自然辩证法在工程中的理论与应用.ppt

自然辩证法在工程中的理论与应用l教学重点与难点：针对工程硕士的特点，以科学发展观为指导，根据建设创新型国家的要求，突破传统自然辩证法教材的体系结构，在讨论一般科学技术问题基础上，突出关于工程问题的讨论。第一章 科学、技术与工程的一般特点第一节 科学的含义和特征第二节 技术的含义和特征第三节 工程的含义和特征第四节 科学、技术、工程的联系与区别第一节 科学的含义和特征l科学的词源西方的古拉丁（公元前1千年前）语“scientia”是指“知识”，也就是将科学指向认识的“成果”，但是不涉及真理性、使用性乃至方法及表现形式的要求。古代中国没有科学一词，是19世纪下半叶由日本传来的外来语。将科学分开来讲的，是“科”“学”即以分科的建制方法和研究方式去研究的学问。第一节 科学的含义和特征l科学的概念科学是以认识自然的知识体系、认知活动和社会建制。1.知识体系客观化、抽象化、系统化、理论化2.社会活动主体、客体以及主客体间的中介3.社会建制从业余兴趣职业分工社会工程4.研究方法“理性+经验”、“实验+逻辑”5.价值判断“不科学”、“科学化”l科学的对象自然、社会、思维l科学的门类自然科学、社会科学和工具性科学l科学的形式范畴、定理与定律（公理和假设）以逻辑的方式从基本概念和假设出发解释世界。第一节 科学的含义和特征l科学的特征解释性和预见性：实证主义精确性：可量化可验证性：经验主义可错性和可变性：历史主义系统性：辨证主义主体际性：主观与客观的统一、抽象上升到具体区别于经验知识、局部知识、个人知识、宗教知识。第一节 科学的含义和特征l科学的分类F 培根：记忆的科学、想象的科学、理智的科学圣西门：天文学、物理学、化学、生物学黑格尔：数学、力学、物理学、化学、地质学、植物学、动物学（加入运动变化、普遍联系观点）恩格尔：机械、物理、化学、生物、社会现代：基础研究、应用研究、开发研究当代：l基础科学、技术科学、工程科学l边缘科学、横断科学、综合科学第二节 技术的含义和特征l技术的词源古希腊（公元前3千年前）语“techne”，含义是指技艺、手艺、技能、本领。现在的“technology”,是十七世纪时将“techne”加上了“logos”（逻各斯：苏格拉底之前的哲学中，指支配宇宙的原则，此后被理解为理性、理念，被当作上帝一样的所有活动和产生的源泉，或存在于人类灵魂中的推理能力，圣经或基督教里之圣子，即神的属性中的智慧和创造力，以之与人沟通），“宇宙的律性”，加上“Techne”，直观的含义也就是在“技能中所包含的宇律性”的意思。我国战国（公元前四百年公元前221）的“工巧”，排在“天时”“地气”“才美”之后，是使人造的器物得以为“良”的条件。第二节 技术的含义和特征l技术的概念改造世界的知识体系及其物化载体、改造活动和社会建制。1.知识体系主体性、技能性、多样性、具体性2.物化载体工具、装置、工艺、程序3.社会活动将自然转化为人工物，是目的（价值）与知识的结点4.社会建制谋生手段职业群体人员体系5.体系存在技术群落、连锁发展l第一次技术革命蒸汽-机器技术体系l第二次技术革命内燃机-电气技术体系l现代技术革命高新技术群第二节 技术的含义和特征l技术的特征1.自然属性和社会属性的统一2.主体要素和客体要素的统一3.物质因素和精神因素的统一4.潜在形态到显示形态的过程l技术的分类1.按运动形式：机械、物理、化工、生物2.按劳作过程：采掘、材料、机械、建筑、交通、通讯、动力第三节 工程的含义和特征l工程的概念工程的词源Engineering：Engine（设计）+ingenious（创造能力）工程含义的历史发展：l18世纪前：直觉与创意的彰显军事与艺术l19世纪：知识与技能的结合工程师群体l20世纪起：系统与组织的改造社会工程学科运用科学理论与技术手段，有组织、系统化的改造（客观）世界的具体实践活动及取得成果。第三节 工程的含义和特征l工程的特征1.工程的追求目标是社会实现2.工程是科学、技术与社会的动态整合3.工程活动是通过技术集成实现创新的过程4.工程本身是一个复杂系统l工程的分类1.按（技术）生产过程：采掘、材料、机械、建筑、交通、通讯、动力2.按产业类型：l第一产业部类：农业、林业、水利l第二产业部类：能源动力、材料、制造、建筑与土木、海洋l第三产业部类：信息与通讯、交通工程、环境、保健、管理第四节 科学技术工程的联系与区别l科学的本质是发现由外及内将存在的世界变为“科学”的世界，实质上是将世界以特定方式在人类意识中重现和预演l技术的灵魂是发明由内及外将“科学”的世界变为“技术”的世界，实质上就是将可认知的世界变为可改变+可如何改变的世界l工程的核心是建造内外作用循环的实现将科学与技术连接起来，通过反馈与重设使内外作用实现持续的循环。