科学史纲要第讲近代物理学革命之笛卡尔与机械论哲学

1、第八讲 近代物理学革命之笛卡尔与机械论哲学笛卡尔笛卡尔生平介绍 出生在法国的贵族家庭 1604年就读于耶稣会学 校 1618年师从德国物理学 家依萨克比克曼学习 数学和力学 1619年加入巴伐利亚军 队，之后周游欧洲各国 ，最后定居荷兰笛卡尔笛卡尔生平介绍 1628年 指导哲理之原则 1634年 论世界 1637年 谈谈方法（附录中包含折光学、 气象学、几何学） 1641年 第一哲学沉思录 1644年 哲学原理、冥想录 1649年前往瑞典任宫廷哲学家 1650年2月11日去世笛卡尔与解析几何 解析几何：又称“坐标几何”，是将平面上的点与有序数对(x, y)一一对应，由此实现几何曲线与代数方程的对应。如此，几何问题就可以归结为代数问题。意义：把传统数学中对立着的两个研究对象“数”与“形”统一了起来，并在数学中引入了变量的思想。这是数学史上划时代的进步。 恩格斯对笛卡尔的这个贡献给予了高度评价。 他说：“数学中的转折点是笛卡尔的变数。有了变 数，运动进入了数学；有了变数，辩证法进入了数 学；有了变数，微分和积分也就立刻成为必要了， 而它们也立刻就产生”。方法论l 笛卡尔在方法谈中提出了四条

2、规则,以确保理 性演绎的正确进行。 1决不把任何我没有明确地认识其为真的东西当作真 的加以接受,也就是说,小心避免仓促的判断和偏见 ,只把那些十分清楚明白地呈现在我的心智之前,使 我根本无法怀疑的东西放进我的判断之中。 直观方法，先验观念论 将怀疑作为方法，同时反对怀疑主义 2把我所考察的每一个难题,都尽可能地分成细小的 部分,直到可以而且适于加以圆满解决的程度为止 。 分析方法方法论（续）3按照次序引导我的思想,以便从最简单、最容易 认识的对象开始,一点一点逐步上升到对复杂的 对象的认识,即便是那些彼此之间并没有自然的 先后次序的对象,我也给它们设定一个次序。（注：次序，指的是数学推理程式的“次序” ） 演绎方法4把一切情形尽量完全地列举出来,尽量普遍地加 以审视,使我确信毫无遗漏。 检验，慎思我思故我在精神实体 一切皆可怀疑（普遍怀疑） 唯一不可怀疑的是“我在怀疑”这一事实 既然我在怀疑，那就是说“我”存在 “我思故我在”（Cogito ergo sum）我们无需认识外部世界，就可以认识心灵，亦即在 认识论上，心灵独立于物质世界存在着两种实体：心灵和物质物质即广延物质实体 对于物质

3、世界而言，只有一种根本属性广延亦即物质的本性在于它具有长、宽、高举一块刚从蜂房里取出来的蜡为例：它还没有失去它含有的蜜的甜味，还保存着一点它从花里采来的香气；它 的颜色、 形状、大小，是明显的；它是硬的、凉的、容易摸的，如果你敲它一 下，它就发出一 点声音。总之，凡是能够使人清楚地认识一个物体的东西，在 这里边都有。有人把它拿到火旁边：剩下的味道发散了，香气消失了， 它的颜色变了， 它的形状和原来不一样了，它的体积增大了，它变成液体了，它热了， 摸不得 了，尽管敲它，它再也发不出声音了。 亦即，唯一可以留下来性质的是它广延性心灵不具有广延实体二元论(心物二元论）广延是长宽高，意味着可以数学化实体二元论的后果 把人与自然区分开来人成为旁观者，自然变成 纯粹的研究对象p 亚里士多德主义：一个物体是红的,是因为它的表面有红色 ；一个物体是热的，是以为它具有热质，对于亚里士多德来 说，红和热都是真实存在的性质。 笛卡尔：想象红色和热质存在于物体中，其实只是我们的感 觉投射于物理世界之上p 文艺复兴时期的自然主义：超自然力量（吉尔伯特的磁的灵 魂） 笛卡尔：这种超自然力量只是将我们精神的某些属性

4、投射到 物理世界上而已运动即位移 以上是笛卡尔对“世界究竟是什么”这个问题的第一个方面 的回答，而第二个方面则涉及到“运动观”。 自然应该在物质世界的框架下，用广延、形状和运动来解释 。 运动：就一般意义而言，运动（我此处所谓运动，即是位置 的运动，因为我们不能想到有别的运动，所以也就不必假设 自然中有任何其他运动）只是指“从一个处所到另一个处所 ” 因此，运动成为纯粹的状态概念，运动与静止都只是在 描述状态而已。 亚里士多德：静止是运动的丧失、运动的自然终结。从现代 的眼光看，它遵循的是动量守恒原则。为什么会守恒？从动量守恒原理到惯性原理 上帝创造了物质，同时也创造了运动和静止，并且通过观 常的协作，使得他在创造时施加的运动和静止的量在宇宙 中保持不变动量守恒定律 一个物体只要没有什么东西改变它，它就保持原来的状态 亚里士多德：运动的终结是静止 笛卡尔：既然没有什么东西会本能地趋向它的对立面（静 止 ），运动着的物体就不会本能趋向它的对立面，亦即，如果没 有其它东西影响，物体不会自动趋向静止。 惯性运动是直线运动 笛卡尔：圆周运动或曲线运动的物体持续产生一种摆脱他们转 动中心的倾向所

