世界科学技术通史 8.9分
读书笔记 全书总结
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世界科学技术通史——麦克莱伦第三、多恩 第一编 从猿到亚历山大 第一章 人类的出现:工具和工具制造者 1. 旧石器时代和新石器时代的起止时间和标志。 史前期是指200万年以前人类的生物学发端到大约5000年前近东地区最早一批定居中心出现文明为止。 旧石器时代200万年前到1万2千年前,以粗糙的石器和采集、加工野生食物原料为标志。 新石器时代是1万2千年前,到大约5000年前,以复杂的石器、进行屋旁种植或畜牧等粗放的方式生产食物为标志。 有准确历史的标志:进入文明和出现文字记载 2. 为什么说人类进化史的基础是技术史? 因为人类这种物种本身是非常脆弱的物种,历史考古表明没有一种人类社会可以没有技术而得以维持。制造和使用工具,以及技术的文化传承,乃是人类生存模式的要素,而且为一切人类社会所实践。另外,人类似乎是能够用制造出来的工具去制造其他工具的唯一物种。没有工具,人类就是一个十分脆弱的物种。人类自身的进化成功,很大程度上是由于掌握了工具制造和使用并使之传承下去的结果。因此,人类进化史的基础是技术史。 3. 为什么说控制火对人类来说是一项具有象征意义的非常关键的新技术? ① 因为火能够提供温暖,是人类得以迁徙到比较寒冷的地方; ② 火提供了人工照明,使人类能在夜晚继续活动,并能进入如洞穴等黑暗场所; ③ 火可以抵御野生动物的侵袭; ④ 火用来烧煮食物,缩短了进食和消化肉类的时间; ⑤ 有火才能制作通过火烤的木制工具。 总之,关于火的实用知识极大地加强了早期人类对自然的支配力。 4. 旧石器时代人类所掌握的的技术或“工具”有哪些,分别有何等作用? ① 控制火,作用见上题; ② 手,能够握持东西,制造工具,如针、绳、网、武器、弓箭、鱼钩、弩、等等; ③ 语言,用词汇和句子传达信息和交流的能力对人类具有重大社会和文化影响; ④ 宗教信仰和宗教活动,可以说构成了一项社会技术,把各个群体编织在一起,加强了他们的活力。 5. 为什么不能把食物采集者掌握的知识合理地当成是从关于自然界的科学或理论推演派生出来的知识? 体现在手艺中的实用知识不同于对现象进行某种抽象了解而得到的知识。旧石器时代的人们从事手艺时,用到的是实际技能,不需要理论或科学的解释或者引导。哪怕旧石器时代的人类曾对“火”有过什么解释,也多半是以为他们是在和火神或者火怪打交道,而绝没有什么旧石器时代的“化学”那层想法。旧石器时代的技术显然早于并独立于任何所谓“科学”的知识。 此外,旧石器时代的人类未曾自觉地从事过“科学”探索或者深入思索过自然界的问题。他们所掌握的广泛的“自然知识”是直接从经验获得的,他们自身的存在与这些知识息息相关。 在天文学上,似乎有类似于科学的迹象。但更合理的解释是原始人类的生活接近自然,月亮和天体的明显的周期性变化自然而然地会成为他们的关注对象。因此不能武断地说这种对月球的记录是为了某种特殊的目的,或者说当时已经有了原始的历法。这种观察和记录自然现象的活动只能表明当时的人类对理论知识有极肤浅的接触,仅仅是其成果好像比来自直接经验的知识要抽象。 6. 为什么在1.5万年前,食物采集的生活方式让位给食物生产的生活方式? ① 一种看法认为在距今1万—1万2千年前,上一次冰期末的冰川后退和相应的气候变化导致生存环境发生变化,许多大型动物灭绝,食物来源减少;另一些动物的迁徙方式也有变化,转移到了北方,而有些人群或许留了下来。人类自身也可能过度捕猎大型动物,破坏性地改变了自己的生存条件。 ② 另一个观点认为由于人口增长,采集的消耗大大增加,使得人们居住的环境达到了采集的承受力的极限。这个观点还可以说明为什么在旧石器时代后期之前技术创新那么少,因为当时丰富的资源供给少量的人口,没有动力使得人们改进当时的那些技术和手艺。 总之,需求和资源间的平衡被打破,在屋旁进行种植和豢养动物才开始形成新的生活方式。我们的祖先是在生态退化的压力下才放弃了流浪采集的生活方式,采取了生产食物的生活方式,即从狩猎和采集到屋旁种植和豢养动物。 第二章 农民时代 1. 从旧石器时代到新石器时代有哪两种方式可以选择? 第一种是从采集到屋旁种植进而到达农耕(进而发展为农业文明,最终进入工业文明);另一种是从狩猎到畜养动物再到游牧(发展为游牧社会)。到底选择哪一种转向新石器时代的路径主要取决于地理环境。 2. 屋旁种植与集约型农业的区别。 早期新石器时代的人类用石斧、石锛清理土地,用锄或掘地棒翻耕地块。后来还有臼和杵,用以对谷物进行脱粒、去糠、研磨等。集约型农业利用了大规模的灌溉网系、耕具和畜力。 3. 什么是扫荡式(“刀耕火种”)农业? 土地耕种几年后变被荒弃,待其自然恢复后再进行耕种。 4. 简述动物对人类的多方面的价值。 ① 把不可食用的植物转化为肉类,而肉类含有比植物更多的复杂的蛋白质; ② 随吃随取,不怕腐败变质; ③ 提供许多有用的副产品(蛋、奶、皮毛等,粪便可做燃料); ④ 能生产更多的动物; ⑤ 用于牵引和运输。 5. 简述史前期5项重要的发明。 1. 农耕和畜牧技术: ① 石斧、石锛等农耕工具; ② 栽培所涉及的改良、育种、遗传选择等; ③ 猎捕、放养、驯化动物。 2. 辅助技术: ① 编织所涉及的好些环环相扣的技术,满足穿衣和储物的需要,人类对织物的设计也能体现衣着的象征性和传达信息的作用; ② 陶器,出于对储物技术的需要应运而生,可用来储存剩余产品; ③ 用木料、土坯和石块造成的建筑; ④ 天然粗铜的冶金技术可以制造工具; ⑤ 制绳。 6. 写出两个重要的新石器时代天文学遗址,并简述远古天文学有哪些基本功能。 ① 索尔兹伯里平原上的巨石阵(新石器时代的宗教活动中心,用来祭祀太阳和月亮,构成一种地区性日历); ② 复活节岛的巨大摩阿仪石像。 远古天文学基本功能包括:① 通过建造标志物检测太阳和月亮在天空的周期性运动有助于确定时间,这对于农业、商业和宗教活动非常重要; ② 和占星术结合在一起用于预测个人和社会的命运; ③ 夜晚陆上和航海的定位。 第三章 法老和工程师 1. 什么是“城市革命”? 城市革命是指距今约6000年前在近东地区开始产生的第一批文明的那些变化的总和。这些文明体现为城市的产生、密集的人口、集权的政治和经济权威、区域性国家的雏形和形成、复杂的分阶层社会的出现、宏伟的建筑,而且开始使用文字和有了较高的学问。 这场转型是又一场技术经济革命,它发生在迫切需要进行集约化农业生产的关口,若非如此,便无法养活日渐增长、业已对居住地承载能力造成巨大压力的大量人口。 2. 列出6个原始文明。 公元前3500年前后 美索不达米亚的两河文明 公元前3400年后 尼罗河河谷的埃及文明 公元前2500年后 印度河流域的印度文明 公元前1800年后 中国黄河流域的华夏文明 公元前500年左右 中美洲的文明(奥尔梅克、萨波特克) 公元前300年后 南美洲的文明(玛雅文明、印加文明) 3. 为什么上述文明会在全世界范围内几乎是同时的各自独立产生?为什么大规模水利工程是形成中央集权王国的关键性因素? 文明产生在水文环境恶劣的地区,要成功实施集约化农业以养活大量人口,必须要有水利工程。在环境受限的地区,战败者无处可去,作为奴隶和农民充当着维持集约化农耕系统的劳力。最终历史的大潮推动者合并和集权,文明和国家迟早会出现。 依赖于大规模水利工程的集约化农业乃是形成大型的、高度集权化官僚国家的关键性因素。因为农业灌溉和防洪都需要水利工程,而水利工程必须要有一定程度的地区协作才能进行建造和得到维护,而且还要因时因地合理分配水资源。因用水发生争执时则需要权威来协调解决。过剩的农产品需要储藏并重新分配。这些地理因素和灌溉农业技术的共同作用,促成了专制国家的建立。 4. 古代文明的特点 ① 日渐发达的贸易和广泛的经济活动(西奈的铜矿对埃及法老必不可少,中美洲则有发达的黑曜石贸易); ② 职业专门化和明确的劳动分工,手工艺生产从一家一户变为专门的行业(汉谟拉比法典就有如何管理啤酒店的详细条款); ③ 人类开始寻找新型能源和动力(风); ④ 较高的文化——如书写、记录、文学和科学——的复杂化和制度化(古埃及的“世风院”、档案馆和寺院图书馆,); ⑤ 都有自己的数学体系; ⑥ 都发展有自己的基于天文观测的历法。 5. 简述各大文明的历法规则。 两河文明:一年有12个太阴历即354天的历法,每过19年插入7个闰月。 古埃及文明:民间历,12个30天的月,另外加上5个节日。这样的历法会慢慢滞后,直到1460年之后会错位一个太阳年回到原位。这个缺陷直到有人根据尼罗河泛滥和天狼星季节性地从地平线上升起来进行独立预测(天狼星的偕日升),才得到解决。 6. 什么是“新月问题”? 由于宗教和历法的原因,巴比伦天文学家需要知道一个太阴月有多少天。但是两个满月或者两个新月之间的间隔有29天或者30天。所以如何预测从一个新月到另一个新月的再次出现就成为一个难题。有好几个变量影响着这个问题:从地球上看的天空中太阳和月亮的相对距离,一年中的季节、还有较长时期月亮来回移动的距离。 巴比伦的天文学家掌握了“新月问题”,还能编制出正确的天文表,可靠地预测什么时候可以看到新月。 7. 对于首批文明来说,哪些知识算是有用知识? 书写和记录——政治统治、经济交易、企划等等; 计算——丈量土地、贸易; 历法——农业、宗教; 天文学——历法、占星术; 占星术——预测庄稼收成、军事行动结果或国王的未来; 8. 简述早期文明国家对科学的支持形式。 国家和寺庙当局都鼓励有学问的书写人掌握知识和应用知识。早期的国家全都设立有一些管委和一套文职机构,他们在一定程度上也探讨有关数学和自然界的知识。美索不达米亚那些城邦都有为数不少的官方机构,养着有学问的臣仆、宫廷占星家和专职历算家、古埃及也有一个集中了各类专门人才的“世风院”,设置了一个缮写班子和学问中心,主要任务是处理有关宗教典制、传统惯例方面的事宜,其中也囊括不少法术、医学、天文学、数学等知识以及其他五花八门的学问。另外古埃及还建有档案馆和寺院图书馆。 9. 早期文明中官办科学的特点。 在任何早期文明中,国家和当局总是支持有实际用途的学问,用以维持国家和国家的农业经济。知识收到国家机构中供职的专家学者的关注,他们的工作要服从维系社会的需要,不能有个人追求,因而全部匿名。 此外,人们把知识一条一条记录下来,从不加以系统分析、概括为定理,即“列表科学”。可以说是缺少抽象性或普遍化。 第四章 得天独厚的希腊 1. 为什么希腊能产生希腊科学?【论述题】 由于地理原因,希腊的粮食生产仰赖季节性雨水和雪水,亦没有大规模水工程,因为退化的生态环境无法支持较高的人口密度,希腊人不得不生产葡萄酒和橄榄油这些二次产品用于交换,结果古希腊文明善于航海和经商,眼界开阔。 政治:希腊破碎的地形使得一个地区的城邦政府只有有限的被侵蚀的土地,能够集中的财富有限,不能像埃及法老那样有无孔不入的官僚机器让每一项社会和文化活动都服从国家的利益。 希腊人以其有关法律和正义的政治争论水平而闻名,关于王国、贵族制度、民主、保证的分析也广为人知。正如后来的科学史所表明的,理性地争论政治体制与探究自然界的结构,两者之间只相差一小步;反之亦然。 2. 希腊科学的特点 ① 古希腊人对宇宙的思索和对抽象知识的非功利追求,其努力是没有先例的,古希腊自然哲学家提出了许多基本的、意义深远的问题; ② 希腊自然哲学家是独自活动的,不受国家惠顾,也没有担任公职,因此希腊科学是空悬在社会学的真空之中; ③ 在希腊时代的希腊,有一种十分强调知识的哲学内涵的独特理念,脱离了任何社会和经济目标。 3. 前苏格拉底自然哲学家 学派 名字 主要观点 意义 米利都学派 泰勒斯 万物本源是“水” 泰勒斯的解释的不寻常之处在于:① 其解释完全是普适性的,而不是针对个别情况;② 其解释没有涉及神或超自然的东西,它要求客观地、非神秘主义地看待自然。 虽然他的解释经不起深究,但是他第一次提到构成我们周围世界的物质“材料”,这标志着物质理论的开始,标志着在正常领悟范围内对物理世界的构成进行思考的开始。 阿那克西曼德 万物本源是“无界”,这种无形的初始态生出二重性和世界。 阿那克西米尼 万物本源是“气”,并且宇宙中存在两种相互冲突的力:稀释和凝聚。通过各种方式把气凝聚成固体和液体或者把气稀释成火。 恩培多克勒 四种基本元素:土、气、火和水,以及代表爱和恨的引力和斥力。 毕达哥拉斯学派 毕达哥拉斯 认为“数”是万物本源。 发现无理数、毕达哥拉斯定理 运用演绎推理和证明 把数学当作自然科学来研究,使希腊数学从实用计算转而进入到纯粹的算术和几何,而且毕达哥拉斯学派发展了证明方法,使之成为了说明见识正确的一种工具和模型,开创了一条认识自然的全新思路,开始了自那以后一直强有力影响至今的数学理想主义的伟大传统。 变化哲学家 赫拉克利特 变化是永恒的,一切都在流动之中 把解释变化纳入了自然哲学的中心,而且还引出了关于感官和我们该如何认识事物这样一些非常的基本问题,甚至还可以联系到知识是否能够以感觉为基础或者应该以什么为基础的问题。 对后世自然科学的影响:自那以后,关于自然界知识的每一个论述,在形式上不仅必须有其内部的证据和论证的支持,而且还必须符合另一条理性原则,即说明它的每一个证据或者每一步推理为什么支持那样的结论。 巴门尼德 没有什么在变化,变化只是幻觉。 原子论者 留基伯 世界由原子组成。原子是物质的最小的不可再分的粒子。原子在虚空中所取的形状、位置。运动和排列的不同是我们看到周围物体显示差异的根本原因。 德谟克利特 4. 希波克拉底学派的医学观点。 