第四节 科学技术工程的联系与区别科学技术工程任务和目的认识自然是什么为什么改造自然做什么怎么做建构人工自然过程和方法经验到理论理论与经验逻辑与试验理论到实践设计试验实践的系统化和组织化综合方法系统科学成果性质和评价标准理论知识真伪判别实践方法和物化载体好坏判别环境与社会变化预期与协调研究取向和价值观念精神实现价值中立物质价值工具价值综合价值价值权衡研究规范普遍、公有、无私、创造、怀疑功利目的、保密、专利（知识变为权利）团结、协作第二章科学、技术与工程的历史及第二章科学、技术与工程的历史及发展趋势发展趋势l第一节科学的历史发展l第二节技术的历史发展l第三节工程的历史发展l 第四节 现代科学、技术与工程的特点和发展趋势l第一节科学的历史发展科学技术的起源科学技术的起源l科学和技术作为两种密切联系又根本区别的社会存在，其起源上的分别尤其明显。l一个民族没有科学是可以生存的，但没有技术是不可能生存的，从这个意义上说，技术比科学更贴近人的本质，技术和劳动一起构成人类产生的条件。技术的起源技术的起源l人的产生1200万年前猿800400万年前猿人（“猿”？“人”？）300万年前起“智人”l人与动物的区别觅食方式l人从动物界分化的标志 劳动、语言、工具l伴随着劳动活动的出现、工具的产生，技术也就随之而来了。科学的起源科学的起源l脑体分工阶级出现是科学诞生的前提 有食、有闲、兴趣、自由奴隶主阶级l古代文明兴起：集群生活中的实践基础四大流域文明四大古文明l古埃及、古巴比伦、古中国、古印度海域文明古希腊、古罗马l农民和商人：职业群体塑造科学形态古代科学的形态之一古代科学的形态之一l自然哲学自自公公元元前前8 8世世纪纪以以后后，古古代代科科学学是是以以自自然然哲哲学学的的形形式式存存在在和和发发展展的的。整整个个古古代代的的科科学学实实际际上上只只限限于于天天文文、气气象象、力力学学、数数学学以以及及建建筑筑、航航海海、医医学学等等。没没有有形形成成独独立立的的、系系统统的的分分门门别别类类的的知知识识体体系系，一一切有关自然的知识几乎都包含在自然哲学中。切有关自然的知识几乎都包含在自然哲学中。l西方：“原子论”“万物皆火（水、气）”分解的、无机的“物学”l东方：道家学说；儒家“天人感应”；墨家实验；还原的、有机的“人学”古代科学的形态之二古代科学的形态之二l实用知识（科学）体系中医中国式自然科学与意识形态的关系官科技中国式自然科学与政治的关系三大发明中国式科技与社会的关系古代科学的形态之三古代科学的形态之三l理论自然科学萌芽亚里士多德：证明传统源流欧几里得的几何原本：几何学传统源流阿基米德：科学研究中实验方法的尝试古代技术的形式古代技术的形式l手工技术 以工具、身体和经验为构成要素，而且后两者更为关键。l思考：古代科学对古代技术为什么没有明显的推动或帮助？古代工程的起源古代工程的起源l公元前3000年古印度、古巴比伦冶炼工程铜青铜铁l公元前 700年古希腊、古巴比伦市政工程l公元前 250年中国水利工程、长城l文艺复兴时期工程师为主导的工程活动l古代工程趋于规模化、职业化、理论化近代自然科学革命的起点近代自然科学革命的起点l以争取自然科学的独立为目的，从哥白尼（1473-1543）的“日心说”、维萨留斯（15141564）的“血液循环理论”开始，经伽利略的力学研究延续，以牛顿力学建立为标志科学革命。l1543年天体运行论和人体构造 从宇宙结构、天体运行的大循环角度和人体内部血液的小循环角度消除了神的位置，以太阳和心脏为中心的两种循环（圆周）宣告了神与神国的特权的终结。近代自然科学革命的发展近代自然科学革命的发展l伽利略的贡献 近代实验科学的奠基人，将实践操作、数学和逻辑同科学研究结合起来。一、天文学观察神的宇宙有瑕疵、拥护“日心说”；二、创建动力学落体定律、惯性运动；三、科学方法的创新实验观测证实和数理逻辑推理相结合近代自然科学革命的发展近代自然科学革命的发展l开普勒的行星三定律是牛顿万有引力定律最重要的前提。l第一定律：行星轨道为椭圆，太阳在椭圆的一行星轨道为椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上；（轨道定律）个焦点上；（轨道定律）第二定律：同时间内，行星与太阳联线扫过同时间内，行星与太阳联线扫过的面积相同；（面积定律）的面积相同；（面积定律）第三定律：太阳系内任意两颗行星的公转周太阳系内任意两颗行星的公转周期的平方与他们的轨道半主轴长的立方成正比。期的平方与他们的轨道半主轴长的立方成正比。