1、科学史在自然科学教学中的地位与作用类比：宇宙46亿年24小时。则在前面的23个小时59分钟的时间里人类都没有露面，只是在最后一分钟才匆匆赶到，而在23小时59分59秒之后，人类的文明史才刚刚揭幕。一、近代自然科学史概论（上）张瑞琨 华东师大出版社1.“推动地球的巨人”（1473.2.19-1543.5.24）哥白尼：天体运动论布鲁诺（1600年2月17日被烧死在“鲜花广场”）2.盖伦：用狗、猴做解剖实验“腿骨是弯的”塞尔维特（1553.10.27被烧死）：1546年发现肺循环维萨里乌：人体的构造，解剖学（维萨里乌的老师“雷尔维斯”说：“盖伦时代的人，脚骨是弯的，只是后世人穿了狭腿裤，致使弯曲的
2、腿骨变直了”）哈维：17世纪生理学18世纪病理学19世纪医学。3.亚里士多德：生物分类方面贡献很大。4.中国炼丹术：1545年，汞+雄黄+砒霜+丹砂+铅、锡李时珍取其化学制药方法，本草纲目（15521578年），190多万字，乃“医书、物理”；另有贡献：动植物分类法，矿物学，动、植物学。5.3500年A.C.，古埃及：7/29=1/6+1/24+1/58+1/87+1/232；A.C.5000年，历法：一年365天，12月；A.C.2500年：一年3651/4天；A.C.300年，每4年有一年附加6天。 中国：历法、青铜。托勒密毕达哥拉斯亚里士多德欧几里得阿基米德加利略。他以系统的实验和观察推
3、翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此，他被称为“近代科学之父”。墨经，400年A.C.：力学差动滑轮；升学；天文观察；地学；生物分类。秦汉：九章算术；恒星期：27.3218504日，误差17秒/年；太阳黑子，超新星爆发。6.中世纪（唐朝）：祖冲之，=3.1415926-3.1415927；沈括：梦溪笔谈；郭守敬（1280年）：授时历、太阳回归年：365.2425天，误差26秒/年。1970年国际天文联合会“月球背面环行山郭守敬山”，1977年，中国科学院紫金山天文台“小行星郭守敬行星”。7.1500S，哥伦布、麦哲伦：地理大
4、发现。8.伽利略：1632年，关于托勒密和哥白尼两大体系的对话9.第一个做落体实验的科学家：史特芬（1586年或稍早）。30feet高，2只铅球（一只G，一只10G），根据落在木板上发出的声音的差别来判断是否同时。结果：“听上去好象是一个声音”。结论：下落时间与物体质量无关。（亚里士多德：反比）。10.伽利略斜面实验斜面长L=11米50(1) 相同的时间间隔，通过的长度间隔与1、3、5、7成正比；（2）通过的总长度分别与1、1+3、1+3+5、1+3+5+7成正比，即与时间的平方成正比；（3）与小球的质量无关；（4）与斜面的角度无关；（3、4两结论通过几百次实验重复无误。）（5）外推：当角度=
5、90时，即得自由落体运动；（6）发现机械能守恒，惯性；（7）再接放另一斜面，推得惯性原理。加利略：抛射体的速度越大，落点越远，大于某一阈值，下落为地球弯曲弥补，将绕地球转动。11.（第谷布拉赫）开普勒（1571.12.271630.11.15，德国）：行星运动三定律“开普勒定律”，1619年。12.哈维：血液循环（1）盖伦（肝右心房右心室左心室肺）：血液似潮汐在血管中往返流动维萨里乌：解剖发现，心室间无“微孔”哥伦布：肺循环血液由大静脉分支流到全身切沙比诺：类比天体循环、水循环提出：血液循环？（2）法布里修：静脉瓣：反向关闭（1598年）（法布里修得学生）哈维（15781657）从“日心说”得
6、启示：循环，并设计解剖实验验证：冷血动物a. 定性实验：结扎单向流动：心房心室动脉、静脉心房；b. 定量实验：人心脏输出量约56.7克/次，每分钟7256.7克=4082克，每小时约245.54千克；c. 测总量：羊：4磅多，牛：0.5小时颈动脉中血液流完。结论：血液在循环流动。（3）（老师）法布里修的说法：静脉瓣阻止血液回流太快哈维：破坏静脉瓣，血液反而不能流回心脏。结论：静脉瓣作用时、是防止血液倒流。（4）问题：动、静脉交接处，血液如何流动？当时解剖没有发现动、静脉有连接。所以猜想：有微血管连接后马尔辟基和列文霍克实验证实之。（5）1615年，哈维：心脏及血液循环论，1928年出版（192
7、6年培根也不信）。（1632年1651年胚胎学“受精”）。13.马尔辟基：1660年首次（用显微镜）在蛙肺上发现“毛细血管”；1666年，发现红细胞。不同意“体表换气”，但无证据。14.列（刘）文虎（霍）克：磨镜片（其方法至今仍是秘密），1683年首次在牙垢中“看到”微生物。15.胡克：1665年，发现木栓“蜂巢样”“空格”结构为检验放大率，“显微空洞”名“小室”（cellulate）偶然。16.徐霞客 15861641：实地考察，1613年游天台山，1632年再游，1636年游浙江。（宋应星：论气，天工开物）17.笛卡儿：运动量概念mv、守恒； 莱布尼兹： mv2；恩格斯：mv持续的机械运动
8、； mv2/2消失（转化）了的机械运动。1840S：5、6个国家，7、8种职业，10多位科学家能量守恒定律。笛卡儿：解析几何解释自然现象的几何（1637年，几何学；欧几里得： 330275A.C.几何原本）。韦达代数中引入“字母”。18.牛顿时代(1) 惠更斯：1655年发现土星环；1656年制成摆钟；1678年光论。(2) 卡西尼：1665年，测火星自转周期为24时40分；1668年，制木卫星历表；1675年，发现土星光环空隙。(3) 雷默：测光速。(4) 开普勒：引力平方反比类比光强度（布里阿德）。(5) 罗伯特胡克：万有引力（1679年）；平方反比（1680年写信给牛顿，但他缺乏数学方法
9、和技能）。(6) 牛顿（1642-1727，英国）：诗人亚历山大波普颂曰：Nature and Natures laws lay hid in nightGod said“let Newton be”and all was light1670年，光学；16691676年，微积分学；16791687年，自然哲学的数学原理；1727年3月20日逝世，享年85岁。墓志铭：“他以几乎神一般的思维力，最先说明了行星的运动和图象、彗星的轨道和大海的潮汐”。19.炼金术：把普通金属变成金、银或仙丹。20.阿格里阿拉（1949-1555，德）：1556年，金属学。21.比林格西奥（1480-1539，意大利冶
10、金家）：1540年，火焰术，反对炼金术，认为金属间根本不能转换。22.霍亨海姆（医生，化学家）：三要素说“盐、硫、汞”，发现：铁屑+醋会反应。23.范赫尔蒙特：1648年，论医学的发展；2要素说“水、空气”。（1） 助燃实验；（2） 柳树实验：200磅干土+5磅柳树苗5年后，柳树169磅，土几乎没有消耗。“水是最根本的。”（3） 沸水后只剩下一点沉淀物：认为是水变成了土。（4） 分离气体：CO2、NO2、SO2、H2、CH4、CO等。（5） 制硫酸、硝酸、盐酸。24.波义耳（1627-1691年）：实验、定量研究。（1）“元素”的定义：“某种原始的、简单的，一点也没有搀杂的物体。元素不能用任何
11、其他物体造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成完全混合物的成分，也是完全混合物最终分解成的要素。”（2）指示剂、焰色：硝酸（盐酸）+氨白烟；亚铁（铁）盐+X（陪子酊）黑色；钙盐+硫酸白色沉淀；银盐+氯化物沉淀。（3）中和反应：酸、碱性质。（4）燃烧：火焰不能离开空气而存在。（5）动物无空气会死真空中立即断气，类似燃烧。（6）金属经过焙烧变成金属灰而增重“燃素说”。 拉瓦锡，1743-1794年，发现氧气：Hg+O2加热HgO（红）（加热，温度更高）Hg 。25.16世纪以前的中国：（1）缺理论根蒂，又无人去提升；（2）商人没能取得统治地位（李约瑟）；（3）理论鸿儒未能与“工匠”艺术合作，工具
12、没有转化成仪器。结论：中国百姓缺少理念上的“震动”的机遇？缺近代科学启蒙！26.16-17世纪，欧洲（英国等）统一规范用术语； 1663年4月22日，查里2世：“我不必追随任何权势，我不必要求上帝保佑，我不必遵从大师的格言。”英国、法国相继：科学院。27.哲学的作用： 1492年10月12日，哥伦布到达巴哈马群岛 开端 自然是可第谷布拉赫 追踪到太阳系以外“天外有天” 的。破除了生物体并不“玄奥微妙”到不可研究 迷信“权布鲁诺：“神就是自然界” 威”。理 培根（英国）：现代实验科学的真正始祖。 性思维形成。约翰洛克（英）：“那么我们且设想心灵是白纸，没有一切文字，不带任何观念；它何以装备上了这
13、些东西呢？它从哪里获得有全部的推理材料赫知识？对此我用一句话回答，从经验：我们的一切知识都在经验里扎着根基，知识归根结底由经验而来。”28.科学革命近代科学的诞生 哥白尼：科学不再是上帝的附属物：规范。 第谷布拉赫：观察、记录（30年）：数据。 开普勒：数学分析、经验定律。 牛顿：集大成，统一了“天上”与“地下”。 哈雷：预言彗星：实证（判定）。科学代替了迷信，“智慧”的诞生。18世纪的科学29.牛顿力学+数学：形而上学自然观。用力学观点解释一切。18世纪处。（1） 卡文迪许（17311810年）：化学家、电学。水的成分、氢气及性质、静电力正比与1/r2，测定引力常数扭秤。（2） 1738年，
14、伯努利、欧拉、达兰贝尔：动力学、刚体、加速度矢量与力的方向一致。（3） 1772年，拉格朗日：论三体问题、1788年，分析力学。（4） 哈密顿（1805-1865年）；分析力学。（5） 德布罗意（1892-）（6） 布拉得雷（英）：光行差（1729年）：证实地球绕太阳转。（7） 康德（德国）：星云假说（拉普拉斯）。30.燃素说：（1）金属+火微粒=煅灰a.金属：含燃素的化合物；b.煅灰：去燃素的纯净物。 （2）定量实验天平在化学实验中的应用：煅灰的质量金属的质量。 （3）燃素具有“负质量”。 （4）拉瓦锡（法）：1772年，燃烧实验研究，提出“提取燃素”的实验验证方法。（5）“反常”现象：CO
15、2、H2、N2、O2、Cl2的发现。1755年，布拉克（英）（1728-1799）实验：石灰石+镁石（碳酸镁）混合煅烧，发现碳酸气（CO2）+苛性石灰。（6） 卡文迪许：1760年，实验Fe(Zn)+HCl(H2SO4)H2（排水法收集），认为：“H2”即燃素，因为氢气球会飞，具有“负质量”，后证明是浮力所致、且H2有重量。（7） 1772年，卢瑟福（1749-1819）：研究空气性质+动物时，发现N2及性质不能维持生命且能灭火。（8） 1773年，舍勒（瑞典，1742-1786年）：分解硝酸盐及氧化物时发现，燃着的蜡烛放入，会更明亮。XCO3O2（9）1774年，普里斯特利（英，1733-1
16、804）：发现某物质在凸透镜聚焦下分解出气体，且能助燃：HgOO2。结论：以上各位均未能突破认识上的局限：燃素说，以致与真理失之交臂。31.生物的分类：亚里士多德林耐1692年发现有性繁殖；1676年发现雄蕊是雄性生殖器官；1694年雌蕊子房内有卵子；1660年，马尔辟基（意大利）：发现蚕的身体布满小管道，与体表的气孔相连空气供动物呼吸的发现。按呼吸气管从小大、从低级高级分类。误认为植物导管也是气管林耐（1707）：确定种的概念、命名规则双名制。32.地质：罗蒙诺索夫，1763年论地层。（1）1657年，惠更斯（荷兰）发明摆钟；（2）1673年，法国考察队从巴黎圭亚那（近赤道）：发现钟慢了2.
