第二章：近代自然科学的诞生和发展
第一节近代科学革命
1．1天文学革命
一．哥白尼的日心地动说
哥白尼(Nicolaus Copernicus，1473—1543)是波兰数学家兼天文学家，于1543午发表了《天体运行论》一书，全面地阐述了他的日心地动说。其要点是：太阳是宇宙的中心，所有行星在以太阳为公共圆心的圆形轨道上绕日旋转；地球是一颗普通的行星，它有自转并与其他行星一样绕太阳公转。根据这两个基本观点，哥白尼指出，太阳的东升西落不是太阳绕地球旋转，而是地球自转的表现；天球上恒星位置每年所发生的周期性变化也不是恒星运动所致，而是地球绕太阳公转的结果。以现代的观点来看，哥白尼的学说并非完美无缺，但是它从根本上纠正了自古流传并为基督教会所支持的地心和地静说的错误，当哥白尼的学说为世人所接受之后，它就不可避免地动摇了教会的权威，从而解放了人们的思想。
）称哥白尼日心体系的诞生为“西方人知识发展的划时代的转折点”，因为它不仅是天文学基本概念的变革，而且是人对自然的理解的根本变革，甚至是西方人价值观念变更的一部分。但也有些人断言，哥白尼革命只不过是提出了地球每日绕自身轴旋转一周，每年绕太阳公转一周，甚至有些科学史家根本否认存在一场“哥白尼革命”。我们认为，尽管哥白尼体系有很多旧理论的痕迹和不完善之处，甚至在得到观测证实的精确程度上一度比托勒密理论还逊色些，但是它用日心、地动说代替统治天文学界多年的地心、地静说，是在重大理论问题上用正确认识取代了谬误的认识。哥白尼理论的意义至少有两方面：
其一，它引起了整个宇宙观、世界观的巨大变革。长期以来，教会利用地心说来说明上帝创造世界，说明上帝创造一切都是为了地球上的人类，所以有意把地球摆在字宙的中心。而现在，在宗教教义中被说成是宇宙中心的地球已沦为一个普通
行星，于是，上帝这个不可动摇的偶像也就随之而倒台了。日心说动摇了宗教的自然观支柱，也就是动摇了宗教世界观的基础。从社会文化心理层面讲，日心说对地心说的背叛也是对近千年形成的精神生活方式和浓厚宗教情结的挑战。
其二，哥白尼日心理论引起了人类认识史上的变革。因为哥白尼的着作宣布不服从权威和教条，不把宗教所尊奉的托勒密学说视为神圣的；同时，宣布了自然科学就是要按自然界的本来面目来认识自然，也就是说，凡是不符合自然界本来面目的东西，都要加以批判和修正。正因为如此，恩格斯称哥白尼的《天体运行论》是自然科学从宗教下面解放出来的“独立宣言”。正是在它的带动和影响下，整个自然科学各个领域都纷纷与宗教教义相决裂，并大踏步地前进着。可以说，这部着作是近代自然科学思想革命的起点。
在一定意义上可以说，哥白尼日心理论在哲学世界观方面的价值大于其在科学上的价值，对于思想解放的意义大于其方法论的意义。也正是因为如此，这本书一发表就被列为禁书，教会对它极端仇视和恐惧，直到200多年后的1758年才被开禁。
二．布鲁诺和伽利略扞卫和发展日心说
哥白尼学说经过近两个世纪才被牢固地树立起来。尽管哥白尼学说一开始就遭到天主教、路德教和加尔文教的反对，甚至弗兰西斯·培根也不接受这一理论，但这一学说还是被广泛地传播到整个欧洲。其中，布鲁诺和伽利略在哥白尼之后对日心说的扞卫和发展作出很大的贡献。
虽然作为天文学史可以不涉及，但作为近代宇宙观史，决不能忘记为哥白尼理论的传播而献出生命的意大利哲学家布鲁诺(GiordanoBruno，1548—1600)的名字。布鲁诺年轻时就读过《天体运行论》，并成为哥白尼学说的传播者。但他比他的先师更进一步，即抛弃了恒星固定在以太阳为中心的最高天球的信念。他在1584年出版的《论无限、宇宙和世界》中阐述了他的字宙无限、世界无限的观念，并做了哲学上的论证。
他指出，宇宙是无边际的，因而没有中心；太阳是太阳系的中心而不是宇宙的中心，宇宙中存在着无数个太阳系一样的天体，恒星就是散布在无限空间中的一个个太阳。他关于类似太阳系这样的世界有无数多个的思想，先于牛顿关于天上、地上都遵守同一运动规律的发现。
意大利科学家伽利略(GalileoGalilei，1564～1642)对近代天文学革命的贡献就在于他借助望远镜和力学(主要是动力学)思想证实和扞卫了哥白尼日心体系。
伽利略根据他对光的折射的知识制作了可将物体直径放大30倍的望远镜，于1610年在《星际使者》中公布了由此得到的若干重大发现。
其一，他发现木星有四个较小的“行星”(后来被开普勒称为“卫星”)围绕它旋转，这就好像一个缩小了的太阳系模型，这四个卫星各有其可量度的周期。这就用科学事实推翻了地球之外只有7个天体(恒星除外)的传统观念，并且向世人表明，地球不可能是宇宙中所有天体绕之旋转的中心。
其二，他还发现月球表面并不是乎坦、均匀的圆球形，而是凹凸不平和粗糙的，有的山脉高达4英里。这个发现加上他后来观测到的太阳黑子(记叙于1613年发表的《关于太阳黑子的书信》一书中)存在的事实(其面积大于地球亚非两洲面积之和)，打破了中柏拉图、亚里士多德以来关于天上事物是完美无瑕的神话，驳斥了“月上世界”与“月下世界”属于截然不同的两个世界和“天贵地贱”的神秘主义的观点。
其三，银河在以往用肉眼看上去好像是延绵不绝的一片光区，而从望远镜中他分辨出这不过是数以万计单独恒星(其中包括用肉眼连细微的光线都看不见的成千上万个恒星)分布较为集中的结果。这个发现使人们不禁要怀疑：如果上帝为人类利益而创造了宇宙，那为什么把如此之多不可见的东西放在天上?
尽管伽利略在理论上没有给哥白尼的宇宙体系增加什么内容，但上述发现以其为日心体系提供的强有力的证据而沉重地打击了经院哲学和传统教条。当时惟一公开支持伽利略的科学家只有开普勒，他在《同星际使者的对话》一书中指出，这些
新发现同他本人的理论是一致的。但教会却把日心说视为洪水猛兽。1616年教会把哥白尼着作列为禁书，并警告伽利略，让他放弃地动说。伽利略经过长期准备和精心构思，在16年之后的1632年发表了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，在这部着作中最重大的贡献在于他成功地分析了反对日心说的两个主要理由即没有恒星视差和地上物体垂直坠落的问题，从而使哥白尼日心体系得到进一步论证。
1．2医学革命
近代初期，在医学领域中，希波克拉底的“四体液”之类空想仍占重要地位，因此治疗人的疾病，通常还是试图重新调整人体中体液的比例，而不大注意对疾病的专门化研究。然而到了16、17世纪，在用经验主义代替思辨的科学变革的影响下，比较明智的医生开始密切注意各种疾病的差异及其不同要求，在文献中出现了对不同疾病的仔细观察和详尽描述的记载。
在近代科学诞生之前，在医学生理学中居统治地位的是罗马名医盖伦的生理学说。他的生命元气等学说尽管距真理很远，却由于基督教的思想统治使他的学说在整个中世纪欧洲，人的眼中比他的自由探讨精神更为重要，从而堵塞了生理学探索的道路。第一个敢于起来批判盖伦学说的是比利时医生、近代解剖学奠基人安法勒斯·维萨里(A．Vesalius，1514—1564)。他于1543年发表了《人体的构造》一书，他以多年从事人体解剖之所见，揭露了古代权威盖伦等人的某些结论缺乏根据。接着就是西班牙医生塞尔维特(Michael Servetus，1511～1553)于1553年发现了人体血液的小循环，他指出静脉血是通过肺部为空气“净化”之后变为动脉血的。其后，英国医生哈维（William Harvey,1578～1657）在1628年发表的着作中系统地阐述了他所发现的人体血液运动的大循环。他指出：血液在人体中是沿着心脏→动脉→静脉→心脏这样的路线循环流动的；在动脉和静脉之间必定还有人们看不见的细微通道相连；流回心脏的静脉血经过小循环(即在肺部经过空气的作用)变为动脉血，接着由心脏流出；心脏是血液循环的出发点，又是血液循环的归宿，心脏的脉动是
血液循环的动力。动脉血和静脉血是分别流经心脏的左、右两部分房、室，这两部分并不直接沟通。哈维的学说彻底推翻了盖伦的观点，同时给了教会的神学说教以沉重打击。哈维的学说有大量事实为据，虽然还有不完善之处，但终究为科学的生理学奠定了基础。
1．3科学方法革命
一．伽利略开创实验方法
伽利略发明了光学望远镜，用大量天文观测事实论证哥白尼日心地动说。1609年，伽利略用自制的望远镜观察天空，发现了一系列前所未知的现象，如月球表面凹凸不平，犹如地球表面的山岳和湖海，太阳表面有黑子；木星至少有四颗卫星等等。这些发现证明了天界并非有如亚里士多德所说的那样圣洁无瑕，宇宙中也并非只有一个中心。
伽利略开创了实验力学，标志着科学实验方法的诞生。伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。通过实验，伽利略发现了自由落体定律：物体从静止开始的自由下落是一种匀加速运动，物体下落的速度与其经历的时间成正比，下落的距离与其经历的时间的平方成正比。根据这个定律，在忽略空气阻力的情况下，从同一高度自由下落的轻重不同的物体应该同时到达地面，因为物体下落的速度与它们的质量无关。伽利略还从逻辑上论证了重物先到达地面的不合理性。从而彻底地批判了亚里士多德的错误观点。
在研究落体运动的基础上，进一步的实验使伽利略想到：沿斜面滚落的小球，如果再沿一无限光滑的平面继续滚动的话，这时既没有使小球加速的因素，也没有使小球减速的因素．它必将在这个平面上保持原有的速度匀速前进，永不停止，这就是惯性运动。惯性运动指出运动的物体具有维持原有运动状态的特性，这就是说，亚里士多德认为必须有外力才能维持物体运动的观点也是站不住脚的。
伽利略通过观察匀速前进的船舱内舱顶水滴下落和舱内苍蝇飞行的状况，发现它们都没有因船只的航行受到干扰，它们的运动状况与静止的船舱毫无二致。据此他提出了运动的相对性原理：在匀速运动系统内的力学现象与静止系统内的力学现象并无区别。这个原理告诉我们，不能根据地面上的力学运动来判断地球是处在静止状态还是在作惯性运动(假若我们把地球近似地看作一个惯性系统的话)。
二．经验论与唯理论
