现代科学革命的发展历程

现代科学革命的发展历程现代科学技术革命不仅极大地推动了人类社会经济、政治领域的变革，也影响了人类生活方式、思维方式的发展。

一、现代科学革命的产生（一）科学革命的含义科学的任务是不断探求和系统总结关于客观世界的知识。

科学的发展表现为渐进与飞跃两种基本形式的辩证统一。

科学发展的渐进形式是科学进化，即人类对客观世界规律性的认识没有突破原有科学的规范和框架。

如某些新规律的发现，原有理论的局部修正或者拓宽和深化。

科学发展的飞跃形式是科学革命。

科学革命是指人类对客观世界规律性的认识发生具有划朝代意义的飞跃，从而引起科学观念、科学研究模式以及科学研究活动方式的根本变革。

科学革命这一概念是由英国剑桥大学教授H·巴特菲尔德在《近代科学的起源》一书中第一次在一般性意义上加以使用的。

（H·巴特菲尔德，张丽萍等译。

《近代科学的起源》华夏出版社，1988年，第157~159页。

）他把“科学革命“看作是比文艺复兴和宗教改革更为重要的决定近代特征的划时代事件。

从这以后，无论是科学家还是哲学家，都很重视从理论上来研究科学革命及其在历史上的作用。

对于自然科学，人们可以理解为关于自然的系统知识，也可以理解为探索自然的方法，还可以理解为人类社会活动的一个特定领域。

就科学作为系统知识来说，任何一门学科的概念、结构、范式的变化都可以视为该学科的一场革命；就科学作为人类活动来说，任何研究活动组织方式的变革也都可以看作是科学革命。

因此，由于角度的不同，人们对自然科学史上所发生的科学革命有二次说、三次说、四次说和多次说等不同认识，以主张三次说的较为普遍。

实际上，科学革命的实质，是指包括科学事实、科学理论、科学观念三个基本要素组成的科学知识结构体系的根本变革，其中作为体系硬核的科学观念居于最高层次，它代表着一个时代科学思想的精华，为科学理论活动和实践活动提供基本准则和框架。

因此，只有相对稳定的科学观念发生根本变革，并在科学共同体中得到确认，才能构成科学革命。

著名科学史和科学学家J·D·贝尔纳认为：“许多科学观念的改变就总合成为一场科学革命。

”（贝尔纳。

《历史上的科学》，科学出版社，1981年，第210页。

）从科学发展史来看，科学革命的发生往往从个别学科首先突破，产生新的、能更全面更正确地说明自然界规律性的、反传统的科学观念。

它一旦成立，便迅速向其他科学知识体系全面渗透，使旧的知识体系被逐步改造而向新的知识体系过渡，最后的科学共同体中得到确认。

因此，具有崭新科学观念的理论的提出并被科学共同体所容纳是科学革命发生的标志。

（二）科学革命的历史反思在人类历史的长河中，曾发生过多次科学技术变革。

但古代的科学尚处在萌芽状态，比较原始和零散，还未形成相对完备的理论体系。

只是到了近代，科学才真正达到系统而全面的发展。

因此，第一次科学革命是指从哥白尼天文学革命开始，以牛顿、伽利略为代表的经典力学体系的建立为标志的科学革命。

1.第一次科学革命1543年，哥白尼发表了巨著《天体运行论》，提出太阳中心说。

与此同时，A·维萨留斯及其同学M·塞尔维特提出了以心脏为中心的血液循环理论。

它们真实地反映了客观世界运动规律，无论在内容上还是在方法上都与中世纪的科学有着本质的区别。

在内容上建立了“日心说”、“心心说”，否定了“地心说”、“肝心说”；在方法上用重视观测实验的方法代替了单纯思辩、推理演绎的方法，把科学建立在实验、观测的基础上。

这是第一次科学革命的开始。

哥白尼学说是向神学发出的挑战书，是自然科学的独立宣言。

当时占统治地位的、作为神学宇宙观支柱的托勒密地心说，受到随地理大发现和航海探险而积累起来的新的观测资料的挑战，客观上要求有新的理论来代替它。

托勒密地心说早先受到都会的禁止。

到13 世纪，亚里士多德著作开禁以后，教会的态度发生变化，他们歪曲地心说，把地球说成是上帝安排的“地上的世界”，上帝使人类居于这个世界的中心，地球之外是由诸神掌管的行星，上帝则居于“天上的世界”。

