近代自然科学的兴起与发展

近代自然科学的兴起与发展
一、近代自然科学兴起和发展的原因
1.资本主义的发展需要科学知识，又为科技进步奠定了物质基础。

近代自然科学是资本主义生产发展的产物，手工工场、大机器生产不断地采用新工具、新能源，追求最高的劳动生产率，在生产和技术上向科学家提出新的任务和要求，这是推动自然科学创立与发展的前提。

同时，新兴资产阶级要求掌握政治权力，他们需要把自然科学作为反对宗教统治争取思想自由的理论武器。

资本主义生产方式的产生和发展，不仅向自然科学提出大量的研究课题，还提供了丰富的经验材料以及新的科学实验条件。

能够支持、吸引和稳定一批优秀的科学人才，使他们从事科学研究。

2.资产阶级力量的壮大和资产阶级统治的确立为科技发展提供政治前提。

如：建立良好的科学教育基础和保持较高的科学普及水平。

科学不可能孤立地产生，必须有相应的科学普及、有较高程度的科学教育和国民科学素养才有可能产生一定数量和水平的优秀科学家队伍。

政策保护。

欧洲先进国家进行保护科学发展的政策，允许自由讨论学术问题和学术思想的自由发展等等又为近代科学的创立和发展提供了极为有利的条件。

即欧洲国家保护、奖励科技发明,重视科技发展推动了近代科学的发展.
3.人文主义、地理大发现和理性主义的兴起解放了人们的思想，为科技发展奠定
了思想基础.
文艺复兴反对盲从和迷信，提倡独立的学术研究，为资产阶级在政治上取代封建统治作舆论准备，它打破了教会的精神统治，动摇了封建制度的政治思想基础，为把自然科学从神学中解放出来创造了必要的条件。

近代自然科学革命就是在文艺复兴运动的高潮中拉开序幕的，首先向宗教神学发起冲击的是天文学。

随后的宗教改革摧毁了天主教会的精神独裁，对科学革命也产生了巨大的影响。

地理大发现也有重要意义，它以实践证实了地圆学说，为建立新的天文学和地理学奠定了基础，对近代科学技术的发展有不可估量的意义。

更重要的是它所引起的思想观念的革命，它用实践突破了所谓经典知识界限，使人的思维方式从权威的盲目崇拜中解放出来。

理性主义的兴起使整个社会能为科学发展提供充分的学术自由和尊重知识、尊重人才、崇尚科学、鼓励创造的良好文化氛围和社会环境。

4. 科学的方法。

16、17世纪，伽利略、培根、笛卡尔等人创立的科学方法论，为人们进行科学研究提供了指导性原则。

5.科学家献身科学的勇气、严谨的态度和锲而不舍的精神为科技进步作出了巨大贡献
二、近代自然科的发展历程
（一）近代自然科学的兴起阶段：从文艺复兴-----工业革命
1、经典力学的建立
(1)建立背景
第一、文艺复兴以来的思想解放；
文艺复兴后，面向现实世界，重视实践和理性的风气促进了近代科学技术的产生和发展。

第二、“新天文学”及其实验科学思想；
文艺复兴运动时期哥白尼提出“太阳中心说”，摧毁了上帝创造世界的谬论，不但动摇了上帝创世说，也启迪了伽利略对亚里士多德力学的质疑和实验思想的萌生。

笛卡尔创立了解析几何，成为数学中的转折点。

波义尔把实验法引进化学成为近代化学的创始人。

哈维的血液循环学成为现代生理学的起点。

这些科学成
就都对宗教神学进行了冲击，对于近代科学体系的形成产生了积极作用。

第三、工场手工业经济的发展；
英国工场手工业时期经济上的需要与力学有直接关系。

第四、伽利略等科学家的心血和研究成果的奠基作用。

伽利略：①创立科学研究方法：科学实验＋数学；②重大发现：确立了落体定律、匀速运动和匀加速运动两个新概念，发明天文望远镜；著作《关于两世界体系的对话》宣传“日心说”。

