第一編+近代科學(xué)技術(shù)-第一章+近代自然科學(xué)的初步發(fā)展

第一編近代科學(xué)技術(shù)第一章近代自然科學(xué)的初步發(fā)展14-15世紀(jì)歐洲國家?guī)讉€關(guān)鍵事件科學(xué)革命的突破經(jīng)典力學(xué)的奠基近代科學(xué)的第一次大綜合其他學(xué)科的初步發(fā)展近代科學(xué)方法14-15世紀(jì)歐洲國家?guī)讉€關(guān)鍵事件14世紀(jì)發(fā)端于意大利的文藝復(fù)興14-15世紀(jì)的宗教改革運動意大利、地中海沿岸手工業(yè)的興起遠(yuǎn)洋航海與地理大發(fā)現(xiàn)東方文明對西方文明的影響14世紀(jì)發(fā)端于意大利的文藝復(fù)興“這是一次人類從來沒有經(jīng)歷過的最偉大的、進(jìn)步的變革”──恩格斯中國、印度和和阿拉伯等東方文化和科學(xué)技術(shù)在中世紀(jì)陸續(xù)傳入歐洲后，對歐洲的社會發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的推動作用。歐洲人從阿拉伯人那里重新發(fā)現(xiàn)了希臘文明。文藝復(fù)興以復(fù)興古典文化為口號，發(fā)掘、光大古希臘文化，樹立起理性主義和人文主義大旗，反對神權(quán)和封建特權(quán)，提倡個性自由。它不只是一場復(fù)興古典文化的運動，更是一場新時代的啟蒙運動，導(dǎo)致了歐洲歷史轉(zhuǎn)折、思想解放、學(xué)術(shù)發(fā)達(dá)、巨人輩出，開創(chuàng)了人類歷史長河中的一個光輝時代?！叭耸且粋€什么樣的杰作呀！人的理性多么高貴！人的能力無窮無盡！人的洞察力多么宛若神明！”

─莎士比亞拉斐爾的《雅典學(xué)院》表現(xiàn)了文藝復(fù)興時代的人們對希臘理性精神的崇拜。14-15世紀(jì)的宗教改革運動燃宗教改革運動之火的是德國教士馬丁.路德（1483－1546年），他的新教學(xué)說竭力擺脫教會的統(tǒng)治，主張在信仰領(lǐng)域個人的自由，表達(dá)了經(jīng)過中世紀(jì)長期宗教精神束縛的人們心中那種追求自由、平等的理想。起源于中國的印刷技術(shù)這時在歐洲得到了光大，它得以使新的思想廣泛傳播，從而促進(jìn)了宗教改革運動的發(fā)展。自我解放伴隨著對自然的觀察和研究更加客觀和自由。意大利、地中海沿岸手工業(yè)的興起地理大發(fā)現(xiàn)帶來了經(jīng)濟(jì)的急劇擴(kuò)張，使西歐工商業(yè)空前發(fā)展，為資本主義的發(fā)展提供了廣闊舞臺，加速了封建制度的瓦解和資本主義的發(fā)展。商業(yè)的發(fā)達(dá)，使意大利的威尼斯等地成為繁華的海上貿(mào)易中心，繼爾佛羅侖薩成為重要的商業(yè)和文化中心。遠(yuǎn)洋航海與地理大發(fā)現(xiàn)

“我要廢寢忘食地工作，作為一個細(xì)心的航海家，我將竭盡全力地完成使命，以堅韌不拔的毅力戰(zhàn)勝一切艱難險阻?！暴ぉじ鐐惒贾挛靼嘌绹醣菹碌男?5世紀(jì)是人類向地球上未知的海洋和陸地進(jìn)軍的時代。1403年，鄭和率領(lǐng)龐大的艦隊西周游南海各地并遠(yuǎn)航至阿拉伯地區(qū)和非洲東海岸。覬覦東方財富的歐洲冒險家們則向南和向東探險。1488年，巴托羅繆.狄亞士繞過好望角，達(dá).伽馬于1497－1499年間完成的航行最終確定了從歐洲經(jīng)印度洋到東方的航線。雖然很早就有學(xué)者知道地球是圓的，但哥倫布固執(zhí)地相信它并沒有人們說的那樣大，因此他才堅持認(rèn)為向西航行也可以到達(dá)遍地是黃金和香料的東方。這一錯誤的估計使他作出那膽大包天的探險計劃，1492年由他率領(lǐng)的三艘帆船抵達(dá)美洲大陸。

