西方科学简史
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山西太原
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作者文聘元
出版社江西美术
ISBN9787548057109
出版时间2019-06
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定价39.8元
货号30612320
上书时间2024-09-28
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目录
导读 西方科学发展的脉络
第一节 科学的兴起：从古代到中世纪 / 002
第二节 走向经典的科学：以牛顿为标志 / 005
第三节 现代科学：以爱因斯坦为标志 / 007
第一章 天文学
第一节 什么是天文学 / 009
第二节 太阳系的形成 / 010
第三节 恒星的一生 / 013
第四节 我们的太阳 / 016
第五节 太阳系的行星们 / 019
第六节 卫星、彗星与流星 / 026
第七节 古代天文学 / 031
第八节 哥白尼与日心说 / 036
第九节 第谷与开普勒 / 041
第十节 了不起的新发现 / 046
第二章 数学
第一节 数学是什么 / 054
第二节 代数学与几何学 / 057
第三节 古代数学 / 061
第四节 欧几里得 / 062
第五节 阿基米德 / 066
第六节 一场争论与一个名人 / 069
第七节 伟大的新发明 / 073
第八节 数学之王 / 082
第九节 非欧几何 / 087
第三章 物理学
第一节 什么是物理学 / 094
第二节 经典力学与量子力学 / 095
第三节 两种类型的光学 / 099
第四节 物质的构成 / 104
第五节 古代物理学 / 109
第六节 伽利略 / 111
第七节 牛顿 / 118
第八节 多普勒效应与以太难题 / 125
第九节 爱因斯坦与相对论 / 128
第四章 化学
第一节 化学是什么 / 146
第二节 无机化学与有机化学 / 148
第三节 分析化学、物理化学与生物化学 / 152
第四节 早期的化学 / 155
第五节 化学家眼中的原子 / 160
第六节 元素的周期律 / 163
第七节 神奇的X射线 / 167
第八节 居里夫人 / 170
第九节 化学反应的本质 / 178
第五章 地学
第一节 运动中的地球 / 184
第二节 地球的经纬度 / 192
第三节 时间的起源 / 196
第四节 春夏秋冬的产生 / 201
第五节 地球的结构 / 205
第六节 地球上的气候类型 / 211
第七节 地球的起源与演化 / 215
第六章 生物学
第一节 生命的特质 / 222
第二节 生命的化学基础 / 230
第三节 生命的起源 / 236
内容摘要
《西方科学简史》一书在梳理西方科学发展史的同时，全面、纵深地讲述了天文学、数学、物理学、化学、地学与生物学这六大基础学科，使读者既对西方科学发展史的脉络有一定的把握，又对这六大基础性学科的核心内容有整体性的了解，引导读者探寻事物发展的客观规律，注重对科学思维的培养，可以说是一本西方科学史的入门书。
精彩内容
西方科学发展的脉络“科学”一词在英语里称为“science”，其本来的意义乃是整个知识系统，包括人们对于世界的一切认知，不但包括有关自然万物的知识，还包括有关人类与社会的知识，即不但包括自然科学，而且包括人文与社会科学，这才是对科学的完整理解。不过，因为某种原因，很可能只是习惯的原因，现在人们一般情形之下只将有关自然事物的自然科学称之为科学，而将人文与社会科学从科学中划了出去，不再称其为科学。
