近代自然科学概论

第一章、 近代自然科学早期发展重大事件（16世纪中期——18世纪中期）

简述：早期近代自然科学发展以哥白尼天文学革命兴起为起点，终点是牛顿和林奈在自然观上相继向神创论的回归。主要科学标志是机械自然观的建立。

一、在天文学方面，日心体系的确立与天体力学的奠基代表了早期天文学的主要成就。

1.哥白尼创立日心说——第一次科学革命。

历史背景：天文学是一门最古老的科学。在西方，通过毕达哥拉斯、柏拉图、 喜帕恰斯、托勒密等人的研究，已经提出了几种不同的理论体系，成为一门最具理论色彩，又是提出理论模型最多的一门学科。同时，天文学与人们的生产和生活密切相关，人们种田靠天、畜牧靠天、航海靠天、观测时间也靠天，这就必然会有力推动天文学的发展。然而，天文学在当时又是一门十分敏感的学科。在天文学领域，两种宇宙观，新旧思想的斗争十分激烈。特别是到了中世纪后期，天主教会还别有用心地为托勒密的地心说披上了一层神秘的面纱。硬说地球处于宇宙中心，证明了上帝的智慧，上帝把人派到地上来统治万物，就一定让人类的住所--地球处于宇宙中心。这种荒唐说法被当作权威加以崇信之后，托勒密的学说就成为不可怀疑的结果而严重阻碍着天文科学的进步。

日心说创立过程：地心说基础上产生的儒略历在325年被确定为基督教的历法后，它的微小误差经过长时间的积累已经到了不可忽视的地步，同观测资料大相径庭。托勒密体系的错误日益暴露，人们急需建立新的理论体系。当时，文艺复兴正蓬勃开展，它不仅大大解放了人们的思想，同时也推动了近代自然科学的产生。波兰天文学家哥白尼适应时代要求，他从1506年开始，在弗洛恩堡一所教堂的阁楼上对天象仔细观察了30年，从而创立了一种天文学的新理论--日心说。1543年，哥白尼公开发表《天体运行论》，这是近代自然科学诞生的主要标．．．．．．．

志。

历史意义和对人类的影响：日心说的提出恢复了地球普通行星的本来面貌，猛烈地震撼了科学界和思想界，动摇了封建神学的理论基础，是天文学发展史上

一个重要的里程碑。哥白尼的“日心说”沉重地打击了教会的宇宙观，这是唯物主义和唯心主义斗争的伟大胜利。因此使天文学从宗教神学的束缚下解放出来，自然科学从此获得了新生，这在近代科学的发展上具有划时代的意义。

2.开普勒提出行星运动定律。

历史背景：开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家称为“天上的立法者”。 1596年出版《宇宙的神秘》一书受到第谷的赏识，应邀到布拉格附近的天文台做研究工作。1600年，到布拉格成为第谷的助手。次年第谷去世，开普勒成为第谷事业的继承人。

行星运动定律创立过程：开普勒利用第谷浩如烟海的数据，做了25年的计算，发现的开普勒三定律是：1、所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在．．．．．．

椭圆的一个焦点上。2、对于任何一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间扫过相等的面积。3、所有的行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。

历史意义和对人类的影响：远在哥白尼创立日心宇宙体系之前，许多学者对于天动地静的观念就提出过不同见解。但对天体遵循完美的均匀圆周运动这一观念，从未有人敢怀疑。开普勒却毅然否定了它。这是个非常大胆的创见。开普勒定律在科学思想上表现出无比勇敢的创造精神。开普勒定律彻底摧毁了托勒密的本轮系，把哥白尼体系从本轮的桎梏下解放出来，为它带来充分的完整和严谨。开普勒定律使人们对行星运动的认识得到明晰概念。

二、在物理学方面，以牛顿为代表的经典力学体系在早期近代科学发展时期已经形成，并向天文学和其它基础学科领域渗透。

3.牛顿发现万有引力定律。（万有引力定律同时为天文学和物理学作出巨大贡献）

万有引力定律的发现：牛顿在前人（开普勒、胡克、雷恩、哈雷）研究的基

础上，凭借他超凡的数学能力证明，在1687年于《自然哲学的数学原理》上发．．．．．．．．．．．表的。牛顿的普适万有引力定律表示如下：任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成正比，与它们距离的平方成反比，与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。万有引力定律是解释物体之间的相互作用的引力的定律。是物体（质点）间由于它们的引力质量而引起的相互吸引力所遵循的规律。

历史意义和对人类影响：万有引力定律的发现，是17世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它第一次解释了（自然界中四种相互作用之一）一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。 万有引力定律揭示了天体运动的规律，在天文学上和宇宙航行计算方面有着广泛的应用。它为实际的天文观测提供了一套计算方法，可以只凭少数观测资料，就能算出长周期运行的天体运动轨道，科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星的发现，都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。利用万有引力公式，开普勒第三定律等还可以计算太阳、地球等无法直接测量的天体的质量。牛顿还解释了月亮和太阳的万有引力引起的潮汐现象。他依据万有引力定律和其他力学定律，对地球两极呈扁平形状的原因和地轴复杂的运动，也成功的做了说明。推翻了古人类认为的神之引力。

