第七章 实验传统的兴起

Posted 2021-01-13 vegetaball

第七章 实验传统的兴起

近代科学的三大传统

• 数理传统（希腊理性传统的再现）
  孤立化、原子化、碎片化分析
• 实验传统
• 博物学传统

科学革命导致的两大主题

• 世界图景的机械化
• 自然的数学化与分析化

实验传统的三个来源

• 数理分析传统
• 炼金术传统
• 培根传统（新博物学传统）

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7.1数理传统和炼金术传统

数理传统

数理传统的两种实验传统

• 演示实验
• 思想实验

思想实验：在内心中设想出潜在的实验条件，其结果可以根据以前的日常经验可靠的预见到。——托马斯-库恩
如伽利略的重物轻物同时落地的思想实验
帕斯卡的大气压实验，水压实验

炼金术传统

卢瑟福，得到了化学（？？）诺贝尔奖
炼金术颠覆了希腊以来的人工物和自然物明确的界限
炼金术也是为了寻找世界的本源，炼金术士认为上帝是化学家（数理学家认为上帝是数学家）

科学革命的数理科学线索： 哥白尼-开普勒-伽利略-牛顿，自然的数学化与机械自然观
没有精美的插图，近代科学是搞不起来的

科学革命的炼金术（化学论）神秘主义线索

• 自然法术
• 神秘主义
• 数秘主义

炼金术的主要人物

• 帕拉塞尔苏斯，本名霍恩海姆（1493-1541），医药化学
  Para（超过）塞尔苏斯（希腊时期的百科全书式的学者）
  将功利的炼金行为，提升出哲学意义，再现创世过程
  帕拉塞尔苏斯认为人体中世纪起作用的三要素：硫、汞、盐
  化学和医学结合起来，使其具有广阔的需求
  发现了锌（称之为劣等金属），正式给酒精命名（alcohol）
   
  帕拉塞尔苏斯学派的三个特点
  *反叛亚里士多德和盖伦的传统，否定液体学说，主张三要素理论（硫、汞、盐——精神、灵魂（给肉体活性的东西）、肉体）
  *强调观察和实验，反对本本主义（照本宣科）
  *重视化学胜过数学，重视实用化的定量，轻视抽象几何的证明
• 阿格里科拉（1494-1555），矿物学
  《论金属》，有很多插图，对欧洲历史上的采矿和冶金技术做了百科全书式的总结

• 赫耳蒙特（1577-1644），火术哲学家
  着迷于化学实验，用火实现化学过程被他认为是哲学的实验。将炼金术提高到更高的层次。
  区分了空气和气体
  土源于水（他相信万物源于水），烧瓶实验：一直烧，有水垢，证明土源于水；木头源于水，称土，种柳树，柳树长大之后，土的重量基本上没有变化，木头重的部份接近于倒的水的重量2333（但是，引入了，定量实验！哈哈）

• 波义尔（1627-1691），化学，使化学真正成为科学
  雇佣胡克，英国物理学家天文学家。空气泵是胡克帮他做的。
  《怀疑的化学家》，把化学改造成理论科学、哲学
  波义尔把元素改造成可操作的概念（以前的元素都是指大类，类似中国的金木水火土这种），它定义元素是化学过程不能分解的东西，区分了混合和化合，揭示了物理过程和化学过程的区别。正确评价了火的作用。做了真空中的燃烧实验，发现了空气对于燃烧的重要性，意识到空气对生物的重要性。

培根传统

• “科学就是力量”，干预自然，改变自然
• 培根科学：系统、精确地观察和发现新现象；仪器的大量使用

7.1数理传统和炼金术传统（实验）

在近代科学中，实验传统来源于培根传统、数理和传统和炼金术传统
数理传统的形成是因为数理科学的发展本身就要求某种实验的展示（演示实验和思想实验）
人体里面的三要素是硫汞盐，这是帕拉塞尔苏斯的观点
阿格里科拉是德国人Orz