（周期定律）（周期定律）l第谷布拉赫开普勒滕格纳尔近代自然科学革命的发展近代自然科学革命的发展l新哲学的激励 弗朗西斯培根”归纳法”“实验科学方法”“知识就是力量”“经验和理性职能的真正的合法婚配”笛卡尔”演绎法”“实验方法的基础”我思故我在”解析几何学近代自然科学革命的完成近代自然科学革命的完成l牛顿（公元16421727 年）“牛顿因为发明了万有定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学。”恩格斯 伊萨克牛顿爵士安葬在这里。他以近于超人的智力第一个证明了行星的运动与形状，彗星的轨道，海洋的潮汐。他孜孜不倦地研究光线的各种不同的屈折角，颜色所生成的种种性质。对于自然、考古和圣经，他是一个勤勉、敏锐和忠实的诠释者。在他的哲学中确认上帝的尊严，并在他的举止中表现了福音的纯朴。让人类欢呼曾经存在过这样伟大的一位人类之光。牛顿墓前铭文近代自然科学革命的完成近代自然科学革命的完成l自然哲学的数学原理 牛顿力学三定律、万有引力定律 第一定律：F=0 第二定律：F=ma 第三定律：F=F 万有引力定律 重要的刚体物理学概念：质点、（绝对）时间、绝对空间、质量、动量、力等近代自然科学革命的完成近代自然科学革命的完成l牛顿力学获得接受实证主义胜利1.哈雷彗星（返地周期）的发现（1759）2.地球形状的证实（1740）3.行星摄动现象的证实海王星的发现（1846年法国的勒维烈和1845年英国的亚当斯）l力学的新分支弹性力学、流体力学、材料力学等纷纷建立l缺陷”绝对时间”、“绝对空间”、“质量恒定”l同神学的妥协完美机械的“第一推动”“关于上帝在七天中创造世界的考证”“关于圣父、圣子、圣灵三位一体的研究”“关于圣经史和自然史年表的一致性”近代自然科学革命的成果近代自然科学革命的成果l微积分的建立：牛顿和莱布尼兹l光学的发展：微粒说和波动说l热学：温度与热量区分、热质说l磁学：扭秤实验l静电：静电电容器、雷电研究、库仑定律l化学的初期成果：波义耳的元素概念、氧的发现、拉瓦锡的氧化燃烧理论、一系列气体的发现和吹管分析、事发分析等一系列化学分析方法的使用l生物学：毛细血管的发现、显微镜的发明改进、细胞学和微生物研究、预成论和渐成论、动植物分法、早期的物种演化观念古代和近代思维方式的特征古代和近代思维方式的特征古代自然哲学思维方式l直观性l辩证性l思辨性近代科学思维方式l形而上学l机械论l唯心主义现代性的伏笔现代性的伏笔l倡导理性主义和经验主义l主客二分的思维方式l演绎和归纳方法的结合l还原论、机械论l宗教世界模型“终极粒子”“绝对客体”“完美机械”l人类中心主义l第二节技术的历史发展近代第一次技术革命和产业革命近代第一次技术革命和产业革命l机器系统的产生 一、工作机的发明和改进 凯伊飞梭、哈格里夫斯的手摇纺纱机、阿克莱特水利纺纱机、克伦普顿“骡机”、卡特赖特自动织布机 二、动力机的发明 萨弗里的“矿山之友”纽可门的活塞式大蒸汽机 瓦特发明冷凝器、连杆和飞轮，改进蒸汽机 三、传动机的发明：离心调速器、传动装置近代第一次技术革命和产业革命近代第一次技术革命和产业革命l以机器制造机器 机床的发明和应用 威尔金斯的“镗床”、莫兹利的“移动刀架”l蒸汽机器时代的技术体系 蒸汽动力的推动 轮船、火车的发明和交通运输技术的变革 工业体系的形成：采煤业（炸药）、石油的使用（煤油灯）、化工业（制酸、制碱、染料业、化肥）、建筑业（钢筋混凝土的使用）、通讯业（有线通讯）l世界最早的工厂1771年水力纺纱机工厂 标志了工程活动规范化l工程师群体组织1818年英国民用工程师学会成立 标志了工程专业化近代第一次技术革命和产业革命近代第一次技术革命和产业革命l为什么第一次工业革命比近代科学革命晚一百年？l为什么近代自然科学与技术革命都发生在欧洲？l中国为什么没有自发的产生近代科学？李约瑟之谜1 1为什么第一次工业革命比近代科学革命晚一百为什么第一次工业革命比近代科学革命晚一百年？年？科学要直接对技术起推动性的作用，机器必需先诞生马克思 机器与加工对象的关系是纯自然的关系，即物理学、动力学和化学的研究领域，而类似于感觉、经验之类与人的主观世界相联系的因素就被彻底剥离在外了。工程师职业群体的诞生 人从直接改造自然变为了间接改造自然，人类的劳动对象变为了机器。2 2为什么近代自然科学与技术革命都发生在欧洲为什么近代自然科学与技术革命都发生在欧洲？l怀疑精神近代科学的生命力所在l以证明为核心的“几何学传统”和“因果律传统”l资本的本质需求增值，而技术是最好的增值手段l市场扩张社会需求的推动作用3 3中国为什么没有自发的产生近代科学？中国为什么没有自发的产生近代科学？