4.经典力学体系的建立

历史背景：和万有引力定律的发现一样，经典力学体系的建立同样也是在前人的基础之上：如，伽利略通过对自由落体的研究，已经发现了惯性运动和在重．．．．．．．．．．．．．

力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想。行星运动．．．．三定律的发现，使整个太阳系的运动的图景以更加简单明了的形式被揭示出来。．．．

由于开普勒的发现，使太阳系成为一个严格按照确定规律运行的力学系统。这也为牛顿力学体系建立打下坚实基础。

经典力学体系的建立：牛顿对科学的杰出贡献是他建立了经典力学的体系，这集中地体现在他的著名著作《自然哲学的数学原理》一书中。1687年出版的．．．．．．．．．

这部著作共分三卷，第一卷分析了物体在向心力作用下的运动，第二卷分析了物

体在阻力介质中的运动。在这两卷中，阐述了作为力学基础的时间、空间、质量、动量、力等基本概念，叙述了运动的基本定律，即牛顿力学三定律，解释了书中．．．．．．．

所使用的数学问题，并用演绎方法推演出万有引力定律。第三卷是关于宇宙的构造，这是用已发现的力学定律去解释哥白尼学说和天体运动的规律。

历史意义和对人类影响：《自然哲学的数学原理》，它以三大运动定律和万有引力定律为基础，建立了完美的力学理论体系。科学内容及由此引发的科学形态的变化，改变了人们对科学的基本看法，使人们建立了一种新观念。改变旧技术，寻求新方法，科学在改变技术中的作用被人们越发认识。科学可以改善生活，知识为人类服务可以使人类生活得更幸福被更多的人接受。多数学者相信科学有益于人类的进步，相信人类能够得到充分的自然知识，相信自然界可以被人正确认识。

三、在地质学方面，以1669年提出的地质学三定律为发端，以莫诺和伍德．．．．．．

沃德为代表的第一次“水火之争”为动力，以地质考察为实验基础，在18世纪．．．．

初具规模，此时期为地质学奠基时期。

5.早期地质学。

初期奠基过程：以文艺复兴为转机，人们对地球历史开始有了科学的解释。意大利的达·芬奇、丹麦的斯泰诺、英国的伍德沃德、胡克等等，都对化石的成因作了论证。胡克还提出用化石来记述地球历史；斯泰诺提出地层层序律；在岩．．

石学、矿物学方面，李时珍在《本草纲目》中记载了200多种矿物、岩石和化石；德国的阿格里科拉对矿物、矿脉生成过程和水在成矿过程中的作用的研究，开创了矿物学、矿床学的先河 等等。

四、在生物学方面，林奈的生物分类学代表了早期生物学主要成就。

6.林奈建立人为分类体系和双名制命名法。

“双命名法”创立过程：1741年，林奈担任植物学教授，潜心研究动植物分类学，在此后的20余年里，共发表了180多种科学论著，特别是1753年发表的《植物种志》一书，是他历时七年的年的心血结晶，在这部著作中共收集了．．．．

5938年植物，用他新创立的“双名命名法”对植物进行统一命名。

历史意义和对人类的影响：他把前人的全部动植物知识系统化，摒弃了人为的按时间顺序的分类法，选择了自然分类方法。他创造性地提出双名命名法，包括了8800多个种，可以说达到了“无所不包”的程度，被人们成为万有分类法。致力于对植物的分类，他写了《自然系统》一书，使杂乱无章的关于植物方面的．．．．

知识形成了完整的系统。

五、在化学方面，波义尔的元素定义、贝歇尔和施塔尔的燃素假说代表了早期化学发展的两个主要阶段。

7.燃素化学时期。

燃素说的发展历程：18世纪，新的化学概念和燃素学说双方支持者展开激烈辩论。 1703年，德国哈雷大学的医学与化学教授格奥尔格·恩斯特·斯塔尔把普利斯特里的“ 油土”重新命名为“燃素”，并把这个理论发展成更广泛的．．．．．

理论体系，用以说明氧化、呼吸、燃烧、分解等很多化学现象。金属是灰碴与燃素的 化合物，加热释放了燃素而剩下灰碴。总的说来，燃素为一切可燃物体的根本要素，油、脂、木、炭及其他燃料含有特别多的燃素。当这些物体燃烧时，燃素便释出，或则进入大气中，或则进入一个可以与它化合的物质中如灰碴，从而形成金属。到1740年，燃素理论在法国被普遍接受；十年以后，这种观点成为化学的公认理论。

