第8讲 18世纪(1) 理性启蒙与工业革命

关于作业与答题 课堂学习与课外阅读相结合 知识要点与自由发挥相结合 答题分析： 上课不来 课下不读书 版面冷清 第一次作业：结合希腊科学史论述何为科学精神 第二次作业：结合课堂所讲，简单谈谈近代科学的一般特征。注意以古代希腊科学做对比。

评分标准 1，基本分80分 2，缺失如下一个要点的，每缺一个扣10分（是否缺失、部分缺失还是完全缺失，相应扣分可酌情而定，可稍微宽大一些）： 　　A，近代科学把自然看成一个数学化的体系，数学的运用成为近代科学的第一个特征 　　B，近代科学注重通过实验的方式直接与自然界打交界，重视实验成为近代科学的第二个特征 　　C，近代科学是一项组织化、体制化、社会化的探究事业 3，有如下优点的，每个优点可酌情加5－10分（这里的增分可稍微严一些）： 　　A，条理清楚，叙述生动，不是干吧吧几条 　　B，用自己的语言，不生搬硬套，不简单照抄课堂PPT上的措词

要目 技术发明与英国产业革命 法国启蒙运动、法国大革命与科学精神的传播 牛顿力学的扩展：18世纪的力学与天文学

产业革命概览 恩格斯说：“工业革命对于英国的意义，就好象哲学革命对于德国，政治革命对法国一样。” 产业革命即工业革命（industrial revolution）表现在：以机器取代人力、以大规模的工厂生产取代个体工场手工生产、以技术革新带来经济无限制的增长。 产业革命首先发生在英国。发生在纺织业 蒸汽动力机的大量使用，使人从繁重的体力劳动中解放出来，人开始以其聪明头脑而非四肢肌肉为自己造福。 工业革命解除了对技术革新和经济增长的约束 工业革命使全体人民受到教育，客观上推进了“平等”的观念。

纺织技术的进步（1） 英国人喜爱从印度进口的棉布，冲击了传统的毛纺织业。国会于1700年颁布禁止进口棉布的法令，给本国棉纺织业以发展机会。 纺纱技术与织布技术交替革新，相互促进和相互加速 1733年，约翰·凯发明飞梭，改进了织布技术。 1765年，詹姆斯·哈格里夫斯发明锭子垂直放置的“珍妮机”，这是一种立式的多滚轮纺纱机。 1769年，阿克莱特发明动力纺纱机，所纺棉纱十分结实，改变了从前棉纱只能做纬线不能做经线的局面。

纺织技术的进步（2） 1779年，塞缪尔·康普顿将阿克莱特的纺纱机与哈格里夫斯的珍妮机相结合，发明了新的走锭纺纱机，称为“骡机”，可同时纺400枚纱锭。 1785年，卡特莱特造出了动力织机 英国纺织业就是在你追我赶的发明中成为工业革命的龙头产业。 纺织业的新发明规定了工厂制度的发展方向：大机器价格昂贵（只能为少数大资本家所有）、体积庞大（只能安装在固定的大建筑即车间里）、需要许多人维护（这些人就是工人）

蒸汽机的发明与改进（1） 蒸汽动力机的发明将工业革命推向纵深 原始的蒸汽机模型：让蒸汽压力将水提升，蒸汽冷却后形成真空，又可以将水从低处吸入。 1679年，法国工程师巴本发明蒸煮器（高压锅），并在此基础上发明蒸汽机。 1698年，英国工程师萨弗里发明专门用来抽水的蒸汽泵，主要靠真空吸水，蒸汽压力压水。 1712年，纽可门发明大气机，主要靠大气压力做功。由一个带活塞的气缸做功，蒸汽锅炉与之分离，气缸中加冷水喷射器。

蒸汽机的发明与改进（2） 纽可门机的缺陷：热量浪费太大，效率不高；只有简单的往复式线性运动。 格拉斯哥大学的机修工瓦特（1736－1819）的改革 1，为了使汽缸保持温度，单独增加一个冷凝器（事先抽成真空以引入高温蒸汽） 2，将活塞的直线往复运动转化成轮轴的旋转运动 瓦特蒸汽机的出现掀起了一场动力革命 纺织业、采矿业、冶金业在瓦特机的带动下迅猛发展。

工业文明的诞生 新型的动力能源： 新型的劳动组织形式 新型的融资手段：货币经济的出现 新型的思想观念： 自然力－机械力 可再生能源－不可再生能源 新型的劳动组织形式 手工作坊－大生产 标准化、流水线 新型的融资手段：货币经济的出现 新型的思想观念： 重商主义－自由经济

启蒙运动与科学精神的传播 启蒙运动是一场科学精神的普及运动，以理性精神反对愚昧的神秘主义 伽利略－笛卡尔－牛顿的数理世界井然有序。科学理性给黑暗的自然带来了清明的规律，在社会政治领域，也应该有同样的规律。

丰特涅尔 笛卡尔的理性传统。丰特涅尔（1657－1757）1697年担任科学院常务秘书，传播科学理性精神和笛卡尔的机械论哲学。 几何学精神并不只是与几何学结缘，它也可以脱离几何学而转移到别的知识方面去。一部道德的、或者政治学的、或者批评的著作，别的条件全都一样，如果能按照几何学者的风格来写，就会写得好些。

