科学通史（吴国盛 北京大学哲学系）.docx
《科学通史（吴国盛 北京大学哲学系）.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《科学通史（吴国盛 北京大学哲学系）.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
科学通史
吴国盛北京大学哲学系
Wugsh@
目录
第二讲希腊古典时期：
从爱奥尼亚到雅典科学精神的起源
l从实践知识到理论知识
l从天神的知识到天空的知识
l日出东方
l驻留希腊，其道大光
l泰勒斯：
万物源于水
l毕达哥拉斯：
数即万物
l芝诺：
运动不合理
l智者与希腊数学三大难题
l苏格拉底、柏拉图、亚里士多德第三讲希腊化时期古代科学的高峰
l亚历山大与希腊文明的传播
l亚历山大里亚（亚历山大城）
l欧几里德《几何原本》
l阿里斯塔克：
日心说
l阿基米德
l埃拉托色尼：
大地测量
l希罗：
技术成就
l托勒密：
地心体系
l盖伦：
希腊医学
l刁番都：
代数第四讲罗马与中世纪
l罗马人的科学成就（前100－200）
l黑暗年代（500－1000）
l阿拉伯人的科学成就（700－900）
l欧洲学术的复兴（1000－1300）第五讲中国科技
l中国历史概览
l四大古典学科
l三大技术
l影响近代欧洲的四大发明
l明末四大名著
l西学东渐
l李约瑟难题解析
第六讲 16、17
世纪
（1）近代科学的诞生
l时代背景：
文艺复兴、宗教改革、地理大发现
l哥白尼革命：
宇宙观的变革
l新物理学的诞生：
牛顿力学
第七讲16、17世纪
（2）化学与生命科学
l从炼金术到化学
l近代生命科学的诞生
l近代科学的一般特征
第八讲理性启蒙与工业革命
l技术发明与英国产业革命
l法国启蒙运动、法国大革命与科学精神的传播
世纪
（2） 延迟的化学革命
讲 18
l牛顿力学的扩展：
18世纪的力学与天文学第9
l实验物理学的进展
l化学革命
10讲 19
世纪
（1） 古典科学的全面发展
l进化思想的起源第
l19世纪的物理学成就
l19世纪的化学成就
11讲 19
世纪
（2） 科学的社会化技术化
l19世纪的天文学成就第
l进化论
l19世纪的生物学与医学
l运输机械革命
l电力革命
科学史种种
（一）
第一讲
l科学史，HistoryofScience，其规定性来自“科学”和“历史”。
l历史是过去与现在借以沟通的东西。
历史的本质就是沟通。
一切人文学科的本质都是历史性的，因此，科学史起着沟通科学与人文的桥梁作用。
l对科学的不同看法，导致不同的科学史
l实证科学的编年史：
科学是硬事件的积累，科学史是实证知识的积累史
l思想史：
科学本质上是观念，科学史是观念的演历史
l社会史：
科学本质上是一种社会建制，是社会系统中的子系统，科学史因而是科学与社会的关系史
l分科史，科学家的科学史
l综合史（通史），科学史家的科学史
l思想史，哲学家的科学史
l社会史，社会学家的科学史
l断代史
l国别史
l人物传记
科学史的意义
（一）
l为科学服务。
除了天文学史对于天文学有意义外，科学史对于科学发现的意义往往不大。
l为新型的历史学服务。
萨顿的新人文主义。
l为哲学服务。
马赫。
l为社会学和科技政策服务。
爱国主义。
l自主性意义。
柯瓦雷。
l科学史的颠覆性意义。
科学史是否应被定为X级，少儿不宜。
l真正的科学史是否能够提供人们通常赋与科学史的那些功能，爱国主义，正确的世界观和方法论，吸取经验教训……今天已成问题
l教科书强调科学的实验特征，但科学史却告诉说，爱因斯坦强调科学是人类精神的自由创造和自由发明。