李李约瑟之谜约瑟之谜l肯定派古代中国的实用知识体系l否定派古代中国只有技术没有科学l消解问题”鸡不生鸭蛋”文化传统的差异就像物种之间的差异一样大十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学l十九世纪是科学的世纪1、各门科学都从经验科学变为理论科学并取得了重大的突破。2、科学研究的方式从个人研究转变为集体研究，建制化的科学得以产生。3、科学开始走到了技术的前列，科学逐渐成为经济生活中起主要作用的手段。十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学l世界科学活动中心的迁移18世纪英国道尔顿、戴维、法拉第、赖尔、哈密顿、焦耳、麦克斯韦、达尔文18世纪末和19世纪上半叶法国拉格朗日、拉普拉斯、柯西、库伦、达兰贝尔、拉瓦锡、盖吕萨克卢布兰、居维叶、布丰、拉马克19世纪30年代前后德国高斯、欧姆、楞次、李比希、迈尔、赫尔姆霍兹、克劳修斯、凯库勒、基尔霍夫、赫兹1809年柏林大学成立，实行常规试验课、课堂讨论日本、美国、英国以德国大学为样本进行改革十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学1、能量守恒与转化定律l热力学研究卡诺原理、布朗运动、麦克斯韦的分子运动论l伏特（伏特电池）、尼尔克逊（电解水）、奥斯特（电流磁效应）、法拉第和亨利（电磁感应）等人的研究l迈尔和焦耳的不同研究范式观察思辨方法和实验方法l19世纪70年代恩格斯明确提出“能量守恒与转化定律”十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学l热力学第一定律永动机不可能实现 外界传递给一个物质系统的热量等于对该系统做作的功和系统内能增量的总合l热力学第二定律自然热运动不可逆 特定的封闭系统中，熵值趋向增大，当熵值达到最大时，热机不再做功，整个系统能量守恒，且处于热平衡状态克劳胥斯由热力学第二定律推出“热寂说”十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学2、演化（进化）思想在天文学、地学、生物学理论上的突破性引入l康德、拉普拉斯的星云假说 康德自然通史和天体论（1755）拉普拉斯宇宙体系论（1796）星云假说说明了宇宙现在的状态是经过长期发展过程形成的，从而否定了牛顿的“上帝第一推动”的存在。十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学l地质演化理论 工业革命以来的地质勘探、矿山采掘、运河开凿等人类行为揭示了地壳的层叠结构，以及不同地层中的不同生物化石，人们开始寻求对地层成因的解答水成说伍德沃德、维尔纳火成说莫罗、赫顿灾变说居维叶渐变说赖尔、休斯地质学原理标志了近代地质学的系统化地球的面貌总结了近代地质学十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学l生物学研究的三条线索生物的物种多样性和适应性生物进化论拉马克动物哲学“用进废退”“获得性遗传”达尔文物种起源“根据自然选择，即在生存斗争中适者生存的物种起源”变异性、遗传性、繁殖过剩生存竞争、自然选择、优胜劣汰（贝格尔号加帕戈斯群岛18311836）物种稳定性和物种亲代性状在后代的表现遗传学的新进展孟德尔的遗传定律、魏斯曼的“新达尔文主义”生物个体发育的过程细胞学说微而和（细胞病理学）、巴斯德（免疫学）l塞奇威克致达尔文l 查理，寄来的书收到了，我首先表示十分的感谢，但是当我读着您的书时，我感到痛苦多于愉快，因为我认为你这些理论完全是错误的，有些地方简直是令人难堪的恶作剧，我不时不得不为你荒唐的章节而狂笑，直笑得我两肋酸痛。您这简直是理智的腐化，是妄想人性的堕落，从上帝创造的人堕落成一群浑身长毛的动物。我过去曾说过您是我的学生中最优秀者，最有希望成为一名伟大的科学家，但是我现在不得不说，您是剑桥学生中最能胡思乱想，标新立异的一个了。最后我要告诉您的是，我过去您的老师，现在一个猴子的后代虽然体力和精力已大不如前，但是上帝在言行两方面的启示我都谦卑地加以接受，我知道唯有上帝能够在实践中支持我。如果您也能这样做，我们将在天堂里会面。塞奇威克塞奇威克塞奇威克塞奇威克剑桥大学三一学院地质学教授剑桥大学三一学院地质学教授剑桥大学三一学院地质学教授剑桥大学三一学院地质学教授l赫胥黎致达尔文：l我所看到的博物学著作没有一本给过我这样深刻的印象，我最衷心地向您致谢，因为您给了我大量的新观点。我认为这本书的格调再好也没有了，它可以感动对于这个问题一点也不懂得的人们。至于您的理论，我准备为她接受火刑。我认为您对物种的生成已经阐明了一个真正的原因，如果说物种不是按照你所假定的方式发生的，那么你已把证明这一点的责任推给了你的反对者。