别墅里.在这里,他继续他的力学研究.并致力于另外一部著作《两门新科学》的撰写,终于在1638年于荷兰的莱顿出版.此时他已双目失明.1642年1月9日在阿切特里的别墅里安然去世.现在伽利略被尊称为“近代物理学之父”.伽利略对经典力学的贡献(1)发现了自由落体定律:在伽利略时代人们对物体下落的认识还停留在亚里士多德的重物体比轻物体下落得快的水平,伽利略认为亚里士多德的观点是错误的,但要推翻这个错误结论必须进行证明.a．逻辑证明伽略所做的推理 大前提是:重物比轻物下落得快.假如把两个物体捆在一起,让它在与原来分别下落的相同条件下自由下落,那么,原来较轻的物体将会延缓较重物体的下落速度,也就是说这个复合体必然比原来较重的物体下落得慢.
另外按照亚里士多德的观点,还可以得出另一个结论:复合体比原来的较重物体下落得快.
可见,按照亚里士多德的物体下落速度与重量成正比的规定,将会产生自相矛盾的结果,因此亚里士多德的观点是错误的.
轻重重重结论一结论二复合体 慢于 较重物体复合体 快于 较重物体b．实验证明斯台文的实验(定性):斯台文(1548~1620)是荷兰工程师.他在伽利略之前作了一个反对亚里士多德观点的实验.实验过程:取两个铅球,其重量一个是另一个10倍,把它们从30英尺高同时丢下,落在一块木板上,它们发出的声音听上去就象一个声音一样,这个实验结果就说明了不同重量的物体下落的速度是一样的,从而否定了亚里士多德的观点.斯台文实验的示意图g10g30英尺伽利略的实验(定量):1609年伽利略设计了一个斜面实验.实验器材是一块长约6米,宽约4厘米,厚25－30厘米的木板,用其造成一个斜面.木板上刻有一条宽约1厘米磨得十分光滑的槽.另外还有若干个不同重量的小铜球.实验过程:让不同重量的小铜球分别沿斜面上的槽滚下,记下每单位时间内小球滚过的距离.通过各种倾斜度的反复实验,伽利略发现,不论是大球或小球,轻球或重球,在同样的时间内都滚过同样的距离.而且还总结出了时间t与距离s之间的的关系,即:以上就是自由落体定律.实验结论:在摩擦忽略不计的情况下,物体沿同一高度、不同倾斜度的斜面到达底端所需的时间相同,它们的末速度相同.因此,从同一高度下落的物体必将同时落地,与它们的重量无关,进而证明亚里士多德的重物体比轻物体先落地的观点是错误的.伽利略实验的示意图(2)发现了惯性运动斜面实验发现:球滚下一个斜面后,可以滚上另一个斜面 ,如果把途中的摩擦力可以忽略 不计的话,这个球可以滚到和出发点一样的高度,而与斜面的倾斜度无关;如果把后一个斜面放到水平位置,这个球就以匀速在这个面上滚下去,就这样伽利略又发现了惯性运动,推翻了亚里士多德关于物体运动必须有力连续作用的观点. 惯性运动的发现证明了物体不仅有保持其静止状态不变的的特性,而且有保持 其匀速直线 运动状态不变的特性.结论：物体维持其原来的运动状态,并不需要外力,外力是改变其原有运动状态的原因.(3)发展了抛物体运动轨迹理论 伽利略用几何方法证明:平抛运动可以分解为两种运动:一是水平面方向的匀速直线 运动,根据惯性原理,它使物体 始终保持这一运动不变.另一个是在引力 作用下,沿垂直方向上的自由落体运动,这一运动使物体在这个方向上的速度按时间成正比例地增加.这两种运动综合起来,便得出路程为抛物线状. 他还证明了为什么在抛射角为45o时射程最远.匀速直线运动自由落体运动5.近代实验方法的使用和实验科学的兴起
伽利略的三个重要力学发现
— 单摆等时 自由落体 运动叠加
6.牛顿构建经典力学体系
牛顿三大运动定律
《自然哲学的数学原理》1687年
7.真空问题
托里拆利，帕斯卡，盖里克，波义尔
水银拄－－海拔－－马德堡－压强定律
8.其他：莱顿瓶，库仑定律，伏打电池 上帝说：“让牛顿出世。”
牛顿， 1642年12月25日生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村,1727年3月20日在伦敦病逝。是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。
数学－发明微积分； 天文学－万有引力定律； 力学－三大定律； 光学－发现太阳光谱，发明反射望远镜．地球月球地球的引力万有引力的发现第一,牛顿根据开普勒行星运动第一定律和伽利略的惯性定律,认为行星若以椭圆轨道绕日运行,而不是匀速直线运动,就得连续不断地改变方向,因而必须有力连续作用其上.第二,牛顿用数学方法证明了开普勒的第二定律,即如果面积、速度是常量,行星与太阳的连线在相等时间内所扫过的面积相等的话,那末那个连续作用于行星的力,就是沿着径向方向的向心力.第三,牛顿根据开普勒的第三定律,联系惠更斯的向心加速度公式,证明了向心力的大小与行星到太阳的距离的平方成反比.第四,牛顿又假定:这一引力的大小不仅与物体间的距离平方成反比,而且与两个物体的质量的乘积成正比,用公式可以表示成:牛顿在发现万有引力定律中的特殊功绩第一:他把其他科学家以为只是局部天体之间的引力作用推广到宇宙中一切具有质量的物体之间;第二,从理论上精确计算出这种引力的大小; 第三,证明了任何两个物体间的万有引力可以看作集中作用于物体 的质点 上;第四,从万有引力定律可以推出行星运动的三定律.牛顿对经典力学的综合经典力学体系的建立:1687年出版了《自然哲学的数学原理》，第一次把地面力学和天体力学统一起来，建立起了经典力学体系. 在该书中,他首先给出了力学的基本概念,如质量、动量、惯性、力及向心力下了定义,说明了绝对时间和绝对空间的含义牛顿的运动三定律运动第一定律:是在伽利略发现的惯性运动基础上由牛顿 扩展而成的.牛顿的表速是:任何物体将保持它的静止状态或匀速直线运动状态,直到外力作用迫使它改变这种状态为止.现在通常的表述是:任何物体在不受外力作用(或所受外力之和为零)时,将保持静止状态或匀速直线运动状态不变.运动第二定律:牛顿对运动第二定律的原始表述是:运动的变化与所施的力成正比,并沿力的作用方向发生.根据牛顿的相关表述,经计算就可以得到:质量的物理意义:说明:一定,越大,所需要的力就越大.运动第三定律:牛顿的原始表述是:每一个作用总是有一个相等的作用和它相对抗;或者说,两物体彼此之间的相互作用永远相等,并且各自指向对方.现在的表述:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上.碰撞9.血液循环的发现与植物分类体系的建立