历史意义和对人类的影响：燃素说对燃烧现象正好做了颠倒的解释，把化合过程描述成了分解过程，但却使当时的大多数化学现象得到了统一的解释，帮助人们摆脱、结束炼金术思想的统治，使化学得到解放，在历史上起到了积极作用。尽管燃素说本身是错误的，但它却引导和启发人们去思考、探索，并不断地实践、验证、修正假说或是得到新的发现。也正是在这种不断的过程中积累起来的大量的科学实验材料，为科学的燃烧理论的创立准备了条件。

六、终点

8.神创论上的回归

原因：科学的发展不是凭空进行，而是必须以已有的科学成果为发展的起点。当时已有的天文学数学知识为力学的发展创造了前提，而力学发展较完善的状况又促成了哲学史上机械自然观的形成。从人的认识规律来看，人类对客观事物的认识总是从认识简单事物进而深化认识复杂事物的，认识机械运动是科学认识的第一任务。在科学认识第一阶段，暂时把事物看成彼此无关的固定不变的东西进行研究是可以理解的，一旦科学家们把一切高级复杂运动都简单类比为机械运动，并且把力学中的外力照搬过来，就变成了否认事物内部矛盾的机械外因论。他们认为，自然界绝对不变，自然界只是在空间上扩张，展现其多样性，而在时间上没有变化，没有发展的历史。不变的行星一定始终不变地绕着不变的太阳运行，由于它不承认物质的发展，不能回答自然界的一切从何而来，最后只能搬用神的创造力来解释，自然科学又回到了神学之中。

七、天文学

9.康德的星云假说——第二次科学革命。

星云假说的提出：1755年，德国著名哲学家康德出版了《宇宙发展史概论》，．．．．．．．．书中提出了著名的星云假说。康德的星云假说能较好解释太阳系的某些现象。他认为，太阳系以及一切恒星都是由原始星云在引力和斥力的作用下逐渐聚集而成的。宇宙中的万事万物有生有死，而发展是永无止境的。

历史意义和对人类的影响：恩格斯1875年为《自然辩证法》写的一篇导言中，给予康德的星云假说极高的评价。说它“包含着一切继续前进的起点。”因为既然地球是随着太阳系的形成而逐渐形成和发展起来的，那么，地球上的万物山川、动物和植物，自然也有它逐渐形成和发展的历史。“如果立即沿着这个方向坚决地继续研究下去，那么，自然科学现在就会进步得多。”康德的星云假说有力冲击了形而上学的机械自然观，是继哥白尼天文学革命后的又一次科学革命。

第二章、 近代自然科学晚期发展重大事件（18世纪中期——19世纪末期）

简述：晚期近代自然科学发展起点是康德的天体演化学说的兴起，终点是19世纪末物理学危机的发生，主要标志是辩证自然观的兴起。

历史背景:工业革命的兴起。18世纪60年代，英国开始了工业革命，这也是近代以来的第一次技术革命。不过，在第一次工业革命期间，许多技术发明大都来源于工匠的实践经验，科学和技术尚未真正结合。总之，在18世纪中叶以前，自然科学研究主要是运用观察、实验、分析、归纳等经验方法达到记录、分类，积累现象知识的目的。在18世纪中叶以后，由于启蒙运动的发展，“自然科学便走进了理论的领域而在这里经验的方法就不中用了，在这里只有理性思维才能有所帮助。”理性思维就是对感性材料进行抽象和概括，建立概念，并运用概念进行判断和推理，提出科学假说，进而建立理论或理论体系。

一、在天文学方面，天体演化学、天体光谱学代表了晚期近代天文学发展的主要成就，特别是一太阳光谱和恒星光谱为基本分支的天体光谱学，成为20世纪初星期的天体物理学的先导。

1.天体演化学。

历史背景：法国笛卡儿和布丰在1644年和1745年先后提出天体形成的看法。．．．．．

科学的天体演化学至今只有二百多年的历史。十八世纪中叶以前，欧洲在学术思想上占统治地位的仍是万物不变的僵化的自然观。德国哲学家康德于1755年和法国数学家拉普拉斯于1796年各自提出了太阳系起源的星云说，从而在僵化的．．．

自然观上打开了一个缺口，这对自然科学和哲学都产生了重大影响。

内容含义：天体演化学是天文学的一个分支，它研究各种天体以及天体系统的起源和演化，也就是研究它们的产生、发展和衰亡的历史。天体的起源是指天体在什么时候，从什么形态的物质，以什么方式形成的；天体的演化是指天体形成以后所经历的演变过程。通常说的天体演化，往往也包括起源在内。

历史意义和对人类的影响：二十世纪，随着科学技术的发展，不仅是太阳系，而且有关各类恒星、银河系以及河外星系的观测资料和新发现越来越多。随着理

论物理学各分支的建立，现代天体物理学发展起来了。天体观测研究的新成果推动了天体演化学的发展。太阳系起源和演化的研究很活跃。在恒星的演化研究方面，取得重大突破。星系的起源和演化问题成为当前的科学前沿之一。 ．．．．．．．．