英国弗兰西斯·培根的《新工具论》倡导归纳法，成为近代科学的主要方法。弗·培根在他的经验主义认识论的基础上，首创了科学中的排除——归纳法。弗·培根在《新工具论》中多处批评了自亚里士多德以来，仅仅根据少数观察、用简单枚举法匆忙地从感觉和特殊中抽象出最普遍公理的传统作法；认为这种抽象由于“没有采取对自然作排除和分解或分离的方法”，其所得出的概括必定“是不确定的和含混的”。为此，应当用科学归纳法取而代之。他提出的排除——归纳法的基本思路是： 1．通过实验观察获得有关某类现象的一切事实知识，其中包括对该类现象的肯定事例、否定事例和该类现象所具物理性质的程度不同的表现；
2．然后将全部事例编制成肯定事例表、否定事例表和程度表(即比较表)；
3．借助逐步归纳和排除法，从事例中抽象出最低层次的公理(假说)；
4．应用同样方法从低层次的公理(假说)中构造出较高层次的公理(假说)，直至最终达到普遍性程度最高的公理(即“形式”)。
其中最重要的方法是逐步归纳法和排除法。而归纳法与排除法乃是同一过程的两个相反相成的方面。弗·培根把事实之间以及低层次公理之间的相关，区分为偶然相关和必然相关(即本质相关)；不论是由系统的实验观察材料概括出普遍性有限的真理，还是从普遍性程度低的真理上升到内涵更丰富、概括性更强的真理，都要通过比较鉴别，以发现并排除偶然的非本质的相关，从而抽取出必然的本质的相关，作为进一步归纳概括的合适题材。只有如此才能牢固地建立起科学理论的“金字塔”。
有人认为弗·培根“否定抽象概念”，其实，培根仅仅反对借简单枚举法，根据少数观察贸然作出不恰当的“抽象”，他并不反对、而且竭力主张以系统观察为基础、以排除和舍弃偶然相关(即非本质相关)为关键程序的科学抽象。科学抽象原则是弗·培根科学归纳法的灵魂。
近代科学尽管在很大程度上得益于实验观察和归纳方法，但要建立逻辑上完备而自恰的科学理论体系，单靠经验方法是无能为力的。笛卡尔最早看到了这个问题，在科学方法论上提出了以“普遍怀疑”为前奏、以直观——演绎法为核心、以事实验证为补充的科学发现与科学说明的逻辑模式。
在笛卡尔看来，要使科学取代统治人们思想达几个世纪的经院哲学，就必须把科学知识大厦及其每一组成部分都建立在“理性”的基础之上，为此就要“尽可能地把所有事物都来怀疑一次”。这一语道破了新哲学与传统哲学的本质区别。笛卡尔认为，感觉有可能会欺骗我们，理性也往往会判断错误，故而一切凭感官得到的知识、一切先人之见与偏见、一切传统教条和信念，都应毫无例外地通通放到理性的法庭上加以审判。在笛卡尔那里，怀疑本身不是目的，而是手段；怀疑不是消极的、虚无主义的，而是积极的、富于建设性的。因此他的怀疑论是一种方法论的怀疑论，是构筑科学知识大厦的否定性准备。它不仅是每一个别的科学认识发生的前奏，更是科学作为系统整体而发生的初始环节。这种怀疑论是新兴资产阶级社会理想和价值观念在认识论领域的反映，是近代史上推动人类理性解放的一面旗帜。
笛卡尔认为，科学的最高成就是一种命题金字塔，其建构顺序是由上而下即由一般到个别。那么处于金字塔顶端的作为科学理论体系大前提的最一般原理(即公理)从何而来?笛卡尔的“天赋观念”论是对这个问题的唯心主义的、但又是当时相对成功的一种解决。笛卡尔认为，来自外界的关于事物的感觉观念是不可靠的，而由人的心灵自由虚构和臆想的观念是个别的和偶然的，只有来自理性本身的“天赋观念”才是一切普遍性、必然性知识的惟一可靠的来源。这种观念作为真理性认识的标准
在于其无可怀疑的确定性和自明性；由于它既不依赖于感觉经验，也不依人的自由意志为转移而具有客观实在性，因此，以这种观念作为最普遍原理，可以成功地解释一切自然现象。
在笛卡尔科学方法论中，最核心的乃是作为其知识哲学中心内容的直观——演绎法。所谓直观“既不是指感觉的易变表象，也不是虚假组合的想像所产生的错误判断”，而是靠人的认识普遍性、必然性知识的天赋能力而获得对于基本的、清楚明白的、不证自明的真理的直接了解。所谓“演绎”，是指运用数学中的推理方法从直观得到的第一原理出发所进行的全部带必然性的推理。它相对于“直观”来说，是认识自然的“补充方法”。笛卡尔认为，传统的三段论只能说明已知的真理，而对于那些要发现真理的人来说则毫无价值。作为演绎推理大前提的第一原理是运用理性直观的力量而发现的，第一原理的创造性保证了由它所推演出的知识的新颖性。因此直观——演绎法不单是说明的逻辑，而主要是一种发现的逻辑。这是它同亚里士多德三段论的本质区别。
笛卡尔接受了亚里士多德关于科学是演绎陈述系统的思想，并试图用他的直观——演绎法构造一个庞大而包罗万象的人类知识金字塔。但是，并未成功。因为仅仅根据一般定律的考虑，人们不可能确定物理过程的进程。于是，他为了克服直观——演绎法的局限和困难，不得不给实验观察和归纳方法以一席之地，运用这些方法对定律和推论进行事后的验证或经验批准。但这些仅仅是科学研究中的辅助性的补充手段。
第二节经典力学体系的建立
2.1 近代力学知识的积累
一．伽利略的力学贡献
近代力学产生之前，亚里士多德关于运动学的自然哲学理论占据统治地位达1900年之久。而亚里士多德的运动学大多属于哲学猜测与常识的混合物．特别是由于中
世纪后期托马斯·阿奎那等人把他的着作奉为经典，而使他的错误的运动学理论成为严重束缚力学发展的桎梏。伽利略是在力学上第—个向亚里士多德提出挑战的科学革命家。
首先，伽利略驳斥了亚里士多德的落体理论。亚里士多德认为物体运动的快慢与运动物体自身的重量有关，并把这个思想用于落体运动。他指出，体积相等而重量不同的两个物体认同—高度自由落下时其速度比等于这些物体的重量比；比如，两物体重量比为1：10，则其下落速度比也是1：10。伽利略运用思想实验和归谬法反驳了这些错误理论。他指出，若两个重量、大小不同的物体捆在一起，其下落速度有两种相反的可能：(1)由于两物体总重量均大于其中任何一物重量，故捆在一起时下落速度比两物体中较重的物体单独下落时速度要快；(2)由于两物体一轻一重，捆在—起时较轻者牵制较重者的下落速度，因此联合体下落速度大于较轻者而小于较重者。通过分析相同比重物体在同一介质(如空气)中下落的种种情况和介质密度对物体下落的影响，以及经过“冲淡重力”斜面实验，伽利略最终得出三个结论：第一比重相同而重量不同的物体在空气中以同样的速度运动(下落)；第二．在完全没有阻力的介质(即真空)中所有物体以同样速度作自由落体运动；第三，物体均以匀加速运动自由下落，而下落距离与时间的平方成比例地增加。据传伽利略作过比萨斜塔实验，但没有原始记录作证据。但在1586年以前，斯台文(SimonStevin，1548—1620)确实做过反驳亚里士多德观点的落体实验：从30英尺的高处，同时让两只铅球自由下落，其中一只是另-一只重量的10倍，而到达地面上发出的清晰响声好像是一个声音。
伽利略在《关于两种新科学的对话》(The dialogues concerning twonew sciences)中不仅反驳了亚里士多德的运动观念，而且讨论了匀速运动、加速运动、单摆和抛射体运动的规律。关于匀速运动，他给出了以下定义：“我们称运动是匀速的，是指在任何相等的时间间隔内通过相等的距离。”关于匀加速运动，则是指“运
动质点在相等的时间间隔里获得相等的速率增量”。在这两个概念的基础上，再引入“合成速度”的概念，就可以容易地解释抛物体的运动。伽利略将抛物体运动分解为水平方向的匀速运动和垂直方向的匀加速运动，从而证明了意大利数学家塔尔塔利亚(Niccolo Tartaglia，1499～1557)早期的发现：抛物体仰角为45。时可有最大射程。他第一个成功地证明了炮弹的运动轨迹是一条抛物线。
伽利略在单摆实验和小球在相对的两斜面上滚下与滚上运动的实验中发现类似机械能守恒定律的思想，由此得出惯性的概念，从而否定了亚里士多德“力是运动原因”的错误，建立了“力是改变运动的原因”的思想。这些思想连同他对匀速和匀加速运动的定义—起，为牛顿的运动第一和第二定律的最终表述奠定了基础。
伽利略通过对单摆的研究发现：单摆的摆动周期与振幅无关。传说这是1582—1583年他在比萨大学学习时，在比萨教堂观察吊灯时发现的。但据考证，比萨教堂的吊灯是1587年制造的，此时伽利略早已离开了比萨。但在1602年信件中他的确提到了单摆实验，而在《关于两种新科学的对话》中他详细地描述了这些实验及其结果，证明单摆周期不依赖于摆的重量和材料，而和摆的长度的平方根成比例。不过，单摆周期严格的表达式是惠更斯首先提出的，其中T表示单摆周期，L 表示单摆的摆长，g表示重力加速度，据说伽利略于1638年也得到了这一结果。
由于伽利略想要发现的不是物体为什么运动(降落)，而是怎样运动(降落)，并通过实验揭示厂其中的数学关系，这就使得从他开始，时间与空间在物理科学中具有了根本性的意义。不过，由于他认为惯性定律只有在水平面上才成立，因此他的力学停留在重力影响占绝对优势的地面力学上，而未能扩展到天体力学，只有笛卡儿和牛顿才把惯性定律作为普通的力学基本原理来把握。
二．开普勒三定律的发现
1609～1619间，德国天文学家开普勒(Johannes Kepler，1571～1630)利用他的
老师、丹麦天文学家第谷·布拉赫(Tycho Brahe，1546～1601)遗赠的大量准确的观测数据研究行星运动的规律，先后发现了行星运动的三条定律，科学史上习称为开普勒三定律。
开普勒第一定律亦称行星轨道定律。这一定律指出，行星运行的轨道不是正圆形而是椭圆形，它们围绕各自椭圆轨道的一个焦点运行(椭圆有两个焦点)，而这些焦点又都重合在一起，那就是太阳之所在。
开普勒第二定律又称行星运动面积定律，它指出在相等时间内行星与太阳联线所扫过的面积相等。
开普勒第三定律即行星运动周期定律，它指出任何两颗行星公转周期的平方与它们轨道长半径的立方成正比。
开普勒的工作以准确的观测数据为依据，他的结论无可争议。在西方流行了两千年的行星必定沿圆形轨道匀速运行的传统观念终于被打破了。开普勒因此被誉为“天空的立法者”。行星三定律的发现是天文学上又一重大突破。同时，它更进一步把天体运动的物理机制问题摆在人们面前：行星的运动轨道为什么是椭圆形?维持这些运动的力是什么?如此等等。开普勒的同辈人中曾有人猜测，太阳和行星可能是由于磁力作用而联系在一起的。在他们的启发下，开普勒提出了天体磁性引力假说。他考虑，既然地球是一块大磁石，太阳以及其他行星很可能也是大磁石，是太阳和行星之间的磁力作用使它们联系起来并且使行星围绕太阳沿椭圆形轨道运行。开普勒的假说虽然并不正确，但他揭开了天体力学研究的序幕。