17、5分钟/天；（3）1670年，法国测子午线长度：发现不均匀；（4）723年，中国（唐朝），张遂（僧一行）测子午线长、1707年，康熙主持三角测量1717年完成。33.电相互作用（1）1750年，米歇尔（英）：磁力与距离的平方成反比；（2）1778年，布鲁格曼斯：抗磁性铋被斥；（3）1734年，格雷：摩擦起电、导体分类；（4）1745-1746年，莱顿（城市）瓶；（5）1752年，富兰克林（美）：正、负电，风筝实验：浸过盐水的细绳“闪电”与“静电”相同；（6）1767年，普里斯特利：静电屏蔽；（7）1785年，库仑（法，1736-1806年）：平方反比关系、电量概念；（8）1780年，伽伐尼（意
18、大利医生）：电肌肉；（9） 伏打：1775年发明起电盘、1800年，发明第一个化学电池伏打堆；（10） 1800年，利特尔（法）：电的化学说。34.拉瓦锡（法，1743-1794年）近代化学奠基人。（1） 1774年（定量实验、质量守恒、物质不灭）：(Sn)Pb+O2PbO2（金属灰）；（2） 假说：金属灰是金属与部分空气的混合物；期间普里斯特利HgO加热得O2科学史表明：“新科学仪器的应用及其获得的成就要能为人们所接受，必须清除存在于人们脑中的陈旧见解和习惯势力。”（3） 空气是有氧气和氮气组成：曲甑瓶实验。汞+O2（空气）结论：定量实验分析+理论思维。A1777年燃烧概论氧化说：a. 燃烧
19、时发光和热；b.物体只有在氧气存在时才能燃烧； c.空气是由两种成分组成。物质在空气中燃烧时，吸收了其中的氧，因而加重，所增加之重量恰好为其所吸收的氧重；d.一般的易燃物（非金属）燃烧后，通常变为酸，氧是酸的本质，一切酸中都含有氧元素；而金属煅烧后即变为煅灰，它们是金属的氧化物。B1781年，得出水是化合物（O、H）。C1789年化学纲要：a.酸碱盐命名法；b.质量守恒律；c.化学方程式的雏形比例计算；d.有机化学分析：CxHyOz+O2CO2+H2O；e.营养化学：呼吸作用升体温。35.布丰：生命的起源、进化（詹斯旺迈达：1672年，昆虫繁殖类比动物的卵也是“胎体套匣”；1677年发现“精子
20、”普遍存在于动物界但通过显微镜说“看到”“小人”。“精原论”，习惯认为：人目力有限，所以显微镜放大也有限，许多“小人”只是看不见而已。36.沃尔夫（俄，1734-1794年）：1764年，发生论，否定预成论。面对压力，他1768年再次实验研究鸡胚发育：（1） 鸡胚肠：薄层凹陷管道状分化出肝、消化道等；（2） 神经：薄层外胚细胞凹陷神经管前端臌大脑泡脑。37.神创/自创？（1）“由腐生蛆、白石化羊”；（2）雷迪医生（意，1626-1698年）实验：a. 将新鲜肉分数份，分投洁净容器；b. 控制变量：加牛皮罩/蒙纱布并扎住/敞口；c. 结果：都腐败；但敞口容器之中肉表面有蛆，牛皮罩住的则无蛆，纱布
21、内无虫，布上则有。结论：腐肉表面的蛆是外面苍蝇所排的卵变来的并非由腐肉直接产生的。（3） 列文霍克：1683年9月14日用自制显微镜看到雨水中、浸液中、牙秽中的“微生物”。“以最怪方式转动的许多小动物有长的、直径相等的棍棒、弯曲的、直的。”（4） 在雷迪实验无蛆内表面发现“微生物”，错误地推论为“腐肉生蛆”不可能，“生菌”还是可以的。（5） 斯帕朗扎尼（意大利长老、博物学家，1729-1799年）：重复雷迪的实验设计a.瓶+煮沸的肉汁（封口）不变质；b. 瓶+煮沸的肉汁（开口）变质：浑浊、发臭分离出细菌。结论：生命不能自生。溶液在用火煎熬以后，使之不与空气接触，任何微小的生命体也不会自生或出现
22、。 但是，自生论者不承认实验结论，他们的理由是由于封住了口，没有空气呼吸，煮沸时“生机”死了。斯弟芬图尔明：“在任何科学领域中，进步和变革不会产生于老一代的伟大学者的思想变化，相反，进步和变革必然是年轻一代打破了他们的老师们的传统而取得的。”38.地质的水成/火成说（1） 魏尔纳（德，1750-1817年，采矿世家300年，矿物学家、教育家）：水成说。1774年矿物的外部特征。原始海洋矿物结晶原始岩石，认为火山是“煤、硫”在地下燃烧所致。（2） 詹姆斯赫顿（苏格兰地质学家）：1785年地球理论（60岁）。A第一类岩石不可能结晶而成，而是熔融物冷凝而成；B霍尔（英皇家学会会员，1762-1831
23、年）：反对三年，后支持。1790年，用实验验证：a.绿色玻璃融化后冷却白色玻璃、再熔化后速冷绿色；若白色玻璃再熔化后缓慢冷却不透明。b.暗色岩石或火山岩，高温熔化速冷：玻璃状；缓慢冷却玄武岩（晶体）。结论：自然界的暗色岩（玄武岩）就是熔融的岩浆缓慢冷却的产物。C.洪堡和布赫（均是魏尔纳的学生）：目睹大量事实后转而支持“火成说”。39.热学的定量化（1） 区分“热量”与“温度”：温度计的问世比较热的程度从定性定量；（2） 引入“比热”；（3） “热质说”的局限、矛盾性；（4） 1709年，华伦海特（德）温标（华氏），室内实用温度计；（5） 1742年，摄尔西（修）斯（瑞典）；（6） 1744年，
24、李赫曼（俄，1711-1753年）冰水混合温度；（7） 1756年，布拉克（英，1728-1799年）区分温度与热量；从蒸馏酒精实验中发现：冰水（沸腾）水蒸气：热被大量吸走，但温度不变。为了定量地阐明温度和热量的不同比热，Q=cmt（8） 罗蒙索夫：“热是分子转动而致”。 培根、笛卡儿：“热是微粒的运动”。（9） 热质说的矛盾：不能说明“摩擦生热”。1798年，本汤姆森（1753-1814年）钻造炮筒发巨热，而周围环境未变冷，Q与W成正比。1799年，化学家戴维的实验：两块冰互作简单的摩擦后使冰融化。40.数论、概率论费马、帕斯卡、拉普拉斯、欧拉、高斯、拉格朗日、伽罗华、歌德巴赫（1690-1
25、764年）、泊松。41.拉普拉斯（法）：太阳系起源假说1796年，星云假说，天体力学1825年宇宙体系论。42.赫歇尔（1738-1822年）：恒星天文学 双星的偶然发现：“机遇只偏爱有准备的头脑巴斯德”。 观察证实：万有引力可推广到太阳系以外。43.自然科学基础（美J.R.霍勒姆）：“化学变化最普遍赫最基本的特点是：当物质发生化学变化时，它们始终是以严格的比例，而不是任意的或经常变化的比例化合的。”44.PtO2（加热）Pt+，Pt和O2比PtO2更简单，是元素吗？（1） 定比定律：PtO2所用的PtO2样品的重量（克）回收物质的重量产物的总重量（克）重量比（克Pt：克O）Pt元素（克）O元
26、素（克）10.08.591.4110.06.09：112.510.71.7612.56.08：115.012.92.1215.06.08：1平均比6.08：1（2）倍比定律：PtO所用的PtO样品的重量（克）回收物质的重量产物的总重量（克）重量比（克Pt：克O）Pt元素（克）O元素（克）10.09.240.7610.012.1：115.013.91.1415.012.2：118.016.61.3618.012.2：1平均比12.2：145.道尔顿的原子论：假说：（1）物质是由原子构成的atom不可分割的。质量守恒：（2）原子是不可分割的。化学反应只不过原子重新排而已。定比倍比（3） 同种元素的
27、所有原子质量、性质相同；（4） 不同种元素的所有原子质量、性质不同；（5） 元素形成化合物时，每一元素一定量的、但为数不多的 原子组成化合物的更为复杂的基本粒子。46.离子键：+、-吸引重排；活动性弱潜能大C+O2=CO2上游静水 下游动水活动性强潜能少共价键：共用，“C”是唯一能与大多数别的元素组合成共价的元素生命元素。47.化学反应放热：类比反应过程ABCEA到C放出的净能量活化能CO2C+O2反应过程ABCB到C的总能量点燃！A（1）催化剂：本身不因化学反应而发生永久性变化。通常它能恢复到原样（有时还可以再用）。（2）催化剂作用的本质是：减少活化能加快反应速度。 （打通“隧道”，走另一条
28、路）（3）无催化剂（酶），即无生命。（4）汽车尾气净化：催化净化器铂陶瓷CO、CHx转化为CO2、H2O。不能穿过血管壁48.溶液：0.050.25（10-9m） 浊液：固体粒子达10，00010-9m时，需要过滤； 胶体：100100010-9m时。49.大气氧循环：自1910年测定大气O%=20.946%以来，至今几乎没有变化。（0.02ppm的O3即能被人嗅到）（1）同温层臭氧的破坏： 制冷发发胶牙膏等1975年世界产量2000万吨氟里昂11：CFCl3（沸点23.7） 氟里昂12：CF2Cl2（沸点-29.8） 反应：（紫外光）uv+CFCl3CFCl2+Cl uv+CF2Cl2CF2
29、Cl+Cl Cl+O3ClO+O2 ClO+OCl+O2（2） SO2+O2（阳光、其它污染物：尤其尘埃的催化作用）SO3（+H2O）H2SO4。伦敦著名的古埃及方尖塔，经过80年（酸潮湿、烟雾）的侵蚀量在埃及3000年的侵蚀量。O2+SO2+（湿的）CaCO3CaSO3+CaSO4+CO250.氮循环（1） 生物、工业固氮：N2+H2NH3（或NH4+）蛋白质、氨基酸尿素；（2） 4NH3+7O2（亚硝化杆菌）4NO2-+6H2O；9O2+4 NH3（硝化杆菌）4NO3-+6H2O；（3） 交通（占40%）、锅炉（占50%）、超音速飞机、火箭：N2+O2NO；NO+O3NO2+O2；2NO+
30、O22NO2（光化学烟雾之一）NO2（低能紫外线）NO+O2、O+O2+O3、O3+NONO2+O2；O+CHxH2O+CO2；NO+ONO2，S使NO不足而致使NO2大增光化学烟雾。51.碳循环（1） 过去100多年，CO2%从290ppm320ppm；（2） 海洋中的碳酸钙是饱和的，但是循环周期长达：几个世纪。（3） 吸烟：CO：20，00040，000ppm,一支烟可吸入400ppm；一次性吸入120ppm即引起头痛、眼花、呼吸困难。52.炼钢：矿石生铁（碎）+O2钢（表面氧化）酸洗（硫酸或盐酸）4.1吨硬磁铁矿+0.9吨炼焦煤（可制0.6吨焦炭）1吨钢。53.铝：1886年，发明电解铝
31、法（Al2O3xH2O中国、非洲），铝价跌100倍用熔融的冰晶石（Na3AlF6，熔点1000，比铁低）能溶解阳极C：4Al3+6O2-+3C（通电）4Al+3CO2（副气：HF、F2）。2吨矾土（Al2O3）可制得1吨Al，耗电15000千瓦时。54.铅：矿（PbS）S+3O2（空气）2PbO+2SO2；2PbO+C2Pb+ 2CO2；（铅的沸点：1744），伴生矿ZnO；ZnO+CZn+ CO2；（Zn的沸点：907，因而可与铅分开）。Pb+与人体内某些酶反应使之失去活性；并损中枢神经系统。55.白铁：镀锌钢（1） 伽伐尼（1737-1798）：铁钉钉铝门框，钉处的铝先腐蚀而不牢固。（2）
32、 输油、气管下轨锌条，以防腐（直径1.2cm）56.有机物的单手性：选择/偶然？57.光合作用： 陆地植物每年消耗CO2约200-300亿吨，叶绿素（分即步反应）利用阳光约0.04%，海洋微生物约固定CO2=400亿吨/年，森林每年蓄积约150亿吨木材。58.维生素辅酶；激素控制某分子进入细胞或脏器的速度。二、科学进化史美雅布伦诺斯基/著，李斯/译（一）、天使之下，万物之上1 人类是唯一一种不受环境局限的动物，不是因其生物进化，而是文化“攀升”。2 人类具有想象力，他有计划、能发明创造、有新的发现，可以把不同的才能投入到一起发挥作用，人类的发现不断精细且穿透力越来越高，因为人类学会了以越来越隐
33、蔽的方式综合自己的才能。 因此，不同时代和不同文化在技术、科学、艺术等方面的伟大发明（现），都在自身的进展当中表达出人类越来越丰富和越来越复杂的智力联合，就象搭架子一样把自己的天赋运用到越来越高的平台上。 3.知识不是微雕品，因为人类的成就，尤其是科学的成就，并不是已经完工的众多建筑物的博物馆，而是一个过程。 4.200万年前的化石林羊角与现代并无大的变化，而人类却变化很大，但改变人类的却不是狩猎本身。或其它别的追求（如数猫）。 5.人类的先祖并未很好地适应“非洲气候干旱时，湖泊缩小，森林稀薄成大草原”是一件幸运事。6.环境从“适者生存”原则中索取了很高的代价：她捕捉住它们（林羊们）。当格里维
