第二章 19世纪科学成就与 辩证自然观的形成 教学目的与要求：通过本章的学习，要求学生把握19世纪在各具体自然科学领域取得的科学成就及其在哲学领域引起的变革，辨证自然观的初步形成。 教学重点： 19世纪在各具体自然科学领域取得的科学成就 教学难点：生物进化论 热力学第二定律 教学时间安排：4学时 教学目的与要求：通过本章的学习，要求学生把握19世纪在各具体自然科学领域取得的科学成就机器在哲学领域引起的变革，辨证自然观的初步形成 教学重点： 19世纪在各具体自然科学领域取得的科学成就 教学难点： 参考书目：《现代科技导论》刘大椿 主编中国人民大学出版社

第二次科学革命 发生于18世纪下半叶到19世纪中叶，它由天文学、地质学、物理学、化学、生物学等各个领域的一系列重大发现所组成。 特别是物理学的两次重大的理论综合(能量守恒与转化定律和电磁理论的建立)和生物学的两次重大的理论综合(细胞学说和生物进化的建立)，揭示了自然界物质运动形式的多样性以及这些物质运动形式的相互联系与相互转化，消融了有机界和无机界之间的鸿沟，自然界的主要过程得到了说明并被归之于自然的原因而不是神创的原因。

第一节 19世纪自然科学成就 一、天文学 （一）康德—拉普拉斯星云假说 第一节　19世纪自然科学成就 一、天文学 （一）康德—拉普拉斯星云假说 1755年德国哲学家康德在《宇宙发展史概论》一书中，大胆否定了宇宙起源的神创论，首先提出太阳系起源于原始星云的假说。 康德（1724-1804）

康德太阳系起源于原始星云的假说 太阳系起源于一片原始星云。 星云最初不均匀散布在空间，由于较大粒子具有较大的引力，使得周围粒子向它们凝聚，从而形成一些中心天体。 大大小小的粒子凝聚时的碰撞和排斥作用又使这些中心天体按一定方向转动，这样，在中心形成了太阳，周围的粒子团则聚集为行星，在一个近似的平面上按椭圆轨道围绕它旋转起来。

意义： 在这一假说中，康德指出了太阳系不可避免的毁灭。在僵死的机械论自然观上打开了第一道缺口。对宇宙神创论是一个有力的批判，为辩正唯物主义自然观的形成提供了天文学方面的基础。

1796年法国的拉普拉斯出版了《宇宙系统论》，独立地提出了太阳系起源的星云假说。

拉普拉斯太阳系起源的星云假说 太阳系是由星云物质（大团的气体和尘埃）演化而来；其动力来自星云之间的引力。 星云物质在自身引力作用下，不断收缩，导致旋转速度加快，星云愈来愈扁，逐渐形成一个中部厚、四周薄的星云盘。在进一步收缩中，形成原始太阳。 原始太阳经持续增温，当内部温度达几百万度时，开始热核反应，成为自行发光的恒星。 星云盘周围的物质，通过碰撞和吸引，逐渐形成行星。 行星周围的残余物质，在较小范围内重演行星形成的过程，产生了卫星。

理论意义： “康德-拉普拉斯星云假说”重要意义在于提出了宇宙中天体不是一成不变的，而是由演化而来。这一重要思想对辩证的自然观的建立起到重要作用。 这一重要思想在18世纪僵硬的自然观上打开了第一个缺口。

(二）银河系、天王星和海王星等的发现 赫歇耳1781年发现天王星；1783年发现银河系。太阳在银河系中离银河系中心不远处的位置上。太阳、恒星都在运动。后人将他誉为“恒星天文学之父”。 1846年德国天文台台长加勒（1812-1901年）发现海王星

近代地质学是在19世纪开始形成的一门独立的科学。 二、地质学的进展 近代地质学是在19世纪开始形成的一门独立的科学。 是研究固体地球的外层—岩石圈的物质成份及其形成分布和变化的规律，岩石圈的结构、构造和地表形态的变化特征及发展规律，岩石圈的形成历史、发展规律以及其中古生物的演化特征，矿产资源的调查及勘探理论与方法等综合性科学体系。