维萨里 《人体的构造》1543年
威廉·哈维《心血运动论》1628年
“哈维由于发现了血液循环而把生理学确立为科学”
卡尔·林耐《自然系统》1735年
植物分类：纲、目、属、种
现代植物分类：门、纲、亚纲、目、科、属、种
10.科学化学的确立与燃烧理论
波义耳《怀疑的化学家》1666年
拉瓦锡《燃烧概论》1777年
11.数学的发展
笛卡儿建立解析几何 1637年
牛顿和莱布尼茨创立微积分 1671年
“数学中的转折点是笛卡儿的变数。有了变数，运动进入了数学，有了变数，辩证法进入了数学，有了变数，微积分也就立刻成为必要的了，而它们也就立刻产生，并且是由牛顿和莱布尼茨大体上完成的。”
哥伦布（1451年---1506年），意大利人，发现新大陆，1492年
哥白尼（1473年---1543年），波兰人，《天体运行论》，1543年
麦哲伦（1480年---1521年），葡萄牙人，完成环球航行，1519年
布鲁诺（1548年---1600年），意大利人，《论无限、宇宙和诸世界》，1584年
伽利略（1564年---1642年），意大利人，《两大世界体系的对话》，1632年
开普勒（1571年---1631年），德国人，天体运行三大定律，1609年，1619年
维萨里（1514年---1564年），比利时人，《人体构造》，1543年
哈维（1578年---1657年），英国人，《心血运动论》，1628年
笛卡尔（1596---1650年），法国人，《方法论》，1637年
波义尔（1627年---1691年），英国人，《怀疑的化学家》，1666年
惠更斯（1629年—1695年）,荷兰人,《论光》1690年
胡克（1635年---1703年），英国人，弹性定律，发现细胞牛顿（1643年---1727年），英国人，《自然哲学的数学原理》，1687年
莱布尼茨（1646年---1716年），德国人，微积分
莎士比亚（1451年---1506年），英国人，戏剧大师
塞万提斯（1547年---1616年），西班牙《堂吉诃德》
达芬奇（1452年---1519年），意大利人，艺术家、数学家、机械学家
莫里哀（1622年---1673年），法国人，戏剧家
笛福（1660---1731年），英国人，《鲁宾逊漂流记》
斯威夫特（1667年---1745年），英国《格列佛游记》1726年
拉伯雷（1483年---1553年），法国人，《巨人传》
弥尔顿（1608年---1674年），英国人，《失乐园》
拉斐尔（1483年---1520年），意大利，艺术家
米开朗基罗（1475年---1520年），意大利，艺术家
马赛雅维利（1469年---1527年），比利时人，《君主论》，政治学之父
托马斯·莫尔（1478年---1535年），英国人，《乌托邦》
马丁·路德（1483年---1546年），德国人，宗教改革家
加尔文（1509年---1564年），法国人，《基督教原理》郑和 1433年第七次下西洋
徐光启（1562年---1633年），中国《农政全书》1609年
李时珍（1518年---1593年），中国《本草纲目》1596年
徐霞客（1587年---1641年），中国《徐霞客游记》
罗贯中（1330年---1400年），中国《三国演义》
吴承恩（1500年---1582年），中国《西游记》四、18世纪：技术革命与理性启蒙
英国产业革命——法国启蒙运动——分析力学与热电学——数学与天文学——化学——植物学、动物学与生理学——地理发现——从洛克到康德——决定论与唯物主义
1.产业革命与启蒙运动
2.力学的分析化与热学、电学的早期发展
3.18世纪的天文学
4.化学革命
5.进化思想的起源法国的思想启蒙运动和百科全书派的影响
伏尔泰、孟德斯鸠、狄德多、卢梭
1、对于科学家委以重任
2、强化科研组织、发展科学教育
3、大力引进技术，实行拿来主义五、19世纪：古典科学与科学技术化
科学时代——数学——物理学——电流——电流的其他性质——光的波动说——电磁感应——电磁力场——热与能量守恒——气体运动说——热力学——光谱分析——电波——有机化学——生理学——微生物与细菌学——地质学——达尔文——进化论与自然选择——人类学——运输机械的革命——电力革命
1.19世纪的物理学
2.19世纪的生物学
3.19世纪的科学与哲学思想一.电流的磁效应:奥斯特、安培18世纪行将结束之际，电学达到了它的最高成就－库仑定律．但是电与磁之间的联系依然未被正确认识．吉尔伯特在当时认为电与磁没有什么共同性．这一看法延续了很长时间，库仑也探讨过电与磁的相关性，但在实验上一无所获，结果也相信电与磁没什么关系．19世纪电磁学的大发展正从认识到电磁的内在统一性开始的．1.奥斯特:丹麦物理学家(1777~1851)青年时代就是康德哲学的崇拜者，1799年的博士论文讨论的就是康德哲学．后来他周游欧洲，成了德国自然哲学派的追随者．1806年回国后，被母校哥本哈根大学聘为教授．2.奥斯特的研究工作:奥斯特一直坚信电磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁．在1812年的一本书中，奥斯特推测，既然电流通过较细的导线会产生热，那么通过更细的导线就可能发光．导线的直径再小下去，还可能产生磁效应．沿着这个思路，奥斯特做了许多实验，但都没有取得成功． 1819年冬天，他受命于主持一个电磁讲座，有机会继续研究电流的磁效应问题．他产生了一个新的想法，即电流的磁效应可能不在电流流动的方向上．为了验证这个想法，他于次年春设计了几个实验，但还都没有成功．1820年4月，在一次讲座快要结束时，他灵机一动又重复了这个实验，果然发现电流接通时附近的小磁针动了一下．奥斯特惊喜万分，又反复实验，终于在1820年7月发表了《关于磁针上电流碰撞的实验》的论文。论文指出，电流所产生的磁力既不与电流方向相同也不与之相反，而是与电流方向相垂直。还指出，电流对周围磁针的影响可以透过各种非磁性物质。3.安培:法国物理学家（1775~1836)生于一个富裕的商人之家．据说他是一个心不在焉的教授，常常沉入思考而忘记周围的一切，有一次连拿破仑的宴会.都忘了去，但他是一位天才物理学家，不仅具有良好的数学基础，而且精于实验．4.安培的研究工作:奥斯特的发现马上轰动了整个欧洲科学界.安培敏锐地感到这一发现的重要性,第二天即重复了奥斯特的实验.一周后,他向科学院提交了第一篇论文,提出了磁针转动方向与电流方向相关判定的右手定则.