34、的斑马适应了大草原之后，她就成了空间与时间上的一个陷阱。7.1924年，非洲塔昂：200万年前婴儿头骨化石5-6岁。雷蒙德达特（1） 直立行走；（2）牙不大说明用手、工具猎食。1950S末发现几乎完整的化石（坦桑尼亚）。8.运动员与瞪羚比较：运动员兴奋、探索、想象未来、确定目标； 瞪羚逃避眼前危险。9.缺公元前500万1000万年类人猿的化石（现代猿有）人的化石；前200万100万期间的石具形状几乎不变。10.前100万年，人类寿命约20岁，但婴儿期很长集体抚养社会、“教育”？“人类”？11.前40万年，“北京人”用火（穴居、第一冰期），最早发现用火。进化的真实内容（无论是生物学的还是文化意义
35、上的）就是新行为的细化。12.生命史30亿年，每种动物都会留下自己是什么的痕迹，惟有人类才留下他的创造物的痕迹。13.素食杂食（空闲）团体狩猎、合作交流（食物不足，大草原只能养活2人/KM2）迁徙中国和欧洲（冰期）发明创造游牧（猎）岩画艺术、平面（想象）立体。科学？14.科学与艺术是只有人类才有的行为。（二）、四季的收获关键词：一旦起飞2万年前狩猎1万年前驯化动物、栽培植物（最后一个冰期结束）生物革命定居植物遗传变异（农业？）中东小麦：野生杂交2粒种杂交小麦）文明、战争？（前6000年，杰里柯）围墙、塔堡、砖（贝都因人）以色列人侵入（前1400年）圣经、旧约（前700年写成）新工具：镰刀、犁、
36、轮子前1400年灌溉系统（滑轮、坎儿井）公元1200-1300年，成吉思汗定居。（城市建设）（三）、石中之纹1 冰川期（前10-3万年）迁徙：中美洲、南美洲（印第安人血型全为O型）；/另一些人A型10-15%，其余为O型。陶器（公元1000年）。2 “人是会制作工具的动物”本杰明富兰克林（1778年）。3 手是思想的刀刃。文明并不是一批成品，而是过程的精细化。到最后，人类的前进就是行动中手的精细化。4 建筑“想象”思想的外化，艺术？5 火金属（四）、隐藏的结构1火：辰砂（HgS，红）：加热Hg：加热HgO（红）：加热Hg：加热HgO（红）“体验永生循环”。火既可“毁灭”，也可“变化”火的魔力。
37、2.9000年前，利用自然界的生铜块7000年前，反应得铜。铜盐孔雀石，绿；锡+铜=青铜（更硬、更耐久）中国商朝，前1500年；中东，前3800年。熔点：铜1000，铁1500。3.铁：前2500年，天然陨铁（生铁）前1500年，炼铁公元1800年，炼钢工业化开始。4.金：密度大、柔顺，不生锈，色泽永生的符号、象征。 检验？灰皿/酸处理。5.医学：（1） 帕拉塞尔苏斯（1493-1541，苏黎世）：反传统：确认工业病。“治疗取决于诊断，也取决于医生本人的直接应用。”（2） 1571年，路德：新教运动（巴塞尔）。（3） 1543年，改变欧洲人思想的三本书：a.维塞利亚斯人体结构；b.哥白尼天体运
38、行论；c.阿基米德的物理及希腊数学的译入。（4） 帕拉塞尔苏斯：“科学不能往回看”，250年后普里斯特利（1791年被驱逐）发现O2空气。（5） 人类的攀升并非是由一帮可爱的人完成的，而是由两种品性的人完成的：极高水平的诚实和至少一部分天赋（普里斯特利兼具二者）。6.化学（1） 1777年8月1日，抽取O2，普里斯特利发现蜡烛在里面燃烧得多么耀眼！10月去巴黎告诉拉瓦锡，1778年3月8日返回，将一只老鼠放进氧气里，才意识到人们在那个气体里由多么顺畅得呼吸。（2） 2天后，普里斯特利写信给富兰克林：“到目前为止，只有两只老鼠和我本人得到了吸入这种气体的欢乐。”（3） 发现植物在阳光下呼出氧气，
39、氧气为动物的诞生奠定了基础。（在1770S无人考虑这种气体）（4） 拉瓦锡重做普里斯特利的实验，并定量实验：Hg+O2(加热)HgO,测O气含量；HgO（加热）Hg+O2，测氧气量，发现两实验中的氧相等。“两种物质固定量的合并与分解。”“精华、本原、燃素”无所遁形。（5） 道尔顿（色盲）：1803-1808年（小学校长）原子学说。（期间发现10种元素）a. 为什么？如果水是氧和氢构成的，一模一样的量合在一起总能构成同样量的水吗？合成CO2的时候、CH4的时候，重量为什么总是一致？b. 1803年夏天：“我应该明白，这种可以合适地称为基本粒子的东西的数量应该不少，一种粒子永远也不能够变成另外一种
40、。” “终极基本粒子都是差不多的，跟其它元素的原子却有不同。” “可以用物理方法比较，比如重量不一样。” c. 1805年，发表（No.1）原子说。“最低量的C、一个原子，合并起来构成CO2，那么它与事先规定量的O2合并的时候总是一样的，这就是氧的两个原子。” “若H2O是2个O原子构成的，每个O都与必要的H 相混合，它一定是从一个O原子中得到一个H2O和从另一个O中得到的一个H2O。” “重量是正确的：制造1个单位的CO2的O的重将造出2个 单位重的H2O。那么，对于里面没有O的一个化合物来说，重量是对的吗？CH4？是的！若你从单一的CO2分子中取去2个O，那么，物理的平衡是准确的：CH4的
41、H、C数量正确。” 7.巴斯德（Pasteurised已消毒巴氏灭菌法。葡萄酒55既灭菌又保持酒味。不收一分钱）： 动物的左旋-右旋结构生物体提取物对光的右旋（偏振）猜想：是否与基本的化学组成有联系？ 他是第一个提出化学进化可能性的科学家。8.（1）1950年，斯坦利米勒美实验：CH4+NH3+H2O（沸腾、闪电、电荷）氨基酸（2） 冰冻过程有助于有机物的形成：莱斯利奥格尔：氢氰酸+阿摩尼亚（水溶液、冰冻）氨基酸（腺嘌呤）。（3） 星际空间发现：氢氰酸、丙炔腈和甲醛。9.德特里伊万诺维奇门捷列夫（俄）：（1） NaCl、KCl、NaBr 、NaF、LiF等结晶（自然界的）极其相似，肉眼分不出。
42、这些元素有类似性？（1859年参观盐矿）（2） 1805年，道尔顿：每个元素都有一个特征的原子重量；（3） 门捷列夫：那些使元素相似或不同的属性是如何由那单一给定的常数或参数决定的？a. 按原子量排列H 1Li 7Na 23 K 39Be 9Mg 24Ba 40B 11Al 27?C 12Si 28Ti 48N 14P 31O 16S 32F 19Cl 35?Bi 80 b.1871年，发现“缺失”，跳过！（4） 原子量中到底蕴藏着什么呢？（内部结构）（5） 1897年，J.J.汤姆森发现电子（剑桥）：原子有内部结构，不是不可分！电子数与门捷列夫表中位置完全相等。10.原子核：（1）不可分（2
43、）1930年：原子核质量电荷数的固定整数倍。（3）詹姆斯.查德威克，1932年证明：原子核中有带正电荷的质子、不带电的中子，两者质量很接近。 （4）恩里科.费迷（罗马）：中子轰击各元素，现代原子物理开始。三、中国古代科技成就中青出版社（一）冶炼 何堂坤1.生铁的发明早期熟铁：矿石（800-1000）+木炭熟铁（海绵状固体，夹杂大量非金属，不能流出，效率低）。春秋前，生铁：矿铁石（1150-1300）生铁（液态、流，可连续生产，杂质少，质硬）。2.可锻铸铁：白口铁（高温退火）强度高，分白心：脱碳、硬和黑心：石墨化，硬、韧3.球墨铸铁：硬、韧、可塑性强。4.百炼铁5.炒钢：生铁（加热）液、半液+精
44、矿粉（使Si、Mn、C氧化）低碳钢。6.铸铁脱碳钢7.灌钢8.有色冶金（1） 六齐（合金）（2） 黄铜（铜、锌合金）、锌（倭铅）：炉甘石（ZnO）+C（高温）Zn+CO2（3） 含镍白铜：白镍矿（NiAs2）、砒石（砒霜）+赤铜白铜。（4） 水力鼓风技术（5） 燃料的发展：发热剂、还原剂。木炭（杂质少）煤焦炭（明末清初，方以智物理小知识）。（二）水法冶金：胆铜法“曾青得铁则化为铜”。曾青，又名空青/白青/石胆/胆矾/五水硫酸铜。“ 鸡屎矾（碱式碳酸铜/碱式硫酸铜）投若酒（醋）中涂铁，皆作铜色”。（三）力学杠杆、欹器、“力，行之所以奋也”、形变和应力、浮力和比重：曹冲称象、表面张力、虹吸管和大气
45、压力、共振、晶体知识、运动学：张衡地动仪，惯性。中国的汉字制约了数学的发展？符号化系统的形成不能传播，中国近代少思想家。“时空陷阱”？（四）声学：波和振动概念，音律学（五）指南针、磁学（六）光学1.直线传播：小孔成象：A.C.400-500年，墨瞿；皮影戏。14世纪中叶，赵友钦：孔小，倒立；孔渐大，亮暗变化。孔较大，得孔的正立象。2.镜面成象3.光的折射、色散（冰制透镜）。（七）火药黑火药：硝石（硝酸钾）+硫磺+炭（前2者均是“药”）。雄黄：As2S2（八）瓷器、漆（九）化学（炼丹术）1.铅、汞齐（氯化亚汞HgCl）；2.胡粉：碱式硫酸铅；3.火法/水法；4.黄金的溶解：醋、硝石、或盐、玄明龙
46、膏。溶于王水、无水硒酸；氯水AuCl3；溶于水银汞齐Au%15%时，液态；有氧时，溶于碱性金属氰化物的稀溶液Au（CN2）-（二氰金酸根络离子）。5.丹砂（硫化汞）的溶解：硫化汞+酸+硝石（+硫酸铜溶液中）溶解。6.硫的溶解。7.冷却热饱和溶液结晶硫酸钾。8.砒霜（四氧化二砷）水银霜：氯化汞，卤碱：氯化镁中毒：蛋白质凝固，明矾催吐。（十）免疫法：种痘。痘衣、痘浆、旱苗法、水苗法。卡介苗制作：20世纪初。有毒力的牛型结核杆菌+牛胆汁每三周换，直至传代至230多次（相当13年）无毒菌株。四、科学的故事 林成滔 中国档案出版社（一）知识的人性化：强调人类社会、科学和思想进步而不仅仅是政治事件的“新历
47、史”现代知识人性化：J.H.鲁宾逊（美历史学家）。（二）威尔.杜兰特：人类知识的重负太大了，已经不能为人类的心灵所承受了。剩下的便只是对越来越少的问题知道的越来越多的科学专门家和对越来越多的问题知道的越来越少的哲学思辨家了。当专门家们蒙上自己的双眼，以便对整个世界不闻不问，而把眼光仅仅盯在鼻子底下的那一小块地方时整体消失了，“事实”取代了理解。而被分割得七零八落互不相关联的知识已不再产生智慧和力量了。（三）知识的“非人化”，使一般大众逃避“非人的折磨”而对知识心生畏惧，敬而远之，使大量的知识陷入僵死的状态。（四）、“希腊奇迹”原因：1.地理位置：文化交汇点（欧、亚、非）； 2.政治制度：城帮民
48、主制。泰勒斯赫拉克利特毕达哥拉斯芝诺（运动悖论有限与无限、连续与“量子化”）恩培多克勒（“种子”说）德谟克利特（“原子论”不可分割）希波克拉底苏格拉底（哲学家，“知识就是善”）柏拉图（苏格拉底的学生，“柏拉图学园”，“理念”）亚里士多德（学园学生，“百科全书”式科学家。“我爱我师，我更爱真理。”）欧几里德（几何原本：科学演绎法的丰碑）阿里斯塔克阿基米德（静力学，“最早把观察、实验同数学方法融为一体的科学家。”）盖伦（名医）托勒密中国古文化中历来缺少对世界整体的美学/形而上学上的抽象把握，中华文化太讲究“实用”了？罗马的入侵：注重实用，轻视自然科学理论和哲学古希腊文明衰落（五）世界使什么科学之父
49、泰勒斯（A.C.624-546，商人、政治家、工程师、数学家、天文学家。“七贤人”） 1.A.C.584年5月28日上午，小亚细亚平原，部落交战。突然，大地变暗“日食”。双方以为使神灵惩罚，停止战争。因为事先有人劝告过他们泰勒斯。2.相似三角形：测量大金字塔的高度、146m（2000多年无人知道）与人身高、影子构成三角形。阳光45时，影子长等于身高。3.希腊几何学先驱。4.用天文学知识预测来年的橄榄必定大丰收，于是在头年冬天租下米利多和开俄斯俩地榨油机，别人不知，租价极低来年，价爆涨。向人证明：哲学家发财是容易的，只是他的兴趣不在于此，而在于寻求知识而已。（六）毕达哥拉斯学派：数学1.人文精神