18世纪中期到19世纪中期被称为地质学的英雄时代 (一)"水成论"与"火成论"

１８世纪末，德国矿物学家维尔纳把水成说的观点进一步深化。 他指出地球表面最初是一片汪洋，所有岩层都是在海水中经沉淀、结晶而形成，后来由于全球水位突然下降，才使岩层露出水面，形成高山和陆地。

苏格兰地质学家赫顿(1726～1797)则极力主张火成说。 他认为地心是熔融的岩石，当能量达到一定程度时，熔融的岩石就会冲破地壳喷发出来，固化为新岩层。

（二）灾变论与渐变论 1．灾变论 法国的居维叶是位杰出的动物学家、古生物学家，是比较解剖学的创始人。 在《论地球表面的变动》中，他提出了著名的灾变论。把地质变化的形式看成是突发的灾变 。

灾变论 地球上的绝大多数变化是突然、迅速和灾难性地发生的。 地球历史上多次出现局部地区自然环境的骤然来临等灾变，包括某种原因引起的地面的突然升降、海水颓然涨退以及冰川期的骤然来临等灾变，使当地生物灭绝，远方迁徙而来的生物取而代之。历史上最后一次灾变是《圣经创世纪》种记载的洪水，那次洪水，由于神的干预使部分生物得到拯救。

2．渐变论 英国地质学家赖尔在1830—1833年写出《地质学原理》一书，倡导“古今一致”和“将古论今”的方法论原则，以丰富的资料说明了地球表面的演变。

渐变论 赖尔在书中指出，地质的变迁，不必用什么神奇的、超自然的力量来解释，就从现在不断发生着的自然作用，如风、雨、河流、海浪、潮汐、冰川、火山和地震等自然力，不断地侵蚀搬运以及沉积，就能改变地层表面的状况。 从古至今，这种微弱的地质作用是均一的。因而过去的地质变化过程是缓慢的。

理论意义： 第一，提出地球缓慢进化的“渐变论”，取代了上帝创造世纪的谬论，驳斥了当时居维叶所主张的“灾变论” ，把地质学引向了进化、科学的道路。 第二， 把变化、发展的思想即唯物主义辩证思想引入地质学，为建立辩证的自然观起到重要作用。 恩格斯把赖尔的《地质学原理》视作作打破形而上学自然观的重要科学依据之一。

三、生命世界中的多种联系的发现 （一）细胞学说 R．胡克在他的《显微术》（1665年）一书中首次描述了“细胞”。 英国植物学家R．布朗于1831年，发现了植物细胞的细胞核，并发现一个植物细胞只有一个细胞核。 　1838年，植物学家施莱登提出细胞是一切植物的基本生命单元。 动物学家施旺又将其推广到动物界。

19世纪，德国植物学家施莱登(M.J.Schleiden，1804—1881)和 动物学家施旺(T.Schwann，1810—1882)提出了细胞学说，成功地解释了细胞 在生物体的构成和发育过程中的地位和作用，把对生物体的研究提高到细胞的水平。

施莱登和施旺的细胞学说主要内容： 动植物发育的过程是细胞形成的过程；有机体都是细胞组成的；病变细胞也是由正常细胞变化而来。

理论意义： 第一，细胞学说的重要意义在于证明了整个生命世界里的内在联系和有机的统一。 第二，这一学说的建立地推动了生物学的发展，并为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据。 恩格斯曾把细胞学说誉为19世纪最重大的发现之一。

（二）生物进化论 1.法国生物学家拉马克率先系统地提出了生物进化论 他的思想集中体现在他1809年出版的《动物哲学》一书中主要内容是生物界有等级，并具有按等级向上发展的趋势。 进化的原由是用进废退；获得性遗传。