如果我不是大错的话，很多的辱骂和诽谤已经为您准备好了。希望您不要为此而感到任何厌恶和烦扰。您可以信赖一点，您已经博得了一切有思想的人们的永久感激。至于那些要吠、要嚎的恶狗，您必须想到您的一些朋友们无论如何还有一定的战斗性。虽然您时常公正地谴责这种战斗性，但它对您可能是有帮助的。我正在磨利我的爪和牙而准备进行战斗。赫胥黎与威尔伯福斯之争赫胥黎与威尔伯福斯之争 “科学真理与宗教教义科学真理与宗教教义”之间的冲突的代名词之间的冲突的代名词 l赫胥黎：生物学家；威尔伯福斯：牛津教区主教l1860年6月27日7月4日，英国科学促进会第30届年会在牛津大学召开，30日在牛津博物馆的动植物组分会上，赫胥黎被威尔伯福斯质问作为声称人与猴子有血缘关系的人，究竟是他的祖父还是祖母从猴子变来的，赫胥黎的著名反驳：l“我声明，我再重复一下，一个人没有理由因为有一个大猩猩作为他的祖先感到羞耻。真正令他感到羞耻的是，他的祖先是这样的一个人，他不是利用他的聪明才智在自己的领域去获得成功，而是利用他口若悬河的言辞、偷梁换柱的雄辩和求助于宗教偏见的娴熟技巧来分散听众的注意力，干涉他自己不懂的科学问题。”l“除了滑铁卢战役以外，十九世纪最著名的战争”l当1859年达尔文的物种起源与马克思的政治经济学批判同年出版。l马克思：“达尔文的著作非常有意义，这本书我可以用来当做历史上的阶级斗争的自然科学根据。”l马克思还专门赠给达尔文的资本论扉页题词是“赠给查理.达尔文先生，您真诚的饮慕者卡尔马克思”。十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学3、物质结构的化学理论l原子分子说道尔顿：化学原子论近代化学第一次理论综合盖吕萨克：气体反应定律阿佛加德罗：分子概念（1811）康尼查罗在首届国际化学会议（1860年）上，重新提出必须对分子与原子做出区分的观点，才获得重视和赞同。十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学l有机化学结构理论的建立及应用 凯库勒（原子价概念、苯的环状结构）奠定有机结构理论基础，人们开始相信只要知道物体的化学结构，就可以按它的成分把它构造出来。维勒以无机物合成有机物质（尿素）19世纪五十年代，有机合成从实验室研究发展为工业生产，彻底打破了有机物与无机物之间的界限。十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学阿尔弗雷德伯纳德诺贝尔(18331896)l1865年发明“雷管”l1862年发明用“温热法”制造硝化甘油的安全生产法l1867年发明黄色炸药（达纳炸药）l1872年发明胶质达纳炸药（硝化纤维），世界上第一种双基炸药。l1887年发明无烟火药和特种达纳炸药（硝酸铵）l一生申报专利350项，包括人造橡胶、人造皮革、煤气表 等l1900年瑞典政府根据诺贝尔遗愿批准设置了诺贝尔基金会l1901年诺贝尔奖首次颁奖l1968年瑞典中央银行于建行300周年之际增设诺贝尔经济奖（全称为瑞典中央银行纪念阿尔弗雷德伯恩德诺贝尔经济科学奖金，1969年开始首次颁奖。l1990年诺贝尔重侄孙克劳斯诺贝尔增设诺贝尔地球奖，表彰杰出的环境成就者，1991年月日世界环境日之际首次颁发。诺贝尔遗嘱全文我，签名人艾尔弗雷德伯哈德诺贝尔，经过郑重的考虑后特此宣布，下文是关于处理我死后所留下的财产的遗嘱：在此我要求遗嘱执行人以如下方式处置我可以兑换的剩余财产：将上述财产兑换成现金，然后进行安全可靠的投资；以这份资金成立一个基金会，将基金所产生的利息每年奖给在前一年中为人类作出杰出贡献的人。将此利息划分为五等份，分配如下：一份奖给在物理界有最重大的发现或发明的人；一份奖给在化学上有最重大的发现或改进的人；一份奖给在医学和生理学界有最重大的发现的人；一份奖给在文学界创作出具有理想倾向的最佳作品的人；最后一份奖给为促进民族团结友好、取消或裁减常备军队以及为和平会议的组织和宣传尽到最大努力或作出最大贡献的人。物理奖和化学奖由斯德哥尔摩瑞典科学院颁发；医学和生理学奖由斯德哥尔摩卡罗琳医学院颁发；文学奖由斯德哥尔摩文学院颁发；和平奖由挪威议会选举产生的5人委员会颁发。对于获奖候选人的国籍不予任何考虑，也就是说，不管他或她是不是斯堪的纳维亚人，谁最符合条件谁就应该获得奖金，我在此声明，这样授予奖金是我的迫切愿望这是我惟一存效的遗嘱。在我死后，若发现以前任何有关财产处置的遗嘱，一概作废。十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学l元素周期律的发现 门捷列夫依据元素周期律的基本观点修正某些元素的原子量获得成功，进而排出了元素周期表，预言了未知元素并获得了后来实验的证明。