吴国盛《科学的历程》第四版 内容梳理

吴国盛《科学的历程》第四版 内容梳理

《科学的历程》的一部普及性的世界科学通史。自1995年首版以来，受到广泛好评。此后不断再版，内容也不断完善精进，影响很大。诚如第三版序韩启德院士所说，这本书成功的一个重要原因是“作者充分认识到科学的人文价值，并且通过历史叙事的方式，阐明科学的社会角色和人文意义，从而沟通文理，在科学和人文之间架设桥梁。”我看的是第四版。这一版据吴国盛先生自序，最大的变化是在图片方面。近十年来，作者或借着学术会议之机或者专门自费旅游，访问了不少科学家故居和墓地、科学博物馆，以及其他各种科学胜地、遗迹，拍摄了不少照片。这一版作者大量采用了自己亲自拍摄的照片，现场感非常强。

本书写作的目的：

作者在绪论第一章科学史的意义里，引用了培根的一段关于知识的名言：“阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作与笔记使人精确……读史使人明智，诗歌使人巧慧，数学使人精细，博物使人深沉，伦理之学使人庄重，逻辑与修辞使人善辩。”读史使人明智，在科学已经无孔不入地渗透了人类生活各个层面的今天，我们不再对身边的科学表现出惊奇，更甚至我们已经对科学无动于衷。因此，在此时回顾科学的历史，是为了使科学时代的我们变得深思熟虑、深谋远虑。因为了解科学史，有助于理科教学；了解科学史，有助于理解科学的批判性和统一性；了解科学史，有助于理解科学的社会角色和人文意义。

本书写法上的特点：

在绪论第二章科学史的方法里，作者首先举出三种关于科学的界说：科学是系统化了的自然知识——理论科学史；科学是生产力——科学技术史；科学是一种社会活动——科学社会史。本书作为一本普及性的科学史通俗读物，作者希望做到三者的兼容，呈现为一部综合的科学技术与社会史。那么在写法上如何去呈现呢？首先，基于人类漫长文明史中，一直存在两个传统——哲学家传统和工匠传统，它们共同构成了科学的历史渊源。所以本书一大写作原则是：对科学史上的哲学家传统和工匠传统同样重视。其次，作者希望内容在编史方法上对内时学派和外史学派进行综合，尽量同时顾及二者（内史学派是以亚历山大·柯瓦雷为代表的的思想史编史方法。注重追溯科学概念的内在逻辑发展线索。思想史的编史方法获得成功的学科领域往往是数理科学，特别是天文学、力学和几何学，时段主要在从哥白尼到牛顿这段历史时期。外史学派是以默顿和贝尔纳为代表的社会史编史方法。重视研究科学和社会的关系。对于全面理解科学史而言，思想史和社会史有和平共存的必要性和可能性）。最后，本书将写成一部综合各方面的科学技术史。国际科学史界一般致力于专题史、断代史、国别史与科学家传记。通史往往吃力不讨好。弊病显而易见：面面俱到，面面无重点。这本书在95年的横空问世，可以说是填补了中国当时科学通史的空白。

目录、篇章结构及各卷知识线索梳理：

1.目录

四版序（不断重印，影响巨大，完善精进）

绪论

三章（科学史的意义；科学史的方法；五千年的历程）

第一卷东方 古老文明的源头

一二章（从自然史到文明史；东方的四大古老文明）

第二卷希腊 科学精神的起源

三~六章（希腊奇迹与科学精神的起源；希腊古典时代的科学；希腊化时期的科学；罗马帝国时期的科学）

第三卷中世纪 西方不亮东方亮

七~十二章（古典文化的衰落与欧洲黑暗时代；阿拉伯人的科学与技术；中国独立发展的科技文明；中国对世界科学的贡献；西学东渐与近代中国科学技术的落后；中世纪后期欧洲学术的复兴）

第四卷16、17世纪 近代科学的诞生

十三~十九章（文艺复兴、宗教改革与地理大发现；哥白尼革命；新物理学的诞生；从炼金术到化学；近代生命科学的肇始；机械自然观与科学方法论的确立；科学活动的组织化与科研机构的建立）

第五卷18世纪 技术革命与理性启蒙

二十~二十五章（技术发明与英国产业革命；法国启蒙运动与科学精神的传播；力学的分析化与热学、电学的早期发展；18世纪的天文学；化学革命；进化思想的起源）

第六卷19世纪 古典科学的全面发展

二十六~三十二章（19世纪的电磁学；19世纪的光学；热力学与能量定律的建立；物理和化学中的原子论的兴起；19世纪的天文学；进化论的创立；19世纪的生物学与医学）

第七卷 19世纪 科学的技术化、社会化

三十三~三十五章（科学强国的兴衰；运输机械的革命；电力革命与电气时代）

第八卷20世纪 探究宇宙与生命之谜

三十六~四十章（世纪之交的物理学革命；穷宇宙之际；探粒子之微；20世纪的遗传学；现代地学革命）

第九卷 20世纪 高技术时代

四十一~四十四章（原子能时代；航空航天时代；电子技术与信息时代；生物技术时代）

第十卷 科学处在转折点上

四十五、四十六章（世界图景的重建；科学与人类未来）

著名科学家编年表

人名译名对照表

人名索引

2. 篇章结构

本书一共十卷四十六章。涵盖文明史以来各个历史时期科学发展的历程。重点放置在19世纪和20世纪，这两个世纪占了十卷中的五卷。全书一共722页，这5卷内容合计379页，都占一半以上。这也吻合是历史发展的规律和特点，早期一般较为缓慢，从认知层面循序渐进，越晚近发展速度越快，相互波及的领域越广，科学发展越往纵深进展。

3. 各卷知识线索梳理

（1）第一卷 东方 古老文明的源头

第一章从自然史到文明史

宇宙、太阳系、地球、生命和人类相继演化的历史被称为自然史。自然史的概念是在文明的历史中浮现出来的，并随着文明史的发展而变化。自然界是演化的，演化的时间顺序就是：宇宙——地球——生命——人类。

1. 宇宙的起源与演化 大爆炸宇宙学理论

2. 地球演化与生命起源 大气演化——系列化学反应，数亿年发展，15亿年前形成真核生物——生命进化——新生代第四纪距今200万年前人类祖先姗姗来迟。

3. 人类的起源与进化

古猿——能人——直立人（晚期直立人用火）——智人（晚期智人即现代人）

4. 文明史的序幕

工具的使用标志着人类创造自身的开始，也是原始技术的萌芽。

旧石器时代早期（直立人阶段）开始有制造工具的痕迹，打制石器，使用火。新石器时代在的标志是由打制石器进化为磨制石器、定居生活（农业畜牧业产生）以及定居生活相伴的陶器的使用。前4000年前，埃及率先进入金石并用时期，出现了铜器。有了金属工具，人类文明进阶。人类对自然界的认识首先值得关注的是天文和历法知识。几乎所有古老文明都有令人惊叹的天文知识。

第二章 东方的四大古老文明

1埃及 尼罗河——纸草书——人类历史上最早的太阳历——医学：木乃伊——宗教：太阳神——金字塔、神庙

2. 美索不达米亚 《汉谟拉比法典》——楔形文书、泥板文书——天文学：阴历，占星术，十二星座，日月运行表——数学：解一元二次方程——冶铁树和城市建设，巴别塔

3. 印度 一个不容易直观把握的国度——人种博物馆——四等级种姓——吠陀时期——宗教文化——医学发达

4. 中国 延续了几千年文明一直不曾中断——农业民族——历法——冶炼术和丝织技术——技术型、经验型、实用型科技体系

（2）第二卷希腊 科学精神的起源

第三章 希腊奇迹与科学精神的起源

1. 希腊奇迹 开启了哲学，也开启了科学。创造了一种全新的精神文明：热爱自由，民主政体，热爱生活，天性乐观，崇尚理性和智慧，热爱真理，对求知有一种异乎寻常的热忱。这种精神是真正的现代精神。在周遭都处于黑暗蒙昧之时，希腊文明的出现就是奇迹所在。

2. 光大东方科学遗产 继承和光大了东方两河流域、尼罗河流域的科学遗产，将之发展到一个更新的高度。克里特-迈锡尼文明——荷马时期——腓尼基人与希腊文字。正如亚里士多德所说。东方人发展科学知识和技术主要是出于实用的目的和宗教的需要，只有希腊人首先试图给出理性的理解，试图超越具体个别现象，进入一般的认识。这正是希腊思想的特质，也是希腊人对人类文明的独特贡献。

3. 希腊奴隶制与城邦民主制 亚里士多德希腊学术两个重要特征：一是出自惊异，纯粹出于对智慧的热爱，为求知而求知；二是以闲暇为条件。为希腊人提供闲暇的是希腊奴隶制和城邦民主制。由于手工作业都由奴隶完成，希腊哲学家养成了轻视体力劳动的习惯。他们一般不重视亲自动手观察自然现象、亲自制造仪器工具。他们发展出了高度发达的思维技巧，提出了极富天才的自然哲学理论，但在实验科学方面严重不足，这也是希腊科学的一大特点。

4. 希腊思维方式与科学精神的起源 希腊人第一次形成了独具特色的理性自然观。希腊人首先把自然当做独立于人的东西整体地看待，其次他们把自然界看成一个有内在规律的、其规律可以为人所把握的对象，再次他们发展出了复杂精致的数学工具，以把握自然界的规律，这三方面开了科学精神之先河。希腊神话的两个突出特点：人神相异同构，首先这是两个东西，其次才是这两个东西相似，区别是根本的。导致了希腊的有机自然观念。哲学表现就是事物是由于分有了宇宙机体的灵魂和心灵才变得能动和理智，也就是说，由于分有了某种结构才变得类似；完备的诸神谱系，弘扬了秩序、规则的概念，是希腊理性精神的来源之一。希腊神话的这两大特征，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。怀海特在《科学与近代世界》中指出自然秩序的概念在希腊悲剧中亦有所体现。对数学的重视，是希腊人最为天才的表现，也是留给近代科学最宝贵的财富。希腊科学注重说明和理解自然，而不是支配和征服自然，因此，它本身未构成物质性的力量。这一点与近代科学有着根本不同。但近代科学的技术理性摆脱了价值理性的制约，使人类握有了过于强大的力量却不知如何操控，也许拯救的途径就是重新回到希腊的健全理性中去。

第四章 希腊古典时代的科学

从泰勒斯到马其顿亚历山大大帝征服全希腊为止的二百多年，是希腊科学的古典时代。可分为爱奥尼亚阶段——南意大利阶段——雅典阶段。

1.第一个自然哲学家泰勒斯 米利都学派——鼎盛年概念40岁界定古早时期人物生卒——希腊七贤之一——几何学——“万物源于水”

2.毕达哥拉斯及其学派 毕达哥拉斯定理——“数即万物”学说——第一次提出作为一个圆球的地球概念，使地球成为天体之一，近代的哥白尼革命某种意义上也只是毕达哥拉斯思想的延续。还进一步提出整个宇宙也是一个球体。地球——天球的两球宇宙论为希腊天文学奠定基础。

3.芝诺的运动悖论 爱利亚学派——芝诺的四个运动悖论：二分法、阿克琉斯、飞矢不动和运动场。涉及对时间、空间、无限和运动的看法，至今还困扰着哲学家和数学家，这些难题对数学的发展有重要积极意义。

4.原子论思想 原子论者留基伯、德谟克利特主张：世界是统一的，自然现象可以得到统一的解释，但统一不是在宏观层次进行，不是匠一些自然物归结为另一些自然物，而是将宏观的东西归结为微观的东西。这些微观的东西就是原子。物体不断分割，分割进行到最后，必然会有一个极限，这个极限就是原子。（希腊文中原子的意思就是不可再分割的东西）世界上万事万物都是由原子构成的，世界的共同基础是原子。原子论在希腊时代是思辨的产物，是哲学理论而不是科学理论。但作为一种杰出的科学思想，原子论有气重要的历史地位。近代科学重新复兴了原子论，并在实验基础上构造了物质世界的原子结构。今天的原子是一个物理学概念。物质由分子组成，分子由原子构成，原子则有原子核和核外电子组成。

5.医学之父希波克拉底 《希波克拉底文集》——体液理论——希波克拉底誓词

6.智者与希腊数学三大难题 人是万物的尺度——提出希腊数学三大难题：求圆面积，求立方体的边使其体积等于已知边长的立方体的2倍，三等分任意角——重视作图是希腊几何学的一大特色——苏格拉底“助产术”和“苏格拉底讽刺”

7.默冬周期的发展 前432奥林匹了克竞技会默冬的发现：19个太阳年与235个朔望月的日数相等，即为默冬周期，用于确定阴阳历中的置闰规则，19年7闰。

8.柏拉图学院：不懂数学者不得入内 《理想国》理念论——欧多克斯：比例论，同心球叠加方案——“拯救现象”方法是一种科学研究的纲领，将杂乱归整。

9.亚里士多德：百科全书式的学者 漫步|逍遥学派，吕克昂学院——著作丰厚，遍及诸多领域——重视感性经验——土水气火四元素构成说

10.希腊建筑 巴台农神庙

第五章 希腊化时期的科学

希腊化文化中最耀眼的明珠是亚历山大大帝在埃及建立的城市亚历山大里亚。这里产生了古代世界最杰出的科学家和科学城就。希腊化时期的科学主要就是亚历山大里亚的科学。

1. 亚历山大里亚 亚历山大港口灯塔市世界七大奇观之一——托勒密王朝建立了当时世界上最大的国立学术机构“缪塞昂”（Museum），同时它也是当时世界上最大的图书馆，这个词后来演化成了英国的“博物馆”。缪塞昂学院持续了600年之久。

2. 欧几里得的《几何原本》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系统，同时它也是一本出色教科书，毫无变动地被使用了2000多年。在西方历史上，也许只有《圣经》在抄本数和印刷数上可以与之相比。徐光启与利玛窦合作翻译了《几何原本》前6卷，是第一个中译本。欧几里得、阿波罗尼和阿基米德并称为希腊三大数学家。

3. 阿里斯塔克：日心说的先驱 继承了毕达哥拉斯的中心火理论，把太阳放在中心火的位置。认为地球和星辰一起绕太阳运转。恒星的周日运动，是地球绕轴自转的结果。

4. 古代科学巨匠阿基米德 数学贡献主要是求面积和体积——物理学贡献主要是关于平衡问题的研究（杠杆原理属于此“给我支点，我可以撬动地球”）和关于浮力问题的研究（浮力定律 尤里卡希腊语发现，阿基米德浮力定律的典故）——阿基米德螺旋提水机——希腊科学精英阿基米德死于野蛮尚武的罗马士兵剑下，这一事件所具有的象征意义不久就显现出来。

5. 埃拉托色尼测定地球大小 出任亚历山大图书馆馆长——数学上发明了确定素数的埃拉托色尼筛法——天文学上测定了黄赤交角——地理学绘制了当时世界上最完整的地图，东到锡兰，西到英伦三岛，北到里海，南到埃塞俄比亚——还编写了一部希腊科学的编年史，可惜已失传——最著名的成就是用几何学的方法测定地球大小，算出来的数值是25万希腊里，约合4万千米，与地球实际周长相差无几。

6. 希帕克斯创立球面三角 创立球面三角这个数学工具，使希腊天文学由定性的几何模型变成定量的数学描述，使天文观测有效地进入宇宙模型之中。——创立本轮—均轮体系——编制了当时最先进的星图

7. 希罗与亚历山大里亚的技术成就 亚力山大里亚的工程传统在希罗那里达到了高峰。大量奴隶额存在使人们根本想不到去开发自然的力量，这大概是古代科学重视理论不重视实际应用的一个原因。

8. 希腊天文学的集大成者托勒密 生于公元100年。他总结希腊天文学的优秀成果《天文学大成》，也是被阿拉伯人称为的《至大论》。统治西方天文学一千多年。他还写了《地理学入门》画出了更新的世界地图，显示已经知道马来半岛和中国。他计算的地球大小，比埃拉托色尼比较准确的计算结果小很多。但因为他在天文学上的权威，这个错误流传了一千多年。有意思的是，哥伦布正是因为相信这个比较小的数值，才有勇气从西班牙去寻找亚洲。要是他知道埃拉托色尼是对的，也许他就不会完成这次伟大的航行。

9. 希腊医学的集大成者盖伦 系统总结了希腊医学自希波克拉底以来的成就，创立了自成体系的医学理论。他的理论基于自己大量的解剖实践和临床经验，对人体结构和器官的功能有比较正确的描述和说明。在欧洲，一千多年来他都是医学上的绝对权威。他奠定了西方医学的基础。

10. 代数学的创始人刁番都 代表作《算术》流传到现在，书中收集了189个代数问题。从刁番都开始，代数学作为一门独立的学科出现了。

第六章 罗马帝国时期的科学

1. 罗马性格与希腊气质 作为军事奇才和政治老手的罗马人，在科学方面却是十足的低能儿。他们的面前摆着希腊古典时代和希腊化时期留下的丰富的科学遗产，但他们却几乎没有在此基础上增添新的贡献。甚至将遗产逐步丢弃。这是科学史上值得深思的现象。罗马人的性格注重实际，不喜幻想，对待理性知识没有热情。与希腊人截然不同。现代哲学家怀海特在评论阿基米德遇害一事上说的很清楚：“阿基米德死于罗马士兵之手是头等重要的世界变迁的象征：热爱抽象科学的希腊人在欧洲世界的领导地位，被务实的罗马人所取代……罗马人没有改变他们祖先的知识，他们所有的进步都限于工程方面细微的技术细节。他们没有梦想，因而到达不了新的视点，不能对自然力有一个更加根本的控制。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。”罗马人偏重实际的性格与东方民族有某些相似之处，罗马科学的衰落对当代中国来讲也是一个不容忽视的历史教训。

2. 儒略历的诞生 现行的公历直接来源于儒略历。儒略历是以朱利亚·凯撒之名命名的一种历法。凯撒征服埃及后带回埃及的阳历。此历法规定：每四年中前三年是平年，每年365天，第四年为闰年，366天。一年12个月，单数月大月31天，双数月小月30天。凯撒7月生日，要求7月也为大月31天。罗马死刑在2月，所以2月扣除一天成了29天。屋大维即位，生日在8月，也要摆谱，8月也变更为大月31天。2月再被扣除一天成了29天。逢闰年，2月加一天，29天。前325年，基督教罗马教皇规定儒略历为教历。儒略历并不十分精确，以365天为一年，比实际回归年长0.0078天。公元1582年罗马教皇格里高利十三世改革历法，日期比实际上多了10天。然后颁布新的历法，成为格里高利历。它去掉了10天，将1582年10月5日直接变成15日；逢百之年只有能被400整除的年份才算闰年。我国从民国元年开始采用格里高利历，同时也保留我们自己的农历。儒略历的诞生是罗马时代比较重要的科学史事件。

3. 卢克莱修与《物性论》 该书是古代原子论唯一流传下来的文献。古代原子论发展三阶段：希腊古典时期留基伯和德谟克利特首创，对世界做唯物论机械论解释——希腊化时期伊壁鸠鲁发展，将之运用到人生哲学，提出著名的享乐主义哲学——罗马时期卢克莱修加以发展，提出进化思想。在罗马时代，原子论思想的复活不同寻常，自带一种昂扬向上的精神风貌。

4. 威特鲁维：建筑学之鼻祖 《论建筑》，西方建筑学的鼻祖。

5. 塞尔苏斯与罗马医学的百科全书 用拉丁文介绍希腊的科学知识，得以流传下来。自成体系地影响了西方医学的发展，特别是外科学和解剖学。

6. 普林尼与《自然志》为了记录火山爆发的实况，普林尼独自一人上岸，但待得太久，火山灰和有毒气体使其窒息死亡。《自然志》是对古代自然知识百科全书式的总结。但复述前人观点不加批判。对二手材料的忠实，为后人研究提供了珍贵的依据，特别是参照的大多数著作都已失传的情况下。基本哲学观人类中心论。

