自然辩证法—在工程中的理论与应用 第2章科学、技术与工程的历史及发展趋势

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
• • • • • • 微积分的建立：牛顿和莱布尼兹 光学的发展：微粒说和波动说 热学：温度与热量区分、热质说 磁学：扭秤实验 静电：静电电容器、雷电研究、库仑定律 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 • 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
• 人类中心主义
近代第一次技术革命和产业革命
• 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
十九世纪的自然科学
• 生物学研究的三条线索 ①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” 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1831~1836 ）
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 ”
近代第一次技术革命和产业革命
• 为什么第一次工业革命比近代科学革命晚 一百年？ • 为什么近代自然科学与技术革命都发生在 欧洲？ • 中国为什么没有自发的产生近代科学？— —李约瑟之谜
1．为什么第一次工业革命比近代科 学革命晚一百年？
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。
技术的起源
• 人的产生 1200万年前——猿 800—400万年前——猿人（“猿”？“人”？） 300万年前起——“智人” • 人与动物的区别——觅食方式 • 人从动物界分化的标志 劳动、语言、工具 • 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
• 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 • 古代文明兴起：集群生活中的实践基础
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 • 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
• 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
近代自然科学革命的发展
• 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
• 开普勒的行星三定律是牛顿万有引力定律最重要 的前提。 • 第一定律：行星轨道为椭圆，太阳在椭圆的一个 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期的 平方与他们的轨道半主轴长的立方成正比。（周 期定律） • 第谷•布拉赫——开普勒——滕格纳尔
• 公元前3000年—古印度、古巴比伦冶炼工程
铜——青铜——铁
• 公元前 700年—古希腊、古巴比伦市政工程 • 公元前 250年—中国水利工程、长城 • 文艺复兴时期—工程师为主导的工程活动 • 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
• 以争取自然科学的独立为目的，从哥白尼（14731543）的“日心说”、维萨留斯（1514－1564） 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。 • 1543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。
2．为什么近代自然科学与技术革命 都发生在欧洲？
• 怀疑精神——近代科学的生命力所在 • 以证明为核心的“几何学传统”和“因果 律传统” • 资本的本质需求——增值，而技术是最好 的增值手段 • 市场扩张——社会需求的推动作用
3．中国为什么没有自发的产生近代 科学？——李约瑟之谜
• 肯定派——古代中国的实用知识体系 • 否定派——古代中国只有技术没有科学 • 消解问题——”鸡不生鸭蛋”
十九世纪的自然科学
1、能量守恒与转化定律 • 热力学研究——卡诺原理、布朗运动、 麦克斯韦的分子运动论 • 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 • 迈尔和焦耳的不同研究范式——观察思 辨方法和实验方法 • 19世纪70年代恩格斯明确提出“能量守 恒与转化定律”
近代第一次技术革命和产业革命
• 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” • 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） • 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 • 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
古代科学的形态之三
• 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
• 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。 • 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
十九世纪的自然科学
• 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 • 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”
②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” ③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）
塞奇威克——剑桥大学三一学院地质学教授
• 塞奇威克致达尔文 • 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。
–四大流域文明——四大古文明
• 古埃及、古巴比伦、古中国、古印度
–海域文明——古希腊、古罗马
• 农民和商人：职业群体塑造科学形态
古代科学的形态之一
• 自然哲学
–自公元前8世纪以后，古代科学是以自然哲学的形式存 在和发展的。整个古代的科学实际上只限于天文、气 象、力学、数学以及建筑、航海、医学等。没有形成 独立的、系统的分门别类的知识体系，一切有关自然 的知识几乎都包含在自然哲学中。
• 西方：“原子论”“万物皆火（水、气）”
–分解的、无机的“物学”
• 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
• 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
自然辨证法 ——在工程中的理论与应用
东北大学文法学院 科技哲学研究中心
科学技术的起源
• 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。 • 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。
古代和近代思维方式的Байду номын сангаас征
古代自然哲学 思维方式 近代科学 思维方式
• 直观性
• 辩证性 • 思辨性
• 形而上学
• 机械论 • 唯心主义
现代性的伏笔
• • • • • 倡导理性主义和经验主义 主客二分的思维方式 演绎和归纳方法的结合 还原论、机械论 宗教世界模型——
–“终极粒子” –“绝对客体” –“完美机械”
• 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