十九世纪的自然科学十九世纪的自然科学l电磁理论的建立1786年伽伐尼发现电流，使对电的认识从静到动1800年伏特发明电池物理学上的创举1820年奥斯特发现电流的磁效应1822年安培发现电流产生磁力的基本定律1831年法拉第提出电磁感应定律，开启电力时代1833年楞次提出感生电流方向定律1865年麦克斯韦发表描述电磁场运动规律的方程 1873年麦克斯韦发表电磁学通论，标志着完 整的电磁理论的确立近代和辩证法思维方式的特征近代和辩证法思维方式的特征近代科学思维方式l形而上学l机械论l唯心主义辩证法思维方式的特征l全面l运动l联系第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命 从十九世纪中叶至二十世纪60年代，人类社会发生了以电气的应用和发明为中心的第二次技术革命和产业革命，人类社会发生了能源、通讯、交通、机器系统等方面的巨大变革。科学也终于走在了技术的前面，成为影响社会经济的主要力量。至今，人们还在享用着地二次技术革命所创造的物质成果。第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命1、钢铁与材料技术的发展l炼钢技术的新发展 1847年凯利实验空气沸腾法炼钢 1855年贝麦特发明酸性转炉，在美国获得成功 1878年托马斯发明碱性转炉 1864年西门子兄弟和马丁发明西门子马丁 平炉炼钢法，使丰富了原料品种l冶铁技术向大型化和机械化方向发展，大型高炉迅速发展l钢铁加工技术发展：轧机不断改进第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l冶金技术发展特种钢的发展：高碳钢自硬钢锰钢镍钢高速钢硅钢电冶金技术出现物理冶金和萃取冶金（火法冶金和水法冶金）l金相学学科发展形成1781年贝克曼分析钢铁间的区别1864年随照相技术的发明，金相照片出现1901年奥斯汀提出铁碳平衡图，金相学作为一门科学已经形成。金相学是技术科学，既是冶金技术的科学化，又是化学、热学的基本理论在冶金技术上应用的结果。第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命2、热机的新发明与应用l蒸汽技术在19世纪中叶进入成熟期，达到极限l内燃机的发明1673年惠更斯提出真空活塞式火药内燃机的设想1794年斯特列特提出燃料与空气混合为能源的原理1799年勒蓬提出了电火花点火的内燃机设想1820年塞西尔以氢煤气为燃料的煤气机运转成功1823年布朗发明最早的实用内燃机用以提水1860年雷诺发明了最初的商品化内燃机，热效率只有4%1862年奥托制成功率半马力的煤气机1864年第一家省产内燃机的工厂奥托公司成立第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l内燃机的改进 内燃机的改进得以与科学的指引，蒸汽机的改进促进了热力学的研究，而热力学理论又被应用于内燃机的改进1862年德罗沙斯提出等容燃烧四冲程循环原理1872年奥托公司成立多伊茨每次发动机厂，扩大小型内 燃机生产，并招聘戴姆勒1876年第一台四冲程卧式煤气机诞生，即奥托机1883年戴姆勒制成高速化、小型化的汽油发动机1892年狄塞尔发明压燃点火式柴油发动机1897年柴油发动机制成，即狄塞尔发动机，成为内燃机 发展史上又一个伟大起点二次世界大战后，燃气轮机和汽轮机得到实用性发展第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l内燃机的应用汽车的发明与制造 1885年戴姆勒制成摩托车 1886年1月29日本茨（奔驰公司）获得汽车制造专利 1893年本茨开始批量生产汽车 1888年邓禄普获得充气轮胎的专利，首先用于自行车，马上又用于汽车制造中。汽车工业促进了合成橡胶、电磁点火装置、起动机、车灯、喇叭和加热器的制造技术，薄板轧制技术、玻璃制造技术以及其他附属工业、配套工业技术的发展。城市交通状况发生了巨大变革。第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命内燃机的应用l铁路运输得到巨大改观l1903年莱特兄弟试飞飞机成功，开启飞行时代l1910年拖拉机成批生产，农业动力落后问题得以解决，促进农用工作机制造与应用，加速农业机械化进程，农业生产率增加而农业人口减少。l1903年福特汽车公司创立，1908年生产出T型车l福特采用流水作业，使汽车价格急剧降低（260400美元），成功的实现汽车从小批量生产转向大批量生产（最高日产达9000辆），使汽车成为大众消费品（福特雇员最低日薪5美元），流水作业方式在一切机械工厂部门中得到普及。