近代科学发展的三个阶段和特点特征

文章ID: 11417

状态: future

分类: uncategorized

近代科学发展的三个阶段和特点特征

近代科学作为一个独立的科学传统，诞生于16世纪中叶。具体的，近代科学的发展又可以分为三个阶段，即创建阶段、消化阶段和鼎盛阶段。

1.创建阶段（16世纪中叶至17世纪）

欧洲中世纪后期的十字军东征、地理大发现、文艺复兴为近代科学的诞生创造了必要的外部条件，同时自然科学自身也在为争取自己的独立而斗争。这个阶段开始的标志是1543年哥白尼发表《天体运行》、维萨留斯发表《人体构造》，这两本书被称为自然科学宣布自己独立的宣言。

耸立在意大利罗马鲜花广场中央的布鲁诺雕像

哥白尼的《天体运行》引起了一场巨大的、持久的、深刻的学术思想革命，使人类开始重新认识宇宙、地球、物体的运动乃至人类自身在宇宙中的位置。在书中，哥白尼创造了一个在数学形式上极其简单的天文学体系，第一次正确地描述了水星、金星、地球和月亮、火星、土星、木星轨道实际相对太阳的顺序位置，提出了日心说，把托勒密以地球为中心的数学上极其繁复的天文学体系推翻了，也摧毁了地球居于宇宙中心是上帝安排的神学宇宙观，开创了近代天文学的新纪元。哥白尼的学说通过意大利哲学家布鲁诺的热情宣传引起了世人的关注和教会的重视，布鲁诺因此在1600年被教会烧死在罗马的鲜花广场。哥白尼之后，德国天文学家开普勒为近代天文学的发展作出了重要贡献。他从老师第谷那里继承了大量精细的天文观测资料，据此建立了行星运动三定律，使新天文学得以确立。

比利时解剖学家维萨留斯1543年出版的《人体结构》一书，纠正了盖仑学说中的200多处错误，打破了盖仑对欧洲医学长达1000多年的统治。维萨留斯由此触怒了教会，被教会判处死刑，只因他是西班牙国王的御医而幸免。以后教会又逼迫他去耶路撒冷朝圣以“忏悔罪过”，不幸死在归途中。10年以后，西班牙医生塞尔维特在匿名出版的《基督教的复兴》一书中提出血液在心肺之间的小循环理论，也被教会视为异端处以火刑，临刑前还活活烤了两个小时。1628年，英国医生哈维在《心血运动论》一书中论述了他的血液大循环理论，也曾遭到强烈的反对，只是由于哈维又是国王的御医，才幸免于难。

意大利物理学家伽利略是近代科学创建阶段从哥白尼到牛顿的关键人物。他用自己制造的望远镜观察天体，为哥白尼的地动说提供了有力的证据，而且他对天体的观测同时也标志着天文学研究从古代的肉眼观测进入了望远镜观测的新时代。伽利略对近代科学的最大贡献在运动学方面，他以一系列关于物体运动的实验，推翻了以亚里士多德为代表的传统运动观念，而且他还用严密的数学形式来表述物体的运动规律，开创了科学实验同数学相结合的科学方法。

近代科学的创建阶段结束于1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》。这本书包括了牛顿在力学、数学和天文学方面最重要的成就。全书的核心是牛顿的力学三定律（惯性定律、加速度定律、作用与反作用定律）和万有引力定律。这些定律构建起一个完整的力学理论体系，把过去一向认为是截然无关的地球上的物体运动规律和天体运动规律概括在一个严密的统一理论中。这是人类认识自然的第一次理论大综合。牛顿力学是整个物理学和天文学的基础，也是现代一切机械、土木建筑、交通运输等工程技术的理论基础。

除天文学和力学之外，这一阶段数学的发展主要是法国数学家笛卡尔和费尔马建立的解析几何，使常量数学进入到变量数学；牛顿和莱布尼兹建立的微积分则使数学的发展迈上一个新的台阶。