再一周后,他向科学院提交了第二篇论文,讨论了平行载流导线之间的相互作用问题.1820年底,安培提出了著名的安培定律.安培定律指出,两电流元之间的作用力与距离平方成反比.这一极为重要的定律构成了电动力学的基础.“电动力学”的概念也是安培首先提出来的,用来指研究运动电荷(电流)的科学.与之相对的是“电静力学”,库仑定律则是电静力学中的基本定律. 安培之前,“电流”的概念尚未形成一个科学的概念,安培把电流的方向规定为由正极指向负极.今天我们知到,电流的本质是电子由负极向正极的运动.安培的规定正好反了.奥斯特只是发现了电流对磁针的作用,而安培却在极短的时间里将这一发现推广到电流与电流之间的相互作用,并接连发现作用的方向与大小,给出了判定方向的方法及计算大小的公式.除此之外,1821年初,安培进一步提出了分子电流假说,他认为,物体内部每一个分子中都带有回旋电流,因而构成了物体的宏观磁性.17年后这一假说被证实.于是人们不得不惊叹安培过人的天才.二.欧姆定律1.欧姆:德国物理学家(1789~1854),生于埃尔兰根的匠人家里, 没有正式上过大学,只在埃尔兰根大学旁听过,以后一直当中学教师.2.欧姆定律的发现:欧姆热心于电学研究,曾多次测量过不同金属的导电率.起初,他所使用的伏打电池的电流不太稳定,使他的研究总是不理想.1822年,德国物理学家塞班克(1770~1831)发现了温差电效应,从而发明了温差电池.由于温差电池可以提供稳定的电流,这使欧姆金属导电率研究有了重大突破. 法国数学家傅里叶已经发现,热传导过程中热流量与两点间的温度差成正比.爱此启发,欧姆猜测电流表也应该与导线两端之间的某种驱动力成正比.他把这种驱动力叫做“验电力”,今天我们把它称之为电势差.要验证这一猜测,就必须测量电流的大小,但实际操作起来效果很差.就在奥斯特发现了电流的磁效应以后,欧姆依此原理设计了一种扭称,就可以很方便地测量电流的大小.就这样欧姆终于得出了著名的欧姆定律.欧姆将他的实验结果发表于1826年,次年又出版了《关于电路的数学研究》,给出了欧姆定律的理论推导.但他的成果在国内并未受到重视,甚至遭到非难.然而他的工作在国外越来越受到重视,伦敦皇家学会于1841年授予他科普利奖章,1842年接受他为会员.他的祖国终于认识到了他的价值.1849年,慕尼黑大学聘请他为教授,欧姆终于实现了他青年时代当一名大学教授的理想.三.法拉第的电磁感应定律1.法拉第:英国物理学家(1791~1867),他的一生是在逆境中顽强奋斗的一生. 既然电流有磁效应,科学家自然想到磁可能也会有电流效应.尽管许多人为此做了不少实验,但磁的电流效应并未立即被发现.直到奥斯特的发现十年后,才由法拉第和美国物理学家亨利完成了这一伟大壮举.2.实验过程:1824年,法拉第设计了一个实验,用以检验磁的电流效应.他让两根导线平行放置,然后在一根导线中通电,看看另一根导线中会不会有电流效应.他当时希望看到导线中产生稳定的电流,结果瞬间的电流感应未被他注意到.以后多次实验均无结果.A1831年8月29日,他又设计了一个新的实验.他在一个软铁环上绕了两段线圈,一段线圈与电池相连,另一个则与电流计相连.这时他发现当电流接通时,电流计产生了强烈的振荡,但不久回复到零位置,而当电流计断开时,电流计又发生同样的现象.法拉第起先不明白这里的含义.9月24日,他将与电流计相连的线圈绕在一个铁圆筒上,又发现每当磁铁接近或离开时,电流计都有短暂的反应,这表明,磁确实可以产生电,虽然只是短暂的.
AA 同年十月1日,法拉
第将两根绝缘铜线分别
绕在同一根木头上,形成
两组线圈,一组与电池相连,另一组与电流计相连.当电池接通或断开时,电流计指针跳动,随后就回到零位.17日,法拉第进一步发现,仅仅用一根永磁棒插入或拔出线圈,就能从与线圈相连的电流计中发现指针偏转.至此法拉第用实验证明了感生电流的存在.11月24日,他向皇家学会提交了一篇论文,报告了他的重大发现.
除此之外,1834年,法拉第还发现了自感现象.
3.意义:感生电流的发现有着重大的意义,它意味着通过连续地运动磁体可以不间断地得到电流.据说法拉第本人很快就做了一个模型发电机.电动机和发电机的问世预示着人类电气时代的到来. 值得一提的是,还有一个人与法拉第同时做出了电磁感应的伟大发现,他就是美国物理学家亨利(1797~1878).1830年,他就初步发现了电流引起的磁场在通电或断电时能产生瞬间电流.但他的实验结果一直没有发表,人们还是将电磁感应现象的发现归功于法拉第.4.法拉第的其它贡献:(1).创造的“场”和“力线”的概念,建立了电磁感应定律.(2).1845年法拉第发现了磁的旋光效应即著名的法拉第效应.次年又提出光的本性是电力线和磁力线的振动.这一看法后来被麦克斯韦发展成为光的电磁说.(3).预言了电磁波的存在.法拉第在1832年3月12日写给皇家学会一封信,信中说;“我认为,磁力从磁极出发的传播类似于起波纹的水面的振动或空气粒子的声振动,也就是说,我想把振动理论应用于磁现象,就像对声音所作的那样,而且这也是光现象最可能的解释.”四.麦克斯韦的电磁理论1.面临的问题:电磁学中的一些重要定律,如库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律均很快被数学－物理学家用严密精确的数学公式数学化.但这些理论还需要高度的综合化、系统化,最终形成严密系统的理论体系.2.麦克斯韦:英国物理学家(1831~1879).出生在爱丁堡一个名门望族,1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理.1850年考入剑桥大学,主攻数学物理学.1854年大学毕业,数学成绩非常优秀.1871年回到母校剑桥大学任实验物理学教授.在这期间他亲自创办了卡文迪许实验室.3.麦克斯韦的电磁理论研究(1).1855年麦克斯韦写了《论法拉第的力线》一文,第一次试图赋予法拉第的力线概念以数学形式,从而初步建立了电与磁之间的数学关系.麦克斯韦的理论表明,电与磁不能孤立地存在,总是不可分离地结合在一起.这篇论文发表在《英国科学促进会报告集》中,使法拉第的力线概念由一种直观的想象上升为
科学理论.
(2).1862年,麦克斯韦发表了第二篇论文《论物理学的力线》.在这篇论文中,他提出了自己首创的“位移电流”和“电磁场”等新概念,并在此基础上给出了电磁场理论的更完整的数学表述.