7. 罗马人的技术成就 主要反应在农学、建筑工程和公共医疗方面。希腊医学是罗马人学习得最好的一门科学。重视交通运输业、通信事业的发展，建立了通行各行省的公路网。公共建筑宏大壮观，对农业科学比较重视。瓦罗最先将学问划分为九科：文法、修辞、逻辑、几何、算术、天文、音乐以及医学、建筑。最后两门没有被中世纪学者所接受，中世纪流传的是“学问七科”、“七艺”的说法。

（3）第三卷中世纪 西方不亮东方亮

第七章 古典文化的衰落与欧洲黑暗时代

基督教的兴起、西罗马帝国的灭亡、柏拉图学院被封闭和亚历山大里亚图书馆被烧毁，可以看成古典文化衰落的标志和里程碑。此后，蛮族入侵，经济大倒退、文化跌入低谷，人们的精神和思想被基督教所统治，希腊古典文化在君士坦丁堡苟且偷生、奄奄一息。

1.基督教的兴起 公元元年耶稣基督诞生——公元30年耶稣被钉在是再加上——20多年后，保罗继承了耶稣的事业——最初200多年饱受压制和迫害——325年，皇帝君士坦丁主持

基督教世界第一次全体主教会议，基督教被承认取得合法地位——380年，皇帝迪奥多修将基督教定为国教。基督教的兴起在科学史上的意义是负面的，信仰和天启取代了对事物的专研。基督教将希腊文化宣布为异端。中世纪欧洲在自然科学方面没有什么特别有意义的工作。但是基督教会在保存学术方面做出了一定的贡献。

2. 西罗马帝国灭亡 330年，君士坦丁大帝迁都拜占庭，并改名君士坦丁堡——395年，罗马分裂——476年西罗马帝国灭亡——610年，东罗马帝国皇帝赫拉克流将东罗马帝国改称拜占庭帝国，希腊化的文明得以延续，日后发展处拜占庭文化。

3. 柏拉图学院被封闭 529年，查士丁尼以宗教原因封闭雅典的所有学校包括柏拉图学院。与西方的罗马教会不同，拜占庭的教会势力并不强大。难敌世俗政权，因此拜占庭文化带有很强的古典特色。拜占庭的建筑艺术广辉夺目，是黑暗年代的罕见星光。很多希腊哲学家后来也来到拜占庭，拜占庭得以保存了大量希腊文化。

4. 亚历山大图书馆被烧毁 罗马帝国的战火、基督教徒和伊斯兰教徒一再洗劫亚历山大里亚这个希腊化城市。前47年罗马战火烧了70万卷图书——392年，基督徒焚烧塞拉皮斯神庙，30多万件希腊手稿被烧毁，而且残忍杀害了缪塞昂学院最后一位重要人物，古代世界唯一的女数学家帕提娅，在415年。——最后的毁灭是伊斯兰教完成的。640年，伊斯兰教徒攻占亚历山大里亚，全城所有希腊著作被焚毁。

5. 蛮族入侵与五百年黑暗时代 黑暗时代不确切。千年中世纪不能说完全一团漆黑。欧洲可能如此，而阿拉伯以及印度中国并不黑暗；欧洲也只有五百年黑暗时代，此后好几次学术复兴运动。基督教分裂为东正教和天主教，天主教发展修道院制度，为欧洲保存些许文化知识。

6. 波伊修斯：漫漫长夜中的微弱星光 了解希腊学术的最后一位罗马人——哲学作品《哲学的安慰》是哲学史上连接古代与近代的桥梁。

第八章 阿拉伯人的科学与技术

默罕默德创立的伊斯兰教，对统一阿拉伯民族起到了重要作用。后来又以宗教“圣战”的名义不断扩张。8世纪中叶，阿拉伯帝国已经形成。

1. 阿拔斯王朝与阿拉伯科学的兴盛 倭马亚王朝(即白衣大食)——阿拔斯王朝（即黑衣大食）阿拉伯人征服波斯后，继承了逃亡到波斯的希腊学术遗产。阿拔斯王朝的哈里发鼓励商业和贸易，支持科学事业，为科学的发展创造了良好的氛围——《一千零一夜》——智慧馆——巴格拉是当时的学术中心

2. 贾比尔：炼金术之父 炼金术（alchemy）一词就来自阿拉伯文。炼金术有两个来源：工匠来源和哲学家来源。兹拉古典哲学家柏拉图、亚里士多德为炼金术提供了理论依据。——炼金术士佐西默斯，带有浓厚的神秘主义色彩——贾比尔提出了金属的两大组分理论，改变物质比例，可以改变金属的贵贱。而且在化学实验中引入了定量分析的方法——阿尔拉兹《秘密的秘密》：汞、硫、盐三组分理论，一直流行到7世纪波义耳的《怀疑的化学家》出版为止。阿拉伯炼金术为后来的化学奠定了基础。

3. 花拉子模与阿拉伯数学 花拉子模是阿拉伯数学的开创者。花拉子模闻名于历史的工作是写了一部论印度数字的书和一部《复原和化简的科学》。将印度的算术和代数介绍给了西方，使之成了全人类的共同文化财富。他还写了一部《地球形状》，而且绘制了一幅世界地图。与托勒密相反，他把地球估计得过大。阿拉伯人虽然成功地引进了印度的数学系统，并且在代数上有所建树，但数学运算主要还是文字表述，缺乏代数符号。这一点和他们重实际应用、轻逻辑推理和演绎证明有关，这可能也是东方数学的共同特点。

4. 阿尔巴塔尼与阿拉伯天文学 主要成就是在新的观察基础上对托勒密体系的完善。托勒密体系通过阿拉伯人延续到了近代早期。

5. 阿尔哈曾与阿拉伯物理学 主要成就《光学书》，研究了透镜的成像原理。其著作在文艺复兴时期被翻译成拉丁文。开普勒直接继承了阿尔哈曾在光学方面的研究工作。

6. 阿维森纳与阿拉伯医学 《医典》内容丰富，是阿拉伯医学的一部百科全书。流传广泛，对欧洲医学影响很大，对西方人而言，是系统转述亚里士多德学说的一部重要著作。此书在17世纪以前一直是医科大学的教科书和主要参考书。

7. 阿维罗意与亚里士多德的复活 750年，倭马亚王族后裔在西班牙建立了后倭马亚王朝，首都科尔多瓦成为欧洲的学术中心。1126年，出生于科尔多瓦的阿维罗意，既代表着阿拉伯哲学的高峰，也是终点。他首次对亚里士多德哲学做了系统、全面又客观的评介，而且他力图用希腊哲学大事亚里士多德的逻辑学为伊斯兰教提供哲学辩护，开伊斯兰教经院哲学之先河，为基督教的经院哲学提供了示范。但他的同胞不理解他。伊斯兰教的保守人士以哈里发的名义发布诏书说“真主决定让那些只希望通过理性找到真理的人下火狱”。堵死了伊斯兰教经院哲学的发展道路。他被放逐到摩洛哥，然后在当地去世。12世纪后，阿拉伯文化开始黯然失色。

第九章 中国独立发展的科技文明

由于地理上相对隔绝、政治上相对独立稳定，古代中国人所创造的科学技术具有独特的风格和体系。构成这一独特科技体系的有农医天算四大学科和陶瓷、丝织和建筑三大技术。这四大学科和三大技术至今仍保有魅力。四大发明是古代中国人对近世文明的卓越贡献。

1. 农学 西汉《汜胜之书》是目前留传下来最早的农书，但也只余《齐名要术》中选辑的残篇，原书已失传。主要总结了我国北方地区主要是关中地区的耕作经验，提出了农业生产六环节理论。该书还对十几种农作物的种植过程做了经验性总结。北魏《齐民要术》是现存完整保存下来的最古老的农书。此书真实地反映了我国黄河中下游地区当时的农业生产水平。奠定了我国农学发展的基础。南宋《陈旉农书》是我国最早专门总结江南水田耕作的一部小型综合性农书。元代王祯的《农书》是一部综合了黄河流域旱田耕作和江南水田耕作两方面生产经验的大型农书。此书由三部分组成，其中第三部分《农器图谱》介绍了农业生产工具和农业机械的构造和制造方法，占据了大篇幅，最高贵，真实地再现当时的农具实物形象，连有些已失传的古代机械也经反复试制恢复原形，具有极高的科学史价值。明末徐光启的《农政全书》是集我国古代农业科学之大成的一部巨著。

2. 中医药学 《黄帝内经》——中医三大祖师：华佗（麻沸散、五禽戏、《青囊经》失传）、张仲景（《伤寒杂病论》）、扁鹊——孙思邈《千金方》——李时珍《本草纲目》

3. 天文学 传统历法阴阳合历、二十四节气——天文历法发达，服务农业&天人感应服务皇权——《甘石星表》——马王堆汉墓帛书《五星占》——张衡：漏水转浑天仪和候风地动仪，盖天说宇宙理论——祖冲之：圆周率&《大明历》——僧一行《大衍历》——郭守敬《授时历》

4. 数学 汉代《周髀算经》是现存我国最古老的数学著作——汉代《九章算术》标志着我国古代数学体系的形成。注重实际计算问题，不考虑抽象的理论性和逻辑的系统性。采用十进位制算筹算法，优越性。——宋元达到繁荣顶点，秦九韶、李冶杨辉和朱世杰被誉为宋元数学四大家，代表了当时中国也是世界最先进的数学水平。秦九韶《数学九章》“大衍求一术”和“正负开方术”是非凡的数学创造。李冶《测圆海镜》&《益古演段》提出“天元术”，天元术的出现标志着我国传统数学中符号代数学的诞生。杨辉算学著作5中21卷，发明“垛积术”，首创“纵横图”研究。朱世杰《算学启蒙》是一部比较完善的数学教科书。《四元玉鉴》在当时世界上首屈一指。

5. 陶瓷技术 陶器（唐三彩）——瓷器：青瓷-白瓷-南青北白-宋代开始出现彩瓷，釉下彩青花瓷始于宋代。斗彩、五彩、粉彩属于釉上彩。——丝绸之路外传

6. 丝织技术 从北向南发展——丝绸之路外传

7. 华夏建筑 万里长城、赵州桥和各时代宗教建筑和皇宫是华夏建筑的精品杰作。现存木塔山西应县佛宫寺释迦塔是世界上现存最高的古代木结构高层建筑。宋代李诫《营造法式》，表明宋代建筑技术开始标准化。明故宫是传统木结构建筑技术的最高体现。

第十章 中国对世界科学的贡献

1. 纸的发明与西传 蔡侯纸——明代宋应星《天工开物》详细记载了造纸的一般工序和相关技术——751年恒罗斯之战大唐与阿拉伯帝国，高仙芝战败。

2. 印刷术 雕版印刷术《金刚经》，现藏于伦敦不列颠图书馆。——北宋毕昇活字印刷术——元代王祯木活字《农书》专门有一节“造活字印书法”，是世界上最早阐述活字印刷术工艺的著作——铅活字15.16世纪在我国出现。——雕版印刷术12世纪传到埃及，活字印刷术通过维吾尔人传入高加索，再传到小亚细亚和埃及以及欧洲。保存到今天的世界上最早的木活字是维吾尔文的。1450年，德国古登堡仿照中国活字印刷术制成了用铅锑锡合金为材料的欧洲拼音文字的活字。

3. 火药与炼丹术 中国的炼丹术与西方的炼金术一样，都来源于原始巫术，带有很浓重的神秘色彩，但目标不同。炼金术追求黄金。炼丹术追求长生不老之丹。这对中国帝王有很强烈的诱惑力，得到历代皇帝的支持。孙思邈《丹经》第一次记载了配置火药的基本方法，虽然反应不够剧烈，但已经十分接近黑色火药的配方。中国的硝石、硫黄和火药配置技术大约8世纪传到阿拉伯和波斯，阿拉伯人称硝为“中国雪”，而波斯人则称其为“中国盐”。在双方交战中，阿拉伯人掌握了火药武器的制造和使用。14世纪初，阿拉伯人将火药技术传入欧洲。

4. 指南针和航海技术 司南——1044《武经总要》指南鱼——沈括《梦溪笔谈》最早对指南针的制造技术进行系统阐述——1119《萍洲可谈》记录了中国海船上使用指南针的情况——指南针的发明使中国的航海事业在中世纪达到了世界最高水平，郑和七下西洋。

第十一章 西学东渐与近代中国科学技术的落后

清代原有的传统科学技术得不到飞快的发展，对西方新兴的科学又予以抗拒，结果是中国科技大大落后于世界水平。

1. 明末四大科技名著与传统科学技术体系的终结 李时珍《本草纲目》、徐光启《农政全书》、徐霞客《徐霞客游记》）（一部极有价值的地理学著作，特别是对西南各省面貌的考察，有许多开创性贡献。李约瑟说“他的游记读来并不像17世纪的学者所写的东西，倒像是一位20世纪的野外勘测家所写的考察记录。”）和宋应星《天工开物》（中国农书很多，但手工业的书很少。自春秋时期的《考工记》以来几乎没有这方面的书籍出现，这是此书的特殊价值所在）。《本草纲目》、《农政全书》和《天工开物》都是百科全书式的著作，是对我欧国传统科技知识的集大成，但也预示了传统科技体系的终结。专制集权严重束缚理论科学的发展，连宋元时期已经取得的杰出成就都未能继承下来。伴随着资萌的出现和一再遭到扼杀，不可能出现技术上的重大突破和全面飞速发展。

2. 满清社会对中国科学发展的影响 清兵入关，东南经济破坏，摧残了资萌。清朝用了一百多年时间才赶上明中叶手工业生产水平。文字狱，知识分子埋头故纸堆，做死学问。东南沿海反清力量强大，海禁和闭关锁国严重阻碍西方科学知识在中国的传播，日益陷入越来越落后的境地。中西差距越拉越大。

3. 传教士与西学东渐 明万历年间传教士大批来华，带来了西方的天文、数学、地学、物理学和机械学知识。数学：利玛窦《几何原本》、《同文算指》——天文：利玛窦《混盖通宪图说》等，介绍西方当时的天文学理论日月食原理、七大行星与地球体积等，协助徐光启编订《崇祯历书》——地学：利玛窦给中古带来了第一张世界地图。诸版本中以《堪舆万国全图》最为著名。——物理学：汤若望望远镜和西方的火器制造技术介绍给中国朝廷。顺治和康熙两朝对传教士比较信任，西学大量传入。《皇舆全图》是当时世界上最精确的地图。传教士将其带回欧洲，欧洲人对亚洲有了新认识。《数理精蕴》介绍西方数学知识的百科全书。雍正对传教士不满，西学传入受阻。1773年，罗马教皇解散了耶稣会，西学东渐中止。有限传播。“宁可使中夏无好历法，不可使中夏有西洋人”

4. 近代中国科学技术的落后及其原因 人们一般把“为什么中国近代科学技术落后”等同于“为什么中国没能产生近代欧洲所产生的那种科学”。这个等同并不恰当。因为这是两个完全不同的问题。首先“中国没有产生近代科学”并不意味着中国近代科学技术必然落后。其次，“为什么历史是这样（出现发现变慢现象）”与“为什么历史不是这样（未出现近代科学）”是完全不同的两类问题。前者可以从历史上找到积极的解答，而后者只能找到消极的解答。对后者的一般回答只能是，中国之所以没有产生近代科学，因为中国不具备欧洲产生近代科学的所有决定性条件。尽管我们可以列举一些条件，如中国缺乏足够强大的资本主义势力，中国缺乏希腊式的数理自然观，知识界流行的是有机自然观，中国的理论科学（自然科学）与应用技术（技术）缺乏密切的练习，士大夫阶层与工匠阶层有一道很难跨越的鸿沟等，但这些条件是列举不完的。更关键的问题是，中国和西方有着完全不一祥的文化基因，有着完全不一样的历史条件，因此，问中国为什么没有产生近代科学，就相当于问苹果树上为什么结不出桃子。我们也许可以说，这是一个假问题。但是，第一个问题是一个有意义的历史问题，对它的回答是：由于中国科学的发展速度变慢，西方发展变快，所以中国落后了。为什么中国科学在近代发展变慢了呢？正是其依附于大一统的社会结构的实用性本质使然。

第十二章 中世纪后期欧洲学术的复兴

从11世纪开始，欧洲从漫漫长夜中苏醒。13世纪出现了大学这种近代的教育体制。十字军东征和阿拉伯人带回了中国的四大发明和希腊学术。通过翻译和消化希腊古典文献，欧洲学术得以复苏，出现了托马斯·阿奎那和罗吉尔·培根，中世纪后期，城市大量崛，为资本主义发展准备了条件。

1. 十字军东征与欧洲学术的复兴 以夺回圣城耶路撒冷为目的的十字军东征延续了200多年，促进了文明之间的交流和融合。12世纪欧洲掀起了翻译阿拉伯文献的热潮。希腊原始文献通过翻译回流为欧洲人所熟悉。大翻译的中心是西班牙和意大利。大翻译运动导致了欧洲学术的第一次复兴。西班牙杰拉德翻译《至大论》。1270年，亚里士多德的著作全部被译成拉丁文，亚里士多德学说在基督教统治地位的确立指日可待。

2. 大学的出现 11世纪以前，欧洲的教育机构主要是教会学校，主要职能是为教会选送神父和教师。随着城市的兴起，出现了一些世俗城市学校，但规模和课程设置都有局限性。世界上第一所大学是1088年创立的博洛尼亚大学。起初是一个以讲授罗马法为著名的讲学中心，后来由学生和教师组成一个大学（行会），获得了政府颁发的特许状和某些世俗的特权。这些大学自主管理，课程自行设置，与教会学校比起来，代表着更加自由和开放的近代精神。大学成了欧洲学术活动的中心场所。

3. 托马斯·阿奎那：经院哲学的巅峰 大翻译运动最重要的学术成果是产生了亚里士多德化得经院哲学。（之前是教父哲学，由圣奥古斯丁创。将柏拉图主义哲学与基督教教义结合，主张灵魂是实体，有独立的存在）经院哲学是用推理的方式对基督教教义给出分析和解释，解释不同引发争论，最著名的争论是唯名论和唯实论之争，学理上讲，实际上是柏拉图主义与亚里士多德主义之争的继续。——大阿尔伯特——学生托马斯·阿奎那《神学大全》建立了一个将亚里士多德的思想与天主教神学相协调的思想体系。在神学研究中注入理性，将希腊精神的火种传入近代。

4. 罗吉尔·培根：近代实验科学的先驱 导师格罗塞特——学生罗吉尔·培根《大著作》《小著作》和《第三著作》，提出数学教育的重要性，延续了格罗塞特的光学研究，主张地球是圆的，提出环球航行的设想。哥伦布曾受到这一思想的影响。欧洲历史上对火药的第一次记载就出现在1247年他写的一封信里。不受重视，贫穷死去。1773年《大著作》才出版。

5. 城市与教堂建筑 10世纪以来，欧洲各地城市大量兴起，成为了瓦解封建制度的坚强堡垒。中世纪在技术方面比较突出的是教堂建筑。12世纪以来多哥特式建筑：高大的尖形拱门、高耸的尖塔和高大的窗户。巴黎圣母院、克隆大教堂、米兰大教堂等。

（4）第四卷 16、17世纪 近代科学的诞生

第十三章 文艺复兴、宗教改革与地理大发展

近代科学诞生的背景恩格斯《自然辩证法》导言

1. 意大利文艺复兴 早期文学美术：但丁《神曲》、彼特拉克十四行抒情诗&搜集古代抄本，掀起研究古典学术的热潮、乔托&玛萨乔&阿尔伯&吉波尔提&多那台罗。——16世纪意大利全盛艺术：艺坛三杰&波提切利——传播欧洲。西班牙塞万提斯&英国莎士比亚

2. 莱奥纳多·达·芬奇 许多新兴领域的开路先锋，私生子，没有受过正式教育，成就斐然。设计升降机、降落伞坦克、潜水艇等，绘制眼睛模型，天文学星球运行规律，生理解剖30具尸体。重要意义：倡导了一种亲自动手实验的科学态度和作风，他的一段话充分体现了近代科学精神“自然界的不可思议的翻译者是经验，经验绝不会骗人，只是人们的解释往往欺骗自己。我们在种种场合和种种情况下谈论经验，由此才能引出一般的规律。自然界始于原因，终于经验，我们必须反其道而行之。即人必须从实验开始，以实验探究其原因。”（汤浅光朝：《科学文化史年表》，科学普及出版社，1984年，38页。）他所崇尚的实验精神无疑有助于近代自然科学的成熟和发展。

