《科技史导论》课程课件

第六章近代自然科学的兴起第二部分近代科学技术史15世纪下半叶，欧洲发生了资本主义制度代替封建制度的社会革命。与此同时，科学领域发生了由古代科学向近代科学过渡的第一次科学革命，其主要标志是近代天文学革命、近代医学革命和经典力学的创立。第一节近代自然科学兴起的社会历史条件在中世纪后期的欧洲，由于生产力的不断发展，导致了分工的进一步扩大，增加了商品的生产和流通，加速了欧洲小农经济的解体。手工业和商品经济有了较大的发展，城市开始兴盛起来。一、欧洲资本主义生产方式的兴起大约从14世纪开始，在地中海沿岸一些城市中最先产生了一种新型的生产组织——手工工场，手工工场的出现标志着欧洲资本主义生产方式的诞生。（一）手工工场的出现欧洲最早的印刷工场中工人工作的场景手工工场的出现的直接后果是促进了生产技术的改进和工具机械的改革。分工的扩大和协作化使得集中的手工工场的操作过程更加专业化和简单化，手工劳动因而更加熟练。这为改进技术和使用机器创造了条件。1494年的威尼斯从15世纪下半叶起，欧洲各手工业部门相继出现了技术上的改革。纺织、造船、造纸、酿酒、玻璃制造、采矿、冶金和金属加工等手工技术有了较大进步。（二）技术革新与生产工具的改进纺织工场中女工们在劳作生产工具的改进又促进了动力和传动机械的改进和发展。水力和风力的利用在扩大，水轮、风车、曲柄和齿轮联动机等在14世纪已开始使用，人们还把精心制作的机械钟装在欧洲一些教堂的塔楼上。在欧洲中世纪末期的技术改革中，我国古代三大技术发明（火药、指南针、印刷术）传入西方有着特别重要的意义，是西方资本主义生产方式产生的极为重要的条件。火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的三项伟大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成新教的工具，总的来说变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最大的杠杆。

——马克思二、远洋航海与地理大发现15世纪下半叶，在资本主义商品经济迅速发展的推动下，新兴资产阶级迫切需要扩大和寻找新的贸易市场。东方的中国和印度在欧洲人的传说中是神话般的富庶，因而对狂热追求黄金和白银的早期资产阶级具有极大的吸引力，他们纷纷寻找通向东方的道路。（一）哥伦布发现新大陆从15世纪末开始，西班牙和葡萄牙先后开始了航海冒险事业。1492年8月3日，意大利人哥伦布（Columbus

）在西班牙国王的资助下开始西航横渡大西洋，于10月12日到达现今的巴哈马群岛、古巴和海地等地。1493年9月25日，哥伦布又率领一支由17艘船和1500人组成的大型远征队出航，还得到教皇的明确许诺，他可以替西班牙国王占有那些新发现的土地。1497－1504年，意大利佛罗伦萨商人亚美利哥·维斯普奇（AmerigoVespucci）两次重游此地，考察证实为新大陆。（二）麦哲伦首次完成环球航行1498年，葡萄牙人达·伽马（VascodaGama

）受葡萄牙国王资助，率领由四艘船、170名水手组成的船队，开辟了第一条自欧洲绕经非洲通往亚洲印度的航道。达·伽马（1460－1524）1519年8月10日，葡萄牙海员麦哲伦（MagalhaesMagellan）在西班牙国王资助下，率领由265名水手组成的远征队，分乘五艘船只，向西作环球航行。他们按照哥伦布的路线，渡过大西洋，航行到南美洲南部，经过麦哲伦海峡，穿过太平洋。1521年3月，到达菲律宾群岛时，麦哲伦由于介入当地居民内政被杀。1522年9月8日，麦哲伦的同伴经过印度洋，绕过好望角沿大西洋返回到西班牙。这是人类历史上第一次绕地球航行一周的壮举，证实了地球是圆形的假说。三、文艺复兴和宗教改革文艺复兴（Renaissance）运动兴起于14－16世纪，最早开始于意大利的热那亚、威尼斯、米兰和佛罗伦萨等地。佛罗伦萨成为古代艺术重新发现、重新兴起和效法模仿的中心。以后又扩展到欧洲的法国、荷兰、英国等一些国家。（一）文艺复兴文艺复兴运动以“复兴古典学术和艺术”为口号，中心思想是“人文主义”（Humanism），直接后果是促进了欧洲近代文学艺术的繁荣，促进了科学的解放。宗教的精神独裁被打破，自由探讨学术的气氛高涨。文艺复兴的伟大旗手——达·芬奇（DaVinci）

（二）宗教改革运动宗教改革运动16世纪首先发生于德国。1517年10月，德国维登堡大学神学教授马丁·路德（M.Luther）主张进行宗教改革，建立一个以信仰为基础的依赖于世俗政权的“廉洁教会”，从而建立了路德教。曾经赞同和参加路德宗教改革运动的神学博士托马斯·闵采尔（Munzer）又领导了德国农民战争，号召人们拿起武器进攻剥削者——封建主和富人，提出财产公有和完全平等的口号。1525年，闵采尔组织军队，号召全德起义，在与诸侯联军作战时被俘，英勇就义，德国农民战争最后以失败而告终。起义被镇压后农民受到审判中世纪的经院哲学家把用脑的工作和创造视为“自由”的艺术，而把用手工改变物质形态的工作和创造称作“奴隶”的艺术，在研究者和操作者之间存在着很大的隔阂。在文艺复兴时代，学者对实践的轻视开始得到扭转，科学与技术二者的关系趋于紧密。四、新科学的诞生（一）科学与技术相结合的开端从16世纪中叶开始，一些学者一反唯古代学者是从的风气，将观察和实验作为自己研究工作的基础。到17世纪，人们已经能够把观察和实验的结果加以量化，把已知的科学问题转变为数学问题。作为观察和实验的手段，大量科学仪器相继出现并逐步完善。这既是近代科学进步的一个标志，又极大地推动了它的发展。（二）观察和实验——新的研究方法弗兰西斯·培根（FrancisBacon）是英国政治家、哲学家，曾担任过总检察长、掌玺大臣兼上议院议长，但他在历史上的最大贡献就是大声疾呼提倡新的科学方法。1620年，发表代表作《新工具》。（三）弗兰西斯·培根和笛卡尔的科学方法论勒内·笛卡尔（ReneDescartes）是法国数学家、物理学家和哲学家，出生于贵族家庭。他以自己精深的思想体系和在各个科学领域中的广博知识，而成为17世纪科学和思想方面的伟人。代表作有《方法论》（1637）、《形而上学的沉思》（1641）和《哲学原理》（1644）等。弗兰西斯·培根十分强调科学机构和科学团体的作用，他认为这类组织将以群体的研究为特征，具有更高的效率。培根在1627年发表的《新大西岛》（theNewAtlantis）一书中，设计了一个科学家的合作团体，这对后来英国皇家学会的成立产生了直接影响。（四）科学组织的建立和科学交流的开展最早的科学团体是罗马的山猫学会，从1600年开始活动，直至1657年。英国皇家学会是从17世纪40年代一批追随弗兰西斯·培根的实验哲学的科学家每周举行的聚会发展而来的。1662年，英国国王查理二世批准正式成立“以促进自然知识为宗旨的皇家学会”。早期油画中的英国皇家学会1666年，法兰西科学院成立。1672年，巴黎天文台建成，隶属法兰西科学院。1670年，德国著名哲学家、数学家莱布尼兹（G.W.