用进废退是指生物进化的原因是环境条件对生物机体的直接影响。认为生物在新环境的直接影响下，习性改变、某些经常使用的器官发达增大，不经常使用的器官逐渐退化。 获得性遗传是指，物种经过用进废退这样不断地加强和完善适应性状，便能逐渐变成新种，而且这些获得的后天性状可以传给后代，使生物逐渐演变。并认为适应是生物进化的主要过程。

2.达尔文的生物进化论 物竞天择，适者生存（《物种起源》，1859） 达尔文进化学说包括两部分内容，一是变异和遗传，二是自然选择，其核心为自然选择。

（1）达尔文生物进化论的主要内容： 第一，生物进化是一个缓慢的变化过程，物种不是被分别创造出来的，一个物种是从原有的另一物种进化而来。 第二，整个生物系统发展是一个从一到多、从简单到复杂、从低级到高级的演化过程，在进化中物种会发生变化，生物进化的机制是自然选择。 第三，生存斗争是物种进化的前提，自然选择是物种进化的途径，在生存斗争中的自然选择是物种进化的机制，适者生存是自然选择的标准，也是选择的结果。

（2）理论意义 达尔文的生物进化论给唯心主义在物种起源方面的神创论和目的论以沉重的打击，也给了关于物种不变的形而上学自然观以沉重打击。

20世纪60年代后期出现的“非达尔文主义”提出生物进化的主要原因不是自然选择，而是基因突变。 从现代科学的角度揭开达尔文进化论的历史局限性 （3）达尔文进化论的历史局限性 20世纪60年代后期出现的“非达尔文主义”提出生物进化的主要原因不是自然选择，而是基因突变。 从现代科学的角度揭开达尔文进化论的历史局限性 第一，达尔文进化论只能解释生物物种的渐变，不能解释物种的突变。 第二，达尔文进化论只包含了进化的必然性，未包含偶然性。 第三，达尔文进化论只关注生物间的斗争，而忽略了协同、协作。 达尔文：“今后如果有人对我的理论提出挑战，这很可能来自对寒武纪动物突然大量出现理论的解释”。 寒武纪生命大爆发

四、物理学的进展 1.能量守恒与转化定律 19世纪40年代建立起来的能量守恒定律，被认为是自牛顿力学以后的物理学发展的第二次大综合。 这一发现涉及到多个国家在多种领域中工作的10多位科学家，其中主要是迈尔、焦耳。

1799年英国化学家戴维做两块冰的摩擦实验得到冰吸收热是由机械运动转化来的结论。 1798年美国物理学家伦福特做实验得到热来源于钻头的运动的结论。 1799年英国化学家戴维做两块冰的摩擦实验得到冰吸收热是由机械运动转化来的结论。 1800年英国科学家尼科尔逊和医生卡莱尔通过电解水的实验证明电可以引起化学反应，表明电能可以转化为化学能。 1820年丹麦物理学家奥斯特实验证明电能可以转化为磁能。 1821年德国人塞贝克温差电偶实验证明热能可以转化为电能。 1831年英国物理学家法拉第实验证明磁能可以转化为电能。 1840年德国医生迈尔（1814-1878）血液颜色不同现象，认为化学能可以转化为热能，并第一个发表了能量守恒与转化定律。 从1840年起到1878年，英国物理学家焦耳通过实验确定了电热转化的焦耳定律。

亥姆霍兹 （1821—1894），德国物理学家和生物学家.于1874年发表了《论力（现称能量）守恒》的演讲，首先系统地以数学方式阐述了自然界各种运动形式之间都遵守能量守恒这条规律。所以说亥姆霍兹是能量守恒定律的创立者之一。

能量守恒与转化定律的内容: 自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转换为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体；在转换和传递中，各种形式的能量总和不变。

理论意义： （1）它用实验的科学成果证明了物质运动的客观性。 （2）它证明了物质运动形式是多样的又是统一的。

热力学第一定律 1853年，焦耳提出热力学第一定律: 热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。

系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差， 即UⅡ－UⅠ＝ΔU＝Q－A或Q＝ΔU＋A 这就是热力学第一定律的表达式。 “热力学第一定律”实质上是包括了热现象在内的能量转换和守恒定律。 “热力学第一定律”另一种表述:第一类永动机是不能实现的。