2.消化阶段（18世纪）

近代科学在创建阶段，无论科学知识、科学思想还是科学方法，都开创了一个新纪元，特别是在物理学和天文学方面，成就极其辉煌，而且由于微积分的创立、血液循环的发现、显微镜的发明、化学元素概念的确立，数学、生物学和化学也都取得了重大进展。相比之下，18世纪的科学发展就略显缓慢了。18世纪虽然也出现了像林耐的植物分类体系和拉瓦锡的“氧化说”理论那样的成就，但从整个科学领域来看，比17世纪却大为逊色。18世纪可以说是近代科学的消化阶段，这包括两方面含义：一方面是17世纪的重大科学成果在不同学科体系之间以及不同国家的科学家之间得以转移、扩散，并被进一步深化和细化，这集中表现为牛顿力学体系中所蕴涵的思想、方法向力学以外的其他学科广泛移植，而同时牛顿理论本身也跨越国界向英国以外的国家迅速传播；另一方面，是科学知识和科学思想被社会消化，成为推动社会前进的动力。科学作为生产力，又作为解放思想的精神力量，在18世纪的英国工业革命和法国启蒙运动以及随之而来的美、法两国民主革命中，显示了巨大的社会影响，这两次伟大革命也为科学的进一步发展提供了强大的物质基础和有力的社会保证。

牛顿的理论成果由莫佩屠斯等人的著作介绍到法国，并由达兰贝尔、克勒洛、欧勒、拉格朗日、拉普拉斯等加以发展。达兰贝尔和克勒洛是最早接受牛顿学说的法国科学家；欧勒在牛顿的微积分基础上创立了分析数学的新分支；拉格朗日不仅创立了变分学，而且提出了三体的相互吸引力的计算这一困难问题的处理方法，另外在他的巨著《分析力学》中，拉格朗日通过虚速度和最小作用原理把全部力学建立在能量不灭原理之上；拉普拉斯对牛顿体系的贡献比拉格朗日还要大，他在《宇宙体系论》中提出了星云假说，在《天体力学》中运用微分学诠释和补充了牛顿《自然哲学的数学原理》的内容，总结了当时有关概率论的研究成果。

18世纪化学的发展也深受牛顿理论的影响。早期化学家的最大困难是了解火焰和燃烧现象。在拉瓦锡的“氧化说”建立之前，燃素说一直是该领域的主导性理论。拉瓦锡坚持以牛顿力学有关质量不变的假设为基础，排除燃素说所臆造的与其他物质在性质上根本不同的燃素概念，对燃烧现象进行了重新说明，从而有力地证明了燃烧与呼吸同属于氧化反应，它们的区别只在于急速和缓速，结果都是增加重量，这个重量等于化合的氧气的重量。具有负重量的燃素概念从此就从化学中消失了。通过拉瓦锡的工作，牛顿在力学中所确立的原则，便转移到化学中来了。

3.鼎盛阶段（19世纪）

经过18世纪各个方面的准备，19世纪科学进入了全面发展的鼎盛阶段，历史上，19世纪也被称为“科学的文化世纪”。在这个阶段，继物理学、天文学和化学之后，许多科学部门（如地质学和生物学）也开始从经验的描述上升到理论的概括，逐渐形成了自己的统一整体。与此同时，许多新的学科分支相继建立起来，如热力学、电磁学、物理化学、生理学、胚胎学等，各门学科之间的空隙逐渐得到填补。在19世纪，科学发展的最为重要的成就是出现了两次生物学的理论综合，即细胞理论的建立和进化论的提出，以及两次物理学的理论综合，即能量转化与守恒原理的发现和电磁理论的建立。

细胞理论的建立得益于显微镜的发明及其应用。显微镜是由荷兰人詹森在16世纪末发明的，伽利略和惠更斯对它进行了改进。1665年胡克在用显微镜观察软木切片时，发现了细胞。此后经过100多年的研究，一个完整的细胞理论终于在19世纪30年代形成。1838年施莱登发表了《论植物的发生》一文，提出细胞是一切植物体的基本单位，植物发育的过程就是新细胞形成的过程。1839年施旺发表了《动植物结构和生长相似性的显微研究》一文，把施莱登的学说扩大到了动物界。这样便形成了适用于整个生物界的细胞理论，动植物的结构组织和发育过程，便在细胞的层次上得到了一种统一的解释。