希波克拉底学派把四要素(土、水、气、火)同人的四种体液(血、痰、黄胆、黑胆)联系起来,断言健康代表这四种体液两两之间保持平衡。 5. 简述毕达哥拉斯定理: 对于任意直角三角形,都有a^2+b^2=c^2,这里c是直角三角形的斜边,a、b是直角三角形的直角边。这个定律还隐含着一个推论:并非一切线段的长度都可以用其他单位长度的比率或者分数来表示。 6. 简述使希腊人困惑的三大平面几何难题。 化圆为方(求作一个正方形使其面积等于一个已知圆)、三等分任意角、倍立方(求作一立方体使其体积是一已知立方体的两倍)。 7. 共存在几种正多面体,怎样与柏拉图认为的基本元素对应? 正四、六、八、十二、二十多面体,分别与土、气、火、以太和水对应。 8. 何谓柏拉图的“拯救现象”? 柏拉图认为天体都作匀速圆周运动。但实际的天文观察却发现,某些天体的运动既不是圆周运动,也不是匀速运动。最明显的是行星的“留和逆行”,即如果以恒星为背景观测,行星在运动时有时会变慢、停止、向后运动、再停止、然后在继续向前运动,在天空中划出一个很大的圈。柏拉图责成天文学家用圆来拯救这些现象。在之后的2000年时间里,如何解释行星的“留和逆行”一直是天文学中要解决的中心课题。 柏拉图关于范型和圆的那些先前的哲学(理论)信条已经清楚地告诉了人们要研究的现象。他为理论家和天文学家预先规定了要得到怎样的结果才算是行星难题的合适的或者说可接受的答案,也就是说,那个模型必须用匀速圆周运动来产生出表观的非均衡运动。 9. 在希腊时代哪些科学家为“拯救现象”做出贡献。他们的研究传统又在哪些方面值得我们关注? 欧多克斯提出了一个由27个嵌套的同心天球组成,每个天球都围绕着地球做不同的旋转的系统。每个逆行的行星需要4个旋转的天球组成的系统来解释:一个说明每日的运动,一个造成在天上的周期性运动,还有两个做反向运动,形成留和逆行的8字形马蹄形路径。留下的问题就是难以解释为什么观测到的四季长度不相等。 为此,卡利普斯为太阳加进一个额外的天体,并使天体总数增加到35个。但它的明显缺陷是:带着这么多或在上或在下以不同速率和倾斜度旋转的天球,宇宙在机械上是如何运行的? 到了亚里士多德,他企图用技术天文学解决这个问题,所以又添加了许多起抵消作用的天球,把天球的数目增加到55个或者56个。 但是同心球模型很难解释的问题包括:四季天数不同,金星为何有亮度变化,金星和水星和太阳为什么总是靠的很近等等。 这个研究传统值得我们关注的有这样几方面: ① 科学研究在很大程度上取决于研究人员的舆论。如果欧多克斯、卡利普斯和亚里士多德不是都认为柏拉图的观点在根本上是正确的话,就不会进行上述如此细致的研究。 ② 科学活动本质上是一种群体行为,从事科学实践的是群体而不是个人,在这一点上希腊模式和科学活动的官办模式都没有区别。 ③ 与巴比伦的天文学家和占星学家一样,欧多克斯、利卡普斯和亚里士多德实际上不但是去了解自然,也不仅限于要操纵自然,更是去用他们的普遍的哲学、形而上学的理论信条去核查自然。 10. 亚里士多德的物质理论。 也认为存在着土、气、火、水四种基本元素,分别由更为基本的几个属性热、冷、湿、干配对而成。这些属性都是一种在理论上品质较差的“第一物质”即原初材料反映出来的。湿和冷构成水,热和干构成火、湿和热构成气、冷和干构成土。而普通的土和其他一切的合成物都是这些纯元素的混合物,而纯元素是绝对看不到孤立态的。亚里士多德认为我们体验到的世界就是物质的真实,因为世界中的物体就是由基本物质和范性结合而成的一个不可分割的混合体。 另外在月上世界还存在着第五种元素:以太。它不与其他四种元素结合,不会腐败,仅以纯粹状态独立地存在于自己的天体王国中。 11. 亚里士多德关于运动的物理学。 他认为土和水是重的,自然要向宇宙的中心(即地球)运动;气和火是轻的,自然背离中心运动。此外不需要任何理由来说明这种固有的运动。因此,每一种元素都要在宇宙中找到一个位置,即其所为的自然位置:土位于中心,外面是分层的水、气和火的同心层。在地上王国,每种元素都自然趋向它的自然位置。 在他的世界结构中,外面生活在其上的地球基本上是球形,而且整体上处在宇宙的中心保持不动。在地球区发生的自然运动(向上或向下)和在天体区发生的自然运动(总是圆形)是截然不同的。恒星和行星位于天体区,靠它们镶嵌在其上的以太球层携带着作圆周运动。 除了由土、水、气、火组成的物质做向上或向下的自然运动外,其他在我们周围的非自发的运动,如射出去的箭都需要加以解释。这样的运动都被视为强制运动或暴力(反自然)运动。亚里士多德指出,这类运动总是需要一个外来的推动者,由某一个人或者某一个物体施加某种外力去引起相关的运动,而且那个推动者还必须始终与该物体保持接触。【这一点对抛物运动的情形难以解释】亚里士多德还在力、速度和阻力之间建立了定量关系。 12. 亚里士多德排斥真空的理由有哪些? 在真空中运动意味着没有阻力。但是如果没有阻力,物体的运动速度就会变成无穷大,而以无穷大速度运动的物体会同一时间处于两个位置。这与我们所有的经验相悖。 13. 亚里士多德关于变化的论点。 他用生物体的生长和发育为模型来说明变化。在那个模型中,变化体现为一个转化和形成的过程,即事物中的“隐性得以现实化”。现实的橡子中潜藏在一棵橡树,生长或变化只不过显露出原已潜藏着的那些特点而已,这样就避免了从无中生有的巴门尼德式的悖论。而且在亚里士多德看来,一种形式的消失意味着另一种形式的出现,因此宇宙必定是永恒的,在时间循环中,它永远重复着自身。 14. 亚里士多德的物理学四因说 质料因、形式因、动力因、目的因 15. 柏拉图与亚里士多德的自然哲学 柏拉图认为存在着永恒不变、超越物质的完美的纯粹“范型”世界,范型世界构成了一种不变的、理想的实在,我们这个世俗世界不过是他的一种苍白的、不完美的反映。 亚里士多德认为感觉和观察是有效的,他们是通往知识的唯一途径。强调事物的可感觉本质,更符合常识,在科学上也更有希望。 16. 亚里士多德关于生物学的观点。 动物分为“有血的”脊椎动物和“无血的”非脊椎动物。 三种“灵魂”:营养、感觉和理性,分别对应植物、动物和人类较高的感知功能,从而建立起解剖学和生理学的联系。 肯定了自发繁殖概念,认为生殖过程中雄性向后代提供“形式”,雌性提供“物质”。 17. 为什么亚里士多德的自然哲学经久不衰? 亚里士多德的著作为晚古时期、伊斯兰世界和中世纪欧洲文化中较高的学问提供了基础。他的宇宙,从根本上说,同柏拉图一样仍然是神学宇宙。这就使得他的哲学与犹太教、基督教和伊斯兰教的神学不谋而合。所以这三种宗教的神学家便竭力使他们对宗教教义的诠释符合亚里士多德的学说。许多拜占庭、穆斯林和基督教的科学家也找到了理解自然的灵感:原来,他们相信的那些东西正是上帝的杰作。凡此种种的观念得到后来基督教和统治当局的共鸣,那样的环境肯定也成为亚里士多德的自然哲学经久不衰的保障。 此外亚氏的观念就我们所看到和所经验到的情况而言,可以稳稳当当站住脚跟,言之有理,因此被按照希腊传统研究自然哲学的人奉作经典并广为流传。 18. 希腊化时代科学的特点。 希腊化时代(亚历山大死后)的开始标志着古代科学的历史纪年的中断。自然哲学连同它不依附于任何势力的个人主义让位给更为世界主义的希腊化世界。那是希腊科学的黄金时代,它揭开了研究活动被组织起来并得到社会支持的一种新的模式。希腊化和希腊—罗马科学的明显特点,至少有一部分就是纯科学和自然哲学活动的制度化。也可以说,希腊化时代的科学代表了希腊自然哲学传统与源自东方王国得到国家支持的科学模式的历史性融合或杂家。 19. 希腊化时期重要的科学家及其主要成就 名字 主要成就 欧几里得 写《几何原本》,成为后来数学研究的源头。 阿波罗尼奥斯 研究圆锥曲线,提出本轮和偏心圆模型。 阿基米德 数学上:①计算曲面的面积和体积 ②用穷竭法算出π=3.14 ③发现抛物线的重心 物理上:①研究平衡问题、杠杆原理 ②浮力定律 机械上:造出投石机、起重机、螺旋提水器等 埃拉托色尼 通过一次非常著名的观测,计算确定了地球的周长。在地理学绘图学方面也做出过非常出色的开创性工作。 阿利斯塔克 提出日心说,赋予地球自转和公转两种运动 托勒玫 古代天文学的巅峰,写出《天文学大成》,提出了均衡点的概念。对几何光学、地理学和绘图学也有很大影响 20. 托勒玫的《天文学大成》是古代天文学的巅峰。 托勒玫以地心说和天体做圆周运动为基础,运用了大量数学和几何学的知识。他不但使用本轮和偏心圆的概念,还使用了均衡点。站在均衡点上望去,观察者会看到行星在做匀速圆周运动,虽然事实上它们相对与地球的运动速度是有变化的。均衡点概念是非常有用的工具,托勒玫充分利用并加以发挥,高出一些尽管非常抽象却十分精巧的数学结构。从理论上讲,对于任何观测到轨道其实都可以用合适的本轮、偏心轮和均衡点设计出一个“托勒玫”体系来与之精确适配。在长达1500年的时间里,《天文学大成》一直是继承希腊化传统工作的每一位天文学家的圣经。 21. 盖伦及其以后的许多医师的医学观点。 人体运行着3套不同的维持生命的系统和许多元液。他们认为肝和静脉系统吸收营养,把得到营养补充的血液送到全身。脑和神经分配一种让人有思想的精神元液。心脏是产生内热的场所,通过动脉分配第三种生命元液,使人能够活动。肺司呼吸,并冷却心脏产生的内热。 22. 罗马时期的技术成就 军事技术和航海技术铸就了训练有素的庞大的罗马军团和罗马海军;四通八达的道路网和输水系统提供了至关重要的基础设施;罗马的法律体系正规、周密而且十分成熟,也可看做对帝国机器的运转不可小觑的社会技术;石灰水泥的发明可使得石砌建筑变得比较容易建造,成本也比较低。 23. 希腊-罗马时期科学和自然哲学为什么发生衰退? ① 科学和科学活动在社会生活中没有清楚地显示其作用是可能的原因。科学在古代与社会联系非常少,组织极其松散,因而几乎不存在得到社会支持的思想和物质基础。在希腊化时期,科学、自然哲学和哲学本身的历史性分离,更进一步使科学活动失去任何社会作用; ② 相关的还有一种解释,把原因归结到古代经济以及科学和技术的长时间分离。由于生产力水平低下,人们觉得用不着自然知识,不愿意向科学投资; ③ 在晚古时期各种宗教派别十分活跃,这极大地削弱了古代科学传统的权威和它们在人们心中的重要性。这些宗教派别或多或少都有反智识的倾向,从而形成了与传统科学知识在智识上和精神上相互竞争的局面。特别是基督教兴起之后,基督教早起传教时就对异教文化流露出或多或少的敌意和怀疑。当基督教会在社会化和制度化两方面取得巨大的成功之后,教会的各级领导和管理机构就可以提供就职和晋升的机会,这也吸引了不少有才干的人,以前他们或许会献身科学。 24. 为什么古代不发生工业革命? 简言之,没有那种需求。那个时代的生产规模和以奴隶劳动为基础的经济足以按照现状继续维持。把利润当做合理追求目标的资本主义完全不符合那个时代人们的心态。因此,为了那样的目标而可以或者应该去掌握大规模生产的技术也是不可能的想法。 第二编 世界人民的思与行 第五章 永恒的东方 1. 列出拜占庭时期最著名的自然哲学家的名字及主要观点。 菲罗波内斯。他对亚里士多德的物理学进行过相当彻底的抨击,并且发展了亚里士多德物理学的多方面内容。例如他认为是抛物者赋予了抛物体能够自行运动的那种力量。 2. 拜占庭人的著名创造。 真正的医院,即可让病人住院治疗(也作为教会慈善事业)的机构 3. 简述公元9世纪阿拉伯政府支持科学研究的机构。 智慧宫:专门进行翻译和掌握外来世俗科学的工作。 清真寺:虽然主要是宗教中心,但也是一个进行读书识字和做学问的中心。 法律学院马德拉萨:讲授法律,同时也讲授一些“外来科学”。 图书馆:常常附属于学馆或清真寺,有专门人员照管,并对公众公开,拥有大量图书,包括古希腊的哲学、数学、科学文献。 天文观测台:马拉盖天文台和乌鲁伯格天文台。编制历法,观测天象,改进占星预测。 医院:配备齐全的医务人员,舍友病房,还附设有图书馆和讲学厅。不但为患者治病,还成为医学教学和研究的中心。 4. 列出重要的伊斯兰科学家及其成就 姓名 成就 花拉子米 写过一本实用数学手册,后来被西方称为《代数学》,他还是最早从印度引进“阿拉伯数字”的数学家。 阿尔哈曾 写过不少关于眼病的东西。著作《光学》是一系列伊斯兰科学著作中影响最大的一部,内容涉及视觉、折射、小孔成像、凹面反射镜、凸透镜、彩虹等现象。 阿维森纳 “伊斯兰的盖伦” 5. 简述伊斯兰科学严密的组织结构对其科学的影响。 一方面学者和科学家聚集在学校、图书馆、清真寺、医院、天文台里,成批的天文学家忽然数学家在同一场所一起工作。这些机构为在其中从事科学工作的人提供了机会和支持,从而极大地增进了科学活动的活力。 另一方面体制化是的伊斯兰科学非常像古代官僚王国的科学,十分重视实用性,目的是为公众服务,为国家利益服务。 6. 简述伊斯兰科学和医学在经历公元1000年前后几个世纪的黄金时代之后便很快衰退的原因。 伊斯兰科学和医学的衰退的原因据学者推测,主要涉及的都是外部原因和社会因素,而从其科学思想方面找不出任何内在的逻辑原因导致这种衰退。主要的假说有以下几种: ① 伊斯兰内部宗教保守势力的最终得势。按照“边缘论”的观点,伊斯兰文化价值和教义不可能容忍总会在不同程度上与之相悖的世俗哲学和学问,它们只能存在与伊斯兰主流文化的边缘。随着不容异说的风气越来越严重,伊斯兰科学的创造精神终于被扼杀殆尽。至于伊斯兰科学为什么曾经一度辉煌,而又为什么会在那一时间衰亡,边缘论没有给出解释。 ② 伊斯兰文明在其初期阶段比较多元,但当其在文化上逐渐走向一元之后,科学就衰退了。