(3).1864年,麦克斯韦向皇家学会宣读了另一篇著名的论文《电磁场的动力学理论》.他认为,变化的电场必激发磁场,变化的磁场又激发电场,这种变化着的电场和磁场共同构成了统一的电磁场.电磁场以横波的形式在空间中传播,形成电磁波.(4).麦克斯韦提出了光的电磁理论.在建立了完整的电磁理论之后,麦克斯韦推算出了电磁波的传播速度,并发现与光速十分接近.于是麦克斯韦在他的书中写到:“电磁波的这种速度与光的速度如此之接近,好像我们有充分理由得出结论说,光本身是一种电磁干扰,它是波的形式,并按照电磁定律通过电磁场传播.”(1).1857年,麦克斯韦曾提出土星光环的颗粒构成理论.他认为:这个光环从地球上看上去很像一个圆盘,但如果它果真是一个固体或流体的结构,那么引力和离心力等作用必定会使它分崩离析,除非它是一条带状的小天体群,否则不会保持稳定.4.麦克斯韦其它方面的科学成就(2).麦克斯韦在分子运动论领域做出过重要贡献.他曾提出一个假想的实验以表明热量可以由低温向高温逆流,但环境要付出更大代价.1.赫兹简介:德国物理学家(1857～1894)。生于汉堡。父亲为律师，后任参议员；家庭富有。赫兹在少年时期就表现出对实验的兴趣，12岁时便有了木工工具和工作台，以后又有了车床，常常用以制作简单的实验仪器。1876年进入德累斯顿工学院学习工程,由于对自然科学的爱好,转入慕尼黑大学学习数学和物理，第二年又转入柏林大学，在亥姆霍兹指导下学习并进行研究工作。1880年他以纯理论性工作的《旋转导体电磁感应》论文获得博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1883年到基尔大学任教。1885～1889年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授，五.电磁波的实验发现1886年开始进行使他闻名世界的关于电磁波的实验工作。1889～1894年任波恩大学物理学教授接替R.克劳修斯的席位。1894年1月1日因血中毒而实施外科手术,手术失败不幸在波恩逝世，当时年仅36岁。为了纪念他发现电磁波的卓越贡献，将频率的单位命名为赫兹，现行国际单位制(SI)仍沿用。赫兹在物理学上的贡献主要是发现电磁波。2.电磁波的发现:第一阶段:从1878年开始,赫兹就至力于电磁波的实验研究.1886年,他在做放电实验时发现近处的线圈也发出火点,他敏锐地意识到这可能是电磁波在起作用.第二阶段:赫兹设计了一个振荡电路用来在两个金属球之间周期性地发出电火花,按照麦克斯韦理论,在电火花出现时应该有电磁波发出.然后赫兹又设计了一个有缺口的金属环状线圈,用来检测电磁波.结果,当振荡电路发出火花时,金属缺口处果然也有较小的火花出现.这也就证明了电磁波的确存在.第三阶段:赫兹进一步在不同的距离观测检测线圈,从而根据电火花的强度变化大致算出了电磁波的波长.最后,赫兹在1888年1月发表的相关论文当中证明了电磁波具有与光完全类似的特性,还证明了电磁波的传播速度与光速有相同的数量级.赫兹的实验发现不仅证明了麦克斯韦理论的正确,也为人类利用无线电波开辟了道路.赫兹实验示意图 3.电磁波的应用:发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。但是,赫兹研究电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开花结果了。 在发现电磁波不到 6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）、 无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真
（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学 ……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。 六、20世纪：生命、宇宙与高技术发展
生物学的地位——孟德尔与遗传——遗传的统计研究——生物物理学与生物化学——病毒——免疫——海洋学——遗传学——神经系统——心理学——新物理学——阴阳极射线——放射性——量子论——原子结构——玻尔学说——量子力学——相对论——相对论与万有引力——化学——河外星系——相对论与宇宙——天体物理——地质学——原子能时代——航空航天时代——信息技术时代——生物技术时代
1.生物学与人类学的进一步发展
2.物理学的新时代
3.恒星宇宙
4.20世纪的哲学19世纪末由于光学、电磁学、力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。
1900年４月27日，英国物理学家开尔文作了题为《热和光的动力理论上空的19世纪之乌云》的长篇讲演，指出经典物理学本来十分晴朗的天空上出现了两朵乌云－－以太漂移和黑体辐射。一．Ｘ射线的发现：起源于对阴极射线的研究１．起因：电磁学建立之后，人们对气体放电现象进行了深入研究。当时，人们首先想到的是在实验室条件下如何模拟大自然中的雷电现象。起初，人们把玻璃管中的气体加上高电压进行观察，果然得到了放电现象。实际上，物理学天空上的乌云何止两朵。大量的新现象与已成的完美体系的经典理论之间的矛盾日渐突出。也正是这两朵乌云带来了世纪之交的一场物理学革命，在这场革命中诞生了相对论和量子力学。(2)1859年，德国物理学家吕克（1801~1868）用“盖斯勒真空管”进行真空放电实验发现,当高压电荷通过放电管时,阴极一端出现放电现象,而对着阴极的管壁会发出绿色的辉光,成功地实现了人工放电.(3)1869年，德国物理学家希托夫（1824~1914）证明，放在阴极与玻璃壁之间的障碍物，可以在玻璃壁上投射阴影。(1)1854年，德国玻璃工盖斯勒（1814~1879）发明了以他的名字命名的真空管,为研究真空放电、发光现象提供了物质手段(4)1876年,德国物理学家戈尔茨坦(1850~1931)对“绿色辉光”作了解释 ,认为这是由阴极上产生的某种射线引起的，称为“阴极射线”。关于“阴极射线”的本质，当时德国一些科学家认为，它是一种光波。而英国物理学家克鲁克斯（1832~1919)等人则认为，阴极射线可能是某种微粒。(5)1879年，克鲁克斯自制了一种比盖斯勒真空管真空度更高的“克鲁克斯管”，再次进行放电实验，由于这种真空管真空度高，放电时没有辉光，克鲁克斯发现，从阴极射线射出的一种射线碰到玻璃管壁或硫化锌等物质时会发出荧光，特别是发现了阴极射线在磁场中会发生偏转，从而断定阴极射线是某种粒子流。 关于阴极射线的本质的争论，持续了20年之久，结果导致了几项轰动世界的重大发现，首先是Ｘ射线的发现（２）发现过程：1895年，伦琴也选用了克鲁克斯管重新进行阴极射线实验，目的是为了准确观察阴极射线的荧光作用。２．X射线的发现（１）伦琴简介：伦琴（1845~1923）生于德国．（略） 伦琴用黑纸将实验用的放电管严密地包裹起来，以免放电管受到外界环境干扰。准备就绪后，他接通了放电管的高压电源，在黑暗中，他发现１米以外的实验屏上闪烁着绿色的微光。经反复实验伦琴断定它是一种新的射线。３．Ｘ射线的特点：