3. 宗教改革与人的解放 马丁·路德《九十五条论纲》“因信称义”

4. 罗盘、枪炮、印刷术和钟表的出现 罗盘使航海事业如虎添翼，促进全球一体化，枪炮既摧毁了封建古城堡的封建割据，也打开了世界每一个角落的大门，印刷术使知识不再为少数人所垄断，而真正成为全人类的的财富，钟表则使人类的生活进入了一个快节奏、人工化的时代。火器的出现促进了人们对弹道学的研究，而这方面的研究是近代力学的基础性工作。此外，火器的大规模使用开辟了近代技术的标准化、规范化之先河。因为枪弹要求高度的互换性，这就导致了对枪支零件标准化的关注和研究。古登堡的金属活字印刷术是近代印刷术的开山祖师。阅读《圣经》更容易，推动了文艺复兴和宗教改革的开展。机械时钟是修道院制度的产物，也是中世纪手工制作技术高度发达的见证。中世纪后期出现了摆轮钟，以重锤的重力作为动力。13世纪所有的大教堂尖顶上都安装这种摆轮钟。现存最早的教堂摆钟是多佛摆钟，安装于1348年。时钟的改进历史是与整个近代人类文明史同步的。近代伽利略发现了单摆的等时性，惠更斯则运用单摆的等时性原理制造了第一个摆钟。单摆的摆动不受驱动力的影响，摆钟精度大大提高。17世纪中叶，时钟的最小误差由每天15分钟减少到10秒钟。17世纪以后，机械钟表工艺的进步被航海事业的大发展极大地推动。航行需要知晓经纬度，否则有触礁的危险。维度可以通过太阳的视位置，经读取决于当地时间，经度问题马上归结为可携带的准确的时钟问题。物理学家胡克意识到可以用发条做动力储存装置，但他只说不练。第一个制造出靠发条驱动的钟表的是荷兰物理学家惠更斯，每天精度差5分钟。1761年，英国人约翰·哈里森航海时计，9星期航行误差5秒。（吴国盛《时间的观念》）

5. 地理大发现：哥伦布、达·伽马、麦哲伦 《马可波罗游记》——葡萄牙：迪亚士“好望角”，达伽马到达——西班牙：哥伦布发现美洲，印第安人，后被改名的西印度群岛，至死都认为自己到达的是亚洲大陆。亚美利哥是哥伦布的追随者，他意识到这是新大陆。这一新观点被一位法国地理学家读到，便在他绘制的地图上将新大陆命名为“亚美利加”，美洲的名字就这样叫起来了。正是“新大陆”的观念导致了古代世界图景的革命性突破，以“亚美利加”命名新大陆是一种历史的公正。麦哲伦全球航行，将大南海改称“太平洋”，260多名水手只有18人生还。环球航行证明了大地球形理论的正确，纠正了托勒密估算的地球周长值，向世人展现了地球真实的地理构造、庆功会时间差别，差了一天，后来明白是因为向西航行地球一周造成。后来设立太平洋上国际日期变更线，以消除因环航地球造成的日期不一致。地理大发现所引起的观念革命与它所带来的的经济后果一样巨大。它大大突破了亚里士多德和托勒密的知识范围，使欧洲的知识阶层从对古典作家的绝对权威的迷信中解放出来，为近代科学革命提供了良好的心理氛围和精神动力。

第十四章 哥白尼革命

近代科学首先是一场观念革命，是发生在既有的古典数理科学中的一场基本概念框架的变革。哥白尼革命是整个近代科学革命的第一阶段。

1. 中世纪的宇宙结构 基督教兴盛之初直至黑暗时代终结，希腊精致的宇宙理论被当做异端，代之以犹太人原始粗陋的宇宙图景：宇宙是一个封闭的大盒子或者大帐篷，天是盖，地是底，圣地耶路撒冷位于盒底的中央，日月星辰悬挂在盖上，这就是所谓的宇宙帐篷说，连大地球形的概念都没有。随着欧洲第一次学术复兴，亚里士多德和托勒密所代表的希腊宇宙论开始深入人心，特别是经院哲学引入亚里士多德理论后，地球中心理论获得了正统的地位。同时赋予宗教意义：人类及地球置于上帝的怀抱中，被圣恩笼罩。上帝位于宇宙的最外层，整个宇宙都以地球为中心。托勒密的宇宙体系还被附会人间的等级结构，越往高处越高贵。但丁《神曲》有描述。事实上是等级宇宙。这是不吻合二者学理的引用和解说。

2. 哥白尼革命 博洛尼亚大学诺瓦拉对其影响很大，学到了天文观测技术和希腊的天文学理论，给予了他批判托勒密理论的勇气。哥白尼的时代，航海事业大发展，对精确天恩历表需求迫切。哥白尼是在这个紧要关头提出了自己的革命性理论。提出以日心说代替地心说的伟大构想《天球运行论》（托勒密宇宙体系的四个假定：天是球形的转动；地也是球形的；地位于天的中央；地球静止，不参与运动）：地球自转公转；太阳是宇宙的中心而不是地球。哥白尼构造的宇宙图景是：最外层是恒星天，它是静止不动的，构成了行星运动的参考背景；最远的行星是土星，周期30年，之后依旧是木星、火星、地球（1年）、金星、水星。月亮是地球的卫星，它既随地球绕太阳转动，每月又绕地球转一周。哥白尼革命带来了一系列观念变革：地球成为不断运动的行星之一，大批了亚里士多德物理学天地有别的界限；破除了亚里士多德绝对运动概念，引入了运动相对性观念；宇宙中心的改变，暗示了宇宙可能没有中心，无中心的宇宙与希腊古典等级宇宙是完全对立；地球运动起来，恒星层反而可能静止不动，宇宙可能是无限的，宇宙有限的理论就不再成立。英国哲学家迪吉斯1576发表了《天球运行的完整描述》含糊地说出了宇宙的无限性。

3. 布鲁诺 哥白尼体系直到牛顿发现万有引力定律之后，才逐步被科学界所公认。这期间日心说经历了不少曲折。布鲁诺殉难是最惊心动魄的事件。布鲁诺并不是天文学家，但他通过哲学思辨得出宇宙无限性观念，在思想史上意义重大。整个近代的宇宙论革命，就是从封闭的世界走向无限的宇宙。哥白尼仍是有限体系，布鲁诺超越于时代太多了。1600年2月17日，布鲁诺因坚持自己的观点，走向火刑架献出了生命。1610年，罗马教会才将哥白尼学说视为异端，《天球运行论》直到1616年才被列为禁书。“布鲁诺之死，使他成为一个殉难者，但这绝不像长期以来人们所认为的那样，他是近代科学的殉难者，相反他是他的宗教信念和哲学思想的殉难者”。（克里斯特勒：《意大利文艺复兴时期八个哲学家》，上海译文出版社，1987年版，159-160页）

4. 第谷·布拉赫：天才的观测家 第谷本人虽然反对哥白尼体系，他的天文观测工作却为哥白尼日心学说的发展开辟了道路。《论新星》第谷系统及精确的观测材料为历法改革奠定了基础。格里高利历与当时最先进的星表。他发现了开普勒并将其收为助手，并将自己毕生的观测所得材料全部交给了开普勒。1601年10月24日第谷因病去世。临终前，他说“我多希望我这一生没有虚度啊！”开普勒后续的伟大工作是第谷的一生确实没有虚度。

5. 开普勒：天空立法者 开普勒彻底抛弃了希腊以及哥白尼体系坚持的正圆运动的概念，确立了太阳系的概念。开普勒毕生都是一个狂热的毕达哥拉斯主义者，对数学的热爱、对自然界数的和谐的神秘感受，始终支配着他对天空奥秘的探索活动。《哥白尼天文学概论》开普勒三大定律：火星画出了一个以太阳为焦点的椭圆；由太阳到火星的矢径在相等的时间内画出相等的面积；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。三大定律将所有行星的运动和太阳紧密地联系在一起，从此太阳系的概念被牢牢确立。

第十五章 新物理学的诞生

哥白尼地动学说和开普勒三大定律遇到的一些解释困难要到有别于亚里士多德物理学的新物理学，在伽利略和牛顿手中得以解决。

1. 伽利略：近代物理学之父 他创造并示范了新的科学实验传统、以追求事物之量的数学关系为目标的研究纲领，以及将实验与数学相结合的科学方法。《关于托勒密和哥白尼两个世界体系的对话》《两门新科学》教会终身监禁他，监视他住在佛罗伦萨城外的一栋别墅里。1642年1月8日去世，次年牛顿出生。伽利略制造望远镜，写作《星际信使》：木星有四颗卫星，他们绕木星而不是地球转动；银河是由大量恒星组成的。在知识界反响巨大。“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。1623年《试金者》中发表了近代自然数学化运动的宣言，阐述了近代机械自然观的基本立场：“哲学被写在那不永远在我们眼前打开的大书上，我指的是宇宙；但只有学会它的书写语言并熟悉了它的书写字符以后，我们才能读它。它是用数学语言写成的，字母是三角形、圆以及其他几何图形，没有这些工具，人类连一个词也无法理解”。（柯林伍德《自然的观念》，吴国盛译，北京大学出版社，2006年，124页）爱因斯坦评论说“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。”1979年，罗马教皇保罗二世提出为伽利略平反，1980年正式宣布当年教会压制伽利略的意见是错误的。

2. 斯台文的静力学研究 《数学札记》

3. 吉尔伯特的磁学研究 《论磁》——提出质量、力等新概念，并用希腊文琥珀（ellktron）一词创造了“电”（electricity）这个新词。生前赞同哥白尼学说，对日心说在英国的传播起到很大的作用。他是英国社会中有身份、有影响的人物。

4. 真空问题：托里拆利、帕斯卡、盖里克和波义耳 托里拆利、帕斯卡、盖里克和波义耳等人将流体力学提高到与固体力学同样高的水平。真空问题是当时流体力学研究的一个核心问题。“托里拆利实验”——马德堡半球实验——波义耳-马略特定律。真空问题的研究极大地促进了流体力学的发展，为下个世纪蒸汽机的出现、动力机械的广泛使用以及工业革命奠定了基础。

5. 胡克与弹性定理 《显微图》 ——弹性定理：弹簧总是倾向于回到自己的平衡位置，这种倾向表现为弹性力，该力的大小与弹簧李凯平衡位置的距离成正比。为便携式钟表的制造提供了依据。

6. 惠更斯：摆的研究 1656年造出了人类历史上第一座摆钟。1657年，取得摆钟的专利。1658年出版《钟表论》对摆钟结构进行说明。——《论离心力》，提出离心力公式：一个做圆周运动的物体具有飞离中心的倾向，它向中心施加的离心力与速度的平方成正比，与运动半径成反比。牛顿在14年后也独立地推出了这个公式，并以此为桥梁很快发现了万有引力定律。

7. 牛顿力学的建立 从伽利略时代以来一个世纪的物理学工作，在牛顿受里得到综合。数学上发明了微积分，天文学上发现了万有引力定律，力学上总结了力学三大运动定律，创造了完整的牛顿力学体系，光学上发明了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜。《论光与颜色》、《自然哲学的数学原理》、《光学》。

第十六章 从炼金术到化学

炼金术的实用化导致了医药化学和矿物学的发展，而实用化学知识的增长最终促成了化学作为一门理论科学的诞生。帕拉塞尔苏斯、阿格里科拉、赫尔蒙特、波义耳是从炼金术向化学转化过程中的重要人物。

1. 帕拉塞尔苏斯：医药化学的创始者 在医学上引进了矿物质作为药物。从前主要是用植物做药，用无机矿物质治病是一大创举。为了制药，他系统考量了许多金属的化学反应过程，并总结了标准反应的一般特征。这一举动启发了通过实验发现物质的化学性质，再由化学性质进行分类。

2. 阿格里科拉：近代矿物学之父 《论金属》

3. 赫尔蒙特 论证“万物源于水”哲学命题的实验“柳树实验”——提出了“气体”概念，造出新词气体（gas）——《医学精要》——开创了化学领域的定量实验精神

4. 波义耳：近代化学的诞生 1661年《怀疑的化学家》，标志着近代化学从炼金术脱胎而出。波义耳对化学的四大贡献：从波义耳开始，化学被看成一门理论科学，它不只是制造贵重金属或有用药物的经验技艺，而是自然哲学的一个分支，主要从事对物质现象的理论解释；对旧的元素概念进行清除；对火在化学分解中的作用做出澄清；对燃烧问题的研究。（对氧的认识标志着化学发展的水平，直到拉瓦锡时代，化学才走向成熟。）

第十七章 近代生命科学的肇始

在新兴机械论影响下的近代生理学，代表了生命科学新的发展方向。（而非博物学）

1. 维萨留斯《人体结构》 1543年，哥白尼出版《天球运行论》这一年，维萨留斯出版了《人体结构》，系统阐述了他多年来解剖学实践和研究。该书最大的特点是插图多，而且是画家提香的高足坦荡了绘制工作。引起神学家和保守医学家不满，宗教裁判所判他死刑，由于西班牙王室调解，死刑改为去耶路撒冷朝圣。1564年，死于朝圣回来的路上。

2. 血液循环的发现：赛尔维特、法布里修斯和哈维 《基督教的复兴》——《论静脉瓣膜》——1628年哈维《心血运动论》：系统总结了血液循环运动规律及其实验依据，宣告了生命科学新纪元的到来

3. 显微镜下的新世界：马尔比基、列文虎克、胡克和斯旺麦丹 马尔比基：毛细血管的发现——列文虎克：原生生物、细菌——胡克：首创细胞（cell）一词，制造了复式显微镜——斯旺麦丹：采集了约3000种昆虫标本，用显微镜一一研究他们的解剖结构，奠定了近代昆虫学的基础。

第十八章 机械自然观与科学方法论的确立

近代科学诞生的主要标志就是建立了一套有别于古代和中世纪的自然观和方法论。17世纪末，近代自然科学家和哲学家共同铸造了新的知识传统：机械自然观和实验—数学方法论。

1. 弗兰西斯·培根：知识就是力量 《学术的进展》、《新工具》、《新大西岛》中虚构了一个有组织的科学研究机构“所罗门宫”。半个世纪后，英国实验科学家仿照所罗门宫见了了一个“无形学院”。1663年，无形学院被正式承认，成为著名的皇家学会。他是科学实验的鼓动家，是未来科学时代的预言家。

2. 笛卡尔：我思故我在 近代哲学的开创者，是机械自然观的第一个系统表述者。《论世界》、《方法谈》（我思故我在）、《第一哲学沉思录》、《哲学原理》。按照他的演绎推理方法，笛卡尔描画出了他的世界图景：世界充满了物质，而物质就是连续的广延。物质处在不断的运动之中“给我广延和运动，我将造出这个世界”。他相信人体本质上是一架机器，它的机能均可以用力学加以解释。数学上发明了直角坐标系。

3. 伽利略与牛顿的科学方法 真正代表近代科学方法论精神的是伽利略和牛顿。伽利略最先倡导并实践实验加数学的方法，他所谓的实验是理性化的实验。研究程序分为三阶段：直观分解（自然数学化）、数学演绎、实验证明。全部近代物理科学都是建立在自然的数学化基础之上的。正是这一点，伽利略当之无愧近代物理学之父。牛顿的方法论集中在《自然哲学的数学原理》第三章开头“哲学中的推理法则”，四条法则可以称为“归纳-演绎”法。

4. 伽桑狄、波义耳与原子论的复兴 原子论是机械自然观的一种具体形式，在17世纪它还不是一种科学理论。科学的原子论要到19世纪才出现。

5. 自然的数学化与机械自然观的确立 自然的数学结构是近代科学先驱深信不疑的真理，它也是机械自然观最重要的组成部分。机械自然观主张：自然界并不是处处充满了相异的形式和质，而是由质上完全同一的微粒所组成。决定自然界物体千差万别的，是微粒数量以及空间排列的不同；运动不是物质属性的一般变化，而本质上是位置的改变。一切运动包括生物的生长都是机械位移和机械碰撞的结果。科学的目的不是寻求最终的目的论的解释，而是对运动做出数学的描述。机械模型可以说明包括人体在内的一切自然事物。自然应该成为人类理性透彻研究的对象。可概括为：人与自然相分离；自然界的数学设计；物质世界的还原论说明；自然界与机器的类比。机械自然观随着牛顿力学的建立而确立。

第十九章 科学活动的组织化和科研机构的建立

自发&资本主义发展经济掌握自然知识的迫切性，政府支持出资建立

1. 意大利：自然秘密研究会、林琴学院、齐曼托学院 自然秘密研究会：1560，近代历史上第一个自然科学的学术组织，被教会指为巫术团体，予以取缔。——林琴学院：切尔西公爵支持，公爵去世，学院解散——齐曼托学院：美第七家庭支持。亲王当主教后，不再提供赞助变就解散了。科学学会的兴衰是意大利科学事业兴衰的标志。意大利科学随后逐步走向衰落，英国继而为先锋。

2. 英国：哲学学会、皇家学会 培根理想“所罗门宫”——科学家自发“哲学学会”——查理二世同意“皇家学会”：皇家学会下设不少委员会，其中实用科学特别是与商业贸易有关的科学知识，最受重视。机关刊物《皇家学会哲学学报》，在欧洲大陆都有广泛的影响。画家学会虽然有皇家许可证，但基本上是一个民间组织。它的经费除妖来自会费和富商赞助，王室并不提供津贴。皇家出资建立的科研机构是格里尼治天文台。

3. 弗拉姆斯特德、哈雷与格林尼治天文台 1675年天文台正式成立。领取年俸的正式工作人员只有一个，弗拉姆斯特德，第一任皇家天文学家。之后是哈雷。哈雷与牛顿交好。“哈雷彗星”

4. 法国：巴黎科学院 1666年成立，由国王提供经费，官方色彩浓厚。

5. 皮卡尔、卡西尼与巴黎天文台 1672年建成。卡西尼的儿孙曾孙都是巴黎天文台的天文学家，一直统治着法国的天文学界。近亲繁殖的不好影响就是与法国天文学衰落有关。

6. 莱布尼茨与柏林科学院 数学成就与牛顿一样独立发明了微积分。莱布尼茨与牛顿关于微积分的争论使英国与欧洲大陆之间的数学交流中断。英国数学自牛顿以后明显落后了。发现机械能守恒定律，是他在力学领域做出的主要贡献。在莱布尼茨一手策划下，柏林科学院1700年正式成立，其出任第一任院长。学院不仅研究数学、物理，还研究德语与文学。这种自然科学与人文科学相关联的风格一直是德国学术传统的重要特征。

（5）第五卷18世纪 技术革命与理性启蒙

第二十章 技术发明与英国产业革命

机器取代人力是产业革命的关键。正是一大批新机器的发明与运动，使劳动生产率大幅度提高，使工业发展突飞猛进，形成革命形势。产业革命实际上是工业技术革命。

1. 纺织业的发展与纺织机的发明与改进 1700年颁布禁止外国棉布进口的法令。纺织分纺纱和织布两个环节。1733年飞梭——1738年滚轮式纺织机——1765珍妮纺纱机——1769-1771水力纺纱机——1779骡机——1785动力织机，由于新式的动力纺纱机和织布机的发明，纺织业迅速成为世界第一大轻工业。

2. 蒸汽动力机的发明、制造和使用：巴本、纽可门、瓦特 煤作为燃料广泛使用，但才煤业的矿业主有个普通而头疼的问题：矿井的排水问题。17世纪上半叶，大气压力和真空概念已广为人知。巴本“蒸煮器”（高压锅），然后在此基础上制成了第一台带活塞的蒸汽机（单缸活塞式蒸汽机）。——萨弗里蒸汽泵，1689年取得专利。蒸汽泵是第一台投入使用的蒸汽机，被很多矿场称为“矿工之友”。但热效率太低——1705纽可门蒸汽机：在气缸里装冷水喷射器，提高热效率。据说是胡克的主意。——瓦特：1769年造出第一台样机，并获得发明冷凝器的专利.1782年设计出双向气缸。瓦特改良蒸汽机成了效率显著、可用于一切动力机械的万能”原动机“。蒸汽机改变整个世界的时代来了。