1519－1522年間，葡萄牙人麥哲倫率領(lǐng)的船隊最終完成了人類首次環(huán)球航行。東方文明對西方文明的影響英國政治家、哲學(xué)家培根在1960年曾指出，三大發(fā)明改變改變了整個世界事務(wù)的面貌和狀態(tài)；沒有哪個帝國，沒有哪個教派，沒有哪個大人物對人類事務(wù)的影響，能像這三大發(fā)明那樣巨大和深遠(yuǎn)?！R克思：火藥，指南針，印刷術(shù)----這是預(yù)告資產(chǎn)階級社會到來的三大發(fā)明，火藥…騎士，指南針…殖民市場，印刷術(shù)…新教工具，……科學(xué)革命的突破1543年在科學(xué)史上是極為重要的一年，哥白尼的《天體運行論》和維薩留斯的《人體的構(gòu)造》同于此年出版。天文學(xué)革命醫(yī)學(xué)生理學(xué)革命天文學(xué)革命在哥白尼所處的時代，托勒密的“地心說”在歐洲占統(tǒng)治地位。中世紀(jì)的教會把地心說加以神化，用它來作為證明上帝存在的依據(jù)。哥白尼認(rèn)為托勒密由于沒有區(qū)別現(xiàn)象和本質(zhì)，將假象視為了真實。由于感覺不到地球的自轉(zhuǎn)，以致只感覺到太陽每天從東方升起而在西方下落，這正象人們坐在大船上行駛時，往往感覺不到船在動，而只見到岸上的東西在往后移動一樣。于是，哥白尼提出了日心說并發(fā)表了巨著《天體運行論》。他勇敢地提出了太陽是宇宙的中心，地球不是宇宙的中心，它只是圍繞太陽運轉(zhuǎn)的一顆普通行星。由于哥白尼受時代和階級的局限，還不能完全擺脫舊的傳統(tǒng)觀念的影響。他沿襲了古希臘唯心學(xué)派關(guān)于圓形是最完美的形狀的說法，認(rèn)為行星繞太陽運行的軌道是圓形的而且是勻速運動的?？墒聦嵶C明了行星繞太陽運行的軌道是橢圓形的，而且是不等速的。哥白尼學(xué)說的這些不完善之處，得到了布魯諾和開普勒的發(fā)展和完善。哥白尼“太陽中心說”的誕生，使天文學(xué)從宗教神學(xué)的束縛下解放出來，自然科學(xué)從此獲得新生，這在近代科學(xué)的發(fā)展史上具有劃時代的意義。哥白尼革命可以說是標(biāo)志著自然科學(xué)開始從宗教神學(xué)中解放出來，并宣告了自己的獨立?！案绨啄釋W(xué)說撼動人類意識之深，自古以來無一種創(chuàng)見、無一種發(fā)明可與倫比。當(dāng)大地是球形被哥倫布證實以后不久，地球為宇宙主宰的尊號也被剝奪了。自古以來沒有這樣天翻地覆的把人類意識倒轉(zhuǎn)過來的。如果地球不是宇宙的中心，無數(shù)古人相信的事物將成為一場空了。誰還相信伊甸的樂園、贊美詩的歌頌、宗教的故事呢！”──歌德醫(yī)學(xué)生理學(xué)革命西方醫(yī)學(xué)中的一個特點是對于外科的研究并注意以解剖學(xué)為基礎(chǔ)。文藝復(fù)興以來，一批藝術(shù)家，醫(yī)學(xué)家不僅從事動物解剖，而且從事解剖研究。達(dá)芬奇為了確定人體的正確比例和結(jié)構(gòu)，親自解剖尸體，畫出了許多精細(xì)的解剖圖。他曾研究過心臟的肌肉并畫出心臟瓣膜圖，用水的循環(huán)來比喻血的運行，表述了血液循環(huán)的概念。1543年，比利時醫(yī)生維薩里發(fā)表了《人體的結(jié)構(gòu)》。通過解剖，確定了男女的肋骨數(shù)目相等，并不像《圣經(jīng)》上說的女人是用男人的一條肋骨創(chuàng)造的因而男人比女人少一條肋骨。他的結(jié)論動搖了天主教會的教條。宗教裁判所以盜尸和巫師罪判處他死刑。維薩里糾正了古羅馬醫(yī)生蓋侖的許多錯誤。他通過解剖實踐證明人的心臟的隔很厚，由肌肉組成，血液不可能如同蓋侖所說是通過中隔從右心室流入左心室。西班牙醫(yī)生塞爾維亞于1553年提出了血液小循環(huán)理論。他也因其異端的神學(xué)觀點被加爾文派新教處以死刑。在燒死前還活活烤了兩個小時。英國醫(yī)生哈維在1628年出版了《心血血循環(huán)運動論》，即提出了血液大循環(huán)理論。經(jīng)典力學(xué)的奠基開普勒的空中立法

伽利略的實驗開普勒的空中立法

丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫（公元1546～1601年）所做的非常精密的天體觀測。他的主要觀測活動用都是在丹麥和瑞典間的一個小島的觀天堡天文臺進(jìn)行的，從公元1576年到1597年歷時21年。在沒有望遠(yuǎn)鏡的年代，觀測全憑肉眼。第谷的觀測達(dá)到肉眼觀測所能達(dá)到的最高水平。托勒密的觀測精度是誤差在10角分（天空一周為360度，1度分為60分或稱60角分）左右，而第谷的觀測精度提高了5倍，誤差只有2角分。德國天文學(xué)家開普勒（公元1571～1630年）根據(jù)第谷遺留下來的大批資料，于公元1609年提出了行星運動的第一、第二定律，10年后又提出了行星運動的第三定律，而這第三定律正是牛頓推導(dǎo)萬有引力定律的出發(fā)點。1601年，第谷逝世。約翰·開普勒接替了第谷的工作，開始編制魯?shù)婪蛐潜?。但開普勒的興趣和注意力卻更多的放在改進(jìn)和完善哥白尼的日心說上，在探討行星軌道性質(zhì)的研究上。他發(fā)現(xiàn)第谷的觀測數(shù)據(jù)，與哥白尼體系、托勒密體系都不符合。他決心尋找這種不一致的原因和行星運行的真實軌道。