Leibniz）构想建立一个被称为“德国技术和科学促进学院或学会”的机构。1700年，在莱布尼兹一手筹划下，柏林科学院正式成立，莱布尼兹本人出任第一任院长。第二节近代天文学革命第一次科学革命首先在天文学（大宇宙）和医学生理学（小宇宙）两大领域取得了突破性胜利。1543年，哥白尼的《天体运行论》和维萨留斯的《人体的构造》两部伟大的科学著作同时出版问世，成为中世纪科学与近代科学分界线上的丰碑。它标志着科学的发展已进入一个新的历史阶段。一、近代天文学的独立宣言：哥白尼的日心说在科学与宗教神学的较量中，最先突破宗教神学的藩篱，宣告科学独立的是哥白尼创立的日心说。1516年，尼古拉·哥白尼（NicolasCopernicus）开始撰写《天体运行论》（又译为《论天球的旋转》），大约在1525年完成。（一）哥白尼创立日心说《天体运行论》于1543年5月正式出版。全书共6卷，其主要内容是：①太阳是宇宙的中心。②地球在运动。③月亮是地球的卫星。④水星、金星、火星、木星、土星等行星依自己的轨道围绕太阳旋转。哥白尼把行星运动的坐标参照系由地球移到恒星上去，从而引起了天文学、物理学和数学上的一场革命。它不但摧毁了经院哲学的托勒密学说，而且极大地影响了人们的思想和信仰。《天体运行论》的问世，标志着近代自然科学首先在天文学领域揭开了序幕。《天体运行论》插图（二）日心说的传播与发展意大利哲学家、泛神论者布鲁诺（G.Bruno）在国外到处宣传哥白尼的学说，并发表自己的宇宙无限论思想。1584年，出版《论原因、本原和太一》和《论无限性、宇宙和世界》等书。“火并不能把我征服，未来的世界会了解我，知道我的价值的。”意大利物理学家伽利略（G.Galileo）不仅为近代实验科学的产生和经典力学的建立作出了奠基性的伟大贡献，也是传播和发展哥白尼日心说的杰出斗士。在天文学研究方面他拥护哥白尼的学说，并对哥白尼学说的传播起了更为突出的作用。伽利略根据光的折射原理设计制造出世界上第一架天文望远镜，使放大率增加了30倍。1610年，伽利略发表以天文观测成果为主要内容的《星际使者》和《关于太阳黑子的通讯》等论文。1632年出版《关于两种世界体系的对话》。

伽利略望远镜1979年，罗马教皇保罗二世提出为伽利略平反，在世界范围内成立了专门调查这一案件的委员会。1980年，正式宣布当年教会压制伽利略的意见是错误的。宗教法庭审判伽利略二、从第谷·布拉赫的天文观测到开普勒发现行星运动三定律丹麦著名天文学家第谷·布拉赫（TychoBrahe）进行了长期大量的天文观测，为天文学研究提供了丰富而精确的观测资料，并把哥白尼学说从科学上向前推进了一步。（一）第谷·布拉赫的天文观测第谷·布拉赫（1546－1601）1572年，第谷·布拉赫发现了银河系的第二颗新星——仙后座超新星，并于1573年发表了《新星》一文，从而成为一位著名的天文学家。丹麦第谷·布拉赫天文馆第谷·布拉赫曾经使用过的望远镜

（现藏于丹麦第谷·布拉赫天文馆）第谷·布拉赫没有完全摆脱托勒密的地心说思想，于是给出了一个半地心半日心的折中体系：即行星绕着太阳转，太阳又率领行星绕着地球转。第谷·布拉赫创造性地建立了一套天象观测方法，成为近代天文学的奠基者，并为后来开普勒和牛顿的科学工作奠定了坚实的基础，被后人誉为近代天文学的泰斗和始祖。（二）开普勒发现行星运动三定律德国天文学家和数学家开普勒（J.Kepler）出身于德国南部的一个新教徒家庭，在大学期间开始研究哥白尼的天文学。1600年1月，开普勒应邀到布拉格天文台担任第谷·布拉赫的助手。开普勒（1571－1630）1609年，开普勒在《新天文学》一书中，正式提出了行星运动的第一、第二定律。第一定律：太阳不是处在圆形轨道的中心而是位于这些椭圆轨道的一个焦点上。第二定律：单位时间内行星的向径所扫过的面积相等。开普勒第一、第二定律1619年，在《宇宙的和谐》一书中论述了行星运动的第三定律。第三定律：任何两行星公转周期的平方与此两行星轨道长半轴的立方成正比（用公式表示T2＝AR3，式中A为比例系数）。开普勒不仅是一位天文学家，也是著名的数学家，他先后于1597年和1615年出版了《宇宙图景之迷》和《新空间几何》。由于开普勒宣传哥白尼学说而遭到宗教裁判所的迫害，到处不得安生，他的书也被列为禁书。开普勒绘制的多面体宇宙模型

（模型体现了日月及五大行星的运行轨道）第三节近代医学革命在哥白尼向神学发出自然科学的独立宣言的同时，比利时医生、解剖学家维萨留斯在解剖实验的基础上出版了《人体的构造》一书，揭开了医学领域里的革命序幕。其后，西班牙医生和宗教改革者塞尔维特提出肺循环理论，英国生理学家和医生哈维创立血液循环学说，促进了近代的医学革命。一、维萨留斯出版《人体的构造》维萨留斯（A.Vesalius，又译为维萨里，1514－1564）出生于比利时布鲁塞尔的一个医学世家。1543年，维萨留斯29岁时出版了划时代的巨著——7卷本《人体的构造》，在书中描绘了300多张解剖图，纠正了盖伦的200多处错误。维萨留斯强调解剖学是医学的基础，他对人体的骨、脉、腹、脑等的研究尤为出色。他以自己在解剖过程中所看见的现象为根据，提出了两个重要的论点：第一，男人身上的肋骨同女人身上的肋骨一样多，都是12对，共24根。这样他就否认了上帝用男人的肋骨创造出女人的说法。第二，纠正了盖伦关于左、右心室相通的说法。二、塞尔维特提出肺循环理论塞尔维特（M.Servetus）是西班牙医生和宗教改革者，他在1553年出版的《论基督教的复兴》一书中提出了心肺之间血液小循环的学说，批判了盖伦的三灵气说。塞尔维特（1511－1553）三、哈维创立血液循环学说威廉·哈维（W.Harvey）是英国著名的生理学家，出生于英国肯特郡的一个富农家庭。1628年，哈维出版了讨论心脏问题的专著《心血运动论》，书中包含了作者多年来对于人和活动物的观察结果。威廉·哈维（1578－1657）哈维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系起来，这种微小的通道其实就是后来发现的毛细血管。1661年，意大利解剖学家马尔比基（Malpihi）用显微镜在蛙肺中识别出了毛细血管。1688年，安东尼·范·列文虎克（Leeuwenhoek）用显微镜亲眼看到了血液通过毛细血管的实际循环过程，从而完全证实了哈维的预言。哈维在《心血运动论》一书中进一步证明心脏的肌肉收缩是血液循环的机械原因。哈维说：“心脏是生命的开始，它是微型宇宙的太阳，正如太阳是世界的心脏一样。”恩格斯在《自然辩证法》中对哈维的发现给予了高度评价：“哈维由于发现了血液循环而把生理学（人体生理学和动物生理学）确立为科学。”第四节经典力学的创立哥白尼的日心说导致了一场天文学革命，但同时也遇到了两大困难，一是恒星视差问题，二是对地动的说明。开普勒所发现的行星运动规律，也需要一个动力学的解释。正是在这样一种理论背景下，经典力学诞生了。一、伽利略的力学研究伽利略（G.Galilei）是近代科学史上划时代的人物。伽利略对近代科学的主要贡献表现在三个方面：一是奠定了经典力学的基础；二是捍卫和发展了哥白尼的日心说；三是创立了实验和数学结合的科学研究方法。1624－1630年间，伽利略断断续续地写作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，1632年问世。1634年，伽利略开始撰写《两门新科学》，是一本关于材料力学和动力学方面的书，1637年完成。1642年1月，伽利略在受监禁的别墅里去世。伽利略在力学方面重要发现：（1）钟摆运动（2）自由落体运动定律（3）运动叠加原理二、牛顿的力学研究及其哲学思想开普勒提出了行星运动三定律，伽利略揭示了地球上物体不受阻力影响时以匀速直线运动。在此基础上，最终将开普勒和伽利略的工作进行综合，从而建立经典力学理论体系大厦的是英国科学巨匠牛顿。爱萨克·牛顿（I.Newton）是经典力学的创立者，是有史以来最伟大的科学家之一。在物理学上，牛顿发现了万有引力定律，创立了经典力学；在数学上，发明了微积分；在光学上，发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜。（一）牛顿的力学研究爱萨克·牛顿（1642－1727）牛顿出生于英国林肯郡伍尔索普乡村。1669年，牛顿被他的老师巴罗（I.Barrow）推荐，年仅27岁的他接替巴罗在剑桥大学开设的数学讲座，而巴罗则去研究神学。1671年，牛顿向皇家学会提交了他的反射式望远镜而被选为会员。牛顿反射式望远镜牛顿出生地林肯郡伍尔索普村1684年1月，英国科学家、皇家学会秘书胡克（R.Hooke）向当时的皇家学会主席雷恩和天文学家哈雷声称，自己已经发现了关于行星运动轨道的规律，但给不出数学证明，雷恩决定悬赏征解。11月，牛顿写出了《论运动》一文，就行星运动轨道与按距离平方反比的作用力之关系作了严格的数学证明。胡克（l635－1703）和他所发明的显微镜1686年，牛顿出版划时代著作《自然哲学的数学原理》，共分三篇：第一篇运用前面确立的基本定律研究引力问题。第二篇讨论物体在介质中的运动。第三篇冠以总题目“论宇宙体系”，是牛顿力学在天文学中的具体应用。大自然和它的规律隐藏在黑暗之中上帝说让牛顿出生吧一切便灿然明朗