3. 钢铁冶炼技术的革新：1735年阿布拉罕·达比焦炭炼铁法——1750年钟表匠本杰明·亨茨曼坩埚炼钢——1760年工程师约翰·史密斯水利鼓风机——1784年工程师亨利·科特搅拌法。18世纪末，英国已成为欧洲重要的钢铁出口国，率先进入钢铁时代。

4. 化工技术的发展 1736年英国医生乔舒亚·瓦尔特发明新的硫酸制造法——1746年化学家约翰·罗巴克改进瓦尔特的方法，改进后的方法被称为“室法”。从此，大规模的硫酸生产厂家出现了。——1788年法国医生勒布朗发明制碱新法，1790年获得了巴黎科学院的奖金，但后来的法国革命政府没收了他的工厂，制碱新法也未能在法国广泛推行。相反，此法最先在英国大规模使用，率先在英国形成了新的制碱工业体系。

第二十一章 法国启蒙运动与科学精神的传播

1. 启蒙运动与牛顿原理在法国的传播 伏尔泰《哲学通信》——英法天文学家对牛顿力学的接受和地球形状之争，1735年实地考察，测量结果表明牛顿是正确的。这次活动使牛顿力学很快在欧洲大陆获得承认，法国因此出现了一批卓越的分析力学家。

2. 《百科全书》狄德罗、达朗贝尔《百科全书》，一出版，就立即成了启蒙运动最伟大的成果，对法国及整个近代世界的历史进程产生巨大影响。正如狄德罗在《百科全书》条目中所写“人是我们应当由之出发并应当把一切都追溯到他的独一无二的端点。如果你取消了我自己的存在和我同胞们的幸福，那么，我以外的自然界的其余一切同我还有什么关系呢？”（沃尔夫：《十八世纪科学、技术和哲学史》，周昌忠等译，商务印书馆，1991年，17页。）

3. 大革命时期的法国科学 大革命诞生的第一个科学成果是建立度量衡制度。革命之初，科学家受到尊重。雅各宾派挡圈后，巴黎科学院被解散。1794年，拉瓦锡因包税罪被送上断头台。“共和国不需要学者”1795年蒙日综合工科学校创办，受到指示“共和国现在迫切需要的不是学者，而是技术专家和工程师”。这所学校为19世纪上半叶的法国造就了一大批优秀科学人才。拿破仑的科学政策促进了法国科学的迅速发展。

第二十二章 力学的分析化与热学、电学的早期发展

1. 运动量守恒与活力守恒原理的建立 运动量守恒定律最早是由笛卡尔提出的。惠更斯进一步研究了碰撞问题，得出了正确的动量守恒定律。莱布尼茨指出笛卡尔形式的运动量守恒定律是错误的，运动量度应该是质量与速度平方之积，而不是质量与速率之积。莱布尼茨的观点得到了大陆科学家的支持，伯努利将之运用到流体力学领域，得出了伯努利方程。丹尼尔·伯努利《流体动力学》伯努利原理。

2. 从矢量力学到分析力学：达朗贝尔、莫培督、欧拉、拉格朗日 18世纪的数学家们创立的分析力学，以先进的数学工具重新表述了牛顿力学体系。分析力学表现为三个方面：以更普遍的原理代理牛顿定律；以能量和功等标量函数代理力和动量这样的几何矢量；引入广义坐标，化欧式几何问题为纯代数问题。虚位移原理——达朗贝尔原理——最小作用原理。分析力学最终的成就是《分析力学》中提出的拉朗格日方程：拉朗格日引进了广义坐标、广义速度和广义力，将力学普遍方程改造为拉朗格日方程。这个方程相当于牛顿第二定律，但他更加普遍化、数学化，几乎适应于一切力学系统。

3. 记温学的发展：阿蒙顿、华伦海、摄尔修斯 17世纪伽利略就已经造出了第一个温度计。1665年惠更斯即已提出以化冰或沸水的温度作为计量温度的参考点。阿蒙顿提出绝对零度的概念——华伦海大仙每一种液体都有一个属于自己的沸点，沸点均随大气压的变化而变化。1714年用水银替代酒精作为测温物质。水的沸点为212度，水的冰点是32度，人体温度98.6度，这套记温体系就是所谓的华氏温标。——1742年摄尔修斯提出新的测温系统：以水银为测温物质，水的沸点为0度，冰的熔点为100度。八年以后，他的同事建议吧标度倒过来，就形成了今日广为采用的摄氏温标。

4. 量热学与热质学：布莱克 布莱克提出了“潜热”概念，认为这些未对温度变化有所贡献的热是潜在的。

5. 摩擦电研究：迪费、马森布罗克、富兰克林 迪费认为所有物体均可通过摩擦带电，发现了两类电荷的不同——马森布罗克“莱顿瓶”：玻璃瓶可以储存大量电荷——富兰克林：统一了天电和地电，破除了人们对雷电的迷信。他还发明了避雷针。提出了了正电和负电的概念。早期的电学实验相当危险，几乎所有的电学家均有遭电击的经历。

6. 流电研究：伽伐尼、伏打 伽伐尼提出动物体内部存在“动物电”（这一说法今天我们知道是错误的，但当时正是他的工作极大地促进了人们对该问题的深入研究）——伏打：用各种金属实验，得出了著名的伏打序列。1800年伏打制成了著名的伏打电堆。伏打电堆的出现，使人们第一次有可能获得稳定而持续的电流，从而为研究电现象打下来基础。同时，它也推动了电化学的发展。电流的出现标志着一个电气时代的来临，伏打电堆在科学史上具有十分重要的地位。

7. 静电的定量研究：卡文迪许和库仑 卡文迪许是氢气的发现者，他还恒明了氢气燃烧生成水。在实验物理学史上，卡文迪许最重要的工作也许使用英国地质学家密切尔发明的扭称在实验室中测定了万有引力常数G。重新发表的卡文迪许手稿表明，他已经提出了静电电容、电容率、电势等概念。这些在当时均是第一流的成就，但都没有发表。1810年，他在伦敦去世。剑桥大学卡文迪许实验室就是为了纪念他而命名的。1785年库仑定律：库仑用自己发明的扭称测定带电小球的作用力，发现电的引力或斥力与两个小球上的电荷之积成正比，二笔两小球球心之间的距离的平方成反比。

第二十三章 18世纪的天文学

1. 拉普拉斯：集天体力学之大成 《天体力学》汇集了天体力学自牛顿以来的全部成就，被誉为那个时代的《至大论》，他被称为“法国的牛顿”。最著名的成果是证明太阳系的稳定性。

2. 布拉德雷与光行差 虽然没有发现恒星周年视差，但他证明地球在运动的目的达到了。恒星周年视差要再过100年才被发现。

3. 赫舍尔的天文观测 发现天王星，还有恒星计数。

第二十四章 化学革命

1. 燃素说：斯塔尔 斯塔尔受原子论的影响，并在原子论的基础上建立了他的元素概念。他把贝歇尔的油状土叫做“燃素”。他主张：易燃物之所以易燃是因为含有较多的燃素，灰烬不能燃烧是因为其中不含有燃素。在燃烧过程中，被烧物体的燃素被空气吸走。空气只起单纯的助燃作用，主要用途是带走燃素。燃素说虽然是错的，但引导化学走向更广阔的的领域。

2. 气体研究与氧的发现：普利斯特利、舍勒 1772年普利斯特利发明了苏打水，被视为现代软饮料工业的创始人。与他分享发现氧气荣誉的还有舍勒。舍勒43岁死于尝化学物质。

3. 拉瓦锡的化学革命 对燃烧问题的研究以及对燃素说的否定是拉瓦锡化学革命的核心问题。1779年拉瓦锡建议将“最易于呼吸的空气”称为氧，意思是可产生酸的东西，他认为各种酸里面都含有这种气体。氧化的概念一单间里。燃烧现象确实是一种氧化现象。《化学命名法》使近代化学第一次有了严格、统一、科学的物质命名方法。1789年完成《化学纲要》，此书对化学的贡献相当于《自然哲学的数学原理》对物理学的贡献。他开创了近代化学的新纪元。拉瓦锡之死是历史问题。“共和国不需要学者”《化学纲要》一书全部插图是老婆玛丽绘制。拉瓦锡可能是科学家中比较少见的拥有贤内助的人。（1788拉瓦锡夫妇油画肖像，藏于美国大都会博物馆）

第二十五章 进化思想的起源

1. 生物分类学：林奈 18世纪，生物分类学在林奈的工作中达到了前所未有的高峰。《自然系统》建立了人为分类体系和双名制命名法。自然界分为动物界、植物界和矿物界。生前该书出过12版，从出版12页小书，到第12版1327页巨著。林奈本人虽然抗拒进化思想，但他的生物分类工作客观上推动了进化思想的成长。

2. 进化思想的肇始：布丰 历时50年鸿篇巨著《自然志》，自普林尼以来，人类又一次全面描述自然界的各个方面的百科全书式著作。布丰首次给出了自然界演化的图景，遭受很大的宗教压力，思想不稳定、不完善。达尔文称他是“近代第一个以科学精神对待物种起源的学者”，但是进化论不太靠得住的同盟者。

3. 地质学中的水火之争：维尔纳与赫顿 17世纪出现了近代第一位真正的地质学家斯台诺，得出化石是古生物遗迹的结论，开创了地质学研究， 还提出了地质演化的思想——伍德沃德《地球博物学试探》系统阐释了洪水泛滥对于地层变化的影响，提出了地层的沉积理论——约翰·雷不同意水成论提出火成论——维尔纳使伍德沃德的洪水冲击说更系统、精细，有岩石学基础——赫顿《地质学理论》属于已有的火成论传统，但他又强调地质变化异常缓慢，第日后渐变论的先驱。1790-1830年被称为地质学的英雄时代。早期的水成论与火成论之争演化成了灾变说与渐变说之争，地球缓慢进化的思想最终取得了胜利。地质学的进步大大推动了进化论的建立。

4. 拉马克：进化论的伟大先驱 《法兰西植物志》、《植物学辞典》、《无脊椎动物的分类系统》、《动物学哲学》系统阐发了拉马克主义的进化理论：生物的进化遵循一条由低级到高级、由简单到复杂的阶梯发展序列；生物的进化不是严格的直线发展，而是不断分叉，形成树状谱系；生物体内部固有的进化倾向和外部环境这两种力量推动着生物的进化；获得性遗传理论：生活环境的改变必引起动物生活习性的变化，而生活习性的变化必导致器官的用进废退现象。器官的这些变化被遗传给后代，于是逐渐形成了新的物种。例如：长颈鹿。拉马克是系统提出进化思想的第一人。（拉马克关于进化机制的设想今天看来是错误的：将进化看成是动物意志的产物不能解释很多进化现象；没有什么证据表明获得性确实可以遗传）

（6）第六卷 19世纪 古典科学的全面发展

第二十六章 19世纪的电磁学

1. 电流的磁效应：奥斯特、安培 奥斯特《关于磁针上电流碰撞的实验》电流所产生的的磁力与电流方向相垂直——安培：右手定则、安培定律、提出电动力学、规定了电流的方向、提出分子电流假说。

2. 欧姆定律 通过导体的电流与电势差成正比，与电阻成反比。1826年发表。

3. 法拉第的电磁感应定律 戴维的助手，发现了自感现象，发现了电磁感应现象，创造了场和力线的概念，预言了电磁波的存在，发现了磁的旋光效应。十分优秀的演说家，热情办通俗科学讲座。对科学一往情深，对金钱和地位不屑一顾。

4. 电磁理论之集大成：麦克斯韦 《电磁通论》，数学公式化。

5. 电磁波的实验发现：赫兹 实验证明了麦克斯韦理论的正确，为人类利用无线电波开辟了道路。可惜英年早逝，后来由马可尼实现了无线电波通信。

第二十七章 19世纪的光学

1. 波动说与微粒说的对立 惠更斯最早比较明确地提出了光的波动说——牛顿倾向于微粒说，部分由于惠更斯波动说的不完善性，部分由于牛顿的崇高威望，微粒说在整个18世纪占据主导地位。

2. 波动说的复兴：托马斯·杨、菲涅尔 1800年托马斯·杨发表《关于光和声的实验和问题》复兴波动说，对微粒说提出异议。1807年提出波动光学的基本原理。——菲涅尔提出光的干涉原理

3. 光速的测定：菲索、傅科 菲索1849年在实验室里用转动齿轮的方法第一次测定了光的速度，虽然不太精确。——傅科用旋转镜准确地测定光速，发现水中光的传播速度较小。支持波动说的一次判决。发明了傅科摆，直观地演示地球的自转。

4. 光谱研究：夫琅和费、基尔霍夫 1814年发现太阳光谱中有许多暗线——1859年霍尔基夫解释了太阳光谱中暗线的含义，暗线是各种物质的特征谱线。霍尔基夫开创的光谱分析方法被天文学家应用到恒星宇宙时，马上就证明了宇宙之间物质构成的统一性。1839年第一台实用照相机。

5. 光学与电磁学的统一 麦克斯韦建立电磁统一理论后，认为光就是一种波长极短的电磁波，在理论上统一了光学与电磁学。光的电磁理论建立之后，光不再被看成机械波，因而光以太的机械特征问题就不复存在了。但是在经典理论中，电磁波的传播同样需要被称为电磁以太的媒介。光的传播媒介不再是机械以太，而是电磁以太。但电磁以太又是什么？这个问题留给了19世纪和20世纪之交的物理学家们。

第二十八章 热力学和能量定律的建立

热力学第一定律和热力学第二定律是19世纪物理学最伟大的成就之一。能量守恒定律深刻地显示了物质世界的普遍联系，能量耗散定律深刻地显示了物质世界的普遍发展。这两大定律植根于古典科学，但有效性远远超过了古典科学的适用范围。

1. 热之唯动说：伦福德伯爵、戴维 伦福德和戴维的实验只是指出了热质说的困难，并没有证明热质是不存在的。此外，他们也没有提出一套新的建设性的学说来取代热质说。因此，热质说延续了相当长一段时间。光和热的类比总容易使人们相信，如果光是一种物质微粒，热肯定也是一种物质。从这个意义上讲，光的波动说的确立有助于热质说的消亡。只有等到能量守恒定律出现，才使热之唯动说真正取代热质说。

2. 热力学的建立：卡诺 第一次从理论上说明热机运行过程、建立热力学原理的是法国工程师卡诺。1824年《关于火的动力的思考》：提出了他的理想热机理论，奠定了热力学的理论基础。卡诺的结论虽然都是正确的，但他借以论证的思想基础却是热质说。由于信奉热质守恒定律，卡诺相信热机工作过程中能量并没有损失，这当然会错误的。

3. 热力学第一定律（能量守恒定律）：迈尔、焦耳、赫尔姆霍兹 最早提出这一原理的是德国医生迈尔（个人经历相当悲催）——与迈尔几乎同时提出能量守恒原理的是英国物理学家焦耳：焦耳定律（导体在单位时间内放出的热量与电路的电阻成正比，与电流强度的平方成反比）给出了电能向热能转化的定量关系，为发现普遍的能量守恒和转化原理打下了基础。焦耳的划时代工作没有引起应有的注意——1847年开尔文勋爵对焦耳报告的评价和辩论，得到科学界认同——1847年赫尔姆霍兹《论力的守恒》严密阐述了能量守恒原理（在德语中“力”一词向来在“能量”的意义上被使用）。能量守恒原理揭示了自然科学各个分支之间惊人的普遍联系，是自然科学内在统一性的第一个伟大的证据。由于它主要借助热功当量的测定而确立，所以也常常被称为热力学第一定律。由能量守恒和转化定律，我们可以发现，人类所能运用的能源除核能外最终来源于太阳。“万物生长靠太阳”确实是一句至理名言。

4. 热力学第二定律（能量耗散定律）：开尔文、克劳修斯 1851年卡尔文发表《论热的动力理论》：文中第一次提出了热力学第一定律和第二定律的概念，其中第二定律是：从单一热源吸取热量使之完全变成有用的功而不产生其他影响是不可能的。与此同时提出热力学第二定律的还有德国物理学家克劳修斯。1850年《论热的动力与由此可以得出的热血理论的普遍规律》中提出了著名的克劳修斯等式：热机从高温热源吸取的热量与该热源温度之比，等于性低温热源所防热量与该热源温度之比。他还引入了另一种形式的热力学第二定律：热量不可能自动从较冷的物体转移到较热的物体，为了实现这一过程，必须消耗功。1854年给出数学表达式。1865年，他发现：一个系统的热含量与其绝对温度之比，在系统孤立（不与外界发生能量交换）之时总是会增大，在理想状态下将会保持不变，但在任何情况下都不会减少，命名为“熵”。热力学第二定律因而被称为熵增理论。热力学第二定律直接导致了所谓的“宇宙热寂说”：宇宙在热平衡中达到寂静和死亡。但现在还没有证据说热力学第二定律不能适应于整个宇宙。新的科学理论（现代宇宙整体膨胀说）正在试图消除宇宙热寂说。

热力学第二定律的历史性突破在于：突出了物理世界的演化性、方向性和不可逆性，给出了与牛顿宇宙机器图景完全不同的世界演化图景。虽然这个演化是向下的、越来越糟的演化，它与进化论所揭示的生命世界里向上的、越来越高级的演化形成对照，但共同发展了演化概念，深化了人们对宇宙的认识。发展和演化越来越成为新自然观的主题。英国作家斯诺说“不了解热力学第二定律与不懂得莎士比亚同样糟糕”。

第二十九章 物理和化学中的原子论的兴起

1. 气体定律与气体模型 17世纪波义耳定律：气体的压强与体积成反比——18世纪阿蒙顿和查理：一定质量的气体在一定压强下，体积的增加与温度的升高成正比——1800年盖·捋萨克气体化合体积定律。——1738年伯努利首次提出了气体压强的碰撞理论，并从这一理论推出了波义耳定律。

2. 分子运动论：克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼 克劳修斯将气体分子运动论提高到了定量研究的水平——1859年麦克斯韦《气体分子运动论的阐明》修正了克劳修斯关于给定气体中所有分子的速度均相等的概念，用平均动能作为温度的标志——玻尔兹曼表明：所谓热力学系统的“熵”，其实是分子排列的混乱程度。从分子运动论的角度看，热力学第二定律并不是绝对不可能违反，只是违反的可能性极小。破坏熵增理论的理想实验“麦克斯韦妖”——1889奶奶彭加勒证明：服从牛顿运动定律的任何力学体系，最终都将回到其原始状态，只要它的总能量保持不变。这一结论引发新问题：微观物理过程究竟是不是可逆过程？这个问题到现在还没有完全解决。——1827年布朗在显微镜下发现花粉颗粒有着迅速而无规则的运动，这本来可以做微分子存在的证据，但没有引起人们注意。一直到19世纪末，大多数科学家不相信分子、原子这些物质微粒的存在。争论直到20世纪初才由实验解决。

3. 道尔顿的原子论 1803年道尔顿将希腊思辨的原子论改造成了定量的化学原子论。1808年出版《化学哲学的新体系》系统阐述化学原子论。发现分压定律。他是第一个描述色盲这一生理现象的人，人们还将色盲叫做道尔顿现象。

4. 原子量的测定 1811年阿伏伽德罗提出分子概念，修正了盖·吕萨克定律，但他的修正长期没有得到化学界的重视——1860年国际化学会议坎尼查罗呼吁重视阿伏伽德罗定律，原子-分子论才算最后确立

5. 元素周期律的发现：门捷列夫 1869年门捷列夫解除了第一张元素周期表。同年，德国化学家迈耶尔也给出了他得到的元素周期表，开列的元素数目少一些，但规律性相同。门捷列夫已知的63中全部列入表中，还预留了空位。1871年，发表了修正后的第二张元素周期表。俄国人心目中的科学英雄。1906年，以一票之差未能获得诺贝尔化学奖。