在西方的“专业科学语言”拉丁语中，科学即scientia，它来源于scire，即学或知，其本来意义即学识或者知识，所有的学问与知识都可称为“scientia”，在德语里它的对应词是“wissenshcaft”，也是同一个意思，在英语里则是“science”，其本来意义也是如此。不过，像在汉语里一样，日常所称的“science”专门指有关自然的知识，即“naturalscience”，就是自然科学，这也就是我们在这本书里所称的科学。
第一节 科学的兴起：从古代到中世纪想精确地了解科学起源于何时是徒劳的，可以说比之想知道艺术的起源更难，因为艺术会使古人们在岩壁上留下万年之后也能识别的图画，而科学却不如此，它不会给我们留下这样的证据。不过我们还是可以从“想当然”的角度去理解一下科学的起源。例如很早以前，古人们就在观察天上的星星、太阳、月亮了，对于它们究竟是什么样的、有什么运行规律也做过一些臆测，这些观察与臆测也许就是天文学的起源了。还有，打猎时需要计算猎物的数量，远在文明诞生之前的古人想必也会找一些方式来进行这种计算，例如数手指头或者在绳子上打个结，这些就是最早的数学了。
当人类进入文明社会之后，科学自然也开始进入它的“文明”了，即以文字来记录那些早已有之的简陋的科学知识。这些东西，我们从最古老的文字里就可以略知一二。例如从古埃及的纸草书里，我们知道那时有一个聪明的贵族，他为法老设计了一座独特的计时装置。他先做了一个漏斗，下面的孔开得很小，然后在里面装上水，让水慢慢地从小孔里漏将下来，甚至还在漏斗上标记了刻度。这样，在一定的刻度之间，漏水所花的时间就是一样的，类似于我们现在的一分钟或者一小时。这个计时器也可以说是一种物理仪器。
在与古埃及文明同样古老的美索不达米亚，那里的古人们观察了天象，并且把天上星星的位置做了一番记录，制成一种星表。那一带的苏美尔人发明了楔形文字，在这种文字里有许多表示种类与属性的词汇，例如表示颜色的黑、白，表示种类的木、石，表示硬度的软、硬等等，还用这些词汇来表示各种矿物。这样，就使得几千年之后的人们仍然能够区分出苏美尔人所描述的是何种矿物。这种命名法与现在我们在生物学或者地质学上所运用的命名法则也是相似的。
如此等等，这些知识就是人类最早的科学知识，也是以后更为复杂的科学知识的基础。
古代埃及人、苏美尔人等的科学知识通过一系列复杂的过程传给了古希腊人。古希腊人在文学、哲学、艺术等方面的成就直到今天依然为后人所景仰。与之相类，古希腊人在科学方面亦成就非凡。
在古希腊人的科学成就中，我们最为熟悉的也许是德谟克利特的原子说了，他以为世间万物均由原子组成。千载之后，他的学说竟得到了相当的认可，被证明有着颇大的准确度。
除德谟克利特外，古希腊还有许多伟大的科学家，例如数学家毕达哥拉斯，他对数字有一种近乎崇拜的喜爱。例如他认为只有数才是和谐的、美好的。他找了各种各样的数，如长方形的数、三角形的数、金字塔形数等，它们都由一些数目小块构成，具有美的形状。他还认为十是最完美的数，因此天体的数目也应当是十。并且硬是臆造了所谓第十个天体“对地”。毕达哥拉斯最伟大的成就是发现了勾股定理。
除了德谟克利特和毕达哥拉斯这两个我们熟悉的哲学家兼科学家之外，古希腊著名的科学家还有天文学家菲劳洛斯、医学家希波克拉底（他被尊为西方的“医学之父”）等。