l截止1927年的19年，仅在美国就售出了超过1500万T型车。第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命3、电能第二次技术革命的主角钢铁技术的发展为新技术体系提供物质基础内燃机的发明和应用为新技术体系提供新动力 迄今为止，技术史上没有任何其他发明能和电能的发明和应用相比，因为电能在所能达到的一切领域，都使那里的原有技术发生根本性的变化。特别在19世纪下半期开始的电气时代通过现代社会的通讯技术、能源动力结构开始为改善人类生活方面做出了比蒸汽更大的贡献。第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l有线电报与电话 电的发明不是依赖于经验的结果，而是以来科学实验和电磁理论的应用 在各门科学中电磁学最先成为了技术的先导1833年高斯和韦伯架设了第一条电磁式有线电报1838年库克和惠斯通的双针式电报机运行成功1844年应用莫尔斯电码的电报系统在美开始运行1856年莫尔斯和西伯雷创立威斯坦埃尼翁公司，建立电信业垄断1874年爱迪生完成了同时同向的多路通讯的发明 19世纪中叶，出现铺设电报电缆的热潮，电报将欧美大陆、亚洲大陆（印度）和澳洲大陆联结起来。第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l有线电报与电话 1876年2月14日格雷和贝尔同时提出发明电话的专利申请 1887年贝尔电话（美国电话电报）公司创立 1877年爱迪生发明碳粒话筒，德国邮政总监斯特凡委托维尔纳西门子改进美式电话并投产 1878年，美国建立第一个电话交换台“中央电话局”，贝尔受英国政府邀请协助英国建设电话线路 至今人均电话占有量仍作为国家或地区发达程度的标志第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l电机的发明（从弱点技术到强电技术）1821年法拉第演示电动机的模型试验，而直道五十年后，才开始了电力的应用，其原因不在于技术而在于经济。19世纪初固定式蒸汽机提供较大而集中的动力，而后伴随小型机械化的需要又有了内燃机。因此发电机与电动机的发明和应用，并非出于动力需要，而是靠电灯的发明和应用才为电力的普遍需要开辟了道路。第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l电机的发明 1860年巴奇诺基制成了包含环形电枢、整流子和合理励磁结构的直流电动机，但仍使用电池 1845年惠更斯制成外加电源励磁的电磁式发电机 1866年维尔纳西门子研制成功自激式发电机 1870年格拉姆制成环状电枢自激直流发电机 1873年阿尔狄涅克研制鼓状电枢自激直流发电机l19世纪70年代，开始了强电技术的时代第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l电灯的发明 电的价值在于依靠分布广远的电力供应网为任何需要它的地方提供方便、持久的能源，而这种推动建立电力网的最普遍需要，最初来源于带来照明变革的电灯。弧光灯解决了城市街道照明，但不适于家用 爱迪生改进了斯旺的真空白炽灯泡，发明了耐用的碳丝灯泡，建立了第一座直流发电厂和第一个民用照明系统。19世纪最后十几年，伴随电灯在欧美大陆的普及，各国开始竞相建立大型电厂。第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命爱迪生(18471931)l登记专利发明1328种，总计超过了二千种l1868年申请第一个专利电表记录器l22岁发明证券报价机获得第一桶金4万美元l1877年发明留声机l1879年发明碳化棉线灯丝电灯l1912年为福特公司T型车设计电气自动起动器，T型车取代市场上的电动汽车l19141918年第一次世界大战期间爱迪生致力于美国海军科技发展l1931年 10月18日终年84岁去世，10月21日全美国熄灯哀悼 第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l电力（强电技术）的广泛应用工业应用：1881年柏林第一条电车线路交付使用民用领域：电炉、电力洗衣机、电力洗碟机l电力远距离输送问题的解决高压输电l低压电转变为高压电的研究交流高压输电 高压交流输电网的建立，使电力充分发挥优势。电力不仅有利于大工业、商业和手工业，也给运输业、采矿业、纺织业带来了新的激励。l无线电通讯（弱电技术）悄然兴起19世纪末马可尼和波波夫实现无线传播和接收20世纪初马可尼完成英加间的无线电通讯第二次技术革命及产业革命第二次技术革命及产业革命l电气工程、冶金工程、化学工程、农业工程、航空工程依次成为独立专业。