三．惠更斯、胡克等人的贡献
同一个科学问题往往会由来自不同侧面的研究而得到解决，这种现象在科学史上很是常见。天体力学的问题得到了有关地面上的物体运动的研究成果的启发，这就是惠更斯和胡克等人的工作。惠更斯(ChristianHuygens，1629～1695)是荷兰科学家，他对物体围绕一个中心旋转的问题进行了研究，于1673年确认：一个围绕中
心作匀速圆周运动的物体之所以不会沿切线方向飞去，是因为有一个向心力作用于该物体。这个向心力的大小与该物体的运动速率的平方成正比而与圆周的半径成反比，即向心力（这里m是物体的质量，v是物体的旋转速率，r是圆周的半径）。这就使人们认识到，必定是太阳给了行星一个引力，这个引力作用于行星，使行星围绕太阳旋转。英国科学家胡克（Robert Hooke,1635～1703）就是这样想的。1674年他在一次演讲中说到，在太阳吸引行星的同时，行星也同样吸引着太阳，从而提出了物体之间有相互的吸引力的想法，他说这种引力与磁性无关。1680年他更提出了这种引力的大小与距离的平方成反比的猜测。但是，引力与距离平方成反比的猜测是否能与行星依椭圆形轨道绕太阳旋转的事实相一致？这个问题一时难住了许多人。
2.2 牛顿力学体系的建立
一．近代最伟大的科学家——牛顿
伊萨克·牛顿(Isaac Newton，1642一1727)诞生在一个农民家庭，幼年身体很弱。他12岁进入文科中学读书时就显示出制造机械工具及其模型的天才。中学毕业后，在舅父推荐下他进入剑桥大学三一学院深造。在念文学士学位过程中，他完全依靠自修而攻读了数学与光学的名着以及天文学和力学等方面的最新成果，并于1665～1666年在家乡躲避伦敦一带的瘟疫期间发明了二项式定理的流数法，实现了对光的分解，并向万有引力定律的建立迈出了头几步。鉴于他的数学天才，他的老师巴罗于39岁就毅然辞去“数学卢卡斯讲座”教授的职位而让牛顿接替。不久他制造了反射式望远镜。这促使天文学家瓦尔德于1671年提议选牛顿为皇家学会会员，并当即被通过人选。但牛顿的光微粒说却受到主张波动说的胡克的批评，由此引发了科学史上着名的波动说与微粒说之争。在此期间，他还发展了流数法，同时花费巨大精力研究引力问题，并于1684年将证明引力平方反比定律的手稿交给哈雷。在哈雷和皇家学会的推动下，他从此进入了对理论力学进行紧张研究的时期，并以1687
年7月他的《自然哲学的数学原理》一书的出版而达到高潮。此后，牛顿还做过一些化学实验，可惜他的化学手稿于1692年的一次大火中与他的光学手稿一起被全部焚毁。加之他的《自然哲学的数学原理》不提上帝和蕴涵“反神创论”倾向受到宗教界和部分科学家的抨击和反对，以及胡克1692年向皇家学会提出万有引力定律发现权问题，导致性格孤僻而内向的牛顿因过度苦恼而神经哀弱以致失常。以后的牛顿除了从事货币改革、研究炼金术和注释圣经外，从1703年当选皇家学会主席至去世，还做过一个时期的议员。但近40年当中，他几乎没有什么突出的科学成就。牛顿以85岁高龄在主持一次皇家学会会议时突然发病，两周之后去世。他是英国历史上第一个获得国葬待遇的科家家。1731年牛顿的亲友在安葬牛顿的威斯敏斯特教堂建立了一座纪念碑，碑上刻着一首诗：“这里躺着牛顿爵土，他以超人的智力首先证明了行星的运动和图形、彗星的轨道和海洋的潮汐。他孜孜不倦地研究光线的各种折射率及其所产生颜色的种种性质。对于自然、考古和圣经是—位前所未有的勤奋、敏锐而忠实的诠释者。他的哲学中确认了上帝的尊严，他的行为中展现了真正的纯朴。让人类欢呼曾经生存过这样伟大的一位人类之光吧！”
二．牛顿经典力学体系的创立
牛顿经典力学体系，是以绝对化的四个基本概念空间、时间、质量、力为基础，以着名的三大定律为核心，以万有引力定律为最高的综合，用微积分来描述物体运动的因果律的一个结构严谨、逻辑严密、以实验和观察对结果进行验证的科学体系。《自然哲学的数学原理》就是这个体系的集中表现。
牛顿发现万有引力定律的过程前后历经20年之久。此间他受到当时一些着名物理学家(如哈雷和胡克)的帮助或启发；并借助了一些重要的天文观测结果，如皮卡特1679年关于纬度对应的地球表面长度的测定值，从而在伽利略地面力学和开普勒天体力学成就的基础上发现了万有引力定律。
牛顿有一句名言：“如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”
的确如此。作为万有引力定律概念基础之一的“离心力”、“向心力”思想早在1632年伽利略的《对话》中就提出来了。不仅如此，1666年牛顿还从伽利略的抛射体运动中得到启发，去思考“月亮为什么不下落”的问题。而作为万有引力定律概念基础之二的“引力平方反比”思想也早在1645年就为布里阿德所提出。牛顿的探索是
在上述思考基础上，以1665～1666年离心力定律()的提出而宣告开始的。(这一定律在1673年也为惠更斯独立地得出。)紧接着，他从这一定律和开普勒第一与第三定律中推出了圆形轨道上天体的引力平方反比关系。1669年他又把圆轨道上的引力平方反比关系近似地用于行星的椭圆轨道的研究中，但是这种研究尚存重大的障碍和困难：其—，缺乏关于地球半径的足够精确的数据。其二，天体是实体，怎样来计算所有物体的任何部分所产生的吸引力的联合作用?其三，牛顿当时还不能肯定是否应该由地心开始计算月地距离，因为这牵涉到地球对月球的引力是否行同地球的全部质量都集中于地心。在经受一系列困难的折磨之后，牛顿于1684年利用皮卡特关于地球半径的测定值，成功地验证了在平方反比于距离的力作用下，行星必定在椭圆形轨道上运动。然后，在发现运动第二定律的基础上，把它用于万有引力问题，从而得出万有引力与相互作用物体的质量乘积的正比关系。最后于1685年春至1686年夏得出了关于重力或万有引力与质量乘积成正比、而与距离的平方成反比的完整表述，并发表在《自然哲学的数学原理》的第三编中。
运动三定律所描述的是物体(包括天体和地上的物体)力学运动的规律，它和万有引力定律一样是经典力学的基本定律。这些定律的确立虽然经过几代科学家的努力，但最终是由牛顿完成的。牛顿是经典力学的集大成者，所以经典力学又称牛顿力学。
运动第一定律运动第一定律又称惯性定律。伽利略虽然提出了惯性运动的思想，但是他相信宇宙是一个球形的封闭的空间，因此不能设想一个无限大的平面。
他所考虑的惯性运动是沿着地面的运动（其实是围绕地球的圆周运动），他对于向心力也还没有认识。牛顿突破了伽利略的局限，终于发现了惯性定律。
惯性定律指出：如果没有外力的作用，任何物体将保持其精致状态或匀速直线运动状态。这就是说，力是改变物体运动状态的原因，或者说，力是使物体的运动状态发生变化，即产生加速度的原因。当我们发现一个物体从静止变为运动，或者在运动中有加速、加速（可看作是负的加速），或者是运动方向发生变化时，就可以断定必有外力作用于这个物体。在自然界中，物体不受任何外力作用的情况实际上是不存在的，但只要它所受到的外力相互平衡，便可看作是外力为零，此时该物体或者是保持静止不动，或者是保持原油的运动状态。所以，如果我们看到一物体静止不动或者作匀速直线运动，我们就知道它没有受到外力作用或者作用在它上面的外力相互平衡（合力为零）。在日常生活中，物体的运动必受阻力（如摩擦力）的制约，要维持等速运动就得有一个力来克服阻力，这个力与阻力必定是大小相等而方向相反的，其实这时作用于该物的外力应视为零。人们往往只注意到要给物一个力来维持它的运动，却忽视了这个力的作用只在于与阻力相抵消而使其总的外力为零。
运动第二定律运动第一定律所表述的是力的概念和力与物体运动关系的定性的认识，运动第二定律给我们展示的则是力与物体加速度之间的定量关系。
为了从量上考察力与物体加速度的关系，牛顿研究了比较简单的物体的碰撞运动，得出了这样的看法：碰撞运动中作用于一物体的外力与它的运动量的变化成正比。(他把物体的“运动量”定义为该物体的质量与它的速度的乘积。)在碰撞过程中冲力所引起的运动量变化是在极短时间内所产生的效应，牛顿把这个过程表述为
亦即
也可以写成
(是碰撞时的作用力,是作用的时间,即运动量的改变量)
这个式子表明，物体运动量（亦称“动量”）的变化与作用力的大小成正比，力
作用时间越长，它所产生的冲量越大，物体的动量改变量就越大，物体动量的改变量=合外力的冲量，动量变化的方向与作用力的方向相同。对于匀加速运动，
即单位时间里速度的变化，这也就是伽利略所引入的加速度的概念。于是，运动第二定律又可以写成
我们现在常用的就是这个表达式。
根据运动第二定律，我们就可以很容易解释为什么一切物体的自由下落都有相同的加速度了。对于自由落体而言，作用于该物体的力F就是地球对这个物体的万有引力。由万有引力定律，可知
(M是地球的质量，m是该物体的质量，R是地球的半径。)
依运动第二定律F＝ma可得
从这里便可以看到，因为G、M和R都是常数，所以a也是一个常数。这就表明一切自由落体的加速度a都是相同的。通常我们用g来表示这个加速度，称为重力加速度。
有了运动第二定律，只要我们知道作用于一物体上的力，就可以据此求出此物体所获得的加速度，即可以知道这个力使该物体所产生的运动状态的变化(包括它的大小和方向)；反之，如果我们知道一个物体的运动状态发生了某种变化，也就可以断定必有一个力作用于该物体，并且可以准确地计算出这个力(包括它的大小和方向)。力与物体运动状态变化互为因果，它们之间的关系是确定无疑的。
运动第三定律运动第三定律也是在碰撞运动的研究中弄清楚的。惠更斯已经发现，若两个质量相等的小球以大小相等而方向相反的速度在同一直线上相向运动，在发生完全弹性碰撞后，这两个小球便以与原来大小相等的速率在该直线上相背运动。这就告诉我们，在碰撞前和碰撞后两个小球动量的变化量在数值上是相等的。我们假定第一个小球运动量的变化为：
,
第二个小球运动量的变化为：
。
已知
可知
