一、近代科学革命的转变
近代科学革命是以天文学领域的革命为开端的。两种宇宙观,新旧思想的斗争十分激烈。特别是到了中世纪后期,天主教会还别有用心地为托勒密的地心说披上了一层神密的面纱,使托勒密体系被当作权威加以崇信,其结果严重阻碍着天文科学的进步。波兰天文学家哥白尼适应时代要求,他从1506年开始,在弗洛恩堡一所教堂的阁楼上对天象仔细观察了30年,从而创立了一种天文学的新理论--日心说。1543年,哥白尼公开发表《天体运行论》,是近代自然科学诞生的主要标志。在天体力学中,开普勒发现了行星运动的三大定律(椭圆定律、面积定律、周期定律);1632年,伽利略发现了自由落体定律;1687年,牛顿发表《自然哲学的数学原理》,系统论述了牛顿力学三定律(惯性定律、作用力反作用力定律、加速度定律)和万有引力定律。这些定律构成一个统一的体系,把天上的和地上的物体运动概括在一个理论之中。这是人类认识史上对自然规律的第一次理论性的概括和综合。但这一时期其他学科还很落后,主要是在收集材料,积累经验,进行分门别类的初步整理。例如,18世纪,瑞典生物学家林耐就曾致力于对植物的分类,他写了《自然系统》一书,使杂乱无章的关于植物方面的知识形成了完整的系统。在化学领域,英国科学家波义耳把严密的实验方法引入化学,他被称为近代化学的创始人。德国科学家斯塔尔提提出燃素说来解释化学反应,燃素说作为化学的理论成果统治了化学界近100年。
1755年,德国著名哲学家康德出版了《宇宙发展史概论》,书中提出了著名的星云假说。康德的星云假说能较好解释太阳系的某些现象。他认为,太阳系以及一切恒星都是由原始星云在引力和斥力的作用下逐渐聚集而成的。宇宙中的万事万物有生有死,而发展是永无止境的。恩格斯1875年为《自然辩证法》写的一篇导言中,给予康德的星云假说极高的评价。说它“包含着一切继续前进的起点。”启蒙运动使理性思维有了充分的发展,”理性思维就是对感性材料进行抽象和概括,建立概念,并运用概念进行判断和推理,提出科学假说,进而建立理论或理论体系。19世纪道尔顿的原子论,阿佛加德罗的分子学说,门捷列夫的元素周期律以及康德的星云假说开始都是以假说形式出现的。不过,康德的星云假说一开始没有得到人们的重视,直到19世纪,由于自然科学不断揭示出自然过程的辨证性质,才最终在哲学领域敲响了形而上学的丧钟。 在地质学领域,英国的地质学家赖尔提出地质渐变理论。在生物学领域,细胞学说、生物进化论,孟德尔的遗传规律相继被发现。在化学领域,原子-分子论被科学肯定;拉瓦锡推翻了燃素说,并成为发现质量守恒定律的第一人;1869年,俄国化学家门捷列夫发表了元素周期律的图表和《元素属性和原子量的关系》的论文。门捷列夫预言了十一种未知元素的存在,并在以后被一一证实。
19世纪最重大的科学成就是电磁学理论的建立和发展。 法国的安培提出了电动力学理论。英国化学家、物理学法拉第1831年总结出电磁感应定律,1845年他还发现了“磁光效应”,播下了电、磁、光统一理论的种子。但法拉弟的学说都是用直观的形式表达的,缺少精确的数学语言。后来,英国物理学家麦克斯韦克服了这一缺点,他于1865年根据库仑定律、安培力公式、电磁感应定律等经验规律,运用矢量分析的数学手段,提出了真空中的电磁场方程。以后,麦克斯韦又推导出电磁场的波动方程,还从波动方程中推论出电磁波的传播速度刚好等于光速,并预言光也是一种电磁波。这就把电、磁、光统一起来了,这是继牛顿力学以后又一次对自然规律的理论性概括和综合。
19世纪未,德国物理学家伦琴发现了一种能穿透金属板使底片感光的X射线。不久,贝克勒尔发现了放射性现象。居里夫妇受贝克勒尔启发,发现了钋、镭的放射性,并在艰苦的条件下提炼出辐射强度比铀强200万倍的镭元素。1897年,汤姆生发现了电子,打破了原子不可分的传统观念,电子和元素放射性的发现,打开了原子的大门,使人们的认识得以深入到原子的内部,这就为量子论的创立奠定了基础。量子论是反映微观粒子结构及其运动规律的科学。与此同时,在对电磁效应和时空关系的研究中相对论产生了。相对论将力学和
电磁学理论以及时间、空间和物质的运动联系了起来。量子论和相对论是现代物理学的两大支柱,是促成20世纪科学技术飞跃发展的理论基础。 二、通过名著导读学到了什么? 《新物理学的诞生》
我个人很喜欢这种学习方式,如果能早一点尝试这样的读书形式相信会在研究生阶段多读到很多经典著作,这样的方式我认为会比老师的讲义更能学到东西。学习在于读书,如果没有一定的积淀相信是无法从事学术研究的。
《新物理学的诞生》从地球运动的假设所引起的物理学问题出发,讲述了哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿等人在创立新物理学过程中面临的问题和作出的贡献,揭示了物理科学的整体性,从一个侧面讨论了16、17世纪的科学革命。展示了物理科学环环相扣的结构如何影响运动科学的形成,他说明了孤立地完全凭借自身去检验或证明科学命题一般来说是不可能的,近代科学的变化说明了它自身的动态性。 科恩通过梳理历史细节与穿插有趣的科普内容,从地球运动引起的种种日常经验事实与物理学问题出发,简明扼要而又系统地讲述了大师们为近代经典物理学所作的基础性贡献:从地动物理学的亚里士多德到托勒密体系,哥白尼伟大的天文学革命,到第谷、开普勒、伽利略一步步肯定日心说,最终牛顿带来了物理学革命,开创了新物理学。科恩并没有对与亚里士多德的名字紧密联系的旧物理学体系有太多苛评,而是通过总结人们在落体问题和一般运动概念上的常见误解,让我们知道身为“常识物理学”的旧物理学,其实能够为“大多数人在直觉上相信和遵循”。这个以静止地球为宇宙中心的完备的科学体系主张天界和天体由不发生变化的、“不朽”的以太构成,物体各自进行符合其本性的“自然”运动,因此地球如果做圆周运动的话必然是不“自然”的、违背本性的。哥白尼的意义其实并不在于提出日心说,而是在于日心说“同伽利略、开普勒、牛顿等人的名字联系在一起”,能够在物理学中引发伟大的革命。哥白尼发表《天球运行论》的1543年,在1609年面前相形见绌———那一年,伽利略等科学家第一次用望远镜系统地研究了天空,开普勒发表的《新天文学》确立了行星运动规律,望远镜里宇宙的空虚寥廓与无数颗恒星让人们感慨,地球相比之下只是一粒无足轻重的微尘,“人的这个小宇宙”瓦解了。牛顿1687年出版的《自然哲学的数学原理》“使整个科学结构为之改观,并且改变了西方文明的进程”。牛顿关于绝对时间与绝对空间的看法,以及他的一整套“包含了空间、时间、秩序的世界观”,已经被现代原子物理学和量子理论改写,时至今日牛顿力学依然适用。揭示了环环相扣的结构如何让物理体系中一个环节的些微改变带来广泛而深远的影响。《新物理学的诞生》爱因斯坦曾指出:“物理学构成一种处在不断进化过程中的思想逻辑体系。”