l科学史往往会打破通常教科书所教给学生的标准答案
l科学史往往鼓励对教条的东西进行怀疑，鼓励批判的态度
l科学史有可能诱导某些过份聪明的学生，不走正道，而试图通过非正常渠道达到科学前沿，取
得突破性进展
l爱因斯坦：
科学是人类精神的自由创造
l狄拉克：
一个理论家宁可要一个美的方程，也不要一个丑的但结果与实验数据更相近的方程。
l普朗克：
新的理论很少由于理性地说服了对手而得到认可，人们只需等待，直到对手死去。
l恢复科学家的人性的形象，揭示科学对于我们意味着什么，勇于承担做为一个科学家的责任。
科学史轮廓
（一）
l东方四大古老的文明
l希腊：
科学精神的起源
l希腊古典时代－希腊化时期－罗马时代
l中世纪黑暗时期
l中世纪的阿拉伯科学与中国科学
l中世纪的两次复兴运动
l文艺复兴与科学革命
l18世纪：
启蒙运动与工业革命
l19世纪：
科学的社会化与社会的科学化
l20世纪：
巨大的威力、始料不及的后果
第2讲 希腊古典时期：
从爱奥尼亚到雅典
科学精神的起源
从实践知识到理论知识
l火的使用与保存，定居生活（新石器时代，从公元前1万年开始）
l器具与工具：
猪狗的驯化、弓箭、房子与村落、衣服、陶器；石器、铜器、铁器
l狩猎与农事，动物知识与植物知识，人们能够区别有毒植物与可食植物、药用植物
l轮的发明，公元前3500年。
器具与工具的统一，上升性与循环性的统一。
从天神的知识到天空的知识
l遥远的天界是灵魂和精神最古老的居所
l天象观测的最原始的动机不是发现天际的规律，而是试图了解神的意志和动向。
天文学与占星术，孪生兄弟。
l宇宙论首先是天神的故事
l从Heaven到Sky尚有漫长的历程，希腊科学只是开启了这一旅程。
日出东方
l埃及的成就：
太阳历、木乃伊、金字塔
l美索不达美亚的成就：
占星术与丰富的天象观察、黄道12宫、19年7闰的默冬周期、223个朔望月等于19个交点年的沙罗（saro，巴比伦文意恢复）周期；60进制
l印度的成就：
10进制、阿拉伯数字、医学
l中国的成就：
水利技术、中医、天象观测、冶炼与铸造、丝织驻留希腊，其道大光
l地理位置：
地中海北部的爱琴海域
l交通发达，易于继承东方遗产
l奴隶制易于提供闲暇（亚里士多德的自由学术的条件之一）
l城邦民主制提供自由的空间（亚里士多德的自由学术的条件之二）
l希腊人的性格有如孩童，好奇、惊异（亚里士多德的自由学术的条件之三）
l希腊神话：
人神分离、诸神谱系
l希腊演绎科学：
几何学泰勒斯：
万物源于水
l年代：
公元前600年为其鼎盛年
l生平：
生于米利都，游学埃及与巴比伦。
l趣闻：
哲学家并非不能致富，非不能也，实不为也！
l把目光转向天空，超凡脱俗的理性态度。
超越的、非功利的，对现实的功利不计，专注天空而忽视大地。
这是希腊以致整个西方的思想品格。
l几何学：
金字塔的高度
l哲学：
万物源于水毕达哥拉斯：
数即万物
l生平：
爱奥尼亚的萨莫斯人，据说就教过泰勒斯，去埃及留学过。
后移居南意大利的克罗敦。
l集科学、哲学、宗教于一体的神秘教派，对圆崇拜，不能踩黄豆。
l希腊数学四大学科：
算术（绝对的不连续量）、音乐（相对的不连续量）、几何（静止的连续量）、天文（运动的连续量）
l数即万物。
近代科学，当代科学
l勾股定理：
由特殊的数学关系到一般的证明毕达哥拉斯：
数即万物
l三角形内角和180度
l无理数的发现：
√2不能表示成整数之比。
希帕索斯在海上发现这一定理，结果被扔入海中。
l天文学：
两球宇宙模型。
对10的崇拜。
对地。
芝诺：
运动不合理
l生平：
巴门尼德的学生，南意大利的爱利亚
l四个运动悖论：
运动不合理
l二分法：
