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第七章 实验传统的兴起

时间:2018-10-20 12:58:39      阅读:555      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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第七章 实验传统的兴起

近代科学的三大传统

  • 数理传统(希腊理性传统的再现)
    孤立化、原子化、碎片化分析
  • 实验传统
  • 博物学传统

科学革命导致的两大主题

  • 世界图景的机械化
  • 自然的数学化与分析化

实验传统的三个来源

  • 数理分析传统
  • 炼金术传统
  • 培根传统(新博物学传统)

7.1数理传统和炼金术传统

数理传统

数理传统的两种实验传统
  • 演示实验
  • 思想实验

思想实验:在内心中设想出潜在的实验条件,其结果可以根据以前的日常经验可靠的预见到。——托马斯-库恩
如伽利略的重物轻物同时落地的思想实验
帕斯卡的大气压实验,水压实验

炼金术传统

卢瑟福,得到了化学(??)诺贝尔奖
炼金术颠覆了希腊以来的人工物和自然物明确的界限
炼金术也是为了寻找世界的本源,炼金术士认为上帝是化学家(数理学家认为上帝是数学家)

科学革命的数理科学线索: 哥白尼-开普勒-伽利略-牛顿,自然的数学化与机械自然观
没有精美的插图,近代科学是搞不起来的

科学革命的炼金术(化学论)神秘主义线索
  • 自然法术
  • 神秘主义
  • 数秘主义
炼金术的主要人物
  • 帕拉塞尔苏斯,本名霍恩海姆(1493-1541),医药化学
    Para(超过)塞尔苏斯(希腊时期的百科全书式的学者)
    将功利的炼金行为,提升出哲学意义,再现创世过程
    帕拉塞尔苏斯认为人体中世纪起作用的三要素:硫、汞、盐
    化学和医学结合起来,使其具有广阔的需求
    发现了锌(称之为劣等金属),正式给酒精命名(alcohol)
     
    帕拉塞尔苏斯学派的三个特点
    *反叛亚里士多德和盖伦的传统,否定液体学说,主张三要素理论(硫、汞、盐——精神、灵魂(给肉体活性的东西)、肉体)
    *强调观察和实验,反对本本主义(照本宣科)
    *重视化学胜过数学,重视实用化的定量,轻视抽象几何的证明
  • 阿格里科拉(1494-1555),矿物学
    《论金属》,有很多插图,对欧洲历史上的采矿和冶金技术做了百科全书式的总结
  • 赫耳蒙特(1577-1644),火术哲学家
    着迷于化学实验,用火实现化学过程被他认为是哲学的实验。将炼金术提高到更高的层次。
    区分了空气和气体
    土源于水(他相信万物源于水),烧瓶实验:一直烧,有水垢,证明土源于水;木头源于水,称土,种柳树,柳树长大之后,土的重量基本上没有变化,木头重的部份接近于倒的水的重量2333(但是,引入了,定量实验!哈哈)

  • 波义尔(1627-1691),化学,使化学真正成为科学
    雇佣胡克,英国物理学家天文学家。空气泵是胡克帮他做的。
    《怀疑的化学家》,把化学改造成理论科学、哲学
    波义尔把元素改造成可操作的概念(以前的元素都是指大类,类似中国的金木水火土这种),它定义元素是化学过程不能分解的东西,区分了混合和化合,揭示了物理过程和化学过程的区别。正确评价了火的作用。做了真空中的燃烧实验,发现了空气对于燃烧的重要性,意识到空气对生物的重要性。

培根传统

  • “科学就是力量”,干预自然,改变自然
  • 培根科学:系统、精确地观察和发现新现象;仪器的大量使用

7.1数理传统和炼金术传统(实验)

在近代科学中,实验传统来源于培根传统、数理和传统和炼金术传统
数理传统的形成是因为数理科学的发展本身就要求某种实验的展示(演示实验和思想实验)
人体里面的三要素是硫汞,这是帕拉塞尔苏斯的观点
阿格里科拉是德国人Orz


7.2培根传统

培根传统

弗兰西斯·培根(1561-1626)