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7.2培根传统

培根传统

弗兰西斯·培根（1561-1626）

1605《学术的进展》
发出征服自然、改造自然的号召。
1620《新工具》
归纳法
1625《新大西岛》
是一部可选小说，体现了培根对未来理想社会的憧憬
文艺复兴时期，三大乌托邦之一
设想一个岛国上，科学家来统治他们。后来成为英国皇家学会构想的蓝图

培根传统（新博物学传统）的特点

• 欲征服自然必先认识自然
• 重视系统的观察、记录、分类
• 大量科学仪器的使用

培根传统是托马斯·库恩提出的

物理科学发展中数学传统和实验传统的对立。——托马斯·库恩《必要的张力》
电学、热学、化学在十八世纪慢慢的形成，继承了培根传统。

古典科学代表人物及学科

哥白尼、笛卡尔、伽利略、开普勒、牛顿
天文学、经历学、光学、数学、和声学
（这些是旧科学的创新）

培根科学的代表人物及学科

吉尔伯特、波义尔、胡克、富兰克林、卡文迪许、库仑、拉瓦锡、（牛顿）
电、磁、热、化学、实验哲学

数理传统和培根传统在19世纪之前是分离的

偶有交叉如牛顿

培根传统的代表人物和事件

• 威廉·吉尔伯特（磁）
  英国皇家科学家，宫廷御医
  1600《论磁》猜测地球就是大磁铁。提出质量的概念，磁力强度与质量成正比。提出电这个词。
  赞同日心说
• 马格德堡半球实验
  马格德堡半球实验是关于真空是否存在的实验
  亚里士多德认为真空不存在
  盖里克，马格德堡市市长
  
• 显微镜下的新世界
  伽利略发现了昆虫的复眼
  马尔比基（意大利）发现了毛细血管，解释了血液循环
  列文虎克（意大利）发现了单细胞有机体，证实了血液循环，发现了红血球、细菌
  胡克 1665《显微图》，首创cell细胞一词

18世纪培根科学的两大领域

• 火的研究-火学（热学、光学、电学）
  引入定量流的概念，定量研究，守恒的概念。同质化的单位。
• 气的研究-气学

热

测量的本质是把不可视的东西变成可视的
1702法国人阿蒙顿改进了伽利略的温度计
1714德国人华伦海特用水银代替酒精作为测温物质，提出华氏温度
1742瑞典天文学家摄尔修斯建立摄氏度（水的沸点0度，冰点100度）
马森布罗克（莱顿瓶），指出温度和热量的不同（中世纪的经院科学家就已经知道这一点，但是从来没有实验测量，只是理论），提出热容量即比热的概念，提出潜热（温度不变的时候物体的吸放热）。
人们认为热是物体，热质的多少决定热量的强弱。
热质说可以解释热量守恒现象和“火”流的定量研究

电

静电

吉尔伯特发现了带电体和不带电体
盖里克发明了摩擦起电机
1729年，英国修道院的修士格雷，发现有些物体可以传导电，有些则不能。带电体不导电，不带电体导电。
迪费发现带电体和不带电体没有区别，任何物体都可以带电。进一步发现了电有两种不同的极性，玻璃电和树脂电。
1745 莱顿大学的教授马森布罗克发现玻璃瓶可以储存大量电荷，此瓶成为莱顿瓶。莱顿瓶的出现对于静电学具有非常重要的意义。
法国人诺莱特在巴黎演出了放电喜剧，路易14亲自观看。
富兰克林，发明了避雷针，发现天上的雷电与莱顿瓶中的电是相同的。进一步打破了天地之间的界限。正式提出了z正电和负电的概念。

流电

伽伐尼：发现伽伐尼电流（动物电）（解剖青蛙腿）
伏打：证明了伽伐尼电流是由两种金属加导体造成，发现了伏打序列，制成伏打电锥（不同的金属叠在一起），对动电研究打下了基础。