要到达终点，先要到中点，而中点是无限的
l阿基里斯追龟：
要追上乌龟，先要到乌龟先前的位置，但乌龟总是在先前的位置之前
l飞矢不动
l运动场
智者与希腊数学三大难题
l希波战争使希腊文化重心西移，雅典进入黄金时代
l政治上的优势、经济上的繁荣，使雅典的民主体制空前发展，辩论术盛行，智者（sophist）活跃。
l智者推进了逻辑思维和演绎数学的发展，希腊数学三大难题：
–化圆为方
–二倍立方
–三等分任意角希腊数学三大难题
l化圆为方相当于求√π，它不是任何整系数方程的根，因而不可能用尺规作出，1882年由德国数学家林德曼证明。
l二倍立方相当于求3√2，法国数学家范齐尔于1837年证明用尺规作不出
l三等分任意角难在任意，有些角如90度角三分是可以的。
l三大难题难在限于尺规作图。
为什么希腊人要这样严格限制呢？
苏格拉底的难题
l苏格拉底（前468－前399），自知其无知。
苏格拉底与几何学家的故事柏拉图：
不懂数学者不得入内
l柏拉图（前427－347），苏格拉底的学生，苏死后游学埃及和南意大利，研究毕达哥拉斯学派的理论，最后回到雅典建立学院阿卡德米（Academy），门口上书不懂数学者不得入内
l理念世界是最真实的世界，现实世界只是对理念世界的模仿
l发现正多面体只有五种：
正四面体、立方体、正八面体、正十二面体、正二十面体
l发现圆锥曲线：
抛物线、椭圆、双曲线柏拉图－欧多克斯
l欧多克斯（前409－前356）建立了比例论，引入了变量概念，将数（不连续）与量（连续）相区分
l拯救现象，行星运动的圆周叠加模式，希腊数理天文学的基本模式亚里士多德：
百科全书
l亚里士多德（前384－前322），希腊北部的斯塔吉拉人，自幼父母双亡，17来到雅典成为柏拉图的学生。
“吾爱吾师，吾尤爱真理”
l前343年，成为马其顿王太子亚历山大的私人教师
l前335年，在雅典建立吕克昂（Lyceum）学院，又称逍遥学派（peripatetic）
亚里士多德的科学工作
l《形而上学》
l逻辑学《范畴篇》《分析篇》
l《物理学》《论天》《天象学》《论生灭》《论宇宙》
l生物学《动物志》《论动物的历史》《论灵魂》
l《尼各马可伦理学》《大伦理学》《欧德谟斯伦理学》
l《政治学》《诗学》《修辞学》亚里士多德的物理学与生物学
l四元素理论
l四因说：
质料因、形式因、动力因、目的因
l天然运动学说，强烈的目的论色彩
l天球运动与地面运动的二分
l博物学：
对动物的分类，有红血的和无红血的，直到拉马克改称“脊椎动物”与“无脊椎动物”。
胚胎发育的研究；遗传现象研究
l亚氏的学生塞奥弗拉斯特对植物学有进一步的贡献
第3讲 希腊化时期
古代科学的高峰
亚历山大与希腊化时期
l亚历山大大帝（AlexandertheGreat），亚里士多德的学生，青年军事奇才，从波斯帝国，一直打到叙利亚、腓尼基、埃及，直到印度
l传播希腊文化，缔造了历史上的希腊化时期
l重视学术事业，地理学家绘图，博物学家收集标本，工程师帮助攻城
l有意识的搞欧亚文化融合，建都巴比伦，与波斯人通婚
l亚历山大死后，帝国分裂为三部分：
欧洲部分由安提哥那统治，亚洲部分由塞琉古统治，埃及归托勒密
亚历山大里亚
l托勒密统治下的埃及港口城市，托勒密本人亦在亚里士多德门下学习过，热爱希腊学术，继承了亚历山大的文化理想。
l王宫，希腊式建筑，亚历山大港的灯塔被誉为古代世界七大奇迹之一
l缪塞昂（Museum），本来是供奉缪斯之所，在托勒密手里变成了国立学术中心。
l图书馆，包括亚里士多德和塞奥弗拉斯特的藏书，一度达到75万卷
l重视机械设备的制造
欧几里得：
《几何原本》
l欧几里得生平不详，约于前300年来到缪塞昂学院，此前在柏拉图学园里学习