2.热力学第二定律 热力学第二定律的两种表述： 德国物理学家克劳修斯指出： 热不可能独自的、不付出任何代价的从冷物体传给热物体；在一个孤立的系统内，热总是从高温物体传到低温物体中，而不是相反。 英国物理学家开尔文指出： 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他的影响。 开尔文说法另一种表述：第二类永动机是不可能制成的。

两种说法的共同点：热机在工作过程中不可能把从高温物体吸收的热量全部转化为有用的功。它总要把一部分热量传给低温热源。 热力学第一定律和热力学第二定律是大量实验和经验的总结，是热力学中两个基本规律热力学第一定律指出过程要满足能量守恒，热力学第二定律指出过程的方向。

功 热 热功转换 完全 不完全 无序 有序 自发 非自发传热 自发传热 高温物体 低温物体 热传导 非均匀、非平衡 均匀、平衡 自发 热力学第二定律的实质是反映自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的

1865年克劳修斯引入态函数：熵 熵表示某一热力学状态可能出现的程度。 若物体的温度为Ｔ，物体的热量Ｑ， Ｓ=Ｑ/Ｔ表示熵。 系统的能量相同时，温度高的系统熵小，温度低的系统熵大。 热量总是从高温物体自动传递给低温物体。所以对一个独立的系统，热力学的过程总是要沿着熵增加的方向进行。 熵的概念说明了热力学过程的不可逆性。

能量是表明运动转化能力的大小。熵是表明运动不能转化的量度，即能量中可利用的能量有多少。 熵与能量的区别： 能量是表明运动转化能力的大小。熵是表明运动不能转化的量度，即能量中可利用的能量有多少。 系统的熵越大，系统越接近平衡态，系统中可利用的能量就少。 以熵增加原理的形式表述了热力学第二定律：孤立系统的熵总是会自发地趋于极大。热力学第二定律亦称为 “熵增加原理”。 “宇宙热寂说”：宇宙的发展最终将达到永恒的死寂状态。 恩格斯根据能量守恒与转化定律对“宇宙热寂说”进行了批判。

3.经典电磁学的创立 电磁学是物理学的一个分支，是研究电磁运动规律和应用的一门学科。 电磁学的研究对象包括静电现象、磁现象、电流、电磁感应、电磁辐射、电磁场等，是现代科技发展的重要理论基础。

1820年丹麦物理学家奥斯托（1787-1851）发现电流的磁效应。磁场对电流有作用力，首次解开了电与磁的内在联系。 法国物理学家安培（1775-1836）在1822-1825年间对电流磁效应的研究，发现了安培定律。 1820年法国物理学家毕奥（1774-1862）和萨伐尔（1791-1841）发现了毕奥—萨伐尔定律，计算电流产生的磁场。

英国科学家法拉第在1831年发现电磁感应现象，创立电磁感应定律。 闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁力线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。 1833年德国物理学家楞次（1804-1865）发现楞次定律。 法拉第于1837年提出“场”的概念，认为运动电荷与磁体之间是通过磁场产生的相互作用。

麦克斯韦创立经典电磁学理论 麦克斯韦（1831-1897）英国物理学家，经典电磁理论的奠基人，气体动理论创始人之一。他提出了有旋场和位移电流的概念，建立了经典电磁理论 ,并预言了以光速传播的电磁波的存在 .在气体动理论方面 ,他还提出了气体分子按速率分布的统计规律。

1864年，年青的麦克斯韦在总结前人工作的基础上，引入位移电流的概念，用一组偏微分方程来概括全部电磁现象，把法拉第的思想用数学语言表述出来。 这个概念的核心思想是：变化着的电场能产生磁场；变化着的磁场也能产生电场。 1873年出版《电学和磁学论》。 麦克斯韦电磁理论不仅把电学和磁学统一起来，而且统一了电磁学和光学。完成了经典物理学第三次大综合。