6. 有机化学的诞生：维勒、李必希 德国化学家维勒最先跨越了有机物与无机物之间的天然鸿沟。1828年《轮尿素的人工合成》，从他开始有机化学作为一门实验科学开始形成了。被称为有机化学之父的是德国化学家李比希。1823年他与维勒各自分离了一种氰酸。同分异构体。相同原子的不同排列导致不同的化学性质，后来发展出了结构化学。他1824年任教的吉森大学成为德国化学的研究中心。那里在很长时期内也成了世界化学的中心。他发现喊了有机化学的定量分析法。19世纪下半叶，德国能以其化学工业雄踞欧洲列强之首，李比希功不可没。他是第一个尝试用化学肥料代替天然肥料的人。化肥的使用掀起了一场农业革命。

第三十章 19世纪的天文学

1. 恒星周年视差的发现 18世纪英国天文学家拉德雷意外发现光行差——德裔俄国天文学家特鲁维发现织女星周年视差——德国天文学家白塞尔天鹅座61号星视差——英国亨德森半人马座阿尔法星视差。恒星周年视差的发现证明了地球的运动以及哥白尼的日心地动学说，还测定了恒星与地球的距离。缩小了的图景，是人们意识到浩瀚的宇宙空间之中，太阳系是何等的微不足道。

2. 海王星的发现 运用天体力学计算造成天王星摄动的新行星“海王星” 亚当斯——勒维烈——阿拉果——加勒 他不是观测天文学家偶然发现的，而是数学家“笔尖上的发现”。英法两国就海王星的发现权打的不可开交。后来英国亚当斯公开承认了法国勒维烈的发现优先权。

3. 光谱分析与天体物理学的诞生 法国人达盖尔1839年发明照相术后，阿拉果预言它将在天文学引起巨大革命。预言应验。更多天象照片陆续出现。1842年多普勒发现多普勒效应的声学现象：当声音朝离开听者的方向运动时，其声调听起来要比静止时低一些。相反，则要高一些。

第三十一章 进化论的创立

1. 居维叶的灾变说 居维叶根据比较解剖学，提出了一套动物界的分类系统。化石的分类工作是居维叶的首创。灾变论思想记录在他1825年出版的《地球表面的革命》里。他不仅是一位杰出的比较解剖学家和古生物学家，还是一位能言善辩的天才活动价和出色的组织者。

2. 赖尔的地质渐变说 地质学家巴克兰的《洪水遗迹》是当时水成论的代表作。受巴克兰影响，赖尔是一位水成论者。后来赖尔接触到了赫顿的火成论以及拉马克的进化学说，加上进一步的实地考察，1833年《地质学原理》三卷出版，他将各种地质现象包罗在渐变论体系之下。该书一出版就产生了很大影响，赫顿思想广为传播，地质渐变的思想逐步深入人心。

3. 生物进化论的创立：达尔文、华莱士 1859年《物种起源》没有涉及人类的进化问题。1871年《人类的由来及性选择》很谨慎地描述了人类进化的图景。他的结论是“人类和其他物种同是某一种古老、低级而早已灭绝了的生物类型的同时并存的子孙这一结论，其实在任何程度上都不算新鲜。”（达尔文：《人类的由来》，潘光旦等译，商务印书馆，1983年，第3页）。死后安葬在牛顿墓旁，生前他的理论却不像牛顿的理论那样受到举世公认。

4. 达尔文主义的影响：赫胥黎、海克尔、斯宾塞 赫胥黎以“达尔文的斗犬”而著名。赫胥黎与牛津大主教威尔伯福斯在1860年学会上的激烈论战。赫胥黎最先提出人猿同祖论，确定了人类在动物界的位置。1893年出版《进化论与伦理学》被严复翻译成《天演论》。——德国进化论捍卫者海克尔：发表文章和演讲宣传，1866年出版通俗讲演集《自然创造史》，1874年又出版《人类的进化》，1899年出版了毕生思想之精华的著作《宇宙之谜》，此书提出了一元论的唯物主义哲学体系，在当时反响很大。——社会学家斯宾塞将进化论运用到社会历史领域，创立了社会达尔文主义。这种哲学显然是有害的。但正是斯宾塞的推广使进化一词家喻户晓，使进化论成为一种广泛的社会思潮，但他的社会达尔文主义是不可取的。

第三十二章 19世纪的生物学与医学

19世纪，进化论的创立是作为博物学的生物学的最高成就，而细胞学说以及微生物学是实验生物学的最伟大成就，而且它们也使实验医学成为可能。

1. 细胞学说：施莱登、施旺、微耳和 细胞学说最终是由德国植物学家施莱登和动物学家施旺完成的。1838年施莱登《植物发生论》认为细胞核是植物中普遍存在的基本构造。将细胞学说推广到动物界，从而给出最一般的细胞学说的是施旺。1839年施旺发表了《动植物结构和生长的相似性的显微研究》指出所有的细胞无论动植物，均有细胞膜、细胞质、细胞核组成。他建立了生物学中统一的细胞学说。德国生物学家微耳和在细胞学说的基础上建立了细胞病理学，为现代医学奠定了基础。“一切细胞来自细胞”

2. 实验心理学：伯纳尔 实验心理学最终在有着深厚化学基础的法国诞生，应归功于法国生理学佳马让迪。他用高超的解剖技术研究生理学，还试验了许多药物对人体的作用，开创了实验药理学这门学科。马让迪的学生伯纳尔真正奠定了实验生理学的理论基础。创作过五幕大型历史剧《布列塔尼的亚瑟》，继承了马让迪活体解剖的传统。1865年出版《实验医学研究导论》，建立了崭新的生理学思想体系。他去世时法国为他举行国葬，为科学家举行这样盛大的葬礼在法国还是头一回。福楼拜记述了这次葬礼。

3. 遗传学：孟德尔、魏斯曼 1865年孟德尔《植物杂交试验》，把近代科学的实验加数学的方法运用到遗传问题的研究之中，理性之光被引入了遗传学，人们往往称他是“植物学上的拉瓦锡”。但很可惜，一直没有被重视。直到1900年，孟德尔才被重新发现。魏斯曼创立了种质连续性理论，是有着科学预言的实证性理论。他预言，生殖细胞在发育过程中必出现一个染色体的减数分裂过程。之后被显微镜观察所证实。魏斯曼的新种质论于达尔文的自然选择论相结合成了新达尔文主义，他补足了达尔文在遗传问题上的漏洞。但却强调种质的绝对不可变性，使进化论面临新的困难：既然种质不可变，物种可以遗传的变异是如何成为可能的呢？如果没有变异，自然选择从何谈起？这个问题直到20世纪突变理论出现之后才得以解决。

4. 微生物学与现代医学的诞生：巴斯德、科赫 法国化学家和生物学家巴斯德是微生物学的伟大创立者。巴斯德发现了酒石酸的旋光性推动了立体有机化学的发展。在里尔期间，当地发达的酿酒业促使他研究酒精发酵问题。也是对发酵问题的研究使他开创了一门崭新的学科：微生物学。将酒慢慢加热到55摄氏度，酒中的乳酸杆菌就被杀死了。密封起来酒酒不会发酸。这种温热杀菌法被称为巴斯德灭菌法。著名的两个实验：曲颈实验和葡萄园实验。在英国外科医生李斯特率先将巴斯德消毒法用于外科手术。解决了养蚕业的丝蚕病后，有进一步研究高等动物的传染病。炭疽病。细菌学发展到免疫学是对人类文明的一个巨大贡献。免疫的概念是从预防天花开始的。16世纪中国人已经开始接种人痘。从轻微天花病人身上人工接染此病，从而达到预防的目的。这个方法通过阿拉伯人传到了欧洲，流行开来。1798年，英国医生詹纳发现德国牛痘的人也永不得天花，劝说英国王室率先种了牛痘，天花从此被人类制服。（伦敦医学会因詹纳拒绝参加关于希波克拉底和盖伦理论的考试而拒绝让他入会）詹纳是人类历史上第一次真正制服一种疾病的伟大医生。巴斯德总结了接种免疫原理：接种什么病菌，就可以防治该病菌所引起的疾病。炭疽病疫苗、狂犬病疫苗。1888年法国成立了巴斯德研究所。被巴斯德解救的第一个狂犬病患者迈斯特当了这个研究所的看门人。1940年纳粹德国占领巴黎时，想让迈斯特打开巴斯德的墓室，迈斯特为保守墓室的秘密而自杀。如果说詹纳第一次使人类真正征服了一种疾病，那巴斯德则引导人们真正征服了许多种疾病。他放弃了能使他获得巨大财富的巴斯德消毒法的专利权，以使之更好地位人类服务。

德国医生科赫分离出了炭疽杆菌，证明炭疽病是由炭疽杆菌引起的。并发现15摄氏度以下的干燥土壤可以防止炭疽病菌的传染与危害。科赫还发展了细菌染色方法和营养明胶培养法，还分离出了结核杆菌，霍乱杆菌。1905年的诺贝尔生理学或医学奖授予了科赫，以表彰他在肺结核研究方面的成就。

（7）第七卷 19世纪 科学的技术化、社会化

1858年，美国物理学家约瑟夫·亨利在大西洋海底电缆的竣工仪式上这样讲道：“19世纪历史的显著特点是，将抽象的理论应用于实用技术，让物质世界的内在力量为智慧所控制，成为文明人的驯服工具。”科学的技术化和社会化是这个科学世纪最突出的特征。

第三十三章 科学强国的兴衰

东西方科学各领风骚数百年。有人预言，21世纪的科学中心将会重回亚洲。

19世纪，法国、英国、俄国、德国、美国各领风骚，使这个科学的世纪大放异彩。

1. 法国 启蒙运动与法国大革命为法国科学发展开辟了道路。改组了法国科学院，成为名副其实的科学研究中心，统一了度量衡，创办了巴黎高等师范学校和巴黎综合工科学校。巴黎综合工科学校为19世纪初的法国培养了大批优秀的科学人才。18世纪时法国在分析力学方面首屈一指。拉瓦锡使法国一时成为化学的故乡。19世纪初期以后法国科学走向衰落。原因是：法国政局的动荡多变；法国科学活动的高度集中性制约了它发展的活力，主要的科学工作都集中在巴黎进行，外省的科研条件十分恶劣，巴黎的学阀作风。

2. 英国 近代科学的主要策源地，有着良好的民间业余科研传统。18世纪上半叶英国的理论科学出现过暂时的低落，第一次工业革命使英国在技术科学上突飞猛进。19世纪上半叶英国科学出现欣欣向荣的新气象。英国的科技体制与法国不一样：科研工作分散在全国各地，各地自发创办了各种科学团体；政府对科学事业支持不够，几乎一分钱都不投资；没有高度集中的科学管理机构。影响双重：各地区保持一定的发展活力，天才的创造不因权威而被扼杀；政府的冷漠使英国科学整体上不入法国和德国。1830年剑桥大学数学教授查尔斯·巴比奇出版《论英国科学的衰退》推动了英国科研体制和教育体制的改革，新成立了全国性科研团体“英国科学促进会”和新学校以及技工学校。英国人虽然在电磁理论方面做出了开创性的工作，但以电力为核心的第二次技术革命却在最新崛起的德国率先开始。德国很快成为科技大国。

3. 德国 1740年腓特烈二世“开明专制”发展商品经济，保护科学文化事业，科学院充满活力。18世纪后期一批新大学诞生。德国科学的大发展是从化学开始的。李比希担任吉森大学化学教授，建立了专供学生使用的实验室，到了学生们在教授的实验室打下手、当门徒的传统。吉森成了当时欧洲的化学研究中心。德国统一后，政治经济变化为德国科学事业的大发展开辟了道路。据科学史家统计，从1851年到1900年的50年间，理论科学和技术科学上的重大成果项目，英国106项，法国65项，美国33项，德国占202项。德国明显处于领先地位。德国后来居上 ，不仅以极短的时间完成了第一次以蒸汽动机为标志的技术革命，而且率先发起了以电力技术和内燃机技术为标志的第二次技术革命。德国雄厚的科技实力以及在各门科学上的领先地位，一直持续到20世纪前半期，直到两次世界大战严重削弱了德国的科技实力，德国才将冠军宝座让位于美国。

4. 美国 富兰克林 整个19世纪，美国科学的发展偏重使用的方面。他们热衷于技术发明，对理论科学却敬而远之。富尔顿的汽船。物理学家约瑟夫·亨利因为美国当时的学术条件所限把发现电磁感应的优先权拱手让给了法拉第。美国人急于解决实际问题，鼓励发明，使他们在19世纪末积累了世界上最丰富的的技术发明。摩尔斯电报、爱迪生“发明大王”是美国人实用智慧的写照。南北战争后，美国的工业奇迹般地跃居世界先进行列，但其基础科学依然十分落后。19世纪70年代，物理学家迈克尔逊设计出了一种测量光速的办法，因此获得1907年诺贝尔物理学奖，这是美国人第一次获得此项殊荣。直到二战后，许多优秀的欧洲科学家来到美国，才极大地推动了美国理论科学的发展。而且美国凭借在两次世界大战中积攒的雄厚的经济实力，由联邦出巨资支持基础理论研究，才成为名副其实的头号科技强国。

5. 俄国 1712年，彼得一世将首都从莫斯科迁望圣彼得堡。1724年，彼得大帝接受莱布尼茨生前的建议，成立了圣彼得堡科学院。但俄国人没有自己的科学家，从欧洲聘请院士。叶卡捷玲娜二世期间俄国科学有了进一步的发展。18世纪罗蒙诺索夫，19世纪新兴大学，1869年门捷列夫发现了化学元素周期律，是俄国人第一次在科学史上写下的壮丽篇章。

第三十四章 运输机械的革命

1.汽船：菲奇、富尔顿 第一个将蒸汽动力用于船运的是美国工程师菲奇。不幸的是他的汽船没有引起公众的关注，投入时乘客不多。1790年还发生操作失灵，去法国寻找机会也失败了，最后默默无闻死去。1797年富尔顿曾非法国海军造出一艘潜水艇“鹦鹉螺号”，但使用效果不佳。不过富尔顿开创性的研制激励了后来的法国科幻作家凡尔纳写出《海底两万里》（1870年出版），历练的潜水艇也叫“鹦鹉螺号”。1806年富尔顿离开法国

回到美国。1807年“克莱蒙特号”试航成功。他逐渐被人们看做是第一艘蒸汽船的发明人，菲奇被人遗忘。汽船最先由两位美国人发明不是偶然。身处大洋包围，物资运进运出，对运输技术格外敏感。崇尚技术发明，不仅收人尊重，而且财源滚滚。

2. 铁路与火车：特里维西克、斯蒂芬孙 历史上，铁路先于火车出现。1787年，瓦特的合作者之一、英国工程师默多克发明了一辆用蒸汽机驱动的无轨火车。但将铁路与蒸汽机车相联系，并造出第一辆真正意义上的火车的，是英国人特里维西克。1796年，特里维西克做出了一辆蒸汽机车模型。1802年，造出了第一辆真正的蒸汽机车。但面临一对难题，得不到支持，最后悄无声息湮没了。虽然让没有成功，但他的蒸汽机车在1812年伦敦工业博览会展出后，激发了史蒂芬孙的雄心壮志。1814年矿区铁路试运行，效果不错。1823年，第一条商用铁路，正式将火车推向实用。1825年“旅行号”试车取得空前成功。1830年他修建的第二条铁路利物浦至曼彻斯特大铁路贯通。美国1828年。法国1830年，德国1835年。

3. 从蒸汽机到内燃机：勒努瓦、奥托、戴姆勒、狄塞尔 1859年，美国人德莱克在宾夕法尼亚州打出了世界上第一口石油油井。有了煤气、煤油和石油，制造内燃机就有了可能性。1860年勒努瓦首次造出了一台用煤气作为燃料、用电火花作为点火装置的内燃机。而且一经造出就可以投入使用。缺点是燃料消耗大，热效率只有4%，体积也很大。1862年，德罗夏总结卡诺的热机理论和内燃机的研制实践，提出了内燃机的四冲程循环理论。奥托受此启发后，1876年造出了第一台以四冲程理论为依据的煤气内燃机，热效率提高到14%。到了1890年，世界各地已经到处是奥托公司的内燃机，大有取代蒸汽机之势。由于奥托声名大振，人们往往认为他是四冲程理论的创始人，称四冲程循环为奥托循环，德罗夏往往不被人提及。1883年，德国发明家戴姆勒成功研制了第一台以汽油味燃料的内燃机。1892年，狄塞尔造出一台用柴油做燃料的高压缩型自动点火内燃机。热效率27%-32%。1903年美国莱特兄弟以一台8马力的汽油内燃机为引擎制造了一架飞机。

4. 汽车：本茨、戴姆勒、福特 1885年戴姆勒研制出了第一辆由汽油发动机驱动的两轮摩托车。同年本茨也独立发明了以汽油内燃机为引擎的三轮汽车。1886年戴姆勒将一辆四轮马车改装成真正的汽车。1888年，邓洛普发明了充气轮胎。1892年福特研制了美国第一辆汽车。之后本茨和福特均成立了自己的汽车公司，汽车工业形成。福特发明了流水线作业制。福特使美国成了一个轮子上的国家，美国最早进入汽车时代。福特是汽车时代的创造者，时代特征包括工作和闲暇二分的大众消费模式。“每天工作8小时，5美元工资”良好劳资关系的范本。汽车带动很多其他产业，石油工业、钢铁工业、橡胶工业、染料工业和其他制造业的那个，成为龙头企业。19世纪末高速公路从英国向全世界推广开来。汽车象征着自由主义和个人主义，象征着创造和开拓的活力，征服了时间和空间，显示了独特的力量。也带来巨大问题：人的异化、土地被侵占、空气污染、拼命消耗资源的消费模式等。

第三十五章 电力革命与电气时代

电力革命指的是，新兴的电能开始作为一种主要的能量形式支配着社会经济生活。电能的优点：易于传输的工业动力；极为有效的信息载体。电力革命主要体现在动力传输和信息传输两方面：出现了大型发电机、高压输电网、各种各样的电动机（马达）和照明电灯和电报、电话和无线电通信。

1. 电动机和发电机：皮克希、惠斯通、西门子 电动机最初展出时，有人问法拉第这个玩意儿有设么用。法拉第机智地反问“新生的婴儿有什么用？”这个婴儿不久就长成了巨人。1834年，德国物理学家雅克比采用电磁铁做转子，制成了第一台实用的电动机。1867年西门子制造了第一台自馈式发电机，发电量大大提升，由于甩掉了伏打电池，机身变得轻巧。自此以后，电能开始以大量、廉价而赢得青睐。最早的电源伏打电池提供的是直流电。交流电被忽视。

2. 发电站与远距离输电：德波里 19世纪80年代末，直流电机已经不能满足社会的用电需要，交流电登上舞台。交流电能够有效地解决远距离输电问题。1883年，法国人高拉德和英国人吉布斯制成了第一台实用的变压器。1882年，德波里在德国工厂主资助下，建成了世界上第一条远距离直流输电线路。路耗达到78%。1891年，三相交流发电机、三相异步电动机以及变压器均已发明并投入使用。由于早期投资主要是直流电，直流改交流需要一大笔开支。大力发展交流电被拖到了20世纪。苏联曾经有一句口号“苏维埃加电气化就是共产主义”。