（１）这种射线能激发荧光物质发光。
（２）能通过密封的黑色纸使照相底片感光。
（３）可以显示出衣袋里的钱币和手掌的骨骼，穿透力极强。
（４）不在磁场中偏转，说明它不是阴极射线。４．X射线发现的科学价值和意义: 第一,它迅速被用于外科诊断,X射线发现后的第4天,美国人就用于透视脚部弹片的位置。后来又应用到冶金学，成为研究晶体物质结构的一种手段。第二，Ｘ射线被誉为“领路鸟”，它的发现导致了元素放射性和电子的发现。 二．元素放射性的发现１．原由：元素放射性的发现源于人们对Ｘ射线源的探究．2．贝克勒尔简介：贝克勒尔（1852~1906)是法国物理学家,出生在巴黎.他受过良好的教育，1892年获得博士学位。1892年他开始在巴黎自然博物馆担任应用物理学教授。1895年贝克勒尔成为巴黎综合工科学校的物理学教授。1896年就是在这所学校他做出了使他成名的伟大发现。
3．贝克勒尔的实验研究（１）实验方法：采用硫酸钾铀作实验材料，将其包好，放在用黑纸包好的底片上，一起放在太阳光下爆晒．（２）实验结果：底片上显示出铀盐包的轮廓，即底片感光了．（３）初步结论：该荧光物质能发射出穿透不透光的纸的辐射，同时认为：底片感光是伴随荧光而产生的Ｘ射线引起的．（４）意外收获：因连续阴天，铀盐包无法在太阳底下爆晒发出荧光，但铀盐照样可以使底片感光．（５）推断结果：底片感光与铀盐是否经过爆晒而发荧光无关．这种现象必定是铀盐连续发出的一种类似Ｘ射线的神秘射线穿透黑纸所致．（６）进一步研究：发现：不论是荧光物质还是非荧光物质，只要是含铀的化合物，都能自动发出这种射线，而放出这种射线的物质就是铀．
－－人们把这种天然放射线称为“贝克勒尔射线”４．居里夫妇的研究（１）放射性仅仅是铀元素的一种性质．法国物理学家皮埃尔·居里(1859~1906)和玛丽·居里(1867~1934)发现铀的辐射强度正比于化合物中铀的含量，与化合物中其它元素无关，这说明放射性仅仅是铀的一种性质．（２）寻找放射性元素．1898年4月2日,居里夫人宣布发现钍元素具有放射性,这说明放射性决不是某个元素独有的性质。之后又通过异常艰苦而繁重的实验发现了放射性比铀强400倍的新元素钋（Po),接着同年12月又发现了放射性比铀强200万倍的镭（Ra）．最后用“分步结晶法”提炼出0.12克的浓缩镭化合物－－氯化镭,并测定了镭的原子量为225（现在已知镭的原子量是226）．5．元素放射性的发现的科学意义（１）它打破了以道尔顿为首的原子不可再分的陈旧观念，证明原子不是组成物质的最小单位，它还可以再分．（２）它预示人类将获取一种新能源－－原子能．元素在放出射线的同时产生大量的热能，即：用很少的物质，可以获得很高的能量．展示了能源的美好前景．６．天然射线的本质的研究（１）问题：天然射线的本质是什么？元素放出射线后变成了什么？（２）卢瑟福简介：卢瑟福（1871~1937）是新西兰籍英国物理学家．他生于新西兰的纳尔逊附近的泉林村，父亲是农民和工匠，母亲是乡村教师．1894年从坎特布雷学院毕业，1895年考取了大英博览会奖学金，进英国剑桥大学卡文迪许实验室学习．开始时以研究无线电为主，1896年接受卡文迪许实验室主任汤姆逊的建议，把研究方向转到放射性上．（３）天然射线的本质：1899年，卢瑟福等人通过把铀放在强磁铁环境中，令铀射线偏转，实验结果发现：天然射线是由两种带电的射线组成的．一种是带正电的射线（称为?射线），一种是带负电的射线（称为?射）．后来证明?射线就是氦核， ?射线就是负电子流． 1900年法国化学家维拉德（1860~1934）又发现天然射线中还包括一种不带电的射线，命名为?射线．1914年，卢瑟福等人证明， ?射线和Ｘ射线相似，也是一种电磁波，只是波长比Ｘ射线短得多．７．放射性元素的蜕变：经研究发现，原来的放射性元素放出射线后，变蜕变成其它元素，比如“镭”放射出?射线后变成“氡”． “镭”的同位素放射出?射线后变成钋．三．电子的发现１．两种观点：第一种是以赫兹、勒纳德（1862~1947）为首的以太波派．1892年，他们将放电管的壁上开个薄铝窗，发现阴极射线像阳光一样穿透铝窗，射入空气中，故认为阴极射线是一种以太波。第二种观点是以克鲁克斯和法国的佩兰为代表的微粒说，克鲁克斯曾用磁铁使阴极射线偏转，预示它是一种粒子流。1895年，佩兰发现，当磁极倒转时，射线就向反向偏转，说明它带有电荷，后来又证明它是从阴极发出的带负电的微粒流。２．汤姆逊简介：汤姆逊（1856~1940）是英国物理学家。出生于英国的曼彻斯特，他的父亲以售书为业，他是因为无钱学工程而学习物理的。在他取得学位之前，他的父亲就去世了，他只能靠助学金维持学业。1876年，他获得了剑桥的数学奖学金而进入剑桥大学三一学院深造；1906年，由于他在“气体导电方面的理论和实验研究”而获得了诺贝尔物理奖学金。
1897年,英国物理学家汤姆逊重新设计了克鲁克斯管，令阴极射线在电场和磁场中均发生偏转，证实了阴极射线是带电的微粒子流，并测得了微粒子的速度与它的荷子比 之间的关系，同时荷子比与电极材料无关，说明这种粒子是各种物质的共同组成．后来汤姆逊和美国物理学家米利肯（1868~1953)等人作了精密的测定和计算,得出了这种物质的电荷为(？)．利用所测得的荷质比的数值，可以算出这种粒子的质量为（？），约为氢原子质量的 ．这表明，这种粒子不再是一种假设，而是一种实实在在的物质粒子，它是原子的组成部分，这种粒子就采用了1891年英国物理学家斯通尼（1826~1911)的定名,称为“电子”.电子的发现实际上也是一个国际性的发现,但汤姆逊起了决定性的作用.３．阴极射线的本质是带电的微粒子流４．电子的发现的科学意义：电子的发现及其性质的研究，打开了原子世界的大门，开创了物理学的新时代，为量子力学的创立奠定了理论基础，成为通向这一王国的序曲，同时也揭开了电的本质，打消了人们对电的神秘感．量子理论的创立一．“紫外灾难”和普朗克量子论的诞生１．