50、毕达哥拉斯定理的证明，“百牛宴”，无实际利益。内心的快乐！2.为“科学”献身：希伯斯毕达哥拉斯的学生，发现在“整数和分数”之外的另一种数无理数：正方形对角线的长度的研究。被师兄弟抛入大海处死。后学派创立“反证法”证明希伯斯是对的。（七）中世纪欧洲几乎停滞了1000年，但中国却发展：实用，少理论。古希腊数学：偏几何，“形象思维”科学；中国古代数学：偏代数，“算”实用，但缺少系统理论支撑，无堪与几何原本比美的著述。张衡：科学、哲学、文学、绘画“东方的亚里士多德”，全面发展与达.芬奇似。（八）为什么近代科学没有诞生在中国？1.零散、没有理论系统的经验知识。自然哲学的发展有两种结果：（1）进一步理论化
51、，形成严密的符号化的逻辑系统，并和严格的实验相结合，形成自然科学理论。（西方）（2）进一步抽象概括，并和政治伦理道德观念相结合，形成远离自然科学的社会政治伦理观念系统，走向政治伦理哲学。（中国：成为封建统治者进行宣传和说教的工具。）2.实用取向的科技价值观：极端的实用性。（黄帝内经是中医理论著作，至今未被西医取代，说明原创理论之巨大价值发展性、自生性）3.过于稳固的传统文化包袱、惰性体系。科学技术的核心和灵魂创新。结论：中国封建的传统文化使科学易于生存但不易于革命（“半死不活”），而西方的却正好相反。启示：1.开放（地域上的和思想观念上的）的系统才有活力：a.历史证明正例：古希腊、当前中国；反
52、例：古代中国、古印度、中世纪的欧洲。；b.封闭的系统会逐渐滑向平衡态。反之，普利高津：耗散结构理论2.一个人力资源为主的系统，需要四种人才组成一个相对完整的结构：a.创新的人，起理念主导作用；b.精细化的人，起创造性地落实到具体行动中去，主干作用；c.经营推广的人（公关）；d.管理、协调的人。3.需要保持适度竞争。今天起主导作用的人，并不意味着明天仍能起同样作用，要有让“新手”可能起主导作用的内部机制。4.先进的文明可能被落后的、野蛮的文明打倒（如罗马进攻古希腊，蒙古族进驻中原等）。但先进文明往往少侵略性，如何自我保护？两难处境如美国？应该到系统外营造有利于自身系统发展的更大的环境。5.中国传
53、统文化重结果远甚于重过程：中国的科学技术记载的多是成果，极少有科学家、工程师、发明家等在创造过程中的思维轨迹的描写、报道、传记（应鼓励在职的科学家说出自己的真实有时尽管可能显得与正统的思想不一致，而这正是创造性思维的批判性、独创性特征思维轨迹偶然/类比联想/长期思考一朝豁然/合作帮助？），乃至趋事、逸事、偶然的触发性事件、对失误的讨论、反思，所用的科学方法、或受益的哲学思想等。媒体和公众关注的是结果、且是成功的结果；研究都是很辛苦的，学习都必须要刻苦的，惟独缺少从主体体验角度出发的情感体验神秘、好奇、兴奋！而对过程的冷漠、对失败的意义认识上的缺失和“成者为王、败为寇”的传统文化氛围造就了的只能
54、是追求眼前可预期利益的“高级工匠”，而不是基础性创造性人才。（大国、乃至大集团公司无不对未来的“概念”产品开发投入巨大的人力和财力！，已知有可能在相当长的时间内引领世界消费潮流。）所以，在中国的科学（姑且说科学，依本人看，只能算是技术史）发展史上，几乎找不出可深刻影响国人观念或提升民族智慧的理论/事件。中华文明/化欠缺的是什么？问题意识/危机意识-安于现状？太稳定了/心灵和智慧麻木了？启示：需时时“制造”新鲜感？6.科学未能与艺术联姻。少象达芬奇，爱因斯坦等深具艺术造诣的科学大师，中国科学史中缺少“美、和谐”的介入：如地球的形状，中国人以己所见，认为是半球，而希腊科学家则认为半球是不美的，所以
55、尽管也看不见，但提出的假设就是球形的；又如爱因斯坦就认为所有物理规律在一切参照系中的形式都“应该”是有相同的形式的相对论的发现。科学与艺术都是有写神秘、可触发个体体验、要靠丰富的想象才能理解的、都与右脑密切相关。文理偏科/分科是应试背景下的有效选择？文科要增加些理性的光芒，理科要加些艺术、人文关怀。历史：不能光是讲权力争夺史、也应该讲文明进化史、科学发展史、智慧提升史。科学：不能光演绎知识，同样讲情感、艺术（莎士比亚：果壳中的宇宙哈姆雷特）、文明、智慧。7.目前教育现状：科学与艺术教育处于两极端，“应试”教育排斥“享受”学习。（1）学校应普及科学史讲座；（2）艺术教育：以欣赏为主要内容，面向全
56、体；（3）甄别传统与“封建”，后者严重压抑学生思维，而应营造反思、批判、合作、自律的校园文化环境。（九）文艺复兴巨人达.芬奇（绘画大师、科学巨匠、文艺理论家、大哲学家、诗人、音乐家、工程师和发明家。“旷世奇才”） “理论脱离实践是最大的不幸”；“日心说”；“惯性原理”；“永动机不可能实现”；“太阳能的利用”；“解剖学、血液作用”；“飞机机械、降落伞、机枪”；“水利、数学”等。“如果他当初发表他的著作的话，科学本来一定会一下就跳到100后的局面。”丹皮尔（英，科学史家）(十)开普勒（第谷的学生。第谷长于细致观察、记录了巨量的天文原始素材；第谷长于数学分析，两者是完美的一对组合。）：“就凭8弧分的
57、差异，引起了天文学的全部革新！”行星的椭圆轨道相信宇宙的和谐的、这种和谐可以用数学语言来表达（毕达哥拉斯）：9年苦战，得出“行星公转周期的平方与它到太阳的距离的立方成正比。”（数据是第谷长期记录的）行星的复杂运动立即失去了神秘性。“天空立法者”、“现代天体力学的真正奠基人（黑格尔）”。“近代实验光学奠基人之一”1611年：光学光的折射原理，望远镜，“无穷小”：测量酒筒体积的新方法；1627年：鲁道夫星表。1623年：哥白尼太阳中心说概念，教会迫害，书被焚，工资被停发。1630年，生活无着落，去讨欠薪的路上，突发高烧，几天后在贫病交困中去世，59岁。“开普勒是被德国饿死的”-黑格尔。“第谷的后面
58、有国王，伽利略的后面有公爵，牛顿的后面有政府，但是，开普勒只有疾病和贫困。”（十一）伽利略：用自己制造的望远镜看到月球表面形态、木星有四颗卫星、银河系是由无数恒星组成的星系、太阳黑子时，人们竟然不信，还说是镜片造成的幻象，因为去掉镜片后，以上现象就都看不到了。可见，人的习惯观念的阻力是如此之强大！“天空哥伦布”1610：星际使者，1613：关于太阳黑子的书信，“1616禁令”，1632：关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话（科学名著、意大利历史文学名著），1633年被监禁。1636：两种新科学的对话，1642年病势，78岁。1757年：教会取消对哥白尼天体运行论的禁令；1822年：承认太阳是星
59、系的中心；1979年：宣布重新审查对伽利略的裁判；1980年：由著名科学家组成伽利略案件调查委员会（杨振宁、丁肇中参加）；1983年：认错、平反。（十二）16世纪，近代生命科学：维萨里、塞尔维特、哈维1.维萨里，1543年：人体结构（与哥白尼的天体运行论恰好同一天）“男人的肋骨与女人一样多”；无“复活骨”；受迫害，50岁病逝世。2.塞尔维特（西班牙，1511-1553），年轻时：论三位一体的错误、避难；1536年在巴黎学习地理、天文、医学（期间与维萨里是同学）。1937年，解剖实验发现血液小循环（肺循环）。1553年：基督教的复兴，被捕、“用文火慢慢烧成灰”，基督教的复兴剩3本手抄本。3.哈维
60、（科伦布塞扎尔比诺法布里修斯）（英，1578-1657）：1598年进入维萨里曾任教的意大利帕瓦多大学学医学；1602年医学博士；1607年皇家医学院成员，建家庭实验室；定量测量1小时心脏排出约540磅血，相当人体重的1.5倍，这么多血不可能由肝脏在1小时内制造出来，也不可能这么快就在肢体末端吸收掉。这么多血液从那里来？又到哪里去了呢？唯一可能的是血液在全身沿一条闭合路线做循环运动。还预言在动脉和静脉的末端必定有一种微小的通道把二者联结起来（他手头的观察仪器只有放大镜，未能发现“血管交织网”就是毛细血管）大循环。 实验检验：蛇根据血液循环思想：若扎住与心脏相连的静脉，血液便不能流回心脏，心脏就
61、该变空变小；若扎住动脉，心脏就会排不出血液而胀大。镊子紧紧夹住蛇的静脉，蛇心马上变小变白，一松开镊子，心脏又立即充血；再用镊子夹住蛇的动脉，心脏就胀大变紫。1628年：关于动物心脏与血液运动的解剖研究（弗兰西斯.培根也反对）（与皇室关系特殊，所以才免遭迫害）“近代生理学之父”“院长”。英国内战，晚年不幸。（十三）弗兰西斯.培根：要认识自然获得真理，就要从感觉经验开始，但不能迷信感觉经验。“知识就是力量”。（十四）牛顿：自然哲学的数学原理1.托起牛顿的巨人们：伽利略自由落体定律、理想实验、惯性、相对性原理；开普勒行星运动三定律、猜想“重力”；惠更斯向心力；胡克1667年皇家学会秘书长，天体引力问
62、题三假设：任何天体都有一种朝向自身中心的引力；所有物体只要它们作一个方向的简单运动，都将保持其直线运动状态，直至受到其它有效的力的作用方可改变其运动轨道，虽然天体再不受外力作用下，其轨道不变；离引力中心越近，引力越大。“太阳对行星的引力与它们之间的距离的平方成反比”最接近万有引力定律。正是“万有”把天、地统一在一起！笛卡儿、博雷利、雷恩、哈雷注意到1682、1607、1531年的三颗彗星的轨道基本重合，他由此大胆设想：这三颗出现于不同时期的彗星其实是一颗彗星出现三次的结果。他用牛顿万有引力定律算出了轨道和周期76年，并预言它将在1758年再次出现。后被证实（哈雷已死）。等。2.牛顿对力学的综合
63、：在长时间的思考中，地球吸引地球表面物体的力，与地球吸引月球的力，以及太阳吸引行星的力，是同一种力。这种力是任何物体、任何物质都有的，因而是万有的。人类认识上的一个重大飞跃。（十五）近代化学革命（化学是近代自然科学中最难产的学科）17、18世纪波义耳“元素”概念拉瓦锡“氧化学说”近代化学。1. 波义耳（爱尔兰，1627-1691.12.30“化学之父”、“近代化学的奠基人”） 大官僚家庭（父公爵）、富有。私人实验室、良好教育。极崇拜培根，主张：“空谈无济于事，实验决定一切”。a.私人实验室做实验：加热浓硫酸、转移浓盐酸时，冒出酸雾，把心爱的紫罗兰变成了红罗兰试剂（石蕊）的发明;b.用水制取五倍
64、子浸液时，发现和铁盐在一起，会形成不沉淀的黑色溶液，经久不变黑墨水1000年;c.从硝酸银中沉淀出的白色物质，如果暴露在空气中会变黑照相先导;d.分析化学的奠基人特征反应的发现 波义耳把借助于特有的反应来分解物质并鉴定产物的过程叫“分析”；e.最大的贡献理论怀疑的化学家：“至今从事化学研究的人，主要是从医师的角度以配制良药，或者从炼金术师的角度以人工制造金子为目的，而没有把自然科学的进步作为奋斗目标，因而忽略了许多现象。我发现了这以缺陷，准备作为一个大自然的探索者，使化学为哲学的目的服务。”“提出元素的概念”激发人们寻找新元素、促进化学发展。F.燃烧的定性、定量实验揭示空气是燃烧的基本条件。但
65、他持有“火微粒、燃素金属-燃素=煅灰”说，与氧气的发现、质量守恒定律的发现失之交臂。2.拉瓦锡揭开燃烧的秘密A.普里斯特利：1772年发现二氧化氮、1773年发现氨、1774年，用凸透镜会聚光加热氧化汞时发现氧气自己相信“燃素说”，把它叫“脱燃素空气”“普里斯特利是现代化学之父，但是，他始终不承认自己的亲生儿女。”居维叶B.舍勒：1773年，用高锰酸钾（黑苦土）制得“助燃空气”。氯气、氮气（空气成分之一）；1786年5月21日，疑死于药物中毒，41岁。新物质都要亲自尝一下C.拉瓦锡：1743年8月26日生，1763年法律专业毕业，取得律师开业证书，但不喜欢。21岁研究地质、后转化学。1768年
66、：石膏是硫酸和石灰形成得化合物，加热会放出水蒸气。1765年：巴黎科学院候补院士，1768年：浮沉计，1772年：皇家科学院副教授、78年教授。1775年：国家火药局局长，实验室研究。a.1772年2月，读达尔塞“在高温下烧得炽热得金刚石会消失得无影无踪”，那么，没有空气呢？b. 实验：金刚石用调成糊状的石墨厚厚地包上一层，在烈火中烧得通红，几小时后，剥去石墨外衣，金刚石完好无损。c. 思考猜想：“金刚石的失踪看来与空气有关。莫非它与空气发生作用了？”d. 实验：白磷燃烧。结果白磷燃烧之后产生的白烟比白磷重了；说明磷和空气发生了化合，推翻“燃素说”。只有五分之一的空气可以助燃，“有用空气”e.