3. 电灯、电影：爱迪生 1862年，15岁的爱迪生做了一件见义勇为的大事。在火车即将到站前，从铁轨上救下了一个小孩。后来得知是车站站长的儿子。站长教他收发电报技术以示报答。不久爱迪生成了最熟练的报务员。1869年设计了一台股票行情自动收报机。1877年发明留声机。试验了1600多种耐热材料和6000种植物纤维还没有成功。1879年10月，在一本杂志上看到斯旺用碳丝制成的白炽灯的报道，深受启发，10月21日，用棉线烧成碳丝，装进灯泡，抽成真空。持续了45个小时。之后又经过一次又一次的实验，发现竹子纤维碳化后可以做等死，寿命长达1200小时。派人到世界各地选竹子，最后发现一种日本竹子最适合。马上大批量生产这种灯泡，并为此专开直流电站，架设电网。1882年，已经在纽约建成了一个当时世界上规模最大的电力系统。为几千用户提供照明用电。1894年，他用点灯光和电动机制成了世界上第一台电影放映机。在研制电灯泡过程中，发现了一个重要的物理现象：通电时的灯丝与灯泡内的金属板之间有电流流过。他当时并未意识到该发现有什么实用价值，但还是记录在案，并取得了发现专利。后人称之为爱迪生效应。利用爱迪生效应，英国物理学家弗莱明于20世纪初发明了电子二极管。1910年美国通用电气公司的库里奇用耐热金属钨丝取代碳丝，制成了今天普遍实用的钨丝灯泡。1913年，朗缪尔建议在灯泡内充入惰性气体氦，延长灯泡寿命。1920年充入氩气。1930年发明荧光灯。

4. 电报：亨利、莫尔斯 最初的电报是安培发明的用过电磁方式字母发报来完成信息传递。莫尔斯改革了字母发报方式，发明了一套新的莫尔斯电码。新电码废除了26个字母符号，只用点和横两种符号组成。1844年美国第一条电报线路诞生。莫尔斯写下的第一份电报的电文“上帝究竟干了些什么？”1846年英国成立了第一家电报公司。1847年英法两国铺设了第一条海底电缆。1856年，大西洋底铺就海底电缆，英美两国也建立了电报通信网。莫尔斯当时已经预见到地球村的出现。“不久大地将遍布通信神经，它们将以思考的速度把这块土地上的消息四处传播，从而使各地都成为毗邻”。（切特罗姆《传播媒介与美国人的思想》，曹静生等译，中国广播电视出版社，1991年，第10页）梭罗《瓦尔登湖》意识到：电报也许并没有解决从未解决的人类之间的沟通问题。高效率传播的知识无聊的信息。电报的出现使报纸的时效性真正确立起来了。反省的一种声音：即时的消息并不能形成对时代的一种正确的理解，日常琐事被充分放大，时代本质的东西被忽视和遗忘。

5. 电话：贝尔 1876年贝尔造出了第一部电话并获得了电话发明的专利。1889年美国人阿尔蒙·斯特罗格发明了“自动拨号电话”，取得了一项自动电话交换的技术专利。选择器的进一步发展分为：电磁继电器阶段和计算机程序控制阶段。1935年，全球性电话通信正式开始。20世纪后半叶，电话通信技术有三个重大发展：计算机控制和数字通信；卫星通信；光导纤维通信。

6. 无线电：马可尼、波波夫 1894年马可尼制成了金属粉屑检波器，在发射机和接收机上安装天线和地线，效率大大提高。1895年已经能够实现1英里原的无线电通信。1898年18英里。这时候开始商业化。1900年获得英国7777号专利。1901年英国和加拿大通过无线电沟通。1909年获得诺贝尔物理学奖。与此同时，俄国波波夫也独立发明了无线电通信。1896年做了距离250米的无线电表演。后来被用于俄国军舰。马可尼比较幸运得到英国政府的支持（母国意大利不支持，所以他去了英国），比较早获得专利和公众认可。

（8）第八卷 20世纪 探究宇宙与生命之谜

20世纪的理论科学以世纪之交的物理学革命为先导，在天文学、地质学和生物学领域均发生了重大的理论变革。相对论、量子力学出现并取代牛顿经典力学成为物理学世界更普适的基础理论。量子物理学学中的夸克模型、宇宙学中的大爆炸理论、分子生物学中的DNA双螺旋模型和地质学中的版块模型，被认为是20世纪理论科学中最重要的四大模型。

第三十六章 世纪之交的物理学革命

1900年4月27日英国物理学家开尔文勋爵做了题为《热和光的动力理论上空的19世纪之乌云》的长篇演讲。正是这朵朵乌云带来了物理学革命，并在革命中诞生了相对论和量子力学。

1. 第一朵乌云：以太漂移实验 法国哲学家笛卡尔曾借用希腊词“以太”提出过一种处处充满以太的宇宙模型。在他那里以太是看不见摸不着的一种新物质。物理学家们认为电磁传播的媒介是以太。问题以太具有什么样的物理性质以及以太漂移问题。法国哲学家彭加勒是相对论的重要先驱。1895年在《谈谈拉摩先生的理论》一文里，他以高超的哲学智慧为“以太问题”的解决指出了新的方向。1902年在《科学与假设》中称为“相对性原理”。此外他还提出光速不变是一个不能诉诸试验检验的公设，还讨论了同时性问题。

2. 爱因斯坦与相对论 中途退学数学好其他一塌糊涂，后艰难考进瑞士联邦工业大学。格多斯曼的帮助，伯尔尼专业局。1905年爱因斯坦在德国《物理学年鉴》发表了五篇论文，三篇是划时代成就。关于光电效应，布朗运动以及最伟大的成就《论动体的电动力学》：以同时性的相对性这一突破口，建立了全新的时间和空间理论，此即狭义相对论。同时性不是绝对的而是相对的这一结论否定了牛顿力学的基础绝对时空观。同时性的相对性带来一系列物理后果，尺缩钟慢效应。1916年在老同学格罗斯曼帮助下，爱因斯坦运用黎曼几何完成了广义相对论的最终形式。广义相对论指出，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲，引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用广义相对论解释了水星近日点的进动，预言引力红移（即在强引力场中光谱应向红端移动，20世纪20年代天文学家观测证实了） ，预言引力场使光线偏转，这一点很快的到天文验证。日全食的观测1919年皇家学会和皇家天文学会对两支队伍的观测报告宣读，确认了广义相对论的结论正确。当时皇家学会学长汤姆逊致辞说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也会是就是最大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新大陆。”（秦关根：《爱因斯坦》，中国青年出版社，1979年，176页）相对论革新了世界图景：从“筐子装东西”式的“时空+物质”模式成了“时空-场-物质-流形”。相对论在时空观方面的革命奠基于对希腊古典科学精神的再度弘扬，是对世界普遍性的追求，对欲走和谐的追求，对数学简单性的追求。广义相对论的几何化思路可以看成是毕达哥拉斯主义所能达到的新的巅峰。

3. X射线、放射性和电子的发现 1895年，德国物理学家伦琴在做阴极射线实验时，意外发现了X射线。伦琴由于发现X射线而成为世界上第一个获得诺贝尔物理学奖（1901年颁发）的人。法国物理学家贝克勒尔用铀盐做实验得出结论，铀原子本身具有放射性。但他的研究没有及时地展开，不太具有医学价值，且不容易得到铀盐。将放射性的研究推向一个新高度的是波兰籍科学家居里夫人。贝克勒尔新射线的发现使她意识到该问题的重要性，当即她以“放射性物质的研究”作为博士论文题目，“放射性”一词就是她首先使用的。1898年4月12日，居里夫人宣布钍像铀一样具有放射性，从而表明放射性绝不只是某个元素独有的现象。1898年7月18日，居里夫妇发现了比铀放射性强400倍的物质，为了纪念祖国波兰，命名为钋。同年底又发现了鐳。为了测定鐳的原子量，又花了三年时间提炼纯鐳，测定出鐳的原子量为225，放射性比铀强200多万倍。她的博士论文直到1903年才完成，这一年他与丈夫以及贝克勒尔共同分享了诺贝尔物理学奖。1911年，她因发现两种新元素再获或贝尔化学奖。她成为第一位两次获得诺贝尔奖殊荣的人物。一站人道主义救护，1934年死于白血病。爱因斯坦对居里夫人的高尚品德评价极高，悼念时说“居里夫人的品德力量和热忱，哪怕只有一小部分存在于欧洲知识分子中间，欧洲就会面临一个比较光明的未来。”X射线不仅导致了放射性物质的发现，也促进了电子的发现。英国物理学家汤姆逊用实验证明了阴极射线确实是一种带负电的粒子流，将之命名为电子，认为它是一切化学原子的共同组分。X射线以及放射性物质和电子的发现，给新世界打开了一个新的奇妙的微观世界。量子力学就是在原子物理学的基础上建立起来的。

4. 紫外灾难与量子理论的提出：普朗克、爱因斯坦 量子论出现源自一个古典热力学难题，即黑体辐射问题。1900年英国物理学家瑞利根据经典统计力学和电磁莅临，推出了黑体辐射的能量分布方式。该理论长波与实验相符合，但短波部分却出现了无穷值。这部分的背离被称为“紫外灾难”（紫外指的是短波部分）。1900年12月普朗克提出量子假说：只要假定物体的辐射不是连续变化的，而是以一定的整数倍跳跃式变化，就可以对该公式做出合理的解释。普朗克将最小的不可再分的能量单元称作“量子”。1905年，爱因斯坦建立了光量子论以解释光电效应中出现的新现象：即光的波粒二重性。

5. 量子力学的建立：玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克 玻尔提出了一种量子化的原子结构理论。1923年德布罗意提出了物质波理论。沿着物质波概念继续前进并创立了波动力学的，是奥地利物理学家薛定谔。1925年薛定谔推出了一个相对论性的波动方程。1926年他改尔处理非相对论性的电子问题，得出的波动方程与实验证据非常吻合。波动力学就此诞生。1925年，德国物理学家海森堡写出了“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文，创立了解决量子理论的矩阵方法。1925年9月海森堡的老师玻恩与另一位物理学家约丹合作，将海森堡的思想发展成为系统的矩阵力学理论。英国一位年轻人狄拉克改进了矩阵力学的数学形式，使其成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。波动力学和矩阵力学的创始者们一开始互相敌视。1926年3月，薛定谔发现两种理论在数学上是完全等价的。从此以后两大理论统称为量子力学。薛定谔的波动方程由于更容易掌握，成为量子力学的基本方程。量子力学更激烈地改变了世界图景的构造。相对论把时空框架与物质运动融为一体，还保留了牛顿力学固有的严格决定论的数学微分方程，保留了因果律，保留了定域性（拒绝超距作用），这一切在量子世界图景中都或多或少遭到了破坏。连续轨迹的概念被不连续的量子跃迁取代；严格决定论的概念被概率决定论取代；定域的概念被整体论的概念打破。伴随着这些基本概念的变化，量子世界出现了波粒二象性、测不准原理、定域性破坏等奇妙的现象。

6. 诺贝尔奖与20世纪科学进程 1867年，诺贝尔把硝化甘油炸药放在木浆等一些惰性物质中，据此发明了安全炸药，并取得专利。到1896年他病逝为止，诺贝尔共获得了技术发明专利355项，在五大洲20个国家开设了约100家公司和工厂，死后留下了920万美元的遗产。他自己一生独身，没有亲人。1895年11月27日诺贝尔立下了遗嘱，要建立世界性的奖励基金。1900年6月29日，瑞典正式成立诺贝尔基金会，下设四个委员会，由诺贝尔指定的各评奖单位确定组成成员。从1901年开始，诺贝尔奖每年在诺贝尔的逝世日12月10日颁发。截止2000年，三大科学奖项共有469人次获取，物理学奖162人次，化学奖135人次，生理学或医学奖172人次。不在世的人不能获奖。诺贝尔奖总体上可以表现一个国家科技实力的变迁。以物理学奖为例，二战前，美国8人，英国10人，德国11人，这反映了德国作为世界物理学中心的历史实情。二战后美国人数突然大增，显示了中心已经由德国转移到美国。

第三十七章 穷宇宙之际

天体物理学在20世纪发展成了天文学的主流。诞生了现代宇宙学。

1. 河外星系的观测与红移的发现 1924年美国天文学家哈勃利用威尔逊山的大望远镜观察仙女座大星云，第一次发现它实际上由许多恒星组成。其中恰好有造父变星，用光度方法计算的结果表明仙女座星云位于70万光年之外，远远超出了银河系的范围。此后10年哈勃致力于观测河外星云，将人类的视野扩展到了5亿光年的范围。1929年，哈勃考察了斯莱弗（致力于恒星光谱的研究）的工作，并结合自己对河外星系距离的测定，提出了著名的哈勃定律：星系的红移量与它们离地球的距离成正比。

2. 现代宇宙学的兴起 建立在牛顿力学基础上的古典宇宙模式，原则上是一个无限空旷的宇宙空间，预设了宇宙的无限性，由绝对时空观保证。这个预设其实并不是没有毛病1820年德国人奥尔伯斯提出了著名的“夜黑佯谬”：如果宇宙空间是无限的，如果恒星均匀分布爱无限空间中，如果每个恒星都像太阳那样发光，那么就不应该有黑夜。太阳应该限于一片光亮的背景之中，不为我们看见。还有一个与无限空间有关的悖论“引力佯谬”，1894年由德国人西里格提出：按照万有引力定律，对某一给定点而言，离它越远的地方引力势越小，直至无限远处为零。这意味着牛顿理论得以适用的宇宙，实际上是一个有限的宇宙。如果无限宇宙处处均匀存在着恒星，那么宇宙中任何一点的引力势都会成为无穷大，所以的物质都会在强大的引力中被撕碎，而这显然是不可能的。1908年美国天文学家沙立叶提出等级式宇宙体系，即宇宙天体呈等级式分布。这一体系可以避免夜黑佯谬和引力佯谬，用假定宇宙的物质分布是不均匀的，调和了牛顿力学与无限宇宙之间的矛盾。现代宇宙学有两个来源：爱因斯坦的广义相对论和观察方面的来源大尺度红移现象的发现。爱因斯坦的宇宙模型是有限无界静态的，他人为地加勒一个宇宙常数，以维持宇宙的静态。广义相对论问世后，很多科学家比如弗里德曼基于爱因斯坦的引力场方程所得到的宇宙模型是动态的，或膨胀，或收缩，膨胀和收缩的速度与距离成正比。1929年，哈勃定律公布后，它所展示的宇宙大尺度膨胀现象正是弗里德曼模型所预言的现象。爱因斯坦发现自己引进宇宙常数是犯了大错误。

从20世纪40年代末开始，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型。1964年，射电天文学家彭其加斯和威尔逊意外观测到宇宙微波背景辐射。使大爆炸宇宙模型得到广泛认可，成为宇宙学界的标准模型。大爆炸理论成了天体物理学的聚合力量，使天体物理学与粒子物理学相关联，也使整个天文学成为一个统一的整体。

3. 射电望远镜与20世纪60年代的四大发现 二战后迅速兴起的射电天文学成了天文学中最有活力的新领域。四大发现是：宇宙微波背景辐射；类星体；脉冲星；星际分子。

第三十八章 探粒子之微

1. 中子、质子的发现 1910年卢瑟福用α粒子轰击原子，发现了原子核的存在，从而建立了原子的有核模型。1914年，卢瑟福用阴极射线轰击氢，结果使氢原子的电子被打掉。变成了带正电的阳离子。这个带正电的阳离子电荷量为一个单位，质量也是一个单位，命名为质子。1919年，卢瑟福用加速高能α粒子轰击氮原子，结果有质子从氮原子核打出，而氮原子变成氧原子。这可能是有史以来人类第一次真正将一种元素变成另一种元素，几千年来炼金术士的梦想第一次成为现实。但没有使用价值。1932年查德威克发表《中子可能存在》，获1935年诺贝尔物理学奖。

2. 原子核结构的研究与强、弱相互作用理论 1935年日本物理学家汤川秀树提出了交换粒子的概念，作为新相互作用理论的基本概念。，并提出介子。汤川理论后出现强相互作用和弱相互左右。1956年李政道、杨振宁提出了弱相互作用下的宇称不守恒定律，不久之后，吴健雄以其出色的实验证实了这一理论。宇宙间四种相互作用力：引力、电磁力、强作用和弱作用。

3. 基本粒子群的发现和夸克模型 发现正电子、中微子。1961年美国物理学家盖尔曼等人排出了一张基本粒子的周期表，这张表揭示了基本粒子在许多性质上存在着对称性，所以是对称图。1964年依据对称图对空位做出的预言被实验证明是成立的。同年，盖尔曼正式提出了基本粒子结构的“夸克模型”。夸克禁闭假说。为了打出夸克就需要无限大的能量，夸克成了分割的极限。

第三十九章 20世纪的遗传学

1. 孟德尔的再发现 1866年孟德尔《植物的杂交实验》首次阐明了生物界有规律的遗传现象，但未引起人们注意。1900年，荷兰的德弗里斯、德国的柯林斯和奥地利的切马克各自独立地发现了孟德尔的意义。这个戏曲性的实践被历史学家称为孟德尔的再发现。1906年，贝特森第一次提出了遗传学一词，以称呼这门研究生物遗传问题的新学科。

2. 染色体-基因遗传理论：摩尔根 1909年，丹麦植物学家约翰逊提议用原意为发生的希腊语基因一词代替孟德尔的遗传因子，被采纳。摩尔根用果蝇做遗传学实验，先后出版了《孟德尔遗传学原理》、《遗传的物质基础》、《基因论》，建立了完整的基因遗传理论体系。他因此获得1933年的诺贝尔生理学或医学奖。

3. DNA双螺旋模型的建立与分子生物学的诞生 分子生物学起源于细胞化学的研究。1836年瑞典化学家柏采留斯提出了“蛋白质”的概念。1911年，俄籍美国化学家列文查明核酸有两种：RNA和DNA。1944年美国细菌学家艾弗里研究小组在关于肺炎双球菌的研究实验中证明了DNA确实是遗传信息的载体。1951年英国生物物理学家威尔金斯研究了DNA的晶体结构，给出了关于DNA纤维的X射线衍射图，为DNA双螺旋结构的发现打下了基础。1953年沃森和克里克将DNA结构模型在《自然》杂志上公之于世。DNA双螺旋结构模型宣告了分析生物学的诞生，标志着生物学已经进入了分子水平。沃森、克里克和威尔金斯获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。1944年薛定谔出版《生命是什么》一书，提出了遗传密码的思想。1966年，64种遗传密码全部破译。

第四十章 现代地学革命

地质学史上三次著名的争论：赫顿为代表的火成论与以维尔纳为代表的的水成论之间的争论；居维叶为代表的灾变论与以赖尔为代表的渐变论之间的争论；20世纪的地壳构造的固定论与活动论之间的争论，活动论取得胜利。

1. 大陆漂移说：魏格纳 19世纪后期，地质学出现了所谓的槽台说，地壳构造的固定论思想反而占了统治地位。槽台说只承认有垂直方向的运动（地槽运动），而否定有水平方向的运动。（地台不同）支持者提出两种假说：陆桥说；地球冷缩说。1889年美国地质学家达顿提出地壳均衡理论。1915年魏格纳出版了《海陆的起源》系统地阐述大陆漂移说。他从古生物学、地质学、古气候学三方面收集了大量证据。魏格纳学说有一个致命的弱点，他没有提出令人信服的关于漂移动力的说明。不被认可，学说被否定。死于格陵兰岛考察。

2. 海底扩张说 导致大陆漂移学说复活的首先是古地磁学的研究。起极大推动作用的是关于海洋地质学的研究。1961年美国地质学家赫斯等人提出了海底扩张理论。这一理论进一步支持了大陆漂移说，解决了漂流机制问题。1967年，地质学界大多数人已经接受了该理论。活动论终于开始成了地学的主导思想。

3. 板块学说 1965年加拿大地球物理学家威尔逊最早提出板块一词。他的板块构造理论是大陆漂移说和海底扩张轮的新形式。1968年法国地质学家勒比雄在前人基础上提出了六大板块的主张：欧亚、非洲、美洲、印度、南极和太平洋板块。后来被修正，但没有大的更改。