“紫外灾难”：1900年，英国物理学家瑞利(1843~1912)根据经典统计力学和电磁理论，推出了黑体辐射的能量分布公式．该公式在长波部分与实验比较符合，但在短波部分却出现了无穷值，而实验结果在短波部分趋于零．在短波部分理论与实验结果的严重背离，被称之为“紫外灾难”．２．维恩公式：1893年，德国物理学家维恩（1864~1928）发现黑体的温度(绝对温度)同所发射能量最大的波长成反比,称为维恩位移定律,这一定律是由麦克斯韦电磁理论推出来的.1896年他又通过半理论半经验的办法，找到了一个用来描述能量分布曲线的辐射定律，也叫维恩公式，这个定律在短波部分与实验相符，但在长波那部分却偏离很大．３．瑞利－爱因斯坦－金斯定律：1905年６月英国物理学家金斯（1877~1946）修正了瑞利定律,以后人们将其通称为瑞利－金斯定律．不过经考证爱因斯坦在金斯前三个月就提出了这一定律的正确形式．故这一定律应该称为瑞利－爱因斯坦－金斯定律．这一定律是从经典理论推出来的，它在长波部分渐近于实验曲线，但在短波部分却相差甚远，对此,1911年犹太血统的物理学家埃伦菲斯特（1880~1933)将其称为“紫外灾难”.这场“灾难”是经典物理无法克服的.４．普朗克量子论的诞生（２）普朗克公式的建立：普朗克早期从事热力学研究，1894年，开始把注意力转向了黑体辐射问题.1899年，他从热力学导出了维恩的辐射定律，同年年底得知维恩定律同实验有偏离．1900年10月7日，鲁本斯夫妇访问普朗克时，告诉他，瑞利于当年６月提出的辐射定律在长波部分同实验结果一至．（１）普朗克简介：普朗克（1858~1947)出生于德国的基尔，1867年随全家迁居慕尼黑．1874年普朗克考入慕尼黑大学．1879年转入柏林大学，取得博士学位，之后开始研究物理学．普朗克受到启发，他采用数学方法去寻找新的辐射定律，使它既在长波部分渐近于瑞利定律，又在短波部分渐近于维恩定律．当晚他把1899年的公式加以修改．得到了满足上述要求的公式－普朗克公式．３）量子论的诞生
为了寻找普朗克公式的理论根据，普朗克紧张地工作了两个多月，终于发现要对这个公式作出合理的解释，唯一可能的出路是做一个大胆的假设，即物体在发射和吸收辐射时，能量不是连续变化的，而是以一定数量的整数倍跳跃式地变化．也就是说，在辐射的发射或吸收过程中，能量不是无限可分的，而是有一个最小的单元．这个不可分的能量单元，普朗克称之为“能量”或“量子”．它的数值为普朗克恒量辐射频率1900年12月14日，普朗克向德国物理学会宣读了题为《关于正常光谱的能量分布定律的理论》一文，报告了他的大胆的假设，这就是量子论的诞生．（4）“能量子假说”的科学意义： “能量子假说”是对经典物理的重大突破，它引起了物理学理论的根本变革，导致了光量子论、玻尔原子结构模型、物质波的发现及量子力学的创立。爱因斯坦的光量子论（１）爱因斯坦简介：（略）（２）光量子论：爱因斯坦于1905年3月写了一篇论文《关于光的产生和转化的一个推测性的观点》.在文章中,爱因斯坦认为能量的不连续性不仅表现在辐射的发射和吸收过程中，即使在空间传播过程中辐射也是不连续的．也是由不可分割的一个个的能量子组成的．即：光在传播过程中，能量是不连续地分布于空间，它是由分立的能量子组成的．爱因斯坦把这些能量子称为“光量子”，也称为“光子”．光子的能量与它对应的光频率之间的关系为（３）光的本质：18世纪,物理学家们曾对此展开一场激烈的争论．一派是以牛顿为代表的微粒说．另一派是以惠更斯为代表的光的波动说．争论的结果微粒说胜利．19世纪，在大量事实的支持下，光的波动说又占了统治地位．20世纪初的1909年，爱因斯坦明确提出,光不仅具有粒子性,而且具有波动性,即:波粒二象性.最终使人们对光的本质有了全面的了解.(4)光电效应问题:所谓光电效应,就是指当以一定的频率范围的光照射金属表面时便会发射出电子来.对这一现象的解释,光的波动说无能为力,爱因斯坦用光量子论对其进行了轻而易举的、完美的说明，用十分简洁的语言彻底地解决了这个问题．（５）光电效应的解释：爱因斯坦认为，光电效应本质上是光子与电子交换能量的表现．当光子撞击到金属表面时，金属中的电子可以获得它的全部能量．这一能量可分为两部分，一部分用以克服金属表面吸引力所作的功；另一部分则变为电子的动能．（光电效应方程）（６）光量子论的实验验证：光量子论是经过美国两位实验物理学家米利肯（1868~1953)和康普顿（1892~1962)的工作得以确认.米利肯用了10年时间检验爱因斯坦的光电效应公式,结果同他的“一切希望相反”,光电效应公式是成立的.康普顿于1922年发现康普顿效应，并最终认识到这一效应只能用光量子论来解释．６．玻尔的原子结构理论（１）玻尔简介：玻尔（1885~1962）是推广、应用与发展量子论的又一科学家。玻尔出生在哥本哈根一个颇有声望的知识分子家庭，祖父是语言学家，父亲是哥本哈根大学生物学教授。玻尔18岁进入哥本哈根大学物理系学习。1911年入英国剑桥大学和曼彻斯特大学深造，在这里结识了他的良师益友卢瑟福，在他的鼓励和帮助下完成了他的原子结构理论。玻尔一直坚持量子论这块阵地，成为这场物理学革命中的风云人物以及这场革命的主力部队—哥本哈根学派的领导人。（2）卢瑟福的原子结构模型：1911年，他在前人各种模型基础上，并结合?粒子散射实验的结果进行推测：原子的正电荷必定要集中在半径为厘米的范围内，而原子的半径却有这说明原子内部大部分是空虚的，根据这一模型他推出了?粒子散射的公式。这一模型得到了德国物理学家盖革（1882~1945）和英国物理学家马斯登通过一系列?粒子对金属箔的散射实验所证实，并得到公认。厘米。（3）卢瑟福原子模型存在的问题:第一,未能说明电子怎样绕核运动;第二，不能解释原子的稳定性和原子的线状光谱。（4）玻尔的原子结构理论的主要内容：第一，1913年，他发表了三篇关于《原子和分子的结构》的长达71页的论文，其中提出了三条假设：
<1>电子只能在一些特定的圆形轨道上绕原子核运行,在这些轨道上,电子的角动量是
的整数倍。不同轨道的电子能量不同。
<2>电子在特定轨道上运行时，既不发射能量，也不吸收能量，是稳定的，玻尔称这种状态为定态。<3>当电子从高能量的轨道（定态）“跃迁”到较低能量的轨道时，就要发出辐射，辐射的频率满足下列关系式：反之，如果电子从低能量的轨道“跃迁”到高能量的轨道时，就是辐射的吸收过程。