最初的研究從觀測與理論差異突出的火星著手。他運用傳統(tǒng)的勻速圓周運動加偏心圓來計算，均遭到失敗。經(jīng)過長達(dá)4年近70次各種行星軌道形狀設(shè)計方案的計算，開普勒認(rèn)識到哥白尼體系的勻速圓周運動和偏心圓的軌道模式與火星的實際運動軌道不符。于是他大膽的拋棄了統(tǒng)治人類思想達(dá)2000年之久的"勻速圓周運動"偏見，嘗試用別的幾何曲線來表示火星軌道的形狀。他認(rèn)為行星運動軌道的焦點應(yīng)該在產(chǎn)生引力中心的太陽上，并進(jìn)而斷定火星運動的線速度不是勻速的，近太陽時快些，遠(yuǎn)太陽時慢些并得出結(jié)論：太陽至火星的直徑在一天內(nèi)掃過的面積是相等的。開普勒行星運動三大定律行星的運動軌跡的軌道不是傳統(tǒng)的正圓形而是橢圓形，而且太陽處于橢圓焦點之一的位置上。相等時間間隔內(nèi)，行星和太陽的連線在任何地點沿軌道所掃過的面積相等。行星公轉(zhuǎn)周期的平方比等于軌道半長軸的立方比。p1p4p3p2若TP2-TP1=TP4-TP3，則STP2-TP1=STP4-TP3開普勒的三定律是天文學(xué)的又一次革命，它徹底摧毀了托勒密繁雜的本輪宇宙體系，完善和簡化了哥白尼的日心宇宙體系。開普勒對天文學(xué)最大的貢獻(xiàn)在于他試圖建立天體動力學(xué)，從物理基礎(chǔ)上解釋太陽系結(jié)構(gòu)的動力學(xué)原因。雖然他提出有關(guān)太陽發(fā)出的磁力驅(qū)使行星作軌道運動的觀點是錯誤的。但它對后人尋找出太陽系結(jié)構(gòu)的奧秘具有重大的啟發(fā)意義，為經(jīng)典力學(xué)的建立、牛頓的萬有定律的發(fā)現(xiàn)，都作出重要的提示。伽利略的實驗

經(jīng)歷了“哥白尼革命”以后，科學(xué)擺脫了神學(xué)和經(jīng)院哲學(xué)的束縛，實驗和觀察成為知識的源泉和檢驗真理的標(biāo)準(zhǔn)。意大利物理學(xué)家伽利略（公元1564～1642年）于公元1609年發(fā)明天文望遠(yuǎn)鏡，從而揭開了天文觀測的新紀(jì)元。伽利略通過一系列有關(guān)運動物體的實驗，推翻了以亞里士多德為代表的傳統(tǒng)運動觀念，他用自己制造的望遠(yuǎn)鏡來觀察天體，觀察到月球凹凸不平的表面，發(fā)現(xiàn)了環(huán)繞木星的四顆衛(wèi)星等許多過去肉眼無法看到的天文現(xiàn)象，為哥白尼的日心說提供了有力的證據(jù)。他重視實驗和數(shù)學(xué)工具的做法標(biāo)志著近代科學(xué)的出現(xiàn)。