l“在几何学中，没有专为国王设置的捷径”
l“学习几何学，无实利可图”
l《几何原本》：
卓越的学术水平与广泛的普及性完善的结合，集希腊古典数学之大成，构造了世界数学史上第一个宏伟的演绎体系
《几何原本》
l第一部：
直边形，全等、平行公理、毕达哥拉斯定理、初等作图法等
l第二部：
几何方法解代数问题，求面积、体积
l第三、四部：
圆，弦、切线、圆的内接、外切
l第五、六部：
比例论与相似形
l第七、八、九、十部：
数论
l第十一、十二、十三部：
立体几何，包括穷竭法，是微积分思想的来源
l欧几里得、阿波罗尼、阿基米德并称希腊三大数学家。
阿波罗尼的主要工作是圆锥曲线。
阿里斯塔克：
日心说
l阿里斯塔克生于前310，毕达哥拉斯的同乡，在吕克昂学园学习过。
l太阳置于宇宙中心，地球周日自转
l反驳1：
为什么地球上的东西没有被甩在后头？
l反驳2：
恒星视位置为什么没有发生变化？
l《论日月的大小和距离》，测得日地与月地夹角为87度，估计日地距离是月地距离的20倍。
阿基米德
l阿基米德（前287－前212），南意大利西西里岛的叙拉古人，青年求学于亚历山大里亚，拜于欧几里德的弟子柯农门下，学成后回到叙拉古。
l数学成就之一：
任一球的表面积是外切圆柱表面积的三分之二，任一球的体积也是外切圆柱体积的三分，这一定理被刻在他的墓碑上。
l数学成就之二：
运用穷竭法，得出π＝3.14
l数学成就之三：
创造大数记法，《恒河沙数》
阿基米德
l物理学成就之一：
平衡问题研究，杠杆原理，见《论平板的平衡》
l物理学成就之二：
浮力定律，见《论浮力》
l给我支点，我可以撬起地球
l王冠的故事，尤里卡
l机械制造成就：
螺旋提水器，天象仪
l阿基米德之死：
不要踩坏我的圆
埃拉托色尼
l埃拉托色尼（前276－前193）生于北非，青年时代在雅典柏拉图学园留学，后被托勒密邀请到亚历山大里亚图书馆任馆长。
l埃氏是位百科全书式的学者。
在数学上，他发明了确定素数的埃拉托色尼筛法；在天文学上，他测定了黄道与赤道的交角；他编写了一部希腊科学编年史（失传）；在地理学上，他绘制了当时最完整的世界地图，因而被称为地理学之父。
l测定地球大小。
希罗的技术成就
l希腊古典时代，技术手工不登大雅之堂；托勒密王朝，科学被要求具有物质力量，时尚鼓励科学与技术结盟。
l希罗（公元1世纪左右），埃及已归属罗马，但希腊化的影子绵延了很久。
托勒密、盖伦、刁番都都可归于希腊化传统。
l希罗的科学著作有《测量术》《几何学》，从应用方面整理前人的数学工作。
l希罗的技术著作有《机械术》，记载有杠杆、滑轮、轮子、斜面、尖劈的使用；《气体论》记载有
空
气动力的运用。
蒸汽机。
托勒密：
至大论
l托勒密约生于公元100年，127－151年间在亚历山大里亚工作。
《天文学大成13卷》，被阿拉伯人称为“伟大之至”（Almagest），故亦称《至大论》
l第一、二卷：
地心体系的基本轮廓
l第三卷：
太阳运动
l第四卷：
月亮运动
l第五卷：
计算月地距离和日地距离
l第六卷：
日食和月食的计算
l第七、八卷：
恒星和岁差现象，将星分成六等
l第九－十三卷：
分别讨论五大行星的运动，本轮和均轮的组合在这里得到运用。
l托勒密与希帕克斯
l托勒密《地理学入门》，记述了罗马军团南征北战的故事，绘制了世界地图，提到了马来半岛和中国，计算了地球的大小，比埃拉托色尼的数字小多了。
盖伦：
希腊医学
l盖伦（约130－约200）生于小亚细亚，游学过亚历山大里亚，后成为罗马皇帝的御医。
l以动物为主的解剖学实践，以肝脏、心脏和大脑为主要器官的人体生理学。
l以四体液说为基础的病理学，体液平衡则人体健康，平衡破坏则生病，治病即是调节、排除过剩和腐败的体液。