这种被宗教化了的“托勒密体系”，同托勒密原来的学说有着明显区别。

哥白尼受人文主义思想的影响，对托勒密的体系产生怀疑，认为地球静止不动的观点是不能成立的。

1512年以前，他写了一个太阳中心说提纲《试论天体运行的假说》，从1516年开始撰写《天体运行论》，1525年完成，但一直到1543年才在朋友帮助下出版。

从科学的角度讲，哥白尼的体系有其缺陷，但基本思想是正确的。

在他的著作中不仅有理论，还有证实理论的观测和计算，可以说他完成了天文学学科的一场革命。

更重要的是，哥白尼断言宇宙是统一的，“天”和“地”受同一规律支配。

他用天文观测资料去说明太阳系结构，向宗教神学挑战。

这种精神解除了人们的思想禁锢，推动了科学的发展，被称之为“哥白尼革命”。

1543年，还出版了另一部重要的科学著作——近代解剖学奠基人、比利时医生维萨留斯的《人体的构造》。

维萨留斯精通医书，但不拘泥于书本。

他打破学者不执刀解剖、因循守旧的风气，亲自执刀解剖，讲解人体的构造。

这种别开生面的教学引起了众人的兴趣。

他在校译盖仑著作时，指出盖仑书中有200多处错误。

例如：他纠正了盖仑关于左右心室相通的说法；通过解剖，他发现男人和女人的肋骨一样多，否定了上帝用男人肋骨创造女人的说法，等等。

但维萨留斯并没有找到血液是怎样从右心室流向左心室的途径。

发现这条血液通首的是西班牙医生塞尔维特。

1553年他匿名出版了《基督教的复兴》一书，提出了血液在心室之间的小循环学说。

塞尔维特正确地解释了肺循环，把盖仑的两个独立的血流系统（动脉系统和静脉系统）统一了起来，这就为发现全身的血液循环铺平了道路。

正当他的著作刚刚发表并继续进行探索时，就被教会逮捕，并于当年10月23日被处火刑。

近代解剖学和生理学就是在这种与宗教神学的殊死斗争中奠定基础和继续前进的。

天文学革命之后，近代自然科学迅速发展起来，在伽利略、牛顿等一大批科学家的不懈努力下，经典力学终于确立了。

经典力学是物理学史上的第一次大综合，它不仅带动了当时和以后的自学科学的发展，而且还促使近代机械自然观的产生。

16世纪以前，亚里士多德的“力学理论”是至高无上的权威。

他的某些错误观念：如“物体愈重，落得愈快”，“推一个物体的力不再推它时，物体便归于静止”，成为力学发展的障碍。

伽利略用实验事实和严密的逻辑论证，推翻了这些传统的错误观念，为力学的发展作出了重要贡献。

伽利略是太阳中心说的热心宣传者和忠实捍卫者。

1609年他亲自制做一架望远镜，巡视天空，结果发现了大量新事实：月亮和地球同样有山有谷，木星有4个小卫星，土星有环，金星也有月亮那样的盈亏圆缺，这就证明它们确实运行在地求和太阳之间。