l基础理论科学有力的推动工程发展，技术成为工程的核心要素，在工程内部呈现组织化特征，工程全面繁荣。现代自然科学现代自然科学一、20世纪初的物理学革命l序幕：三大发现电子、X射线和天然放射性l起因：两朵乌云”黑体辐射”和“以太风”实验l成就：相对论与量子力学的提出二、现代自然科学的新发展l粒子世界的新发现l凝聚态物理和天体物理l结构化学和高分子化学l分子水平的生物学研究电子、电子、x x射线和天然放射性射线和天然放射性l实验对象：低压放电阴极射线现象：辉光针对射线的组成和性质的研究发现电子针对射线引起的荧光现象的研究发现X射线针对X射线生成的研究发现天然放射性1895年伦琴发现伦琴射线1896年贝克勒尔发现铀元素的天然放射性1897年汤姆生测定电子速度、电荷、质量及荷质比1897年居里夫妇定量测定铀的放射性强度，后发现钋、镭（1899年&1902年），证明了放射性元素的射线同X射线不同1900年卢瑟福分解放射性射线并命名电子、电子、X X射线和天然放射性射线和天然放射性l原子物理学产生 汤姆生的“面包夹葡萄干”原子模型被卢瑟福通过a粒子轰击铂片实验证伪，进而提出原子的有核模型（原子结构的行星模型）l经典物理学的缺口原子非最小；元素非固定不变；质量不守恒；能量不守恒；能量和质量相联系。经典物理学的质量守恒、能量守恒、运动定律等基本定律层面临挑战爱因斯坦的相对论爱因斯坦的相对论l起因乌云之一“迈克尔逊莫雷实验”由光学研究开始牛顿的光的“波动说”直观经验同新研究领域的矛盾光的“介质”牛顿和麦克斯韦的回答理想参照系“以太”实验焦点以太风是否存在替代的推论假说垂直地球和顺地球公转方向的光速差结果”零结果”存在可能重设“以太”的属性“以太”不存在直接的问题：光波（没有介质）如何传播结果：跨出经典物理学体系爱因斯坦的相对论爱因斯坦的相对论l洛仑兹假设收缩假设l爱因斯坦论动体的电动力学狭义相对论 基本假设一：对任何惯性系，一切自然定理同样适用，不存在绝对参照系，即相对性原理，摒弃了以太。对于基本假设二：对于任何惯性系，自由空间中光速相同，即光速不变原理。推论一：同时性的相对性 推论二：时钟延缓不存在绝对时间 推论三：长度缩短不存在绝对空间 推论四：物体质量随速度变化质量非恒定 推论五：质能相关奠定了原子能理论的基础爱因斯坦的相对论爱因斯坦的相对论l爱因斯坦的广义相对论升降机（思维）实验 将狭义相对论推广到非惯性系（变速运动参考系），得出自然定律在任何参考系中都可以表示为相同的数学模式，即自然定律的数学形式等效的等效定律。建立广义相对论的引力场方程，论证现实空间不是平坦的欧几里德空间，而是弯曲的黎曼空间。可验证推论：水星近日点的进动、引力场使光线偏转、光谱线的引力红移等l爱因斯坦相对论的意义：新的时空观、运动观、物质观量子论与量子力学量子论与量子力学l由于电磁波理论的证实，19世纪光的波动说取得了胜利，微粒说基本被遗弃了。l黑体辐射、光电效应的实验以及原子稳定性的解释使波动说重新受到挑战。l热辐射研究”理想黑体“维恩定律：黑体的绝对温度同它所发射能量最大的波长成反比，随着黑体的温度升高，对应着它所发射的光线的最大亮度的波长将要变短，向光谱的紫色区移动。瑞利金斯定律：热物体的辐射强度与绝对温度成正比，而与所发射的光线波长的平方成反比。量子论与量子力学量子论与量子力学l维恩定律在短波部分与实验结果符合l瑞利金斯定律在长波部分符合，在短波部分不仅与实验结果出入较大，还会导出荒谬的结论当辐射波长无限小时将获得无限大的能量，即“紫外光灾难”。l由于这两个公式都是基于严密的逻辑和计算得出的，因此问题的来源只可能是公式的基础(公理)经典物理学理论。量子论与量子力学量子论与量子力学量子论形成的推动力：1.1900年普朗克提出量子概念（hv），赋予其提出的辐射公式以物理意义，解除“紫外光灾难问题。普朗克因此获得1918年的诺贝尔物理学奖金。2.1904年光电效应爱因斯坦将能量量子理论从能量辐射、吸收推关到电磁波，提出光是能量为hv的光量子流，光电效应的关系式为：hvW1/2mV2，爱因斯坦因此获得1921年的诺贝尔物理学奖金。3.原子稳定性理论玻尔的定态跃迁理论，应用量子理论对卢瑟福原子模型进行修正，玻尔因此获得1923年的诺贝尔物理学奖金。4.1923年德布罗意提出物质波概念，解释了玻尔的模型，并预言电子束的衍射现象，后经戴维逊实验证明，1929年德布罗意获诺贝尔物理学奖金。量子论与量子力学量子论与量子力学量子力学的发展：1.薛定谔波的动力学和波动方程用以描述微观粒子的运动；2.玻恩以几率波的观点解读波方程，赋予其物理意义：其函数绝