刁番都
l刁番都，由古典几何学转向代数学。
大概生活于3世纪中叶。
希腊化晚期。
l一本古书（也有说墓碑）说：
刁番都的一生，童年时代占六分之一，青少年时代占十二分之一，再过一生的七分之一结婚，婚后5年有了孩子，孩子只活了父亲的一半年纪就死了，孩子死后4年刁番都也死了。
l《数论》，收集了189个代数问题。
其风格是希腊化的，第一卷有定义和说明，不同于巴比伦纯应用性的算术解题。
不定方程是本书的主要内容，因此后世称之为“刁番都方程”。
第4讲 罗马与中世纪
西方科技文明的低潮期罗马帝国的兴衰（1.2）
l前400年左右，罗马人在意大利北部建立自己的共和制国家。
l罗马的铁血历程：
前265年征服整个意大利半岛；布匿战争（罗马－迦太基）于前146年迦太基毁灭告终；直到前30年控制了全部希腊化地区，建立了庞大的罗马共和国
l凯撒（前100－前44），屋大维（前63－公元14年）成为罗马皇帝，进入罗马帝国时代
l图拉真在位期间（98－117）达到最大版图
l330年，君士坦丁大帝将罗马首都迁到拜占廷
l395年，罗马帝国分成东罗马帝国和西罗马帝国（真正罗马帝国）
l410年，蛮族攻占罗马
l476年，西罗马帝国灭亡
l610年，东罗马帝国开始希腊化，改称拜占廷帝国，希腊语成为国语
罗马性格与希腊气质
l军事奇才、政治老手
l注重实用，修建有富丽堂皇的城市和庞大的工程（如引水渠）
l西塞罗（前106－前43）说：
“希腊人在纯粹数学上遥遥领先，我们只能做点计算和测量工作”
l怀特海（1861－1947）说：
“从没有一个罗马人是因为全神贯注于对数学图形的冥想而丧生的。
”
儒略历
l儒略（朱利亚）历来自凯撒（JuliusCaesar，100B.C.－44B.C.）大帝
l埃及阳历，每年365又1／4天，12个月，每月30天，外加5天做年终节日
l希腊人用阴历，再加默冬周期（19个太阳年＝235个朔望月）与阳历协调
l亚历山大里亚的天文学家索西吉斯建议凯撒改用阳历，注意4年置闰一次
l儒略历：
平年365天，12个月，大月31天，小月30天，但7月是凯撒的生日必须大，故单月为大月，但屋大维生日在8月，故8月单独定为大月，并从8月开始，单月为小，双月为大。
所欠缺的天数均从2月（不吉利的月份）里扣除，使之成为28天。
l闰年366天，使2月成为29天
l325年，罗马教皇将儒略历规定为教历
l实际回归年比365.25少0.0078天
l1582年，教皇格里高里13世改历时多了10天，于是将该年10月5日直接变成15日；逢百之年只有能被400整除的才算闰年。
罗马科学家
l卢克莱修（前99－前55），罗马人，凯撒的同代人，著有《物性论》，是希腊原子论的第三形态
l维特鲁维（约前1世纪），凯撒的军事工程师，著有10卷本《论建筑》：
第1卷建筑原理；第2卷建筑史和建筑材料；第3、4卷希腊式神庙（爱奥尼亚式、多里亚、科林斯）；第5卷城市整体规划；第6卷论民居；第7卷谈居室设计；第8卷供水技术；第9卷论计时器；第10卷一般工程技术问题。
他的圆周率3.125，不如希腊人。
l塞尔苏斯（公元元年左右），罗马贵族，医学上的西塞罗，百科全书式的学者，其外科学和解剖学对后世有影响，近代著作化学家帕拉塞尔苏斯把他做为超越的目标。
l普林尼（23－79），生于意大利北部的科莫，当过海军司令，做过西班牙的行政长官，是罗马皇帝韦斯巴辛的朋友，博物学家，维苏威火山爆发时，为记录实况，窒息而死。
著有37卷《自然史》，博物学巨著，是古代知识的百科全书式的总结。
罗马的技术成就
l农学
l交通运输业
l城市建筑
l公共医疗体系
基督教的兴起