2.天体光谱分析学：

天体光谱分析学含义：应用光谱学的原理和实验方法用于天体光谱，以确定天体的物质结构、性质和化学组成成分的分析法。

历史意义和对人类影响：人类所知的关于宇宙的几乎全部知识都是通过对来自天体的光的研究获得的。恒星光谱的形态决定于恒星的物理性质、化学成分和运动状态。光谱中包含着关于恒星各种特性的最丰富的信息。迄今关于恒星本质的知识，几乎都是从光谱研究中得到的。近年来研究主要成果有：谱线认证，元素丰度，光谱分类的解释，等。

二、物理学方面，以19世纪初，托马斯·扬为代表的光的波动说的兴起，拉开了物理学革命的序幕，主要表现为：电磁学的发展和量子论的产生。

●电磁学的发展

3．托马斯·扬证实光的波动说——电磁学的孕育。

波动说的理论依据：1801年，托马斯·扬的著名的杨氏干涉实验，先用双孔后来又用双缝获得两束相干光，在屏上得到干涉花样。这一实验为波动光学的复兴作出了开创性的工作，由于它的重大意义，已作为物理学的经典实验之一流传于世。他还发现利用透明物质薄片同样可以观察到干涉现象，进而引导他对牛顿环进行研究，他用自己创建的干涉原理解释牛顿环的成因和薄膜的彩色，并第一个近似地测定了七种色的光的波长，从而完全确认了光的周期性，为光的波动理论找到了又一个强有力的证据。

历史意义和对人类影响： 虽然杨氏的理论以及后来的辩驳都没有得到足够的重视、甚至遭人毁谤，但他的理论激起了牛顿学派对光学研究的兴趣。

4.奥斯特发现电流的磁效应——电磁学的诞生。

电磁学的诞生：在19世纪之前，人们基本上认为电与磁是两种不同现象，但人们也发现两者之间可能会存在某种联系，因为水手们不止一次看到，打雷时罗盘上的磁针会发生偏转。1820年7月，丹麦教授奥斯特通过实验证实了电与磁的相互作用，他指出磁针的指向同电流的方向有关。这说明自然界除了沿物体中心线起作用的力以外，还存在着旋转力，而这种旋转力是牛顿力学所无法解释的，这样，一门新学科，电磁学诞生了。

历史意义：奥斯特的发现震动了物理学界，科学家们纷纷做各种实验，力求搞清电与磁的关系。

5.电磁学研究的发展历程。

安培对电磁学的贡献： ①奥斯特发现电流磁效应的实验，引起了安培注意，使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动，他全部精力集中研究，两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右手定则的报告，以后这个定则被命名为安培定则；②接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引，电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论；③安培还发现，电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似，创制出第一个螺线管，在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计；④他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了著名的分子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在，每个磁分子成为小磁体，两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。当外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，分子间相邻的电流作用抵消，而表面部分未抵消，它们的效果显示出宏观磁性。安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实，它带有相当大的臆测成分；在今天已经了解到物质由分子组成，而分子由原子组成，原子中有绕核运动的电子，安培的分子电流假说有了实在的内容，已成为认识物质磁性的重要依据；⑤安培做了关于电流相互作用的四

个精巧的实验，并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律，描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”，1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献，电流的单位“安培”以他的姓氏命名。

法拉第——电磁场学说创始人：他发现了“电磁感应”并提出了“场”的概．．．．

念。1833年，他总结了前人与自己的大量研究成果，证实当时所知摩擦电、伏打电、电磁感应电、温差电和动物电等五种不同来源的电的同一性。他力图解释电流的本质，导致他研究电流通过酸、碱、盐溶液，结果在1833～1834年发现电解定律，开创了电化学这一新的学科领域。他所创造的大量术语沿用至今。电解定律除本身的意义外，也是电的分立性的重要论据。1831年总结出电磁感应定律，1845年他还发现了“磁光效应”，播下了电、磁、光统一理论的种子。 ．．．．

麦克斯韦——电磁场理论：麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。但法拉弟的学说都是用直观的形式表达的，缺少精确的数学语言。于是，他于1865年根据库仑定律、安培力公式、电磁感应定律等经验规律，运用矢量分析的数学手段，提出了真空中的电磁场方程。以后，麦克斯韦又推导出电磁场的波动方程，还从波动方程中推论出电磁波的传播速度刚好等于光速，并预言光也是一种电磁波。这就把电、磁、光统一起来了，这是继牛顿力学以后又一次对自然规律的理论性概括和综合。是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论预见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。