1967年威尔逊《地球科学的革命》。大陆分久必合、合久必分，海洋时而扩张、时而封闭已经成为人们广为接受的地壳构造图景。

（9）第九卷20世纪 高技术时代

20世纪的科学更加高深，更加远离我们的日常生活经验，相应地，它所转化的技术实际威力更大，也更难被人类所控制。

1999年2月24日，由美国新闻博物馆主持评选的20世纪100项重大新闻事件揭晓。有38项与科技有关，超过总数的三分之一。纯理论5项（DNA结构、相对论、量子论、弗洛伊德理论、进化论）核能利用4项（投弹、试爆、研制、核电站事故）航空3项（莱特兄弟、林白、喷气式）航天7项（登月、卫星、加加林、谢帕德、挑战者号、格伦、火星探索者号）生物医药6项（盘尼西林、避孕丸、脊髓灰质炎疫苗、艾滋病、克隆羊、试管婴儿）通信传媒10项（电视机、个人电脑、WWW、晶体管、电台节目、ENIAC、电视节目、晶片专利、马可尼、微软）日常生活2项（汽车、塑胶制品）环境保护1项（卡逊）虽然带有强烈的美国味道，但可以看出科技在20世纪历史演进中所占据的分量。核能利用技术、航空航天技术、信息技术、医药生物技术四项最为突出，前两项显示人类空前的力量，后两项显示人类对自身社会属性和自然属性的再造。

第四十一章 原子能时代

近代科学本质上是一种盗取天火的工作，即把自然神秘的能量人为地释放出来，为有所用。产业革命所完成的只是对地球上各种形式太阳能量的重新开发、贮存、传输、转换。把握能量的最高形式应当是制造太阳能。太阳产能机制是在人类自己制造太阳能的过程中弄明白的，知识来自制造。

1. 核裂变链式反应的发现 1919年卢瑟福首次实现了原子核人工嬗变。被誉为当代炼金术。1934年居里夫妇首次人工产生了放射性元素。1934年年费米改用新发现的中子逐个轰击元素周期表的元素原子，到氟终于等到放射性同位素。还意外发现经过减速后，中子引致核反应的能力更强了。这一发现被认为是原子时代的“真正起点”，费米因此获得1938年诺贝尔物理学奖。德国女化学家诺达克提出在中子轰击下，铀分裂成几块，只有这样才能解释新出现的放射性元素与铀并不邻近的奇怪现象。1938年德国物理学家哈恩也重新做了实验，对结果迷惑，将结果和疑惑写信告诉了奥地利女科学家迈特纳，迈特纳当即提出一个大胆的猜想：铀核在俘获了一个中子后分裂成两个大致相等的部分，她称这一过程为分裂核，玻尔后来改称为核裂变。原子核裂变的实验室是得到公认。哈恩因此获得1944年的诺贝尔物理学奖。核裂变的发现自然地促使人们想起链式反应的可能性。费米提出概念，居里夫妇率先证实了链式反应的可能性。在二战爆发前两天，玻尔和惠勒指出，铀235比铀238更能发生裂变，而慢中子更能引起裂变。至此，关于释放原子核能的理论和实验依据均已齐备。

2. 推动原子弹的研制：齐拉德 二战前原子物理学的研究中心分布在三个地方：卢瑟福领导下的剑桥；玻尔领导下的哥本哈根；德国哥延根）（马克思·玻恩、詹姆斯·弗兰克和大卫·希尔伯特三巨头）。20世纪30年代希特勒上台，随着纳粹在欧洲的得势以及二战的爆发，大批科学家迁到了美国，包罗爱因斯坦以及一位在核武器发展史上占有特殊地位的匈牙利籍的犹太物理学家齐拉德。1935年齐拉德向许多原子科学家建议，鉴于原子能开发可能带来意想不到的严重后果，应该暂缓发表研究成果。被拒绝，认为操心过早。齐拉德继续向同行建议对研究采取保密措施。但战争期间，学术联系中断，不仅在通信方向，更主要在彼此信任方面。在美国，齐拉德成功说服原子科学家自动承担“自我出版检查”制度，自动保守秘密。意大利科学家费米因反感法西斯1938年也逃到了美国，他从不同意到最后也接受了“自我出版检查”制度。欧洲更难推行。哈恩的同事与齐拉德的想法正好相反，他认为只有公开发表一切最新研究成果，才会避免原子研究可能带来的政治后果。他写了几篇文章向大众通俗地介绍链式反应的情况。这文章把美国原子科学家吓坏了。后来又收到从欧洲来的秘密情报，德国又开了一次原子能的秘密回忆，而且是由军事部分主持的，而且美国得知德国突然禁止被其占领的捷克的铀矿石出口。齐拉德以为德国可能正在研制原子弹。齐拉德找爱因斯坦建议美国政府拨款支持原子物理研究。他们拜托了亚历山大·萨克斯游说罗斯福，萨克斯以拿破仑拒绝富尔顿建造汽船的历史故事打动了总统。但之后政府并没有给予多少实际的支持。直到1940年美国政府得知在战争结束前就有可能造出原子弹才真正重视。日本偷袭珍珠港后，政府成立制造军政委员会领导制造原子武器，命名为“曼哈顿工程”，职业军人斯莱利·格罗夫斯将军是行政头脑。

3. 曼哈顿工程：第一颗原子弹的研制 1945年7月16日凌晨5：30，第一颗铀原子弹在美国新墨西哥州洛斯—阿拉莫斯“死亡地带”成功爆炸。巨大的冲天火球把天空照得煞白。有些人激动得忘了带面罩就下了汽车，但只有两三秒，他们就丧失了视力。这令人心悸的一幕，使在场的每一个人都感到异常恐惧。奥本海默靠在观察站的一个柱子上，心里涌出了古印度圣诗中的一段：漫天奇光异彩 有如圣灵逞威 只有一千个太阳 才能与其争辉！在不到四年的时间里，美国成功地试制了眼自担，原因有二：希勒特赶走的大批欧洲核物理学家的到来使美国拥有了当时世界上最强大的科学家阵容；美国政府迫于战争的需要，投入了大量的人力和物力。曼哈顿工程美国东原乐50多万人（15万科研人员），耗费22亿美元，占用了当时全国近三分之一的电力。建里三种方分离高纯度铀的大型工厂，第一个建电磁分离工厂，耗资巨大。原子弹的研制是20世纪大科学的典型范例。

4. 科学家反对使用原子弹 945年5月，德国宣布无条件投降。人们才知道德国虽然在原子物理研究方面有一些进展，但比盟国至少落后两年，离造出真正的原子弹还远着呢。事实上，在盟军占领德国之前的1944年底，美国专门调查德国原子弹研制情报的特工小组就已经查实，经常被认为外原子武器的研制上走在前面的德国比美国落后的多。参加了特工小组的丹麦实验物理学家戈德斯对自己的上司说：德国人没有原子弹，这岂不是妙极了？现在我们可以不必生产它了。不料：他的军人上司回答说：如果我们自己有这种武器我们当然应该利用他。科学理论一旦变成了技术，并且被政治家所掌握，科学家就无法改变它的命运了。齐拉德找爱因斯坦写信给罗斯福，罗斯福没来得及读突然无4月12日去世了。新任总统杜鲁门任命了一个专家委员会讨论原子弹的使用问题，不是要不要使用的问题，而是如何使用的问题。研制原子弹美国已经花去了20亿美元，如果战争结束，这一切都成了毫无意义的浪费。况且由于日本顽固地不肯投降，每天都有大量的美国人死去。要立即结束战争，使用原子弹是最简单的办法。在芝加哥的原子科学家中进行了一次投票，投票结果表明较多数人认可可以向日本发动新武器的军事示威，但在示威之前给日本一次投降的机会。1945年7月26日，中美英《波茨坦宣言》发表，命令日本立即无条件投降，否则日本将遭到毁灭性打击。美国总统杜鲁门下令，如果在最后通碟反思（8日）后日本没有答复，就使用原子弹。1945年8月6日，铀弹小男孩投到了广岛，摧毁了这座有35万人口的城市。8月9日，钚弹胖子在长崎上空爆炸。日本天皇在8月10号命令其首相接受《波茨坦宣告》。8月14日，日本政府宣布无条件投降。

5. 核军备竞赛与国际战略格局 原子弹之父奥本海默被审判 美国在广岛投入原子弹后，苏联政府立即做出了研制原子弹的决定。斯大林说“对你们的唯一要求，同志们，是在尽可能短的时间内为我们提供原子武器。你们知道，广岛事件震撼了整个世界，均势已经被破坏。提供这种炸弹——它将使我们免受巨大的威胁。”（买乔治·邦迪：《美国核战略》，褚广友等译，世界知识出版社，1991年版，244页）1949年苏联就成功地进行了一次核试验。1951年美国宣布将继续发展氢弹。1952年美国爆炸了第一颗氢弹，英国的第一颗原子弹试制成功。1953年苏联也爆炸了一颗氢弹。1960年法国爆炸了第一颗钚弹。1964年中国爆炸了第一颗原子弹。核军备竞赛造成了谁也不敢首先使用核武器的局面，反而是世界局势趋于缓和，爆发世界大战的可能性变小了。

6. 核能的和平利用 1954年苏联建成了第一座小型的原子能发电站。1956年和1957年英国和美国也相继建成了核电站。从几十年的核电站运行记录来看，核电安全技术是过关的。已经出现的几次核电站事故均属于人为造成，与核电技术无关。1986年苏联切尔诺贝利事件，1979年美国三里岛核电站事件等。太阳能的利用成本太高，近期内看不到大规模使用的可能性。相比之下，发展核电是解决能源危机的一条有希望的途径。但发展核电事业有一个潜在危险，到现在为止还没有找到永久性地处理核废料的办法。核聚变反映原料氚就存在于普通的水中，一旦核聚变被利用起来，人类将彻底摆脱能源危机。但高温和控制问题还在进一步探索中。

第四十二章 航空航天时代

1. 气球与飞艇 人类最早自由升空靠的是热气球，原理是浮力原理。《淮南子》有热孔子升空的实验叙述。五代使，纸灯升空作为军事信号。1782年法国造纸商的儿子蒙哥菲尔兄弟设计了载动物的热气球。1783年法国青年科学家罗泽尔和达尔朗完成了首次人类升空实验。升到了26米。10天后，法国物理学家查理把氢气引入气球，氢气球带着查理和他的助手在巴黎上空航行了两个多小时。之后被用于战争，制空权变得越来越重要。1927年美国陆军上尉到达了12974米，下一次试图打破这一高度时遇难。这一个高度再也没有被乘坐敞开式吊舱的人打破。之后发明家一系列改进气球就变成了飞艇。1909年德国人齐伯林创办了世界上第一家民用航空公司，将飞艇用于客运。之后到30年代被飞机所取代。

2. 飞机的诞生 在滑翔机研制方面最重要的先锋人物是德国工程师李林塔尔。1889年出版《论作为航空基础的鸟类飞行》，给出了许多重要数据。15米高空坠落留下遗言“要想学会飞翔，就要做出牺牲。”现代意义上的第一架飞机是由美国人莱特兄弟俩制造的。1903年造出了第一架动力飞行器“飞行者1号”——第一架飞机。1908年莱特兄弟在法国进行了欧洲的首飞表演，震动了欧洲和世界。

3. 战火中飞速发展 1909年美国开始生产军用飞机。一战期间专业的飞机制造公司达2000个。空军在一战中还只是补充，在二战中则起着举足轻重的作用。德国闪电战、入侵苏联的“巴巴罗萨计划”、“海狮计划”、偷袭珍珠港、中途岛海战等，成功或失败都是因为夺取或丧失了制空权。空战在太平洋战争中是起决定性作用的因素。

4. 航空工业 1939年德国首飞世界上第一架喷气式飞机。1941年英国。1952年美国极具续航能力的重型轰炸机。飞机于1933年广泛用于世界各大民航公司。1994年波音公司推出了波音系列中的最新成员波音777客机，载客400人。1991年海湾战争持续了42天，前38天都是空袭。美国人击溃了伊拉克50多万大军，俘虏了17万人，自己只死了79人。海湾战争充分显示了现代战争主要是空战，是高技术之战，是综合国力之战，而不是人海战役。

5. 航天的观念 19世纪是航天幻想文学大繁荣的世纪。凡尔纳、大仲马、威尔斯等都有科幻小说。

6. 火箭与导弹技术 火箭是古代中国人的发明。至迟在宋代出现，1083年宋朝与西夏的兰州之战便大量使用火箭。利用火箭作为动力制造飞天装置也是中国人的发明创造。明代万户“飞鸟”，虽然是一次失败的飞行，确实人类有史以来第一次以火箭为动力飞向天空。国际天文学会将月球上的一座环形山命名为万户。蒙古人西征将火箭技术传到西方。现代火箭航天技术先驱是俄国科学家齐奥尔科夫斯基。1903年《利用喷气装置探测宇宙空间》第一次提出火箭作为动力航天的思想。1910年以后，他又接连在《航空报告》上发表论文，比较系统地建立了火箭航天文理论。他的墓碑上刻着这样一句话“人类不会永远将自己束缚在地球上”。1918年美国人高达德成功发射一枚固体火箭。1926年第一枚以液体氧和汽油为燃料的液体火箭发射成功。高达德兴奋地对助手说“这一下我可创造了历史”。德国科学家奥伯特1923年出版《向星际空间发射火箭》建立了航宇火箭的数学理论。二战期间，火箭作为一种新式武器投入研制和使用。导弹登上了军事史的舞台。二战后，美苏展开太空争夺战。1954年赫鲁晓夫上台后，非常重视和支持科洛列夫的洲际导弹研制计划。1957年成功发射第一枚洲际弹道导弹。原子弹可打望世界任何一个地方。

7. 卫星上天 1957年苏联第一颗人造地球卫星发射。卫星上天宣告了航天时代的到来。美苏竞争，苏联一段时间一直跑在前面。

8. 人类飞向太空 1961年加加林成功实现了人类历史上的第一次太空飞行。苏联东方计划VS美国水星计划

9. 阿波罗计划：人类登上月球 阿波罗登月计划分三步：水星计划；双子星座计划；土星计划。1969年“阿波罗11号”阿姆斯特朗在月球上留下了地球人的第一个脚印“这一步，对一个人是小小的一步；对整个人类来说，是巨大的飞跃。”阿波罗计划是20世纪大科学的又一典型。近12年，40多万人，2万家公司和研究机构，120多所大学，250亿美元。人类进入空间时代。

10. 空间站与航天飞机 苏联在20世纪60年代中期同时制定了两项太空计划：载人登月计划；载人空间站计划。载人登月落后美国，但1971年苏联发射了世界上第一个空间站“礼炮一号”。第二代改进。第三代空间站“和平号”空间站。自从航天领域的政治竞赛气氛淡化后，美国取消了载人火星登陆计划，改尔发展航天飞机，强调航天技术的社会效益和经济效益。1982年哥伦比亚号投入商业使用。1986年挑战者号第10次发射升空，73秒后发生爆炸。包括一名中学女教师在内的7名宇航员全部遇难，航天史上最大灾难性事件20世纪90年代以来，航天事业低迷。耗费太大、经济上不划算是直接原因，原理下一步的航天目标也是难题。地球上问题重重，但如果有能力在外星重造优美生态，为何不将地球治理好？如果连地球都治理不好，怎能期望外形合宜生存？

第四十三章 电子技术与信息时代

世界近代史上的第三次技术革命于20世纪中叶爆发，其核心技术是电子计算机技术。电子计算机的出现使人类社会的信息处理方式发生了翻天覆地的变化，从而从根本上改变了现代社会的运作结构。为电子计算机奠定基础的是电子技术，而计算机的出现则带动了一大批高新技术的发展，使人类进入了信息时代。

1. 电子管、晶体管和集成电路：弗莱明、德雷福斯特、肖克莱 1904年英国发明家弗莱明本来打算利用爱迪生效应制造一种高性能的电磁波检波器，以提高无线电通信效果，结果研制成了真空二极管。1906年美国物理学家德福雷斯特把弗莱明的二极管发展成为三极管，实现了信号的放大功能。之后四级管、五级管、微波管相继问世，可利用的电波频率区段大大扩展、电子设备功率大大增加。1950年，肖克莱等人又发现了晶体三极管，放大能力更强。20世纪50年代发现更适合的半导体材料硅之后，实用性晶体管大规模普及。晶体管之后，又推出了集成电路。1959年美国德克萨斯仪器公司率先推出了第一块集成电路。集成电路也成为“芯片”。之后集成度越来越高，功能越来越强。价格随着普及也急剧下降。人类进入电子化时代。电子技术的突飞猛进扶持了一大批高精尖技术的发展，包括航空航天技术、自动化技术、激光技术。电子计算机是电子技术的最高成就。

2. 无线广播：费森登 三极管的发明为无线电通信和广播开辟了道路。发明了无线电话机的美国物理学家费森登最早提出了无线电广播的设想。1906年首次成功地实现了无线电广播。1920年美国威斯汀豪斯公司在匹斯堡建立了第一座定时发布的广播电台。无线电广播一开始的飞速发展得益于商业运作，后来成为改变公众生活的契机。走进千家万户，极大地提升了人们日常生活的情趣。培养了一批无线电技术迷；将娱乐带进家庭，教化功能更趋强大。1939年的一项调查显示，70%的美国人把广播当作获得新闻的主要途径，58%的人认为广播比报纸提供的消息更准确。广播电台开始与报纸构成竞争关系。

3. 电视：尼普科、兹沃里金 英国发明家贝尔德从1923年开始研制电视系统，1925年获得初步成功。据说，电视（television）一词就是贝尔德最先使用的。1930年开始电视机进入市场。1931年上千户拥有电视机的英国市民从电视上观看了爱普森赛马盛会的现场报道。二战后电视机工业突飞猛进。20世纪50年代以后，电视有取代无线电广播成为新的娱乐中心的去世。中国进入80年代后，逐渐成为彩电大国。电视迅速成为新的娱乐中心和最大的传播媒介。

4. 电子计算机：巴比奇、莫克莱、冯·诺依曼 哲学家帕斯卡在《思想录》中写道：“数学机器得出的结果，要比动物所作出的一切更接近于思想。”第一个提出自动计算机设计思想的是英国数学家巴比奇，1822年他制造了一台差分机模型。美国统计局工作的工程师霍勒1884年早出了第一台电动计算机。1941年德国工程师苏泽造出了一台完全由程序控制的机电式计算机。二战后期，有很多新式武器为了提高命中率需要进行大量的运算，而且要很快得出结果。催生了高速计算机的研制，电子计算机就是在这种情况下诞生的。第一台电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的莫克莱研制成功的。1942年他提出试制电子计算机的爱尼阿克（ENIAC）方案，1945年年底制成，1946年公开表演。1949年第一台冯·诺依曼机“爱达赛克”（EDSAC）在英国剑桥大学试制成功。从此以后，电子计算机进入了工业生产阶段，世界各国相继推出了自己的电子计算机。我国在20世纪50年代末也造出了第一台电子计算机。1968年高登·摩尔和罗伯特·诺伊斯离开了他们亲手创办的仙童公司，成立了另一家名叫集成电子的公司，这个公司就是今天英特尔（Intel）公司。从20世纪50年代开始，加利福尼亚旧金山南部的一条狭长地带逐步兴盛起来。北接斯坦福大学，更多的电脑生产车间在这里拔地而起。先是IBM和惠普公司，后来更多电脑公司来这里成了电脑业的圣地，“硅谷”。微处理芯片问世后，一大批电脑发烧友自己组装电脑。其中两位怪才斯蒂夫·沃兹尼亚克和斯蒂夫·乔布斯在1976年的愚人节这一天宣布成立苹果公司。1977年正式注册。1977年苹果2型电脑问世，售价仅1298美元，订户蜂拥而至。苹果电脑的问世标志着个人电脑即所谓PC时代的到来。微型机发展的同时，巨型机也取得巨大成就。迄今为止，计算机已经历四代，代与代之间依照电子元件区分：第一代电子管（1946-1956），第二代晶体管（1956-1965），第三代是集成电路（1965-1971），第四代是大规模集成电路（1971-）。据说第五代计算机的目标是开发与人脑神经网络相类似的超级大规模集成电路，即所谓的额“分子芯片”或”光子芯片”。电脑智能的发展同时也给人类提出了新难题：电脑是否能够在智能上超过人类，从而成为一种人类无法控制的技术力量。信息时代。知识经济。

