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第二章科学、技术与工程的历史发展科学、技术、工程的历史发展科学、技术、工程的现状及趋势科学的历史发展古希腊的自然哲学（科学）：历史地理：公元前八世纪之前，希腊世界还处于奴隶制小城邦的松散状态，经过特洛伊之战（荷马的《伊利亚特》所记载），开始形成希腊世界；约前6-5世纪，希腊殖民者在小亚细亚西海岸爱奥尼亚的米利都、以弗所、萨摩斯岛等建立城市，人口集中，商业繁荣（羊毛工业和贩卖奴隶等），是当时欧洲文明的中心，也是自然哲学家们的主要活动场所。公元前5-4世纪的希腊世界古希腊的科学两次波斯战争后（前490年的马拉松战役，前480-479的联合舰队之战）雅典战胜波斯王大流士及其继承人克谢尔克谢斯，雅典崛起成为希腊文明的中心（约公元前500-400年）；由苏克拉底、柏拉图、亚里士多德创立的学派影响深远，虽然在伯罗奔尼萨战争（前431-404)中雅典战败，政治上趋衰落，但其学派在亚历山大城等继续有后继者研究，影响了一千多年，直到中世纪末及文艺复兴初期。古希腊的科学古希腊自然哲学通常分为三个时期：前苏格拉底时期：主要爱奥尼亚的实体论；首次以自然的因素来解释自然；雅典时期：主要是柏拉图学园和亚里士多德的吕克昂学院(还有斯多葛学派和伊壁鸠鲁花园等)；进入系统化、逻辑化探讨阶段；希腊化时期：主要在亚历山大城，继续亚里士多德的研究传统，但创新能力已经开始减弱。爱奥尼亚学派（米利都）的实体论米利都的泰勒斯：水，世间万物由水组成，大地是浮在水上的；阿那克西曼德：某种简单的原质（无定形），万物由之而生，万物消灭后又复归于它。大地的形状像一个圆柱，太阳像大地一样大或是其28倍等；阿那克西美尼：气，灵魂是气，火是稀薄化的气，可凝结为水、土、石头等。大地的形状像一个圆桌或圆盘，周围全包围着气。万物有灵论和整体论：任何事物，无论是有机体还是无机体都有灵魂和生命，自成一个整体，由自身的灵魂主宰其运动变化。萨摩斯岛的毕达哥拉斯（约前500年）万物皆数，由对音乐和数的关系的研究，几何学的研究等认为数字或几何结构是最关键的，是数及形式结构决定了一切。“一个音阶一个数”：八度、五度、四度音程可以简单的比例－1:2,2:3,3:4来表示，因此自然尺度也应该符合数的比例才和谐；数与事物的意义：4=正义；5＝婚姻；7=机遇等；萨摩斯岛的毕达哥拉斯“不同的几何图像有着不同的质的差异，自然中性质的差异依赖于几何结构的差异”，“几何学讨论的圆是严格的圆，经验感觉的圆不可能达到严格的几何学的圆，因此，思想比感觉更高贵。”(理性主义者的主要思想来源之一）提出“地球围绕一团中央火运行”（但不是太阳，因为他认为太阳也绕这一中央火运行）。对几何学的贡献：毕达哥拉斯定理的证明（据认为之前的古巴比伦人已经发现）；无理数根号2的证明（可能是其学派的后来者）等。古希腊的原子论赫拉克利特(爱奥尼亚）：火本原；有朴素辩证思想，“一切产生于一，而一产生一切”、“相反相成，对立产生和谐。”“人不能两次踏进同一条河流。”留基伯（米利都）和德谟克利特（色雷斯）：原子论，原子在物理上是不可分的，原子之间有虚空；原子不灭、永恒运动；原子数目无限，种类也无限，形状大小不同。恩培多克勒（西西里人）：水、火、土、气四元素说。每一种元素都是永恒的，由不同的比例混合组成万物。问题与讨论中国古代有无原子论？中国古人认为世间万物是由什么组成的？中国古代有无学园、学院或学派？比如孔子孟子，他们跟帕拉图、亚里士多德等有何不同？对运动变化的探讨在古希腊，几乎所有的自然哲学家都主张运动是存在的，但有的哲学家认为世界有过开端，在此之前不存在运动变化（如阿拿克萨哥拉）；有些哲学家认为有一系列的单个世界，中间有过没有世界和运动的间隔（如恩培多克勒）；而另外一些哲学家则主张世界只有一个，在时间上无始无终（如赫拉克利特、柏拉图、亚里士多德等）。柏拉图的神创论和目的论：认为宇宙万物都是神为了某种目的而创造的，宇宙原来没有秩序，是神的理性使它有了秩序。对运动变化的探讨亚里士多德的四因说：质料因：世间万物轻重不同、特性不同源于其构成的质料因；形式因：各种物体为何处于某种特定的位置、形状和状态，有的运动，有的静止，有的直线运动，有的圆周运动等是由于其形式因；拉斐尔的《雅典学园》对运动变化的探讨目的因：轻重不同的物体各处于不同的自然位置，重者下轻者上，是由于物体各自寻找其天然的位置或自然归宿；动植物为何按一定的方式生长等是因为目的因；动力因：物体为何会偏离其自然位置，比如重物被上抛或轻物被下拉等是由于有它物的推动；物体为何会改变其原来的形状或状态等是动力因。例如“桌子”：质料因：即构成桌子的木材或石材等；对运动变化的探讨形式因：加工成一定结构和形状的木头或石头，而不是任意的一推木头或石头；目的因：木匠或石匠的设计，以提供一个写字、用餐等平台；动力因：木匠或石匠的劳动、加工实践。