——亚历山大·波普（英国著名诗人）（二）牛顿的哲学思想牛顿力学的建立和发展，对哲学和其他自然科学都产生了极其深远的影响。天王星、海王星、哈雷彗星的发现、地球形状的争论和潮汐现象的成功解释使牛顿力学变成了科学真理的化身。霍布斯、伏尔泰、拉美特科、狄德罗、霍尔巴赫和拉普拉斯等人对牛顿力学的思想进行了哲学提升，融无神论、机械论、决定论、还原论于一体，形成了17－18世纪占统治地位的机械哲学，即形而上学。牛顿力学对哲学的影响还在于其“绝对时空观”的提出。“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。……相对空间是绝对空间的可动部分或者量度。我们的感官通过绝对空间对其他物体的位置而确定了它，并且通常把它当做不动的空间看待。”“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性在均匀地，与任何其他外界事物无关地流逝着，可以名之为‘延续性’；相对的、表现的和通常的时间是延续性的一种可感觉的、外部的（无论是精确的或是不相等的）通过运动来进行的量度，我们通常就用诸如小时、日、月、年等这种量度以代替真正时间。”在科学方法论上，牛顿提出四条推理原则：①“除那些真实而已足够说明其现象者外，不必去寻求自然界事物的其他原因”，“因为自然界喜欢简单化，而不爱用这么多的原因夸耀自己”；②“对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一种原因”；③“物体属性，凡既不能增强也不能减弱者，又为我们实验所能及的范围内的一切物体所具有者，就应视为所有物体的普遍属性”；④“在实验物理学中，我们必须把那些从各种现象中运用一般归纳而导出的命题看作是完全正确的，或者非常接近于正确的”。第七章蒸汽机的发明与第一次技术革命第一次技术革命也称蒸汽技术革命，是指发生在18世纪中期至19世纪，以纺织机械的革新为起点，以蒸汽机的发明和广泛使用为标志的技术革命。这场革命整个地改变了欧洲资本主义经济的技术基础，实现了从手工业到机器工业的转变。第一节第一次技术革命发生的社会条件18世纪下半叶，以纺织机械变革为发端，以蒸汽机的发明和改进为标志的技术革命是近代以来的第一次技术革命，对资本主义生产的各个领域带来了极其深刻的影响，从而掀起了遍及欧洲资本主义世界的近代产业革命。工业革命（也称产业革命）是以生产技术上的革命性变革为核心的，它的发生是近代资本主义生产发展的必然产物，是由政治经济的相关条件所决定的。一、资本主义生产的发展17～18世纪，欧洲各主要国家先后取得了资产阶级革命的胜利。资产阶级革命废除了封建制度，取消了封建割据和等级制度等不利于资本主义发展的种种束缚，为资本主义生产方式的建立开辟了道路。（一）资本主义生产关系的发展为工业革命创造了重要前提对外贸易和海上掠夺是刺激资本主义生产的直接动因之一。早期的资本主义国家，如葡萄牙、西班牙和英国等，热衷于海外扩张、殖民活动和奴隶贸易，并展开了激烈的竞争。资本主义势力扩展带来了世界性的影响，欧洲殖民主义者在亚洲、非洲和美洲占领了大片土地。资本主义海外贸易的发展，极大地刺激了英国国内经济和生产，纺织行业首先迅速发展起来。新兴资产阶级为了扩大牧场而增加羊毛的产量，实行“圈地运动”，建立大规模牧场。到18世纪末，英国“圈地运动”结束时，小农经济已基本消灭，资本主义的大租佃农场经营已占统治地位。圈地运动和资本主义的发展打破了昔日绚丽和恬静的乡村生活（二）早期资本主义工业为工业革命提供了必要的物质技术条件早期资本主义工场手工业已经具有了生产社会化的资本主义结构关系。分工协作有利于工具改革和专门化，便于建立最佳的生产结构，为以机器操作代替手工操作，以自然力代替人力，扩大生产规模创造了条件，并为机器制造准备了熟练工人。水（风）磨和钟表，这是过去传下来的两种机器，他们的发展还在工场手工业时代就已经为机器时期做了准备。

——马克思16世纪，荷兰出现了风磨、行军磨、马车磨等，后来德国工程师又在手磨上安装了飞轮。17世纪末18世纪初，水轮经过不断改进，已成为一般动力机械并广泛应用于矿山、冶炼、锻造、造纸、制革等各个方面。18世纪的水磨体系已经出现了由工作机、传动机和动力机三部分组成的机器系统的雏形。（三）资本主义自由竞争迫切要求改进技术提高竞争能力18世纪60年代，产业革命首先从英国最早发展起来的工业部门是纺织业，确切地说是棉纺织业。17世纪末，英国从荷兰引入棉纺技术。棉纺织业技术基础薄弱，设备简陋，而且在国内被毛纺织业看作是最危险的竞争者，受到种种限制和打击。英国棉纺织业又受到品种优良的印度棉布的强烈竞争，因此，棉纺织业迫切要求革新技术。

18世纪以前欧洲的纺车二、工作机的革新和对新动力的要求英国工业革命开始于工作机——纺织机械的发明。

一切发展的机器，都由三个本质上不同的部分——发动机、传动机构和工具机或工作机构成。工业革命并不是开始于动力，而是开始于英国人称为workingmachine（工作机）的那部分机器。

——马克思

（一）纺纱机的发明与改进——珍妮机、水力纺纱机和骡机棉纺织业分为纺纱和织布两个主要部门，英国初期纺织中心在兰开夏。1733年，兰开夏的织布工兼钟表匠约翰·凯伊（JohnKay）发明飞梭，代替手工投递，使织机效率提高一倍，并使布面加宽。