他的发现以及他开始的科学研究方法，摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确。

是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。

为经典力学的创立奠定了基础。

（2）牛顿经典力学的建立
标志：1687年《自然哲学的数学原理》提出了物体机械运动的三大定律和
万有引力定律，从而形成了经典力学体系。

三大特征：一是注重实验，实验可以进一步揭示客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。

二是它的数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。

自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。

三是研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。

以实验为基础，以数学为表达形式牛顿力学体系形成。

影响：第一、牛顿力学在科学史上的意义表现在它把天上和地上的运动统一起来，把万有引力定律和运动三定律视为宇宙间一切力学运动的普遍规律，从力学的角度证明了自然界的统一性，实现了人类自然界认识的第一次综合，完成了人类对自然规律的第一次理论概括和总结。

经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。

表达了近代自然科学的基本特点：以实验为基础，以数学为表达形式。

人们根据万有引力定律发现海王星，又表明了科学的预见力和对实践的理论指导意义。

第二、社会意义把无生命的科学从宗教神学中解放出来。

局限性：建立在绝对时空观的理论之上；适用的范围主要是人们日常生活中的物理现象
无法解决微观世界的问题，如：物质热辐射现象＋物质传播媒介问题。

2、蒸汽机的发明运用----------“蒸汽时代”的到来
（1）前提条件：
首先：英国资产阶级革命的胜利及资本主义制度的确立为资本主义经济的发展扫清了障碍；
其次：殖民扩张促使市场急剧扩大，要求生产革新以满足市场需求，工场手工业的发展积累了大量的技术，从而使应用机器生产成为可能；
第三：大量的资本积累使生产领域有足够的资金进行技术革新和机器的推广；
第四：科学技术为生产的发展提供了许多发现和发明，新技术发明运用于生产领域引发了第一次生产技术的革命；工业革命的展开促进了蒸汽机的发明与应用。