两球碰撞时它们相互作用的时间是相同的，即相等。根据运动第二定律就可以得出它们之间的作用力大小相等而方向相反的结论。牛顿据此进一步指出：当物体A 施力于物体B时，物体B同时也施一反作用力于物体A，作用力与反作用力大小相等，方向相反，并且作用在同一条直线上。这就是牛顿所确立的运动第三定律。
运动第三定律告诉我们，自然界中没有孤立存在的单个的力，一个孤立的物体无所谓施力或受力，力总是存在于两个相互作用的实体之间，不管力是通过直接接触(如推力、拉力)还是不通过直接接触(如磁力、万有引力)，它总是成对出现，同时出现，它们作用在一条直线上，大小相等，方向相反，这两个力分别施加于相互作用的两个物体之上，它们的力学效应并不互相抵消。
在日常生活中，我们很容易看到运动第三定律所描述的现象。例如我们用一根绳子牵一头牲口，就会感觉到这头牲口通过绳子在拉我们。但也有些时候我们容易产生错觉。比如物体自由下落，我们知道这是因为地球的引力作用于该物体的原故。其实，与此同时该物体也对地球施加一个大小相等方向相反的引力，不过比较起来地球的质量大得很多，这个物体对地球的引力显不出来罢了。月球围绕地球旋转是因为它受到地球给它的引力，月球同样也有一个大小相等方向相反的引力施加于地球。月球引力就是海洋潮汐现象产生的主要原因之一。
在发现万有引力定律和运动三定律的基础之上，牛顿仿效古希腊人的作法，把力学知识整理成为一个演绎知识体系，1687年出版了《自然哲学之数学原理》这部名着，标志着经典力学的成熟。
三．牛顿力学的重大历史意义
经典力学的成就在科学史上具有划时代的意义。它表明人类关于自然界的认识已推进到一个新的阶段，标志着自然科学已形成了自己独立的知识体系。
经典力学的科学意义
(1)经典力学彻底打破了亚里士多德学派严格区分月亮以上和月亮以下两个忖界的旧观念，杷天上和地上的运动统一了起夹．证明了万有引力辛律和活动三定律是宇宙间一切机械运动(即物体位置的变化)的普遍规律，从力学的角度论证了自然界的统一性，实现了人类对自然界认识的一次伟大的综合。
(2)经典力学把人们对机械运动的研究从运动学提高到动力学的水平。运动学只考虑物体运动的速度、加速度、时间、距离等因素及其关系，只能描述物体运动的过程和状态。动力学的任务则在于揭示物体运动的力学原因及其力学后果。在历史上，虽然亚里士多德曾经探讨过动力学的问题，但他走入了歧途。牛顿成功地完成了建造动力学的任务，从而使人们能够全面地把握机械运动的规律。
3)经典力学把对物体机械运动状态的描述与研究提高到瞬时状态的水平。过去人们只能把握运动的某一个过程，这对于处理匀速运动、匀加速运动(如自由落体运动)或加速度的大小不变而方向均匀变化的运动(如圆周运动)这类比较简单的运动尚可，对于加速度复杂变化的运动便无能为力。如今牛顿引进了微积分的方法，原则上便可处理任何复杂机械运动的过程与瞬时状态的问题。
(4)经典力学把原来只能孤立地研究的力学事件联系了起来，使它们成为因果的链条。运用经典力学，只要我们知道某物体的运动状态以及它在某时刻所受的力，就可以得知这个物体的运动状耷所要发生的变化。反之，如果我们发现某物体的运动状态发生变化以及它的变化状况，我们也就知道它受到一个力并且知道它受到的是什么样的力(包括它的大小和方向)，而且也知道它必定对外界施加了一个什么样的力(包括它的大小和方向)。力与运动组成了一个无穷无尽的因果链条，这就大大
地提高了我门对物体运动前因后果的认识，提高了我们的预见与推想的能力。
(5)我们说过，以往的自然知识都包容于自然哲学之中。虽然牛顿仍然把他的着作称为《自然哲学之数学原理》，但实际上它表明自然科学不仅已摆脱了神学的束缚，亦已从哲学中分化出来．开始建设自己的知识体系与科学思想和科学方法，表明自然科学已经成熟。
第三节经典物理学的全面发展
物理学是自然科学最重要的基础学科之一。经典物理学所研究的范围包括力学、光学、热学、分子物理学、磁学、电学等许多分支。至18世纪，只有经典力学已趋成熟，几何光学也有了一些轮廓，其他分支则还未成形，基本上还得从收集事实、积累材料做起。到19世纪，经典物理学各分支便都有了巨大的进展，整个经典物理学体系逐渐形成。经典物理学的许多成果转化为前所未有的技术，深入到生产、生活各个领域，迅速地改变了整个人类社会的面貌，表现出了科学的巨大威力。
3.1光学的进展
古希腊时期已知道光的直进和反射规律；托勒密在光折射实验基础上提出入射角与折射角成正比的思想；而关于视觉的本质，伊壁鸠鲁和亚里士多德等提出过一些哲学猜测。中世纪伟大的数学家、天文学家伊本·海赛姆用实验测定了折射率。但总的来说，古代与中世纪的光学知识是极其有限的。因此近代光学基本是从零开始的。
开普勒是近代光学的奠基人，其地位如伽利略之于力学和吉尔伯特之于磁学。他在1611年出版的《屈光学》中解释了荷兰望远镜或伽利略望远镜及显微镜所涉及的光学原理，并提出了改良望远镜的建议，他的建议在近代导致远距照相透镜组合的发明。开普勒第一次明确提出光度学基本定律，即光强与离光源的距离平方成反比地变化。他还研究了球面像差一类复杂现象，为巴罗等后人的几何光学研究提供了基础。关于视觉理论，他还提出视网膜上的成像本身不构成整个视觉行为的正确思
想。他对折射规律的研究虽方法正确但未获成功。
第一位提出精确的折射定律的是荷兰人斯涅尔(W．Sncll，1591—1626)。根据他于1621年的结果，可容易地推出现代形式的折射定律：
不过是笛卡儿于1637年第——个发表了折射定律，并尝试给它一个物理证明，但是否与斯涅尔独立地发现该定律则尚存疑问。在发表有关折射定律的这本《屈光学》中，笛卡儿还提出丁关于光的本性的微粒假说。他在《气象学》中对虹霓理论的研究成为牛顿对虹霓解释的前提。
关于光的本性的波动说，在达·芬奇的着作和伽利略书信中已有迹象。但正式认真地提出光具有周期性的是意大利数学家格里马力迪(F．F．Grimaldi，1618—1663)。他从波动观点出发解释了似乎同光的直线传播定律相悖的衍射现象。他还指出，颜色的不同乃是眼睛受到速度不同的光振动刺激的结果，这个思想对后来的光学发展具有根本性意义。他的光学着作，在他死后两年被发表。在同一年(1665)，胡克的科学着作《显微术》问世，其中光学部分对多种透明薄膜的闪光颜色现象进行了实验和理论的探讨。他注意到，在一定的厚度范围内，云母薄片里会出现虹霓的色彩，不同厚度的部位颜色不同。虽然他未能确定厚度与颜色之间的精确关系，却为牛顿对“牛顿环”现象的研究奠定厂基础。胡克认为光是一种振动，发光体的每—次振动或脉动必将以球面向外传播。不过，比较系统地提出光的波动理论的还是荷兰物理学家惠更斯(1629～1695)。他认为，构成一个发光体的微粒把脉冲传送给邻近的种弥漫媒质的微粒，每个受激微粒都变成一个球形子波(即次波)的中心。这就是1678年提出的着名的惠更斯原理。用微分几何的语言来表述，即：波阵面所及的任意点均可看做是新的次波源(即子波中心)，而新的波阵面则是所有次波源向外发出的半球面次波的包迹。
牛顿在大学时期就对光学有浓厚兴趣，为了制造一种能消除色差的望远镜而开始研究颜色理沦。1 672年在《哲学学报》上发表的他对色散现象的研究成果，是他
第二节自然科学的发展 自然科学从哲学母体里分离出来之后，以追求确定和实在有用的知识为目标，采用客观观察和实验的方法，经过几百年的发展，取得了长足的进展和丰富深刻的成果。 一、自然科学的诞生和发展 真正意义上的科学活动或研究是从近代开始的。 古希腊时期（公元前6世纪到公元5世纪末） 科学还处于哲学的襁褓中，虽然也对自然界，意识等问题进行探讨，但主要都是一种哲学的思辩，这种思辩虽然也是建立在一些事实基础上，但更多的是猜测和臆想。这个时期出了很多哲学家或学者，最著名的有苏格拉底、柏拉图和亚里士多德。他们对世界的本源和灵魂等问题都提出了自己的观点。这个时期有如下一些特点：a 辩论术十分发达。辩论中，不同观点的交锋把人们的注意力集中到如何驳倒对方，如何确立自己的论点这类问题上。于是研究有关证明和反驳的方法成为当务之急，因而逻辑尤其是演绎逻辑得到了特别的发展。b 数学尤其是几何学得到了充分的发展。 公元元年前后几个世纪，罗马人统治了西方。到5世纪末，古希腊遗传下来的良好的学术传统逐渐湮灭，欧洲进入了所谓的黑暗时期。 中世纪（公元6世纪到公元16世纪） 中世纪的前500多年是被史学家看作的黑暗时期，这个阶段基督教在欧洲占据了统治地位，几乎停止了对真理的探索，西方哲学家所进行的活动是对基督教义进行诠释和论证。虽然整个学术的活动都打下了神学的烙印，但中世纪后期，12世纪以后，欧洲还是出现了学术兴盛的势头。各个领域的探索和发现越来越丰富。 十字军东征从阿拉伯人那里带来了古希腊丰富的学术著作和中国的四大发明。通过翻译希腊古典文献，欧洲学术得以复兴。大翻译运动在西班牙和意大利两个中心进行，结果是出现了经院哲学的新气象，促成了托马斯•阿奎那的经院哲学。另外的一个结果是，13世纪出现了实验哲学的思潮。这个思潮的代表人物就是R•培根。虽然他的思想烙有神学的印记（比如主张哲学工作的意义在于通过创造物认识造物主），但他认为只有实验哲学才能揭开自然之迷。 而随后的文艺复兴运动，使学术界全面恢复了希腊自然哲学的传统，学者不在沉浸在基督教义烦琐的论证，转而面对自然界寻找真理。天文学上，哥白尼的日心说的提出，严重动摇了古希腊和中世纪的世界观，地球不再是宇宙的中心。而第谷和开普勒的工作使这种观点更深入人心。与此相应，哥伦布发现美洲大陆，航海、罗盘、枪炮和印刷术的出现，都为近代科学的诞生提供了良好的气氛和时代背景。 近代科学的诞生 16世纪，F•培根是英国著名的哲学家，他对科学方法论最重要的贡献就是提倡实验方法和归纳方法。培根反对中世纪的经院哲学，认为那种繁琐的论证，就象不能生育的修女不能给认识带来任何后果，只有实验哲学才能揭开自然之迷。培根曾经指出，实验所涉及到的是受了控制和扰动后的自然界，而事物的性质在受了艺术的激动之后比其在自然的自由状态下更能把真相显露出来。由于培根推崇实验方法，并从哲学上加以考察、分析和总结。所以他被尊称为英国唯物主义和实验科学的始祖。他的思想对近代科学的诞生和发展产生过深远的影响。 此外，同时代另一位学者笛卡儿也对近代科学的诞生和发展有非常重要的影响。笛卡儿是法国著名的哲学家和数学家，他创立了唯理论的方法论和解析几何。他也反对经院哲学的的论证基督教义的工作，而强调理性认识的方法。认为人的理性认识是获得正确知识的保证。而后来欧洲大陆科学的理性主义传统的形成与此有很深的渊源。