凯伊和装有飞梭的织布机1763年，兰开夏的织布工兼木匠哈格利夫斯（Hargreaves）发明了一种由一个手摇转轮同时带动8个直立纱锭的纺纱机，并以他的妻子珍妮的名字命名为“珍妮纺纱机”。珍妮机是一项重大的技术革新，恩格斯称之为“从根本上改变了英国工人状况的第一个发明”。1769年，英国理发师阿克莱特（Arkwright）发明了用水力作为动力的水力纺纱机。1771年，阿克莱特在曼彻斯特建立了第一个水力棉纺纱厂。到l779年，该厂拥有几千个纱锭并雇佣了300个工人。1790年，使用阿克莱特水力棉纺机的工厂已达150家之多，大部分工厂拥有七八百工人，资本主义工厂制度取代了家庭手工业。标志着纺纱机革新完成的是英国童工出身的发明家克伦普顿（Crompton）发明的走锭精纺机——骡机。1779年，克伦普顿把水力纺纱机和珍妮机的优点结合起来，设计了一种用水力驱动的性能更好的“缪尔”纺纱机（mule，骡机，意即混合机）。（二）织布机的发明与改进——卡特莱特织布机1785年，英国牧师卡特莱特（Cartwright）发明水力驱动的卧式自动织机，提高效率40倍。1791年，第一座装配卡特莱特织布机的工厂在曼彻斯特建立。在纺纱机和织布机的革新过程中，与之配套的一系列机器，如净棉机、梳棉机、自动卷纱机、漂白机、染整机等，也都先后发明出来。整个棉纺织业已经完成了由工场手工业向机器大工业的过渡，实现了棉纺织业整个部门的机械化。（三）工作机的革新对动力提出了新要求棉纺织业的机械化引起了化工、原料、燃料、运输等各个相应部门加速机械化的连锁反应。机器生产的规模日益扩大，而动力却远远落后于机器大发展对动力日益增长的需求。当时的燃料矛盾也对动力提出了要求。随着生产的发展，尤其是肥皂业、冶金业、造纸业、印刷业等高热工业的发展，木材的消耗量急剧增加，出现了燃料危机。寻求新动力，满足日益增长的机器大生产对动力能源的需求，成了当时技术革命的重大课题。第二节蒸汽机的发明和改进蒸汽机的发明基于人们对蒸汽动力和压力的认识，而人们对蒸汽的认识又可以追溯到古希腊。早在公元100年左右，亚历山大城的希罗（Hero，又译为赫伦）曾制造出一种按照喷射反作用原理动作的雏形蒸汽玩具。17～18世纪，真正把蒸汽动力用于工业生产。一、蒸汽机的早期发展蒸汽机从科学理论上起源于对真空和大气压力的认识。1643年，意大利物理学家托里拆利（E.Torricelli）通过著名的水银柱实验，发现并测定了大气压力。1647年，法国科学家帕斯卡（B.Pascal）出版《关于真空的新实验》。（一）对真空和大气压力的认识1654年，德国物理学家格里凯（O.von

Guerick）在马德堡进行了关于大气压力的半球实验，这个著名的实验使真空和大气压力的概念为世人所接受。1662年，英国化学家波义耳（R.Boyle）发现了气体的体积与压力成反比的定律。（二）第一部活塞式蒸汽机的设计1690年，法国物理学家、英国皇家学会会员巴本（D.Papin，又译为帕平）设计了第一部活塞式蒸汽机。巴本的设计以《一种获取廉价大动力的新方法》为题发表。巴本是第一个应用蒸汽在汽缸中推动活塞，第一个指出蒸汽机的工作原理，为以后活塞式蒸汽机的发展开辟了道路。（三）第一部应用于实际的蒸汽机——“矿山之友”1698年，英国军事工程师塞维利（T.Savery，又译为萨弗里）制造了无活塞式蒸汽机——“矿山之友”，直接靠蒸汽冷却造成的真空把水从矿井中吸上来，然后再通过蒸汽将水压到更高的地方。塞维利蒸汽机第一次真正地将蒸汽变成动力，是历史上付之于实际应用的第一部蒸汽机。“矿山之友”（四）纽可门蒸汽机1705年，英国锻工纽可门（T.Newcomen）综合了巴本的气缸活塞和塞维利的靠冷凝蒸汽形成真空由大气压力做功的优点，制成了第一台较为实用的大气蒸汽机。纽可门蒸汽机的抽水工作机构和提供动力的蒸汽机已完全分开，这就为把蒸汽机广泛应用于其他工业领域提供了可能性。纽可门蒸汽机纽可门活塞式蒸汽机结构示意图1769年，英国土木工程师斯密顿（J.Smeaton）对纽可门蒸汽机进行了全面改进：改造了锅炉，改进了点火、燃烧方法，重新设计了炉壁，加大阀门和管路尺寸。设计制造了一个专用铣床，不断改进零件和制造工艺，尤其是汽缸镗孔方面，使蒸汽机效率几乎提高一倍。（三）瓦特对蒸汽机的重大改进英国仪器修理工瓦特（J.Watt）对纽可门蒸汽机进行了根本性的变革。瓦特出生于苏格兰诺克镇，没有受过系统的学校教育，18岁时被送到格拉斯哥学习仪器制造术。1763年，瓦特受命修理格拉斯哥大学从伦敦购回的一台运转不灵的纽可门机，得以仔细研究纽可门机的结构。瓦特（1736－1819）1765年，瓦特发明了分离的冷凝器。1769年，制成装有分离冷凝器的单动式蒸汽机，并取得了专利。1774年，瓦特采用铸铣汽缸和炮筒镗床加工技术，解决了汽缸的精密加工问题，试制成功新的蒸汽机。1776年，第一台实用型瓦特蒸汽机在布鲁姆菲尔德煤矿开始实际使用。1781年，瓦特设计了利用齿轮机构带动飞轮转动的机械装置，把活塞的直线运动变为圆周运动。1782年，瓦特又获得了两面轮流受蒸汽作用的往复式蒸汽机和利用输入蒸汽的1/2冲程膨胀做功两项重要专利，大大节约了蒸汽的消耗，提高了效率。1783年，瓦特采用了一套连杆、曲轴传动机构制成了第一台实用的旋转式蒸汽机，同时还采用一套联动装置，造成平行运动，实现了各个进汽阀门随活塞运动的自动启动过程。1784年，瓦特获得新的旋转式蒸汽机专利。同年，英国建立了第一座以蒸汽机为动力的纺纱厂。到1790年，瓦特蒸汽机几乎全部取代了老式的纽可门蒸汽机。瓦特蒸汽机对整个工业技术产生了巨大影响，为整个工业提供了一种“万能的原动机”。1801～1804年，蒸汽机在棉纺织业已普遍采用，接着又迅速扩展到其他轻、重工业部门。

