思想散步分享 http://blog.sciencenet.cn/u/fqng1008 前三十年写日记,后三十年写博客

博文

现代科学的诞生标志(1)

已有 1019 次阅读 2021-9-19 17:28 |个人分类:读书笔记|系统分类:科研笔记

科学是什么?有人说,它是分门别类的学问。不错,人类的活动产生经验,经验的积累和消化形成认识,认识通过思考、归纳、理解、抽象而上升为知识,知识在经过运用并得到验证后进一步发展到科学层面上形成知识体系,处于不断发展和演进的知识体系根据某些共性特征进行划分而成学科。

也有人认为,科学发现由其煽动两翼而导致:一翼是直观的思辨、跳跃的想象和大胆的假设,而另一翼则是经验的归纳、严密的推论和严谨的验证。回顾科学的发展道路,它似乎也可以分为两个时期:一个是轴心时代,来自直观的思辨、跳跃的想象和大胆的假设;一个是科学时代,在直观、思辨的基础上,进行经验的归纳、严密的推论和严谨的验证。

现代天文学诞生

1543年,有两部著作问世:一部改变了人类对“大宇宙(天体)”的看法,一部改变了人类对“小宇宙”(人体)的看法。因为这种改变,是一个新时代的开始——人类从轴心时代进入到科学时代。

这两部著作,一部是哥白尼的《天体运行论》,另一部是维萨里的《人体构造》。人们认为,这两部著作的出版是个分水岭。

哥白尼发表《天体运行论》,惊动的是教廷。教廷说天上万物围着地球转,因为地球是宇宙的中心。地球能成为宇宙中心,是因为有上帝的手在托着它,于是它能浮在空中不下坠。哥白尼把宇宙中心移往太阳,上帝托举地球的形象就开始摇晃。从那以后,越来越多的人想到,人类其实可以用自己的眼睛看世界,不需要救世主的指点。

维萨里没挑战教廷,但他让一位屹立千年的圣贤坍塌了,原来圣贤也可以“妄议”。这让医学从圣贤的经典里解放出来,开始从人体和疾病自身的变化中寻找答案。不再盲目传承古代条文,而是以精细的观察和严格的实验来检验和发展医学理论。

现代科学的诞生似乎似乎是一个奇迹,但不同的学科有不同的诞生方式和年代,那是不同学科在不同机缘上的果熟蒂落。

十六世纪的“哥白尼革命”是现代天文学的缘起。自那时以来,大致可以划分成三个时期:在十六、十七世纪,天文学在摆脱宗教束缚的同时,逐步形成一门科学。它从主要单纯描述天体位置和运动的古典方位天文学、天体测量学,向着寻求这种机械运动的内在规律及其力学原因的天体力学发展。进入十八、十九世纪,经典天体力学达到了鼎盛时期。由于分光学、光度学和照相术的发展,天文学更深入地向着研究天体的物理结构和物理过程的天体物理学方向发展。到二十世纪,现代物理学和现代技术的发展使天体物理学成了天文学的主流,使经典的天体力学和天体测量学也有了新的发展。人们对宇宙的认识达到了空前的深度和广度。

“哥白尼革命”之后,天文学在欧洲以意想不到的力量一下子重新兴起,并且以神奇的速度发展起来。但这个“奇迹”的产生,还是应该归功于生产力的发展。

从十字军远征以来,由于商品经济的发展导致远洋航行的发达。为此,人们迫切需要天文仪器,需要精密的恒星、行星的星表,也需要发明测定经纬度的方法,为天文学的发展提供了巨大的推动力。而冶金、机械制造等生产部门的发展,印刷术的传播,则为天文学的发展提供了物质条件。

那时候,亚里士多德-托勒密的地心体系是中世纪神学世界观的一个支柱,天文学的发展却证明这个地心体系的破绽越来越多。而文艺复兴的思想解放运动为打破地心体系提供了思想动力和精神基础,天文学首先进入现代科学的大门。