第二，玻尔不仅用“定态”、“跃迁”概念成功地解释了原子的稳定性，而且用自己的理论对简单的氢原子结构作了详细的计算，所得结果与光谱分析所得的实验数据完全符合，使长期以来一直无法解释的经验公式得到了统一的理论解释。玻尔理论被爱因斯坦誉为“最伟大的发现之一”。玻尔也因此获得了1922年的诺贝尔物理学奖。（5）玻尔理论的局限性：玻尔没有完全抛弃经典物理的力场。其表现为：第一，他仍然把微观粒子当作古典力学的质点，仍然采用轨道概念，并用古典理论来计算轨道半径。第二，他的理论还不能很好地解释比氢原子更复杂的原子谱线。德布罗意的物质波理论（１）德布罗意简介：路易·德布罗意（1892—1987年）生于法国塞纳河畔迪埃普，出身于贵族，中学毕业后，他进入巴黎大学学习，最初学习历史、法律，1910年获学士学位。在学习期间受到他的哥哥莫里斯·德布罗意研究X射线的影响，对科学发生兴趣，大学毕业后改学物理，1913年获得“科学证书”。第一次世界大战期间，在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役六年。战后，他重新钻研物理并在他哥哥的实验室参加实验研究工作。1924年获巴黎大学科学博士学位，1928年任巴黎大学理论物理教授，1929年获得了诺贝尔物理学奖，1933年被选为法国科学院院士。他研究物质波是受了爱因斯坦光量子论的启发，他在晚年回忆中说：“经过长期的孤寂的思索和遐想之后，在1923年，我蓦然想到：爱因斯坦在1905年间作出的发现，应当加以推广，使它扩展到包括一切物质粒子，尤其是电子。（2）德布罗意的物质波思想：他认为爱因斯坦的光量子论公式不仅适用于光子，也适用于电子，也就是说，电子不仅具有粒子性，也具有波动性。它的波长为：注：v为电子在1伏特电位差的电场中的运动速度第二，他预言，电子穿过小孔时，会像光一样显现出衍射现象，第三，他还进一步提出，关于自由粒子的新的动力学和旧的动力学之间的关系，完全同波动光学和几何光学之间的关系一样（3）微观粒子的波粒二象性：德布罗意预言的电子波具有衍射现象，1927年经美国的戴维逊（1881~1958）和英国物理学家G.P.汤姆逊(1892~1975)所证实。实验证实了电子和光子一样，不仅具有粒子性，而且具有波动性。后来很多实验都证实，不仅电子而且质子、原子、分子都具有波动性。量子力学的的创立（一）海森堡的矩阵力学和测不准关系（1）海森堡简介：德国青年物理学家海森堡（1901~1976）早年就读于慕尼黑大学和哥廷根大学，1923年获博士学位后，于1924~1927年在哥本哈根物理研究所深造，在玻尔的领导下从事量子论的研究工作，在德布罗意之后创立了矩阵力学，提出了测不准关系。1932年因提出原子核是由质子和中子组成的理论，获得了诺贝尔物理学奖，晚年至力于统一场论的研究。（2）玻尔的原子结构理论的局限：海森堡在考察了玻尔的原子结构理论后，认为玻尔的轨道假说是一个不可观察的假说，实验依据不足，可以说是虚构的。第一，如果电子确实有轨道的话，应当在原子的定态特性和辐射特性中表现出来，但是任何实验都不能说明电子按一定轨道运行。第二，在观察中，人们只知道原子所发出的光的频率和强度这两个观察量。（3）海森堡的矩阵力学的建立：海森堡大胆地抛弃了轨道概念，在可观察到的原子发出的光的频率和强度这些光学量的基础上，以代数为工具，提出了一套数学方案，后经哥廷根大学物理学家玻恩（1882~1970）和他的学生约尔丹用数学的矩阵方法把海森堡的思想发展成系统的理论，即矩阵力学。（4）海森堡提出的测不准关系：海森堡认为，在微观世界中，对于质量极小的粒子 来说，每次观察都意味着对它们行为的重大干涉；宏观仪器对微观粒子 的干扰不可忽视，也无法控制，测量的结果同粒子的原来状态不完全相同，事实同测量本身直接相关，于是他提出了测不准关系。
目前测不准关系已被认为是微观粒子的客观特性，是表明微观粒子基本性质的一个重要原理，决不仅仅是当初所想的测量手段问题了。(二)薛定鄂的波动力学(1)薛定鄂简介:薛定鄂(1887~1961)是奥地利物理学家.其父是企业家,母亲是教授的女儿,研究过化学.薛定鄂是独生子,其父是他的“朋友、老师和不倦的谈话伙伴”。薛定鄂早年就读于维也纳大学，他兴趣广泛，多才多艺，喜欢语法、诗歌、戏剧，特别倾心于数学和物理，是一位能说4种语言，出过诗集的科学家。（2）薛定鄂方程：在爱因斯坦光量子论和德布罗意的物质波思想的启发下，试图找一个更为普遍的理论，于是他将德布罗意的物质波理论进行推广，最终找到了一个普遍适用的公式。其数学表达式为：注：式中，m为粒子的质量，w为粒子的总能量，V为粒子位于空间（x,y,z)点时的位能，?为波函数。（3）薛定鄂方程的意义：它深刻地揭示了微观客体的运动规律，提供了系统的、定量的处理原子结构问题的理论，是原子物理中应用最广的公式。(4)量子力学创立的重大意义:量子力学从普朗克开始,经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定鄂、狄拉克等人的努力，于20世纪30年代形成一种完整的理论体系,成为适用于自然界一切微观领域的普遍适用的理论,它从根本上改变了经典物理观念,为物理学的发展开辟了广阔的前景。相对论的创立一．“以太漂移”实验和相对论的先驱1.“以太”:该词原于希腊,意思为高空.1664年笛卡尔首先把它用于科学;胡克、惠更斯等人都假设“以太”存在，并用以解释光学现象；19世纪，科学家们把它当做光、电、磁现象的传播媒介而上升为物理学的中心研究课题，其代表人物为开尔文，该学派认为，“以太”是一种有弹性、可压缩的无引力、静止的固体。牛顿、麦克斯韦都借助于“以太”来完成他们的理论体系。2．“以太”遇到的困难：其一，既然“以太”是弹性固体，那么，行星沉浸在“以太”中进行运动总会受到阻滞作用，但是天文观测却从没有察觉出天体受到这种阻滞作用。其二，既然静止的“以太”充满了宇宙空间，那么，处于“以太”海洋中的地球要以每秒30公里的速度绕太阳运行，势必受到“以太”的阻力，地球上的人就应该感到有每秒30公里的“以太风”迎面吹来。
相对论就诞生于对“以太”遇到的困难的克服之中。3．寻找“以太”：1876－1887年，美国实验物理学家迈克尔逊（1852~1931）在美国化学家、物理学家莫雷的协助下，作了搜索“以太风”的实验－迈克尔逊-莫雷实验。该实验的精确度高达40亿分之一，观察了5年，丝毫没有“以太漂移”迹象。4．“以太”的命运：假如放弃“以太”说,又难以解释麦克斯韦的电磁波理论;假如承认“以太”说,又找不到证据.对此科学家们采取了两种不同的态度：一派仍维护“以太”假说，但要找一个办法能使其自圆其说，两全其美；另一派则抛弃“以太”说，另辟蹊径。但两派的工作结果实际上趋于一至。 维护“以太”说的科学家有荷兰物理学家洛伦兹（1853~1928）及爱尔兰物理家家斐兹杰惹（1851~1901）等人。主张抛弃“以太”说的科学家有彭加勒（1854~1921）和爱因斯坦。狭义相对论（新时空观）的创立１．两个基本假设：第一个假设是相对性原理，即物体运动状态的改变与选择任何一个参照系无关；第二个假设是光速不变原理，即对任何一个参照系而言，光速都是相同的。