在伊斯兰统治的地区,起初只有少数人信仰宗教,其内部混杂了不同的文化和宗教。但是随着时间推移,交流的增加,伊斯兰世界在宗教上逐渐强硬,文化上逐渐排外,直至14世纪许多地区已经完全伊斯兰化了。所以具有创造性的科学思想家的文化“空间”大为缩小,伊斯兰科学自然就衰败了。但是这种假说无法解释一个重要事实:伊斯兰科学在其鼎盛时期恰好常常是最伊斯兰化的中心地区(例如巴格达)。 ③ 战争和战争所导致的社会文化的崩溃。在西班牙,伊斯兰世界受到来自基督教欧洲的压力,在东部则有来自干旱草原蒙古军队的侵袭。 ④ 在1492年以后发生的经济衰退是导致文化衰退的一个因素。随着欧洲人远洋贸易的开展,伊斯兰世界失去了最重要的对东亚香料和货物市场的垄断。按持这种观点的学者的说法,经济环境恶化,科学就不能繁荣发展,更何况对政府依赖性很强的伊斯兰科学了。 7. 为什么伊斯兰世界内部没有发生科学革命? 按照本书作者的回答,问为什么伊斯兰世界没有发生科学革命是暗指科学应该像西方那样发展。而这是对历史的误解,是把一些无论就历史发展顺序还是就文化形态而言都全然不同的外部标准强加于一个生机勃勃的中世纪文明之上。 第六章 中央帝国 1. 中国传统科技中四大学科、三大技术和四大发明分别是什么? 四大学科:天文历法、医学、数学、农学 三大技术:陶瓷、丝织、建筑 四大发明:造纸、印刷、火药、指南针 2. 列出明末四大科学名著。 李时珍的《本草纲目》、徐光启的《农政全书》、徐霞客的《徐霞客游记》、宋应星的《天工开物》 3. 蔡伦、张衡、毕昇与郑和分别是哪个朝代的,他们在科技史上有何贡献? 蔡伦:东汉,改进造纸术 张衡:东汉,发明地动仪 毕昇:北宋,发明活字印刷术 郑和:明朝,带领明朝船队在南亚和印度洋海域探险。 4. 简述古代中国取得的数学成就。 公元前4世纪就开始使用十进位计数系统。公元前3世纪发现勾股定理。公元前2世纪开始使用算筹,大大方便了计算,到十五世纪元朝末年为珠算所取代。战国时期产生了关于几何名词的定义或命题,如“圆,一中同长也”。很早就掌握了算术运算、平方、立方,能够处理某些今天需要用到二次方程解决的问题。 成书于公元1世纪东汉的《九章算术》收集了246个数学问题的解法,内容涉及丈量农田、建筑结构的计算、分配计算等等,用到了算术和代数技巧,其中包括联立方程和求平方根、立方根。 魏晋时期,刘徽注释《九章算术》,不仅对原书的方法、公式和定理进行一般的解释和推导,且在论述过程中多有创新,更撰写《海岛算经》,创立割圆术,为圆周率的研究工作奠定理论基础和提供了科学的算法。 南北朝时期,祖冲之把π计算到7位小数。 唐朝在数学教育方面有长足的发展,在国子监设立算学管,为保存古代数学经典起了重要作用。 宋元时期达到了中国古代数学的巅峰,最伟大的三位数学家秦九韶、李冶和杨辉都发表过著作。 5. 简述对中国科学产生过冲击的三次外来浪潮。 第一次,与公元600-750年,时值唐朝,这次主要是受到佛教和印度的影响。中国僧人在大规模翻译经书的过程中,也把一部分印度的世俗科学如数学、占星术、天文学和医学引进中国。 第二次,开始于忽必烈于13世纪征服中国之时,来自伊斯兰科学的冲击。中国统治者开始雇佣穆斯林天文学家,并使用改进的天文仪器。不过由于他们对抽象科学一贯漠视,就没有吸收接触到的欧几里得和托勒玫的著作。 第三次,是在17世纪有欧洲人带来的。传教士们向中国介绍了西方的数学、天文学、历法、水利技术、钟表、大炮等科学技术。 6. 简述中国传统科学和技术的特点。 同旧大陆其他主要文明一样,传统中国的科学和技术中一般也都只有有用的知识才能得到国家的资助,才会在国家政策和该种文明的支持下不断发展。人们从事着各种各样的科学活动,如天文学、占星学、数学、气象学、绘图学、地震学、金丹术、医学等相关领域的研究,但是却没有把这些分散进行的探索研究统一起来形成一种对自然寻根究底的追求。中国社会也从来没有为从事研究的科学家留有位置。中国的教育体制不包括也不提供科学教育。但是出于政府管理上的实际需要,对于能够服务于政府和社会的实用科学,例如算术、天文学、气象都得到了很好的发展。 中国过大科学技术发展具有三个主要特色以及随之而来的局限性: ①实用性:无论是自然科学还是工程技术,都强调为政治、军事和经济服务。经世致用是中国古代科学技术不断发展的主要动力。强大的务实精神冲淡了知识分子和工匠对自然界进行理性探索的精神,很难产生专门化的科学理论,传统科技只能滞留在经验性的认识阶段; ②继承性:总体上,传统科技代代相传,从未因朝代更迭、外族入侵而中断,具有独特的连续性和继承性。古代知识分子和工匠尊奉经典,擅长补充改进,但缺乏创新精神和变革动力。继承性导致墨守成规,排斥异己,难以进入近代理性的科学阶段; ③官办为主:许多科学活动和技术发明都是由历代官府集中大量人力、物力和财力来完成的,许多科学家和技术发明家同时是官员或做过官,官府手工业代表着最先进的技术和工艺水平。官僚知识分子从事科学技术工作并非要探索自然界的奥秘,读书做官、治国平天下的传统价值观阻碍知识分子献身科学事业。 7. 为什么科学革命不是发生在中国而是打算在欧洲? 科学革命是指,16和17世纪在欧洲形成近代科学和近代科学世界观的那种长期的历史积淀,其内容包括转向一个以太阳为中心的行星系,用一个普适的原理来解释天和地的运动,发展出新的方法来产生科学知识,以及在不同机构出现的科学制度化。 历史学家已经提出过几种不同的观点: ① 中国的语言文字十分复杂,可能不是一种表达和交流科学思想的理想媒介。中国官话和相关方言是单音节语言,书写又使用象形文字,它们的含义模糊,不适用做精确的表述科学的技术语言。但是另外有专家反驳说,中文里有严谨的技术语汇。 ② 中国人的“类推思维方式”或许不利于进行在西方发展起来的那种逻辑的、客观的科学推理。中国人善于联想思维,这种思维总企图用阴阳五行通过种种类比和隐喻来解释世界的各种事物。 ③ 又有评论家将中国科学缺少活力归咎于中国没有相应的科学方法。中国两个早期的思想学派墨家和法家一贯受到压制,而他们的学说类似于西方的科学方法论。中国的主流学派是儒家和道家,而这两个学派相对缺少严格的科学哲学。 ④ 传统中国思想上也缺乏“自然法则”的概念。与伊斯兰世界和基督教西方不同,中华文明在观念上没有一位发布不可动摇的戒律来同时制约人世和自然界的神圣的全能制法者。中国的知识分子也没有那种探索自然法则的意识,当让也没有动因促使他们努力进行科学探索,发现至高无上的上帝的造物中所体现的那种秩序。 ⑤ 中国人的文化的优越感。中国是一个有着古老文明的泱泱大国,文化单一,强调传统。因此中国没有理由要改变其传统的价值观,不必去研究和吸收外国“蛮夷”的科学知识。 ⑥ 居于统治地位的儒家道家也受到责难,被认为诸如注重社会和人际关系、蔑视实际技能、排斥认为行动等观点与西方的科学探索方式相悖。 ⑦ 商人阶级始终处在中华文明的边缘,倘若企业家和自由市场资本主义在中国得到鼓励,而没有收到官僚制度的控制,那或许就会慢慢形成思想的自由化,产生类似于西方大学的独立机构,进而产生现代科学。 ⑧ 本书作者认为:这个问题其实是回过头去假定中国应该出现科学革命,只是由于某些原因阻碍了这个进程,才未能实现。但是用欧洲人的标准去批判中国科学实在是不恰当的,错就错在用后期的欧洲的历史对比中国科学的历史,而断言中国必然能够和应该走那条欧洲已经走过来的道路。传统中国的科学尽管具有许多局限性,但在其所在的官僚体制和国家环境中,它其实是作用良好,发挥了其应有的作用的。 真正应该回答的问题是:科学革命为什么发生在欧洲而不是发生在其他地方?对这个问题的回答可能是:在一种政府支持以及政府控制都不那么严密的社会生态环境中,个体思想者才会有更大的空间和自由去把批判的才能用于抽象思维。 第七章 印度河、恒河及其他 1. 印度具有哪些专制文明所具有的典型特点? 灌溉型的农业、集权政治、社会阶层分化、城市文明、宏伟的建筑、侧重于实际学问。 2. 列出几个统一印度的王朝。 孔雀王朝(约前324—前185)首先是伟大的水利文明 笈多王朝(320—540)时期,印度教艺术和文化繁荣,代表了古印度文明的黄金时代。 3. 列出著名的印度天文学家的名字和主要贡献。 阿耶波多一世:认为地球每日环绕地轴自转。(阿耶波多在他的著作中使用到一种位值系统和小数概念,采用了九个“阿拉伯”数字和0。 婆罗摩笈多:根据常识反对阿耶波多一世的地动观,不过其对地球周长的估计倒是古代天文学家中最精确的数值之一。 4. 吴哥窟的建筑显示了那些科学技术知识? 吴哥窟的建筑需要整合天文、历法计算、占星术、命理学和建筑学等多方面的知识,另外还需要小心谨慎地按照印度宇宙理论确定的各条基线的方向,精心设计壕沟和建起来的神山。在建筑物上镌刻的数千幅浅浮雕揭示了当时对炼制长生不老药的关注。这片建筑内部还修建了许多特殊的天文视线,可用来记录太阳和月亮在地平线上的左右移动。 第八章 新大陆 1. 列出几个新大陆的文明 中美洲和南美洲: 玛雅文明(公元前100年—公元11世纪) 托尔特克文明(公元900—1100年) 阿兹特克文明(公元14—15世纪) 印加文明(公元13世纪—1532年) 北美洲: 霍普维尔文化和阿德纳文化 2. 简述玛雅文明的历法规则。 玛雅人的历法中最重要的是卓尔金历,即260天为一个神圣循环,而这260天又分为13个包括20天的周期。 除了卓尔金历,还有一种圣年历,这种历法有18个月,每月20天,再加上5天忌日,总共365天。玛雅人没有采取办法去弥补与实际太阳年相差1/4天,因此圣年历就会渐渐不合时宜,直到1460年之后才再与季节相符。 为了把卓尔金历和圣年历两种历法协调起来,玛雅人搞出了一种历轮的装置,两个循环犹如一台大时钟里两个齿轮相互啮合转动,每过52年再回到原来的位置。 第三编 欧洲 第九章 犁、马镫、枪炮和黑死病 1. 欧洲中世纪有哪些关键性的技术革新,使得近代欧洲能够产生发达的科技文明? 中世纪欧洲的历史是由相互有着密切关系的一系列技术创新组成的,其中包括一场农业革命、许多新型军事技术以及利用风力和水利作为动力的技术。 在农业上: ① 重犁的使用使土壤板结的欧洲土地得到更好的翻耕,从而不但可以开垦出更多的土地,而且大大增加了粮食的产量。 ② 用马替代牛作为挽畜。可能从中国引进的一种驾驭马的项圈,使马的牵引力大大增加。这项技术与马蹄铁的使用相结合终于使得拉犁速度更快耐力更好的马代替了牛成为主要的挽畜。 ③ 三田轮作制。把可用于耕作的土地分为三块,以三年为一个循环轮流耕作。提高了粮食产量,而且春天收获的燕麦和蔬菜大大改善了欧洲人的饮食。 军事方面:由于马镫的使用,使骑手能够安坐马上,从而产生了骑兵冲刺的战争技术。这种技术顺利地融入农业革命产生的庄园制度。 同时很多利用新型能源如水和风能的新机器相继发明,大幅提高了生产力水平。 欧洲文明所取得的成就为科学和自然哲学创造了全新的外部条件,为欧洲出现一种充满生机的新型学术文化创造了较好的活动空间。 2. 欧洲早期大学的特点。 在欧洲兴办大学是随着农业革命所推进的城市的兴起和财富的增长才有可能出现的新生事物。那些大学至少在名义上与宗教无关。此外,大学也不需要依赖国家或者个人的资助,这又不同于古代的书写学校和伊斯兰的学馆。这些大学是自治机构,享有独特的法律特权。因此它既不像在在庞大的帝国中那样需要完全受到官僚政府的控制,又不像希腊科学传统那样具有彻底的个人主义色彩,而是介于两者之间。与今天的大学不同,中世纪的大学主要不是研究机构,而且也没有把科学确定为他们追求的目标。 3. 中世纪科学思潮及其特点和主要成就。 十一世纪开始,大量的翻译活动将希腊和伊斯兰科学和哲学的文献翻译成拉丁文,到1200年时,欧洲人恢复了相当大一部分古代科学,还有伊斯兰世界在若干世纪积累起来的科学和哲学成就。 到13世纪,欧洲进入了消化吸收时期。学者们开始吸收古代和中世纪伊斯兰科学和哲学的传统。这种吸收过程实质上就是想方设法让传统的基督教世界观和亚里士多德和其他一些异教徒的希腊传统协调一致。在很大程度上,这种消化吸收是由阿奎那完成的。他使用了某种方式让亚里士多德的理论变成支持基督教教义的完备的智识体系,有了那个体系,中世纪的学者们才有可能作出关于上帝、人和自然的那套理性思维解释。 主要成就: ① 西班牙国王阿尔方斯十世召集天文学家编制了阿尔方斯天文表,虽然没有解决当时的历法问题,但是却是一个有突破意义的成就。 ② 乔叟出版《论星盘》。 ③ 斐波那契出版《算盘书》。 ④ 佩雷格里努斯出版《磁石信函》,强调实验对于发现自然界中的新事实的价值。 历史上还有两个重要的例子: 比里当对抛物运动进行解释,他提出:抛物体内部被它的推动者植入了一种能替代自己的所谓的“原推动”的东西,由它在抛物体与一位已知的推动者脱离接触后,为抛物体提供一种运动属性。他的解释虽然表面上看类似于牛顿的惯性定律,但实际上仍然没有逾越亚里士多德的科学传统,比里当仍然竭力地在寻找那个外部推动者。 另一个例子是奥雷姆在他的《论运动属性的形态》中用几何方法来表示属性和属性的变化,包括研究匀加速运动等。但是奥雷姆根本没有想到过要把他所研究的和真实世界中的任何运动联系起来,他感兴趣的只是就事论事搞清楚加速以及其他形式的运动及其性质,纯属抽象研究,简直就是进行理论智识训练。 欧洲中世纪早期的科学环境,无论在组织结构方面还是在知识方面都十分薄弱,考虑到这样的情况,应该说中世纪后期的科学在对自然界进行理性探索和拓延亚里士多德自然哲学的局限性方面都取得了很大成果。欧洲人在中世纪以创建欧洲的大学为科学奠定了新的组织结构基础,又通过对亚里士多德科学的批判性考察为科学奠定了智识基础。