赫兹——用实验证实了电磁波的存在：赫兹在柏林大学随赫尔姆霍兹学物理．．．

时，受赫尔姆霍兹之鼓励研究麦克斯韦电磁理论，当时德国物理界深信韦伯的电力与磁力可瞬时传送的理论。因此赫兹就决定以实验来证实韦伯与麦克斯韦理论谁的正确。依照麦克斯韦理论，电扰动能辐射电磁波。赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理，设计了一套电磁波发生器。赫兹实验不仅证实麦克斯韦的

电磁理论，更为无线电、电视和雷达的发展找到了途径。赫兹的发现具有划时代的意义，它不仅证实了麦克斯韦发现的真理，更重要的是开创了无线电电子技术．．．．．．．的新纪元。

6.电磁学在实际领域中的应用和对人类生活产生的影响。

利用赫兹的发现，意大利物理学家马可尼、俄国的波波夫先后分别实现了无．．．．．．

线电的传播和接受，使有线电报逐渐发展成为无线电通讯。所有这些电器设备都需要大量的电，这远远不是微弱的电池所能提供的。1866年，第一台自激式发电机问世使电流强度大大提高。70年代，欧洲开始进入电力时代。80年代还建成了中心发电站，并解决了远距离输电问题。电力的广泛应用是继蒸汽机之后近代史上的第二次科技革命。电磁学的发展为这次科技革命提供了重要的理论准备。由于自然科学的新发现被迅速应用于生产，第二次工业革命在欧美国家蓬勃兴起。

●量子论的萌芽

7.古典力学的挑战，量子论的萌芽。

以太漂移实验：正当古典物理学达到顶峰，人们陶醉于“尽善尽美”的境界时，却出人意料发生了一系列震惊整个物理学界的重大事件。首先是迈克耳逊和莫雷为了寻找地球相对于绝对静止的以太运动进行了著名的以太漂移实验。但实验结果却同古典理论的预测相反。

“紫外灾难”：在对比热和热辐射的研究中又出现了“紫外灾难”等古典理论不可克服的矛盾。古典物理学再次受到严重的挑战，第三次面临重大的危机。

“伦琴”射线：十九世纪末，德国物理学家伦琴发现了一种能穿透金属板使底片感光的X射线。

放射性现象和放射性元素的发现：贝克勒尔发现了放射性现象。居里夫妇受贝克勒尔启发，发现了钋、镭的放射性，并在艰苦的条件下提炼出辐射强度比铀强200万倍的镭元素。1897年，汤姆生发现了电子，打破了原子不可分的传统观念，电子和元素放射性的发现，打开了原子的大门，使人们的认识得以深入到

原子的内部，这就为量子论的创立奠定了基础。量子论是反映微观粒子结构及其运动规律的科学。

●相对论的积淀

8．爱因斯坦的相对论的研究。

十九世纪末期是物理学的大变革时期，爱因斯坦从实验事实出发，重新考查了物理学的基本概念，在理论上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推动了天文学的发展。他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。理论天体物理学的第一个成熟的方面——恒星大气理论，就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来的。爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，坚守着“上帝不掷骰子”的量子论诠释（微粒子振动与平动的矢．．．．．．

量和）的决定论阵地，解决了长期存在的恒星能源来源的难题。近年来发现越来越多的高能物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜，并推断出后来被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概念的理论基础。

三、在地质学方面，从18世纪末开始，以维尔纳和赫顿为代表的第二次“水火之争”的兴起，是近代地质学进入一个新的发展时期，此时已奠定了大地构造学说的基础。

9．第二次“水火之争”

历史背景： 在英国工业革命、法国大革命和启蒙思想的推动和影响下，科学考察和探险旅行在欧洲兴起。旅行和探险使得地壳成为直接研究的对象，使得人们对地球的研究从思辨性猜测，转变为以野外观察为主。同时，不同观点、不同学派的争论十分活跃，关于地层以及岩石成因的水成论和火成论的争论在18世纪末变得尖锐起来。

“水火之争”：德国的维尔纳是水成论的代表，他提出花岗岩和玄武岩都是

沉积而成的，并对岩层作了系统的划分。英国的赫顿提出要用自然过程来揭示地球的历史，以及地质过程“即看不到开始的痕迹，也没有结束的前景”的均变论思想。水火之争促进了地质学从宇宙起源论、自然历史和古老矿物学中分离出来，并逐渐形成了一门独立的学科。

10.赖尔的地质渐变理论。

赖尔所提出的地质进化思想以及他所确立的“古今一致”和“将今论古”的方法论原理不仅为地质学的发展作出了重要贡献，而且在整个科学史上也占有重要的地位。恩格斯称赞他“第一次把理性带进地质学中”。赖尔重视实践，自1818年起的50余年间，坚持到野外考察和收集资料。他以自己的学说影响和捍卫了达尔文的进化论，但迟迟没有公开表示赞同，经过30多年的迟疑和审慎思考，在晚年终于成为一个彻底的进化论者。