在伽利略之前，一切科學(xué)、哲學(xué)問題，全部包括在亞里士多德(前384～前322)的學(xué)說里。后者可是一位古圣人，他的思想被奉為金科玉律。當(dāng)時，要是有學(xué)生提出一個問題，老師只消一句話：“這是亞里士多德說的”，問者便不敢再生懷疑。而伽利略卻與眾不同，凡事，不但喜歡多想一想，還要去試一試。1590年，25歲的伽利略，對亞里士多德的一個經(jīng)典理論提出懷疑。亞氏說，如果把兩件東西從空中扔下，必定是重的先落地，輕的后落地。伽利略卻認(rèn)為是同時落地。這自然沒有人信他的，于是他決心搞一次實驗，讓人們親自看看。比薩斜塔實驗比薩城里有一座斜塔，拔地之后，卻向一邊斜去。這塔建于1174年，開始還是直的，但建到三層時開始偏斜，只好停工。過了94年后人們終不死心，又繼續(xù)施工。最后共修了八層，高54.5米，重14200多噸。沒想到這個偶然的施工錯誤，倒造成了世界上獨一無二的名勝。說起意大利的斜塔，誰人不知，何人不曉。一天，年輕的伽利略宣布要進(jìn)行一次試驗，一群教授大為不滿，便一起到校長面前告他的狀。校長轉(zhuǎn)念一想，這樣也好，讓他當(dāng)眾出一次丑，也好殺殺他的傲氣。這時，早有一群喜歡新奇的學(xué)生，將他們的老師伽利略擁到塔下。一會兒，伽利略便爬上斜塔七層的陽臺。塔下已是人頭攢動，比薩大學(xué)的校長、教授、學(xué)生，還有許多看熱鬧的市民，將斜塔圍了個水泄不通。………伽利略對科學(xué)作出了許多貢獻(xiàn)，但最主要的貢獻(xiàn)是對于地面物體運動的研究得到了慣性定律。這對牛頓力學(xué)的建立起非常重要的作用。近代科學(xué)的第一次大綜合牛頓的綜合萬有引力定律牛頓的綜合英國物理學(xué)家牛頓（I.Newton,1642-1727）將哥白尼、第谷、開普勒、伽利略、笛卡兒和其他學(xué)者在天文學(xué)和動力學(xué)上的發(fā)現(xiàn)匯集起來，加上他自己在數(shù)學(xué)和力學(xué)上的創(chuàng)見，把物體的運動規(guī)律歸結(jié)為三條基本運動定律和萬有引力定律，由此建立起一個完整的力學(xué)理論體系。概括成迄今為止仍能站得住腳的經(jīng)典力學(xué)體系，運用他的運動定律和萬有引力定律對極其廣泛的自然現(xiàn)象，從天體運行、潮汐漲落到物體墜地，做出統(tǒng)一解釋，成為科學(xué)史上偉大的成就之一。他把過去一向認(rèn)為是截然無關(guān)的地球上所謂“世俗”的運動和日月星辰那些屬于神圣的“天堂”的運動統(tǒng)一在同一理論框架之中。這可以說牛頓力學(xué)是人類認(rèn)識自然的歷史中第一次理論的大綜合。牛頓定律的基本內(nèi)容第一定律：即慣性定律，任何物體都保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直到其他任何物體所作用的力迫使它改變這種狀態(tài)。第二定律：物體受到外力時，物體所獲得的加速度的大小與合外力的大小成正比，而與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同。即：F=ｍa(其中ａ=dv/dt)。第三定律：當(dāng)物體A以力Ｆ作用于物體B上，物體Ｂ也必定同時以F’作用在物體A上F和F’在一條直線上，大小相等方向相反。即：F=—F’注意現(xiàn)代的觀點看來，上面牛頓第二定律的形式只適用于低速情況，普適的情況應(yīng)是牛頓當(dāng)初的形式F=dP/dt。萬有引力定律萬有引力定律：F=G（Mｍ/R2）其中G=6.67×10-11m3/(Kg·s2)稱引力常數(shù)。牛頓力學(xué)是整個近代物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代一切機(jī)械、土木建筑、交通運輸?shù)裙こ碳夹g(shù)的理論基礎(chǔ)。經(jīng)典力學(xué)最常用的是對質(zhì)點進(jìn)行矢量分析和建立運動微分方程的方法。這兩種辦法在解決單質(zhì)點，以及有限約束的問題時，得心應(yīng)手。但是，當(dāng)面對的是多質(zhì)點、多約束的情況時，直接運用這兩種方法也就顯得太過困難了。為了解決這個問題，十七、十八世紀(jì)的科學(xué)家們逐漸發(fā)展了動量定理、動量矩定理和活力定理——三大運動定理以及它們在封閉系統(tǒng)環(huán)境下的三個積分形式的守恒定律。其他學(xué)科的初步發(fā)展解析幾何

微積分對數(shù)的發(fā)明

概率論的產(chǎn)生

化學(xué)

幾何光學(xué)

物理光學(xué)

生物電磁學(xué)解析幾何由法國費爾馬和笛卡兒獨立創(chuàng)立。笛卡兒（1596--1650年）分析了幾何學(xué)與代數(shù)學(xué)的優(yōu)缺點，表示要尋求一種包含這兩門科學(xué)的優(yōu)點而沒有它們的缺點的方法，這種方法就是用代數(shù)方法來研究幾何問題──解析幾何，《幾何學(xué)》提出了解析幾何學(xué)的主要思想和方法，標(biāo)志著解析幾何學(xué)的誕生。在笛卡爾之前，雖在方程中用符號表示常量和未知數(shù)，但不是變數(shù)，有了變數(shù)，運動進(jìn)入了數(shù)學(xué)；有了變數(shù)，代數(shù)問題也可化為幾何問題；而且變數(shù)為微積分的發(fā)明創(chuàng)造了條件。笛卡兒還改進(jìn)了韋達(dá)的符號記法，他用a，b，c……等表示已知數(shù)，用x，y，z……等表示未知數(shù)。微積分被公認(rèn)為由牛頓和萊布尼次奠基。他們的功績主要在于：把各種有關(guān)問題的解法統(tǒng)一成微分法和積分法；有明確的計算步驟。微分法和積分法互為逆運算。由于運算的完整性和應(yīng)用的廣泛性，微積分成為解決問題的重要工具。現(xiàn)代微積分的符號都來自萊布尼茲的發(fā)明。同時，關(guān)于微積分基礎(chǔ)的問題也越來越嚴(yán)重。類似芝諾悖論的困惑暴發(fā)第二次數(shù)學(xué)危機(jī)。對數(shù)的發(fā)明由17世紀(jì)英國人耐普爾發(fā)明。意義是有助于改進(jìn)和簡化計算。概率論的產(chǎn)生意大利醫(yī)生兼數(shù)學(xué)家卡當(dāng)，據(jù)說曾大量地進(jìn)行過賭博。他在賭博時研究不輸?shù)姆椒?，實際是概率論的萌芽。