随着工业革命的开展，大规模的工厂一个接一个建造起来，但这时的动力主要是利用河流里的水力，在这方面，有很多缺点，因为工厂都必须建在河流湍急的偏僻的山谷等处。

这些地区交通不便，而且远离原料产地和销售市场，动力问题成为摆在人们面前的急迫问题。

人们都希望找到便捷可用的动力，驱动不同机器。

（2）表现：瓦特的改良蒸汽机的发明，运用生产的各个领域和交通。

瓦特的改良蒸汽机突破了人力、畜力、风力和水力作为机器动力的局限性，能够提供可控制的任何强度的动力，在生产中广泛应用，适用于各种工作机，被称为“万能蒸汽机”。

1785年万能蒸汽机首先在一家纺纱厂投入使用。

1789年，瓦特获得专利，瓦特蒸汽机很快普及开来，除用在纱厂之外，还应用到冶金厂、面粉厂，并在后来应用到运输业中。

（3）历史意义：蒸汽机的发明是工业革命发展的必然产物，反过来又促进了工业革命轰轰烈烈地展开，“蒸汽时代”到来。

第一，解决了工业发展中的动力问题，自此以后，只要有煤作燃料开动蒸汽机，就可根据需要建立工厂，不再受河流的限制。

第二，促使工业革命轰轰烈烈地展开，出现了发明和使用机器的热潮。

瓦特蒸汽机应用于运输业中，导致蒸汽轮船和机车出现，交通运输业发生了彻底变化，人们的交往更加方便，经济和文化联系也日益密切，世界日益成为一个整体。

第三，推动人类社会由此进入“蒸汽时代”。

蒸汽机是工业革命时期最伟大的发明。

蒸汽机的广泛利用，使英国到处建立起大工厂。

那些高耸入云的烟囱，喷出缕缕烟雾，庞大的厂房，发出隆隆的轰鸣，打破了原来中世纪田园生活的恬静──历史已跨进了一个新的时代。

第四，使机器在生产领域广泛推广，实现了生产领域的革命性变化。

最终以蒸汽机为动力的机器生产取代了手工劳动。

机器大工业时代来来临，改变了人们的生活和工作环境，真正意义的社会化大生产逐渐形成。

社会生产力飞速发展。

第五，蒸汽机推动了工业化进程，工业化进程中形成了许多工业化城市，英、法、美等国家逐渐成为工业化国家。

同时，科技的负面作用也日益显现。

（二）19世纪综合化阶段：科学与技术开始真正结合并迅速转化为生产力1、生物学领域的巨大成就--------达尔文进化论的诞生
(1)诞生的历史条件：
其一、思想文化基础：欧洲思想解放运动的高涨是催生进化论思想的重要条件。

文艺复兴、宗教改革和启蒙运动相继发生。

这三大运动有力地冲击了基督教神学，使资产阶级“人文主义”和“理性主义”深入人心。

面向现实世界，重视实践，崇尚理性的追求蔚然成风。

其二、政治及物质基础：资产阶级革命和工业革命对进化论的诞生起了巨大的推动作用。

17~18世纪的西欧，更是一个狂飚突进的时代，英法相继爆发资产阶级革命，封建专制统治被推翻，为资本主义发展创造了条件。

同时由于世界市场扩大的需求，工业革命从英国兴起并进而席卷欧洲，工业革命的进行使资本主义经济得到迅速发展。

资本主义的发展一方面为科学技术的发展创造了条件，另一方面也对科学技术提出了新的要求。

其三、③科技基础：科学技术进步，生物学知识积累为进化论的诞生奠定了基础。

文艺复兴运动和启蒙运动之后，伴随着经济的发展，科学技术获得长足进步，这为生物学研究创造了条件。

如生理学的成就、细胞学说、生物学自身等。

特别是19世纪前期，德意志人施莱登和施旺相继提出和确定了细胞和细胞学说，揭示了所有生命现象的本质统一性。

细胞学说被恩格斯称为19世纪自然科学的三大发现之一。

细胞学说为生物进化论的创立奠定了基础。

其四、早期进货论思想的奠基作用。

19世纪初，法国生物学家拉马克早期的生物进化思想，对达尔文生物进化论的创立产生了积极影响，奠定了学科基础。

拉马克的生物进化论思想：生物是变的、进化的，进化取渐进的方式；进化的原因除环境改变和杂交外，对较高等动物来说更重要的是用进废退和获得性状的遗传；进化的动力和方向，是生物天生具有的向上发展的内在趋向，使他们由简单到复杂、由低等到高等；而最原始生物则源于自然发生（生物进化多源论）。

拉马克是历史上第一个提出比较完整的进化理论的学者。

他的卓越贡献，就是最先唤起人们注意于生物界的一切改变，与非生物界一样可能根据于一定的法则，而不是神奇的干预。

(2)达尔文进化论：
①诞生标志：1859年，英国生物学家达尔文《物种起源》一书出版，标志着
生物进化论的诞生。

1871年，其另一部著作《人类的起源》发表，进一步论证了自己的观点。

②内容：达尔文的生物进化理论可概括为：
生物是进化的，一切生物都经历了由低级向高级、由简单到复杂的发展过程；
物种不断地变异，新种产生，旧种灭绝；
生物的进化是连续的，没有不连续的突变，自然界没有飞跃；
生物界有共同祖先，彼此间有一定的血缘关系；
不同物种的变异是“自然选择”的结果，自然选择是变异最重要的途径。