四、在生物学领域，生物进化论、细胞学说、微生物学和遗传学是19世纪生物学的四大杰出成就，标志着近点生物的学科规范的形成。

11.施来登、施旺提出细胞学说。

历史背景：从1665年英国物理学家R.胡克发现细胞到1839年细胞学说的建立，经过了170多年。在这一时期内,对动、植物的细胞及其内容物进行了广泛的研究，积累了大量资料。1759年C.F.沃尔夫在《发生论》一书中已清楚地描述了组成动、植物胚胎的“小球”和“小泡”，但还不了解其意义和起源的方式。1805年德国生物学家L.奥肯也提出过类似的概念。1833年英国植物学家R.布朗在植物细胞内发现了细胞核；接着又有人在动物细胞内发现了核仁。到19世纪30年代，已有人注意到植物界和动物界在结构上存在某种一致性,它们都是由细胞组成的,并且对单细胞生物的构造和生活也有了相当多的认识。在这一背景上，施莱登在1838年提出了细胞学说的主要论点，翌年又经施旺加以充实和普遍化，创立了有历史意义的《细胞学说》。

细胞学说的内容：1 细胞是有机体， 一切动植物都是由单细胞发育而来， 即

生物是由细胞和细胞的产物所构成；2 所有细胞在结构和组成上基本相似；3 新细胞是由已存在的细胞分裂而来；4 生物的疾病是因为其细胞机能失常。5.细胞是生物体结构和功能的基本单位。6.生物体是通过细胞的活动来反映其功能的。

7.细胞是一个相对独立的单位，既有他自己的生命，又对于其他细胞共同组成的整体的生命起作用。8 新的细胞可以由老的细胞产生。

历史意义和对人类的影响：细胞学说论证了整个生物界在结构上的统一性，以及在进化上的共同起源。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。

12.达尔文提出生物进化论。

历史背景：在达尔文之前，生物进化已是铁证如山了，一些敢于冲破宗教信仰的束缚的科学家也开始正视这个事实。早在十八世纪中叶，法国博物学家布封．．就已认为生物物种是可变的，但是在社会的压力下，布封被迫宣布放弃这些离经叛道的观点，因此未能产生什么影响。比布封稍后的另一位法国博物学家拉马克则要固执得多，影响也要大得多。拉马克也是试图解释进化现象的第一人，他给．．．

出了第一个进化的理论。

进化论的创立：生物进化论最早是由查尔斯·罗伯特·达尔文提出的，在其名著《物种起源》有详细的论述。生物进化论，简称进化论，是生物学最基本的．．．．

理论之一。进化（Evolution），是指生物在变异、遗传与自然选择作用下的演变发展，物种淘汰和物种产生过程。地球上原来无生命，大约在30多亿年前，在一定的条件下，形成了原始生命，其后，生物不断的进化，直至今天世界上存在着170多万个物种。

历史意义和对人类的影响：1859年，英国生物学家达尔文出版了《物种起源》，阐述了以自然选择学说为主要内容的生物进化理论，给神创论和物种不变论以沉重的打击。这也是19世纪自然科学的三大发现之一。他所提出的天择与性择，在目前的生命科学中是一致通用的理论。除了生物学之外，他的理论对人类学、心理学以及哲学来说也相当重要。

13.G．Ｊ孟德尔的遗传学两大定律。

历史背景：19世纪50－60年代，奥地利牧师、业余科学家孟德尔在捷克的一所修道院里，对于豌豆观察研究了8年，从而发现了生物遗传的规律。后来，人们尊称他为“遗传学之父”。但是，他的这一发现并不能被当时的人所理解，直到20世纪，人们才能理解他的发现的意义。根据豌豆各种各样的生长变化，孟德尔向人们展示了什么是遗传的显性定律、分离定律和独立分配定律。

孟德尔提出的遗传学两大定律：1。基因的分离定律。 杂合体中决定某一性状的成对遗传因子，在减数分裂过程中，彼此分离，互不干扰，使得配子中只具有成对遗传因子中的一个，从而产生数目相等的、两种类型的配子，且独立地遗传给后代，这就是孟德尔的分离规律。 2。基因的自由组合定律。 具有两对（或更多对）相对性状的亲本进行杂交，在F1产生配子时，在等位基因分离的同时，非同源染色体上的非等位基因表现为自由组合，这就是自由组合规律的实质。也就是说，一对等位基因与另一对等位基因的分离与组合互不干扰，各自独立地分配到配子中。

历史意义和对人类影响：随着20世纪雄鸡的第一声啼鸣，来自三个国家的三位学者同时独立地“重新发现”孟德尔遗传定律。1900年，成为遗传学史乃至生物科学史上划时代的一年。从此，遗传学进入了孟德尔时代。今天，通过摩尔根、艾弗里、赫尔希和沃森等数代科学家的研究，已经使生物遗传机制——这个使孟德尔魂牵梦绕的问题建立在遗传物质DNA的基础之上。 随着科学家破译了遗传密码，人们对遗传机制有了更深刻的认识。现在，人们已经开始向控制遗传机制、防治遗传疾病、合成生命等更大的造福于人类的工作方向前进。