67、 继续实验（几年）：1774年，“锡铅煅烧实验”天平定量。（1）称好的锡铅放入曲颈瓶内，称好曲颈瓶总重；（2）封闭瓶口；（3）加热煅烧；（4）称总重，未变，冷却后打开瓶盖，重量增加；（5）分别称金属和曲颈瓶，金属变重，瓶没有变；且金属增加的重刚好等于打开瓶盖后整个曲颈瓶增加的重量。（6）分析：瓶内“有用空气”被金属吸收了，开瓶后空气又重新进入。（7）问题：如何将“有用空气”与其余的空气分开呢？（8）1774年10月，普里斯特利访问巴黎，拉瓦锡会见了他。普里斯特利介绍了自己的实验：氧化汞加热时，得“脱燃素气”，使蜡烛更明亮并能帮助呼吸。科学交流之魅力。（9）拉瓦锡重复了普里斯特利的实验，结果相同
68、；又用制得的气体逆向重新和汞作用，又生成氧化汞（夫人记录）。（10）结论：物质燃烧的过程，就是与这种气体相化合的过程。1777年，把这种气体命名“氧”元素含义“酸的元素”。f. 研究认为：空气由两部分组成，一部分可以维持燃烧；另一部分不能维持燃烧，其中的生物会死亡。g. 1777年9月5日：燃烧概论燃烧的氧化学说的建立。化学史上第一个真正意义上的化学理论。h. 1785年，拉普拉斯第一个承认拉瓦锡理论。i. 1782年，布莱格登（英，物理学家、化学家）“可燃空气氢气与空气混合后点燃生成水”告诉拉瓦锡，“惊人的发现”因为拉瓦锡一直认为水的元素。科学交流之魅力。j. 水的研究：（1）可燃空气与氧气
69、混合点燃纯水；（2）1783年，可燃空气+氧化铜和红铅炽热冷凝水；（3）猜想：若能从水中除掉氧，那么剩下的就该是可燃空气了。（4）实验：水气一点一点地通过烧红的铁管，分解出可燃空气，铁管壁上析出了亮晶晶的黑色磁性氧化铁；（5）结论：“水不是元素提升人类的认识，而可燃空气却是一种元素。”1787年，命名为氢k. 1787年建立新化学语言，1789年：化学基本教程。l. 入包税公司赚钱，建立个人实验室，住宅。1789年，法大革命，1791年，新政府解散包税公司；1793年，检查包税公司的活动，1793年9月10日，住宅被搜，11月24日，遭逮捕；1794年5月8日，砍头。51岁。1796年平反。（
70、十五）光、电、磁的新世界1.磁的研究吉尔伯特磁学之父，1540.5.24-1603.12.10，医学博士；与伽利略、培根同时代，认为科学应建立在实验的基础上。a.中国古代“慈”通“磁”石，铁之母也；b.1600年：论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体伟大到令人嫉妒的巨著伽利略；c.著名的“小地球”实验：用天然磁石磨成大磁石球，小铁丝制成小磁针，其行为和地球上指南针十分相似。假设：地球是一个巨大的磁石，两极位于地理两极附近。高斯：理论模型德，数学家。2.电（1） 吉尔伯特：摩擦起电，“电的”Electric琥珀，希腊文，验电器，区分、比较电与磁：a.自然界中只有磁体才有磁性，它是磁体本身具有的一种
71、性质，而电是可以通过摩擦等手段产生的；b.磁性有两种：吸引和排斥；而电性仅仅有吸引作用。磁石只对可磁化的物质才有力的作用，而带电体可以吸引任何轻小物体；c.电吸引比磁吸引弱；d.磁体间的相互作用不受中间的纸片、亚麻布等物体的影响，而带电体受影响；在水中，电力作用消失，磁力不会消失。E.第一次提出“质量”概念，区分重量。（2） 莱顿瓶（本质是电容器）马森布洛克，1745年；富兰克林（美国创始人之一）：1746年偶然看到莱顿瓶放电表演，40岁。10年后，门外汉成了当时最杰出的电学家之一：发现正、负电荷及电荷守恒定律；“电流质”类似现代的电子；最著名：天电、地电统一“风筝实验”神话串联莱顿瓶夫人丽达
72、碰倒放电（火光、巨响）击倒、抢救脱险联想类比雷电？写论文论天空闪电与地下电化相同送英皇家学会，建议收集雷电研究。得知他刚刚才开始研究，竟拒绝过目。“这位先生竟想把上帝和雷电分家，真是痴人做梦！”1752年7月，和儿子亲自做实验。不久，俄科学院院士黎赫曼验证实验时被雷击死研制避雷针，开始没人信，1769年，意大利教堂雷击毁，引发地下室火药库，死3000余。100年后在教堂都高高竖起。1790年4月17日逝世，84岁。（3） 电的定量研究库仑定律（电学第一个定律，从此，电学研究科学化）A.1776年，普里斯特利：发现带电金属容器内表面不带电荷；猜测电力与万有引力似，与距离平方成反比未证明；B.17
73、69年，鲁宾逊：电力与重力平衡实验，第一次测两电荷间作用力，并验证普里斯特利的猜想。C.1773年，卡文迪许：实验精确到方次与2的误差2%1879年才发表；D.1785年，库仑：自己设计制造灵敏扭秤证实“2”；又设计“电引力单摆”实验也证实；力还与电荷量之积成正比。因电量还无科学量度，所以是用相对比较的方法。（4）电流的发现伏打电池（偶然）A.1751年，阿当松（法）：被“带电鱼”击昏动物电；B.伽伐尼（意，生理学家）：1786年解剖青蛙，剥皮、切腿；妻子拿小刀碰到蛙神经：剧烈的痉挛、电火花什么原因？系列实验：铜丝与铁窗连，晴/雨天，痉挛！/铜丝触蛙腿，NO！/密闭房间，蛙放铁板，再铜丝触，Y
74、！排除了外来电的可能！/其它动物，用玻璃、橡胶、松香、石头代替金属，NO！总结：电是动物本身所有的，需用一种以上金属接触才激发，“动物电”。1791年发表论文。C.伏打自然哲学教授，1774年：发明“起电盘”，1791年皇家科普利奖，会员：重复伽伐尼实验，结果同。莱顿瓶电触蛙腿，痉挛蛙腿痉挛是被动的！蛙腿是：“验电器”分析实验，猜想：“可能是两种不同金属接触时产生的电。”实验：自身！：两种金属接成弯杆，一端放在嘴里，另一端和眼睛接触：瞬间有光亮的感觉！/用舌头舔着一枚金币和一枚银币，然后用导线把硬币连接起来，瞬间，舌头有发麻的感觉！两种不同的金属接触会产生电。“接触电”发现：把多种不同金属串联
75、起来，两端产生的电位差只和两端的金属种类有关，与中间金属无关“伏打定律”；1793年发表。“蛙腿论争”1794年，实验：只用金属，不用肌肉组织，也有电流。发现：“伏打序列”：锌、锡、铅、铜、银、金；“接触电位差”。1799年，持续电流（用自己的身体的疼痛测量出持续）：“伏打电池”、0.1伏。1800年：论不同金属材料接触所激发的电。电化学新时代：水电解证实分解出氢气、氧气（尼科尔逊），提取钾、钠、镁、锶、钡（戴维），发明电弧（彼得罗夫、戴维），磁效应（奥斯特），电磁感应定律和化学电当量定律（法拉第），蓄电池（1859年，普朗忒）。D.伽伐尼：十年论争科学佳话，改进实验，建立“电生理学”。3.光
76、的本质持续300年波动/微粒之争A.17世纪，斯涅尔荷兰、笛卡儿法：正确的折射定律建立，光的科学研究开始。B.1666年，牛顿研究光的色散实验。“微粒说”：解释直线传播、影子、反射。C.惠更斯：“波动说”：解释干涉。同样可解释反射、折射。19世纪，托马斯.杨英“双缝干涉实验”1800年：关于声学和光学方面的实验和问题：光是振动。1864年，麦克斯韦：光是波长很短的电磁波。20世纪初，爱因斯坦：光电效应微粒说：光子。（十六）人是机器拉美特利法西医：头痛医头、器官移植（机器观点的影响遗迹）；中医：整体。(十七)原子分子时代的化学1.道尔顿（英，1766-1844.7.27悼念2周）的原子学说A.生
77、平：一生没有上过学，村里一位自然科学爱好者鲁滨逊教他数学、物理等；1781年（15岁）妹妹、弟弟3人饿死，教徒学校助理教师，图书馆自学数学、物理。21岁开始气象观察，坚持57年。晚年总结自己成功经验：“如果说我比别人获得较大成就的话，那主要是不，那完全是靠持续的勤奋学习和钻研。有的人之所能远远超越他人，其主要的原因与其说是天才，还不如说是因为他能专心致志地坚持学习，有那种不达目的誓不罢休的顽强精神。”1793年：气象观察和测验。1793年（27岁），曼切斯特学院教师（数学、物理、化学课），30岁开始对化学发生兴趣听了化学家格奈特讲座后。1799年，家庭教师，每天2节课，为从事研究。“道尔顿气体
78、分压定律”。1803年9月6日（37岁生日）：原子论发表。B.研究背景：已发现好多化学规律：物质不灭定律、定组成定律、当量定律；氧化、还原等概念。但这些定律和基本概念缺少一个完整的理论去统率她。C.道尔顿：a.思考：把发现的定律联系起来思考，他想“自然界的物质为什么会有如此神奇的数量关系呢？是原子吗？原子在自然界存在吗？b.文献检索；c.继承德谟克利特的原子论，综合牛顿、波义尔、罗蒙索夫等有关理论和假设，提出科学的原子论；d.他指出：“在我之前也有关于原子微粒的各种学说，他们的共同点都在于认为原子微粒是一种大小相等的球，而我认为，同一种元素的原子（极小的、化学变化中不可能再分的微粒）彼此之间是
79、相同的，但不同元素的原子则不同。原子是有重量的，原子不可再分，也无法称量，但我们可以求得他们的相对重量。我们把最轻的元素氢的原子量规定为1，就可以求得其他元素得相对原子量。”e.1808年（42岁）：化学哲学的新体系化学史奠基之作。F.局限：不懂“分子”概念：简单原子/复杂原子。D.阿佛伽德罗分子论a.背景：盖.吕萨克（研究气体，1804年首次乘气球到7016米高空）偶然实验发现：2体积H2和1体积O2化合，得到的水蒸气不是3体积，而竟然是2体积！原子论无法解释例：2V氢气+1V氧气=2V水蒸气2粒子氢+1粒子氧=2粒子水。假如粒子只能是原子，那么1个氧原子怎能产生2粒子水呢？这必须假定有半个
80、原子存在：2H+O=2HO1/2，与道尔顿“原子不可分”矛盾道尔顿听后大发雷霆。？b.阿佛伽德罗:仔细研究两人的发现后，提出假设：（1）元素最小的质点是原子，而一般气体是由几个原子组合成的分子。例如氧气、氢气是由两个原子组成一个分子。化合物更是由不同个数的原子再组成分子的，如氨就是由一个氮原子和3个氢原子共同组成氨分子。（2）在相同温度、相同压力条件下，同体积的任何气体应含有相同数量的分子。例：2VH2+1VO2=2VH2O，由于同V同分子数，假定每体积含1000分子，则：2000氢分子+1000氧分子=2000水蒸气分子，若一个氢分子包含2个氢原子，一个氧分子含有2个氧原子，则：4000氢原
81、子+2000氧 原子=2000水蒸气分子，两者均符合。测气体物质的原子量和分子量，确定化合物中各种原子的数目。如根据气体反应时的体积比确定氨分子的组成为NH3（道尔顿认为HN）和水的分子组成：H2O。（3）由于与贝采里乌斯的电化学抵触，道尔顿反对，该理论“冷冻”了50年。c.1860年9月，首次国际化学会议德，康尼查罗宣扬阿佛伽德罗理论，得到普遍认同。（十八）元素周期律门捷列夫1.问题：难道世界上化学物质就这样偶然地、杂乱无章地凑到一起的吗？各种元素间有没有内在的联系？有没有一个统一的规律支配他们？2.门捷列夫生平：1834.2.7-1907.1.20，父亲中学校长、母亲非常能干，兄妹11人，
82、最小。小时侯，父亲双目失明、1817年去世，母亲带着他去莫斯科读书，多方艰苦努力，在其父亲母校官费读书，母亲死。“她通过示范进行教育，用爱来纠正错误，她为了使儿子能献身于科学，远离西伯利亚陪伴他，花掉了最后的钱财，耗尽了最后的精力。”1854年优异毕业，毕业前即发表论文，高评，留校。1856年5获硕士，1856年（22岁）彼得堡大学副教授。后到德国深造，师从著名化学家本生。1860年参加国际化学大会，1865年彼得堡大学教授。出书：化学原理第一册，对已知的63种元素的原子量、化学性质介绍。3.1869年3月1日：“完全清楚了，元素的性质与他们的原子量是周期性关系！”“根据元素的原子量及其化学性
83、质近似性试排的元素表”。3月6日发表。当时的难题：（1）只发现69个元素；（2）许多原子量测得不准确，是错的。4.门捷列夫的创造性：（1）大胆修正一些元素的原子量：当发现原子量不和谐时，就改变它；并实验测定验证修改了十几个。（2）有些元素之间的性质跳跃太大时，大胆预言了当时还未发现的新元素，并为这些元素预留空位置，并预言了这些元素的化学性质，乃至用什么方法、在什么情况下可以找到为后人提示。5.1874年2月，布瓦萨德朗（法国，化学家）发现类铝镓；门捷列夫读到论文后写信（交流重要）：“镓就是我预言的类铝，它的原子量接近68，比重是5.9，请你再试验一下，也许你那块物质不纯。”布读信后非常惊奇：“
84、世界上现在只有我手里有镓，别人连见都没见过，门捷列夫怎么知道比重测错了呢？”不过，以一个科学家负责的精神，（！）他还是重新测量了一次：果然，物质不够纯。1870年，“钪”1886年，“锗”（预言72/实测72.73；比重5.5/5.74；其氧化物比重4.7Y！，颜色Y！与氯的化合物的比重1.9Y！类硅难液化错。）(十九)梦中的发现有机化学1.1824年，维勒（德，贝采里乌斯的学生）：为制氰酸铵氰酸+氨水。NO！但对混合物加热蒸发后却得到一种结晶物尿素。问题：无机物中可以得到有机物？又用4年时间，反复验证1828年：论尿素的人工制成。2.意义：第一次证明有机物与无机物之间没有不可逾越的鸿沟，动摇
85、了“生命力说”。3.19世纪中叶，繁多有机物合成。问题：可用元素只有C、H、O、N等少数几种，为什么？且道尔顿的原子结合最简原则不适合有机物，必然有更复杂结构？4.1832年，维勒和李比希：“基因论”；1843年，日拉尔：“类型论”；1858年，凯库勒德：“碳的四价学说”。5.1856年，凯库勒长期研究“苯”分子结构，身心疲惫：6个C、6个H，怎么组成？蒙蒙胧胧睡着了“蛇”苯分子的环状结构！德国19世纪科技最强。(二十)电磁历程背景：17世纪初，吉尔伯特：论磁：“电和磁是两种截然不同的现象”；1750年，富兰克林：观察到“莱顿瓶放电可使钢针磁化”；1640年，观察到：“闪电使罗盘的磁针旋转”；
