近代自然科学的全面发展

第九章近代自然科学的全面发展

一、概述

19 世纪是近代自然科学全面发展的时期。工业革命不仅推动了社会生产力突飞猛进的提高, 更推动了近代自然科学实现了全面的理论综合。经典的自然科学在19 世纪末已达到了基本完善的程度。各门自然科学都从经验科学变为理论科学, 科学研究方式从个人自由研究转变为集体研究。由于科学的进步, 特别是由于电磁理论的建立, 科学开始走到了生产技术的前面, 并推动了生产技术的发展, 使人类从蒸汽——机器时代, 逐渐向以电气应用为中心的时代过渡, 科学逐渐成为经济生活中起主要作用的手段。17 世纪受牛顿力学革命影响而形成的机械唯物主义自然观, 因19 世纪科学的发展而受到强烈的冲击, 辩证唯物主义自然观在新的科学事实的基础上诞生了。

二、19 世纪是“科学的世纪”

工业革命和生产力的巨大进步, 迎来了近代科学的全面繁荣, 其规模和成就远远超过17 世纪的科学革命。科学开始走到了生产技术的面前，并推动了生产技术的发展，使人类从蒸汽——机器时代向电气应用化时代过渡。19 世纪的热力学、光学、电磁学、化学、地质学、生物学、人类学等学科都取得了重大的突破, 并大都进入到理论综合的阶段。经典的自然科学在19世纪末已达到了基本完善的程度，我们今天所接受和应用的基础自然科学原理, 大部分是在这个世纪里奠定的。

各门自然科学已从经验科学变为理论科学，由个人自由研究转变为集体研究，科学研究手段和方法日益完善，是19 世纪科学发展的重要特点。这一时期的科学家不仅注意搜集材料, 用时还重视理论上的分析、概括和综合, 他们发展了科学的思维方法, 把假说、演绎同实验、归纳结合起来, 使大量自然知识得到有系统的整理。数学在力学和物理学等领域成为科学家进行理论思维的辅助工具和表现方式。

19 世纪的自然科学成就促进了整个文化的科学化, 特别是哲学的科学化。机械唯物主义自然观受到冲击，19 世纪的大多数自然科学家已经从科学发现中开始摆脱传统自然观和方法论的束缚。黑格尔在唯心主义

范围内对当时的自然科学知识做了全面概括, 提出了对立面的渗透和统一、由量变到质变、否定之否定三个辩证规律。在总结科学技术成果和批判吸取德国古典哲学的基础上, 马克思和恩格斯创立了辩证唯物主义。

三、热力学的研究和能量守恒与转化定律的发现

热力学是研究热同其他物理形式之间相互关系的科学, 它的建立是由研究蒸汽机的效率开始的。第一个对蒸汽机效率进行精密的物理和数学分析的是法国工程师卡诺。卡诺总结了关于热机效率的卡诺定理。这一时期的研究，确立了热力学第一、二定律。热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热力学上的表现。该定律证明不消耗任何能量就能永远作功的机器（第一类永动机）不可能实现。德国的克劳胥斯和凯尔文等人分别独立地发现了热力学第二定律。该定律揭示了热运动的自然过程是不可逆的, 宣布制造从单一热源吸取能量而永远作功的机器（第二类永动机）也是不可能的。任何科学定律都有其适用范围和应用条件，热力学第二定律是表达特定封闭系统宏观状态的规律, 但克劳胥斯却将其推广到无限宇宙中去，得出“热寂说”的错误判断。这是科学史上的一个教训。

最早公布能量守恒与转化定律的是德国医生迈尔。英国业余物理学家焦耳为能量守恒定律的确立作出了重要贡献。

能量守恒与转化定律的发现, 揭示了热、力学、电、化学等各种运动形式之间的统一性, 使物理学达到空前的综合和统一, 这是牛顿力学体系建立以来物理学的最大成就。

1826 年, 英国植物学家布朗发现了分子的运动, 即布朗运动。1857 年, 克劳胥斯指出，气体的热能就是气体分子运动的动能, 对热现象作出了微观解释。在此基础上, 英国物理学家麦克斯韦用概率统计方法研究分子运动论。分子运动说把宏观的热现象和它的微观机制结合起来, 开创了统计物理学这个新的分支学科。

四、天学、地学、生物学的演化理论

19 世纪产生了一个重要的科学概念, 即演化或进化的概念。当这个

概念被引入到天学、地学、生物学中之后, 使这几个学科都发生了理论

上的突破。

1．康德、拉普拉斯的星云说德国哲学家康德提出了关于太阳系起源的星云假说。1755 年他出版了《自然通史和天体论》一书, 详细论证了他的星云假说。拉普拉斯在1796 年出版的《宇宙体系说》一书中, 独立地提出了关于太阳系起源的星云假说。在整个19 世纪中, 天体演化学说取得了统治地位。

康德——拉普拉斯的星云假说把发展的观点带到了天文学领域中, 为天体演化学说奠定了最重要的科学基础。它第一次把自然界理解为一种运动发展、变化的过程, 这是对18 世纪形成的形而上学的自然观的一种重大突破。既然太阳系的现有状况是在长期发展的过程中逐渐形成的, 牛顿关于“第一推动力” 的假设也就显然是错误的了。

2．地质演化理论的提出在地层成因及生物化石的解释上有火成说与水成说之争、灾变说与渐变说之争。人们通过对越来越多的地质资料的深入研究, 发现无论是水成说、火成说, 还是灾变论, 都未能如实地反映地层构造形成的真正原因。赫顿认为历史比较法是考察地质现象的科学方法, 主张以现在还在起作用的地质力量来解释地层和岩石的形成。他的观点为地质学的研究指明了方向。1830年, 英国地质学家赖尔的《地质学原理》出版, 标志了近代地质学的系统化。赖尔提出了地质渐变论

的概念。赖尔的学说为地质学乃至整个地球科学提供了一种重要的科学方法, 使地质学得到迅速发展, 并且对达尔文建立生物进化论起了重要的启发作用。

19 世纪末, 奥地利地质学家休斯出版了巨著《地球的面貌》, 总结了赖尔以来迅速发展的近代地质学, 书中已出现了构造体系、大陆漂移等概念的雏型, 预示着现代地质学的崛起。

3．生物进化论

经过18 世纪中期法国博物学家布丰和19 世纪初期的拉马克等人的努力, 到了达尔文时代, 进化论终于战胜神创论, 这是19 世纪最伟大的生物学成就, 对哲学和社会科学都产生了深远的影响。