人类科学发展史及物理学研究方法.docx

1人类科学发展史及物理学研究方法(空间科学与技术学院 13160299022 王玥)摘要：人类文明的发展造就了一段浩浩荡荡，可歌可泣的科学发展史这段科学史同时也推动着人类文明的进步为了加深对其的了解并对以后的研究起到导引作用，本文点面结合，例证分析，形象简要地回顾了科学发展历程，总结了物理学研究的常用方法，希望能够对使我们找到更明确的方向关键词：人类科学发展史；物理学研究方法引言科技是第一生产力，科学技术突破的一小步都可能带来人类社会进步的一大步，21 世纪科技竞争更加激烈，谁掌握了科技的制高点谁就掌握主动权无数科技工作者夜以继日，奋力工作只有站在巨人的肩膀上才能看的更远，对科技历史观和方法论进行了解与掌握，已成为科技创新中的基础要求一、人类科学发展史0． 引言人类科学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使科学的发展历程显得清晰而明了1 ．古代时期人类四大文明古国即古埃及 、古巴比伦 、印度和中国对世界古代科学技术的发展做出了巨大的贡献 特别是古埃及 ,为了控制尼罗河的泛滥 ,在长期进行测量的基础上 ,形成了独创的几何学知识 。

公元前 800 年开始 ,人类文明逐渐转移到古希腊古代科学时期大约是从公元前 8 世纪至公元 15 世纪，是科学的萌芽时期其科学框架在古希腊的“七贤”到阿基米德时期就基本形成这一阶段的科学研究，对后世影响深远的应属亚里士多德（Aristotle） 、欧几里得（Euclid）及阿基米德（Archimedes） 亚里士多德发表《动物自然史》 、 《动物结构学》 、 《动物发生学》及《论灵魂》等书，记载了 500 多种动物阿基米德是历史上的一位工程师与伟大的数学家，也是对力学有着明显、直接贡献的古代希腊人部分有关阿基米德在力学方面的书籍已遗失了，但是2有关几何的数学推理过程却全都记载留存下来 《平面的平衡》一书中详细记载阿基米德对于杠杆原理的证明，以及对物体重心的研究在《球体与圆柱》一书中，阿基米德发现球体表面积及球体体积的计算方式同时阿基米德对于数学的研究也已接近到微积分理论，这些研究工作后来成为 17 世纪时牛顿及莱布尼兹等人研究工作的基础在《数砂器》一书中，阿基米德几乎完成对数理论的研究，同时他也用科学记数法记录天文数字，在此书中阿基米德估算约用1063个沙子可以填满宇宙！阿基米德之《浮体》一书记载他最著名的有关浮力的阿基米德定律，此定律叙述当一物体浸入水中时，此物体所受之浮力等于物体排开水的重量。

其原理成为后来流体静力学的基础阿基米德有一些实用的发明，最有名的就是阿基米德螺旋，一种长而长得像螺旋的管子，可以将地下或河流中的水汲取到岸上另外，他发明一种球体，构造像太阳系的星球，是一种天体运转的模型，运用水力来驱动，构造十分精密还有一项发明是利用折亮度以量测太阳直径的装置在阿基米德著名的数学几何证明中，其中一项是有关圆锥、球体及圆柱之间的关系，他证明了如果上述三项均具有相同的半径，且其高度等于直径的情况下，圆锥、球体及圆柱的体积比为 1:2:3；另外，球体的表面积等于圆柱表面积的三分之二这个结果使阿基米德非常着迷，所以在阿基米德的墓碑上就刻画这个结果约一个世纪之后，西西里的管理者西赛罗在一堆杂草矮树丛中找到了阿基米德的墓地，西赛罗写到“我注意到一个圆柱立在矮树丛中，在他的上面有球体及圆锥的图形 ”阿基米德并非第一个发现杠杆原理的人，但他却是第一个将杠杆及滑轮组合在一起的人现代科学是建立在阿基米德对科学的钟爱以及对基础理论的认知之上，这些基础理论可以直接用数学或是一种物理现象描述总结说来，在物理学上,他发现了浮力定律、杠杆原理等,确定了静力学和流体力学的基本原理,被称为力学之父在数学上,他发现了圆的周长、面积等计算公式;计算过抛物弓形的面积、旋转抛物体体积等;他还提出了误差估计、无穷小量概念等,后来成为牛顿微积分学的基础。

阿基米德一生写有大量著作,如《论球和圆柱》 《论浮力》 《沙粒的计算方法》 《论重心》等,特别是他的几何著作是古希腊数学的顶峰阿基米德能够将熟练的计算技巧和严格的逻辑推理融为一体历史上的一些知名科学家，如牛顿、伽利略等人都是强烈受到阿基米德及欧几里得等人的影响3公元 300 年左右 ,欧几里得整理写作了《几何原本》 《几何原本》由 13 本书组成，前六本以精美的方式介绍平面几何定理；第一本包括重要的毕达哥拉斯定理，它可说是以几何解释自然的基本原理接下来的三本是关于数字理论及欧几里得有关全数及质数的讨论，第十本是有关欧都斯讨论过的无理数，最后三本则讨论固体几何在西方文化的发展中，欧几里得的几何在物理世界的重要性，可说是非常特别、难以估计的欧几里得几何只有在非常大的量及距离下，才会感到误差，它是一种普通感觉世界的数学，而其限制也是近两个世纪以来才明显 《几何原本》的横空出世 ,几乎影响了后世所有的科学家 ,包括牛顿、欧拉、帕斯卡、爱因斯坦等 ,他们都从学习 《几何原本》起步 ,书写了辉煌的科学人生 科学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代科学启蒙的根本原因。