其中前三点讲的是生物进化，最后一点讲的是进化机制，是生物进化论的核心。

生存竞争和自然选择是生物界的普遍规律。

生物为了生存和繁育后代，必须适应或对付周边环境的挑战，还必须与其他种类的生物相互竞争，同时，生物个体之问还存在着本种类内部的竞争。

在这个过程中，凡是能够较好地适应环境和发生变异的个体，将获得较多生存和繁殖的机会，而那些发生了有害变异的个体则将遭到淘汰。

这个过程实际上就是生存斗争和自然选择，那些被自然选择了的微小的有利变异，通过世世代代的传递，逐步积累为显著的变异，从而形成生物新种。

生物经自然选择后的性状会遗传给后代。

这就是以自然选择为基础的生物进化学说。

达尔文的这一以自然选择为基础的生物进化学说，被后人归纳为“物竞天择，适者生存，自然选择”。

(3)达尔文进化论的意义：
①欧洲思想界：达尔文进化论极大地促进了欧洲的思想解放，使人们的世界观发生了根本性的变化。

它所揭示的关于生命自然界辩证发展的规律，也为马克思主义唯物辩证法的创立提供了重要的自然史的基础。

达尔文进化论的提出，是对封建神学创世说的有力挑战，结束了上帝7天造就世上万物和人类的神话。

正如17世纪牛顿把“造物主”从无生命现象的研究领域驱逐出去一样，19世纪的达尔文又把“造物主”从有生命现象的研究领域驱逐出去了。

它把发展变化的思想引入生命世界，使人们不再把动物和植物之间、动物和人之间的区别看作是绝对和神圣的；结束了生物学中物种不变论的统治。

②欧洲科学界和宗教界：进化论开创了生物科学发展的新时代；它引起一场轩然大波和激烈争论。

在达尔文以前，人类对生物界的产生和发展基本上处于无知的阶段。

达尔文学说的创立，成功地使生命自然界的主要过程得到了说明，归结为自然的原因。

它把发展变化的思想引入生物界，这不仅丰富、发展了生物学本身，也使生物学各分支学科统一为一门综合性的学科，并使它们获得了新的发展方向。

③中国思想界：引起中国思想界的巨大震动，晚清中国先进知识分子对进化论进行积极地宣传和介绍，他们著书翻译，宣传进化论，唤醒国人，以免亡国灭种之灾。

19世纪末20世纪初，中国爱国知识分子为挽救民族危亡，积极宣传和介绍进化论思想。

他们高呼“物竞天择，适者生存”和“优胜劣汰”，以期唤醒国人。

他们还把达尔文生物进化理论当作改造社会的利器，掀起了救亡图存的维新变法运动和资产阶级民主革命。

总之，达尔文学说是对进化论研究成果全面的、系统的科学总结，是进化论发展史上划时代的里程碑，也是现代进化论的主要理论源泉。

达尔文的思想品德和治学态度也是出类拔萃的。

正如有人所说，他的勇敢无畏的正确结论来源于他
长期对自然界生物的无与伦比的细致观察和丰富积累，来源于他严密的科学态度和勤奋的工作精神。

就像进化论本身一样，是长期细微工作的有利选择和积累的结果。

此后，达尔文进化论又为孟德尔开创的遗传学所修饰和发展，终于发展成现代进化论。

【附】科学与宗教在人类起源问题上产生分歧的原因
基督教将上帝造人视为天经地义，生物进化论有力挑战了封建神学创世说。

在教会和保守势力看来，这不仅是对神和宗教的极大亵渎，更是对人类尊严的莫大伤害。

1860年，发生了牛津大主教威尔伯福斯与进化论的支持者（达尔文学派）赫胥黎之间的一次大辩论。

科学与宗教在人类起源问题上产生分歧的原因，一是科学认识程度的差异，二是教会和进化论者所代表的利益的差异，教会既是封建残余势力的利益代表又习惯于固守封建神学观，进化论思想反映了新兴资产阶级的要求。

2、现代物理学的巨大成就：
经典力学无法解释物理学研究中遇到一些新问题，如：高速运动中的物理现象、微观粒子的运动。

（1）爱因斯坦的相对论：
①内容：
1905年提出“狭义相对论”：时间和空间则会随着物体运动速度的变化而变化，即发生“迟缩效应”和“钟慢效应”；1916年完成“广义相对论”：空间和时间不可能离开物质而独立存在，空间结构和性质取决于物质的分布。