两个静电物理学家

• 卡文迪许
  发明了扭称，测万有引力定律常数G。
  1777提出电荷作用的平方反比定律
• 库伦
  测定了电荷之间的相互作用（与卡文迪许是独立的）

燃烧问题

当化学成为哲学的的时候，燃烧的本质开始得到关注

燃素学说

燃素：易燃可分离的物质
燃素说的集大成者是德国的斯塔尔。斯塔尔在原子论的基础上建立了燃素学说：空气只起辅助燃烧的作用，主要是带走燃素。
燃素学说最大的问题是，燃素的重量。金属生锈也被认为是燃素跑了，但是金属生锈之后更重。燃素学说已经认识到木材燃烧和金属生锈是同一种过程，但是燃素是正质量还是负质量无法确定。

二氧化碳

1727年，英国植物学家黑尔斯出版《植物静力学》，发明了手机各种气体的方法，最有名的是水面收集法。
布莱克发现石灰石燃烧产生二氧化碳，命名为固定气体，发现人呼出大量二氧化碳。

二氧化碳与氧气

普利斯特列 《电学史》，发明“苏打水”，现代碳酸饮料的创始人。发现啤酒发酵产生的气体就是“固定气体”。发现植物的生长需要固定空气，而动物释放固定空气。普利斯特列xx年收集到一种新的气体，命名为脱燃素气体（他相信燃素说）。他是氧气的第一个重要的现者。
舍勒在实验中发现“火空气”，氧气。1775年写出，但是几年之后才得到出版，丧失了氧气的发现权。药物中毒死去。
拉瓦锡，近代化学的奠基人之一，“燃烧的氧气学说”提出者。化学界的牛顿。法国大革命被砍头。1774年，拉瓦锡做了和普林斯特类似的实验，加热锡和铅，发现灰的质量增加了，但是空气的质量减少了。非常精密的仪器才能做到。拉瓦锡敏锐的感觉到，空气中减少的和灰中增加的，就是普利斯特列所说的“脱燃素空气”。拉瓦锡认识到，这个过程不是脱离的过程，而是化合的过程，1775年，他把最这种气体命名为氧气。意为产生酸的空气。1781年，拉瓦锡重复普利斯特列的实验，证明水是可燃空气（氢气）和氧气的化合。1783年拉瓦锡创立氧化理论，正式取代燃素学说。1787出版《化学命名法》近代化学第一次有了严格统一科学的物质命名方法。1789《化学纲要》，奠定了化学的概念、原理、反应式的基础。从此之后化学建立在定量研究的基础上。马拉是当时的革命领袖，有可能对拉瓦锡怀恨在心。拉瓦锡死在黎明前的黑暗。

7.2培根传统（习题）

最早发现单细胞有机体的是列文虎克，他进一步证实了血液循环
质量的概念是由吉尔伯特提出的，并且认为磁力的强度和磁石的质量成正比
马格德堡半球实验本质在于实验真空是否存在
毛细血管是马尔比基通过显微镜发现的

7.3博物学的发展

什么是博物学（Natural history）

Natural history译为"自然史"是不正确的

Natural history 对应与 Natureal philosophy

自然哲学最基本的方式：通过把握本源来了解世界。建立普遍的、一般性的原理
博物学是对实施进行采集、分类、命名

博物学的基本工作：采集事实、描述命名、分类编目
自然哲学的基本工作：寻找原理、

西方传统博物学的一般特征

西方博物学的基本传统

存在之链the Chain of Being

近代博物学的实用动机

• 利用自然力（牛、马等动物）拉车载物等（近代对自然力的利用，欧洲高出中国5倍）
• 动植物的药用、食用价值
• 地理大发现以及对殖民地自然资源的考察

博物学的步骤

• 统一属于和名称
• 建立人为分类体系
• 建立自然分类体系
• 进化论

近代博物学的重要成就

1859年十二月 达尔文《物种起源》。以自然选择为机制，在当时并没有得到公认

进化论

达尔文进化论面临的问题

• 宗教批评问题
• 地球年龄问题
• 融合遗传理论问题
  孟德尔的理论没有被重视导致无法解释遗传

7.3博物学的发展（习题）

迪费推翻吉尔伯特的学说，并将正电荷和负电荷命名为玻璃电和树脂电
化学革命的英雄，化学界中的牛顿是拉瓦锡
万有引力的常数G是由英格科学家卡文迪许测定的
避雷针是富兰克林发明的

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