5. 互联网与虚拟生活 电脑网络也是冷战时期的产物。阿帕网源于对资源共享的要求。1977年，美国已经建立了三个电脑互联网，阿帕网、无线电信包网和卫星信包网。1982年美国国防部把1973年制定的TCP/IP协议正式定为网络标准，此后全世界不断有心的网络依照这个标准加入互联网（Internet），世界上最大的电脑联合国正式成立。1991年瑞士的软件工程师伯纳斯-李发明了一种网上交换文本的方式，创建了网上软件平台WWW（万维网）。万维网实现了超文本设想，超文本将文字、声音、图像、电影等一视同仁为文本。电脑和网络时代带给人类更大的问题是人对机器的过分依赖性，一旦故障，结果必然是灾难性的。人类使用巩固解放了自己获得了自由，但久而久之对工具的依赖性，又使刚获得的自由不知不觉丧失了。这就是黑格尔曾说过的主奴辩证法在起作用。

第四十四章 生物技术时代

1. 抗生素与化学药物：缪勒、弗莱明 生物医学最显著的成就就是化学药物和抗生素的使用带来的。巴斯德有名言“生命扼杀生命”。治病就是消除作怪的生命。20世纪初年出现了一大批有良好杀菌效果的化学药物，如能够杀死梅毒螺旋菌的606有机砷制剂，能够杀死链球菌、肺炎双球菌等的各种磺胺类药物。1939年瑞士滑雪家缪勒发现DDT（双对氯苯基三氯乙烷）对害虫有极高的触杀作用。杀灭大量害虫能有效防止疾病流行。缪勒因此发现获得1948年诺贝尔生理学或医学奖。与发现DDT同时，一种名为666的高效杀虫剂也问世了。1928年英国细菌学家弗莱明无意中发现青霉菌能够抑制葡萄球菌的生长。他意识到，起杀菌作用的是青霉菌在生长过程中的代谢产物，于是将这种杀菌剂命名为青霉素（Penicilin,盘尼西林）1943年青霉素第一次大量投入临床使用。1943年俄籍美国生物学家瓦克斯曼发现了链霉菌，治疗肺结核，毒性比青霉素大。抗生素和化学药物的两大前提——生命之间互相遏制杀死有害生命但对人体无害——事实上是片面的。《寂静的春天》讲述了滥用DDT的后果。生物医学模式的广泛流行带来了一个重大的后果即人类的疾病谱正在发生改变。细菌性传染病不再占主要地位。而是大多与不良生活习惯和环境恶化有关。一种以整体论、系统论为方法论，以自然哲学为本体论的新医学模式正在引起越来越多的注意。由于医学的巨大进步，特别是免疫疗法和抗生素问世以后对传染病的有效扼制——历史上传染病的致死力比战争还强，人类寿命不断提高，人口问题和粮食问题日益严峻。20世纪以前人口基本是算术级别增长，但20世纪以来出现几何级数增长，是真正的“人口爆炸”。解决人口问题、节制生育也是摆在医学面前的问题。

2. 避孕与生殖技术 控制人口的一个直接措施是节育，包括避孕和人工流产。人工流产成了一个引起纷争的伦理问题。“婴儿是被制造出来的”这种观念逐步变得平常，生殖与情爱、家庭相分离在不知不觉中成为事实。这是给人类伦理提出的空前难题。四大生物工程：基因工程、酶工程、发酵工程、克隆技术。

3. 基因工程1970年美国生物学家内森斯使用工具酶首次实现了DNA切割。20世纪90年代初，科学家们制定了“人类基因组计划”打算将人类基因逐个解析出来，进行定位和测序。如果完成对许多遗传性疾病的根治将是福音。

（10）第十卷 科学处在转折点上

第四十五章 世界图景的重建

1，经典框架的内部冲突 哈佛天体物理学家大卫•雷泽尔将当代自然科学的世界图景的分裂状态概括为以下四种原则上不相容的世界图景的并存。（雷泽尔《创世论——统一现代物理•生命•思维科学》，石家庄：河北教育出版社，1992.）

2. 时间性的发现：霍金与普里戈金 现代科学世界图景的分裂状态是以“时间性”作为分野的标志。近代科学两个传统：数理科学传统和博物学（自然史）传统，前者以数学化的方式对外自然，后者则面向自然的历史性和时间性。长期以来，前一传统占据了人类的视野，科学革命主要被理解成伽利略-牛顿革命。数学定律代替目的论趋向，试验和预测代替沉思和理解。但另一方面，历史性与非历史性的对立，一直没有引起重视。18世纪后期以来，在自然科学内部形成了一股新的思潮，重新发明时间。这股思潮包括生物学、地质学中进化论的确立，物理科学中热力学不可逆定律的确立，社会思想领域的进步发展观念，他们共同形成了19世纪思想史上所谓“时间的发现”。正是事件的发现，使我们有可能意识到现代自然科学的世界图景的不完全性。以牛顿、爱因斯坦为代表的的古典数理科学倾向于否定时间的真实性。爱因斯坦说“对于有信仰的物理学家来说，过去、现在和未来之间的分别不过是有一种幻觉的意义而已，尽管这幻觉很顽强”，相对论将整个宇宙变成了一个本质上没有演化、没有时间性的整块宇宙。整块宇宙观念的典型代表是霍金。1987年给女儿筹措学费写了一本畅销世界的科普著作《时间简史——从大爆炸到黑洞》。他的时间简史其实是宇宙简史。他的时间完全是坐标时间，时间的方向性在他那里并不重要。霍金一度把宇宙的膨胀作为时间的方向，而把宇宙的收缩当成时间的倒流。后来，彭罗斯发现，即使宇宙收缩时间也不可能倒流，他才放弃了这个想法。物理科学内部从19世纪就在引入时间之矢。热力学第二定律解释二轮物理世界的方向性和过程性，给出了一个时间箭头。热力学第二定律出现以后，物理学家做的主要工作都是力图添加某些条件，使宏观的不可逆性还原成微观的可逆性，由经典力学来整合热力学。整合的主要成就是发展了以概率学说为核心内容的统计力学。1890年彭加勒的回归定律宣告了热力学还原到动力学的企图暂时失败。正当热力学的时间之矢在纳入经典框架受阻是，在动力学的框架之内新的时间之矢出现了。首先，以相对论为基础的现代宇宙学给出了宇宙的整体膨胀图景，膨胀就意味着宇宙的整体演化，同时也给出了演化的方向性。还有量子力学让不可逆性成为一个不可回避的问题，测量问题的不可回避反映了量子力学的不完备性、非封闭性，反映了量子力学以可逆性动力学方程为主干的经典框架的局限性。测量问题提醒着时间之矢。耗散结构理论的创立者普里戈金科学生涯的一个主导动机是沟通时间性的人文科学和非时间性的物理科学。在物理学中重新确立时间之矢的基础地位是普里戈金的毕生目标。耗散结构理论表明生物进化论如何可能与热力学第二定律相一致，因为在远离平衡态的条件下，物理系统会自发地产生高度有组织的行为。在越来越远离平衡态的情况下，分叉点越来越多，可选择的可能性也越来越多，我们就进入完全不可预测的状态，即所谓的决定性混沌状态。决定性混沌区别于一般混乱无序的随机性混沌在于，它是由遵循决定论的动力学系统在并无外部随机性干扰的情况下，自发产生的内禀性混沌现象。虽然完全不可预测，但内部依然隐藏着结构和规范。决定性混沌的发现立刻引起对传统机械论世界图景最严峻的挑战，成了普里戈金发起的以“时间的再发现”为主题的科学革命的主力军。混沌学已经展示了世界图景即将面临的革命性变化，其中最重要的革命性因素是确立了“开放的未来”的概念。混沌表示，未来是纯粹的未定，开放未来的概念真正揭示了时间之矢的本质。

3. 还原论与古典科学 与时间的发现相伴随的重建世界图景的另一个维度是整体论的出现。整体论是与原子构成主义相对立的一种世界观。继承自希腊的数学理性传统，原子构成主义支配着近代科学的主流研究纲领。“物质实体+形式法则”的模式是西方思维的核心特征，不仅表现在对自然界的构造上，也表现在对人类社会运作模式的构思上。由自由的个人（原子）所组成的社会，得以保持其有序运作的唯一办法就是制订某些规则，这些规则就是法律。对规则和程序的强调与对个体自由的强调相辅相成，是西方民主体制不可或缺的两大要素。一叶知秋，窥一斑而知全豹，是牛顿力学的方法论准则。牛顿力学拆整为零的方法论，对整个古典科学起了示范作用。复杂分解成简单的组合，宏观归结为微观的组合，成了近代科学一个占主导地位的方法论原则，这个原则通常被称为还原论。

4. 量子力学与整体论 量子力学在最微观的领域巩固了整体论的基础地位。量子力学的定域性破坏显示了量子力学与相对论的某种冲突。这两大理论的整合有待时日。但贝尔定理日益得到证实，向人们展现了奇妙的量子关联的实在性。这种关联表现在人与自然之间、主体与客体之间，也表现在宇宙的过去与现在之间。量子理论的整体论特征，是从古典科学自身中生长出来的新思想，它在某种意义上给诸多新兴的整体论科学以极大地鼓舞。

5. 系统科学：申农、维纳、贝塔朗菲、普里戈金、哈肯、托姆、艾根、洛伦兹 真正对原子论构成冲击的，是系统科学在20世纪的成长壮大。系统科学通常指二战以后兴起的控制论、信息论和系统论，20世纪60年代以后出现的耗散结构轮、协同学、突变论、超循环论等自组织理论，以及80年代以来日渐活跃的混沌学。人们又从不同的角度称它们是复杂性科学、非线性科学、整体性科学。二战中为了提高战时通信的效率和可靠性，1948年美国数学家申农《通信的数学理论》。标志着信息论的诞生。信息传输过程理想化为五部分：信息源、发送器、信道（传输媒介）、接收机、信息接受者。申农的信道定理可以看成是热力学第二定律在通信问题中的特殊形式。也是与二战中弹道计算的要求相联系，控制论在美国科学家维纳手里被创立出来。信息和反馈构造了控制论的基本框架。《控制论》一书宣告控制论这门学科的诞生。1948年贝朗塔菲出版了《生命问题》系统阐述了他的一般系统论，宣告了这个新理论的诞生。其实贝朗塔菲的系统论更多是一种哲学思想。老三论指控制论、信息论和系统论。新三论是耗散结构轮、突变论和协同学理论，也有吧超循环系统加进来的。托姆1972年《结构稳定性和形态发生学》系统阐述突变理论。如果说控制论和运筹学处理的是简单大系统，那么协同学等自组织理论处理的就是简单巨系统，但真正复杂的巨系统还没有十分明显的成果。圣塔菲学者们在经过10年努力之后，居然有“从复杂性走向困惑”的感叹。

6. 生态科学 生态学天然属于整体论。1866年德国生物学家海克尔《普通生物形态学》首先使用生态学这个词。生态学是从近代科学的博物学传统中孕育出来的。20世纪50年代，生态学打破了动植物的界限，并超出生物学领域。奥登在《生态学基础》定义为“自然界的构造和功能的科学”，生态学成了研究生物与其环境的相互关系的科学。生态学三大观念：在整体论之下，循环的观念、平衡的观念和多样性的观念。直面环境日益恶化和生态危机之现实的生态科学，是新科学的曙光。它以活生生的例证向人们展示了整体论被忽视的恶果，呼唤整体论科学的全面复兴。

第四十六章 科学与人类未来

核能时刻像一把利剑倒悬在人类的头颅。知识确实是力量，但今天我们却不能控制这种力量。人类基因组计划，将使整个生命科学和医学为之改观，但一旦图谱绘制和解读成功，生命的安全感顿时将灰飞烟灭。科学在带来福音的同时，也造就了危害人类的魔鬼。科学的未来如何，人类的未来如何 ，这是一个引起现代人深思的问题。“无为无不为”中国哲人教导的生活方式具有巨大的启发意义。

可以进一步思考的若干问题：

1. 罗马科学的衰落与“李约瑟之谜” 希腊精神与罗马气质实用性与理性迷思

2. 希腊吸收东方然后发展科学，开放，交流，思辨，代际传递，长效的稳定机智。东方专制实用，太依赖时代的清明和统治者的重视，很难传递。相逢靠历史的机会，且非常难代际传递和发扬光大。地区文明变迁，学术中心不断转移。西方是机会的汇合处

3. 中国古代科技体系三大技术：丝织、陶瓷与建筑，与中学教材的冶炼业有所不同。陶瓷发展中认为宋代开始出现彩瓷。青花瓷始于宋，待考证。

4. 炼丹术与炼金术——中西科技发展道路选择与机制

5. 人们一般把“为什么中国近代科学技术落后”等同于“为什么中国没能产生近代欧洲所产生的那种科学”。这个等同并不恰当。因为这是两个完全不同的问题。首先“中国没有产生近代科学”并不意味着中国近代科学技术必然落后。其次，“为什么历史是这样（出现发现变慢现象）”与“为什么历史不是这样（未出现近代科学）”是完全不同的两类问题。前者可以从历史上找到积极的解答，而后者只能找到消极的解答。问中国为什么没有产生近代科学，就相当于问苹果树上为什么结不出桃子。我们也许可以说，这是一个假问题。但是，第一个问题是一个有意义的历史问题，对它的回答是：由于中国科学的发展速度变慢，西方发展变快，所以中国落后了。为什么中国科学在近代发展变慢了呢？正是其依附于大一统的社会结构的实用性本质使然。p211问题意识很重要，一个好问题、真问题的提出更重要。放置于历史长河，如果不能从根本上理解之体恤自己的来处与过往，势必过程中会出现断裂或偏差。

6. 基督教的教父哲学与经院哲学，柏拉图主义与亚里士多德主义。神学注入理性，中世纪孕育近代

7. 文艺复兴与近代科学 达芬奇

8. 战争催生新技术和新发明的应用 火器-弹道学-力学-标准化规范化 二战核武器的研发、信息技术高新技术的发明与应用

9. 时钟的变迁与人类文明史的同步说明 中国古代的日圭、漏壶以及刻有刻度的蜡烛和香，十二时辰对应作息，农耕文明。中世纪教堂摆轮钟。近代单摆-发条钟，伽利略与惠更斯，科技进步与航海需求的相互促进，荷兰商人的商业头脑。（吴国盛《时间的观念》） 胡克弹性定理为便携式钟表的制造

7. 世界图景的转换：古代分散认知，狭小的世界，东西差别，天文学一探究竟，但都不确切。近代大事件人发现了世界，新航路开辟和地理大发现 ：哥伦布发现美洲与亚美利哥认为新大陆，以及“亚美利加”美洲的得名。经济与观念革命。哥白尼革命-布鲁诺殉难—牛顿万有引力定律 整个近代的宇宙论革命，就是从封闭的世界走向无限的宇宙。伽利略牛顿近代机械自然观可概括为：人与自然相分离；自然界的数学设计；物质世界的还原论说明；自然界与机器的类比。机械自然观随着牛顿力学的建立而确立。热力学第二定律的历史性突破在于：突出了物理世界的演化性、方向性和不可逆性，给出了与牛顿宇宙机器图景完全不同的世界演化图景。虽然这个演化是向下的、越来越糟的演化，它与进化论所揭示的生命世界里向上的、越来越高级的演化形成对照，但共同发展了演化概念，深化了人们对宇宙的认识。发展和演化越来越成为新自然观的主题。恒星周年视差的发现，缩小了的图景，是人们意识到浩瀚的宇宙空间之中，太阳系是何等的微不足道。相对论革新了世界图景：从“筐子装东西”式的“时空+物质”模式成了“时空-场-物质-流形”。相对论在时空观方面的革命奠基于对希腊古典科学精神的再度弘扬，是对世界普遍性的追求，对世界和谐的追求，对数学简单性的追求。广义相对论的几何化思路可以看成是毕达哥拉斯主义所能达到的新的巅峰。量子力学更激烈地改变了世界图景的构造。相对论把时空框架与物质运动融为一体，还保留了牛顿力学固有的严格决定论的数学微分方程，保留了因果律，保留了定域性（拒绝超距作用），这一切在量子世界图景中都或多或少遭到了破坏。连续轨迹的概念被不连续的量子跃迁取代；严格决定论的概念被概率决定论取代；定域的概念被整体论的概念打破。伴随着这些基本概念的变化，量子世界出现了波粒二象性、测不准原理、定域性破坏等奇妙的现象。世界图景的重建：内在冲突、重新发现时间、还原论、整体论、复杂性等。

10. 超越时代的观念能被人们接受吗？穿越注定是死亡之旅 布鲁诺、利玛窦 最难改变是人心 清醒者与沉睡者的较量，自古有之。真理被扼杀比比皆是。历史的车轮走的何其曲折。

11. 西方物理学发展线索：亚里士多德物理学——哥白尼、伽利略、惠更斯、牛顿 始终在传递，不断发展拓宽深入 生物学、化学也有这样的线索

13.开放交流与封闭落后：莱布尼茨与牛顿微积分之争 英法两国就海王星的发现权打的不可开交。

12. 法国的时运：法国大革命与一系列重要科技成果失之交臂，大量科学家被害，制碱新法和拿破仑放弃

13. 拉瓦锡“共和国不需要学者”科学·国家·历史·婚姻·经济

14. 1847年赫尔姆霍兹《论力的守恒》严密阐述了能量守恒原理（在德语中“力”一词向来在“能量”的意义上被使用）《约翰克里斯多夫》中大量用到力来形容成长过程中探求音乐的动力。贝多芬的交响曲。对力的关注可能是19世纪时代脉搏在不同领域的共同绽放。

15. 理论和结果二律被反：燃素说、社会达尔文主义

16. 科学家的崇高地位体现之一举行国葬：实验心理学理论奠基者伯纳尔，科学家举行这样盛大的葬礼在法国还是头一回。福楼拜记述了这次葬礼。

17. 科学发现而不被重视的遗憾之处:受制于影响力和传统学说，譬如孟德尔的遗传学研究

18. 近代科学突出特点之一为具有连续性、渐进性和突破性。一个新的科学发现或者理论或观点，弥补了填充了之前的不足，但又引发新的问题。就在这样一波又一波的问题解决和新问题出现又被解决过程中，近代科学获得快速发展。

19. 巴斯德与迈斯特 人性与人格舒张之美

20. 女性和近现代中日学者的出场：亚历山大里亚缪塞昂学院古代世界唯一的女数学家希帕提娅；居里夫人第一位两次获诺贝尔奖（物理和化学），吴健雄。德国女化学家诺达克提出在中子轰击下，铀分裂城际快，只有这样才能解释新出现的放射性元素与铀并不邻近的奇怪现象。1938年德国物理学家哈恩也重新做了实验，对结果迷惑，将结果和疑惑写信告诉了奥地利女科学家迈特纳，迈特纳当即提出一个大胆的猜想：铀核在俘获了一个中子后分裂成两个大致相等的部分，她称这一过程为分裂核，玻尔后来改称为核裂变。1986年挑战者号第10次发射升空，73秒后发生爆炸。包括一名中学女教师在内的7名宇航员全部遇难，航天史上最大灾难性时间。探粒子之微研究原子核的汤川秀树和李政道、杨政宁、吴健雄（这三位还都是华裔美国的物理学家）。

写在后面

从2月19号开始敲到今天2月29号，总算敲完了。这个2月也算对自己有点交代了。有重温高中时代的感觉。虽然高中距今已经20年了，但回忆却越来越深刻。感怀那时的专注，学习的刻苦，也庆幸自己不负时光。在梳理科学史的过程中，越来越强烈的意识到高中阶段的知识学习真的是全方位奠定一个人的知识完整性、全面性和系统性的关键时刻。数理化、文史哲、中英数、图音体美劳全面开花，朵朵不落且有一定的知识深度和广度，有且仅有在高中。进入大学，专业、兴趣和爱好所惑，看的书虽然越来越深越来越专但看的书的面儿确实是越来越窄了。都说高中阶段的学习是功利性最重的时期，现在想想实在不能这么说，因为那些知识你也只能在那样一个时间段去学习，去打下根基，去强制注入你的骨血，成为你的部分。在个人成长之路上，那是最佳的时段，过了，缺了，就残了，后来再难一一追回。

4年一遇的今天，疫情当道的今时今日，留下这些话，为念。