即时空会发生“空间折叠”和“时间隧道”；
②意义：
解决了经典物理学危机，创造了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学的应用领域，使人对自然规律的探索从普通世界深入到更广阔的宏观宇宙空间；
打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证看待世界的途径；
相对论观点提醒人们，不要被常识和日常经验所蒙蔽，常识不一定是正确的；
相对论否定了经典力学的绝对时空观，揭示了时空的可变性、时空变化的联系性，建立新的时空观、运动观、物质观，提示了时间和空间的本质属性；发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度，推动物理学思想的革命。

【附】相对论VS牛顿力学
其一、牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律有一个不容忽视的前提，即物体运动是在低速情况下进行的。

其二、爱因斯坦相对论否定了牛顿的绝对时空观，指出了时间和空间的辩证关系，即时间和空间不是绝对不变的，而是随着物质的运动而变化的，物质质量随运动速度的变化而变化，并提出质能转化原理，奠定了研发原子能的理论基础，加深了人们对物质和运动的认识，在哲学和科学上都具有重大意义。

其三、相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。

牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思想。

（2）量子论的诞生与发展：
①前提：电子和放射现象的发现为研究微观世界奠定基础；
19世纪末，物理学界发生了三个重大事件，这就是X射线、放射性和电子
的发现。

这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。

物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危机”。

②量子理论提出：1900年，普朗克提出“量子假说”——物质辐射能不是连续的，而是以能量子的整数倍跳跃式地变化；1905年爱因斯坦提出“光电效应”，运用量子假说解释光的本质。

③影响：推动了物理学的新发展，使人类对微观世界的基本认识取得了革命性的进步，一门新的物理学分支量子力学建立起来；
量子力学的建立对化学、医学、生物学、古生物学和地质学等学科领域都产生了极大影响，带来了许多划时代的技术创新，为电子技术、半导体技术和激光技术奠定理论基础，推动了第三次技术革命，直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。

（3）现代物理学建立的意义：
相对论和量子论共同构成了现代物理学的基础；
相对论和量子弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，不仅推动了物理学自身的进步，也开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式；对自然科学和整个人类的思维都产生了深刻的影响。

【附】电磁感应现象的发现是电磁学的辉煌成就。

电磁学的建立，为人类打开了“电气时代”的大门。

3、电力的发明和广泛应用------------电气革命的出现：
（1）历史前提：
其一、工业革命促使资本主义迅速发展，市场的进一步扩大以及国际竞争的需要，对科技革新提出了新的要求；
其二、资本主义经济、政治的发展为科技发展提供了条件；
其三、自然科学领域取得了巨大成就，如电磁感应等，科学指导下的新技术新发明层出不穷。

（2）电力的发明和应用：（略）
（3）第二次工业革命被称为电气革命
第二次工业革命从19世纪六七十年代开始，在19世纪末20世纪初基本完成。

第二次工业革命以电力的广泛应用为显著特点。

一是科学家对电的不懈研究，推动了电的性能的充分发现和运用；二是电力成为工业发展的主要动力，发电机的不断完善、长距离的输变电技术的日趋成熟，使工业获得了比蒸汽机更强大、更方便的动力；三是使用电力的新发明不断涌现，发电机和电动机相继问世后，电灯、电话、电车、电影和无线电报等如雨后春笋般涌现出来，彻底改变着人们的生产和生活。