據(jù)說卡當(dāng)曾參加過這樣的一種賭法：把兩顆骰子擲出去，以每個骰子朝上的點數(shù)之和作為賭的內(nèi)容。已知骰子的六個面上分別為1~6點，那么，賭注下在多少點上最有利？兩個骰子朝上的面共有36種可能，點數(shù)之和分別可為2~12共11種。7是最容易出現(xiàn)的和數(shù)，它出現(xiàn)的概率是6/36=1/6。十七世紀(jì)中葉，法國貴族德·美黑在骰子賭博中，由于有要急近處理的事情必須中途停止賭博，要靠對勝負(fù)的預(yù)測把賭資進(jìn)行合理的分配，但不知用什么樣的比例分配才算合理，于是就寫信向當(dāng)時法國的最高數(shù)學(xué)家帕斯卡請教。帕斯卡和當(dāng)時第一流的數(shù)學(xué)家費爾瑪一起，研究了德·美黑提出的關(guān)于骰子賭博的問題。于是，一個新的數(shù)學(xué)分支--概率論登上了歷史舞臺。化學(xué)英國的玻義爾（R.Boyle,1627—1691）在1661年出版的《懷疑派的化學(xué)家》一書中首次明確將化學(xué)視為一個獨立的學(xué)科，在書中他發(fā)展了自己關(guān)于化學(xué)元素的想法，完全駁倒了煉金術(shù)關(guān)于硫、汞、鹽三本原的學(xué)說，徹底摧毀了已存在兩千年的四元素學(xué)說。這部專著對化學(xué)從藥劑師和煉金術(shù)士那里解脫出來成為一門獨立的科學(xué)有著重要意義。他將微粒說引入化學(xué)中，提出來一個化學(xué)元素的定義，將化學(xué)元素看作是化學(xué)反應(yīng)中的“原始和簡單的物質(zhì)”。波義耳-馬略特定律1662年，他用一根容積是12立方英寸的U形玻璃管（短的一端的口封閉），將水銀從開口中灌進(jìn)去，讓原來管內(nèi)的空氣被壓縮。波義耳觀察到：當(dāng)壓強(qiáng)是兩個大氣壓時，空氣的體積是6立方英寸；當(dāng)壓強(qiáng)是三個大氣壓時，空氣的體積是4立方英寸。于是得出了“一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時，它的體積與壓強(qiáng)成反比”結(jié)論。

拉瓦錫是近代化學(xué)奠基人之一。1774年10月，J.普里斯特利向拉瓦錫介紹了自己的實驗:氧化汞加熱時,可得到“脫燃素氣”，這種氣體使蠟燭燃燒得更明亮，還能幫助呼吸。拉瓦錫重復(fù)了普里斯特利的實驗，得到了相同的結(jié)果。拉瓦錫并不相信燃素說，所以他認(rèn)為這種氣體是一種元素,1777年正式把這種氣體命名為oxygene（中譯名氧），含義是酸的元素。

拉瓦錫通過金屬煅燒實驗，于1777年向巴黎科學(xué)院提出了一篇報告《燃燒概論》，闡明了燃燒作用的氧化學(xué)說。他還通過精確的定量實驗，證明物質(zhì)雖然在一系列化學(xué)反應(yīng)中改變了狀態(tài)，但參與反應(yīng)的物質(zhì)的總量在反應(yīng)前后都是相同的。于是拉瓦錫用實驗證明了化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒定律。拉瓦錫的氧化學(xué)說徹底地推翻了燃素說，使化學(xué)開始蓬勃地發(fā)展起來。幾何光學(xué)最初發(fā)展就是源于天文學(xué)和解剖學(xué)的需要。因為光學(xué)儀器在天文學(xué)和解剖學(xué)的研究中有著重要作用，在人們不斷研究、制造光學(xué)儀器的過程中，幾何光學(xué)形成了。幾何光學(xué)的基礎(chǔ)是光的反射定律和光的折射定律。十七世紀(jì)初，德國天文學(xué)家開普勒由于革新天文望遠(yuǎn)鏡的實際需要開始了對幾何光學(xué)的研究。1604年他發(fā)表了一篇論文，對光的反射現(xiàn)象、光的折射現(xiàn)象及視覺現(xiàn)象作了初步的理論解釋。1611年，他又出版了一部光學(xué)著作，其中記載了他的兩個重要試驗：比較入射角和出射角的實驗，圓柱玻璃試驗。在書中，他對幾何光學(xué)作了進(jìn)一步的理論探討，并提出了焦點、光軸等幾何光學(xué)概念，發(fā)現(xiàn)了全反射。繼開普勒之后，荷蘭物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家斯涅爾對幾何光學(xué)做出了系統(tǒng)的、數(shù)學(xué)的分析。斯涅爾通過實驗與幾何分析，最初發(fā)現(xiàn)了光的反射定律。另外，當(dāng)他對光的反射現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)的試驗觀測和幾何分析以后，他又提出了光的折射定律。但斯涅爾在世時并沒有發(fā)表這一成果。1626年，他的遺稿被惠更斯讀到后才正式發(fā)表。