第二节 辩证自然观的形成 一、机械唯物主义自然观、方法论的危机 1.机械自然观面临危机 第二节　辩证自然观的形成 一、机械唯物主义自然观、方法论的危机 1.机械自然观面临危机 能量守恒与转化定律、细胞学说和生物进化论的三大发现，深刻揭示了自然界的一切现象的辩证关系。 2.科学方法论由经验方法向理论方法的过渡 19世纪前对自然科学的研究，基本上是运用观察、实验、经过数据的记录、分类整理、归纳、演绎和总结等经验方法得到各学科的知识。 19世纪对自然科学的研究从经验上升为理论思维，比较、假说等思维方法得到较大的发展。

二、辩证唯物主义自然观创立的自然哲学思想渊源：德国古典自然哲学

黑格尔关于自然界辩证发展的思想： 要把自然当成统一的、普遍的东西加以理解； “自然界自在地是一个活生生的整体”； 要对自然进行综合的考察以显现普遍的东西； 自然作为有机整体，是“由各个阶段组成的体系，其中一个阶段是从另一个阶段必然产生的”； 不能把自然整体变成各个部分总和，不能用适于低级自然组织的方式对高级自然组织进行分析；

⒍要把自然有机整体当作一系列展开和发展的整体，按照自然所达到的那个阶段去理解自然的形态； ⒎“自然是作为它在形式中的理念产生出来的”，自然只是理念表现自己的一种方式，只是观念的外化，这是对自然进行思维考察的根本原则； ⒏ 要把整个自然的、历史的和精神的世界描写为一个过程，这过程是按照某种普遍的图示、从一种自然形式和领域向一种更高的自然形式和领域发展与转化，无机界向有机界发展与转化，有机界向生命发展与转化，发展与转化的内在机制是对立面的统一、质量互变、否定之否定。

三、辩证唯物主义自然观的创立 辩证唯物主义自然观，是马克思与恩格斯创立的。主要是恩格斯创立的，集中体现在《自然辩证法》和《反杜林论》中。

恩格斯自然辩证法的中心思想 普遍联系 自然界是各种物体相互联系的一个总体。 多样性统一 物质和运动之不可分离（运动是物质的存在形态）；运动的各种在性质上不同的形态以及研究这些形态的各种不同的科学（力学——物理学——化学——生物学）；从一种运动形式辨证地过渡到另一种运动形式以及相应地从 一种科学辩证地过渡到另一种科学。 发展演化和永恒循环。

辩证唯物主义自然观 1．基本思想 ⑴自然界是物质的。 ⑵运动在量上和质上都是不灭的。 ⑶意识、思维是物质高度发展的产物。 ⑷时间和空间是物质的固有属性和存在形式。 ⑸自然界的一切事物都是矛盾统一体，矛盾推动自然界运动、发展。 ⑹人类和社会是自然界发展到一定阶段的产物。 ⑺实践导致自然界分化为天然自然和“人化自然”。

2．辩证唯物主义自然观的特征 （1）唯物论与辩证法的统一 （2）自然史和人类史的统一 （3）天然自然与人化自然的统一 （4）人与自然的关系是能动性和受动性的统一

3．辩证唯物主义自然观形成的重大意义 （1）实现了自然观发展史上的革命性变革 （2）为马克思主义的科学观、科学方法论奠定了理论基础。 （3）为科学技术的发展提供了世界观、认识论、方法论和价值论的理论前提。 （4）为自然科学与人文科学的结合提供了理论依据。

复习题 1.19世纪自然科学有哪三个重大发现。 2.简述康德—拉普拉斯星云假说及其理论意义。 3.简述赖尔地质“渐变论”及其重要意义。 4.简述细胞学说建立的重大理论意义。 5.简述达尔文进化论思想的理论意义 6.简述能量守恒与转化定律的内容及其发现的重大理论意义。 7. 辩证自然观的基本思想是什么。 8 . 如何理解辩证自然观产生的自然科学基础 9.辩证自然观的内容有哪些。