第9讲 18世纪（2） 培根科学的发展

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要目 实验物理学的进展 化学革命 进化思想的起源

古典科学与培根科学 库恩：“物理科学发展中数学传统和实验传统的对立”（《必要的张力》） 古典科学：哥白尼－笛卡尔－伽利略－开普勒－牛顿。天文学、静力学、光学；数学、和声学 培根科学：吉尔伯特－波义耳－胡克－富兰克林－卡文迪许－库仑－拉瓦锡。电学、磁学、热学、化学 直到19世纪，古典科学与培根科学是分离的。

18世纪的热学·测温学 伽利略造出第一根温度计，以空气为测温物质 1702年，法国物理学家阿蒙顿（1663－1705）改进了伽利略的温度计 1714年，德国人华伦海（1686－1736）用水银代替酒精做为测温物质，扩展了测温范围。他把纯水的冰点定为32度，人体体温98.6度，建立了华氏温标。1724年，华伦海因发明温度计而当选皇家学会会员。 1742年，瑞典天文学家摄尔修斯（1701－1744）以水的沸点为0度，冰的溶点为100度，建立摄氏温标。

18世纪的热学·热质说 1757年，苏格兰化学家布莱克（1728－1799）指出温度(热的强度)与热量（热的分量）的不同。热容量、比热概念。 发现“潜热”：冰缓慢加热熔化时，温度不变 由伽桑狄的热原子理论到热质说 热质说可以解释热量守恒现象

18世纪的磨擦电研究（1） 吉尔伯特发现带电体与非电体之区别 盖里克发明磨擦起电机 1729年，英国修道院的格雷（1675－1736）发现有些物质可以传导电，有些则不能。主张带电体不能导电，而非电体却可以。 法国皇家花园管家迪费（1698－1739）经过实验表明，带电体与非电体之间并无本质的区别，所有物体都可以带电。 1734年，迪费发现两类不同的电荷，一种称为玻璃电，一类称为树脂电。他实际上发现了正负电荷，但命名不确。

迪费的信 存在着两种判然不同的电。一种我称之为玻璃电；另一种为树脂电。第一种是玻璃、水晶、宝石、动物毛发、羊毛和其他许多物体的电。第二种是琥珀、树脂、丝、线绳、纸和无数其它物质的电。这两种电的特征是，一个带玻璃电的物体排斥一切带同类电的物体，相反却吸引一切带树脂电的物体。

18世纪的磨擦电研究（2） 1745年，荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克（1692－1761）发现玻璃瓶可以储存大量电荷。此瓶被称为莱顿瓶。 整个欧洲全都在演示莱顿瓶的放电功能。法国人诺莱特在巴黎修道院门前调集700修道士，演出一场放电喜剧。路易十五亲自出场 1746年，美国独立战争的领袖本杰明·富兰克林（1706－1790）开始研究电现象，他相继发现：天上的雷电与莱顿瓶中的电是一回事；发明避雷针；提出正电负电的概念。

18世纪的流电研究（1） 1752年，意大利人祖尔策将一片铅片和银片放在舌尖上，当它们两头相连时，他感觉舌尖上有奇怪的味道。 1780年，意大利波仑亚大学医学教授伽伐尼（1737－1798）解剖青蛙时，发现用不同的金属与蛙腿接触可以使蛙腿抽动。伽伐尼主张，存在着动物电，它跟摩擦电完全一样。金属只起激发作用。 伽伐尼是错误的，但激励了流电研究

18世纪的流电研究（2） 意大利物理学家伏打（1745－1827）对伽伐尼的动物电理论深表怀疑。 1792年，伏打用实验证明了伽伐尼电是两种金属加导体造成，蛙腿只起验电器作用 1794年，伏打进一步表明没有蛙腿，伽伐尼电一样存在。 伏打序列：锌、锡、铅、铜、银、金……前面的金属与后面的金属相接触，前者就带正电、后者就带负电；序列的距离越远，带电量越多。 1800年，伏打依照伏打序列制成伏打电堆。为动电研究打下基础，推动了电化学的发展。

电荷力研究：卡文迪许与库仑 卡文迪许（1731－1810），英国贵族，终生未婚独居，献身于科学事业，只问耕耘，不问收获 用扭秤在实验室中测定万有引力常数G 1777年，提出电荷作用的平方反比律：“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方。” 法国物理学家库仑（1736－1806）运用扭秤测定电荷之间的相互作用，证明了电力与电荷量之积成正比，与距离平方成反比。

燃烧问题研究 燃烧问题研究。燃烧完的灰烬不再易燃，而且重量变轻。 燃素（phlogiston)：易燃的可分离的东西；燃烧是一种脱燃素的分解过程。 德国斯塔尔（1660－1734）在原子论基础上建立他的燃素学说：空气只起助燃作用，主要用处是带走燃素。 燃素学说可以解释氧化－还原反应，但正好相反：凡是氧化（化合）过程均被解释成分解过程。金属生锈与木材燃烧是同一类化学过程。 问题：燃素有没有重量？