近代自然科学的产生 近代自然科学的产生 近代自然科学的产生是一个漫长而又复杂的过程，它涉及到了哲学、 数学、物理、化学等多个领域。以下将从欧洲文艺复兴时期开始，逐 步展开近代自然科学的发展历程。 欧洲文艺复兴时期 欧洲文艺复兴时期（14世纪至17世纪）是近代自然科学产生的重要 背景之一。在这一时期，人们开始对古希腊和罗马文化进行重新研究 和发掘，并且开始对自然界进行更加深入的观察和研究。 哥白尼和伽利略 哥白尼（1473-1543）是近代天文学的开创者之一。他提出了日心说，即认为太阳是宇宙中心而地球则绕着太阳公转。这一理论打破了古老 的地心说，并成为后来天文学发展的基础。 伽利略（1564-1642）则是现代物理学和天文学的奠基人之一。他通 过望远镜观察到了许多天体现象，如木星卫星、月球表面等，这些观
察结果支持了哥白尼的日心说，并且也证明了古老的天文学理论是错 误的。 牛顿 牛顿（1642-1727）是近代自然科学的巨人，他创立了经典物理学， 并提出了万有引力定律。这一定律解释了行星运动、地球引力等现象，成为后来天文学和物理学研究的基础。 达尔文 达尔文（1809-1882）是现代生物学的奠基人之一。他在《物种起源》中提出了进化论，认为生物种类是通过适应环境而不断演化而来。这 一理论打破了传统神创论观念，并成为后来生物学研究的基础。 化学 化学作为一门独立的自然科学也在近代产生并发展起来。拉瓦锡（1743-1794）提出了元素概念，将化合物分解成各种元素，并且开 创了现代化学分析方法；门捷列夫（1834-1907）则提出了周期表， 将元素按其原子结构排列，并且预测了未被发现的元素。 结语
1、近代自然科学在欧洲发展的两个历史前提： A、社会历史动因－－资本主义生产方式的出现和地理大发现； B、文化前提和思想基础－－文艺复兴和宗教改革运动 •14世纪，资本主义性质的手工工场在意大利地中海沿岸地区发展起来，随后，德，法，英，荷，西班牙，葡萄牙资本主义经济快速发展。15－16世纪，纺织、酿酒、玻璃制造、金属加工等行业部门逐渐形成。 资本主义生产方式的兴起，一方面迫切需要先进的科学技术作依托，另一方面，又为科学技术的发展提供研究课题、资料和必要的物质手段。近代科学技术就是在资本主义创业过程中发展起来的。 新兴资产者为了加速资本和扩大资本的原始积累，开拓新市场，获得劳动力，迫切需要进行大规模远洋探险，航海探险推动了科学技术的发展。首先，它证明地球是球形的，又发现了新大陆，加深了人们对地球的认识。同时，它推动了天文学、大地测量学、数学和力学的发展。推动了造船技术等的进步。航海探险开拓了欧洲人的视野，向人们展示了一种开拓进取精神。 •远洋探险的代表国家：葡萄牙，西班牙 •代表人物：迪亚士、达伽马，哥伦布，麦哲伦 欧洲自然科学产生的文化前提和思想基础： 资本主义走向历史舞台，却受到封建制度和宗教力量的束缚，资产阶级要想获得政治上的统治权，必须打败封建势力和宗教势力。 1、文艺复兴 文艺复兴以复兴古典文化为口号，发掘、光大古希腊文化，树立起理性主义和人文主义大旗，反对神权和封建特权，提倡个性自由。它不只是一场复兴古典文化的运动，更是一场新时代的启蒙运动。文艺复兴增进了人对自然观察的兴趣，通过对自然的研究，科学研究开始走向重视实验的道路。这时候，人们的思想空前活跃，艺术创造空前繁荣，使得久已压抑的人性和主体理性得到空前拓展。出现了文艺复兴时期美术三杰：拉斐尔、米开朗基罗、达芬奇；以及三大作家：莎士比亚、塞万提斯、但丁 2、宗教改革运动 16世纪，德国神甫马丁·路德倡导宗教改革运动，反对教会特权，主张自己寻求信仰，追求自由与平等，动摇了封建教会和宗教神学。为近代自然科学的产生逐渐铺平道路－－中国的印刷术为新教的思想宣传奠定技术基础。 经典力学体系的建立 力学体系为什么首先建立？ 1．资本主义发展的需要。开矿、建筑、机械制造、航海等，需要力学的发展；2．受到天文学发展的影响。是什么力量使得运转中的行星既不飞离，也不相撞？3．力学比较简单和直观。 近代自然科学的辉煌成就 1、伽利略（“近代科学之父”）对经典力学的贡献： 进行了著名的斜面实验并发现了； （1）发现了自由落体定律； （2）发现惯性定律； （3）发展了抛物体运动轨迹理论， 论证了炮身倾斜角在45度射程最远。
学兴起和发展的原因 1.资本主义经济的发展需要科学知识，又为科技进步奠定了物质基础。 2.资产阶级力量的壮大和资产阶级统治的确立为科技发展提供政治前提。 3.人文主义和理性主义的兴起为科技发展奠定了思想基础. 4.欧洲国家保护、奖励科技发明,重视科技发展推动了近代科学的发展. 5.科学家献身科学的勇气、严谨的态度和锲而不舍的精神为科技进步作出了巨大贡献。蒸汽机的发明和电气技术对人类社会发展的作用和影响？ 1.促使生产力大幅度提高
2.改变着社会结构和世界形势 资产阶级确立对世界的统治 世界日益成为一个整体 3.新城市形成和城市面貌发生巨大变化 4.人们的生活更加丰富多彩 5.经济迅速发展同时，污染环境，破坏了生态平衡 （一）现代科学技术的发展 一.现代物理学 1、背景：经典物理学的危机 1）17—19世纪牛顿经典力学日趋完善、成熟 积极意义：把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。(如:海王星和冥王星的发现) 局限性：①建立在绝对时空观的理论之上 ②适用的范围主要是人们日常生活中的物理现象 2）19世纪末以牛顿力学为基础的经典物理学陷入危机 经典力学无法解释物理学研究中遇到的一些新问题： ①高速运动中的物理现象 ②微观粒子的运动
性的进步 牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系 1.牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律有 3、普朗克与量子理论 1）量子论的提出和发展： •1900年普朗克提出量子假说,宣告量子论诞生 •1905爱因斯坦提出了光的量子理论； •丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论； •在这个基础上，一门新的物理学分支量子力学建立起来。 2）量子论提出的意义： •量子理论是现代物理学的另一支柱，是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对微观世界的认识有了革命性的进步。 •量子力学对化学、生物学、医学、古生物学和地质学等科学领域都产生了重大的影响，带来了许多划时代的技术创新，直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。
第二章：近代自然科学的诞生和发展 第一节近代科学革命 1．1天文学革命 一．哥白尼的日心地动说 哥白尼(Nicolaus Copernicus，1473—1543)是波兰数学家兼天文学家，于1543午发表了《天体运行论》一书，全面地阐述了他的日心地动说。其要点是：太阳是宇宙的中心，所有行星在以太阳为公共圆心的圆形轨道上绕日旋转；地球是一颗普通的行星，它有自转并与其他行星一样绕太阳公转。根据这两个基本观点，哥白尼指出，太阳的东升西落不是太阳绕地球旋转，而是地球自转的表现；天球上恒星位置每年所发生的周期性变化也不是恒星运动所致，而是地球绕太阳公转的结果。以现代的观点来看，哥白尼的学说并非完美无缺，但是它从根本上纠正了自古流传并为基督教会所支持的地心和地静说的错误，当哥白尼的学说为世人所接受之后，它就不可避免地动摇了教会的权威，从而解放了人们的思想。 ）称哥白尼日心体系的诞生为“西方人知识发展的划时代的转折点”，因为它不仅是天文学基本概念的变革，而且是人对自然的理解的根本变革，甚至是西方人价值观念变更的一部分。但也有些人断言，哥白尼革命只不过是提出了地球每日绕自身轴旋转一周，每年绕太阳公转一周，甚至有些科学史家根本否认存在一场“哥白尼革命”。我们认为，尽管哥白尼体系有很多旧理论的痕迹和不完善之处，甚至在得到观测证实的精确程度上一度比托勒密理论还逊色些，但是它用日心、地动说代替统治天文学界多年的地心、地静说，是在重大理论问题上用正确认识取代了谬误的认识。哥白尼理论的意义至少有两方面： 其一，它引起了整个宇宙观、世界观的巨大变革。长期以来，教会利用地心说来说明上帝创造世界，说明上帝创造一切都是为了地球上的人类，所以有意把地球摆在字宙的中心。而现在，在宗教教义中被说成是宇宙中心的地球已沦为一个普通
近代自然科学的兴起 一、教学目标 1．知识与技能 （1）知道近代自然科学兴起的背景。 （2）了解哥白尼、布鲁诺、刻卜勒、伽里略和牛顿等科学家在近代科学兴起过程中的作用和地位。 （3）知道近代早期科学中心的转移。 （4）认识科学技术的进步，推动了社会经济的发展。 2．能力与方法 教师可运用问题探讨法，引导学生去思考：日心说最早是古代希腊人提出的，是古代希腊人的一种猜想，在当时没有产生什么影响。为什么16世纪时期，哥白尼通过天文观察再度提出日心说，却引发了一场观念革命和科学革命呢？教师可以帮助同学从近代科学兴起的背景和哥白尼提出日心说的意义两个方面考虑。从而培养同学们“论从史出”的史学观。 3．情感、态度与价值观 通过本课学习，使同学们认识到科学探索需要有怀疑和批判的勇气和献身科学的精神。人类科学史上的每一次进步，都要付出巨大的代价，都要同谬误作艰苦的斗争。正是有无数科学家的顽强探索和不懈追求，才有今天辉煌灿烂的文明成果。 二、教材分析