其历史意义虽未在中世纪当时体现出来,却为其后的科学革命时期所出现的进一步发展在结构和智识两方面打下来良好的基础。 4. 1277裁决亚里士多德的219条“可恶的错误” 13世纪亚里士多德学说刚渗入欧洲和新成立的大学时,亚氏的某些观点明显与天主教的传统相冲突。 教会裁决的作用既没有完全扑灭科学探索精神,也没有立即启动科学革命。裁决的作用十分微妙,它在使哲学屈从于神学的同时,也破事人们不得不承认上帝也会以种种方式迎合世俗世界。结果,只要不干预神学,科学反而是出现了一阵“关起门来热闹”的局面。 5. 军事革命对欧洲的影响 ① “火药革命”削弱了封建骑士和封建领主的军事作用,取而代之的是开支巨大的用火药装备起来的陆军和海军以及花费巨大的防御工事,只有中央政府才可能承担如此高昂的军费。所以军事科技的变革,促使欧洲社会逐渐转型为中央集权的社会。 ② 局势革命已发了国家与推动技术进步的有力的社会机制之间的相互竞争。由于所处的生态环境和地理环境,欧洲形成了相对比较集权而彼此始终进行着竞争的一批国家。欧洲成了一个冲突不断的地方,与此同时,这些冲突斗争缺位欧洲日后在技术上发挥它的全球性历史作用做好了铺垫。 ③ 欧洲殖民主义的兴起和欧洲人征服全球的开始。 ④ 近代早期的欧洲实在军事革命的推动下才重复其他伟大文明的做法,开始把科学纳入国家体制之内,为科学研究提供政府支持,希望能在技术和经济方面得到回报。 第十章 哥白尼掀起一场革命 1. 简述科学革命 把16和17世纪发生的那些变化称为科学革命,是在20世纪才形成的一个历史概念。起初人们仅仅把科学革命看成是我们对自然了解上的一种转变,一种因此二队宇宙所做的概念上的重新整理,一句话,仅仅是从一个封闭的世界走向一个无限的宇宙。学者们经过进一步的渗入研究才发现,原以为那是一场单一的整体性的科学革命,结果却是错综复杂,森罗万象。那场科学革命其实是科学思想史上的一幕,过去时代的一段长时间的活动。在观念上承认科学的社会效用是那场科学革命的一个基本特点,采用新的科学方法——主要是实验科学——似乎也应是16和17世纪“新科学”的一种最主要的特性。科学在那一时期的社会和组织结构中所处地位的变化,目前也被视为科学革命的决定性要素。当前正在进行的解释性研究所持的立场,全都反对把科学革命简单地看作单一的事件,认为不可能划出明确的年代界限或观念界限。历史学家现在倾向于把那场科学革命看成一种有用的概念工具,视为人类的那段历史经历为一种具有许多侧面的复杂现象,从而把它放在一个更大的历史视野中使用各种各样的方法来加以研究。 2. 文艺复兴时期的哪些方面为科学革命做了铺垫? ① 美洲的发现,从总体上推翻了中世纪后期的那种以欧洲为中心的封闭的宇宙观念,这种使地理科学随之发生变革的动因其实也就是引发科学革命的一个重要因素。人们开始重视观测报告和亲身经历,新的地理发现一再地向已有的权威看法提出挑战,绘制地图于是成为一个示范领域,向人们大体展示出各种各样新颖的从总体上了解世界的方法,而使用那些新方法,显然要比因循守旧去掌握陈旧书本上的教条有用得多。 ② 15世纪30年代后期,古登堡发明了活字印刷术,1450年后逐渐传播开来的这种新媒介导致了一场“交流革命”,使人们能过获得大量十分精确的信息。在科学方面,正是由于印刷术的发展和人文学者的工作,才又掀起了一股回复古典文献的热潮。印刷术帮助了对希腊文和拉丁文的翻译,包括过去很少有人知道的关于技术诀窍和法术“秘法”之类的秘籍,这些东西被后来的事实证明对科学革命的形成发挥过作用。 ③ 文艺复兴时期,由于艺术需要精确的人体肌肉解剖结构方面的知识,解剖学研究突飞猛进。维萨里在1543年出版了影响深远的解剖学著作《人体结构》。英国医生哈维最终发现了血液循环。 ④ 法术和神秘学也是当时科学和自然哲学的一个组成部分,就其最高水平而言,属于严肃的精神和智识追求,体现了对自然界的深刻理解。神秘主义相信自然界具有一种由许多基本的数学实在构成的超物质世界的神圣秩序,并且持有一种乐观主义的态度,相信人类既能够了解自然,也可以通过一种法术技艺来影响自然,使之有利于人类自身。文艺复兴时期的法术以这种方式为科学革命提供了有效的、实实在在的动力。 ⑤ 1517年有马丁•路德的“九十五条论纲”引起的新教徒宗教改革打破了天主教会在精神和政治方面的统一,并把欧洲拖入“三十年战争”。科学革命就是在那次宗教改革的背景下展开的,其中许多关键人物如开普勒、伽利略、笛卡尔和牛顿等,都受到神学骚乱中所争论的那些宗教问题的深刻影响。 ⑥ 当时公元前45年由儒略•凯撒决定使用的儒略历已明显地与太阳年不同步,因而历法改革迫在眉睫。正如哥白尼所说:必须要有相应的天文学理论,历法改革才能取得真正的成功。 3. 为什么说哥白尼的巨著应该译成《天球运动论》而不是《天体运动论》? 因为哥白尼认为所有的行星并不是在虚空中或者说在自由空间中环绕太阳运行的,而其实是镶嵌在传统天文学所说的一些水晶球之中。他书名中的天体,实际上是指携带着这些行星运动的那些水晶球。 4. 描述哥白尼日心说的主要观点。 地球作为太阳的行星,每天自转一次,以此解释了天上所见的一切表观的周日运动。地球每年还环绕太阳一周,以此解释了太阳在天空中被观察到的周年运动。为了说明地球的轴线总是指着同一个方向,哥白尼还增加了第三种运动,即地球的轴线做“圆锥运动”,并以此说明地面上的季节的变化。不仅如此,哥白尼还让地球的第三种周年运动比地球环绕太阳运行的年运动周期稍微长一点,以此来解释二分点的岁差。 5. 哥白尼日心说的优点和遇到的困难。 优点: ① 日心说更加直接和简单地说明了行星的留和逆行。 ② 解释了为什么水星和金星都是不会离开太阳太远。因为水星和金星的运行轨道在地球轨道里面,所以它们在我们看起来就总是离太阳不远。 ③ 利用哥白尼排列的行星次序,再根据观测到的各行星的位置,可以通过简单的几何推理推算出各个行星到太阳的相对距离和太阳系的相对大小。 ④ 对于哥白尼来说,用不多的几条公里假设日心说然后推导出关于行星运动的定理显得更加简单、更加和谐,在智识上更加优雅,更加经济。 困难: ① 如果地球是被固态水晶球携带者环绕太阳运动的,那么地球南北轴线就不可能保持不变的23.5°倾角对准北极星,这样一来也不会有四季。故而,哥白尼又假定地球轴线在作“圆锥”运动。 ② 传统观点和感官体验认为地球不动。哥白尼提出,圆运动是球的本性,地球按照其自然本性做自转运动。同时地球和其他行星一样因为其各自所在的水晶球在按其本性作固有的圆运动,才被携带着环绕太阳运动。物质粒子会自然聚集为球体,所以物体不是向着宇宙中心飞去,而是向下落到地上,那不过是在向地球中心运动而已。尽管地球同时在做周日运动和周年运动,但是地上的物体却不会飞离而去,因为地球上的物体都随它们的大地“母亲”一起参加这两种运动。 ③ 恒星视差,即如果地球围绕太阳运行,那么恒星就应该改变它们的之间的相对位置,然而天文学家并没有观测到这样的恒星视差。哥白尼的解释是恒星离我们太遥远,因此视差太小,未能被观测到。然而这样的话,就必须假设宇宙,而且恒星(按它们的视大小推算)也大到让人难以置信。 ④ 下落的物体并没有落在靠后的位置,也在一定程度上妨碍了人们对日心说的接受。 6. 为什么说哥白尼是“最后一位古代天文学家,而不是第一位近代天文学家”? 哥白尼其实是一个很保守的人,他是回头顶住古希腊的天文学,而不是要向前开拓什么新传统。他的目的并不是要推翻旧的希腊天文学体系,而是要恢复那个体系的本来面目。具体来说,哥白尼认真领受了将近2000年前发出的那条“拯救这些现象”的命令,设法要严格按照匀速圆周运动去说明天体的运动。哥白建立他的天文学时没有利用任何新的观测资料作为依据。事实上,在《天球运行论》中,他根本就没有证明日心说,他仅仅把日心说当作一种假设,然后由它出发来展开他的天文学。对于哥白尼和与他持有相同观点的天文学家来说,太阳具有至高无上的地位,即使不是太阳崇拜,也有新柏拉图主义神秘哲学的意味。 7. 哥白尼日心说的直接实际成果。 天文学家莱茵霍尔德根据哥白尼的原理计算得到一套天文表,即通常说的普鲁士表。正是根据这张天文表,权威当局于1582年制定了沿用至今的格列高利历。 8. 第谷的天文观测 1572年他观察到超新星,虽然那颗星在出现后不久又消失了,但这证明天上也是变化不定的,从而向当时被广泛接受的西方宇宙论中最关键的一个信条提出了严重挑战。 1577年他又观测到彗星,并证明这颗彗星是在月亮上方运动的,还很可能穿过了原来理论认为是携带着行星的那些水晶球层。换句话说,这些水晶天球现在被证明是不存在的。 9. 第谷的地心体系及其优点 地球仍然静止于宇宙的中心,各个行星都环绕太阳运行,而太阳则环绕地球运行。 优点:不用本轮就成功地说明了留和逆行,排除了地球运动而造成的荒谬,保持了宇宙传统的大小,抛弃了水晶天球,而且该体系在数学上与其他体系也一样严密。(除了让地球保持不动以外,第谷的体系与哥白尼的体系效果一样,却没有哥白尼体系的那些缺点。) 10. 开普勒在《宇宙的神秘》中的观点 开普勒的《宇宙的神秘》是第一本公开支持哥白尼体系的著作。他提出也许是那5个正多面体以某种方式构成了宇宙的框架,也就是说,是那五个正多面体决定了从太阳向外排列的各个行星轨道彼此间相隔的距离的数学比例关系。(土6木4火12地20金8水) 11. 开普勒为行星运动提供的新的动力学 开普勒以前的天文学家和物理学家对天体的运动接受的都是传统的动力学,即行星做匀速圆周运动,运动的原因或者说来自行星本身的天性,或者说是被水晶球层所带动。开普勒既然说行星不做匀速圆周运动,则他就必须要提供一种新的动力学,他于1609年出版的《新天文学》中提出当太阳磁体和地球磁体交替着吸引和排斥行星时,行星就会偏离圆周运动。但开普勒无法解释太阳发出的那种里怎么会在横向起作用,此外他处理起动力问题来袁飞像他确定行星轨道时用到的数学那样严格和严密。 12. 开普勒的三定律 基于第谷对火星的观测数据,开普勒通过艰苦计算得到结论。 第一定律:每个行星都沿着各自的椭圆轨道环绕太阳,而太阳则处在椭圆的一个焦点上。 第二定律:在相等时间内,太阳和运动着的行星连线所扫过的面积相等。 第三定律:各个行星环绕太阳公转的周期的平方和他们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。(t²∝r³) 第十一章 伽利略的罪与罚 1. 伽利略用望远镜有哪些对亚里士多德学派不利的发现? 在1610年出版的《星空信使》中,伽利略指出月亮远非完美的球体,那上面崎岖不平,有山脉,有火山口,有峡谷,很可能还有大气。他还发现4颗卫星在环绕着木星旋转,表明地球或太阳之外还存在着其他的中心。 在1613年出版的《关于太阳黑子的书信》中,他公布了太阳黑子的存在,对传统的太阳完美无瑕观念进行了直接挑战。还发现了金星的形状在它沿其轨道运动的过程中会发生变化,并将这作为否定托勒玫体系的决定性证据。 2. 简述文艺复兴及其后科学组织和科学活动的模式。 在科学革命中,大学不是适应变化的活跃场所,文艺复兴时期的宫廷和宫廷生活倒是为科学提供了十分重要的新的发展机会。在这里,我们需要把宫廷和功能完备的政府区分开来。宫廷是统治者及其属臣处理政务的地方,而政府后来则发展出比较正式的官办科学,宫廷对于官办科学机构的形成只起到了部分作用。一整套支持科学的制度的出现,提供了一种社会支持科学的新型途径,具有深远的历史意义。由宫廷来供养着这么一些人并支持他们各自的爱好,统治者当然为了他们自己的统治,主要动机是希望得到有使用价值的成果。这种内涵丰富的交换关系,在盛行于贵族文化环境和需要在“受惠人”与捐资人之间分出等级的那样一种资助制度中也占有一小部分分量。不过文艺复兴时期对科学的财政支持已经形成为一种社会和文化惯例,使得科学和科学家在17世纪得到了社会的公认,也助于肯定两者的社会作用。 除了宫廷,文艺复兴时期还有许许多多的科学研究会,他们也属于新型的科学机构。是古典文化运动和印刷术得到普及以后出现的一种产物。在此后三个世纪中,在全欧洲各式各样的文学艺术学会如雨后春笋,当然不止为了与大学的亚里士多德传统唱对台戏,也因为大学能提供的位置太少。可是这样的研究会很大程度上依赖资助人的喜好。 3. 在“致大公夫人克里斯蒂娜的信”中伽利略表达了关于信仰和自然的怎样的立场? 信仰和理性不应该对立,因为《圣经》是上帝的话,而自然是上帝的杰作。但是,在好像出现了对立的场合,就所讨论的关于自然的问题而言,科学要代替神学,因为伽利略认为《圣经》是写给普通人看到,能够做出不同的解释,而自然是一个已经确定的实体,无法更改。在伽利略看来,如果科学家揭示出自然的某些真实情形似乎与《圣经》中可以找到的词句相冲突,那么科学家就应该以此来重新诠释《圣经》蚊子的意思。伽利略的这种主张,即科学和人对自然的研究应该在传统神学之上,是认识上的一次飞跃,完全否定了科学是神学的侍女这种中世纪科学的作用。 4. 简述《关于两大世界体系的对话》中的人物和内容。 《关于两大世界体系的对话》最清晰、最全面而且最有说服力地阐述了对哥白尼学说的支持,以及对亚里士多德-托勒玫传统天文学和自然哲学的反对。 其中有三个人物:萨尔维亚蒂(伽利略的代言人)、格塞雷多(很有兴趣的聪明的外行)、辛普里西奥(顽固坚持亚里士多德立场的傻瓜)。交谈进行了4天: ① 利用关于月球的证据和望远镜的其他新发现把传统的亚里士多德观点批得体无完肤,批判的矛头对准了亚里士多德关于位置、运动和上下的看法以及历史悠久的天地不同观。 ② 介绍了地球的周日自转运动,并解释了常见的疑惑,如旋转地球上的物体为什么不会飞离地球等等。他解释说,束缚在地球上的物体都在做共同运动,我们所看到的只是它们之间的相对运动。 ③ 介绍了日心体系和地球绕太阳的周年运动。在一系列论证中最重要的是金星的位相。 ④ 提出伽利略认为有利于哥白尼体系的最有力的证据,即对潮汐现象的独特的解释。他说,一个既自转又公转的地球会引起海洋里的海水的晃动,并由此引起了潮汐。为了说明潮汐的季节性变化,他用了漂亮的数学方法进行证明。此外他还介绍了吉尔伯特关于地球是一个巨大磁体的工作。 5. 《关于两种新科学的谈话》中披露了伽利略哪两项重要发现? 一项是受荷梁即受力悬臂的数学分析,一项是自由落体运动定律。 6. 简述《关于两种新科学的谈话》的主要内容。 第一、二天,伽利略讨论了物体怎么才能聚集成形这个普遍问题和材料的断裂强度问题。 第一天,他列出了一大堆在技术和理论上令人困惑的问题,例如尺寸效应、表面张力、空气重量、钟摆等时现象等。第二天,伽利略讨论了由荷载的悬臂,发展了古代的力学。他用数学方法计算了悬臂在外部荷载和自身重量作用下所产生的内应力效应。 第三、四天,伽利略开始讨论局部运动,即地球表面附近的运动。这个问题上,他推翻了那个时代几乎所有的科学家都按照亚里士多德传统所持有的关于下落物体的速度和重量成正比的概念。第三天,他得出了伽利略自由落体定律,即一个物体自由下落速度与下落的时间成正比,而与物体的重量无关。在第四天,他还讨论了抛物体和抛物运动。他认为抛出去的物体一方面按自由落体定律向下掉落,另一方面,它还沿着水平线以惯性运动。这意味着它是在没有受到任何推动者推动的情况下自己在运动。 7. 伽利略对理论力学做出的贡献的特别之处。 ① 他的定律是运动学定律,是对运动的描述,而不是说明运动的原因。 ② 他的运动学定律和默顿学派以及计算学派的一批中世纪学者发现过和阐明过的运动规则最大的不同是伽利略相信他所发现的规则适用于真实的世界,适用于就在地球上实际发生的下落物体的运动。而默顿学派的类似的思想却只停留在猜测可能的抽象运动。 8. 实验对于伽利略的科学起到了什么样的作用? 伽利略是一个熟练的实验工作者,他在研究中做过大量的实验。但是他并没有像我们今天想象的那样用实验去直接检验他得到的那些结论,他只是用实验来证实和说明他到处的结论所依据的那些原理。总之,伽利略的实验不是用来证实假说,而仅仅是用来演示他通过分析推理先前已经得到的结论。这表明实验在实际的科学活动中的作用是复杂的,并不是按照某种抽象的“科学方法”理论所规定的程序那样简单。 9. 简述伽利略的惯性观点。 与牛顿的直线惯性不同,伽利略认为的惯性是指不存在推动者的圆弧惯性,物体沿着地平线运动。再一次反映了科学家头脑里对圆的偏爱到17世纪还是挥之不去。 10. 英国医生哈维在他的《心血运动论》中提到了什么学说? 血液循环,即动脉和静脉一起构成一个循环系统。 11. 简述笛卡尔的世界体系及其意义 笛卡尔的重要性在于他建立起了一套完整的宇宙学说和世界体系,从而取代了在17世纪头几十年仍然流行的亚里士多德学说及其他的一些理论。他提出了一种完全机械论的世界观,他认为世界和万物的运转犹如宏大无比的机械,有力学定律和碰撞规律结合成整体并受它们支配。宇宙中充满了一种被称为以太的物质,而这种物质中形成有许多巨大的漩涡,正是这些漩涡带动着卫星环绕行星运转,并带着行星环绕太阳运转。在生理学和医学领域,笛卡尔也提供了不同于亚里士多德-盖伦传统的富于理性的机械观。 他的体系虽然在数学上不够严谨,但是他囊括了自哥白尼以来一个世纪所有的有关争议,而且利用了新科学的一切重大发现。他提出的这种包容极广的体系,替代了亚里士多德和其他所有的体系。 12. 17世纪要求把科学应用于社会,为社会造福的思想的历史根源是什么?有哪些含义? 历史根源: 一条是文艺复兴时期盛行的法术和神秘主义,它们相信人可以控制宇宙中那些无所不在的力量,因而由此产生了知识能够和应该加以利用的信念。金丹术就其制药和冶金活动所代表的将知识用于实际。 此外,由培根等人进行的理论提升说明进行系统的研究和发现最终总能够引出具有使用价值的发明。培根和笛卡尔各自都阐述过人应当是自然的主人和应当支配自然的观点。他们认为,应当积极地开发自然并利用世界上的自然资源造福于人类自己。 涵义: 一是科学和科学家应该得到支持,二是科学所产生的力量应该用于造福公众。这样的思想更符合新出现的中央集权国家的利益,也更有利于商业资本主义的发展。 第十二章 “上帝说,‘让牛顿出世!’” 牛顿(1642-1727) 1. 简述《自然哲学的数学原理》的内容 《自然哲学的数学原理》(1687)在一开始就给出了定义和公理。牛顿先定义了他使用的术语,接着介绍了他提出的关于绝对空间和绝对时间的概念,然后表述了著名的运动三定律:(1)惯性定律,即任何一个运动物体在不受外力作用时或保持静止,或保持匀速直线运动;(2)力的大小由运动的变化来度量;(3)对于任何一个作用力都同时存在着一个大小相等而方向相反的作用力。全书共三卷。 第一卷:抽象地讨论了物体在自由空间里的运动。第一节介绍了《原理》后面将会用到的微积分学的解析方法。第二节他讨论例子,确定向心力,他证明了一个在中心吸引力作用下作轨道运动的物体会遵从开普勒第二定律,并作出逆证。还推出,如果开普勒第三定律成立,那么在轨道上运行的物体是受到一个大小随物体到力心距离的平方呈反比变化的引力的作用才得以维持在轨道上的,反之亦然。这就是著名的万有引力定律。在第一卷余下的部分,牛顿演绎出已经包含在前面的那些命题中的全部力学,他把他的分析推广到所有的圆锥曲线,还证明球体的引力可以被化约到中心。 第二卷:讨论在非自由空间中,也就是在具有阻力的介质中物体的运动,就其内容而言,牛顿在此讨论的实际上是关于流体静力学和流体动力学的数学处理方法。牛顿发现笛卡尔的体系完全站不住脚。 第三卷:全书的结论——“世界体系”,利用开普勒第三定律和《原理》第一卷中的论述以及可靠的观测数据,得出最终结论,即把我们这个世界里的行星和卫星保持在它们各自轨道上的那种力就是按照1/r²变化的吸引力。第三卷余下部分指出了在《原理》之后的新纪元里需要进行研究的一些考题,如月球的精确轨道、天文摄动、地球的形状、引力和潮汐,特别还有彗星。 2. 简述《自然哲学的数学原理》的意义 《自然哲学的数学原理》是一部集大成的伟大著作,总结了过去时代人类探索宇宙和隐藏在世界下面的物理学所积累起来的理论成果,其渊源可以上溯到笛卡尔、伽利略、开普勒和哥白尼,最终到达亚里士多德。牛顿的物理学凭借着万有引力和他所发现的几条运动学定律,使得自亚里士多德以来便一直被分离开来的天与地得以统一起来。他的工作不但埋葬了行将就木的亚里士多德体系,也宣告了刚刚建立起来的笛卡尔机械宇宙体系的完结。 3. 简述牛顿对上帝的看法 在《原理》第二版(1713)时,牛顿加了一个总附注,那是牛顿关于上帝的一个专题论述,他认为在“这个极其美丽的太阳、行星和彗星系统”中明显有一个“智慧超群而且无所不能的上帝”。牛顿的自然哲学把他引向了自然神学。牛顿的上帝成为一个伟大的钟表师,他在一旁密切注视着自己制造的这架硕大无比的机器,而机器则独自按照上帝为之安排好的自然规律运作。也就是在这个总附注中,牛顿表明他所采用的方法只是用数学处理引力,而不问引力的来由。 4. 简述牛顿时期社会上的科学机构和组织 ① 国家科学院和国家科学学会的建立,为科学和科学家提供了新的组织基础。它们被明确地列为是专门从事自然科学研究的机构,不接受其他任务,也不承担教学任务。 ② 上层妇女聚集起来的文学和智识沙龙帮助女性科学家取得成就。 ③ 通过非大学渠道的学术交流,包括个人访问、私人通信和出书等。之后又出现了定期出版的学术期刊,为交流和传播科学知识和研究成果提供了新的手段。 ④ 各地兴办的国家天文台和国家植物园。 ⑤ 科学家成为国家的公职人员。 5. 简述17、18世纪的科学院 伦敦皇家学会(1662)和巴黎科学院(1666)是17世纪发生的那场科学组织革命中起标志作用的两大科学机构,为科学和科学家提供了新的组织基础,并预示了在紧随其后的一个世纪将出现一个以众多科学院为特征的科学组织形式的新纪元。科学院或科学学会可以在不同层次上协调各种各样的科学活动,如提供付酬职位、组织考察活动、为社会提供种种服务。这样一些组织机构再加上社会上广泛存在的那些关注科学的力量,就成为在一个多十世纪里将科学组织起来的主要形式。这些新兴学术机构是文艺复兴早期自助形式逐渐演变的结果,前身是宫廷资助科学;是民族国家和集权政府的创造。较之之前的资助形式,更加稳定可靠。他们取得了政府的批准,持有证件,属于合法组织,是永久性社团。随着政府与皇室的分离,官办科学学会也随之脱离宫廷,被纳入政府的组织机构中。此时,学会成员更像是服务国家的专家型公职人员。国家科学院和国家科学学会还被明确为专门从事自然科学研究的机构,不接受其他任务,基本自己管理自己,而且还不同于大学,不必承担教学任务。这表明科学在科学革命之后应在相当大的程度上得到了社会的承认和包容。 6. 简述近代欧洲的早期科学和政府之间的新型关系 科学必须有用的思想使得科学和政府之间形成了一些新型关系。首先,欧洲各国政府是以一种纯粹买卖的关系来对待科学和自然哲学的。科学要受到重视、支持和获得自治,就必须提供有用的服务并显示出能力来交换。这种买卖关系的历史意义在于,那些欧洲国家的政府终于还是效仿古代的水利文明,开始利用科学专家了。当然,并非数学家、科学家和技术专家普遍都享有较高的社会地位。 7. 微积分发明权之争显示了什么? 一方面暴露了牛顿的性格,另一方面让人注意到科学中存在着同时发现这一现象,了解到科学的现代社会规范在其萌芽时期的状况。这些规范就包括了应该如何确定优先权和在怎样的情况下应该共享发现的荣誉。 8. 简述《光学》的内容 《光学》(1704)显示了牛顿实验主义的特点,其并没有像《原理》那样进行许多的演绎,而只给出“实验证据”,通过一系列实验来说明实验所揭示的现象。全书共三卷,牛顿先从把古代一直到他那个时代已经获得的光学知识进行了全面的总结。接着有描述了关于光的折射、白光的不纯性、颜色的本质、有色物体和虹的实验,还探讨了改进望远镜的方法。第二卷里,牛顿又讨论了薄膜现象即现在所说的牛顿环现象,还讨论了物质理论和物质的原子结构。第三卷中讨论了光的衍射现象。 在《光学》后面的探询中,牛顿表达了对各种各样科学课题的观点。虽然这些探询在知识上的连贯性并不强,但是,它们却建立起一种新的研究传统,就好像为研究工作撑起了一把通用的概念的保护伞,这对于在尚不成熟的科学领域里进行探索具有特殊的意义。 9. 为什么说牛顿科学中的自然神学其实是牛顿所处文化环境的一种反应。 牛顿的自然神学的紧身尤其适合1688年当时及其后的英国宗教的政治温和派(宗教自由主义者)的更大利益和主旨。追随牛顿的宗教自由主义者从他的科学中提取出许多所需的宗教和社会政治观点,如上帝存在、上帝的意志、私有财产神圣不可侵犯,以及社会等级、服从和开明的私利的合法性,等等。 10. 牛顿对法国启蒙运动的影响 启蒙运动提倡理性,反对迷信和非理性。一些很有影响的启蒙运动哲学家,如伏尔泰、孟德斯鸠、孔狄亚克、狄德罗受到已经被理想化的牛顿、他的钟表师上帝和科学革命业已取得的巨大成果的启发,竭力要把在上个世纪就已经体现在自然科学中的那些进步因素推广到人文和社会科学。 11. 17世纪科学应该有用和应该被加以运用的观点被加强,那么有什么东西体现了科学和技术的结合吗? 没有,欧洲的科学和技术在智识和社会学意义上仍然互不相干,例如弹道理论和射程表是在射击成熟之后才出现的。由于探险航海的需要,绘图学也许近代第一项科学技术,有关人员必须懂得三角形、球面几何等有关实用数学。哈里森计时器解决了经度难题(海上测定经度)的问题。望远镜的出现没有任何理论帮助,反而是望远镜出现后才有了光学的新发现。总的来说,科学落后于技术。 12. 简述17 世纪科学家对实验的不同态度 17世纪是实验科学兴起和广泛传播的时期。那是科学家们对实验在产生新知识上究竟起到什么作用的看法还很不一致。伽利略用实验去确认他已经形成的观点;牛顿利用实验,既有他在论文中所描述的“判决性实验”,又有他在《光学》中拿出的“实验证据”这另一种方式。哈维在他的解剖活动中采用的是系统实验的方法,但是他并没有想用实验来证明血液循环。“思想实验”也成为17世纪科学的一部分。因而,实验是历史的偶然。 弗朗西斯•培根认为实验可以人为地产生新现象,这样的实验不是要检验什么,而是为以后的归纳增添一些事实和例证。另一方面,他还提到“探索性实验”,这样的实验的主要设计用于比较特定的目的去探索自然,这就有些像我们通常所说的探索性实验。 而另一方面笛卡尔主张从最初的那些机械原理出发并加以哲学化的演绎,他是要从原因推演出结果,而不是用实验通过结果来找出原因。因此,他就很轻视实验的作用。 虽然存在着分歧,随着实验科学的日渐成熟和发展,实验终于开始被用作检验理论或假说的一种方便的工具,而且可以增加科学论数的力量。 13. 科学革命时期重要的科学仪器 望远镜、显微镜、温度计、气压计、天平、烧杯、计时器、斜面、棱镜、透镜、反射镜、静电起电器 第四编 美妙的新世界 第十三章 工业革命 1. 简述工业革命的变化。 18世纪从英国开始的工业革命中,人口逐渐从传统的农业商业转移至机械化生产领域,配置合理地工厂系统和发达的全球贸易系统支持着整个工业生产。铁、煤和蒸汽是那个时代标志性资源。 工业革命的核心是钢铁工业、纺织工业和铁路运输,稍后出现电气化,具体进程因国家地域差异而体现不同特征。随着工业化深入,又逐渐出现建筑、食品加工、现代农业及家政等一系列新兴领域。作为核心工业的补充,随之还出现了一个包罗万象的服务业,从业人员大多数为女性。