这些伟人之后，古希腊出现了另外三个更伟大的人物，就是我们熟悉的苏格拉底、柏拉图和亚里士多德了，特别是后两者，除了是伟大的哲学家外，同样是伟大的科学家。例如柏拉图，在他的“阿卡德米”里数学是最主要的学科，包括算术、平面几何、立体几何等，另外还有天文学和声学等课程。在阿卡德米的大门口刻着这样的话：“不懂几何学者不得入内。”亚里士多德则是比其老师柏拉图更伟大的科学家，甚至可以说他主要是一个科学家，其次才是哲学家。因此，在亚里士多德的思想中，内容最丰富的不是形而上学的玄思，而是富于科学精神的观察与研究。亚里士多德将他的目光投向了整个自然界，把自然界的万千个体当作自己的研究对象，试图从中寻求知识与真理。在他的学园吕克昂，教学的主要内容不是阿卡德米的数学与政治，而是倾向于生物学、天文学、物理学等自然科学。
在亚里士多德的诸多著作中，有相当一部分是有关于科学的，如《物理学》《天象学》《论梦》《论呼吸》《论颜色》《动物志》《论植物》《机械学》《论不可分割的线》等。从它们的名字我们就可以看出其研究领域包括天文学、气象学、动物学、植物学、生物学、生理学、机械学、数学、物理学等。这些学科中的一大部分实际上就是由亚里士多德本人创立的，如动物学、植物学、物理学、生理学等。
古希腊之后的古罗马时期，科学同文学、艺术一样，大体是对希腊人的模仿，而且远没有希腊人来得伟大。古罗马的科学著作是用拉丁语写成的，这个时期著名的科学家有卢克莱修，他的《物性论》既是伟大的哲学著作，也是伟大的科学著作。还有普林尼，他的《自然史》，或者译作《博物志》，是古罗马最伟大的科学著作，其中天文、地理、农业、医学等无所不包。
普林尼生活在公元1世纪，到了公元2世纪，出现了两个伟大的科学家，一个是天文学家托勒密，另一个是医学家盖伦。盖伦对我们来说可能有点陌生，您可能听说过人的四种气质，即胆汁质、黏液汁、多血质和抑郁质，这说法最初就是由盖伦提出来的。他认为人的身心特征有赖于四种体液之间的平衡，即黑胆汁、黄胆汁、黏液和血液。他甚至还进行过动物的活体解剖，对人体生理结构亦有相当了解。
公元2世纪是罗马帝国的黄金时代。此后帝国诞生了不少杰出的科学家，像3世纪的迪奥凡图斯、公元4世纪的泰昂、公元5世纪时泰昂的女儿海帕西娅，公元6世纪的辛普利西乌斯等。这里，我们只说一下海帕西娅。海帕西娅被称为西方历史上最伟大的女哲学家之一，也是第一个女数学家。她非常美丽且博学多才，是亚历山大城里新柏拉图学派的领袖，但她的命运真是惨极了。原来，远在宗教裁判所正式建立之前，基督教在拥有庞大势力后，就开始迫害异己了。受害者中之一就是海帕西娅。她在讲学回家的路上被几个基督徒抓进了教堂，他们先把她剥得一丝不挂，然后用锋利的蚌壳将她全身的肉一片片割下来，再硬生生地扯断她的四肢，最后，他们把她还在颤抖着的身躯丢进了熊熊烈火。
罗马帝国崩溃以后，西方历史进入了中世纪。这时候阿拉伯人占领了原来属于罗马帝国的许多地区，包括亚洲的部分地区和北非，甚至欧洲的西班牙。阿拉伯人成了科学的主角，这时候最伟大的科学家是穆斯林伊本·西拿，西方人称他为阿维森那。他是一个伟大的生理学家与医学家，被西方人尊为“最伟大的医生”。
这时古希腊与古罗马的许多典籍都被译成了阿拉伯文，在阿拉伯世界传播开来，而它们原来的希腊文本与拉丁文本却消失在基督教的汪洋大海里，西方人的科学也像其哲学与文学一样进入了黑暗时期。
西方的中世纪对科学最大的贡献也许是大学的诞生。我们知道，大学是科学研究的主要基地，正如它是培养科学人才的主要基地一样。西方第一所真正的大学是成立于11世纪的意大利的博洛尼亚大学，后来法国的巴黎大学、英国的牛津大学与剑桥大学等相继建立，大学的建立为以后的科学研究奠定了最主要的基础。