他还发现了太阳黑子，这些黑子逐渐地移动到太阳的边沿而消失，从中推断出太阳有自转。

伽利略的这些发现无疑是说，天体没有贵贱之分，这同教会坚持的天地不平等观点相冲突。

1610~1613年他被判处终生监禁。

350年之后，到了1983年，罗马教廷在重新审理伽利略的“案件”后不得不宣布这位杰出的科学家无罪。

象开普勒证明了天上物体的运动服从力学规律，可以用数学公式表达一样，伽利略则证明了地上物体的运动也服从力学规律，也可以用数学公式表达。

这为牛顿经典力学的产生奠定了基础。

牛顿科学创造的顶峰是《自然哲学之数学原理》。

他首先对力学的一些基本概念，如质量、动量、惯性、外力、向心力等给出定义，然后又阐述了时间和空间的概念，接着便叙述了运动三定律。

牛顿对科学的最大贡献是万有引力定律。

这一定律把地上和天上的物体运动规律统一了起来，形成了一个完整的力学体系。

这次科学革命，开头是自然科学为争取生存权利而反对宗教的斗争，而后在天文学、力学、数学、解剖学、生理学等学科领域，以力学为带头学科，实现了第一次科学革命。

这两方面的相互联系、相互促进，构成了这次科学革命的基本内容，从而标志着以实验为基础的近代科学的真诞生。

2.第二次科学革命18世纪下半叶到19世纪初，在第一次科学革命的基础上发生了第一次技术革命，它是从纺织机、蒸汽机的发明和应用开始的。

蒸汽机的广泛应用，改变了整个工业的面貌。

反之，生产技术的变革又推动了近代科学的全面发展，引发了19世纪中叶的第二次科学革命。

这次科学革命以电磁理论、化学原子论和生物进化论的提出为主要内容，以热力学、电磁学、化学、生物学等一组学科为带头学科，推动了近代化学、生物学、地质学、数学、电磁学、热力学、光学、生理学、地理学、人类学和物理学等学科的诞生或发展。

现今许多学科领域的重要成果和思想渊源都可以从19世纪的科学历史中找到依据。

所以，人们曾把19世纪称为“科学的世纪”。

19世纪所以称为“科学的世纪”，还由于人们的自然观、宇宙观发生了根本性改变。

各个领域的科学成就猛烈地向形而上学自然观发动进攻，人们开始认识到人类周围的一切都毫无例外地服从科学定律，并把自然科学研究中所使用的方法，诸如观察、实验、归纳和演绎等，应用到其他领域。

科学精神、科学方法开始深入人心，科学理论走向统一。

最早开创天体演化学研究新领域的是1755年康德的《宇宙发展史概论》和1796年拉斯的《宇宙系统论》。

他们以鲜明的历史自然观和宇宙发展论思想，阐明了太阳系是由原始星云演化而来的观点。

由于工矿业的发展，地质学的研究空前繁荣。

1830～1833年英国地质学家赖尔发表了重要著作《地质学原理》。

他用大量事实阐述了地质进化论，批判居维叶的灾变论，并提出了“现在是认识过去的钥匙”这种“将今论古”的地质学研究方法。

恩格斯高度评价赖尔“第一次把理性带进地质学中，因为他以地球的缓慢的变化这样一种渐进作用，代替了由于造物主的一时兴发所引起的突然变命。

”（恩格斯。

《自然辩证法》，人民出版社，1984年，第12页。

）19世纪在物理学领域中出现了两个统一的理论：能量守恒与转化定律和电磁场理论。

它们都是从解释局部现象进一步扩展来解释更为广泛的自然发展过程，是继牛顿力学之后自然科学史上出现的第二次、第三次理论大综合。

能量守恒与转化定律的发现,先是在19世纪初，卡诺用抽象的方法，构思了一台“理想蒸汽机”，阐述热能与机械能（功）之间的变换关系，说明热能转换为机械能是守恒的。

1850年德国克劳修斯把卡诺提出的这一思想表述为热力学第二定律。

19世纪40年代德国青年医生迈尔在医治病人时受到启发，通过研究发现能量守恒与转化定律。

同时，1840～1850年英国焦耳分别是用机械能、电能和气体压缩能相互转化的大量实验，测定了热功当量，提出了热与功之间的关系式。

在此期间，1847年德国赫尔姆霍兹在《论力的守恒》一书中提出了完整的能量守恒原理，揭示了机械运动、热、电、化学等各种运动形式之间的统一性。

1864年麦克斯韦提出了统一电磁场理论，建立了电磁场的基本方程式，从理论上推断出电磁波的存在。