瓦特的伟大天才表现在1784年4月他所取得的专利的说明书中，他没有把自己的蒸汽机说成是一种用于特殊目的的发明，而把它说成是大工业普遍应用的发动机。

——马克思

1800年，瓦特入选英国皇家学会。曾经工作过的格拉斯哥大学授予瓦特名誉博士学位。1819年，瓦特在伯明翰逝世。随着生产的发展，往复式蒸汽机已经不能适应需要。19世纪后期，热力学、材料力学和冶金工业等都有了一定的发展，因而汽轮机得到了相应的发展。瓦特旋转式蒸汽机第三节蒸汽机时代技术的发展工作机的革新和发展，要求蒸汽机为它提供动力；蒸汽机的发明又为工作机的普遍推广创造了有利条件。工作机和蒸汽机的普遍使用，对机械的需要量迅速增长，导致机器制造工业的同步发展。工业革命是由蒸汽机和与之紧密联系在一起的其他技术的发展共同促成的。一、迅速发展的机器制造业近代机器的产生和发展是从18世纪开始的。在近代机器产生之前，工场手工业已经培育和造就了一批熟练的手工工人，为机器制造工业提供了必要的技术基础。工具机和动力机的制造和改进已经为机器制造工业大发展创造必要的条件：（1）蒸汽机为机器制造业提供了强大的动力机；（2）创造了能够直接代替手工操作的机械装置。1797年，英国机械师亨利·莫兹利（H.Maudsley）在制造带有移动刀架的车床方面，迈出了决定性的一步。刀架的发明在机床发展史上占有重要的地位，标志着金属切削加工技术发生了质的飞跃，从而为机床的全面发展创造了条件。亨利·莫兹利（1771－1831）19世纪初，各种锻压设备和金属加工车床、铣床、磨床、刨床、钻床、齿轮及螺纹加工机床等陆续出现。英国工程师惠特沃斯（J.Whitworth）倡导机器零件螺纹标准化，改进螺纹切削方法，制造的标准螺纹规可以测出百分之一的误差。龙门刨床、牛头刨床、钻床、锯床等相继出现，还出现了使用蒸汽动力的冲孔床、切板床等冷加工机器。惠特沃斯（1803－1887）二、钢铁工业的诞生与发展机器制造业的基础是钢铁业。日益发展的工业对钢铁的需要也日益增大，机器制造业的发展壮大，大大推动了钢铁工业的发展。17世纪以后，英国的冶铁业迅速发展。到1719年，冶铁业约占英国工业总产值的1/3。1735年，英国人亚伯拉罕·达比（A.Darbey）父子发明焦炭炼铁法，将煤先炼成焦炭，降低燃料消耗。1750年，英国钟表匠亨兹曼（B.Huntsman）发明了坩埚炼钢法，炼出的钢相当纯净，被称为“坩埚钢”。1784年，英国工程师亨利·考特（H.Cort）发明了搅拌法，使用搅炼炉在铁熔化后将其搅拌成团，冷却后锻压即成熟铁。1856年，英国工程师贝塞默（H.Bessemer）发明转炉炼钢法，约10分钟时间即可炼出10～15吨钢，大大提高了钢的产量和质量。1864年，德国工程师西门子（W.Siemens）和法国工程师马丁（Martin）发明平炉炼钢法。1879年，英国工程师托马斯（S.G.Thomas）创制碱性衬里的平炉，解决矿砂冶炼问题。贝塞默（1813－1898）西门子（1823－1883）三、蓬勃发展的交通运输业产业革命不仅引起社会生产方式的巨大变革，而且给社会经济结构带来深刻影响。生产日益社会化，商品经济蓬勃发展，国内外市场不断扩大，资本主义扩张和掠夺战争，成了推动交通运输业迅速发展的重要因素，同时蒸汽机的发明也为交通运输业提供了新的动力。（一）蒸汽船1790～1794年，英国兴起开挖运河热，力图组成国内水道运输网。蒸汽机发明以后，很多人曾试图将它应用到交通运输业中去。18世纪末，首先出现的蒸汽船是以蒸汽机为辅助动力的帆船，然后出现的是以风帆为辅助动力的汽船。英国“运河之父”布里奇沃特公爵1786年，美国发明家罗伯特·富尔顿（R.Fulton）东渡伦敦，结识了瓦特，激发了他用蒸汽机推动船舶的热情。1807年，富尔顿在美国建造了“克莱蒙特”（Clermont）号明轮船，在纽约市的哈德逊河下水，作为往返于纽约和奥尔巴尼之间的定期班轮。“克莱蒙特”号的试航成功，标志着蒸汽动力船取代帆船的新时代的开始。富尔顿建造的“克莱蒙特”（Clermont）号轮船在汽船的推进方式方面，一种是桨轮，另一种是螺旋桨。1843年，第一条螺旋桨蒸汽船“大不列颠”号横渡大西洋，证明了螺旋桨推进器的可靠性。1845年，英国海军部在装有螺旋桨推进器的巡洋舰“响尾蛇”号和明轮汽船“爱里克托”号之间进行比赛，结果“响尾蛇”号将“爱里克托”号倒拖过来以2.5节速度前进。19世纪美国的火轮船（二）蒸汽机车1800年，英国工程师特里威席克（R.Trevithick）首先研制了铁路机车，并于1800年获得专利。特里威席克研制成功适合交通运输需要的高压双发动机，还发明了烟斗排气从而可以获得充分的牵引力。1814年，英国发明家史蒂芬逊（G.Stephenson）在继承前人成果的基础上，制造了第一台可以实际运行的铁路蒸汽机车，时速6.5公里，牵引30吨货物。1815年，他针对第一台机车的缺点，又制造了第二台蒸汽机车“旅行者”号，速度提高了一倍。1825年，由史蒂芬逊负责勘测和修建的斯托克顿—达林顿铁路建成，“旅行者”号列车进行试车表演。1830年，另一条更重要的铁路曼彻斯特—利物浦铁路建成。1830年，史蒂芬逊和他儿子共同制造的“火箭”号机车参加了举行的蒸汽机车大赛。此列车第一次完全采用火车头牵引，时速29公里，载重17吨，运行全程112.6公里，比赛结果荣获冠军。这预示着一个新的“铁路时代”的到来。1834～1836年间，英国政府投入铁路修筑的资金高达7000万英镑。19世纪40年代，美、法、德、俄等国政府也着手兴建铁路。19世纪末，世界铁路里程已达65万公里，到20世纪20年代又几乎翻了一番，达到127万公里，形成了工业化时代陆路交通运输网，用力地促进了资本主义的发展。四、化学工业早期用酸牛奶和草木灰漂白纺织品，蒸汽纺织机产生后，迫切需要高效率的制酸和制碱技术。1746年，英国医生罗巴克（J.Roebuck）发明铅室制硫酸法，经改进后投入连续生产，由此开始了硫酸的工业化生产。1831年，英国人菲利浦（Philips）创造了铂催化剂接触制酸法。（一）制酸与制碱技术罗巴克（1718－1794）1788年，法国医生勒布兰（N.Leblane）提出以氯化钠为原料的制碱法。1862年，比利时化学家索尔维（E.Solvey）发明了制造纯碱的氨碱法，实现了制碱工业生产连续化。到20世纪20年代，索尔维法取代了勒布兰法，成为19世纪下半叶的主要制碱法。勒布兰（1742－1806）索尔维（1838－1922）1845年，德国化学家霍夫曼（A.W.Von

Hfmann）研究煤焦油染料化工技术问题，首先在煤焦油中发现了苯胺，先后合成了多种染料、香料、杀菌剂、解毒剂等，促进了德国煤化学工业迅速发展。（二）有机化学工业霍夫曼（1818－1892）1856年，霍夫曼的学生、英国青年化学家帕金（W.H.Perkin）在研究利用煤焦油中提炼出来的苯胺合成奎宁的过程中，意外地发现了一种自然界中没有的优良染料——苯胺紫。帕金获得专利以后，在英国建造了世界上第一个合成煤焦油染料工厂，从煤焦油中提取了大量的芳香族化合物，制成种类繁多的香料、杀菌剂、炸药、药品等。帕金（1838－1907）工业革命前，农业肥料主要是粪肥、种子饼等有机肥料；工业革命后，人工合成肥料也发展起来。1837年，德国化学家李比希（J.V.Hiebig）分析了土壤的化学成分，提出合成肥料理论。19世纪50年代，氮、磷、钾肥的生产技术有了很大进展。（三）农业化学李比希（1803－1873）第四节第一次技术革命的历史意义18～19世纪，以蒸汽机的产生和发展为主要标志的产业革命，是近代以来的一场深刻的技术革命，给社会经济、政治、思想带来了极其深刻的影响，资本主义生产方式取得了统治地位，资本主义制度在欧美先进国家取得普遍胜利。同时，资本主义生产方式的固有矛盾也日益明显地表现出来了。（一）工业革命带来了社会生产力的巨大发展，促进了资本主

义经济的迅速增长。18世纪蒸汽机的发明，人类第一次实现了把热能转化为机械能，并且还把它扩大到电能、化学能等多种多样的能量形式，成为人类征服自然和改造自然的强大力量。蒸汽动力的广泛应用，带动了纺织工业、机器制造业、冶金工业、煤炭工业、交通运输业的飞跃发展。资产阶级在它的不到一百年的阶级统治中所创造的生产力，比过去一切世代创造的全部生产力还要多，还要大。自然力的征服，机器的采用，化学在工业和农业中的应用，轮船的行驶，铁路的通行，电报的使用，整个整个大陆的开垦，河川的通航，仿佛用法术从地下呼唤出来的大量人口，——过去哪一个世纪能够料想到有这样的生产力潜伏在社会劳动里呢？