第二节 走向经典的科学：以牛顿为标志中世纪之后是文艺复兴。对于西方，这既是一个古希腊与古罗马文明的复兴时代，也是一个科学巨人们创新的时代。
文艺复兴时有一样东西对科学的发展与传播产生了重大影响，这就是印刷术。印刷术是中国古代的四大发明之一，毕昇是活字印刷术的发明者，这是确定无疑的。这个事实沈括在《梦溪笔谈》里有详细的记载。但对于西方人却不是如此。他们倒不否认中国是印刷术的发明者，甚至不否认毕昇是活字印刷术的发明者。但他们认为真正的印刷术的发明者是活跃于15世纪的古腾堡。他们这样说的理由有三个：一是毕昇的发明并没有在欧洲传播；二是古腾堡所发明的用铅来铸活字的技术较毕昇的泥活字要好得多；三是古腾堡所发明的不仅有铅活字，而且有连同印刷机等在内的整个印刷系统，它能够大规模地印刷出精美的作品，使得知识在西方的流传大大加快，为知识的传播产生了巨大影响。
文艺复兴晚期或文艺复兴之后不久，出现了另一样对西方科学发展产生了重大影响的新事物——科学院。现在世界各国都有专业的科学研究院，像中国科学院，是我国科学研究的最权威机构。这样的机构最初于17世纪左右兴起于罗马，最早有罗马的林且科学院、佛罗伦萨的奇门托研究院、英国的皇家学会、法国的巴黎科学院等。科学院是专门的科学研究机构，不但进行科学研究，还办了各种科学杂志和出版社以发表科研成果、出版科学书籍。当时几乎每一个有影响的科学家都是这个或那个科学院的成员。大致在同一时期，与科学院的兴起一样，欧洲出现了一大批杰出的科学家，将科学带入了又一个黄金时代，真正建立了现代意义上的科学。在所有这些伟大的科学家之中，最伟大者乃是牛顿。
牛顿之后，为科学做出杰出贡献的人就多了，如惠更斯有关光学的理论、笛卡尔的解析几何、莱布尼茨的微积分、欧拉那些奇迹般众多的数学成果等等，有若夏夜繁星。另外值得一提的是，这时候的科学研究不再是意大利、德国、英国、法国等少数几个大国的事情了，而是推广到了整个欧洲，几乎每一个欧洲国家都有人在搞科学研究，都诞生了优秀的科学家，例如像瑞士这样的小国就出现了伯努利家族、大数学家欧拉、大生物学家哈勒等。
第三节 现代科学：以爱因斯坦为标志17世纪后，科学就这样迅猛地发展着，直到19世纪。这时候，科学的发展已经到了一定的程度，使相当一部分人包括许多杰出的科学家宣称科学发展到这个程度已经完美无缺，到达顶点了，以后科学研究的工作将只是完善已有的理论，或者对某些小漏洞做些修修补补的工作而已，其洋洋得意之态溢于言表。然而，到了19世纪末，出现了一系列新生事物，这些新生事物对旧的科学秩序产生了几乎致命的打击。
这些新东西即工业革命的技术成就，如纺织革命中的纺纱机与织布机；动力革命中的蒸汽机与内燃机；运输革命中的火车、轮船、汽车和飞机；通讯革命中的电报与电话等。这些新技术新产品迅速传遍整个西方，使西方人的生产方式与生活方式都产生了革命性的转变，使得20世纪的人们比起18或者19世纪来仿佛生活在另一个世界。
与这些技术性的成就相比，纯科学在这时候也出现了许多令科学家们感到惊异的现象。第一项是伦琴X射线的发现，他之所以将之命名为“X”，是因为当时对这种射线的各种性质几乎一无所知，显得极为神秘。伦琴也因此获得1901年第一届诺贝尔物理学奖，这标志着物理学一个新纪元的到来。
大约同时，贝克勒尔发现了物质的放射性。什么是放射性呢？简而言之就是物质能够自发地发射能量和亚原子粒子的属性。所谓亚原子粒子就是比原子还要小的粒子。放射性表示原子并不是组成物质最微小的粒子，而且物质也不是一成不变的，而是可变的。