86、1780S，库仑：“电荷可传导、磁荷不行不同”。1.奥斯特和安培电流的磁效应（1）奥斯特丹麦（1777年-，药剂师家庭）：1794年：入哥本哈根大学读书，1799年：博士，游学法国：受康德、谢林“自然力统一思想”影响，坚信：“电现象和磁现象有着共同的根源。”受富兰克林“莱顿瓶放电可使钢针磁化”的很大启发。问题：如何实现呢？A.导线的直径？实验否定。B.1820年，讲座时来灵感：“让我把通电导线与磁针平行旋转来实验看。”实验：接通电源，小磁针微微跳动，转到与铂丝垂直的方向。但学生及其他听讲座的人什么也没什么感觉！1机遇偏爱有准备的头脑几个月作60多个实验反复比较、归纳1820年7月21日：关于磁
87、针上电流碰撞的实验。电磁时代的标志。（2）安培：安培定则，平行导线电流间有作用力，安培定律，1821年1月：“分子电流假说”，1822年：电动力学的观察汇编。2.法拉第电磁感应定律逆向思维：“磁能产生电吗？”（1）生平：英，1791.9.22-1876.8.25，爱因斯坦：“电磁学中的伽利略法拉第；电磁学中的牛顿麦克斯维。”只读过小学，13岁在书店当装订工，一天，当他在装订不列颠百科全书时，偶然看到电学这个条目，激发了他对科学的热情。1810年2月-1811年9月，听了塔特姆的十几次哲学讲座开始参加有关活动。1812年2月-4月，听了戴维的4次化学讲座，10写信给戴维告之家世及自己整理装订的戴
88、维爵士讲演录，戴维看后深有感触，于1813年1月约见法拉第面谈。在戴维的帮助下，法拉第进入皇家学院做实验助理。（2）1813年秋，随戴维夫妇去欧洲大陆作学术访问，一路走，一路做实验，并认识了当时欧洲最著名的一些科学家：伏打、安培、盖.吕萨克等。1815年4月回国后，法拉第被提拔为实验仪器管理员，并在戴维指导下开始自己的研究工作，很快在化学领域取得一系列成就，1824年当选为皇家学会会员。1825年由戴维提名任皇家学院的实验室主任。（3）1820年开始研究电磁实验，1821年取得第一项电磁学研究成果：发明电磁旋转器电动机的雏形。接着“磁变电”研究，10年“失败”：象其他科学家一样，也认为这个电也
89、是稳恒的，他们不断的在加大磁性强度上下工夫。（4）1831年，克拉顿瑞士，物理：将一个线圈和一个检流计构成闭合回路想通过磁铁在线圈中插入、拔出在线圈中感应电流。当时，为了防止磁针对检流计磁针的可能影响，将检流计放到隔壁房间。由于没有助手没看到！（合作研究之重要！）（5）1831年8月，法拉第经过无数次失败，终于成功：发现“伏打电感应”变压器原理、10月发现“磁电感应”发电机原理。（6）“电磁作用如何传递的？”法拉第：否定超距，“力线”、“场”观点。并猜测：电磁作用可以以波的形式传播，而光可能是一种电磁波。麦克斯维证实之(7)为人质朴，放弃报酬优厚的商业工作，谢绝任“科学院会长”。3.麦克斯维奠
90、定电磁理论大厦集大成者（1）生平：英，1831.6.13-1879.11.548岁。父亲：律师，爱好实用技术，皇家学会会员。10岁入中学，并经常岁父亲到科学院听演讲，14岁：论卵形曲线的机械画法“神童”。16岁读大学学物理，19岁入剑桥三一学院，认识霍普金斯、斯托克斯等著名科学家的悉心指导。坚实的数学基础。1854年毕业，从事电磁学研究。（2）研究法拉第著作（文献检索站在巨人肩膀上），于是法拉第用数学形式表达法拉第物理思想的“翻译”工作作为电磁学研究的突破口，1855年：论法拉第的力线，并由此自然推导出库仑定律和高斯定律。1860年，麦克斯维拜会法拉第受鼓励突破牛顿自然哲学体系。1862年：论
91、物理力线电场与磁场相互转化，提出“位移电流”，预言电磁波的存在，光电统一1887年被赫兹证实，1895年，波波夫和马可尼实验无线电通信。1864年：电磁场的动力学理论：“麦克斯维方程组”。1873年：电学和磁学论与自然哲学的数学原理一样重要。（二十一）进化论1.早期研究（1）圣经：“特创论”：老鼠为猫而生。物种不变。1735年，林奈（耐）：自然界系统认同。“静止”的生物界。（2）1748年，马耶法，旅行家，外交家，死后10年：出书“生命种子从海洋出现”。莫泊丢数学家、不善于严格实验验证：“高等生物由低等生物发展而来。”“多次走到一个重大发现的边缘，却有从未把这些思想彻底形成，并未对他进行检验，
92、或赋予他一种能使同时代人信服的形式。”美科学史家：玛格纳。（3）先驱：布丰法（1707-1788）：1739年法国科学院非正式会员，植物园负责人，英国皇家学会会员。1753年法科学院院士。历时55年：自然史，44卷。受压制。他估计地球历史至少7万年（圣经：6000年），后改为50万年。认为物种可变，变异的原因在于环境变了，且变异会遗传（获得性遗传）。引导他形成进化观点的两类事实：A.化石材料，古代生物和现代生物有明显区别；B.退化的器官，如：猪的侧蹄已失去功能，但内部骨骼是完整的。因此他认为有些物种是退化出来的“类人猿有可能是人退化的，驴和斑马可能是马退化的。”（1789年，法大革命把他儿子砍
93、头）2.拉马克法（1744.8.1-1829.12.18）。1778年，在布丰资助下，出版专著：法国植物志，选为法科学院院士。1794年（50岁）：研究无脊椎动物。他据化石研究认为：“古代生物存在至少有几万万年了。”“古今生物虽然形态有很大不同，可他们之间有血缘关系。”怀疑“上帝创造万物”和“物种不变说”，相信“今天的生物是古代生物进化来的。”有人说：“三千年前的木乃伊同现在人完全一样。”拉马克：“时间太短”，他说：“假如一种寿命只有一年的小虫，连续25代观察一座房子，它们也会认为房屋是不会变化的。一个生物学家在观察物种时会遇到类似的情形；我们不明了在长时间内各处所发生的一切，因为我们根本不可
94、能亲自观察及证明这些现象，所以我们便认为一切都具有绝对的永恒性。其实，我们周围的一切实际上都在不断变化着。任何地方都没有完全的静止，到处都充满着随时间地点而变化的永恒的活动。”他坚信：自然界总是循序渐进地产生各种生物的，最先产生的是最简单的生物，后来产生的是复杂的生物，这就形成了一个由简单到复杂、由低级到高级的连续系列。 那么，物种为什么会变化呢？拉马克认为是：外界环境，“用进废退”“获得性遗传”。达尔文：拉马克“最先认识到，有机界的变化就象无机界的变化一样，都是自然规律作用的结果，而不是神敢于造成的”。3.居维叶灾变说1798年，居维叶（比较解剖学创始人之一）对巴黎附近的许多化石进行了研究，
95、发现：已灭绝的植物和动物的化石，不同地层中，分布着不同的动植物化石。地层年代越古老，化石就越简单，跟现代生物的差别也越大。他认为生物是阶段的，什么原因使一批生物死亡呢？19世纪初，法国的卡查利在西伯利亚的冻土层中发现了大批的猛犸的遗体，皮肉还十分新鲜。“气候灾变”。他的许多结论与现代古生物学、地质学的结论是一致的。本来他发现的事实都是支持生物进化论的，并完全可以导出进化论。然而，令人遗憾的是，他却走上了反对进化论的道路，他根据圣经认为：最后一次大洪水就是5-6千年前诺亚时代，进化论在法国“失败”。科学界到20世纪70年代才承认灾变说的合理性渐变、灾变兼有。4.查理.达尔文英（博物学家）进化论的
96、确立（1859.11.24：物种起源）A.生平：1809.2.12-1882.4.19（死后葬在牛顿旁），富裕的科学家世家，连续5代都是皇家学会有影响的会员，都是中年以后成材。1825年，大学学医（父亲医生），不感兴趣，1828年，剑桥学神学，也没有兴趣，但结识了植物学教授汉斯罗，重新唤起了学习地质学和自然历史的愿望。1831年，“意外”登上海军“贝格尔”号去南美考察，作为博物学家记录沿途看到的各种自然现象。B.1831.12.27-1836.10.2历时5年是达尔文科学成就的关键时期：采集大量标本，详细记录，数十笔记本，是进化论的原始材料。最大收获：思想上（出发时，达尔文只信圣经，不信进化论
97、。考察时，观察到的用神学无法解释，产生怀疑。a.在南美的地层中发现了一种古代巨大的哺乳类和现代较小的犰狳非常相似；b.在南美大陆，一些近似的动物物种，由北至南，依次代替；c.加拉帕戈斯群岛上的大多数生物都具有南美生物的性状，而群岛上的各个岛屿上的物种彼此间又有轻微的差异。这些差异是怎样发生的？他认为只能用逐渐变异假说来解释。）。此外，带去的赖尔的地质学原理对思想的转变产生巨大的作用，接受并发展了赖尔关于地质渐变的思想。“贝格尔舰航行是我一生中极为重要的事件，它决定了我的事业。”达尔文C.马尔萨斯人口论的启示1839年，30岁时结婚，父亲和岳父给了他们不少钱，加妻子帮助，迁居郊区乡间，安心研究。
98、“具有不同特征的动植物品种可能起源于共同的祖先，它们在人工干涉下，逐渐形成了人们需要的新品种，我概括为人工选择”。问题：自然界的新物种又是怎样形成的呢？1838年10月一天，偶然读到人口论：“任何动物的繁殖速度都大于它们食物的增长速度，这样就会有一部分生物在生存竞争中死亡，从而使动物和它们的食物达到新的平衡。比如森林中有50头梅花鹿，个个都长得很健壮。随着鹿得增多，森林中得食物变得不够吃了，于是大批得鹿死亡，只有身体健壮的鹿幸存下来。”；“自然资源是有限的，而人口的增长是个几何级数，如不加控制，每25年按1、2、4、8、16、32的速度来增长；生产和食物的供应则是按算术级数1、2、3、4、5、
99、6来增加，由于这种矛盾，就会导致疾病、战争、杀婴等苦难。”给达尔文很大启示中国则是反面教材。他想到在北大西洋马德拉岛上的昆虫，它们当中大部分翅膀都退化了，不能飞，而少数翅膀又特别发达现在明白了：大风选择的结果。自然选择！D.1842年6月，提纲；1844年夏天，概要；1856年，好友赖尔和虎克不断催促，仍不发表。1858年夏天，达尔文收到华莱士从马来群岛寄来的论文论变种无限离开原始型的倾向。用的语言也和达尔文的完全一样。华莱士：“如果您认为这篇文章有价值的话，请您转给赖尔看一看。”达尔文向赖尔推荐正直科学家的高尚品质，并准备中断自己的写作。在赖尔和虎克的倡议下，华莱士的论文和达尔文13年前的“
100、概论”一起于7月1日在林奈学会上发表了。E.“物竟天择，适者生存”。1859年11月24日：物种起源20多年心血的科学巨著。F.“人和猴子是近亲？”传播和发展。赫胥黎“达尔文的斗犬”（“你的理论，我准备接受火刑如果必要也要支持。”）；1860年6月28日在牛津大学与号称“油嘴山姆”的牛津大主教威尔伯福斯（“请问坐在我身旁的赫胥黎教授，究竟是你的祖父还是祖母哪一方同猿猴发生了血缘关系？”）辩论时的名言：“一个人没有任何理由因为他的祖先是物尾猿而羞耻。如果有人使我在回忆起他时感到羞耻的话，那就是这样一个人，他有浮滑善变的性格，他不满足于在自己范围内取得的令人怀疑的成功，还要插手去他并不了解的科学问
101、题，用花言巧语、文不对题的议论和宗教偏见来掩盖真理。”。海克尔德：“动植物进化树”。G.卡尔.马克思：“达尔文的著作非常有意义，这本书可以作为我研究历史上阶段斗争的自然科学根据”，并把自己的资本论第一卷题赠给达尔文：“赠查理.达尔文先生。您真诚的钦慕者卡尔.马克思。”(二十二)热的本质热力学和能量守恒定律1.卡诺，1824年：关于火的动力的考察“卡诺循环”、热效率的界限。1830年，放弃热质说，接受热的运动说。“人们可以由此提出一个普遍的命题：动力或能量是自然界种一个不变的两。准确地说，它既不能产生也不能消灭。”已经发现了能量守恒定律，未及整理发表，于1832年死于霍乱。36岁，书稿大部分被焚
102、毁，只残留23页笔记，因为他的弟弟不知道其价值，直到1878年才发表。2.迈尔：能量守恒定律：A.1840.01-1841.01，迈尔到东印度发现：热带地区海员静脉的血液比在欧洲时要更红些。“拉瓦锡理论食物氧化天热、需求少静脉的血液留氧多较红”；由此得出：人体时一个热机关，体力和体热都来源于食物所含的化学能，热的一部分变为体温，其他部分转化为筋肉的机械能。即化学能可转化为热能。又听说：暴风雨来临时，海水温度会升高是狂风吹打海水的机械能转化成了热能。回国后：论热的量和质的测定：“热是运动。”德国拒绝发表，也未退稿（36年后才发表）。B.1942年，实验与水温相同的金属从高处落入水槽，发现：水文升
103、高。长时间用力摇动水槽，水温也升高，但都是定性实验。后定量测得1卡=3.58焦耳。写成论文：论无机界的力发表。遭嘲笑，1850年5月的一个晚上跳楼自杀未成，精神错乱。7、8年后渐渐康复，1858年，瑞士巴塞尔自然科学院接受他为荣誉院士。1878年3月20日誓世。3.焦耳:实验物理学家。20多年，定量实验：1840年：论伏打电池所产生的热：“焦耳定律”；1843年：“热功当量”测定：1卡=4.157焦耳（搅拌实验）。4.热力学第二定律开尔文（11岁上大学，22岁教授。铺设著名的大西洋海底光缆。）、克劳修斯：1850年，第二定律。1865年，“熵”概念。5.麦克斯维“妖”热力学第二定律与进化论的矛
104、盾：普利高津耗散结构理论：自组织。6.永动机历史：第一类（达.芬奇也尝试过一个，失败后得出结论：永动机是不可能实现的。1775年法国科学院：“本科学院以后不再审查有关永动机的任何设计。”）、第二类永动机。7.吉布斯美：化学、热力学、物理化学。在美国不被重视实用主义、功利主义。“地道的在自己本土不享荣誉的先知。”“美国理论科学第一人”。“牛顿之后最伟大的综合哲学家。”死后承认，美国开始重视理论至今。爱因斯坦时代（二十三）现代物理学革命：1900年元旦，开尔文：物理学的大厦已经建成，未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。只是明朗的天空中还有两朵乌云，一朵与迈克尔逊的实验有关，另一朵与黑体辐
105、射有关。相对论的近似牛顿理论（1）. 迈克尔逊莫雷的“以太”飘移实验：在实验误差范围内，不能证实“以太”的存在。（2）.“紫外灾难”：黑体辐射（能量连续）理论计算：在紫外处以外，频率越高，强度越强，与实验不符。1.19世纪末三大发现：X射线、放射性、电子打开原子的大门（1）X射线的发现“我看见了我的骨头”阴极射线研究。1895年11月一天，伦琴：偶然在实验设备附近放了一包密封的照相底片，事后发现底片感光了。问题：“这是怎么会事？密封的底片为什么会在射线旁边感光呢？”再次有目的实验：用多层很厚的纸包裹好新底片，对准阴极射线进行实验。惊讶地发现：胶片又感光了。多次重复验证确认。结论：阴极射线管会发