不久后笛卡兒也推出了相同的結(jié)論，但他是把光的傳播想象成球的傳播，是用力學(xué)規(guī)律來解釋的，不是十分嚴(yán)密。1661年，費馬把數(shù)學(xué)家赫里貢提出的數(shù)學(xué)方法用于折射問題，推出了折射定律，得到了正確的結(jié)論。折射定律的確立，促進(jìn)了幾何光學(xué)的迅速發(fā)展。物理光學(xué)色散是另一個古老的課題，因為彩虹現(xiàn)象已經(jīng)吸引人類多年。在笛卡兒的《方法論》中，提到了作者早期的色散試驗，但他沒有觀察到全部的色散現(xiàn)象。1648年布拉格的馬爾西成功的完成了光的色散試驗，但他做出了錯誤的解釋。牛頓在笛卡兒等人的著作中得到了啟示，用三個棱鏡重新作了光的色散試驗，并在此試驗的基礎(chǔ)上，對光的顏色總結(jié)出了幾條規(guī)律，結(jié)論全面，論據(jù)充分。光的本性問題是研究的焦點。波動說與微粒說的爭論幾乎貫穿近代物理光學(xué)研究的始終。波粒之爭從十七世紀(jì)初笛卡兒提出兩點假說開始、至二十世紀(jì)初以波粒二象性告終，共經(jīng)歷了三百多年的時間。物理學(xué)巨星牛頓，荷蘭著名天文學(xué)家、物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家惠更斯，英國物理學(xué)家胡克，英國著名物理學(xué)家托馬斯．楊等多位著名的科學(xué)家參與其中。雙方爭論得十分激烈，理論發(fā)展十分迅速。簡單的概括一下波粒之爭的過程。波動說一方，格里馬第是光的波動說的提出者,波義耳和胡克是他的支持者；惠更斯繼承并完善了胡克的觀點。生物17世紀(jì)歐洲的生物學(xué)家已經(jīng)知道了數(shù)千種以上的植物，18世紀(jì)瑞典博物學(xué)家林耐（C.Linnaeus,1707—1778）描述了1.8萬種植物，面對這么多的植物16-17世紀(jì)逐步形成兩種分類方法，一種是人為分類法，認(rèn)為物種看成是不連續(xù)的界限分明的類群；另一種是自然分類法，認(rèn)為生物之間存在著連續(xù)性。林耐是人為分類法的集大成者。1735年出版的《自然系統(tǒng)》中，系統(tǒng)地闡述了他的植物分類原則和見解。他把植物分為綱、目、屬、種，并以雙名命名法命名植物。電磁學(xué)富蘭克林庫侖定律伏打電池近代科學(xué)方法培根創(chuàng)立實驗歸納法笛卡兒創(chuàng)立數(shù)學(xué)演繹法伽俐略的數(shù)學(xué)與實驗相結(jié)合牛頓論科學(xué)方法

形而上學(xué)的機(jī)械唯物主義自然觀培根創(chuàng)立實驗歸納法弗蘭西斯．培根（FrancisBacon,1561-1626）是英國著名的唯物主義哲學(xué)家和科學(xué)家。他在文藝復(fù)興時期的巨人中被尊稱為哲學(xué)史和科學(xué)史上劃時代的人物。馬克思稱他是“英國唯物主義和整個現(xiàn)代實驗科學(xué)的真正始祖。”第一個提出“知識就是力量”。培根極力批判經(jīng)院哲學(xué)和神學(xué)權(quán)威。他還進(jìn)一步揭露了人類認(rèn)識產(chǎn)生謬誤的根源，提出了著名的“四假相說”。他說這是在人心普遍發(fā)生的一種病理狀態(tài)，而非在某情況下產(chǎn)生的迷惑與疑難。第一種是“種族的假相”——這是由于人的天性而引起的認(rèn)識錯誤；第二種是“洞穴的假相”——是個人由于性格、愛好、教育、環(huán)境而產(chǎn)生的認(rèn)識中片面性的錯誤；第三種是“市場的假相”——由于人們交往時語言概念的不確定產(chǎn)生的思維混亂；第四種是“劇場的假相”——是指由于盲目迷信權(quán)威和傳統(tǒng)而造成的錯誤認(rèn)識。培根的科學(xué)方法觀以實驗定性和歸納為主。他繼承和發(fā)展了古代關(guān)于物質(zhì)是萬物本源的思想，認(rèn)為世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，物質(zhì)具有運動的特性，運動是物質(zhì)的屬性。培根從唯物論立場出發(fā)，指出科學(xué)的任務(wù)在于認(rèn)識自然界及其規(guī)律。培根的歸納法集中體現(xiàn)在他的《新工具》一書中。他尖銳地批判了亞里斯多德以及后來經(jīng)院哲學(xué)中對演繹法的過分依賴，認(rèn)為三段論不能給人以新知識，新的科學(xué)工具就是實驗和歸納。認(rèn)為科學(xué)知識是經(jīng)過證明了的知識，理論的基礎(chǔ)、原始的概念和命題是依靠經(jīng)驗得出來的，從經(jīng)驗上升到理論是一個逐步上升的過程。因此他強(qiáng)調(diào)，運用歸納法必須記住兩條規(guī)則：①