生物进化论的思想最初是由一些博物学家提出来的，如布丰、拉马克、居维叶、圣提雷尔等都分别提出了含有进化论思想的学说。法国生物学家拉马克在1809年出版《动物哲学》一书，批判了当时流行的独创论和物种不变论，用“用进废退”和“获得性遗传”论述了他的进化学说。英国生物学家达尔文从1831年开始观察和收集动植物和地质学方面的资料，1859年出版《物种起源》一书，标志着生物进化论的诞生。达尔文的著作用大量事实和严密论证说明生物物种不是被造物主分别创造出来的，而是由简单的物种发展演化而来的，给生命世界引入了发展变化的思想，使人们不再把动物和植物之间、动物和人之间的区别看做是神圣的和绝对的。这种思想在当时的欧洲乃至世界引起了巨大反响。

19世纪下半叶生物学方面还有微生物和遗传学的重要进展。法国生物学家巴斯德把自己的研究工作和国民的生产生活结合起来，在解决葡萄酒存放变质问题时建立了“发酵理论”，并提出“巴氏消毒法”；在研究蚕病过程中提出“细菌致病说”；在关于牛羊炭疽病和狂犬病的研究中建立了免疫学理论，使微生物学作为一门科学建立起来。这一时期，奥地利神父孟德尔通过“豌豆实验”所建立的遗传定律虽然没有引起当时学界的重视，但却为20世纪系统的遗传理论的建立，特别是分子生物学的诞生奠定了重要基础。

能量转化与守恒定律即热力学第一定律的发现，揭示了热能、机械能、电能、化学能等各种运动形式和能量之间的统一性，使物理学达到空前的综合和统一，这是牛顿建立力学体系以来物理学的最大成就。能量转化与守恒定律是在19世纪30—40年代，先后在四个国家，由六七种不同职业的十几位科学家，从各自不同的侧面独立地发现的，这其中作出主要贡献的是德国的迈尔、赫尔姆霍茨，英国的焦耳、格罗夫，丹麦的柯尔丁等人。

对于电磁学发展贡献最大的是法拉第，他于1831年发现电磁感应现象，并提出“力线”和“场”的概念进行解释，认为空间是布满磁力线的“场”。这是牛顿以后物理学基本概念最重要的发展。1864年，麦克斯韦发表了一篇在电磁学理论上具有划时代意义的论文，用一组偏微分方程来概括全部电磁现象，完成了物理学史上又一次伟大的理论综合。麦克斯韦理论预言了电磁波的存在，揭示出光、电、磁现象的本质统一性。1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，确立起麦克斯韦电磁理论的科学地位。

19世纪除了生命科学和物理学的辉煌成就外，在化学上还有原子论、元素周期律，地质学上还有地质演变理论，等等。19世纪初，英国化学家道尔顿建立了科学的原子学说，对当时已有的化学领域的经验定律作了很好解释。其后，为了解决盖吕萨克定律的理论解释困难，意大利化学家阿佛加德罗建立了分子论，在1860年德国召开的首届世界化学家会议上，原子分子学说得到普遍承认。1869年，俄国化学家门捷列夫在同时代化学家对元素性质和原子量关系研究的基础上，确立了元素周期律，完成了化学领域中的一次新综合，使化学从经验性的研究进入到理论化阶段。1830年，英国地质学家赖尔《地质学原理》一书出版，提出了地壳发展均变论和“将古论今”现实主义方法，带来了近代地质学迅速发展。

4.近代科学的特点

与古代科学相比，近代科学的最大特点是用实验方法和数学手段研究自然界，体现了源自古代的技术传统与哲学传统的有机结合。近代科学的发展也开始打破国家和地域的界限，天文学、力学、数学、物理学、化学、生物学等学科都得到了系统的发展。到18世纪末，在各个领域都已经分门别类地积累起了大量有待深入研究的事实材料。尤其是进入19世纪以后，科学研究的重点发生了重大变化，从以前主要是搜集经验事实转向对事实材料的综合整理，并将经验材料概括提高为系统的理论。自然科学由搜集材料阶段过渡到整理材料阶段，由经验阶段发展到理论阶段，各个学科走向全面繁荣。

近代科学最突出的特点表现在四个方面：强调系统的、有目的的实验，而不是简单地对自然现象的观察；以实验（包括观察）事实为根据进行缜密的分析和推理，而不是凭猜测和臆想；从经验定律上升为系统的理论，在各个领域中逐步建立起严密的科学理论体系；广泛应用数学方法，使科学知识日益精密化。