1605《学术的进展》
发出征服自然、改造自然的号召。
1620《新工具》
归纳法
1625《新大西岛》
是一部可选小说,体现了培根对未来理想社会的憧憬
文艺复兴时期,三大乌托邦之一
设想一个岛国上,科学家来统治他们。后来成为英国皇家学会构想的蓝图

培根传统(新博物学传统)的特点
  • 欲征服自然必先认识自然
  • 重视系统的观察、记录、分类
  • 大量科学仪器的使用
培根传统是托马斯·库恩提出的

物理科学发展中数学传统和实验传统的对立。——托马斯·库恩《必要的张力》
电学、热学、化学在十八世纪慢慢的形成,继承了培根传统。

古典科学代表人物及学科

哥白尼、笛卡尔、伽利略、开普勒、牛顿
天文学、经历学、光学、数学、和声学
(这些是旧科学的创新)

培根科学的代表人物及学科

吉尔伯特、波义尔、胡克、富兰克林、卡文迪许、库仑、拉瓦锡、(牛顿)
电、磁、热、化学、实验哲学

数理传统和培根传统在19世纪之前是分离的

偶有交叉如牛顿

培根传统的代表人物和事件
  • 威廉·吉尔伯特(磁)
    英国皇家科学家,宫廷御医
    1600《论磁》猜测地球就是大磁铁。提出质量的概念,磁力强度与质量成正比。提出电这个词。
    赞同日心说
  • 马格德堡半球实验
    马格德堡半球实验是关于真空是否存在的实验
    亚里士多德认为真空不存在
    盖里克,马格德堡市市长
    技术分享图片
  • 显微镜下的新世界
    伽利略发现了昆虫的复眼
    马尔比基(意大利)发现了毛细血管,解释了血液循环
    列文虎克(意大利)发现了单细胞有机体,证实了血液循环,发现了红血球、细菌
    胡克 1665《显微图》,首创cell细胞一词
18世纪培根科学的两大领域
  • 火的研究-火学(热学、光学、电学)
    引入定量流的概念,定量研究,守恒的概念。同质化的单位。
  • 气的研究-气学

测量的本质是把不可视的东西变成可视的
1702法国人阿蒙顿改进了伽利略的温度计
1714德国人华伦海特用水银代替酒精作为测温物质,提出华氏温度
1742瑞典天文学家摄尔修斯建立摄氏度(水的沸点0度,冰点100度)
马森布罗克(莱顿瓶),指出温度和热量的不同(中世纪的经院科学家就已经知道这一点,但是从来没有实验测量,只是理论),提出热容量即比热的概念,提出潜热(温度不变的时候物体的吸放热)。
人们认为热是物体,热质的多少决定热量的强弱。
热质说可以解释热量守恒现象和“火”流的定量研究

静电

吉尔伯特发现了带电体和不带电体
盖里克发明了摩擦起电机
1729年,英国修道院的修士格雷,发现有些物体可以传导电,有些则不能。带电体不导电,不带电体导电。
迪费发现带电体和不带电体没有区别,任何物体都可以带电。进一步发现了电有两种不同的极性,玻璃电和树脂电。
1745 莱顿大学的教授马森布罗克发现玻璃瓶可以储存大量电荷,此瓶成为莱顿瓶。莱顿瓶的出现对于静电学具有非常重要的意义。
法国人诺莱特在巴黎演出了放电喜剧,路易14亲自观看。
富兰克林,发明了避雷针,发现天上的雷电与莱顿瓶中的电是相同的。进一步打破了天地之间的界限。正式提出了z正电和负电的概念。

流电

伽伐尼:发现伽伐尼电流(动物电)(解剖青蛙腿)
伏打:证明了伽伐尼电流是由两种金属加导体造成,发现了伏打序列,制成伏打电锥(不同的金属叠在一起),对动电研究打下了基础。

两个静电物理学家
  • 卡文迪许
    发明了扭称,测万有引力定律常数G。
    1777提出电荷作用的平方反比定律
  • 库伦
    测定了电荷之间的相互作用(与卡文迪许是独立的)