——《共产党宣言》（二）工业革命进一步摧毁了旧的生产关系，使资本主义制度最终确立。蒸汽机的发明和工业革命的兴起，资本主义机器大工业代替了旧的工场手工业，一系列新的生产部门相继产生，社会经济结构发生了深刻变化，资本主义生产关系占据了统治地位。工厂制度完全改变了工人的地位，工人成为机器附属物，使资本主义雇佣奴隶制度在工业中得到了确立。从手工工场向工厂过渡，标志着技术根本变革，这一变革推翻了几百年来积累起来的工匠手艺，随着这个技术变革而来的必然是：社会生产关系的最剧烈的破坏，参加生产者的各种集团之间的彻底分离，与传统的完全决裂，资本主义一切黑暗面的加剧和扩大，以及资本主义的使劳动大量社会化。

——列宁（三）工业革命使资本主义本身所固有的基本矛盾日益加剧。资本主义经济的基本矛盾是生产社会化和生产资料资本主义私人占有之间的矛盾。这个矛盾从资本主义关系产生起就存在。随着工业革命大发展，机器大工业的出现，生产日益社会化，资本主义的固有矛盾充分暴露出来并日趋尖锐，引起资本主义周期性的生产过剩危机。（四）产业革命使工人阶级和资产阶级的矛盾和斗争日益尖锐

起来。随着机器大工业的出现，无产阶级队伍登上了历史舞台，并且不断发展壮大。工人阶级也在实践中得到一次又一次的锻炼和提高，并逐渐从自发阶级转变为自觉阶级，和资产阶级展开日益尖锐的斗争，作为资产阶级奴役对象的无产阶级，现在成了埋葬资本主义的掘墓人。

17世纪和18世纪从事创造蒸汽机的人们也没有料到，他们所造成的工具，比其他任何东西都更会使全世界的社会状况革命化，特别是在欧洲，由于财富集中在少数人手里，而绝大多数人则一无所有，起初是资产阶级获得了社会和政治的统治，而后就是资产阶级和无产阶级之间发生阶级斗争，这一阶级斗争，只能以资产阶级的崩溃和一切阶级对立的消失而告终。

——恩格斯第八章自然科学的全面发展及新自然观的确立18～19世纪，欧洲资产阶级在政治、经济领域的全面胜利，为近代自然科学的发展提供了前提条件，从而使近代自然科学进入了全面发展时期。在这一时期，近代自然科学由积累材料进入到以整理材料为主的理论综合的新阶段。各种新学说、新理论不断涌现，把人类对自然界的认识推进到了前所未有的深度和广度。科学技术的全面繁荣，在社会上产生了广泛的影响，同时也引起了哲学观念方面，特别是自然观认识方面的根本变革，推翻了统治人们思想长达两个世纪的形而上学机械唯物主义自然观，确立了辩证唯物主义自然观。第一节天体演化和地质进化理论的发展以蒸汽机的产生和发展为主要标志的产业革命，是近代以来的一场深刻的技术革命，促进了18～19世纪天文学、地质学、物理学、化学和生物学等各个学科的全面发展。一、天体演化理论世界上第一个提出具有科学价值的天体起源学说的是德国科学家、哲学家康德（I.Kant，1724－1804）。康德于1755年发表《宇宙发展史概论》，提出了太阳系起源的星云假说。康德（1724－1804）（一）康德星云假说康德星云假说依据的科学事实：科学家通过天文观测，已经发现太阳系内行星公转轨道具有共面性，行星公转的方向具有同向性，行星公转轨道呈近圆性。康德认为：原始星云是由弥漫于宇宙空间的不停运动着的无数物质微粒组成；其密度不均匀，密度较大的部分可以从它周围吸引密度较小的物质微粒，以后它们自己又同所聚集的物质一起，聚集到密度更为巨大的地方，并如此一直继续下去。康德星云假说能够解释行星的共面性、近圆性和同向性，也能解释行星的不同密度和质量的形成。但由于当时许多科学家受形而上学、经验主义的影响，厌恶理论思维，看不起假说；也由于康德假说本身的思辨成分太多，有许多问题解释不清楚，所以这个假说发表以后没有引起人们的广泛注意，埋没了半个世纪之久。直到18世纪末，法国著名数学家、天文学家拉普拉斯（P.S.Laplace，1749－1827）根据天文观测资料，对天体的形成从数学和力学方面作了论证，提出了类似的星云假说后，康德的观点才为人们普遍接受。1796年，拉普拉斯出版了《宇宙体系论》一书，提出了他的星云假说。（二）拉普拉斯星云假说拉普拉斯认为，形成太阳系的云是一团巨大的、炽热的、转动着的气体，大致呈现球状。由于冷却，星云逐渐收缩，从而使转动速度加快了，在中心引力和离心力的共同作用下，星云逐渐变为扁平的盘状。在星云收缩过程当中，每当引力和离心力相等时，就有一部分物质留下来形成一个绕中心旋转的环，以后又不断地形成好几个环。最后，星云的中心部分形成了太阳，各个环便形成了不同的行星。比较大的行星在凝聚过程中又分出了一些气体物质环，形成了卫星系统。由于二者非常类似，人们就把这两个假说统称为“康德—拉普拉斯星云假说”，比较完整圆满地解释了天体运动的一些规律。直到19世纪末，这一学说都占统治地位。康德—拉普拉斯星云假说的重要意义在于提出宇宙中的天体不是一成不变的，而是由演化而来的。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。恩格斯曾经高度评价说，康德的星云假说是从哥白尼以来天文学取得的最大进步。康德－拉普拉斯星云假说二、地质进化理论近代地质学在19世纪开始形成为一门独立的科学。1833年，赖尔《地质学原理》出版，标志着近代地质学的诞生。1644年，法国数学家、哲学家笛卡尔（R.P.Descartes）在《哲学原理》一书中讨论了地球的形成过程。笛卡尔认为，“以太”旋涡不断研磨着粒子，形成几种元素，其中有一种元素就是形成地球的原料。笛卡尔（1596－1650）1680年，德国著名数学家、哲学家莱布尼兹（G.W.Leibniz）出版《原始地球》，提出地球形成与变化理论。莱布尼兹猜想地球最初是高温发光物体，后逐渐冷却，表面形成皱褶（即山脉）。这些早期猜测和研究，思辨性都比较强，科学性不足。但以这些研究为基础，使后来的地质研究分成不同的学派，其中主要有水成论和火成论，灾变论和渐变论。莱布尼兹（1646－1716）（一）关于岩石成因的水成论和火成论之争英国地质学家伍德沃德（J.Woodward）认为地球上的岩石是由水的作用形成的，这个观点被称为“水成论”。1695年，伍德沃德在《地球自然历史探讨》一文中，认为地球曾经有过一个历史时期被巨大的洪水淹没了，绝大部分生物遭到了灭绝，并且变成化石。意大利科学家莫罗（Mauro）在1740年发表《论在山里发现的海洋生物》一文中提出了“火成论”。莫罗认为，岩石是由火山喷发造成的，地下火的一再爆发作用就重复形成了多层地层；由于每次爆发的喷出物不能立即盖满全球，所以在多次爆发以后，埋藏在各个地层中的物质就有差别；化石是埋藏在新形成的地层中的动植物遗骸，由于陆地的隆起而出现在高山上。莫罗（1687－1764）到18世纪后，在对地球岩石圈历史演变的认识上两派斗争更激烈。德国地质学家维尔纳（A.G.Werner）水成论的代表和集大成者。维尔纳等人认为，一切结晶岩都是在原始海洋中形成的，都是水成岩。后来由于全球水位突然下降，才使岩石的较高部分露出水面形成陆地和高山，但在这一过程中构成地壳的岩石圈本身并没有任何改变。由于水成论与圣经中的描述一致，一时占了上风。维尔纳（1749－1817）沉积岩（水成岩）英国地质学家赫顿（J.Hutton）是火成论的代表和集大成者。赫顿等人认为，地球内部是熔融的岩浆，通过火山爆发在地面凝结成花岗岩，由于地下熔融岩浆的推动，还将引起已经形成的沉积岩倾斜变形。后来法国地质学家在一个偶然机会中发现了玄武岩，沿着玄武岩的分布一直追索到火山口，说明玄武岩也是火成岩。在火成论的指导下，建立了地壳运动的观念。赫顿（1726－1797）1787年，冰岛附近的海底玄武岩发生一次火山大喷发，使火成论又抬了头。后来在英国苏格兰山上开会讨论时，两派互不相让，形成地质史上的武斗事件。这两派观点都有合理之处，但又都不全对，因为岩石本来就分沉积岩和火成岩（花岗岩、玄武岩）。从思维方法上看，两派都犯了绝对化的错误。争论有时会产生动力，促进科学的发展，应正确对待历史上那些错误的或不全对的理论。1787年，冰岛拉基火山喷发，形成有史以来规模最大的熔岩流，覆盖了218平方英里(约合564平方公里)的区域，冰岛共有大约9300人丧命。（二）关于地壳运动的灾变论和渐变论之争18世纪以来，在产业革命的推动下，采煤、采矿、运河和隧道过程等推动了地质学的主要分支学科矿物学、岩石学、地层学的建立和发展。人们通过分析和比较了大量的古生物化石，逐渐认识了地壳运动和变化的历史。但是，在地壳运动变化的方式上，长期存在着“灾变论”和“渐变论”之争。灾变论的代表是法国动物学家、解剖学家、古生物学家居维叶（G.Cuvier），对地质科学的贡献是确立了生物地层学的研究方法。居维叶在对巴黎盆地地层的研究中，发现老地层中化石少，而且化石生物原始；新地层中化石多，生物物种也较复杂。这本来可以看成生物不断进化的证据，但居维叶认为，在地球的历史上多次出现过局部地区的自然环境的灾变，如洪水、地震等等。这种变化使当地的生物灭绝，从原出迁移过来的生物代替了原有的生物。这些不同时代的物种之间没有联系，地球表面的历次变动都是间断的。居维叶（1769－1832）这种洪水的反复进退不是以缓慢和渐进为特征，恰好相反，大多数激变是突变引起的……较老的地层的位错和倒转没有任何疑问地表明，置岩石于现在这样位置的过程是突然和强烈的……这可怕的洪水常席卷地球上的生命。无数生物因激变而消失了。那些习惯于干燥陆地生活的生物被大洪水卷走，而当海底突然变为干燥的陆地时，另外一些水生生物被枯死；整个物种灭绝了，它们留下少量遗迹，使自然研究者现在也难于辨认。