14.微生物学的发展。

巴斯德：法国科学家L．巴斯德对微生物生理学的研究为现代微生物学奠定了基础。他论证酒和醋的酿造以及一些物质的腐败都是由一定种类的微生物引起的发酵过程，并不是发酵或腐败产生微生物；他认为发酵是微生物在没有空气的环境中的呼吸作用，而酒的变质则是有害微生物生长的结果；他进一步证明不同微生物种类各有独特的代谢机能，各自需要不同的生活条件并引起不同的作用；他提出了防止酒变质的加热灭菌法，后来被人称为巴斯德灭菌法，使用这一方法．．．．．．

可使新生产的葡萄酒和啤酒长期保存。

科赫：科赫对新兴的医学微生物学作出了巨大贡献。科赫首先论证炭疽杆菌是炭疽病的病原菌，接着又发现结核病和霍乱的病原细菌，并提倡采用消毒和杀菌方法防止这些疾病的传播；他的学生们也陆续发现白喉、肺炎、破伤风、鼠疫等的病原细菌，导致了当时和以后数十年间人们对细菌给予高度的重视；他首创细菌的染色方法，采用了以琼脂作凝固培养基培养细菌和分离单菌落而获得纯培养的操作过程；他规定了鉴定病原细菌的方法和步骤，提出著名的科赫法则。 ．．．．

利斯特：1860年，英国外科医生J．利斯特应用药物杀菌，并创立了无菌的．．．外科手术操作方法。 ．．．．．．

C．H．维诺格拉茨：俄国出生的法国微生物学家C．H．维诺格拉茨基于1887年发现硫磺细菌，1890年发现硝化细菌，他论证了上壤中硫化作用和硝化作用的微生物学过程以及这些细菌的化能营养特性。他最先发现嫌气性的自生固氮细菌，并运用无机培养基、选择性培养基以及富集培养等原理和方法，研究土壤细菌各个生理类群的生命活动，揭示土壤微生物参与土壤物质转化的各种作用，为土壤微生物学的发展奠定了基础。 ．．．．．．

A．И．伊万诺夫斯基：1892年，俄国植物生理学家Д．И．伊万诺夫斯基发现烟草花叶病原体是比细菌还小的、能通过细菌过滤器的、光学显微镜不能窥测的生物，称为过滤性病毒。 ．．．．．

五、在化学领域，拉瓦锡的氧化说是化学进入近代化学发展时期的起点，特别是道尔顿化学原子论的简历，标志着近代化学进入成熟发展时期，在这期间原子分子论的建立和元素周期律的发现，标志着近代基础化学的理论规范基本上形成。在无机化学领域，特别是在一三酸两碱为主体的无机化工领域，已经形成了比较完整的体系。在有机化学领域，以有机提纯、有机分析、有机结构、有机合成为基本分支的有机化学体系也基本形成。

15.拉瓦锡——近代化学的奠基人。

从试验的角度验证并总结了质量守恒定律：拉瓦锡用硫酸和石灰合成了石

膏，当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细称量了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。他的导师鲁伊勒把失去水蒸气称为“结晶水”，从此就多了一个化学名词„„结晶水。这次意外的成功使拉瓦锡养成了经常使用天平的习惯。由此，他总结出质量守恒定律，并成为他进行实验、思维和计算的基础。为了表．．．．．．

明守恒的思想，用等号而不用箭头表示变化过程。这正是现代化学方程式的雏形。 ．．．．．．．

燃烧原理——氧化说：拉瓦锡最重要的发现是关于燃烧的原理。之所以能够有此发现，是因为他第一次准确地识别出了氧气的作用。事实上，科学家确认燃烧是氧化的化学反应，即燃烧是物质同某种气体的一种结合。拉瓦锡为这种气体确立了名称，即氧气，事实上就是“成酸元素”的意思。拉瓦锡最终排除了当时流行极广的关于“燃素”的错误看法。 1777年9月5日，拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》，系统地阐述了燃烧的氧化学说，将燃素说．．．．．．．倒立的化学正立过来。

历史意义和对人类的影响：这场化学革命的意义超出了化学领域，促进了生物学、特别是生理学等学科的发展。自从氧化说把燃素赶出化学领域后，古希腊哲学家亚里士多德的

16.道尔顿和原子

道尔顿在化学方面提出了定量的概念，总结出质量守恒定律、定比定律．．．．．．．．．．和化合量（当量）定律。在此基础上，1803年又发现了化合物的倍比定律，提．．．．．．．．．．．．．出了元素的原子量概念，并制成最早的原子量表。 ．．．．

提出原子论——化学中的新时代是随着原子论开始的：1808年继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说，提出原子学说，其要点：（1）化学元素由不可分的微粒—原子构成，它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。（2）同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素的基本特征之一。（3）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。推导并用实验证明倍比定律。如果一种元素的质量固定时，那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比。