本课的重点是介绍哥白尼、伽里略和牛顿的主要科学成就，通过介绍，使同学们了解近代科学兴起的基本情况。教师要突出他们在科学史的地位，如哥白尼提出日心说揭开了近代科学革命的序幕；伽里略是近代物理学之父；牛顿创立了经典力学理论。科学的发现和发明常常改变着人们的观念，是本课的难点。教师可以从史实或现实生活中事例出发，引导学生进行对比，而不是直接灌输。 本课以哥白尼、伽里略和牛顿三位科学家作为子目，来统领近代科学的兴起过程。 本课导语 本课导语讲述的是布鲁诺因宣传哥白尼的日心说而被宗教法庭 活活烧死的故事，其用意是引起同学们学习科学史的浓厚兴趣，同时也试图诱发同学们去积极思考，布鲁诺宣传日心说为什么会被宗教法庭处死？由此而导入课文。 哥白尼 本子目共三段大字。第一段大字简单介绍了近代科学革命的背景、兴起的时间和有关科学领域，以及哥白尼揭开了科学革命的序幕。第二段大字介绍了哥白尼发表《天体运行论》，以及日心说提出的伟大意义。第三段大字介绍了哥白尼学术的发展。 伽里略 本子目共两段大字。第一段大字介绍了伽里略发明望远镜，通过观察来证实哥白尼的学术。第二段大字介绍伽里略开创了实验和数学相结合的科学研究方法，成为近代物理学之父。
自然科学及其发展历史 吴斯萍 05人力资源管理 0590601043 【摘要】自然科学是研究无机自然界和包括人的生物属性在内的有机自然界的各门科学的总称。自然科学发展史是研究自然科学发展过程及其规律的科学,它依据历 史事实，通过对科学发展历史过程的分析来总结科学发展的历史经验并揭示其规 律。近代自然科学以天文学领域的革命为开端。经过近500年的发展，当今时代， 科技发展日新月异，群体化、社会化、高速化的趋势和特征异常明显，我们随时 可能面临新的危机，新的挑战，只要我们不断开拓、不断创新，自然科学的明天 一定会更加美好。 【关键词】自然科学发展历史 Natural Science and It’s History Wu Siping Human Resource Management,2005 【Abstract】The natural sciences are the research inorganic nature and including person's biological attribute organic nature various science general name. The natural sciences history is the research natural sciences developing process and the rule science. It rests on the historical fact, through summarizes the scientific progress historic experience to the scientific progress history process's analysis and promulgates its rule. The modern natural sciences take the astronomy domain's revolution as a beginning. After near 500 year development, the present era, the technological progress changes with each new day, the community, socialized, the high speed tendency and the characteristic are exceptionally obvious, we momentarily possibly face the new crisis, new challenge, so long as we develop unceasingly, innovate unceasingly, natural sciences' tomorrow can certainly be happier. 【Key Words】Natural Science Development history 自然科学是研究无机自然界和包括人的生物属性在内的有机自然界的各门科学的总称。自然科学认识的对象是整个自然界，即自然界物质的各种类型、状态、属性及运动形式。认识的任务在于揭示自然界发生的现象以及自然现象发生过程的实质，进而把握这些现象和过程的规律性，以便解读它们，并预见新的现象和过程，为在社会实践中合理而有目的地利用自然界的规律开辟各种可能的途径。自然科学含括了许多领域的研究，通常试着解释世界是依照自然程序而运作，而非经由神性的方式。它主要包括天文学、生物学、自然地理学、地质学、化学、地球科学、生态学、物理学、农学、力学、心理学、控制论、数学、自然科学小作品、自然科学
西方近代科学的产生之科学大发现 近代自然科学诞生于十五世纪下半叶，中国的近代科学落后于西方。其中的原因也有很多：首先是西方的文艺复兴和宗教改革。文艺复兴运动对古希腊、古罗马知识文化体系的重新发现和诠释，才得以促进了近代科学的诞生和发展。因为近代科学技术的重要形态就是科学技术的研究须以严密的理论体系为前提，而文艺复兴正是恢复了古希腊、古罗马的理性思辨传统，并且在笛卡儿、莱布尼茨、康德等人发展后，才能为近代科学技术的发展创造不可代替的条件。文艺复兴必然地跟宗教改革发生联系，而宗教改革运动对解放人们思想地禁锢，促进科学技术发展的作用是显著并且富有成效的。因此，文艺复兴和宗教改革显示出对科学技术发展的重要间接促进作用。其次是近代科学的发现。其中近代科学大发现大都是西方的专利，有近代自然科学的诞生：哥白尼革命；还有机械唯物主义自然观的科学基础：牛顿力学。 近代科学的发现形成的原因有以下两个方面。第一中国古代科技与欧洲近代科学发展的关系是一种推动的关系。中国古代科技与欧洲近代科学发展最主要的是：火药，开始是中国的炼丹家发明的火药传到欧洲，促进欧洲的先进武器出现，如：佛郎机，鸟嘴铳等，又到后来第一次工业革命，火药进一步取得更大的作用，接着到第二次工业革命，火药进一步在武器上面得到重用，如：滑膛枪等，造成西方军事力量强大，然后又逐渐到那些什么炮舰啊，坦克，飞机，大炮等等，在军事力量上发挥了更大的作用！然后到指南针，给欧洲人民带来了极大的作用，指南针在欧洲的航海事业上起了重大的作用，正是因为中国的指南针与托勒密的地圆说等等的原因推动了欧洲人寻找新航路的想法！然后则是造纸术，给西方的文化传播带来了极大地作用，才能导致西方的那些大作家,如：小仲马的《茶花女》等等的大家熟知的大作，会让人们熟知！然后就是中国的印刷术，也给欧洲近代科学带来了极大的作用，既方便了欧洲的文化传播，同时也让欧洲人民的思想方面上，科技发展上的传播提供了便利！因此得知中国的古代科技与欧洲近代科学发展的关系是一种推动的关系！第二是西方人对自己生活条件要求的进一步改善。中国古代的科学技术已经能够满足大部分需求，近代科学技术在西方的应用，大家有目共睹，给西方国家带来了许许多多实惠，今天西方国家在世界的领先地位即源于此。而西方对外殖民扩张的要求就需要西方国家的科技发展优于中国。这就是西方的幸运，科技的发展直接对当时发生了作用，而且当时西方人也切实需要科技作为殖民扩张的有力工具。 近代自然科学的诞生：哥白尼革命。哥白尼于1543年发表其著作《天体运行论》揭开了近代自然科学的序幕，引发了自然观的革命性变革。在这部著作中，哥白尼提出了日心地动说。他坚持认为一切行星轨道都是完美的圆周，而且围绕这些圆周的一切运动相对圆心者是完全规则和均匀的。从科学上说，哥白尼学说的提出是科学史上的一件划时代的事件。他冲破了地球居于宇宙中心静止不动的传统观念，恢复了地球的普通行星的本来面貌，推翻了一千多来占统治地位的托勒密的地心说，以天体的真实运动代替视运动，是人类对太阳系的结构、各天体的位置与运动有了比较正确的认识，为近代天文学的发展奠定了基础。从哲学上说，哥白尼的学说改变了那个时代人类对宇宙的认识，是向宗教神学发出的挑战书，它不仅标志着自然科学开始从神学中解放出来，而且动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础，实现了自然观念上的根本变革。虽然哥白尼的观点并不完全正
简述自然科学的起源和发展 自然科学是人类对自然现象的系统性研究的总称，它的起源可以追溯到古代文明。随着人类社会的发展，自然科学也不断发展壮大，形成了许多分支学科。 1. 古代自然科学：古代文明中对自然科学的探索主要表现为对一些自然现象的观察和简单解释。例如，古希腊的哲学家泰勒斯、亚里士多德等对天文、地理、生物学等进行了初步的研究。在古代中国，也有诸如《周易》、《黄帝内经》等著作，探讨了天文、地理、医学等方面的知识。 2. 中世纪自然科学：在欧洲中世纪时期，自然科学的研究受到宗教和迷信的制约，发展较为缓慢。然而，仍有一些学者在艰苦的环境下坚持研究，如波兰天文学家哥白尼提出了日心说，挑战了教会的地心说观念。 3. 科学革命：16世纪至17世纪，欧洲经历了一场科学革命，标志着近代自然科学的兴起。这期间，牛顿提出了力学三定律和万有引力定律，奠定了经典力学的基础；德国天文学家开普勒发现了行星运动的三大定律；英国生物学家达尔文提出了进化论，改变了人们对生物世界的认识。 4. 19世纪的自然科学：19世纪，自然科学的研究取得了巨大进展。英国科学家麦克斯韦建立了电磁理论，预言了电磁波的存在；德国物理学家爱因斯坦提出了相对论，改变了人们对时空的认识；荷兰物理学家洛伦兹等人发展了统计学力学，为热力学和统计物理奠定了基础。 5. 20世纪的自然科学：20世纪是自然科学蓬勃发展的时代。量子力学、相对论和基因理论等重大科学突破改变了人们对物质世界、生命现象和宇宙的认识。此外，计算机科学、空间科学、纳米科技等新兴领域的出现，拓展了自然科学的范畴和应用。 6. 当代自然科学：进入21世纪，自然科学继续飞速发展，不断开拓新的研究领域，如大统一理论、量子信息科学、生物技术等。与此同时，自然科学与社会科学的交叉融合也越来越紧密，推动了众多领域的创新和变革。