——居维叶《地球表面的革命》

居维叶关于地球经历多次革命的理论在词句上是革命的，而在实质上是反动的。它以一系列重复的创造行动代替了一次上帝的创造行动，使神迹成为自然界的根本的杠杆。

——恩格斯火成论的代表赫顿又是地质学中进化思想的先驱，他的思想被后来的英国地质学家赖尔（C.Lyell）所继承和发展。赖尔考察了欧洲许多不同地区的岩层，运用大量的地质事实支持地质渐变论。1833年，科学名著《地质学原理——参照现在起作用的原因来解释地球表面过去发生的变化》一书出版。

赖尔（1797－1875）在《地质学原理》中，赖尔以丰富的地质资料证明，江河、海流、潮汐、风雨、冰雪、火山、地震等自然作用至今仍在持续缓慢地改变着地球的表面状况，地球的历史在时间上是连续的，现状是以前变迁的结果，是“长期一连串前后相继事变的结果”，而不是像灾变论者所说的彼此隔绝而无联系。《地质学原理》民国译本《地质学原理》的发表标志着近代地质学的独立，这主要表现在完成了地质科学体系、确立了地质进化的科学概念、总结了地质研究的科学方法三个方面。只是赖尔才第一次把理性带进地质学中，因为他以地球的缓慢变化这样一种渐进作用，代替了由于造物主的一时兴发所引起的突然革命。

——恩格斯第二节十九世纪化学的三大发现19世纪，化学的三大发现是科学原子论的提出、元素周期律的发现和有机化合物的合成。道尔顿原子论的产生，开辟了近代化学发展的新纪元；元素周期律的发现，奠定了无机化学的理论基础；有机化学和无机化学的创建，带来了物质结构论和化学工业的蓬勃生机，形成这一时期化学发展的重要力量。一、科学原子论的确立19世纪化学的最重要的成就之一是科学原子论的提出和确立。1789年，法国化学家拉瓦锡（A.L.Lavoisier，1743－1794）根据大量的化学实验建立了质量不灭定律。从此，化学中能够使用天平进行精确的研究，也使化学得以进入定量研究阶段。拉瓦锡（1743－1794）1803年，英国化学家道尔顿（J.Dalton，1766－1844）引入了化学元素原子量的概念，将古希腊思辨的原子论改造成了定量的化学原子论。1808年，又在《化学哲学新体系》里更加系统和充分地阐述了他的原子论。（一）道尔顿原子论道尔顿（1766－1844）道尔顿认为：化学元素都是由不可再分的最小微粒原子组成，原子在化学变化中保持其本性不变；同一元素原子的各种性质和重量都完全相同，不同元素的原子则不同，一切元素最基本特征是源自质量；不同元素的原子按照简单整数比合成化合物。道尔顿忽视原子和分子的区别，认为单质只是简单原子的组合，不存在分子状态，只有化合物才是复杂原子，是由分子组成的。1811年，意大利化学物理学家阿佛加德罗（A.Avogadro，l776－1856）提出分子概念，并认为单质物质的分子是由相同原子组成的简单分子，化合物分子是由不同原子组成的复合分子，“分子是物质存在的独立单元”。为了纪念阿伏伽德罗的伟大功绩，一摩尔物质所含的分子数（6.02×1023）被命名为阿伏伽德罗常数NA。所著4大卷《可度量物体物理学》，是关于分子物理学最早的一部著作。（二）阿佛加德罗提出分子概念阿佛加德罗

（l776－1856）阿佛加德罗的正确思想受到半个多世纪的不公正待遇，遭到权威们的猛烈攻击。道尔顿是反对这个新理论的先锋。他坚持认为，相同的原子要互相排斥，不可能结合成一个分子。直到1860年，在德国召开的国际化学会议上，意大利化学家康尼扎罗（S.Canizzaro）才说服化学家接受分子概念，澄清了半个多世纪以来理论上的混乱。康尼扎罗

（1826－1910）二、元素周期律的发现大量元素的发现以及原子量的精确测定，使人们开始探讨元素性质与原子量的变化关系。1869年，俄国化学家门捷列夫（D.I.Mendeleev）编制了一份包括当时已知的全部63种元素的周期表。门捷列夫认为：按照原子量大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性。门捷列夫（1834－l907）1871年，对周期表作了进一步的修改，使之基本具备了现代周期表的形式。

在这份周期表中，门捷列夫明确指出：元素及其化合物的性质与元素的原子量有周期性的依赖关系，元素的性质是原子量的周期性函数。镓（1875年）、钪（1880年）和锗（1886年）等先后被发现，而且它们的性质与了门捷列夫所预言的“类铝”、“类硼”和“类硅”等几乎完全一致。门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量变引起质变的规律，完成了科学上的一个勋业。