人类社会进入“电气时代”。

因此，第二次工业革命被称为电气革命。

（4）电气技术的应用对社会发展的作用
工业获得了比蒸汽机更强大、更方便的动力，而且使机器的使用更加普遍，更多的工业部门涌现出来，生产技术也更加先进。

工业生产力的迅猛发展改变着社会结构和世界形势，资产阶级掌握了先进的生产力，实力日益壮大，开始确立对世界的统治。

企业的规模也越来越大，生产和资本的集中促成了垄断组织的形成及电气技术的广泛应用，使城市的面貌和人们的社会生活发生了巨大的变化。

【附】蒸汽机发明和电气技术应用的共同作用
首先是社会生产力大幅度提高。

瓦特蒸汽机出现后，机器生产在几乎所有工
业部门得到迅速发展，而蒸汽动力驱动的轮船和火车又使交通运输更加便捷，大大促进了生产力的发展。

发电机的发明及其他电气技术的应用，使机器的使用更加普遍，更多的工业部门涌现出来，生产技术也更加先进。

工业革命出现了新的技术革命浪潮，内燃机、汽车、合成化工技术、规模化的炼钢技术等相继发明出来，促进了工业的更迅速发展。

其次是社会结构和世界形势的改变。

资产阶级由于掌握了先进的生产力，实力日益强大，开始确立对世界的统治，同时，随着信息交流和交通运输的便捷，世界各地的联系更加密切，世界日益成为一个整体，推动了世界市场的形成。

社会结构被资产阶级和无产阶级所取代，垄断组织形成并成为促进经济发展的人要力量。

再次是城市化进程加快、城市面貌巨大变化、社会财富的大大增加、人们生活变得更加丰富多彩。

蒸汽机出现以后，形成了新的城市，随着经济的发展，城市更加繁荣而且日益重要。

电气技术的广泛应用，使城市面貌发生了巨大变化。

（三）20世纪后期的飞跃阶段：
1、20世纪四五十年代兴起的新科技革命即第三次技革命
以原子能技术、航天技术、电子计算机的应用为代表，还包括人工合成材料、分子生物学和遗传工程等高新技术。

新科技革命使科技在推动生产力的发展方面起着越来越重要的作用，科技转化为直接生产力的速度加快。

科学和技术密切结合，相互促进。

随着科学实验手段的不断进步，科研探索的领域不断开阔。

科技各领域之间相互渗透：一方面学科越来越多，分工越来越细，研究越来越深入；另一方面学科间的联系越来越密切，科学研究朝着综合性方向发展。

2、信息技术的发展----------信息时代的到来
（1）前提条件
其一、第三次科技革命，计算机技术、网络技术、数字化技术、电子技术、生物工程技术等高新科技的迅速发展。

1946年，世界上第一台计算机诞生。

随着微电子技术的发展，计算机不断更新换代。

20世纪90年代以来，计算机技术发展十分迅速，产品不断升级换代。

未来的计算机将朝着巨型化、微型化、网络化、智能化和多媒体化方向发展。

20世纪60年代末，在美苏争霸的“冷战”时期，美国处于和苏联争夺世界霸权的需要，加紧了对信息科学技术的研究和开发，直接推动了互联网的产生。

1969年美国建成了世界上第一个采用分组交换技术的计算机网络ARPANET。

然而它仅连接了四个大学实验室，这是计算机互联网(因特网)的前身。

这个网路的基本要求是当战争爆发时，即使网路上的线路或设备部分遭到破坏，系统仍能正常运作。

20世纪90年代以来，由于通信技术和计算机技术的飞速发展，互联网进一步发展为全球信息网。

全球信息网（World Wide Web），音译为万维网，顾名思义就是包罗万象的可存取信息的全球性网络。

它是人们可以进行相互交流的抽象空间，主要由互连的文本页面、图像、动画、音像及三维世界构成。

其二、世界经济的发展奠定了物质基础，全球化使世界各地联系的紧密。

其三、国际竞争的加剧和各国的重视直接推动信息技术的发展。

（2）信息化特征：虚拟性、全球性、交互性与开放性。

(3)信息化社会的到来的表现：
其一、网络媒体作为一种新的传播媒体，深入到政治、经济、思想文化、社会生活等社会发展的各个层面及世界的各个角落。