放棄所有先入為主的概念而重新開始；②

暫時不要企圖上升到一般的結(jié)論。培根雖然不是個科學(xué)家，也幾乎沒有進(jìn)行過認(rèn)真的科學(xué)實驗，但他是近代哲學(xué)史上首先提出經(jīng)驗論原則的哲學(xué)家。他重視感覺經(jīng)驗和歸納邏輯在認(rèn)識過程中的作用，開創(chuàng)了以經(jīng)驗為手段，研究感性自然的經(jīng)驗哲學(xué)的新時代，對近代科學(xué)的建立起了積極的推動作用，對人類哲學(xué)史、科學(xué)史都做出了重大的歷史貢獻(xiàn)。為此，羅素尊稱培根為“給科學(xué)研究程序進(jìn)行邏輯組織化的先驅(qū)”笛卡兒創(chuàng)立數(shù)學(xué)演繹法笛卡兒（Descartes,René1596-1660）,法國數(shù)學(xué)家、科學(xué)家和哲學(xué)家。他是西方近代資產(chǎn)階級哲學(xué)奠基人之一。他的哲學(xué)與數(shù)學(xué)思想對歷史的影響是深遠(yuǎn)的。人們在他的墓碑上刻下了這樣一句話：“笛卡兒，歐洲文藝復(fù)興以來，第一個為人類爭取并保證理性權(quán)利的人。”小時候，他對所學(xué)的東西頗感失望。因為在他看來教科書中那些微妙的論證，其實不過是模棱兩可甚至前后矛盾的理論，只能使他頓生懷疑而無從得到確鑿的知識，惟一給他安慰的是數(shù)學(xué)。在結(jié)束學(xué)業(yè)時他暗下決心：不再死鉆書本學(xué)問，而要向“世界這本大書”討教，于是他決定避開戰(zhàn)爭，1628年，他從巴黎移居荷蘭，開始了長達(dá)20年的潛心研究和寫作生涯，先后發(fā)表了許多在數(shù)學(xué)和哲學(xué)上有重大影響的論著。在荷蘭長達(dá)20年的時間里，他集中精力做了大量的研究工作，在1634年寫了《論世界》，書中總結(jié)了他在哲學(xué)、數(shù)學(xué)和許多自然科學(xué)問題上的看法。1641年出版了《行而上學(xué)的沉思》，1644年又出版了《哲學(xué)原理》等。他的著作在生前就遭到教會指責(zé)，死后又被梵蒂岡教皇列為禁書，但這并沒有阻止他的思想的傳播。哲學(xué)上，他推崇理性，是唯理論的代表。對于精神與物質(zhì)的關(guān)系，持有精神與物質(zhì)互不相關(guān)的二元論觀點。笛卡爾的演繹法不是簡單的重提古希臘的演繹法，而認(rèn)為作為演繹法的出發(fā)點的命題與數(shù)學(xué)公理相類似，是直觀的可靠的真理。他要求他的演繹法與經(jīng)院哲學(xué)的復(fù)雜繁瑣的教條相區(qū)別，而要遵守以下幾個原則：①