此外，再加上否定了以太存在的迈克尔逊—莫雷试验等，它们像乌云一样笼罩在科学家们的头顶，有如悬在传统物理学上的一柄达摩克利斯之剑，随时可能掉下来，将传统科学砸得粉身碎骨。就像著名物理学家、量子理论的创立者普朗克所说的一句话：“很久以前，在宗教和艺术的领域内，现在则在科学园地内，再难以找到一个不会被人怀疑的基本原理，同时也难以找到一种无稽之谈是无人相信的。”到了20世纪初，不但原来的老问题没有解决，而且新问题接踵而至，新理论不断诞生，例如对孟德尔遗传学说的重新发现与认识像达尔文的进化论一样再一次改变了人们对于生物进化的观念。弗洛伊德的精神分析学说则极大地改变了人类对自身的认识，认识到了人类在理性之下非理性的本质。终于，1905年，爱因斯坦提出了相对论，它告诉人们，无论时间还是空间，都不是绝对的、不变的，而是相对的、可变的，甚至在物质与能量之间也没有绝对的区别，而是可以相互转换的——它的直接结果就是原子弹的诞生，如此等等，终于将本来已经摇摇欲坠的传统科学大厦一举推倒。至此，科学超越了传统科学领域，到达了全新的现代科学之境。
以上就是西方科学发展大致的脉络与路径了，此后我们关于西方科学所有的述说都将依据这条路径行走。
第一章天文学第一节 什么是天文学六大基础学科中，我们将以天文学开始，然后分别是数学、物理学、化学、地学与生物学。
我们要了解的第一个问题是：什么是天文学？
什么是天文学呢？按《不列颠百科全书》的定义：天文学是研究宇宙内所有天体和散布其中的一切物质的起源、演化、组成、距离和运动的科学。这个概念是容易理解的，我们就从它来分析什么是天文学吧！从中我们首先可以知道天文学的研究对象有两个：一是所有天体，二是散布其中的一切物质。
什么是天体呢？简而言之，天体就是宇宙间各种星体的通称。太阳系中的天体包括太阳、行星、卫星、彗星、流星以及行星际微小天体等。银河系中的天体有恒星、星团、星云以及星际物质等，河外星系则是和银河系同样庞大更加庞大的星系。
以上这些都属自然天体。近年来，利用红外线观测、射电观测以及高能探测器等发现的红外源、射电源、X射线源和γ射线源等也是自然天体。但在天空中也运行着人造卫星、宇宙火箭、行星际飞船和空间实验室等，它们就属于人造天体了。除了这些天体之外，天文学还有第二个研究对象，即“散布其中的一切物质”，它们又是什么呢？
我们知道，宇宙中有着许多天体，像恒星、行星、卫星、流星，等等。这些天体的共同特点就是它们都有一定的体积，哪怕只是几块小石头而已的流星也是如此，例如一立方米甚至一立方分米。它们都是我们用眼睛看得见、用手摸得着的实实在在的物体。但宇宙中是不是全是这类天体呢？不！除了这些外，宇宙中还有另一类型的天体，它们是一些比较特别的物质，我们的眼睛看不见、手也摸不着。具体而言主要是一些气体，例如氢，还有很少的钙、钠甚至有机分子等，此外还有大量成分多种多样的微小尘埃。这些小东西充满看上去一无所有的星球空间。它们被称为星际尘埃或者星际介质。这就是散布天体之中的物质了。它们是天文学研究的第二类对象，不过并不是我们在这里要进一步讨论的对象。
以上就是天文学所要研究的两大类对象了。还有另一个问题是：我们要研究这些对象什么样的性质或特征呢？这就好回答了，就是《不列颠百科全书》定义中的后一部分：它们的起源、演化、组成、距离和运动。
我们在这里要讲的当然不可能是前面所有的天体，而只是其中的自然天体，并且主要是那些大型的、我们比较熟悉的自然天体，如星系、太阳系、太阳、行星、彗星、卫星、流星等。
第二节 太阳系的形成天文学最重要的单个研究对象是太阳。