亚里士多德的物质变化观：月下区的物质：水、火、土、气；月上区：以太；土：冷与干；水：冷与湿；气：热与湿；火：热与干。不同质料的不同比例混合可以产生新物质，新特性、新形式－炼金术的理论来源。古希腊到中世纪的天文学地心说与地动说：日心说：毕达哥拉斯曾主张地动说，但不是绕太阳运行；亚历山大里亚时期阿利斯塔克已认识到大地是球形的，地球绕太阳作周年公转，太阳与地球的比例约7:1；埃克番达斯认为地球绕自己的轴周日自转。地心说：公元前5世纪的欧多克斯主张地心说，被亚里士多德继承和发展。后又经希帕恰斯和托勒密进一步发展。托勒密在《天文大全》中建立了完整的天文学体系，是希腊化时期直到16世纪最先进的天文学（当时地心说远比日心说先进，解释力更强）。古希腊到中世纪的天文学问题与讨论中国古代的天文学（天体结构）跟古希腊有何不同？盖天说、浑天说等有“地球”、“地动”等观念吗？如何理解中国的“中”？中国古人如何来观星预测？做何目的？跟西方有何区别？文艺复兴与第一次科学革命文艺复兴的历史背景:十字军东征：十一世纪始，教会和封建主为扩张势力，以宗教的名义发动十字军东征。拜占庭皇帝邀请教皇乌尔班二世于1095年11月在法国克莱蒙召开宗教会议，决定恢复教会的统一，恢复圣城耶路撒冷；组成基督教世界宗教同盟，开展反穆斯林的十字军东征，1095年－1291年先后组织了八次侵略性征战。后果：城市人口增加；经济活力恢复；资本主义萌芽；翻译运动的兴起：重新发现古希腊文化遗产，以复兴古希腊文化的名誉，开始了翻译和研究古代文化的文艺复兴运动。文艺复兴与第一次科学革命大学的兴办：古希腊时期有名的学园及学院（学园、吕克昂、斯多葛和伊壁鸠鲁花园等，前两者延续到公元前1世纪）。中世纪早期以传授文法、修辞、逻辑、算数、几何、天文、音乐理论、医学和建筑，前七门称古典人文“七艺”。在此基础上成立了早期的世俗大学－意大利的波伦亚大学（1150年获大学身份，1158年独立为世俗学校，由学生接管）、牛津大学（1168)、剑桥大学（1209)、巴黎大学（1200）等，除了传统的神学知识外，还开设了文学、法律、医学、几何学等。大学成了市民阶层的思想文化阵地，学术讨论的场所，市民和学生中常出现反叛教会、摆脱教会控制，追求自由的言论和举动，是文艺复兴的主要阵地。文艺复兴与第一次科学革命波兰的哥白尼革命（1473-1543）：理性高于经验，受到毕达哥拉斯的明显影响：相信自然界是优美简洁的，因此其太阳中心说比托勒密的地心说更符合这一信念。（从当时的观测条件地动说并不比地心说更精确。）希帕恰斯和托勒密的地球中心说用来解释观察事实是相当成功的，唯一的弱点是它的均轮本轮结构与计算太繁复，但有两大支柱：万物都落向大地中心，日常的观察经验；亚里士多德的权威。文艺复兴与第一次科学革命意大利的布鲁略和伽利略：哥白尼的《天体运行论》出版后并没有引起学界及教会的关注，后经布鲁略和伽利略的宣传，与教会产生冲突；布鲁略：于1600年被教会宣判死刑，烧死于罗马鲜花广场；布鲁诺广场文艺复兴与第一次科学革命伽利略：通过大量的观察和实验，并将实验与数学、与抽象思维的结合，开创了近代科学研究的典范。对力学的贡献：落体定律；对惯性、运动的相对性等问题的探讨；天文学的贡献：有力支持哥白尼学说；制造望远镜，观察到太阳黑子、月亮山等。文艺复兴与第一次科学革命科学发现的黄金时期：开普勒的三大定律；英国的弗兰西斯·培根：创立了经验归纳法：通过实验大量搜集事实，提出假说，进行归纳概况，就可以在事实的基础上建立科学理论的金字塔。批评经院哲学对于人类知识的增长及了解自然没有用处，亚里士多德的“最后因”也于科学无干。针对亚氏的《工具论》，他立志要写一部《新工具论》、阐述他的科学研究方法论。开普勒年轻时建构的宇宙模型文艺复兴与第一次科学革命法国的笛卡尔：创立了演绎法、惯性定律、解析学术等。致力于推翻旧说，从头开始探求真理：“我下定决心，除了那种可以在自己心里或者在世界这本大书里找到的学问以外，不再研究别的学问。”其《谈谈方法》提出探索真理的四条原则：1，凡是我没有明确认识到的东西，我决不把它当成真的接受。也就是说，要小心避免轻率的判断和先入之见，除了清楚分明地呈现于我心、使我根本。文艺复兴与第一次科学革命无法怀疑的东西以外，不要多放一点东西到我的判断里（公里化方法中，基础假设的简单性、明晰性、直接性。）2，把我所审查的每一个难题按照可能和必要的程度分成若干部分，以便一一妥为解决。（分析法的提出）3，按次序进行我的思考，从最简单、最容易认识的对象开始，一点一点逐步上升，直到最复杂的对象；就连那些本身本来没有先后关系的东西，也给它们一个次序。（先分析后归纳、综合）文艺复兴与第一次科学革命4，在任何情况下，都要尽量全面地考察，尽量普遍地复查，做到确信毫无遗漏。（完备性）在此思想指导下，笛卡尔认为，一切知识中，最简单、最容易认识的知识即数学和几何，因此他首先建立其联系－解析几何学，并以它为典范来探索其它知识。牛顿的分析与综合：在《自然哲学的数学原理》中完成了近代科学的第一次革命。