气体研究（1） 赫尔蒙特区别“空气”（air）与“气体”(gas) 1727年，英国植物学家黑尔斯（1677－1761）出版《植物静力学》，给出了在实验室收集各种气体的方法（水面收集法）。他未意识到他所收集到的气体实际上是不同的气体。 布莱克发现石灰石加热放出某种气体而变成生石灰，称“固定空气”（包含在固体中的气体）；还发现，燃烧和呼吸时放出的气体里一定含有“固定空气”。

气体研究（2） 英国化学家普利斯特列（1733－1804）青年时期是位自由主义人文学者，1766年遇富兰克林之后，对实验科学发生兴趣。 1767年出版《电学史》 发现啤酒发酵后产生的气体就是布莱克所发现的“固定空气”，它能溶于水。 1772年发明“苏打水”，是现代碳酸饮料的始祖 认识到，植物的生长需要“固定空气”，所以动物的呼吸损害大气，而植物则净化空气。

气体研究（3） 1774年，普利斯特列收集到一种新的气体，它使火焰剧烈燃烧，使老鼠活得更长，使人吸入后感到舒畅。但他相信燃素说，将该气体命名为“脱燃素空气”。 1775年向皇家学会报告“脱燃素空气”的发现。 瑞典药剂师舍勒（1742－1786）也在实验中制备出了这种气体，命名为“火空气”。他的发现于1775年付印，但印刷厂拖拖拉拉，著作直到1777年才问世，丧失了优先权。积劳成疾，药物中毒。

化学革命（1） 拉瓦锡（1743－1794）巴黎贵族出身，少年即热爱科学，先后对天文学、化学、矿物学着迷。 重视定量实验。反对赫尔蒙特的理论，用实验证明水不能变土。 发现燃烧之后的灰烬比以前要重，表明空气中有成分加入反应过程中。 1774年，密闭加热锡和铅，金属灰虽然重量增加了，但空气重量减少了。普利斯特列访问巴黎告发现“脱燃素空气”，拉瓦锡发现正是它加入了反应过程，称“最宜于呼吸的空气”。

化学革命（2） 1779年，拉瓦锡将“最宜于呼吸的空气”称为“氧”，意思是“可以产生酸的东西”。 1781年，拉瓦锡重复普利斯特列的实验，证明水是可燃空气与氧气的化合，它不是一种单纯的物质。 1783年，正式以氧化理论取代燃素学说。 1787年，出版《化学命名法》，使近代化学第一次有了严格、统一、科学的物质命名方法。

化学革命（3） 1789年出版《化学纲要》 建立以氧化理论为核心的燃烧学说 用实验逐一确认了已经的各种元素 提出物质守恒定律，创造化学反应式：“用计算来检验我们的实验，再用实验来验证我们的计算”，将化学永远的建立在定量研究的基础之上。 80年代，研究动物体温与化学能问题 拉瓦锡之死（1794年5月8日，共和国不需要学者）

进化思想 博物学的成就： 生物分类： 亚里士多德描述过500种植物 到1600年，人们知道约6000种植物 1700年，人们又发现12000个新种 生物分类： 人为分类法，以意大利的马尔比基为代表 自然分类法，以英国约翰雷伊为代表

林奈：生物分类学 林奈（1705－1778），瑞典人 建立人为分类体系和双名制命名法（属＋种） 自然界的分类： 动物界，6纲：哺乳、鸟、两栖、鱼、昆虫、蠕虫 植物界，24纲、116目、1千多属、1万多种（按性器官来划分） 矿物界 “人为体系只有在自然体系尚未发现以前才用得着；人为体系只告诉我们辨识植物，自然体系却能把植物的本性告诉我们。” 《自然系统》（1735－1768）12版，12－1327

布丰（1） 法国人布丰（1707－1788）曾留学英国，1732年回国翻译了牛顿的《流数术》，1739年任命为皇家植物园园长 历时50年完成44卷本《自然史》 第1－3卷（1749），讨论了地球、行星、动植物和矿物 第4－14卷（1753－1769），四足动物的生活习性 第15－24卷（1770－1783），鸟纲动物 第25－31卷（1774－1789），各种自然现象的实验报告 第32－36卷（1783－1788），矿物史及电磁现象

布丰（2） 反对林奈的人为分类体系，认为自然界万事万物基本上是连续分布的 自然界发展的、演化的图景 退化的物种发展观 地球经历了七个发展阶段，历史应有7万5千年以上 退化的物种发展观 生物变异与环境的相关关系，物种可能共有相同的祖先 教会的警告 大革命

拉马克 拉马克（1744－1829） 当过上尉，在皇家植物园结识卢梭 1778年出版《法兰西植物志》 布丰提议选拉马克为科学院院士（1779）、皇家植物学家（1781） 1801年出版《无脊椎动物的分类系统》，提出生物进化的思想，首创生物学(biology)一词 1809年出版《动物学哲学》，系统阐发拉马克主义的进化理论

拉马克的进化论 生物的进化：由低级到高级、由简单到复杂的阶梯发展序列，动物和植物分类均应遵循这种阶梯序列。 进化图是一种树状谱系 两种力量推动生物的进化：内部固有的进化倾向；外部环境对进化的影响。 获得性遗传理论：用进废退

阅读书目 《科学的历程》第22－25章 《科学与启蒙运动》，复旦大学出版社