在工业发展起来的地方,对高水平教育的需求也增加,基础科学的比重不断增大。 2. 作为生态压力下的技术回应,工业革命出现了哪些发明? 诺福克耕作制,用四田轮作制代替中世纪的三田轮作制;1709年,达比在鼓风炉里炼铁,成功用焦炭取代了木炭;1784年,科特发明了利用煤把生铁炼成熟铁的“搅炼”工艺,提高生产效率;1712年,纽科门蒸汽机;1765年,瓦特改进了蒸汽机;1733年,约翰•凯发明“飞梭”,加速织布工序;1775年,锭式疏纱机;1785年,机械织布机。 3. 谁发明了利用煤把生铁炼成熟铁的“搅炼”工艺? 1784年,英国发明家科特。 4. 简述蒸汽机发展历程 蒸汽机最开始是为了给矿井抽水而发明的。1712年,第一台实用蒸汽机由纽科门发明。那样的蒸汽机要把大汽缸交替着加热、冷却,效率很低,烧煤的浪费也很大。 在18世纪中期,斯米顿和瓦特各自按照完全不同的思路分别改进了纽科门的蒸汽机。斯米顿采用的是改变零件尺寸,一个一个试。瓦特的想法是把蒸汽压至汽缸外面另一个容器中区冷却,那么就可以保证汽缸在整个循环过程中都是热的。避免了把汽缸交替着加热和冷却,对燃煤的节约自然也十分可观。 早期的蒸汽机需要依靠大气压力,所以又大又重。1800年英国人特里维西克设计出体积小得多的高压蒸汽机。这项技术最终被用到了铁路上。1814年英国工程师斯蒂芬森发明了第一台蒸汽机车。到1830年终于迎来了铁路时代。随着铁路运输的快速发展,它与钢铁工业也开始互相依赖和促进:铁路线路的快速增加,需要有廉价的钢铁供应;反过来铁路运输的需要,也促进了钢铁生产的快速增长。 5. 举出工业文明兴起的4个重要方面 为工业革命提供动力的新型能源,工厂化生产体系中的新型劳动组织形式,为工业发展提供资金的新型融资手段,以及伴随工业化在思想观念上发生的变化: ① 开始使用新型能源代替人畜肌力和风力水力,即不可再生的化石燃料,如煤和后来的石油。能源消费也急剧增加; ② 新型工厂的大量出现,这种生产方式是一种高度集中的标准化生产,要用到机器,有付工资的劳动力。工厂的生产过程被严格组织起来,有等级森严的管理人员监督工人生产。随之而来的是城市工业劳动大军形成为一个新的劳动阶级,与传统农民阶级构成竞争。男女之间形成了新的劳动分工。货币经济代替了以物换物的经济; ③ 新的融资手段为工业发展提供资金,出现了许多私人银行,贷款利率也保持在较低水平,在存在着商品经济人和保险代理人的背景下,证券和股票出现了; ④ 伴随工业化在思想观念上也发生了变化,出现了开放市场和自由经营的新经济思想,由于自由市场经济带来的无法预期的劳资冲突和社会成本,又出现了反对自由市场资本主义的声音。作为工业化丑恶面的逆反回应,浪漫主义开始繁荣。 第十四章 通向现代科学之路:纯科学和应用科学 1. 继科学革命之后有哪两种科学传统? 一种传统是通常所说的“经典科学”,包括天文学、力学、数学和光学。这些科学在科学革命之前就已经成熟,高度理论化,并且在科学革命中又经受过革命性的改造,继续进行的研究是为了解决具体的难题。总体上看,经典科学的研究方法不是实验性的,而是以数学和理论为基础,透露着严谨的学术气息。 另一种就是所谓的“培根科学”,它是指那些对电、磁和热的系统的研究以及18世纪关于气象学、植物学、博物学、地质学等的研究。它们和经典科学没什么渊源,是在科学革命时期作为经验主义的研究领域出现的。其研究的方法是实验性的。通常这些科学更注重定性分析,在方法上更加看重实验,因而很大程度上依赖实验,典型做法是收集原始数据和资料。 2. 举出牛顿的《原理》得到确证的两个例子。 ① 1758-1759年哈雷彗星按预言如期回归;② 有科学家测出地球表面的曲率;③ 1761、1769年,专门组成的国际观测小组两次测出金星凌日时间,并且非常有说服力的计算得到了日地距离;④ 1846年观测到根据牛顿理论预言存在的海王星。 3. 简述第二次科学革命的两大趋势。 在18世纪和19世纪之交,第二次科学革命蓬勃发展。有两个基本趋势:一个是原来比较倾向定性的培根科学实现了数学化;另一个是经典科学和培根科学两者在理论和概念都趋于统一。原来两个分离的科学传统结合为一个新的科学整体,即我们今天所熟悉的“物理学”。最后展现在人们面前的是一组统一的宇宙定律和一个十分协调单科学世界图景——经典世界观。 4. 什么是经典世界观? 随着第二次科学革命的展开和培根科学的数学化以及培根科学和经典科学的趋于统一,最后展现在人们面前的那一组统一的宇宙定律和一个十分统一协调的科学的世界图景。那种统一的经典世界观的核心是麦克斯韦以波动方程来描述电磁场。首先,电磁波具有有限的速度,即光速;其次按照麦克斯韦方程包含的物理含义,一定条件下可以认为的产生并传播电磁波。如此一来麦克斯韦方程以及把电、磁、光和辐射热四者看成一个统一体的观点似乎就有了坚实的基础。在绝对时空——空间是均匀一致的欧几里得空间,而时间是绝不会停止的恒定流动的时间——中,围绕着麦克斯韦工作而形成的观点则是我们这个世界中存在着3种实在:物质、宇宙以太、能量。物质是由再无内部结构的化学原子组成,同一种化学元素的原子完全相同,而不同元素的原子则不相同。世界上一切物体之间都存在万有引力,将原子世界和力学天文学研究的宏观世界连通起来。普通物质、以太、能量三者相互关联,全部遵循热力学定律。 【是以牛顿运动定律、经典拉格朗日力学、哈密顿力学、麦克斯韦电磁学、经典热力学、经典混沌理论与非线性动力学为基础的绝对时空下对于世界的认识?】 5. 简述电磁学的发展史。 虽然静电现象在古代已经为人所知。然而直到18世纪,科学家们才开始研究静电学。他们研制出一些能够产生和储存静电的仪器,并用这些仪器研究了同电的传导、绝缘、吸引和排斥有关的大量新现象。 1752年富兰克林的风筝实验证明了闪电是一种电现象,虽然并没有提出成功的理论解释电现象。 18世纪80年代意大利科学家伽伐尼用蛙腿做实验,开始研究可能在动物体内流动的“动物电”。 1800年,伏打发明电池,表明电和化学之间有着某种深刻的联系。(随后在利用电池电解化学溶液时发现了几种新的化学元素,而且在19世纪前几十年在化学中建立了化学化合的电理论。) 1820年丹麦自然哲学教授奥斯特意外发现了电流的磁效应。这项发现后来被应用于电动机。 1831年英国科学家法拉第发现电磁感应,同奥斯特发现的电流的磁效应刚好相反,这揭示了电、磁和机械运动有更深层次的联系。电磁感应现象后来被应用到发明发电机。 随着关于电的新科学和各种新奇的电学装置的相互促进和发展,在这些工作中,我们可以看到科学理论和技术应用已经初步融合在一起了。 19世纪下半叶,麦克斯韦把法拉第的比较定性的电磁观念加以数学化,用波动方程(即麦克斯韦方程)来描述电磁现象。 【麦克斯韦的工作有两个方面在确立经典世界观上起到了关键性的作用:第一,电磁波具有有限的速度,这个速度后来被确定于光速相同。这就揭示了电磁学和光学具有很深层次的联系。第二,按照麦克斯韦方程,在一定条件下可以人为地产生并传播电磁波。果然,这一点被后来赫兹的实验所证实。这样一来麦克斯韦方程以及把电、磁、光和热辐射四者看成一个统一整体的观点就有了坚实的基础。】 1887-1888年,赫兹用实验证实了电磁波的存在。 电学的应用科技: 1837年惠斯通和其合作者研制出第一台电报机。 1879年爱迪生和斯旺独立的发明了白炽灯泡。到19世纪80年代和90年代,电照明工业开始建立。 1895年意大利人马可尼研制出电报技术。到1901年无线电报传输跨越了大西洋。 6. 简述光学的发展史。 早在春秋战国时期,《墨经》记载了许多关于光学的经验规律,包括小孔成像、视觉、颜色等现象。 希腊数学家欧几里得在其《光学》中研究了平面成像问题,其他希腊哲学家如毕达哥拉斯、德谟克利特、亚里士多德等都提出过有关光学的方面的一些理论。 伊斯兰科学家阿尔哈曾在其《光学》中讨论了视觉、折射、小孔成像、凹面反射镜、凸透镜、彩虹灯光学现象。 1608年,荷兰的汉斯•里佩发明了望远镜。 1621年斯涅尔提出相同介质的入射角的余割和折射角的余割之比为常数。约在1630年笛卡尔用正弦函数表述了折射定律。接着在1657年费马推出光的反射定律和折射定律。由此,在17世纪中叶,几何光学的基础基本奠定。 1672年牛顿出版《光学》,讨论了光的折射、白光的不纯性、颜色的本质、有色物体和虹的实验,讨论了牛顿环现象和光的衍射,提出光的粒子说。 1678年惠更斯在《论光》一书中提出光的波动说,成功解释了反射和折射定律以及方解石的双折射现象。 1800年托马斯•杨提出了光的波动解释,把光想象成纵波。其后菲涅尔又指出光由横波组成。菲涅尔的理论很好地解释了光的干涉、泊松亮斑等现象。 1845年法拉第发现光的振动面在强磁场中发生旋转,揭示了光学现象和电磁现象的内在联系。后来赫兹发现电磁波以光速传播,由此光的电磁理论开始建立。 1887年赫兹发现光电效应。 1900年普朗克提出辐射的量子理论,认为各种频率的电磁波(包括光),只能像微粒似地以一定最小份的能量发生,成功地解释了黑体辐射问题,开始了量子光学时期。 1924年德布罗意提出物质波理论,光被认为具有波粒二象性。 1925年玻恩提出的波粒二象性的概率解释建立了波动性和微粒性之间的联系。 7. 化学的发展史。 化学来自源远流长、根基深厚的金丹术,在16、17世纪的科学革命中没有收到根本性的触动,因此18世纪的化学既不能归入经验性的培根科学,也不像经典科学那样偏重进行针对具体问题的研究。在18世纪的前几十年,化学的流行的理论框架是燃素说,“燃素”是燃烧过程的源泉,在燃烧过程中被释放出来,能解释不少现象。 1756年,布莱克发现了“固定空气”(即二氧化碳),打破了把“空气”当做单一元素或单一实体的传统观念。而后不久,一连串奇怪的事实构成了对燃素说的挑战,比如水银在燃烧中获得重量。此时,拉瓦锡以相反观念开始进行理论研究,即认为燃烧过程中是从大气中取走了什么东西,最后证明被取走的东西就是氧。因而拉瓦锡使得化学概念发生了革命性变化;尤其是细致的计量在实验中所产生的化学反应和逆反应中的投入产出。不久,1789年,拉瓦锡编写的《化学概要》出版,将燃素说完全抛弃。 1803年,道尔顿提出原子假说,到19世纪中叶,原子学说就成为当时化学的一个基本组成部分 8. 列出对氧气发现有贡献的三位科学家。 瑞典化学家舍勒、英国科学家普利斯特里、法国化学家拉瓦锡 9. 写出对热力学第一定律的建立有贡献的科学家。 迈尔提出能量守恒的理论、焦耳奠定了第一定律的实验基础、亥姆霍兹第一次用数学形式表达了第一定律 10. 写出三位对热力学第二定律的建立有贡献的科学家。 法国人卡诺、德国人克劳修斯、英国人开尔文 11. 写出统计力学的创始人。 美国物理学家吉布斯在麦克斯韦和玻尔兹曼思想的基础上建立了统计力学,从而能够用力学定律和统计方法来从本质上精确描述热力学定律 12. 列出18世纪中几位著名的博物学家。 布丰伯爵、林奈、约瑟夫•班克斯爵士 13. 列出19世纪生物学的新发现。 19世纪30年代,德国科学家施莱登和施旺通过显微镜看到细胞,并确认细胞是植物和动物组织及新陈代谢的基本单元,从而建立了细胞理论。 19世纪70年代,科赫和巴斯德建立疾病的细菌理论。 14. 定律小结 开普勒定律 开普勒第一定律 每个行星都沿着各自的椭圆形轨道环绕太阳,而太阳则位于椭圆的一个焦点上。 开普勒第二定律 在相等时间内,太阳和某一运动着的行星的连线所扫过的面积都相等。 开普勒第三定律 各个行星环绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆形轨道的长半轴的立方成正比。 牛顿运动定律 牛顿第一定律 在某一参考系内,不受外力的物体都保持静止或者匀速直线运动。 牛顿第二定律 施加于物体的合外力等于此物体的质量和加速度的乘积。F=ma 牛顿第三定律 当两个物体相互作用时,彼此施加于对方的力,其大小相等方向相反。 牛顿万有引力定律 任意两个质点通过连心线方向上的都有一个互相吸引的力,该力的大小与物体的质量成正比,与距离的平方成反比。 热力学定律 热力学第零定律 假如两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡,那么这三个系统互相都处于热平衡。 热力学第一定律 即能量守恒定律。能量是守恒的,只能从一种形式转化为另一种形式而不能创造或者消失。 热力学第二定律 不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 热力学第三定律 绝对零度不能达到。 15. 简述在第二次科学组织形式 19世纪科学第二次“组织机构革命”体现在18世纪存在的组织科学的骨干机构,及国家支持的学术社团在19世纪已不是从事原创性科学研究的中心,而是作为对过去所取得的科学成就的奖赏,大多变为了荣誉社团。取而代之的是一大批朝气蓬勃、彼此护卫补充的科研机构,如1794年法国大革命后成立的综合工科学校。 德国大学体制改革最能体现19世纪科学的新组织机构的基本特点。作为世俗的国家机构,科学教育的目的是要服务国家,为国家培养中学教师、医生、药剂师、政府官员及其他人才。新形势下的科学教育的最大特点是前所未有的重视科学研究。科学教授除了向学生传授已有知识,还要带头生产和传播新知识,因而出现了教学实验室、研究生水品的科学研究班和讨论班,以及大学内部设立的专门从事高级研究的研究所。作为教学改革的内容之一,出现了进行科学教学的正式教材,而且想要成为科学家必须要有哲学博士学位。 作为科学的主导机构,大学为知识分子提供了新的科学教授职位。