历史意义和对人类影响：最先从事测定原子量工作，提出用相对比较的办法

求取各元素的原子量，并发表第一张原子量表，为后来测定元素原子量工作开辟了光辉前景。

17．阿伏伽德罗的原子——分子论。

历史背景：最早的原子论是由古希腊哲学家留基波和德谟克利特提出的。伊壁鸠鲁（见伊壁鸠鲁和伊壁鸠鲁学派）和卢克莱修继承并发展了他们的观点。文艺复兴以后，法国哲学家P.伽森狄恢复了原子论的权威。由于近代科学的兴起，原子论的观点也被引入对自然的研究中。19世纪英国科学家J.道尔顿以定量研究方法总结了化学变化中的许多重要经验和规律，提出了科学的原子假说。

原子分子论的提出：意大利科学家A.C.阿伏伽德罗在法国化学家盖－吕萨克定律基础上引入“分子”的概念，补充并修正了道尔顿原子论的不足，从而形成了原子－分子论。原子－分子论的要点是：①一切物质都是由分子组成的，分子是保持物质化学性质的最小质点；②分子是由原子组成的，化学变化中，原子结合而成分子，分子分解成为原子，原子则是不能再分的最小单位；③不同种类的原子或分子，其性质、重量、大小也不同；④原子和分子处于永恒的运动中。

历史意义和对人类的影响：关于原子－分子的真实性，19世纪曾有过尖锐的争论。德国化学家F.W.奥斯特瓦尔德和奥地利物理学家E.马赫根本否认原子和分子的存在。奥地利物理学家L.玻耳兹曼为了捍卫原子论而与他们作了激烈的斗争，致使玻耳兹曼最后因陷于失望而自杀。这一斗争一直持续到20世纪初，由于A.爱因斯坦提出了分子的布朗运动理论，该理论又为法国物理学家J.B.佩兰的实验所证实，从而使原子－分子论最终确立起来。现代科学已能精确地测定原子和分子在空间的排列方式、它们之间的距离，甚至借助静电显微镜能将物质的原子构造拍摄成照片。

18.门捷列夫的元素周期律.

历史背景：1860年门捷列夫在为著作《化学原理》一书考虑写作计划时，．．．．

深为无机化学的缺乏系统性所困扰。于是，他开始搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据，把前人在实践中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人类关于元素问题的长期实践和认识活动，为他提供了丰富的材料。他在研究前人所得成

果的基础上，发现一些元素除有特性之外还有共性。例如，已知卤素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性质；碱金属元素锂、钠、钾暴露在空气中时，都很快就被氧化，因此都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金属例铜、银、金都能长久保持在空气中而不被腐蚀，正因为如此它们被称为贵金属。

元素周期律的发现：1868年,门捷列夫经过多年的艰苦探索,发现了自然界中一个极其重要的规律—元素周期规律.这个规律的发现是继原子-分子论之后,近代化学史上的又一座光彩夺目的里程碑,它所蕴藏的丰富和深刻的内涵,对以后整个化学和自然科学的发展都具有普遍的知道意义.1869年,门捷列夫提出第一张元素周期表,根据周期律修正了铟、铀、钍、铯等9种元素的原子量;他还预言了三种新元素及其特性,并暂时取名为类铝、类硼、类硅,这就是1871年发现的镓、1880年发现的钪和1886年发现的锗.

历史意义和对人类的影响：这些新元素的原子量、密度和物理化学性质都与门捷列夫的预言惊人相符,周期律的正确性由此得到了举世公认. 周期律在使化学知识特别是无机化学知识的系统化上起了重要作用，对于研究无机化合物的分类、性质、结构及其反应方面起了指导作用。周期律在指导原子核的研究上也有深刻的影响，放射性的位移定律就是以周期律为依据的，原子核的种种人工蜕变也都是按照元素在周期表中的位置来实现的。20世纪以后，新元素的不断发现，填充了周期表中的空位，科学家在周期律指导下，还合成了超铀元素，并发展了锕系理论。在原子结构的研究上，也获得了壳层结构的周期规律。

参考文献：

［1］傅承义，《大陆漂移、海底扩张和板块构造》，科学出版社，北京，1976。 ［2］（英）Jonathan Tennyson著.天体光谱学. 上海：复旦大学出版社，2006. ［3］百度百科网（http://baike.baidu.com/）

［4］维基百科中文网（http://ssdao.com/s.）

［5］互动百科网（http://www.hudong.com/）

［6］电磁学精品课程申报网站（http://jw1.nwnu.edu.cn/jpkc/wdxy/dcx/jxdg.asp） ［7］中国科普博览网（http://www.kepu.net.cn/gb/index.html）

［8］天涯问答网（http://wenda.tianya.cn/wenda/）

［9］自然杂志网（http://www.ilib.cn/P-zrzz.html）