讲太阳首先要讲太阳系，因为太阳是太阳系里的一颗恒星。要了解太阳系首先我们要了解太阳系是一个星系。星系就是由一系列的星星组成的系统。这些星星可以是恒星，也可以是行星、流星、彗星或者小行星等等，当然还包括散布在天体之间的星际尘埃等体积微小的物质。
在一个星系之中，星星并不是杂乱无章地组织在一起的，它们相互间有着特定的关系与运动规律，它们互相影响、相互制约，共同组成一个有规律的系统，因此才叫星系。太阳系就是由许多天体组成的星系，组成它的包括恒星、行星、小行星、卫星、彗星、流星等以及杂布于它们之间的星际尘埃。
除了以上这些物质之外，太阳系、银河系乃至整个宇宙之中还有另一种东西，就是能量，它们组织在一起才构成了太阳系和整个的宇宙。
太阳系关于太阳系的形成有许多说法，其中主要的是康德的星云假说。它认为，在很久很久以前，太阳尚未形成之时，茫茫宇宙里有一团巨大的云雾状气体，主要成分是尘埃和气体之类，它的范围非常之广大，远远超过今天太阳系的范围，它总的质量也同样巨大。这团气体最主要的成分是氢和氮，占了总质量的99%以上，此外还有极少量的重元素，例如金属元素。
这团巨大的东西可以称为星云。它的主要特点是在不停地运动，从整体到组成它的每一个分子都在动。就总体而言，它有如一个旋涡，在绕着自己的中心旋转。而且，由于它有巨大的质量，就必然会产生引力，这种引力是一种向心力，它有如一只无形而无比强健的手，将星云中所有物质都往核心拖去。
这种引力作用造成了两个结果：一是星云的密度不断增大，二是使它以自己的核心为轴的旋转越来越快。这样，一些位于最外层的星云物质就会被甩了出去，它们中的一些就变成了我们现在看到的彗星。
形成彗星之后，星云还在继续收缩，并且自转的速度还在加快。收缩到这个时候，星云早已经不是当初那一团稀薄的云雾了，密度有了很大的提高，而且成了一个大致呈扁平状的球形，越往中心密度越大，隆起得也越高，这个球形可以称为“原太阳”。在原太阳的外围，那些原来的小尘埃也不再那么微小，而是集结成了大得多的粒子，这些大得多的粒子自己也有了不小的引力——根据牛顿的引力定律，物体的引力与其质量成正比。它们开始从周围捕获其他的微小粒子，像水、氨、二氧化碳等。而中心的原太阳，它这时仍在不停地收缩，除密度增大外，收缩的另一个主要结果是中心开始发热，就像空气受到压缩而释放热量一样。这时，太阳就开始具备它最基本的特性——发热了。
当这种引力增大到一定程度时，组成它的最内核的物质的原子由于受到极其巨大的压力，终于引发了核聚变反应。所谓核聚变反应简言之就是当原子的温度达到一定程度时，两个或多个较轻的原子就会迎头相撞，融合在一起，形成较重的原子核，这又叫热核反应，以后我们到讲物理时还会说到它。由于太阳的质量巨大，就为以后太阳的“燃烧”提供了几乎是无穷无尽的燃料。
在太阳外围，那些已经有了一定体积的大粒子也还在不断地吸收新的微小粒子，体积也变得越来越大了，随着体积不断增大，其引力也在增大，反过来又进一步增大了它的体积与引力。这样日积月累，它就成了原太阳周围绕着它公转的原行星。
您也许会问：为什么它们没有形成像太阳一样的恒星呢？这是因为这些行星质量虽然比较大，然而远远没有太阳大，也就是说，它内核的压力也就没有达到能够引发核聚变的反应，这样自然变不成太阳。
形成了太阳、彗星、行星等后，太阳系就基本形成了。
据天文学家们说，这个日子距今大约46亿年，而它在此前的形成过程花了大约1亿年左右。太阳形成之后，其变化非常小，不像地球那样形成后又经历了很剧烈的演化过程。
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