伏尔泰 启蒙运动的基本精神：反对君权神授、主张天赋人权。近代科学为这种思想提供了依据。 伏尔泰（1694－1778）1726年到英国留学，1727年见证了牛顿的葬礼。1729年回国后写作《哲学通信》。1759年出版《原理》的法文本（由他的女友夏特莱侯爵夫人译出）。

百科全书派 《百科全书》（1751－1772）17卷正文，11卷图版，1777年又出5卷增补卷 主编狄德罗（1713－1784）和达兰贝尔，作者有霍尔巴赫、爱尔维修、孔迪亚克，卢梭、孟德斯鸠，布丰等。 高举人文主义旗帜 继承培根科学与工艺为人类造福的思想。技术、科学、艺术并列为人类知识三大门类。

法国大革命 直接原因：粮食欠收，面包涨价一倍；政府不断赤字，债台高筑，增加税收；第三等级要求权力；农民起义、造反，反抗封建特权。 法国大革命第一阶段（1789－92），中产阶段主导的温和的革命，成立法兰西共和国。 第二阶段（1792－95），下层人民主导的激进时期，革命家永不满足的极端主义；外国的干涉。吉伦特派被雅各宾派取代。红色恐怖。 第三阶段（1795－99）温和派当政，更加腐败更加利欲熏心，直到拿破仑政变上台。

革命时期的科学 1795年，国民议会颁布度量衡制度：采用10进制、铸出米铂原器（经过巴黎的子午线自北极到赤道段的长度的一千万分之一）、1升等于1立方分米、1立方厘米温度为摄氏4度的纯水在真空中的重量为1克。 革命之初，科学家受到重视，但狂热时期，像拉普拉斯、拉瓦锡、库仑等人被开除出计量委员会，拉瓦锡还上了断头台。 拿破仑时期重新重视科学家的作用。恢复巴黎高师，重视综合工艺学校。 拿破仑：我不能为取金蛋而杀掉我的老母鸡

牛顿力学的分析化（1） 笛卡尔重视碰撞问题，提出动量守恒原理，上帝创造的宇宙机器一旦启动，就会永远动下去。 单纯的动量守恒原理不能保证运动量守恒，还需要另一个守恒原理：能量守恒。惠更斯（完全弹性碰撞下的另一个守恒定律） 莱布尼兹挑起关于运动量度的争论

牛顿力学的分析化（2） 从矢量力学到分析力学：以更普遍的原理代替牛顿定律；以能量和功等标量函数代替力和动量等几何矢量；引入广义坐标，化欧氏几何问题为纯代数问题。 约翰·伯努利提出“虚位移原理”，以处理静力学问题 达兰贝尔原理（内力抵销） 欧拉和莫培都的最小作用原理：自然界的结构总是取一种最经济的方式

牛顿力学的分析化（3） 拉格朗日（1736－1813），法国数学奇才，创建分析力学，由分析的方法推出包括固体力学和流体力学在内的所有力学。引入广义坐标、广义速度和广义力，得出拉格朗日方程 悲观的言论：牛顿只有一个。 试图保护拉瓦锡没有成功。

天体力学·拉普拉斯 牛顿力学只考虑了两个天体在引力作用下的运动问题 欧拉发明摄动方法解决三体问题 拉普拉斯（1749－1827）出身贫寒 1799年出版《天体力学》头两卷，论述行星的运动、形状和潮汐；1802年出版第三卷，论述摄动理论；1805年出版第四卷，论述木星四个卫星的运动及三体问题特殊解；1825年出版补充卷。《天体力学》完全用微积分的语言写成，被誉为新时代的《至大论》 太阳系的稳定性证明。行星轨道只有周期性变化。“陛下，我不需要那个假设”

18世纪的天文发现 哥白尼学说的致命问题：恒星周年视差问题 英国布拉德雷（1693－1762）发现光行差，证实了地球的确在运动 德国人威廉·赫舍尔（1738－1822）本来是双簧管手，后来到英国教授音乐为生。后来对望远镜感兴趣，妹妹卡罗琳·赫舍尔（1750－1848）是第一个女天文学家，一起磨制镜片，改进望远镜。 寻找恒星的周年视差，是当时所有天文爱好者的理想。伽利略的星对方法。

赫舍尔 1781年3月13日发现一颗行星，命名为天王星（Uranus)，从此名声大噪，专门从事天文研究。 开辟恒星天文学。记录了大量的双星，其中有些是真实的双星，证明万有引力定律在宇宙空间中亦有效。 恒星计数；银河系的扁平圆盘结构。 1783年，发现太阳自行 1821年，与儿子约翰赫舍尔一起创建英国皇家天文学会。

参考书目 《科学的历程》第21－24章 汉金斯《科学与启蒙运动》，复旦大学　出版社2000年出版

问题思考 18世纪工业革命是否得益于当时的科学？ 启蒙运动与牛顿力学究竟有什么样的关系？从历史的联系和观念的联系两方面考虑。