第23课近代自然科学的兴起 教学目标 1、知道欧洲近代自然科学的兴起首先始于天文学领域，伽利略发明了第一架天文望远镜，开创了实验和数学相结合的研究方法，是近代物理学之父，牛顿发现万有引力定律，创立经典力学理论；了解哥白尼及其著作《天体运行论》与“日心说”，16至17世纪，欧洲的科学巨匠突破了神学的桎梏，促使近代自然科学的诞生，为欧洲资本主义的发展创造了条件，同时也为启蒙思想家探索人类社会的发展规律提供了科学的养分；理解伽利略天文望远镜的发明的重要意义。 2、学会通过不同途径收集史料及表达交流，从材料中汲取有效的历史信息，得出结论，培养“论从史出”的意识。 3、认识科学探索需要有怀疑和批判的勇气和献身的精神，今天辉煌灿烂的文明成果是无数科学家不懈追求和顽强探索的结晶。 重点与难点 重点：哥白尼，伽利略和牛顿在科学发展史上的贡献。 难点：近代自然科学兴起的历史作用。 教学过程 导入：回忆： 新航路开辟和文艺复兴使欧洲发生了什么变化？欧洲思想解放的潮流催生了许多顶天立地的科学巨匠，科学领域的突破又推动了世界范围内的科技革命。 一、哥白尼 《彩图世界五千年》3中“哥白尼”内容。讲述哥白尼的两个小故事：1．不做教授做教士，坚持观察天体30余年，写出《天体运行论》。2．《天体运行论》遭人嘲弄与讽刺。 提问：故事中的哥白尼是怎样的一个人呢？假如你是哥白尼，你如何解释太阳由东向西运动？ 阅读教科书，聆听故事。思考提炼哥白尼的人物形象，并用自己的语言加以表达。角色体验。 一、哥白尼 （1）主要观点：提出“太阳中心说” （2）地位：近代天文学的奠基人 波兰天文学家哥白尼通过天文观察和数学计算创立了“日心说”，认为太阳位于宇宙的中心，地球和其他星球都围绕太阳运转。 青春应该是：一头醒智的狮，一团智慧的火！醒智的狮，为理性的美而吼；智慧的火，为理想的美而燃。 ——哥白尼 思考：哥白尼的“日心说”认为宇宙是有限的，太阳是宇宙的中心。根据你所学的知识，你认为它有没有局限性？体现在哪里？“日心说”有什么重要的意义？（有。宇宙不是有限的，而是无限的，太阳也不是宇宙的中心。） 比较哥白尼与布鲁诺，你更欣赏谁？宇宙空间是无限的 刻卜勒（德国），行星是按照椭圆轨道绕太阳运行的 各抒己见： 哥白尼否定了地心说，而布鲁诺和刻卜勒又发展了哥白尼的学术思想。从这一事实中，你受到什么样的启示？ 二、伽利略 讲述故事（主要信息）：伽利略在宗教裁判所的恐吓之下，在“悔过书”上签字，承认地球并不环绕太阳而运行。组织学生讨论：在科学发展史上科学家们为捍卫真理，有的献出生命，有的遭到迫害。你能说说原因吗？
第九章近代自然科学的全面发展 一、概述 19 世纪是近代自然科学全面发展的时期。工业革命不仅推动了社会生产力突飞猛进的提高, 更推动了近代自然科学实现了全面的理论综合。经典的自然科学在19 世纪末已达到了基本完善的程度。各门自然科学都从经验科学变为理论科学, 科学研究方式从个人自由研究转变为集体研究。由于科学的进步, 特别是由于电磁理论的建立, 科学开始走到了生产技术的前面, 并推动了生产技术的发展, 使人类从蒸汽——机器时代, 逐渐向以电气应用为中心的时代过渡, 科学逐渐成为经济生活中起主要作用的手段。17 世纪受牛顿力学革命影响而形成的机械唯物主义自然观, 因19 世纪科学的发展而受到强烈的冲击, 辩证唯物主义自然观在新的科学事实的基础上诞生了。 二、19 世纪是“科学的世纪” 工业革命和生产力的巨大进步, 迎来了近代科学的全面繁荣, 其规模和成就远远超过17 世纪的科学革命。科学开始走到了生产技术的面前，并推动了生产技术的发展，使人类从蒸汽——机器时代向电气应用化时代过渡。19 世纪的热力学、光学、电磁学、化学、地质学、生物学、人类学等学科都取得了重大的突破, 并大都进入到理论综合的阶段。经典的自然科学在19世纪末已达到了基本完善的程度，我们今天所接受和应用的基础自然科学原理, 大部分是在这个世纪里奠定的。 各门自然科学已从经验科学变为理论科学，由个人自由研究转变为集体研究，科学研究手段和方法日益完善，是19 世纪科学发展的重要特点。这一时期的科学家不仅注意搜集材料, 用时还重视理论上的分析、概括和综合, 他们发展了科学的思维方法, 把假说、演绎同实验、归纳结合起来, 使大量自然知识得到有系统的整理。数学在力学和物理学等领域成为科学家进行理论思维的辅助工具和表现方式。 19 世纪的自然科学成就促进了整个文化的科学化, 特别是哲学的科学化。机械唯物主义自然观受到冲击，19 世纪的大多数自然科学家已经从科学发现中开始摆脱传统自然观和方法论的束缚。黑格尔在唯心主义
近代自然科学发展史 自然科学发展史是研究自然科学发展过程及其规律的科学。它依据历史事实，通过对科学发展历史过程的分析来总结科学发展的历史经验并揭示其规律。在漫长的自然科学发展史上，近代曾出现了三次严重的危机，并由此也带来了三次重大的突破，从而推动自然科学向前进一步发展。 近代自然科学是以天文学领域的革命为开端的。天文学是一门最古老的科学。在西方，通过毕达哥拉斯、柏拉图、喜帕恰斯、托勒密等人的研究，已经提出了几种不同的理论体系，成为一门最具理论色彩，又是提出理论模型最多的一门学科。同时，天文学与人们的生产和生活密切相关，人们种田靠天、畜牧靠天、航海靠天、观测时间也靠天，这就必然会有力推动天文学的发展。然而，天文学在当时又是一门十分敏感的学科。在天文学领域，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。硬说地球处于宇宙中心，证明了上帝的智慧，上帝把人派到地上来统治万物，就一定让人类的住所??地球处于宇宙中心。这种荒唐说法被当作权威加以崇信之后，托勒密的学说就成为不可怀疑的结果而严重阻碍着天文科学的进步。然而，地心说基础上产生的儒略历在325年被确定为基督教的历法后，它的微小误差经过长时间的积累已经到了不可忽视的地步，同观测资料大相径庭。葡萄牙一位亲王的船长曾说:“尽管我们对有名的托勒密十分敬仰，但我们发现，事事都和他说的相反。”托勒密体系的错误日益暴露，人们急需建立新的理论体系。当时，文艺复兴正蓬勃开展，它不仅大大解放了人们的思想，同时也推动了近代自然科学的产生。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》，这是近代自然科学诞生的主要标志。日心说的提出恢复了地球普通行星的本来面貌，猛烈地震撼了科学界和思想界，动摇了封建神学的理论基础，是天文学发展史上一个重要的里程碑。 这一时期，自然科学的发展成就辉煌，取得了一系列重大成果。但从宏观上看，科学发展是落在生产技术的后面。例如，钟表在实践中已广泛应用，但人们并不懂得由哪些因素决定着钟表运动的周期；在战争发射了无数的子弹和炮弹，却搞不清怎样才能把弹道计算出来，命中率如何提高。从微观上看，古典力学的发展比较完善。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。 科学的发展不是凭空进行，而是必须以已有的科学成果为发展的起点。当时已有的天文学数学知识为力学的发展创造了前提，而力学发展较完善的状况又促成了哲学史上机械自然观的形成。因为，从人的认识规律来看，人类对客观事物的认识总是从认识简单事物进而深化认
近代自然科学的兴起与发展 一、近代自然科学兴起和发展的原因 1.资本主义的发展需要科学知识，又为科技进步奠定了物质基础。 近代自然科学是资本主义生产发展的产物，手工工场、大机器生产不断地采用新工具、新能源，追求最高的劳动生产率，在生产和技术上向科学家提出新的任务和要求，这是推动自然科学创立与发展的前提。同时，新兴资产阶级要求掌握政治权力，他们需要把自然科学作为反对宗教统治争取思想自由的理论武器。 资本主义生产方式的产生和发展，不仅向自然科学提出大量的研究课题，还提供了丰富的经验材料以及新的科学实验条件。能够支持、吸引和稳定一批优秀的科学人才，使他们从事科学研究。 2.资产阶级力量的壮大和资产阶级统治的确立为科技发展提供政治前提。 如：建立良好的科学教育基础和保持较高的科学普及水平。科学不可能孤立地产生，必须有相应的科学普及、有较高程度的科学教育和国民科学素养才有可能产生一定数量和水平的优秀科学家队伍。 政策保护。欧洲先进国家进行保护科学发展的政策，允许自由讨论学术问题和学术思想的自由发展等等又为近代科学的创立和发展提供了极为有利的条件。即欧洲国家保护、奖励科技发明,重视科技发展推动了近代科学的发展. 3.人文主义、地理大发现和理性主义的兴起解放了人们的思想，为科技发展奠定
了思想基础. 文艺复兴反对盲从和迷信，提倡独立的学术研究，为资产阶级在政治上取代封建统治作舆论准备，它打破了教会的精神统治，动摇了封建制度的政治思想基础，为把自然科学从神学中解放出来创造了必要的条件。近代自然科学革命就是在文艺复兴运动的高潮中拉开序幕的，首先向宗教神学发起冲击的是天文学。随后的宗教改革摧毁了天主教会的精神独裁，对科学革命也产生了巨大的影响。 地理大发现也有重要意义，它以实践证实了地圆学说，为建立新的天文学和地理学奠定了基础，对近代科学技术的发展有不可估量的意义。更重要的是它所引起的思想观念的革命，它用实践突破了所谓经典知识界限，使人的思维方式从权威的盲目崇拜中解放出来。 理性主义的兴起使整个社会能为科学发展提供充分的学术自由和尊重知识、尊重人才、崇尚科学、鼓励创造的良好文化氛围和社会环境。 4. 科学的方法。16、17世纪，伽利略、培根、笛卡尔等人创立的科学方法论，为人们进行科学研究提供了指导性原则。 5.科学家献身科学的勇气、严谨的态度和锲而不舍的精神为科技进步作出了巨大贡献 二、近代自然科的发展历程 （一）近代自然科学的兴起阶段：从文艺复兴-----工业革命 1、经典力学的建立 (1)建立背景 第一、文艺复兴以来的思想解放； 文艺复兴后，面向现实世界，重视实践和理性的风气促进了近代科学技术的产生和发展。 第二、“新天文学”及其实验科学思想； 文艺复兴运动时期哥白尼提出“太阳中心说”，摧毁了上帝创造世界的谬论，不但动摇了上帝创世说，也启迪了伽利略对亚里士多德力学的质疑和实验思想的萌生。笛卡尔创立了解析几何，成为数学中的转折点。波义尔把实验法引进化学成为近代化学的创始人。哈维的血液循环学成为现代生理学的起点。这些科学成就都对宗教神学进行了冲击，对于近代科学体系的形成产生了积极作用。 第三、工场手工业经济的发展； 英国工场手工业时期经济上的需要与力学有直接关系。 第四、伽利略等科学家的心血和研究成果的奠基作用。 伽利略：①创立科学研究方法：科学实验＋数学；②重大发现：确立了落体定律、匀速运动和匀加速运动两个新概念，发明天文望远镜；著作《关于两世界体系的对话》宣传“日心说”。他的发现以及他开始的科学研究方法，摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确。是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。为经典力学的创立奠定了基础。 （2）牛顿经典力学的建立 标志：1687年《自然哲学的数学原理》提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律，从而形成了经典力学体系。。