哥白尼分析了托勒密体系,经过几十年的研究,建立起一个崭新的宇宙体系──地球是一颗行星,和别的行星一样,都在同心圆周上围绕太阳运行。行星排列的次序:水星在最内的圆周上,依次往外是金星、地球、火星、木星、土星。月球围绕地球运行,同时也被地球带着围绕太阳运行,恒星则在遥远的空间里。这个既简单而又基本的发现,使人们对于宇宙的看法从主观的、神秘的、原始的见解,进步到近代的、客观的、合理的分析。这种以事实作为知识来源,靠实践判断理论真伪的思维方式,使人们从此摆脱对神学和古代经典的权威的迷信。因此,哥白尼的《天体运行论》,被恩格斯誉为“自然科学的独立宣言”。

哥白尼死后三年多,第谷受到丹麦国王的资助,修建了一座华丽的天文台。他和一群助手在那里工作了二十多年。他认为,只有依靠大量的精密观测记录,才能够创立正确的行星理论,并计算出可靠的行星表。因此,他特别勤恳地观测太阳、月球和行星的方位,并作出精确的记录,对哥白尼的体系的巩固和发展起了很大作用。

随后,开普勒在分析了哥白尼体系和托勒密体系以后,发现它们有一个共同点,那就是二者都认为天体是沿圆周作匀速运动的。开普勒敏锐地感觉到,可能正是这一点是有问题的。于是他为火星设想了种种轨道曲线。经过了十多年的辛勤劳动,进行不断的尝试和复杂的计算,他终于在1609年和1619年分别发表对所有行星运动都适用的三条定律(即开普勒定律),对哥白尼学说作出了第一次重大的发展。

1609年,伽利略听说荷兰人发明了望远镜,便独立地研究制造出愈来愈大的天文望远镜。1610年伽利略开始用望远镜观察天体,发现月球表面的凹凸不平,并亲手绘制了第一幅月面图。他还发现了木星的四颗卫星,为哥白尼学说找到了确凿的证据。借助于望远镜,伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动,以及银河是由无数恒星组成等等。1632年,他的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》出版,论证了哥白尼体系的正确和托勒密体系的谬误。

伽利略去世的那一年,牛顿在英国诞生。在开普勒和伽利略、惠更斯等人工作的基础上,牛顿发现了万有引力定律。他写成了一部不朽的巨著《自然哲学的数学原理》,奠定了近代力学的基础,并表明哥白尼的日心体系是一个巨大的机械结构。牛顿证明使天体循一定轨道运动的因素是引力,并从引力定律出发将两千年间的观测贯串起来,一并加以说明。

此外,还有其他一些天文学家也对哥白尼学说的胜利和天文学的发展作出贡献,他们是霍罗克斯、赫维留、惠更斯、G.D.卡西尼和罗默。

现代物理的诞生

2021年8月,廖玮教授的著作《科学思维的价值——物理学的兴起、科学方法与现代社会》由科学出版社出版,中国科学院理论物理研究所的刘纯教授有一个扼要的评价:“如果你认为科学诞生于古希腊或其它古代文明,那这本书告诉你科学诞生于伽利略时代,伽利略是代表人物;如果你认为科学、物理学的诞生和发展是科学家们自由思想的结果,那作者告诉你那是技术工艺发展到一定水平的结果;如果你认为科学特别是物理学是关于世界本质的看法,那这本书告诉你,科学只是对现象及其关联的研究。”

物理学一开始是“自然哲学”,人们在解决生存与生产问题的同时,也对自然现象开始关注:比如天空为什么那么高远、地面为什么不会塌陷、物体下落为什么有快有慢等等。囿于时代的发展,这些问题大多只能通过猜测和哲学思辨来理解,并不能通过精致的观察和实验而得出结论。因此,在当时的可供分析的材料并不明显的情况下,亚里士多德对于物理现象的解释屡屡“翻车”。

(未完待续)



https://wap.sciencenet.cn/blog-279293-1304868.html

上一篇:[转载]“双减”对标德国?真让 50% 学生上职校的国家,现在怎样了?
下一篇:星言星语与星月(163):清晨

7 檀成龙 李宏翰 尤明庆 张学文 王安良 童调生 曾杰

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (4 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-10-27 06:42

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部