l犹太人－以色列人－希伯来人，在摩西带领下，从埃及迁到如今的巴勒斯坦南部，定都耶路撒冷
l元前1世纪希伯来王国被纳入罗马版图。
耶稣布道激怒了犹太教长老，罗马人将耶稣钉死在十字架，时年公元30年。
l公元最初的两个世纪，教会受到罗马人的压制
l公元325年，君士坦丁大帝亲自主持基督教世界第一次全体主教会议
l公元380年，狄奥多修将基督教定为国教
柏拉图学园被封闭
l东罗马皇帝查士丁尼（527－565）一度统一东西罗马，但他因着宗教原因（基督教已是东罗马国教），于529年下令封闭了雅典的所有学校
l雅典学者如著名的亚里士多德注释者辛普里丘，东迁拜占廷帝国
l普罗克罗（410－485），最后一位希腊化学者，新柏拉图主义者
亚历山大图书馆被烧
l亚历山大图书馆，当时世界上藏书最多
l第1次劫难：
前47年，凯撒烧毁了亚历山大港的舰队，大火殃及亚历山大图书馆，3个世纪来的
70万卷图书付之一炬。
但藏书甚丰的塞拉皮斯神庙幸免遇难。
l第2次劫难：
狄奥多修于392年下令拆毁塞拉皮斯希腊神庙，30多万件希腊文手稿被毁。
基督教徒还残忍杀害了最后一位女科学家希帕提娅。
l第3次劫难：
640年，回教徒攻占了亚历山大里亚，奥马尔下令收缴全城希腊书籍予以焚毁。
公共浴室有半年以羊皮纸做燃料烧水。
五百年黑暗年代
l西罗马帝国灭亡，北方蛮族入侵，阿拉伯人征服巴勒斯坦，斯拉夫人占领巴尔干半岛
l基督教教会维持着文化的火种，拜占廷分出了东正教，以罗马为核心分出了天主教
l本尼狄克创立修道院制度，成为知识的庇护所，后来成为大学的模型
l波依修斯（480－524）生于罗马，著有《哲学的安慰》在中世纪广为流传。
学问四科：
算术、几何、音乐和天文，成为中世纪的标准教科书。
阿拉伯人登上历史舞台
l622年，穆罕默德（570－632）走麦城，创立伊斯兰（皈顺）教
l630年回到麦加，统一阿拉伯半岛
l642年，以圣战的名义，控制了整个西亚地区，此后半个世纪，控制了地中海地岸（北非）和西班
牙
l8世纪，东扩，征服了中亚，威胁中国
l第一个王朝倭马亚朝（661－750），定都大马士革，古称“白衣大食”
l第二个王朝阿拔斯朝，定都巴格达，史称“黑衣大食”
阿拉伯科学概论
l继承和发展了希腊学术，波斯和拜占廷
l鼓励贸易和商业，有自由流动的空气
l政府支持发展科学文化事业
l《一千零一夜》
l巴格达创立的“智慧馆”，与亚历山大里亚的缪塞昂相似，设有2个天文台、1个翻译馆、1个图书
馆
l《几何原本》于800译成阿拉伯文
l《至大论》于827年译成阿拉伯文
阿拉伯炼金术－化学
l炼金术（alchemy）从希腊到东方
l阿拉伯Alkimiya的来源有两种看法：
一来自埃及的khem（黑变），二来自中国福建的“金液”
（kimya）
l贾比尔（721－815），伊拉克人，提出了金属的两大组分理论：
硫（易燃）和汞（可塑可熔），引入了定量分析的方法。
l阿尔拉兹（850－925），提出三组分理论：
汞、硫、盐
l碱（alkali）、酒精（alcohol）、糖（sugar）
阿拉伯数学·花拉子模
l伊本·穆萨（790－850），生于波斯北部的花拉子模，故而得名。
l整理印度数学，引入零、分数表达式、负数、无理数
l《复原和化简的科学》对近代西方数学影响极大，其中引入了阿拉伯数字；复原（al-jabr）译成拉丁文成了algebra，即今天的代数。
全书分三部分，第一部分是一次和二次方程的解法，第二部分是实用
测量计算，第三部分是用代数方法处理阿拉伯人的遗产问题（如3兄弟分9羊）
l研究托勒密体系，著有《地球形状》，把地球的大小估计过大
阿拉伯天文学·阿尔巴塔尼
l阿尔巴塔尼（858－
升级会员 