燃烧问题

当化学成为哲学的的时候,燃烧的本质开始得到关注

燃素学说

燃素:易燃可分离的物质
燃素说的集大成者是德国的斯塔尔。斯塔尔在原子论的基础上建立了燃素学说:空气只起辅助燃烧的作用,主要是带走燃素。
燃素学说最大的问题是,燃素的重量。金属生锈也被认为是燃素跑了,但是金属生锈之后更重。燃素学说已经认识到木材燃烧和金属生锈是同一种过程,但是燃素是正质量还是负质量无法确定。

二氧化碳

1727年,英国植物学家黑尔斯出版《植物静力学》,发明了手机各种气体的方法,最有名的是水面收集法。
布莱克发现石灰石燃烧产生二氧化碳,命名为固定气体,发现人呼出大量二氧化碳。

二氧化碳与氧气

普利斯特列 《电学史》,发明“苏打水”,现代碳酸饮料的创始人。发现啤酒发酵产生的气体就是“固定气体”。发现植物的生长需要固定空气,而动物释放固定空气。普利斯特列xx年收集到一种新的气体,命名为脱燃素气体(他相信燃素说)。他是氧气的第一个重要的现者。
舍勒在实验中发现“火空气”,氧气。1775年写出,但是几年之后才得到出版,丧失了氧气的发现权。药物中毒死去。
拉瓦锡,近代化学的奠基人之一,“燃烧的氧气学说”提出者。化学界的牛顿。法国大革命被砍头。1774年,拉瓦锡做了和普林斯特类似的实验,加热锡和铅,发现灰的质量增加了,但是空气的质量减少了。非常精密的仪器才能做到。拉瓦锡敏锐的感觉到,空气中减少的和灰中增加的,就是普利斯特列所说的“脱燃素空气”。拉瓦锡认识到,这个过程不是脱离的过程,而是化合的过程,1775年,他把最这种气体命名为氧气。意为产生酸的空气。1781年,拉瓦锡重复普利斯特列的实验,证明水是可燃空气(氢气)和氧气的化合。1783年拉瓦锡创立氧化理论,正式取代燃素学说。1787出版《化学命名法》近代化学第一次有了严格统一科学的物质命名方法。1789《化学纲要》,奠定了化学的概念、原理、反应式的基础。从此之后化学建立在定量研究的基础上。马拉是当时的革命领袖,有可能对拉瓦锡怀恨在心。拉瓦锡死在黎明前的黑暗。

7.2培根传统(习题)

最早发现单细胞有机体的是列文虎克,他进一步证实了血液循环
质量的概念是由吉尔伯特提出的,并且认为磁力的强度和磁石的质量成正比
马格德堡半球实验本质在于实验真空是否存在
毛细血管是马尔比基通过显微镜发现的

7.3博物学的发展

什么是博物学(Natural history)

Natural history译为"自然史"是不正确的

Natural history 对应与 Natureal philosophy

自然哲学最基本的方式:通过把握本源来了解世界。建立普遍的、一般性的原理
博物学是对实施进行采集、分类、命名

博物学的基本工作:采集事实、描述命名、分类编目
自然哲学的基本工作:寻找原理、

西方传统博物学的一般特征

西方博物学的基本传统

存在之链the Chain of Being

近代博物学的实用动机
  • 利用自然力(牛、马等动物)拉车载物等(近代对自然力的利用,欧洲高出中国5倍)
  • 动植物的药用、食用价值
  • 地理大发现以及对殖民地自然资源的考察
博物学的步骤
  • 统一属于和名称
  • 建立人为分类体系
  • 建立自然分类体系
  • 进化论

近代博物学的重要成就

1859年十二月 达尔文《物种起源》。以自然选择为机制,在当时并没有得到公认

进化论

达尔文进化论面临的问题
  • 宗教批评问题
  • 地球年龄问题
  • 融合遗传理论问题
    孟德尔的理论没有被重视导致无法解释遗传

7.3博物学的发展(习题)

迪费推翻吉尔伯特的学说,并将正电荷和负电荷命名为玻璃电和树脂电
化学革命的英雄,化学界中的牛顿是拉瓦锡
万有引力的常数G是由英格科学家卡文迪许测定的
避雷针是富兰克林发明的





第七章 实验传统的兴起

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