106、出一种具有穿透力的射线，这种射线肉眼看不见，但能用实验装置测试到。系统研究：1895年12月22日，夫人的手照射15分钟：呈现手骨象，手指上的结婚戒指也十分清晰。“什么射线有这么大的魔力？”答：“无名射线。”“又是一个X！”“X射线”1895年12月28日公布很快用于医学和冶金1901年获诺贝尔奖1923年2月10日死于癌症。（当时对X射线危害还不知）1912年，劳厄德：实验证实X射线是波长很短德电磁波。（2）放射性贝克勒尔、居里夫妇：X射线的源头是什么？1886年1月20日，彭加勒法再科学院例会上介绍并展示伦琴寄给他的X射线论文和照片贝克勒尔当场问：“X射线发自阴极射线管的哪个部位？彭加勒：
107、管壁发荧光的区域。第二天实验（家族研究荧光和磷光而闻名）：收集许多荧光物质。选定两小块铀盐：一在底片间放银圆，在阳光下暴晒几小时打开密封的底片，就可以分辨出银圆的影象。进一步实验，“不巧”（机遇打破习惯思维）：连续几天阴云密布、不见阳光。把实验用品锁进抽屉1896年3月1日，天晴。继续实验：检查底片发现明显的感光现象：？表明：铀盐未经日光照射、不发荧光时，依然可以使底片感光。说明：铀本身在不断的自行发光，原先的结论错了。第二天公布继续探索射线来源：实验大量晶体，发现：只有含铀的晶体才有这种“穿透辐射”；而且，纯铀产生的辐射比铀盐强3-4倍。1896年5月18日：发射穿透射线的能力，是铀的一种特
108、殊性质。未得到重视（人们的注意力还在：X射线）（对教育的启示：强刺激后若要转向无关或相距较远的领域或概念等时，不能马上接着来，要有一定时间或情景的过度。）2年后，居里夫妇玛丽：1867年生，波兰。1891年法国巴黎大学半工半读，1893年以物理第一名的成绩获理学学士学位，次年又以数学第二名获巴黎大学数学学士学位。深受当时著名数学家兼物理学家施恩卡青睐，被推举留学校任职。期间，著名物理学家李普曼还特许她到自己当时世界一流的实验室来做实验。1895年与法国物理学家居里结婚，1896年考取助教，从此，她成了巴黎各大学瞩目的青年女教师。美丽、坚韧、聪慧。新婚不久，玛丽决定将：“放射性物质的研究”作为其
109、博士论文的题目。简陋的仪器设备：检查铀的特性：铀的辐射强度正比于所用的数量，不受铀与其他元素的影响；也不受光和温度变化的左右；与人们所知的其他任何东西不同，没有东西会影响它们。！问题：是否还有别的元素也有这种性质？继续研究、系统测试。1898年，发现：“钍”也具有“放射性”。有些铀、钍混合物的放射性比其中单独的和还要强。问题：特别强的射线又从何而来？：“一定还又一种未知的元素。”比埃尔.居里很快认识到这一思路的价值，立即放下自己的晶体研究，与夫人一起投入寻找新元素的艰巨工作：希望从沥青铀矿中分离新元素。当时，1吨沥青根本买不起从已提炼铀的沥青矿渣中找（几乎一文不值），从奥地利成吨订购“垃圾”。
110、没有实验室可以处理这么大量的铀矿，因此，居里向学校借用了一间废弃的仓库做为实验室。简陋的实验室既潮湿又不通风，冬天室温只有6，夏天又很闷热。工作紧张时，冷面包、冷牛奶充饥。1898年7月，发现：“钋”以纪念祖国波兰。钋的放射性比铀强400倍。年底，又发现：镭（放射性比铀强200万倍）。有人怀疑继续实验提纯，4年“分步结晶法”1902年，从几吨矿石中提炼出0.1克差点以为自己的实验失败了，反复分析，没有发现方法或操作上的错误，又很迷惘。几天后的一个晚上，她睡不着，起来到倾注了全家多年心血实验室看看，没开灯，发现存放最后提取物的容器中幽幽的发出光。她马上意识到自己成功了，开灯仔细一看，原来是容器底
111、部一点原来以为是灰尘的化学物质就是，测量得质量才0.1克。浓缩的镭化合物：氯化镭，首次测原子量225（现226），证实镭的存在，打消了其他科学家的疑虑！1903年，获博士学位。同年夫妇俩与贝克勒尔3人同获诺贝尔物理学奖。1906年4月16日，阴雨连绵，比埃尔.居里遭遇车祸死，玛丽失去了科学征途上最忠实和亲密的战友、心爱的丈夫，玛丽时年38岁。这是她一生中最悲痛的时期，但她没有被突如其来的巨大悲痛击倒，以超人的毅力，接替丈夫的教授工作，并领导实验室的研究。同年，被选为法国科学院第一位女院士。1908年，进一步提纯氯化镭，测得镭得原子量为226.45。1910年9月，在比利时得布鲁塞尔放射学大会上
112、，她提议将镭等放射性物质用于医学事业，并以居里为放射单位。不久，世界上第一台镭辐射仪诞生1911年，再获诺贝尔化学奖（第一个2获）。人格高尚、心地善良的人。当镭可以治癌被证明后，有人建议她可以将自己提炼镭的技术申请专利，也有大公司上门要求独家买断提炼镭的技术，本来，她可以轻易成为百万富翁。但居里夫人都拒绝了，放弃专利，把提取镭得技术毫无保留的公布。说：“我们发现了镭，但不是创造了它，因此不属于我个人，它是全人类得财产。”“镭是一种慈善得工具，它是属于全世界的。”爱因斯坦：“在所有的世界著名人物中，玛丽.居里是唯一没有被盛名宠坏的人。”奉献：1934年7月4日，死于白血病。（当初人们还没认识到放
113、射性对人体的危害而缺乏防护措施，由于长期受放射性伤害，贝克勒尔也是同样原因，56岁死。）女儿伊雷娜和女婿约里奥.居里继承玛丽的事业，也取得巨大成功：1935年，夫妇两一起获诺贝尔奖。居里一家先后3次5人获诺贝尔奖，一直传为佳话。 放射性物质和放射现象的发现，打破了原子不可再分的陈旧观念，证明原子不是组成物质的最小单位，它还可以再分（放出射线）。劳厄：“几乎没有任何东西象放射性那样对原子概念的变化有那么大的贡献。”（3）电子的发现汤姆逊阴极射线本质的研究：以太波/带电粒子流？汤姆逊：1856年生，英，（父亲原先摆书摊养家湖口，后奋斗成了著名书商。从自己的经历他认识到：没有知识的苦衷，十分重视子女
114、文化教育。）14岁入曼彻斯特大学。1876年（20岁）保送到剑桥三一学院深造，师从知名教授路兹。毕业后，留在卡文迪许实验室。27岁皇家物理学会会员。1884年，28岁接替瑞利任实验室主任，长达42年。34岁结婚，国王和王后参加。婚后开始研究阴极射线：15米长的真空管，测射线在低压气体中的速度远小于光速。不是电磁波！进一步实验：粒子流，系列实验查明性质：电荷：-；荷质比：e/p=1/1840命名：“电子”。再次否定原子不可分的观点。1906年获诺贝尔物理学奖。1908年，勋爵；1918年皇家学会主席。1940年（84岁）死。（4）相对论爱因斯坦背景：1887年，迈克尔逊-莫雷实验零结果：无法证实
115、“以太”的存在，怎么办？困难：放弃以太，难以解释电磁波的传播；假如承认以太，又找不到证据。“两难”！ 两派：一派维护“以太”说，但修正斐杰惹、洛伦兹：假说：“物体相对“以太”运动时长度收缩。洛伦兹变换。”（已经走到了相对论的门口，局限于经典思想。） 另一派主张彻底抛弃“以太”说彭加勒（：“物理学危机不是凶兆而是吉兆，物理学将有大的突破。1904年预言：新的动力学：惯性随速度增大而增大；光速成为极限速度；新力学中包括旧力学。”但没有摆脱牛顿的绝对时空而没有根本性的突破。启示：在遇到巨大矛盾冲突时，有必要从最根本处反思原有的理论基础，彻底抛开习惯思维，以现有的事实为出发点，试图重新构建理论大厦，说
116、不定就有新的突破、新的发现教育、教学领域亦同。） 。 爱因斯坦（1879.3.14-1955.4.18，76岁。德）：父亲很有数学天赋，但无钱上学，结果经商。母亲很有音乐才能，从小跟母亲学拉小提琴。4岁还不会说话，5岁玩罗盘：“是什么东西使它总是指向北边的呢？”好问“为什么？”读中学时，数学优秀，其余比较差，中途退学（1894年）。自学掌握解析几何和微积分。1895年，16岁到瑞士补习中学课程，1896年入瑞士联邦工业大学师范系理论物理专业，自学许多课程，1900年优异毕业。找不到固定工作，整天为生活奔波，得肝炎（终身未愈）。“可怜的爱因斯坦啊，只差拿着小提琴，去挨家挨户地演奏乞讨了。”A.狭
117、义相对论：贫困没有动摇爱因斯坦走科学研究地道路和决心。继续研究、构思论文，说：“只要找到一个固定地工作就好了，即使工资少一点也无所谓，那样我就一定可以把学术论文写出来。”大学同窗好友格罗斯曼帮助到伯尔尼专利局技术员固定职业。（1902-1909），加入瑞士国籍。1905年（26岁），世界科学史奇迹：用业余时间共写了6篇论文，在3个领域作了4个有划时代意义地贡献。：3月，完成解释光电效应地论文，提出光子说；4、5、和12月，分别写成关于布朗运动地论文，间接证明了分子地存在；6月，完成论运动媒质地电动力学，提出狭义相对论；1905年9月，德国“物理学年鉴”上刊出，开始没有引起任何反响。半年后，著名
118、物理学家普朗克给爱因斯坦的一封高度评价这篇论文的信，终于使沉闷的物理学界象开了锅的热粥沸腾起来。赞扬、支持，批评、谩骂。一个十分重要的出发点“光速不变”，不管在静止的参照物上测量还是在告诉运动的物体上测量。这可给牛顿力学捅了大漏子了，经典力学速度相加、且符合日常经验。他之所以相牛顿力学开刀，是因为牛顿力学中存在着不符合他心中自然性的地方。在牛顿力学体系中，选择匀速直线运动系统要比加速运动系统的地位更加优越，但是又没有令人信服的理由，所以他认为牛顿理论本身不完备有自相矛盾之处、内部不统一9月，完成有关质能关系地论文，提出著名地：E=mC2。空间、时间、物质引力的统一。（那一个都够得上拿诺贝尔奖。
119、在科学史上，只有牛顿23-25岁在乡下躲避瘟疫那段时间取得的成就可以与之相比。启示：无论什么研究，到一定阶段，必须有足够的时间，相对单一、稳定的生活为创造性思维作外部保障无论科学、艺术、写作还是别的什么！）没有引用任何科学文献，只用当时大学本科生就能看得懂得数学工具，幸亏论文被送给当初物理界“高人”普朗克审稿，不然，狭义相对论命运难测（当时“全世界只有12个人能懂相对论”朗之万）。1907年：关于相对性原理和由此得出的结论：无绝对优先的参照系。坚信世界的统一性和简单性：“力求整个理论前提的统一和简化”。物理上真实的东西一定是逻辑上简单的东西。B.16岁时，问题：“如果一个人跟着光线跑，并企图抓
120、住它，会发生什么现象？”足足思考了10年！最后得出结论：“时间是值得怀疑的！”C.狭义相对论建立的2个基本假设：a.相对性原理，即运动状态的改变与选择任何一个参照系无关；b.光速不变原理。推出洛伦兹变换新结论：（1）运动物体在运动方向上长度收缩；（2）运动着的时钟要变慢；（3）任何物体的运动速度都不可能超过光速；（4）同时性是相对的；（5）如果物质速度比光速小的多，相对论力学就变为牛顿力学，相对论力学更具普遍性；（6）物体的能量等于物体的惯性质量与光速平方的乘积。D.广义相对论弯曲的时空（1）1909年，到大学任教。1913年，应普朗克之邀，任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授，19
121、14年迁居柏林。1921年获诺贝尔奖（光电效应）。（参加声援“七君子”，1936年）。1933年，希特勒上台，爱因斯坦是反对法西斯的犹太人，被定为纳粹首批捕杀对象。幸好出国，1933年10月，迁居美国，1940年入美国国籍。1939年上书总统研制原子弹。1952年拒绝任以色列国家总统。 （2）爱因斯坦注意到伽利略发现的事实：在引力场中，一切物体都具有相同的加速度，与它们的组成、结构、质量大小无关。即惯性质量=引力质量。提出“等效原理”：引力场等价于加速的参照系。匀加速参照系和均匀引力场等效。（广义相对论基础）（3）1915年，在老同学格罗斯曼的帮助下，爱因斯坦完成了创立广义相对论的工作，191
122、6年：广义相对论的基础时间、空间、引力：空间时间不可能脱离物质而独立存在，时空结构取决于物质分布。天体运动轨迹：短程线：直线在引力场中的推广。（4）“如果我不发现狭义相对论，5年内肯定会有人发现它；如果我不发现广义相对论，50年内也不会有人发现它。”大大超越于所处的那个时代。预言：a.水星近日点的进动（原先43秒/百年的剩余值无法解释）；b.光谱线的引力红移；c.引力场使光线偏转，预言：光线经过太阳表面附近，将会发生1.75秒的偏转1919年5月29日日全食证实。（5）汤姆逊：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新
123、大陆。” 朗之万：“在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦将位于最前列。他现在是，将来也是人类宇宙中头等光辉的一颗巨星。很难说，他究竟是同牛顿一样伟大，还是比牛顿更伟大，不过，可以肯定说，他的伟大是可以同牛顿相比拟的。按照我的见解，他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献，更加深刻地进入了人类思想基本概念的结构中。” 悼念词：“我们都获益匪浅，全世界都感谢他的教诲；那属于他个人的东西，早已传遍广大人群，他象行将陨灭的彗星，光华四射，把无限的光芒同他的光芒永相结合。”（原为德著名诗人歌德为悼念亡友席勒而作。）（二十四）量子时代1.普朗克量子时代的诞生1900年，普朗克发现维恩公式与瑞利金斯公式正好
124、互补。能否找到避免“紫外灾难”的公式？1900年10月19日，德国物理学会：论维恩辐射定律的改进报告硬拼凑的新公式。符合实际但理论依据？经典物理学领域根本无法解释但假如假定能量不是连续的，而是以一定数值的整数倍跳跃式变化的。即“能量子”或“量子”公式就可解释。1900年12月14日：关于正常光谱的能量分布定律理论“量子假说”。世界反应冷谈。2.爱因斯坦闯入量子世界：1905年3月：关于光的产生和转化的一个推测性观点“光量子假说”发展普朗克概念。，揭示“波粒二象性”、解释光电效应，导出光激发电子的最大能量与入射光频率间的定量关系（10年后，密立根实验证实）。（老一辈物理学家大都不承认，如直至19