爱因斯坦从两个基本假设及“同时性”的相对性出发，得出了新的结论－狭义相对论。２．狭义相对论第一，一个物体相对于观察者是静止的时候，它的长度测量值最大；如果相对于观察者以速度v运动时，那么沿相对运动方向上，它的长度要缩短，速度越快，缩短越大，即运动着的尺子要缩短，其长度收缩公式为：第二，时钟对于观察者静止时，走得快，如果它相对于观察者以速度v运动时，那么它就变慢了，即运动着的时钟要变慢，其时钟变慢公式为：３．狭义相对论的相关内容（1）宇宙没有标准钟和标准尺，时间、空间都与运动状态有关，随着物质运动速度的变化而改变。（2）在任何惯性系中，物体的运动速度都不能超过光速。3. 双生子佯谬（Twin paradox）有一对双生兄弟，其中一个跨上一宇宙飞船作长程太空旅行，而另一个则留在地球。结果当旅行者回到地球后，我们发现他比他留在地球的兄弟更年青。
但如果我们从宇宙飞船上的兄弟的角度去想这个问题，我们似乎会得出矛盾的结果：旅行者在宇宙飞船中会看到地球以高速离他而去，然后又高速回来。他可以认为他在地球上的兄弟才是移动时钟，所以是他的兄弟才会受时间膨胀所影响，而不是他自己。（4）物体的质量是它所含能量的量度，即：上述公式说明：利用很少的物质就能产生巨大的能量。这一公式奠定了原子能的理论基础。４．狭义相对论的重大意义：
第一，它从根本上抛弃了经典力学中牛顿的绝对时空观，牛顿把时空与物质运动割裂开来，认为空间“是与外界任何事物无关”的“绝对空间”，时间是“与任何其他外界事物无关”的“均匀的”、“流逝着”的绝对时间。
爱因斯坦认为时间、空间不仅与物质不可分割，而且随物质运动状态而改变，为辩证唯物主义关于时间、空间是物质的存在方式的原理提供了坚实的自然科学的证明。
第二，它否定了“以太”的存在。
第三，它揭示了时间、空间不可分割性，证明了时空存在着内在的、本质的联系。５．爱因斯坦的遗嘱:后事不发讣告,不建坟墓,不立纪念碑,免除花卉布置和音乐典礼,把骨灰洒在不为人知的地方.火葬仪式上,他的遗嘱执行人,宣读了德国诗人歌德为他的亡友席勒写的一首诗,以表对他的评价和怀念.这首诗是:
“我们都获益不浅，
全世界都感谢他的教诲；
那属于他个人的东西，
早已传遍广大人群，
他像行将陨灭的慧星，光华四射，
把无限的光芒同他的光芒永相结合。”广义相对论的创立１．广义相对论的实质：一种引力理论．２．广义相对论的主要思想：第一，现实的物质空间不是平直的欧几里德空间，而是弯曲的黎曼空间．第二，它的弯曲度取决于物质在空间的分布情况．物质密度大的地方，引力场的强度也大，空间弯曲得也厉害，时间也要相应地变慢。３．广义相对论的意义：它进一步否定了牛顿的绝对时空观，再一次证明时空的相对性、可变性，即时空不仅随物质运动状态的改变而改变，而且与物质分布的密度，即引力场强度密切相关。为辩证唯物主义的时空是物质的存在方式的原理提供了雄辩的证明。
系统科学
是以系统及其机理为对象，研究系统的类型、一般性质和活动规律的科学。
1、系统论—系统工程 1940
2、信息论 通信系统 1948
信息度量
提取信息技术
信息通道
信息编译
3、控制论 自动控制 1948
通信工程
计算机技术 以数学为纽带
统计力学
神经生理学
生物学环境科学
环境科学是研究社会、经济发展中出现的环境质量变化的科学，包括环境质量变化的起因、过程和后果，并找出解决环境问题的途径和技术的措施。
全球大气增温研究
臭氧层耗损原因和机理研究
酸雨形成机理研究
全球水污染研究生态学
生态学是研究生物有机体与无机环境之间相互关系的科学。
生理生态学
种群生态学
群落生态学
生态系统生态学
应用生态学信息技术
1、计算机技术
电子管、晶体管、小规模集成电路
大规模集成电路、
(神经网络、智能、光)计算机
2、通信技术
数据通讯、光纤通信、卫星通信、移动通信
3、网络技术
计算机网络、互联网材料技术
1、稀有贵重金属材料的利用
2、无机非金属材料加工
特种陶瓷、特种玻璃
3、高分子材料
塑料、合成橡胶、合成纤维
4、先进复合材料
导电复合材料、记忆合金
5、信息材料
半导体材料、信息传输材料、“超颖材料”能源技术
1、节约能源
余热：热电联供、热泵技术、热管技术
储能：抽水、压缩空气、新型蓄电池
高效：高效电机、节能照明、电热膜
2、新能源
太阳能、受控核能、地热、风、海、水
“风力发电”空间技术
1、人造地球卫星
1957年10月4日苏联发射83.2公斤的卫星；
1957年12月4日苏联发射500公斤的第二颗卫星；
1957年12月6日美国发射卫星爆炸；
1958年1月31日美国第一颗8.3公斤卫星上天；
2、运载火箭
1926年美国第一枚现代火箭升空
1943年德国造出V-2导弹，重6吨，射程300公里，6倍音速；
1957年苏联发射第一枚洲际导弹，射程8千公里。3、载人航天
1961年4月12日上午9时7分，苏联第一个载人航天器“东方1号”发射成功，尤里.加加林成功返回；
1961年5月5日，美国“自由7号”飞船升空，谢帕德在空中逗留15分钟；
1962年2月30日，美国真正实现载人航天，格伦乘坐“友谊7号”升空；
1969年7月16日9时32分美国阿波罗11号起飞，
7月20日，阿姆斯特朗率先登上月球。
生物技术
1、基因（Gene）工程
重组DNA技术 1973年美国；
1986年美国启动“人类基因组计划”，美、英、日、法、德、中科学家于2001年联合完成。
2、克隆（clone）技术
1938年德国人首先提出；
1952年美国人克隆蛙成功；
1997年2月，英国克隆羊“多莉”诞生；
后克隆牛、鼠、猴、猪等。
七、21世纪：经典体系的解构与延伸
经典的内部冲突——时间性的发现——霍金与普里戈金——还原论与古典科学——量子力学与整体论——系统科学——生态科学参考书《科学技术史》 张密生 主编
《世界史上的科学技术》詹姆斯·E·麦克莱伦第三
《自然辩证法》 恩格斯 著
《文明的历史》 高奇 著
《科学史》 丹皮尔著
《物理学史教程》 李艳平、申先甲 著
《中国科学技术史》 李约瑟著
《果壳中的宇宙》 史蒂芬· 霍金 著
《发明的故事》 德博诺 著
《科学的历程》 吴国盛 著
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