——恩格斯元素周期律的发现具有伟大的科学意义和哲学意义：（1）从本质上揭示了各种化学元素之间的区别和联系，实现了对无机化学从感性认识到理性认识的飞跃；（2）将原来认为是彼此孤立、各不相关的各种元素看成是有内在联系的统一体，表明元素性质发展变化的过程是一个由量变到质变的过程。三、有机化合物的合成19世纪初，在化学界和生物学界还广泛流行一种“生命力论”，认为只有依靠某种生命力才可能制造出有机物，有机物只能在动植物有机体内产生，而在生产中和实验里，绝不能合成有机物，也不可能从无机物合成有机物。（一）“生命力论”1824年，德国年轻的化学家维勒（F.WÖhler，1800－1882）在从无机物氯化氨和氰酸银的反应过程中，人工合成了过去只能从有机生物体中才能提取的有机化合物尿素。1828年，维勒发表《论尿素的人工合成》一文。（二）人工合成尿素维勒（1800－1882）尿素的人工合成，是有机化学发展过程中的重大突破，这一发现不仅揭示了无机界和有机界之间的互相联系和统一，而且动摇了“生命力论”的基础，为有机合成开辟了广阔前景，因而是化学发展史上的里程碑。此后，人们又陆续合成了醋酸、脂肪、己糖、葡萄糖、果糖以及嘌呤类化合物和多肽等有机化合物，从而扫除了笼罩在有机化合物上的迷雾，证明了化学定律对有机物和无机物是同样适用的。有机化合物的不断合成，也促进了有机结构理论的发展。（三）有机化学理论的发展1832年，德国化学家李比希（F.A.Liebig，1803－1873）和维勒在苦杏仁油、安息香酸等有机化合物中发现了一种共同的结构，他们称为安息香基，其组成是（14C＋10H＋2O），在此基础上他们提出有机化合物是由基组成的。1838年，李比希进一步提出基团理论。李比希（1803－1873）1834年，法国巴黎工业大学化学教授杜马（J.B.Dumas，1800－1884）发现基团并不稳定，基团中的源自能被别的原子所代替，而类型不变，于是提出了类型论。杜马认为有机化合物存在两种类型：一种是化学类型，这类有机物化学式相似，化学性质也相似；一种是机械类型，这类化合物仅仅是化学式相似。为了解决有机化合物分子式的写法问题，李比西的学生、法国化学家热拉尔（Gerhardt，1816－1858）在1842年提出了有机化合物的化学式的4容积标准。后来热拉尔与杜马的学生、法国化学家洛朗（Laurent，1807－1853）合作，初步建立了有机化合物的分子概念，写出了比较正确的分子式，使有机化学理论有了可靠的基础。1852年，李比希的学生、英国化学家弗兰克兰（Frankland，1825－1899）发现某种原子在化合时都有一种要求与互相化合的原子达到一定数目的饱和能力，提出了“化合力”的概念。其所说的“化合力”后来叫“化合价”。弗兰克兰代表作有《无机化学》（1870年）和《有机化学》（1872年）等书。弗兰克兰（1825－1899）1858年，李比希的另一个学生、德国化学家凯库勒（Kekule，1829－1896）发展和推广了弗兰克兰的想法，提出了“原子数”即原子价的概念，指出碳的原子价是4，进而提出碳原子间可以构成链状的学说。凯库勒的另一项重要贡献是创造了苯的环状结构学说。苯是19世纪30年代发现的一种有机物，后来人们把苯的分子式写成C6H6。1861年，俄国喀山大学校长、化学家布特列洛夫（ByTJIepob，1828－1886）最先明确提出“化学结构”的概念。布特列洛夫在德国自然科学家和医生代表大会上作了题为《物质的化学结构》的报告，首次阐明了有机化合物结构的基本原理。他指出，有机化合物的化学性质与结构之间存在着一定的依赖关系，可以由分子结构来研究化学性质，也可以由化学性质来研究分子结构。布特列洛夫（1828－1886）1864年，德国化学家肖莱马（CarlSchorlemmer，1834－1892）证实了碳原子4个化合价具有等价性，并肯定当时认为乙烷有两种异构体是一大错误，从而排除了一个假想的烷烃系列。肖莱马对有机结构理论及异构现象作了正确的解释，预见到丙醇应有两个异构体存在。后来他分离出正丙醇，并合成了该物质。肖莱马的这些划时代成就使他成为现代有机化学的奠基人之一。肖莱马（1834－1892）第三节能量守恒和转化定律的发现能量守恒和转化定律的发现，是19世纪自然科学三大发现之一。对能量守恒单纯从哲学上给以思辨性研究的历史很长，在古希腊的哲学家那里已经有所提及。19世纪，哲学家提出了运动守恒和现象之间互相联系和转化的思想。一、发现能量守恒和转化定律的三个基本物质前提在热学领域，最初研究广泛流传“热质说”，把热看做物质，就不可能存在热和机械能的转化问题。1798年，英国物理学家伦福德（CoundRumford）在德国慕尼黑兵工厂监制大炮时，发现钻炮膛所用的钻头越钝，钻削的碎屑越少，所产生的热量却越多。（一）热力学的建立伦福德（1753－1814）1799年，英国青年化学家戴维（H.Davy，1778－1829）用在真空中的时钟机械使两块冰相互摩擦并使整个仪器都保持在0˚C，几分钟后，冰融化成水，冰吸收的热是由机械运动转化而来的。这说明热是一种运动，而不是一种作为实体的热质。这些实验都沉重打击了热质说。戴维（1778－1829）19世纪初，由于蒸汽技术的发展。蒸汽机结构日渐完善，蒸汽机的煤耗量逐渐下降。1828年的蒸汽机所消耗的燃料仅为瓦特的第一台蒸汽机的1／17。第一次从理论上说明热机运行过程、建立热力学原理的是法国工程师卡诺（L.N.M.Carnot，1796－1832）。1830年，卡诺放弃热质论，转向热运动论，并且在他的笔记中明确地提出了能量守恒原理。卡诺（1796－1832）卡诺在笔记中写到：“热不是别的什么东西，而是动力（能量），或者可以说，它是改变了形态的运动，它是一种运动。……在自然界中存在的动力，在量上是不变的。准确地说，它既不产生，也不消灭。实际上，它只是改变它的形式，这就是说，它有时引起一种运动，有时引起另一种运动，但它决不消失。”卡诺还在手稿中计算了热的机械当量为370千克米／千卡。（二）生理学抛弃了神秘的活力观点，而把生命过程作为普通

的自然过程生理学方面的成就是能量守恒定律的第二个基本前提。19世纪初对植物的研究表明，拉瓦锡的物质守恒定律、普劳斯特的定组成定律对有机体同样适用，而植物就像一个独特的化学实验室，它能把吸收的无机物、矿物质在体内转化成有机物。迈尔、赫尔姆霍兹等人进一步认为，能量在有机体内的一切表现都应该追溯到能量的某种已知的物理的或化学的来源，思维的劳动、动物的发热都是依靠包含在机物质中的、从食物吸收来的潜在能量而产生的。（三）物理学家证明自然界力的统一性和可转化性自然界力的统一性和可转化性的证明是能量守恒定律的第三个基本前提。在19世纪，电转化为热、热转化为电以及电磁互相转化的关系得到普遍承认。法拉弟（M.Faraday，1791－1867）在证明自然界的力的统一性和相互转化性方面作了许多工作。法拉弟的“场”概念就是在普遍联系思想的指导下产生的。法拉弟（1791－1867）二、能量守恒和转化定律的发现由于上述三个物质前提理论的发展，到19世纪30～40年，经过五个国家、六七种不同职业的十几个科学家的共同努力，终于揭示了各种运动形式之间的统一性。在能量守恒和转化定律确立的过程中，德国医生迈尔、德国物理学家赫尔姆霍兹和英国业余科学家焦尔等人的工作尤其值得一提。（一）迈尔德国医生迈尔（R.Mayer，1814－1878

）是第一个发表能量守恒和转化定律的人。1840年，迈尔作为随船医生到印度尼西亚，发现热带病人的静脉血颜色很红，很接近动脉血。这使迈尔认识到，由于外界温度很高，为了维持身体的热量，使得机体只需要消耗较少的物质。迈尔认为，生物体内能量的输入和输出是平衡的，食物中所含的化学能和机械能一样，可以转化为热能。迈尔（1814－1878）1845年和1851年，迈尔发表《与物质交换有关的有机运动》和《关于热的机械当量的说明》，更广泛地考察了运动的不同形式，有机械运动、热运动、电（物理力的第四种表现形式）和化学作用等。在1842