近代自然科学产生的社会条件 近代自然科学的发展绝非偶然的社会因素，而是多方因素共同作用的结果，十三世纪以来随着生产技术的不断改进。资本主义生产方式工业时代的形成和发展，科学基础不断运用到社会各个领域。随着资本主义生产当时的不断产生，欧洲出现了航海探险活动，思想文化不断从中世纪以来的宗教中整挣脱出来，爆发了文艺复兴，宗教改革等运动更加促进了资本主义的发展，为近代科学的发展奠定了坚实的社会基础。 一、航海运动与地理大发现 航海活动和地理大发现，尤其是以麦哲伦的环球航行和哥伦布发现的美洲新大陆最为出名，使人们看到了一个新的地球，开阔了人们的视野，扩展了人们的活动范围和知识领域。这样不仅使科学特别是天文学、地理学有了现实的经济价值，而且使科学变成了大众的科学。航海活动为天文学、地理学，动物学，植物学等自然科学的研究提供了大量的经验事实，推动了科学观念上的突破和新学科的建立。 二、文艺复兴运动 文艺复兴运动为近代自然科学的产生提供了一个良好的文化条件。 文艺复兴运动破除了人们对神圣不可侵犯的信条的迷信，培育了自由研究的精神，引导了人们去观察和研究自然和现实世界，是一次人类史上的思想大解放运动。它还培育了一批富有新鲜活力并有所建树的自然科学家，如意大利的达·芬奇（1482～1519）、高举天文学革命旗帜的哥白尼（1473～1543）、科学的殉道者维萨里（1514～1564）等。 文艺复兴运动还使长期以来工匠与学者之间相互隔离的状况得以改变，实现了手艺工人和学者的早期结合。实验科学正是在这样的基础上诞生的。 三、宗教改革运动 资产阶级首先打起“文艺复兴”的旗帜，在思想文化领域里展开反封建的斗争，接着又以“宗教改革”的形式，掀起了反对教会特权的运动。尤其是加尔文和马丁路德为代表的改革，改变了中世纪的欧洲，科学变成了神学的附庸。科学从宗教神学中独立挣脱出来。宗教改革运动对科学从神学中解放出来有积极作用，有利于自然科学的发展。 四，以中国印度河阿拉伯等东方国家的科技文明中世纪传入欧洲。 中世纪以来尤其以中国古代的四大发明陆续传入欧洲，对于欧洲资产阶级，欧洲社会发展起到有力的推动作用正如马克思和培根所评论：“火药、指南针、印刷术——
近代自然科学的产生的原因和条件 西方社会15世纪中叶，资本主义政权陆续在欧洲各国建立,资产阶级革命为近代自然科学的诞生提供了社会条件。在这同时，科学本身为争得自己的独立地位，摆脱宗教的桎梏，也进行了不屈不挠的斗争。许多科学家为坚持真理而献身的精神，在科学史上写下了壮丽的篇章，实验科学的兴起，更使自然科学有了独立的实践基础。从此，近代自然科学开始了它的相对独立发展的新时代。 第一节近代自然科学产生的社会基础和条件 欧洲从13世纪中叶开始，技术的社会应用促进了生产力的发展，导致资本主义生产方式的出现和发展。资本主义生产方式的形成和发展，又促进了技术的社会应用。 随着资本主义生产方式的产生，在欧洲出现了航海探险运动、文艺复兴运动和宗教改革运动。这些由资产阶级发动的经济活动和文化运动，对近代自然科学的产生有着极为重要的影响。 一、航海运动与地理大发现 工商业的发展，使商人和工场主的经济实力日益雄厚。他们不仅极力扩大欧洲各国间的贸易，又再次想到东方去寻找市场和黄金。在此欲望的驱使下，开始了大规模的航海探险活动。这种航海探险活动首先在葡萄牙和西班牙兴起。1487年，葡萄牙人迪亚士率领船队，沿非洲西岸南行，到达非洲最南端，证明了由此继续航行可以到达印度。意大利人哥伦布得到西班牙国王的赞同和资助，于1490年8月经过70天的航行，到达美洲，并于1493年3月回到西班牙。15世纪末，意大利商人阿美利哥·味斯普奇再次前去美洲，后来使用他的名字将这块大陆命名为阿美利加洲。葡萄牙人伽马沿迪亚士的航路于1497年绕过好望角，终于到达印度。麦哲伦又得到西班牙国王的支持，于1519年9月从西班牙出发渡过大西洋，绕过南美洲南端海峡，进入太平洋，到达印度，又绕过非洲，于1522年9月回到西班牙海岸，完成了人类历史上
自然科学概论 自然科学是指以自然规律和现象为研究对象的科学，是人类通过实验、观察、推理和逻辑思维探索自然世界的一种方法。自然科学的研究范围极其广泛，包括物理学、化学、生物学、地学、天文学等众多方向。本文将综述自然科学的起源、发展历程和未来展望。 一、自然科学的起源 自然科学的起源可以追溯到公元前6世纪的希腊，当时的古希腊人开始关注自然现象，并通过理性思考和推理得出一些简单的规律。包括著名的毕达哥拉斯定理和亚里士多德的哲学。然而，正式的科学方法是在17世纪后期由伽利略和牛顿等人提 出的。伽利略在实验中发现物体下落是与其质量无关的规律，并形成了被称为现代科学中最基础的实证方法。牛顿发明了微积分，并提出了万有引力定律和运动定律等被认为是自然科学的重要里程碑。 二、自然科学的发展历程 自然科学的发展历程可以分为不同的时期，每个时期都有其独特的贡献和重要发现。 1.启蒙运动时期：在18世纪，启蒙运动在欧洲和北美盛行。 在这个时期，自然科学得到了显著的发展，人类开始关注自然规律的发现和科学实验。许多著名的科学家和思想家如伏尔泰、罗塞尔等人为自然科学的发展做出了重要的贡献。
2.工业革命时期：在19世纪，工业革命在欧洲和北美开展。 这一时期的科学家，尤其是化学家和物理学家，对许多实用的发明做出重要贡献。包括发明电灯、电话、电池和化学反应器等。 3.现代科学时期：在20世纪，科学技术迎来了一个爆炸式的 增长。物理学包括爱因斯坦的相对论和量子力学取得了重大的进展。化学家和生物学家发现了许多重要的化合物和生命过程，这为生物技术的研究奠定了基础。地学和天文学家通过现代技术发现了许多新发现，包括太阳系的行星和行星和恒星的演化。 三、自然科学的未来展望 尽管自然科学的发展取得了巨大的成就，但对自然界深度理解和应用方面的挑战仍然存在。目前，自然科学的未来主要取决于一些重要的问题和挑战。 1.环境问题：气候变化、污染等环境问题是当前的重要挑战之一。自然科学家需要找到解决方案，以减缓气候变化、改善空气和水质等。 2.能源可持续性：由于能源消耗的不可持续性，石油和天然气 等丰富资源会枯竭。自然科学界需要寻找新的能源和技术，以满足人们的能源需求。 3.生命科学：生命科学将继续推动自然科学的发展前沿，并揭 示更多关于大脑、人类基因组和生物进化的秘密。
文艺复兴以后，理性主义的确立，促进了科学和文学艺术的迅速发展。近代自然科学成就巨大，出现了高等数学；建立了牛顿力学体系和相对论力学体系；生物进化论学说诞生；物理、化学等也有突出成就。近现代自然科学的发展，大体经历了三个阶段： 1、近代自然科学的兴起阶段：近代自然科学的开端就是天文学革命，自然科学的创始人哥白尼的“太阳中心说”动摇了封建神学的基础。笛卡尔创立了解析几何，成为数学中的转折点。牛顿力学体系建立标志着近代科学的形成，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。把实验法引进化学的波义尔成为近代化学的创始人。哈维的血液循环学成为现代生理学的起点。 2、19世纪综合化阶段：电磁感应现象的发现是电磁学的辉煌成就。电磁学的建立，为人类打开了“电气时代”的大门。道尔顿建立的科学的原子论开创了人类在物质认识方面的新纪元。物质的分子——原子结构学说确立使化学取得了飞速发展。门捷列夫发现化学元素周期规律，制定了化学元素周期表。周期律的发现，是无机化学的系统化和大综合。达尔文创立的生物进化论学说，是对生物学的伟大综合，从根本上推翻了统治生物学的“神创论”思想。爱因斯坦提出的相对论是天体物理学和宇宙学的基础，是利用原子能的理论基础，是物理学思想的一场重大革命。 3、飞跃阶段：20世纪四五十年代兴起的新科技革命即第三次科技革命，以原子能技术、航天技术、电子计算机的应用为代表，还包括人工合成材料、分子生物学和遗传工程等高新技术。新科技革命使科技在推动生产力的发展方面起着越来越重要的作用，科技转化为直接生产力的速度加快。科学和技术密切结合，相互促进。随着科学实验手段的不断进步，科研探索的领域不断开阔。科技各领域之间相互渗透：一方面学科越来越多，分工越来越细，研究越来越深入；另一方面学科间的联系越来越密切，科学研究朝着综合性方向发展。 四、自然科学的进步与生产力的发展 近代自然科学是随生产力的进步而产生和发展的。同时，自然科学的成就又极大地推动和影响着生产力的发展。 14－16世纪，欧洲生产技术的进步，特别是中国四大发明的西传，促进了欧洲经济的发展。火药的生产和火器的流行，促进了冶金业的发展。造纸术和印刷术的应用，使造纸业和印刷业发展起来。指南针应用于航海，促进了航海业、造船业的发展，并成为新航路开辟的必备条件。新航路的开辟沟通了世界各地的联系，有利于市场经济的发展。市场的扩大和生产技术的发展，加速了手工业者的专业化和行业之间的分工，同时也加速了手工业者的分化。这就为资本主义手工工场的出现提供了条件。