125、13年，普朗克还认为光量子是个失误）爱因斯坦孤军奋战：（启示：有时，真理掌握在少数任脑中。问题是：a.坚定的信念、甚至固执己见很重要，当然不是无理的。个性！b.为避免外界环境干扰，可以不加入/理会论战？）1906年，扩展到物体内部低温固体比热容与温度关系；1912年，把光量子引入光化学现象，建立光化学定律。1916年：关于辐射的量子理论（综合性文章），提出关于辐射的吸收和发射过程的统计理论，还从波尔1913年的量子跃迁概念，推导出普朗克的辐射公式。“爱因斯坦不仅是量子论的三元老之一，而且是波动力学唯一的教父。”“在征服量子现象这片荒原的斗争中，他是先驱”，也是“我们的领袖和旗手”。3.波尔的原
126、子殿堂哥本哈根学派（1）1885.10.7-1962.11.16丹麦，1903入哥本哈根大学，1911年入英国剑桥和曼彻斯特大学深造，参加卢瑟福（学生、朋友）科学集体。（2）1919年，卢瑟福“原子的有核模型”提出，有粒子散射实验为依据。许多科学家反对：有违经典基本理论（历史的必然）原子的稳定性的解说矛盾理论创新。（3）波尔原子模型：受量子论、光子论启发，结合卢瑟福的模型（创造思维的方法综合？）。解释氢原子光谱公式、推导出原子半径。1922年获诺贝尔物理学奖。1920年倡议主持创设理论物理研究所（哥本哈根），任所长40年。量子力学大本营（1922-1932的10年间，许多科学家都在这里呆过：如
127、波恩、海森堡、泡利、狄拉克、克莱茵、克喇末、埃伦菲斯特、伽莫夫、克什密尔、兰道、罗森尔德等，7人获诺贝尔奖）。波尔1937年夏季来中国，访问上海、杭州、南京、北平。1962.11.16死，77岁。二战，拒绝与德国合作，外逃。参与原子弹研制，战争结束后，断绝参与核武器研制。（启示：爱因斯坦总是在开创一片新领域后，又转向其他领域，而很少在一个方向坚持；而波尔则恰恰相反，一旦进入量子理论，竟然坚持一生。多元人才模式，如何让不同形式的人才都能在他自己感兴趣的或有专长的领域充分发展？应倡导怎样的文化环境？怎样分别评价？按块设分，而不是平均分配。分值应留有较大的冗余？评价学生应该与评价教师一致：系统内部要
128、自洽！否则，在文化层面就要出现严重内耗。全才/专才/通才？）（4）德布罗意物质波A.1892.8.5-1987.3.19（95岁，在世最迟的量子力学创始人）法，贵族，哥哥是杰出的物理学家。幼年失去双亲，哥哥带大，开始学历史，后受哥哥启发转攻物理。B.1923年，他产生了把爱因斯坦的光的波粒二象性推广到描述其他微观粒子的想法。回忆：“经过长期的孤寂的思索和遐想之后（好个长期的孤寂），在1923年我蓦然想到：爱因斯坦在1905年所作出的发现，应当加以推广，把他扩展到一切物质微粒，特别是电子。”“整个世纪以来，在光学上，长期忽视了光的粒子图象；在对实物粒子的研究上，是否发生了相反的错误呢？” “是不
129、是我们把关于粒子的图象想得太多了，过分忽视了波得图象？”（反思性逆向思维！）预言：电子穿过小孔时，会象光一样出现衍射现象。1927年，被戴维孙美等实验证实。1929年诺贝尔物理学奖。（5）海森堡的大量子蛋矩阵力学背景：量子力学2条发展路线：波尔海森堡路线、和爱因斯坦德布罗意薛定谔路线。A.1901.12.5-德，父亲大学教授，1920年入慕尼黑大学物理，师从著名物理学家索末菲，常向老师提尖锐的问题，展开深刻的讨论。名言：“科学扎根于讨论。”B.1922年，尼尔斯.波尔应邀来德国哥廷根大学演讲原子物理学，每次演讲后都进行热烈的讨论。一次，20岁的海森堡竟站起来对波尔的某些论点提出异议，并勇敢的进
130、行辩论。讨论结束后，波尔约他当日下午一同散步，以便继续讨论，这次长时间谈话对海森堡启发很大。“科学上成长的起点。”（怎样创造机会与专家直接、坦率地交流？）C.1924年，到哥本哈根随波尔工作一个学期。开始考虑量子理论。认为波尔的轨道假说是不可观察的假说1925年，抛弃轨道概念，在观察到的原子发光频率和强度的基础上，以代数为工具，提出了一套数学解决方案（24岁）。计算结果符合观察。（被公认为量子力学的创始人之一。）（科学只是解释客观宇宙的，而绝非客观本身。所以，只要能自圆其说，能作出可观察的预言或与已知的宇宙没有冲突，都是合理的可接受的理论。若多个理论并存，则以简单化原则进行取舍，或不取舍。这就
131、是科学的方法论？）（6）薛定谔方程波动力学A.1887.8.12-奥地利，1906年入维也纳大学物理，1910年博士。多才多艺：语法（说4种语言）、诗歌（出过诗集）、戏剧，数学和物理。B.1925年底1926年处，受爱因斯坦量子理论和德布罗意物质波假说启发类比经典力学和几何光学，提出：对应于波动光学的波动力学方程，奠定波动力学的基础。1926年3月，经过认真研究后发现：两种理论在数学上完全等价。 两者均没有考虑相对论性效应（电子自旋1/2没发现，以至薛定谔尝试一次后误差很大而放弃），1928年，狄拉克英把相对论引入量子力学狄拉克方程。量子力学始得完整。（7）测不准原理上帝真的在掷骰子吗？量子力
132、学的物理诠释波尔爱因斯坦：世纪论战。爱因斯坦晚年对波尔说：“对科学的期望，我们已经渐渐走向两极，你相信掷骰的上帝，我则相信作为实体而存在的物质世界具有完美的规律。我力图用一种原始的揣测方式去领悟它。”（量子力学是以人的现有感觉极限为立足点的，因而在可观察的范围内似乎是“真实”的，但又有谁能告诉我们那“真实”的本来面目，或那“真实”的宇宙是否存在本来面目？人类是否就该这样认识宇宙还是只是目前的权宜之计？谁也不知道！）（8）原子弹：1945.7.16，05：30，美国新墨西哥利阿拉默多尔空军基地。“瘦子”当量：20，000吨TNT；1945.8.7，08：05，“小男孩”，日本广岛，306，545
133、人死；3天后，“胖子”，日本长崎，138，905人死。（二十四）生命的奥秘（至今无科学定义“生命”）1.探索生命的原子细胞学说A.17世纪，胡克英：观察软木，发现“小室”（cell）细胞。1759年，沃尔夫德：精确的实验观察证明：成体动物的肢体和器官是在胚胎发育过程中从一片简单的组织发展起来的，而不是预先构造的机械的扩大以渐成论驳斥预成论。19世纪30年代，消色差显微镜问世1831年，布朗英在兰科叶片表皮细胞中发现了细胞核。不久，普金叶捷克：发现动物细胞核。B.施莱登德：创立细胞学说。1804年生，曾自杀未遂，改学自然科学。1838年：植物发生论：植物中普遍存在的结构是细胞，细胞是组成植物的基
134、本生命单位。1839年：动植物结构和生长相似性的显微研究：用大量资料证明：动植物有机体的结构原则上是相同的，都由细胞发展而来，细胞是一切生物的基本单位。打破动植物界限，“细胞学说”。2.生命遗传的奥妙种瓜得瓜，种豆得豆 “到底是什么东西在决定着遗传？”（1）遗传学得诞生猛德尔德豌豆实验A .背景：18世纪中叶19世纪中叶，100年：植物人工杂交，“显性”概念；发现：豌豆是比较好德杂交育种实验材料。但是：实验普遍规模小，都没有去研究以后几代德情况，更没有定量研究不同性状德数量比例因而没有发现遗传规律。B.1822生奥地利，贫苦农民，从小有异常才能。1840年优异毕业，进入奥尔米茨哲学院。1843
135、年因家贫辍学，做修道士。1847年任神父，1851年，被送到维也纳大学学习物理、化学、数学、动物学和植物学，期间做过多普勒的助手，1853年回，1854年派到布吕恩技术学校任物理和博物学的代理老师。C.1856年1863年，猛德尔在修道院的花园里做实验：8年的豌豆杂交实验。共栽培了5000多棵豌豆。努力探索实验结果的数量关系，主要精力投入定量分析。（定量分析在生物学史上具有开创性意义。）7对相对性状的豌豆进行杂交，发现：杂种第一代只有一种性状得到表现使子代自花传粉，发现：二代中有2种性状分离出来，比例约3：1（“3：1是统计规律性”）。为什么？假定：生物体内存在着一种遗传物质遗传因子。每个遗传
136、因子决定一种性状，它们在细胞中都是成对存在的，分别来自雄性亲本和雌性亲本。在纯种中成对因子是相同的，在形成配子时，成对因子互相分离，使每一个配子其中一个因子占压倒的优势，这就是“显性”的性状。只有当两个隐性因子结合时，隐性性状才表现出来。解释3：1AABB：第一子代（AB和AB）；第二代显性（AA、AB、BA）和隐性BB。机会均等：自由组合定律。（被埋没30年！因为当时生物界的学术热点在进化论和物种变异，猛德尔又是小人物，文章又发表在一个小地方的不甚出名的小杂志上。如何提升自我的发展平台？组织如何提高集体的平台或为杰出者搭建更高的平台？个体如何经营知识？）D.1900年，德弗里斯荷兰、科仑斯德
137、、丘尔马克奥地利三人各自总结自己的实验后独立发现了遗传规律，在公布自己的研究成果前，他们都去查询了前人的文献，结果都不约而同地发现了猛德尔30多年前的论文。因而，他们在发表研究成果时，都把功劳和荣誉归于猛德尔（！），都认为自己知识证实了猛德尔的遗传定律（去世16年）。（2）染色体基因理论A.背景：孟德尔理论与达尔文进化论“看起来”相抵触贝特森英实验验证、1904年辩论胜利问题：“遗传因子”究竟在什么地方？1879年，弗莱明德：发现染色体（1882年有丝分裂）；1883年，鲁克斯德指出：染色体是遗传物质。1904年，萨顿美指出：染色体同遗传因子一样都是成对的，分别来自父本与母本。但染色体很少：豌
138、豆7对、人23对与遗传特征的多样化矛盾。猜想：一条染色体上可能有若干个遗传因子。1906年，贝特森等发现：豌豆的一些特征常同另外一些特征一块遗传，从不分开。证明萨顿的猜想是有道理的。（但还没有完全证实，因而大多不认同）1909年，约汉逊丹麦提出：用基因代替遗传因子的概念。B.摩尔根细胞遗传学 1886年美，名门望族。大学读动物学。1890年获约翰霍普金斯大学博士，曾4次到意大利那不勒斯的海洋动物实验站工作。怀疑染色体上有遗传因子。1908年，开始果蝇实验：白眼雄蝇+红眼雌蝇=全部红眼蝇；红眼子蝇+红眼子蝇=红眼3+白眼1（全部雄）“孟德尔是正确的。”；“白眼的遗传特征总是伴随着雄性个体遗传（“
139、伴性遗传”）”“基因连锁”：证明一条染色体上存在着许多基因。“萨顿是对的。”1915年：孟德尔遗传机制：实验、数学定位、定量。1916年：进化论评论：孟德尔的遗传理论与达尔文不矛盾，前者是解释后者的根据，孟德尔的遗传变异要比达尔文所提的缓变要明显和不连续，孟德尔的变异用确定形式被遗传。填补了达尔文进化论之空白。1928年：基因论：“基因是占有空间的遗传单位”。预见：基因是化学实体。他指出：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：基因之所以稳定是因为它代表着一个有机的化学实体。”（现代实验已证明） C.遗传信息载体的发现 遗传物质到底是什么？1869年，米歇尔瑞士化学家实验发现：用胃蛋白酶分解细胞蛋白
140、质时，细胞缩小了一点，但仍旧保持完整。这种酶不能分解细胞核。化学分析发现：细胞核主要不是由蛋白质组成，它主要由“核酸”（有酸性、含磷）组成。1911年，莱文美俄裔，生物化学家实验发现：2种不同的核酸：RNA、DNA（比RNA少一个氧原子）。1934年，发现：核酸分子由4种核苷酸组成（测量误差大、误导几十年，以为蛋白质是遗传物质。），每种核苷酸由碱基、磷酸、核糖3部分组成。最后确认：1928年，格里菲斯英，微生物学家证明：在正常的肺炎双球菌中含有一个：“转化因子”，它能使无膜、无传染性的突变体转变为有膜、有传染性的正常型。1944年，艾弗里经过10年研究证明“转化因子”就是DNA。而不是蛋白质。
141、DNA内部结构？ D.沃森和克里克DNA双螺旋 1944年，薛定谔：生命是什么：用量子力学观点论证基因的稳定性核突变发生的可能；还指出：“必定有一种同分异构的连续体构成非周期性的晶体，其中含有巨大数量的排列组合，编排成遗传密码。”吸引许多科学家，有些物理学家受其影响转向生物学研究（克里克，英国物理学家）。沃森美国生物学家和克里克都读过生命是什么，且在1951年于剑桥相遇后，共同合作探索DNA分子结构。1953年，他们看到英国皇家学院威尔金斯专家小组拍摄的DNA照片后，立即研究，布道几个星期，从分析照片中发现DNA分子的双螺旋结构。1953年4月，英国自然：论文、照片1962年，3人分享诺贝尔医
142、学和生物学奖金。发现双螺旋时，沃森25岁，克里克37岁。他们俩进入该领域不到1.5年时间。？最新的信息。！现代科学研究中以信息取胜的最好案例。分子生物学时代。 E.遗传密码的破译：碱基的空间构造！拓扑学。启示：学校按怎样的拓扑结构最合理？：金字塔形/同心圆形？现状拓扑结构有那些不合理？外界/社会如何看待学校？暗箱模型：“碰撞实验”/“主动自激辐射”？前者是有目的的，应特别重视，如何应对？五、人类创造性思维的奥秘 陈兵 武汉大学出版社假说是创造性思维的终点新概念、规律教学：设计情景（实验、悖论等）、提出问题、通过推理、提出假说a.没有反例；b.如果假说演绎出来的是关于已知事物的陈述，那么就是对已知事物的解释；c.如果假说演绎出来的是关于未知事物的预见，这种预见对假说的可行性证明有决定性的作用。d.如果假说是对主观创造物的描述，那么创造主体就根据这种描述去实验客观创造物。分析基于假说可能设计出的可行性检测方案（薄弱环节）。理想化和理想实验：人类智慧又一次提升。现代科学理性：1.逻辑理性，思维清明的保障条件；2.数学理性，提高知识精确性的手段；3.实验理性，确认知识可靠性的基础；4.价值理性，为避免科学社会运用的恶果而提出的一种规范。