科学的职业化也导致研究机构的专业分工,科学家的兴趣也趋向专一。出现许多新的专业性期刊。还出现了代表科学家利益的真正职业性团体,如德国自然科学家学会、英国科学促进会、美国科学促进会。只有到了此时,科学家才作为一种社会存在和独立的职业身份充分地展现在人们面前。 工业界和研究型大学也产生了密切的联系。工业界向大学提供从事研究所需的材料和设备,大学反过来向工业界输送毕业生。随着劳动分工进一步细化,大学偏重基础研究,工业试验时则主要搞经验性研究。 16. 简述在第二次科学革命时期科学和技术的关系 进入19世纪,好几项新鲜事物的出现使得从希腊时代沿袭下来的科学和技术分离度那种亘古就有的传统终于被打破。才出现的新科学立即就产生出若干应用科学的新兴工业,如电报、电照明、无线电通信。 1831年,法拉第发现电磁感应现象。1837年,科学家惠斯通就和合作者研制出第一台电报机,用莫尔斯电码编制方案与1844年通过现场试验。第一条跨越大西洋的电报电缆与1857至1858年铺设成功。在王寿电报酒桶铁路一期在全世界普及开来。 1879年,美国的爱迪生和英国的斯旺独自发明白炽灯泡。19世纪80、90年代的时候,建立电照明工业所涉及的科学原理很难说什么是新东西。只有建立起一个庞大复杂的技术系统之后,我们才能够说已经有了电照明工业。 1887年,赫兹用实验演示了电磁波的真实存在。意大利人马可尼与1894年刚一获悉赫兹证实电磁波的消息,就立刻着手研究吧电磁波用于无线电报传播。 新提出的细菌学说和在19世纪50年代产生的关于微生物的观念就启发了伟大的法国科学家巴斯德认真的研究发酵过程。在此基础上提出的巴斯德灭菌法在许多工业生产中都得到了实际应用。 第十五章 生命自身 在海军勘测船“贝格尔号”上从1831年8月到1836年10月持续5年的航行,改变了达尔文,也从根本上改变了科学世界。 1. 简述达尔文在1859年出版的《物种起源》的意义。 这是欧洲科学的一大转折。人们从传统基督教世界观转变到相信人只是自然历史的产物,并没有神赐的特殊的地位。传统的基督教世界观得到了圣经权威的认可,认为动植物物种是各自分别被创造出来的,而且自他们产生依赖就不曾改变;而由达尔文的萌芽思想发展起来的世界观认为物种并非固定不变,他们不是被分别创造的,而是在过去亿万年的时间里一直不停地进行着生物进化和地质变化,通过自然选择过程进化而来,人类不过是自然历史的一个产物,对自然的研究找不到任何存在着奇迹或者神赐计划的迹象。 2. 简述哥白尼革命和达尔文革命的相同之处。 两者都抛弃了存在已久的古老信仰。哥白尼革命抛弃了得到天文学和宗教庇护的在当时几乎被认为不言而喻的真理的太阳围绕地球运动的观点;而达尔文革命则抛弃了始终受到圣经传统保护的物种不变的古老信仰。 哥白尼和达尔文在发表自己的观点时都犹豫不决,因为他们的理论过于新奇,在当时无法证明。但又都被之后的研究所证实。 两次革命的结果产生了这样的世界观:天和地都遵从同样的物理定律,而人和兽也有着共同的生物学起源。 3. 简述17世纪科学革命引起的科学和宗教的关系的变化。 17世纪的科学革命加强了科学和传统基督教世界观之间的沟通。自然神学,或者说,认为一个人可以通过细心观察上帝在自然界中的宏伟杰作而领会到神的安排的这种思想得到了相当多的人的认同。这种信念可以表述为:研究能够在自然界中看到的那些巧妙安排,我们就会更好了解那个伟大的设计师,更能体会到他对人类的仁慈和对人类需要的慷慨。以1691年出版的两本书为证:约翰•雷写的博物学著作《上帝造物的智慧》和伯内特写的地质学著作《地球圣史》。两本书都反映出,17世纪科学家的宗教感情如何激励着他们进行科学研究,为的是使《创世纪》与地质学两者调和一致。 4. 简述在达尔文之前其他人提到过的物种变化的观点。 ① 瑞典植物学家林奈在万年对中和终内的变种之间是否真的有明确界限开始怀疑,认为两者也许都是“事件的女儿”。 ② 法国博物学家布丰认为物种在发生演变,而且认为我们所看到的的动植物较其祖先是退化了的。 ③ 法国博物学家拉马克曾提出过一种可能导致进化的机制,也即后来所说的获得性遗传。拉马克认为一个有机体是通过努力适应它周围不断变化的环境而改变自身的。而且这种变化可以被有机体的后代所继承,一代一代向下传,从而形成新的物种。 ④ 达尔文的祖父伊拉兹马斯•达尔文相信生物的有用特性能够通过生物遗传在一代传一代的过程中得到缓慢积累,从而演变出多种形式。 ⑤ 1844年出版的钱伯斯撰写的《创世的陈迹》通俗的阐述了物种蜕变的观点,认为蜕变是整个设计的组成部分。 5. 简述由于新的化石和地质证据的发现,人们为了调和新证据与圣经信仰和传统的地球年代理论的矛盾所发明的理论。 灾变说:法国博物学家居维叶认为,在过去相对不太久远的时间里,似乎发生过若干次灾变性事件,从而造成了巨大的变化。他就用那一系列的灾变来解释地质和化石发现中观察到的好似突然中断的现象。灾变说保留了传统观点所持有的世纪历史(相对)短暂的看法,虽然不否认有过生物灭绝现象,但并没有触动物种不变原则。 均变说:今天正在地球表面进行着的这些物理过程是均匀变化的,而不是灾变式的。赫顿在他的《地球理论》认为,地球的地质特征归因于两种相反的力共同作用的结果,一种由重力引起的夷平趋向,另一个是地球内部的热量引起的抬升趋向。这个过程是无限的。赖尔在他的《地质学原理》中更加深入的阐明了这个观点。虽然接受了无限时间的概念,但在生物变化问题上却态度暧昧。 6. 简述达尔文关于自然选择导致进化的理论。 从马尔萨斯的《人口论》中获得灵感,达尔文在1838年建立起他的自然选择导致进化的理论:尽管生物的生殖律很高,但是由于物种内部个体对资源的竞争,死亡率同样非常高,因而物种群体数量会受到抑制。最能适应生存环境的个体最有可能生存下来并且繁殖后代。 7. 简述《物种起源》的内容。 《物种起源》共分三部分。 ① 第一部分勾勒出进化理论的总体轮廓,先讨论动植物在家养环境下的人工选择,接着列出了他的理论的几个基本要点:变异、生存斗争和自然选择导致物种改变。他的指导思想史,每一个物种的不同个体都会在他的每一个形状上表现出某种变异,那么,结构最优的个体便会在生存压力下以更高的生殖率繁殖,长此以往,会导致物种改变。 ② 第二部分列出别人最有可能抨击他的观点的那些问题并且做出了解答。达尔文不厌其烦的逐个例子分析,接力论证一点一滴的变异积累起来,最终就有可能产生出我们在自然界里看到的那些古怪行为和特性。 ③ 第三部分以列表的方式一一举出用特创论非常难以解释的,而用他的进化论却能轻而易举地加以说明的问题。如物种灭绝和改变、某些器官发生退化等等。 8. 简述《人类的由来》中达尔文表达的观点。 达尔文把人和一种猿一样的祖先联系在一起,甚至还强调,进化不仅产生人类的身体特征,而且也在本能、行为、智力、情感和道德的形成上发挥了作用。 9. 简述达尔文进化论所遇到的困难和挑战。 在涉及地质和化石资料时,当时并没有发现似人的化石,人和猿之间似乎还隔着一道需要填平的巨大鸿沟。 在遗传上,达尔文和他同时代的人一样,认为遗传是一个混合的过程。但若果真如此就难以解释更能够适应环境的个体是如何把它的优良特性传遍整个群落的。一种优良特性过不了几代就会被稀释,这样混合就会阻碍新物种的形成。 另外在物理上,当时的物理学根据已知的地球辐射冷却和推测的太阳燃烧计算出来的地球年龄,绝对无法满足达尔文的进化论所需要的时间。 10. 简述双名法,及其创始人。 18世纪的瑞典物理学家林奈设计出双名法对已知植物和动物进行分类,即每一种植物或动物同时用两个拉丁名称命名,第一个名称是属,指明它所在的大类,第二个名称是种,指明它独有的特征。 11. 简述达尔文之后支持进化论的重要发现。 1865-1866年奥地利孟德尔发表对豌豆杂交试验的研究成果,他指出,遗传不是一个混合的过程,而是把各个性状保留在一个一个的单元里,并能够一代一代向下传的过程。这种保留性状的单元就是后来所说的基因。这样,个体的优良性状就不会再遗传中因为混合而消失。 19世纪80年代,魏斯曼猜想染色体里包含着遗传单元,不久这个猜想就被证实。 1900年德佛里斯建立起突变理论,这样进化就又有了一种变异机制,进化的过程因此加快。 20世纪20年代,摩尔根和他的同事做了“果蝇实验”,证实了孟德尔的理论和染色体为遗传特征载体的观点。 1953年沃森和克里克终于发现DNA双螺旋结构。 物理方面,放射性的发现和爱因斯坦与1905年提出的物质—能量方程。在20世纪上半叶,科学界对太阳系的年龄的估算一再增加,终于达到进化论所需要的足够的时间。 12. 什么是社会达尔文主义? 社会达尔文主义主张,社会的组织结构,尤其是阶级层次,可以用生物学中的生存豆粥来加以说明。基本思想是,社会中存在的一切,连同它所有的不公正,都是由生物学的遗传特性决定的,很难通过社会改革来加以改善。 13. 简述拉马克主义的基本观点。 获得性状可以遗传。一个有机体是通过努力适应他周围不断变化的环境而改变自身的。而且这种改变可被后代传承,从而形成新的物种。 拉马克主义有两个观点颇具吸引力:第一,它认为环境对进化过程有直接影响;第二,产生新生命的过程可以被加速。 14. 什么是“动物行为学”? 动物行为学是有奥地利动物学家洛伦茨创立的学科,用科学方法来研究自然条件下动物的行为,集中研究动物的心里及行为特征的遗传基础。 15. 什么是“遗传学中心法则”的信念? DNA携带着所有遗传特性的密码,因此,没有任何机制能够通过改变某一特性来影响到决定该种特性的DNA。 双螺旋结构的化学性质终于否定了拉马克主义的可能性。 第十六章 受支配的工具制造者 1. 什么是战争工业化? 就是使用工业方法生产战争物资。这是19和20世纪欧洲帝国主义向亚非扩张的关键。战争工业化更是在一战中加快了步伐,参战各方已经离不开重工业、潜水艇、坦克、铁路,还有刚诞生的空军和毒气。在欧洲内部各国彼此之间进行战争的时期,用于作战的飞机和各种摩托化战车又很快被研制出来,从而使得欧洲帝国主义和殖民主义势力又添加了不少强化其统治的新式武器。 2. 简述印度殖民和工业化的关系。 全球工业化的进程同欧洲殖民主义的历史紧密地联系在一起,印度就是一个非常贴切的例子。在欧洲工业革命和英国政府于1858年正式接管印度之前,印度早已是世界上拥有最先进技术的地区之一。在它失去政治独立以后原来十分繁荣的传统经济反而沿着非工业化的道路向下滑。铁路,因为他对于英国人控制全印度至关重要,自然是发展迅速。电报网络也发展迅速。但十分清楚的是,上述那些技术手段没有存进印度工业的发展,它们不过是殖民主义者实行控制的工具,为的是保持运输和通信畅通,一遍掠夺印度的原材料和其他货物,再把英国的至成品投放到印度市场。印度从实际上最大的纺织品出口国反而变成净进口国,造船工业在整个19世纪本来非常发达,结果变得不合时宜。在与工业化欧洲接触的早期遗留下大量问题,本土工业存在着不得不进行技术转型、大量失业和忽视传统的农业基本设施等困难,印度反而越来越穷。总之,西方工业化经济的成功和由此产生的霸权,其实使得其他地方再无独立实现工业化的可能。贫穷的欠发达的民族国家在西方列强凭借其强大的技术和经济力量的攻击面前,几乎毫无反抗之力。 3. 谈谈福特在技术史和文化史上的意义。【论述题】 美国从农业为主的乡村社会发展为工业文明之首的诸多因素中,必须强调美国汽车工业的发展和由亨利•福特最早搞起的大批量生产技术。福特为了生产出“大众化的汽车”,想办法做到大批量生产,让广大公众购买的起。他为了生产出廉价的标准化产品,想方设法改进和完善了装配线生产技术,使自己的工厂保持了惊人的高效率。在福特之前,组装一辆汽车需要12小时以上,到1927年组装一辆T型车就只要24秒!到二十世纪二十年代,汽车就逐步成为现代生活的必需品和现代全球经济的重要支柱。由福特的T型车首创的为大众生产和由大众消费的观念后来又被应用于现代社会的许多其他“必需品”领域。 福特一手改变了美国工业和文化的面貌。他成功的把成千上万其他人的聪明才智组织起来形成为一个和谐的整体,并及时预见到即将出现的会是一种涉及多方面工作的、能够自行维持生产的技术型企业——现代汽车制造工业。福特创造了一整套严密的组织结构,从原材料供应到制造汽车,再把产品销售出去。任何一项技术都不能存在于社会真空之中,必然要以复杂的方式与制造者、使用者和其他技术联系在一起。围绕汽车这个技术系统,出现了许多附属工厂为装配线服务,并且推动了其他工业的快速增长,如石油、道路、保险等等。 同时,福特为了稳定员工队伍为他的工人付出极高的工资,结果福特工厂的工人也成了他们自己生产的产品的消费者。对于汽车这个技术系统的出现,社会生活也相应地也在许多方面都做出了反应和变化。 第十七章 新亚里士多德学派 1. 简述在爱因斯坦革命之前的经典世界观。 一个牛顿的绝对时空框架,一个由不变的、不可分割的原子组成的世界、一种为电磁场以及光和辐射热以波动形式传播提供基础的以太基质。 还有两条在19世纪下半叶构建起来的:物质和以太两者之间承载着互相作用;能量媒介要遵从几条用数学公式表述的严格的热力学定律。 2. 简述经典物理遭遇的危机。 迈克尔逊—莫雷以太零漂移;紫外灾难【待补充】 3. 简述19世纪末到20世纪的关于纯科学的重大发现。 1887年赫兹发现光电效应,即当用光线照射某些物质时能够激发出电流,而且只有光波短于一定的波长才会产生这种现象,而当波长大于相应的阀值时,无论怎样增加光照强度都不能触发电流。 1887年开始的一系列实验中,美国科学家迈克尔逊和莫雷测定到光速同相对运动无关而保持不变,未能检测到地球相对于任何以太的运动。 