只把那些十分清楚明白地呈現(xiàn)在我的心智之前、使我根本無法懷疑的東西放在我的判斷中；②

把難題盡可能分解為細(xì)小的部分，直到可以圓滿解決為止；③

按從最簡單、最容易認(rèn)識的對象開始，一點一點地上升到復(fù)雜的對象的認(rèn)識④

把一切情形盡量完全地列舉出來，盡量普遍地加以審視，以保證沒有遺漏。笛卡兒不僅在哲學(xué)領(lǐng)域里開辟了一條新的道路，同時笛卡兒又是一勇于探索的科學(xué)家，在物理學(xué)、生理學(xué)等領(lǐng)域都有值得稱道的創(chuàng)見，特別是在數(shù)學(xué)上他創(chuàng)立了解析幾何，從而打開了近代數(shù)學(xué)的大門，在科學(xué)史上具有劃時代的意義。笛卡兒在科學(xué)領(lǐng)域的成就同樣累累碩果。他進(jìn)而又創(chuàng)立了解析幾何學(xué)，為微積分的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)，從而開拓了變量數(shù)學(xué)的廣闊領(lǐng)域。恩格斯所說：“數(shù)學(xué)中的轉(zhuǎn)折點是笛卡兒的變數(shù)。有了變數(shù)，運動進(jìn)入了數(shù)學(xué)，有了變數(shù)，辨證法進(jìn)入了數(shù)學(xué)，有了變數(shù)，微分和積分也就立刻成為必要了。笛卡兒的這些成就，為后來牛頓、萊布尼茲發(fā)現(xiàn)微積分，為一大批數(shù)學(xué)家的新發(fā)現(xiàn)開辟了道路。笛卡兒近代科學(xué)的始祖。笛卡兒是歐洲近代哲學(xué)的奠基人之一，黑格爾稱他為“現(xiàn)代哲學(xué)之父”。他自成體系，熔唯物主義與唯心主義于一爐，在哲學(xué)史上產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。同時，他又是一位勇于探索的科學(xué)家，他所建立的解析幾何在數(shù)學(xué)史上具有劃時代的意義。笛卡兒堪稱17世紀(jì)的歐洲哲學(xué)界和科學(xué)界最有影響的巨匠之一，被譽(yù)為“近代科學(xué)的始祖”。伽俐略的數(shù)學(xué)與實驗相結(jié)合伽利略是偉大的意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，科學(xué)革命的先驅(qū)。歷史上他首先在科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上融會貫通了數(shù)學(xué)、物理學(xué)和天文學(xué)三門知識，擴(kuò)大、加深并改變了人類對物質(zhì)運動和宇宙的認(rèn)識。為了證實和傳播N.哥白尼的日心說，伽利略獻(xiàn)出了畢生精力。由此，他晚年受到教會迫害，并被終身監(jiān)禁。他以系統(tǒng)的實驗和觀察推翻了以亞里士多德為代表的、純屬思辨的傳統(tǒng)的自然觀，開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)。因此，他被稱為“近代科學(xué)之父”。伽利略倡導(dǎo)了數(shù)學(xué)與實驗相結(jié)合的研究方法；這種研究方法是他在科學(xué)上取得偉大成就的源泉，也是他對近代科學(xué)的最重要貢獻(xiàn)。用數(shù)學(xué)方法研究物理問題，原非伽利略首倡，可以追溯到公元前3世紀(jì)的阿基米德,14世紀(jì)的牛津?qū)W派和巴黎學(xué)派以及15、16世紀(jì)的意大利學(xué)術(shù)界伽利略的數(shù)學(xué)與實驗相結(jié)合的研究方法，一般來說，分三個步驟：①

先提取出從現(xiàn)象中獲得的直觀認(rèn)識的主要部分，用最簡單的數(shù)學(xué)形式表示出來，以建立量的概念；②

再由此式用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出另一易于實驗證實的數(shù)量關(guān)系；③

然后通過實驗證實這種數(shù)量關(guān)系。他所創(chuàng)制的許多實驗儀器在當(dāng)時及對后世都很有影響，下面舉出幾項：浮力天平：這是利用浮力原理快速測定金銀器皿首飾中金銀含量比例的直讀儀器。這種儀器當(dāng)時已用于金銀首飾器皿的交易中。溫度計：伽利略首創(chuàng)的溫度計是一種開放式的液體溫度計，玻璃管內(nèi)盛有著色的水和酒精，液面與大氣相通。這實際上是溫度計與大氣壓力計的混合體，這是由于當(dāng)時他對大氣壓力的變化還沒有明確的認(rèn)識。望遠(yuǎn)鏡：伽利略制成的望遠(yuǎn)鏡，可以觀察到物體的正像。經(jīng)過改進(jìn)后,其倍率由3逐步增大到33；這種望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)簡單，而其倍率和分辨本領(lǐng)受球差和色差的限制較大。伽利略在人類思想解放和文明發(fā)展的過程中作出了劃時代的貢獻(xiàn)。在當(dāng)時的社會條件下，為爭取不受權(quán)勢和舊傳統(tǒng)壓制的學(xué)術(shù)自由，為近代科學(xué)的生長，他進(jìn)行了堅持不懈的斗爭，并向全世界發(fā)出了振聾發(fā)聵的聲音。因此，他是科學(xué)革命的先驅(qū)，也可以說是“近代科學(xué)之父”。雖然他晚年終于被剝奪了人身自由，但他開創(chuàng)新科學(xué)的意志并未動搖。他的追求科學(xué)真理的精神和成果，永遠(yuǎn)為后代所景仰。1799年，梵蒂岡教皇J.保羅二世代表羅馬教廷為伽利略公開平反昭雪,認(rèn)為教廷在300多年前迫害他是嚴(yán)重的錯誤。這表明教廷最終承認(rèn)了伽利略的主張──宗教不應(yīng)該干預(yù)科學(xué)。牛頓論科學(xué)方法牛頓一生的重要貢獻(xiàn)是集16、17世紀(jì)科學(xué)先驅(qū)們成果的大成，建立起一個完整的力學(xué)理論體系，把天地間萬物的運動規(guī)律概括在一個嚴(yán)密的統(tǒng)一理論中。這是人類認(rèn)識自然的歷史中第一次理論的大綜合。以牛頓命名的力學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代工程力學(xué)以及與之有關(guān)的工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)。這一成就，使以牛頓為代表的機(jī)械論的自然觀，在整個自然科學(xué)領(lǐng)域中取得了長達(dá)兩百年的統(tǒng)治地位。牛頓在科學(xué)上的成就須由他的哲學(xué)思想和科學(xué)方法來尋根求源。在物理學(xué)科中伽利略的實驗工作是實驗物理學(xué)的開端，牛頓深受其影響。