因此，最初的科学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究这一时期的科学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治中世纪（公元 476－公元 1453 年） ，随着罗马帝国的衰落，西欧进入黑暗时代这个名称算是颇为贴切，因为大部分的罗马文明在这段期间受到破坏，并且被所谓蛮族文化所取代，造成随后的 10 个世纪变成昏昏沉沉的时期这个时期的欧洲没有一个强有力的统治政权，封建割据带来频繁的战争，造成科技和生产力发展停滞，人民生活在毫无希望的痛苦中这个名称的使用，也是因为从这个时代开始，只有少数的历史文献流传下来，让人们仅能借由微光一窥当时发生的种种事件西罗马帝国崩溃后，北方蛮族入主欧洲大陆，文化发展为之中断，少数的学术思想仅在教会中流传，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。

一般人民生活在庄园制度下，形同农奴，终日但求温饱整个社会呈现封闭保守的状态，科学和艺术停滞不前有人统计，黑暗时代欧洲只出版了 1 000 本书在这么长时间内，西方文明的进展非常少，只有在医学方面有比较突出的研究成果，这是因为医学是属于实用4的科学，统治者一般不会去干预这时候最为著名的医学发展，有二世纪的罗马医学家盖仑（Galen）在解剖、生理、胚胎、病理、医疗、药物等领域均有新发现，著述也很多；十世纪的阿拉伯阿维森纳（Avicenna）发表《医典》一书，对以后六个世纪影响很深因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，科学几乎处于停滞不前的状态直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来科学复兴导致科学逐渐从哲学中分裂出来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展2 ．近代时期近代科学时期,是欧洲文艺复兴和欧洲资本主义革命时期 这个时期 ,从哥白尼提出的日心说开始 ,欧洲科学技术的发展似星火燎原 ,在人类科学技术发展的历史上写下了最具色彩的一笔 这是一个非常重要的时期 ,它对以后科学技术的发展 ,特别是印证科学技术是第一生产力起到了至关重要的作用 。

这个时期涌现出了许多彪炳史册的科学家 ,在他们的努力下 ,创立和形成了多门基础科学 在数学上最具代表性的有三大成果 :纳白尔和布里格斯研究的对数 、费尔玛和笛卡儿建立的平面坐标系、牛顿和和莱布尼茨创立的微积分在物理学上最具代表性的有牛顿的力学三定律、万有引力定律及开普勒的行星绕太阳运行的三大定律在化学和生物学上 ,波义耳 、拉瓦锡通过对亚里士多德的四元素论和帕拉塞尔苏斯的三元素论的否定及多次实验 ,提出了元素概念 ,发现了物质不灭定律等 ,使化学彻底摆脱了炼丹术和炼金术的束缚 ,成为一门真正的科学同时 ,还出现了像巴斯德 、爱德华 ・ 詹纳 、芬利、瓦特、福特、达尔文等，他们把理论用于实践，或者直接从实际中发现真理并应用可以说 ,这个时期是基础科学大面积丰收的时期 ,也是理论系统的建立与解决实际问题的应用成果层出不穷的时期基础科学逐步完善 ,达到系统化 、理论化 代表人物主要有牛顿 、欧拉 、高斯 、波义耳 、拉瓦锡 、孟德尔及门捷列夫等人这一阶段的成就最显著的是物理学的发展近代物理学是从天文学的突破开始的早在公元前 4 世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说” ，即认为地球位于宇宙的中心。

公元 140 年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13 卷巨著《天文学大成》 ，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符5合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达 1300 余年公元 15 世纪，哥白尼经过多年关于天文学的研究，创立了科学的日心说，写出“自然科学的独立宣言”——《天体运行论》 ，对地心说发出了强有力的挑战16 世纪初，开普勒通过从第谷处获得的大量精确的天文学数据进行分析，先后提出了行星运动三定律开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础从开普勒起，天文学真正成为一门精确科学，成为近代科学的开路先锋近代物理学之父伽利略，用自制的望远镜观测天文现象，使日心说的观念深入人心他提出落体定律和惯性运动概念，并用理想实验和斜面实验驳斥了亚里士多德的“重物下落快”的错误观点，发现自由落体定律他提出惯性原理，驳斥了亚里士多德外力是维持物体运动的说法，为惯性定律的建立奠定了基础伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学真正的开端。

16 世纪，牛顿在伽利略、胡克等人研究的基础上,建立了以运动三定律为基础的经典力学体系，完成了经典力学的大一统；在惠更斯、开普勒等人研究的基础上，得到了万有引力定律，树立起了物理学发展史上一座伟大的里程碑；之后两个世纪，是电学的大发展时期，法拉第用实验的方法，完成了电与磁的相互转化，并创造性地提出了场的概念19 世纪，麦克斯韦在法拉第研究的基础上，凭借其高超的数学功底，创立了了电磁场方程组，在数学形式上完成了电与磁的完美统一，完成了电磁学的大一统与此同时，热力学与光学也得到迅速发展，经典物理学逐渐趋于完善3 ．现代时期现代科学时期，即从 19 世纪末至今，是现代科学的诞生和取得革命性发展时期因两次世界大战的军事科技需求，和近代计算机科技的辅助，现代科技的发展在 20 世纪以后日新月异、突飞猛进奥地利兰斯坦纳（Karl La ndsteiner）发现人类的 A 型、B 型、O 型血型，建立了血液分类学的基础；英国萨顿（W alter Sutton）确立了孟德尔法则的细胞学基础；波兰居里夫人（Marie Curie）发现放射性物质；爱因斯坦（Albert Einstein）提出相对论促成后来核能科技的发展；威格纳（Alfred Lothar Wegener）提出地壳板块移动的理论，说明地质及生物的分布关联。

在现代，科技的研究已经是群体的工6作，大规模的人力及物力投入及分工精细，使得科技的。