1895年德国实验物理学家伦琴发现X射线,扩展了电磁辐射的范围,因为X射线远超过通常的电磁辐射的波长极限,从而使科学家对传统的关于光谱和公认的实验室程序的看法产生了怀疑。 1897年J•J•汤姆孙证实阴极射线有许多运动着的微粒组成,这些微粒的质量是氢原子的1/2000,从而否定了传统上认为不可分的原子是物质的最小单位的观点。并且提出了“枣糕”模型。 1898年玛丽居里命名放射性现象。 1901年科学家们搞清楚了放射性衰变现象。元素自行转变,违背了最基本的原子不变信念,从而向科学解释提出了一个大问题。 1901年后普朗克在研究黑体辐射是指出光(或者更一般地说是辐射)所具有的能量其实是由一个个分立的能量包或者说量子所组成,并不是如经典物理学所要求的那样作无限小次级的连续分布。 黑体辐射是指一个理想系统可以发出比它所接收到的辐射能还要多的辐射能量。也就是说如果电磁波谱的确是连续的,那么,起初射入的光波或辐射热的波就应该重新分布为无穷多的更小的波,从而产生无限多的能量,而这是十分荒谬的。 1905年,爱因斯坦发表了一系列论文,从而改变了现代物理学的方向。其中影响最大的是讨论狭义相对论的论文,宇宙中并没有哪个参考系更优越,一切观测都是相对的,观测结果取决于观测者的位置和运动速度。提出了质能方程,将质量和能量联系起来。他在那篇关于光电效应的论文里,支持了光是由许多单个包束组成的,而不是连续波的观点。在1915年爱因斯坦又提出广义相对论,用四维的爱因斯坦时空连续统取代均匀一致的三维欧几里得空间。 1911年卢瑟福用放射性所产生的粒子研究原子内部的结构,并宣布原子内绝大部分是空无一物的空间。他和丹麦物理学家波尔提出了一种若干电子围绕着一个坚实的原子核运转的原子结构模型“行星模型”。 1918年开始围绕波尔形成量子力学的“哥本哈根诠释”。量子力学抛弃了原来用于描述原子的那种决定论力学模型,取而代之的新模型中,原子(实际上是所有物体)具有波粒二象性,这种存在又被称为“概率波”。 1926年海森伯提出矩阵力学,薛定谔提出波动方程,这两者后来被证明完全等价。 1927年海森伯又提出著名的测不准原理。测不准原理简单说,就是我们不可能以同样的精确度同时确定一个物体的位置和速度(或动量)。 这样,根据量子力学,偶然性和随机性第自然界的一种本质属性。经典力学的决定论不存在了。 测不准原理进而又引出一个结论:观测本身会干扰观测对象。也即不可能有不受干扰的或者说“客观的”观测;观测对象和观测者构成了一个系统的一部分;一旦进行观测,概率波就会“坍缩”为被观测实体。当我们在看时,就是在一定范围内寻找;而当我们不再看时,则除了概率云就什么也没有。 1930年泡利提出存在中微子。在1954年中微子被检测到。 1932年发现中子。 1932年发现正电子,这揭示了反物质的存在。 物理学家把基本粒子分为三大类,每一类都有包括物质粒子和相对的反物质粒子:一类是重粒子,如中子和质子,它们是由6中被称为夸克的更小单元组成的三合物。第二类是轻子,例如电子,虽然比质子和中子轻,但是仍具有质量。第三类是玻色子,又叫光量子,没有静止质量。科学家认为玻色子是携带自然界已知的4种力的矢量。这四种力是指电磁力、引力、强相互作用和弱相互作用力。 当代物理正在以量子场论为基础的统一的理论框架的指导下,积极探索世界的物质结构这个古老的课题。 4. 简述爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论。【这什么题啊!能说得清么!!!】 狭义相对论: 基本原理:光速不变原理(在所有惯性系下,在真空中光速不变);狭义相对性原理(在所有惯性系中,物理定律有着相同的形式)。 时间膨胀(爱因斯坦延缓:当物体运动时,一切物理化学变化都会变慢);长度收缩(洛伦兹收缩:相對于某物體運動的觀測者觀測,在運動的那個軸向的長度,會比相對于物體靜止的觀測者觀測到的同一長度要短)。 广义相对论; 5. 简述爱因斯坦质能方程的意义 爱因斯坦质能方程和随之而来的对原子和过程的更加深入的了解,不仅带来了在原子弹和氢弹上的实际应用,而且也从理论上搞清楚了热核聚变,并认识到那正是太阳和恒星的能源。最后科学家还明白了那些必要元素全是在恒星的熔炉里炼制出来的。另一方面,热核聚变的发现也使得关于太阳的氧化燃烧模型被取代,从而使太阳和太阳系的年龄大为增大,于是关于开尔文勋爵关于太阳年龄的判断和他以太阳寿命很短为由对达尔文学说的诘难也不攻自破。 6. 宇宙膨胀理论和大爆炸宇宙理论各自的观察证据是什么?【有待修改】 膨胀理论: ① 1870年以后,摄谱仪所拍摄到的恒星光谱的谱线似乎在随着恒星运动而发生变化,这一发现表明宇宙很可能在膨胀。哈勃观察到所有星云都在彼此相互远离,而且离得越远,相互远离的速度越快。 ② 近年来对宇宙微波背景辐射、宇宙大尺度结构和星云的X射线性质的观测和研究都表明宇宙在膨胀并在加速膨胀。 大爆炸理论; ① 3K背景辐射(1965年彭齐亚斯和威尔逊)。即在对绝对温度2.73K处测到的背景辐射满足由大爆炸理论推出的检验蕴涵,宣告了稳恒态宇宙学理论的死亡。 ② 关于原始物质丰度的观察和研究。 ③ 关于星云和类星云的分类和分布的详细观察和研究 第十八章 今天的应用科学和技术 1. 什么是大科学? 大科学是指科学生产的工业化。从事大科学的研究工作一般需要大型的场所和昂贵的设备、大量的资金、国际的合作。由科学研究人员组织起来的研究群体逐渐取代了科学家各自的分散劳动。在其中,每个科学家只负责复杂研究项目中的某一方面。大科学的例子有:国际空间站、人类基因组计划、欧洲核子研究中心等等。 2. 简述科学和技术的关系(从古代到现今)。【论述题】 科学史备考 1. 中国科学技术在近代落后的原因 ①自然经济的阻碍首先,自然科学注重实用,注重解决生产中的实际问题。其次,自然经济的自足性、生产条件的简陋性,使其本身缺乏对新技术的要求。再次, 自然经济阻碍了资本主义市场经济的产生和发展。 ②专制制度的束缚 ③科技自身的缺陷 (a)科学的实用化倾向 (b)科学实验方法没有确立 (c)古代中国科学技术具有较强的保守性和排他性。 2. 中世纪后期欧洲科学技术的复苏 ① 科学活动的重新开展:翻译阿拉伯文献,学习古希腊科学文化,开办大学。 ② 技术的进步:耕作效率提高,作物种类增多,农业有了较大发展;水利机械、风力机械、各种铁制机具普遍应用于冶金、采矿、纺织各行业,推动了手工业的发展。 3. 古希腊科学思想和科学方法 科学思想:1、第一次形成了独具特色的理性自然观古希腊留给世人的可以说主要是一种精神文明,例如热爱真理、对知识的渴求。2、重视数学,极大地发展了逻辑演绎方法和逻辑思维。 科学方法:1、逻辑方法、观察方法、数学方法已经初步形成,为近代自然科学的形成作了较好的准备。2、在实验科学方面严重不足。 4. 希腊思维方式和科学精神的起源 思维方式:希腊人①把自然看作是一个独立于人的东西加以整体的看待;②他们把自然界看成一个有内在规律的、其规律可以为人们把握的对象;③他们发展了复杂精致的数学工具,以把握自然规律。在这三个方面,希腊人都开科学精神之先河。 希腊科学和哲学是从希腊神话中脱胎而来的。希腊神话有两个特点:①希腊诸神与人相似,但是不是人。人神之别反映了对象性思维的原始形式,而人神同构则导致了希腊的有机自然观念。②希腊神话具有完备的诸神谱系,这实际上是逻辑系统的原始形式,如果把诸神进一步作为自然事物的象征,那么,系统的神谱可以看作是自然直逻辑构造的原始象征。这种完备的神谱,弘扬了秩序、规则的概念,是希腊理性精神的来源之一。 人神相异同构和完备的诸神谱系,反映了希腊思想的对象性和逻辑性,这正是自然科学赖以产生的基本前提。 另外,希腊悲剧中暗含的不可更改的自然秩序和必然的命运,也是希腊人去努力探究科学规律的文化原因。 同时,对数学的重视,也是希腊人留给近代科学的最宝贵的遗产。希腊人相信心灵是掌握自然规律的最可靠的保证,因而极大地发展了逻辑演绎方法和逻辑思维。在几个特殊的科学领域中,希腊人成功将它们数学化,并且得到了高度量化的结论,为近代科学的诞生起到了示范作用。 5. 为何说古希腊的科学与人文是一体的? 这主要表现在古希腊人在科学探索过程中把“自由”奉为最高的价值。自由是指科学具有崇尚非功利,为科学而科学,为知识而知识的内在性特征。这样的自由科学是真、善、美的统一。希腊时代的理性不是今日片面的技术理性,而是包含着目的论和“善”的理念的健全理性。在希腊教育体系中,数学既非理科课程,也非文科课程,或许可称“德育”课程。希腊科学也不存在“真”看成对外在世界的“复印”,把“美”看成一种主观感觉的对立,不把科学看成一种机械的、无意义的知识产出活动。其实有更多的科学家却相信科学研究工作更像是艺术家的创作活动,其中充满了激情、充满了意义的突现。 中国并没有古希腊这种以“自由”为最高人文价值的传统,中国的人文传统是“仁-礼”。当然单从人文传统上说,很难说两者孰优孰劣。 6. 科学中心转移理论 这是一种描述科学发展状态的理论,认为世界科学中心随时间的延续而在空间上发生转移。1954年英国的贝尔纳在《历史上的科学》一书中首先提出科学中心的概念,指出科学在其时间进程中,科学中心的形成和推移与世界范围内商业和工业活动中心的形成密切相关。后来日本的汤浅光朝又在《科学活动中心的转移》一文中阐述了这个理论,他定义说凡是某个国家科学成就超过同期内全世界科学成果的25%,即处于世界科学活动的中心。按照这个标准,科学中心在近代的转移大致可以分为:意大利(1540-1610)→英国(1660-1730)→法国(1730-1830)→德国(1830-1920)→美国(1920- )。 7. 在科学史学科发展的百年历史上,出现了哪三种重要的编史方法?各自的代表人物是谁? 从编史学的角度看,国际上对科学史的编撰大致经历了三个阶段。 一是以科学史学科创始人萨顿为代表的实证主义编年史方法; 二是以柯瓦雷为代表的思想史编史方法; 三是以默顿和贝尔纳为代表的社会史编年法。 这几种方法各有利弊,萨顿的方法虽然克服了分科史的粗浅,第一次把科学看作一个统一的整体,但有时会忽视和掩盖科学发展的逻辑线索;而柯瓦雷的思想史编史法,虽然注重科学概念的逻辑演进,并产生了一大批成果,但并不适于科学的各个领域各个时段;而社会编史学派虽然看到了对科学起推动作用的生产和经济因素以及社会需要,但只是到了近代科学才有如此情景。 8. 宇宙膨胀理论和大爆炸理论的观测证据分别是什么? 光谱红移和微波背景辐射 9. 西方大学本身的含义是什么?大学为什么能够在中世纪成长起来,成为一个重要的社会力量? 学生行会或教师行会。 随着农业革命所推进的城市的兴起和财富的增加,一大批喜好玩耍的学生来上大学,希望毕业后能找到好工作。同时欧洲的大学本质上是自治机构,自己管理自己,为中世纪晚期的欧洲社会注入新的活力,培养牧师、医生、律师等人才。 10. 牛顿与笛卡尔的机械自然观有什么不同? 笛卡尔:广延和运动; 牛顿:物质、运动和虚空 11. 科学和技术的区别 12. 伽利略对经典力学的贡献 研究了单摆运动、自由落体运动、惯性定律和抛物运动理论。 13. 列出亚里士多德关于逻辑和自然哲学的主要著作(至少4种) 逻辑学:《范畴篇》、《解释篇》、《前分析篇》、《后分析篇》、《论题篇》、《辩谬篇》,以上六篇逻辑学著作总称《工具论》 形而上学:《形而上学》 自然哲学:《物理学》、《气象学》、《论天》、《论生灭》。   论动物:《动物志》、《动物之构造》、《动物之运动》、《动物之行进》、《动物之生殖》 14. 赫尔蒙特为了证明“万物源于水”这个古老命题,做了哪一个著名的实验? 赫尔蒙特的柳树实验:他用一个瓦盆盛上200磅干燥的土,然后用水浇湿,种上5磅重的柳树干。五年后,柳树干长成了169磅3盎司多的大树,他重新将瓦盆里的土加以干燥,发现原来的土只减少了3盎司。这样一来,新长出的164磅重的树干、树皮、树根只能是由水产生的。因此,赫尔蒙特认为柳树增加的重量只能来源于水。 15. 科学机构小结 地区 名称 作用 时间 支持者 古埃及 “世风院”; 档案馆; 寺院图书馆 处理有关宗教典制、传统惯例方面的事宜,也囊括法术、医学、天文制、数学等知识以及其他五花八门的学问 国家 美索不达米亚 埃达巴(书板屋) 书写学校(传授书写、书写、神话文学和格言) 国家 古典希腊 阿斯克勒皮俄斯神庙 医疗结构 古典希腊 柏拉图学院 哲学和自然哲学研究 公元前四世纪开始的八百年 私人(希腊化时期制度化) 希腊 吕克昂学园 公元前336年(亚历山大加冕)之后的一千年 私人(希腊化时期制度化) 亚历山大城 Museum及附属图书馆、讲演厅、解剖室、花园、动物园和天文台 供奉九位文化女神缪斯、医学解剖、政治、地理 公元前280年开始的七百年 王室支持 伊斯兰 马德拉萨,即“学馆” 法律学校 接受慈善性质的捐赠,使用官方批准的文本 巴格达 智慧宫 翻译和掌握外来世俗科学 832 哈里发麦蒙 伊斯兰 清真寺附属图书馆 开罗 智慧宫 10世纪 巴格达 天文台 828 马拉盖 天文台 1259 政府提供费用,接受政府指导 撒马尔罕 乌鲁伯格天文台 15世纪 国子监 传统中国的最高教育机构 8世纪 政府机构 博洛尼亚 博洛尼亚大学 学生行会雇佣教师 9世纪 行会 巴黎 巴黎大学 1200 牛津大学 1220

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《世界科学技术通史》的全部笔记 31篇
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