5、以不是惯性运动运动的原因微粒碰撞l 第一原因：超验的最普遍的原因上帝形而上学 原因l 第二原因，是按照一种自然的“规律”或“规则”，以 一种精确的和确定的方式，产生这种或那种可量化的作 用的原因物理学原因 所有的自然现象是由运动着的物质微粒引起的，因为物理世界 只包含处于运动之中的物质微粒。（原子论） 物质不是自身运动的原因，是上帝使其动起来。（第一原因） 保持物质运动不需要其它任何外力；运动是一种状态，只要没 有外部作用来改变它，运动就会继续下去。（惯性定律） 在碰撞中，运动从一个物体传递到另一个物体，运动自身是不 灭的（微粒碰撞论）要在充实的物质世界解释运动1. 物质世界只有具有广延的物质 2. 物质与广延密不可分。广延既是物质的属性，也 是它的存在方式。可延展的空间必然充满物质 必定是物质，没有真空 3. 移动需要空间（物理学意义上的）。运动是在时 间和空间中发生的 4. 当物体移动离开原来的位置时，有其它物体已经 为它腾出了空间，而它原来占据的空间则会被其 它物体所占据。 在一个充实的宇宙中，每一个粒子必须参与移动 物质的闭合循环漩涡宇宙l 我们的宇宙由无数个微粒构成，这些微粒

6、不断做闭 合循环的运动形成了一个一个的漩涡 漩涡的绝大部分区域充满了小球，由于彼此之间不 断的发生的碰撞，这些微球变成完美的球体第 二元素 而这些球体之间填满了第一元素以太， 而第三元素比第二元素巨大得多，它们就是行星漩涡理论是第一个用以替代水晶球体系的、似乎合 理的系统，盛行了半个世纪之久自然即机器 自然由没有任何活性成分的物质构成，所有的现象都可以通 过微粒运动解释。 任何“活性”“灵性”的运动都和自然运动一样，受同样的 物理学规律支配 笛卡尔：我不承认工匠制造的机械与大自然独自构造的各种 物体之间存在任何的不同，力学的一切法则肯定从属 物理学，因此一切人造之物也都是自然之物。 古希腊：自然是一个有机体 古代：人造物和自然物的区分 人在自然界的位置机械论与自然数学化的张力 近代科学的两个侧面： 自然数学化：用数学描述自然，一切自然现象都可 以用数学描述（毕达哥拉斯柏拉图传统） 机械论：所有的自然现象都可以归于运动和物质， 排除超自然力量 张力：描述 VS 因果作用机械论哲学案例:真空问题真空问题 托里拆利实验：在一根四英尺长、一端封闭的玻璃 管内注满水银，用手堵住开口的一端将管子倒

7、立 放入水银盘，松开手水银向下流，但流到水银柱高 约30英寸（760毫米）时，水银不再下流了。 1644年，托里拆利利用这 一原理制成里第一只气压计如何解释水银柱上方的“真空”l 亚里士多德：自然厌恶真空 一方面，从运动角度来说，真空中的阻力为零 因此速度 无限大 逻辑学宣称真空是指没有东西，因此说真空存在本是自 相矛盾的陈述l 亚里士多德学派的解释： 空气的气泡必然存在与试管的顶部；当试管被竖起的时 候，气泡膨胀或者扩张，直到气泡的张力能承受得起水 银的重量 液体上方产生水蒸汽，水蒸汽把液体往下压，如果没有 水蒸汽，水银会充满整个试管布莱斯帕斯卡l 针对气泡派：假设试管中真有气泡，而且是气泡凭其表 面张力支持这液体柱，那么应该可以找到液体柱的长度 和液体上方空间的关系。 而实验证明，无论液体上面的空间有多大，水银柱的长 度都保持不变l 针对蒸汽派：用酒精和水做实验 酒中比水含有更多的水蒸汽 酒比水轻 实验证明，酒柱比水柱要高，亦即重量是决定柱体高低 的主要因素布莱斯帕斯卡 1623年出生于法国，只活了39岁，却 在科学、哲学和文学上都创下了不朽 的业绩。 通过在海拔较高的地方进行的多次实 验，进一步支持了托里拆利关于大气 压力的观点。 进一步研究了液体的静力学，提出了 著名的帕斯卡原理（作用于密闭液体 中的压力可以完全传递到液体内部的 任何一处，并且垂直地作用于它所接 触的任一界面上。）真空问题盖里克 1602年出生于 德国的名门望 族，早年游学 于荷兰、法国 和英国，学习 法律和数学， 1646年当上马 德堡市的市长马德堡半球实验：使真空和大气压力为世人所接受真空问题波义尔 证实了在真空中，羽毛和铅块果然同时下落；声音 在真空中不能出传播；电吸引力可以穿透真空。 波义尔-马略特定律：在压缩空气时，压强越大， 空气体积越小，压力与体积成反比。胡克与弹性定律 1635年出生，是波义尔的助手 弹性定律：弹力的大小与弹簧离开半衡位置的距离成正 比显微镜气候钟

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