【正文】 還沒有完全被放棄。直到19世紀，熱質(zhì)說才讓位于熱是能的一種形式的觀念?！保@個熱的概念是非?，F(xiàn)代化的但又是思辨的，因此不難理解它為什么會在18世紀被熱質(zhì)說所代替。力學已經(jīng)達到能夠計算行星運動的階段時熱學理論仍然處在原始的水平。德國人丹尼爾?加比爾?華倫海特(Daniel Gabriel Fahrenheit．1686—1736)是華氏溫度計的制造者。 熱學的起步在近代，對熱現(xiàn)象的研究是從測量“熱度”開始的。波義耳得知此實驗后利用自制的抽氣泵進行多種實驗，從而創(chuàng)立了“空氣的收縮與壓縮的力成正比”的波義耳定律。在同一時期，法國馬德堡市市長蓋里克嘗試了用泵排除空氣形成真空的實驗。他們發(fā)現(xiàn)，汞柱的高度隨著站的高度的增加而遞減，同時，即使在山腳下的氣壓計也不時有微小變化。他們用來做實驗的設(shè)備后來稱為“托里拆利氣壓計”或“托里拆利管”，管子頂部留下的空間被稱為“托里拆利真空”。他拋棄了亞里士多德的學說，也沒有依靠與其相對立的同樣形而上學的原子論解釋。這個時期的流體力學與技術(shù)發(fā)展聯(lián)系密切。斯臺文作為近代力學先驅(qū)曾發(fā)現(xiàn)過若干重要的流體靜力學定律。最后，由于牛頓經(jīng)典力學是當時自然科學惟一上升為理論層次的學科，加之它所取得的輝煌成功，使力的概念以及由波義耳開始到牛頓完成的關(guān)于物質(zhì)理論的微粒(素)學說被眾多學科所運用，“力”和“素”的概念超出了力學、光學和化學領(lǐng)域而被賦予一般方法論意義。除了實證與歸納之外，牛頓模式的又一精髓則是把數(shù)學作為開啟宇宙秘密的鑰匙，因為數(shù)學結(jié)論的優(yōu)點在于它的普遍性。因為問原因歸根結(jié)底就是問第一原理，那就等于探索創(chuàng)造的神秘。整個啟蒙運動的綱領(lǐng)(尤其是在法國)是自覺地建立在牛頓的原理和方法的基礎(chǔ)上的，這在后來則轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞣浆F(xiàn)代文化。這一事件宣告了牛頓力學的最終勝利，使它成為所有科學的模式；而在科學外部，則逐漸表現(xiàn)出牛頓的革命意識。盡管在此之后的1740年他以87歲的高齡去世了，但后來以他的名字命名的這顆大彗星于1758年圣誕之夜如期地光臨地球上空。它提供了理解和預報潮汐現(xiàn)象的物理基礎(chǔ)，并揭示了地球的歲差率現(xiàn)象是月球?qū)Φ厍虺嗟缆∑鹛幬慕Y(jié)果。18世紀中葉以后，達蘭貝爾的《力學原理》(1743)、歐拉(Leonhard Euler，1707—1783)的剛體和流體運動方程(1759，1761)、拉格朗日(J．L．La—grange，1736～1813)的《解析力學》(1788)和拉普拉斯(Laplace，1749～1827)的《天體力學》等相繼問世，這些著作高度的展開并完善了牛頓理論，其中數(shù)學分析方法成了理性向自然界逼近的銳不可擋的武器。 有人講牛頓的威望反而使英國此后的科學毫無成果，這是英國人的保守態(tài)度所致。第五章：現(xiàn)代科學的大發(fā)展第一節(jié) 物理學的全面發(fā)展 在牛頓《原理》出版后的近半個世紀中，除了流體力學和彈性理論之外，沒有人提出過新的力學原理，萬有引力理論乃至理論天文學本身也沒有什么重要進展。從歷史來看，牛頓的《原理》沒有用他發(fā)明的數(shù)學分析方法——微積分方法，而是用幾何方法表述與論證的；加之他的流數(shù)法在符號上的不方便，不僅使得他的分析法甚至在英國都沒有很好地普及，同時也使他的《原理》本身的傳播和普及受到阻礙。 自《原理》發(fā)表以后，如此眾多的現(xiàn)象通過經(jīng)典力學、特別是引力理論的應用而被解釋。對牛頓理論的最成功的應用，是哈雷彗星的預言。然而，比哈雷彗星的成功預言更加輝煌和振奮人心的還是海王星的發(fā)現(xiàn)。 經(jīng)典力學作為形而上學模式牛頓和他的同時代人約翰?洛克(JohnLocke，1632～1704)是偉大的新思想的象征。道德、政治、技術(shù)、歷史、社會等等的某些中心概念和發(fā)展方向，沒有哪一個思想和生活地域能夠逃脫這種文化轉(zhuǎn)變的影響。正如法國啟蒙運動領(lǐng)袖之一伏爾泰所說：“任何第一原理，我們也可能認識。在這種模式看來，整個自然界的符合機械原理的有規(guī)則的運動完全可用數(shù)學來描述，空間與幾何學領(lǐng)域變成了一個東西，時間則與數(shù)的連續(xù)變成了一個東西。比如，用熱素來解釋熱的本質(zhì)，用燃素來解釋燃燒的本質(zhì)，以及用彈性素、磁素等莫須有的“素”來解釋振動和磁等各種現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)；又比如，在運動的原因問題上，以各種不存在的“力”(化學親和力、電接觸力、生命力等)來解釋各種運動過程的本質(zhì)，這是統(tǒng)治一個時代的形而上學自然觀的機械論特征。例如，他用實驗演示了所謂“流體靜力學悖論”：液體對盛放液體的容器的底所施的力只取決于承受壓力的面積大小和它上面的液柱的高度，而與容器的形狀無關(guān)。伽利略在1638年注意到，在超過18腕尺(約10米)的深井里，泵就不能起作用了。他與伽利略的另一學生維維安尼(V．Viviani，1622～1703)一起于1643年使用比水的比重大13．6倍的水銀，反復進行實驗，說明管內(nèi)水銀柱上部形成的真空是大氣壓力起作用的緣故。托里拆利還創(chuàng)立了流體動力學。這個實驗有力地證實了托里拆利的假設(shè)。他先后發(fā)明了三種抽氣機，其中最后設(shè)計的改良抽氣機同波義耳發(fā)明的抽氣機之間有相互啟發(fā)的關(guān)系。哈雷以這一定律為根據(jù)終于實現(xiàn)了佩里埃的建議，列出了第一個氣壓對高度關(guān)系表；而牛頓把氣體粒子假定為靜止的彈簧從而推導出了波義耳定律。在科學地定義溫度概念以前，人們往往將溫度的變化和物體所含熱量的多少混為——談，均用“熱度”來表示。以水的冰點和沸點作為固定點的百分溫標，是1742年由瑞典人安德斯?攝爾絮斯(AndersCelsius，1701—1744)采用的。對于熱的本質(zhì)問題，整個17世紀相當普遍地認為是由物體的最小粒子的運動而形成的。在對熱現(xiàn)象進行大量研究的基礎(chǔ)上，英國化學家布萊克等人提出了熱質(zhì)(素)說。今天已成為熱力學的基本課題—一一熱的定量測定，直到19世紀才開始。丹尼爾。拉瓦錫、皮埃爾?西蒙和拉普拉斯由于用冰量熱器進行測量，從而對量熱術(shù)作出了貢獻。倫福德證明，加熱金屬球時，其重量不變。提出“卡諾循環(huán)”概念的卡諾在研究熱機效率問題時還用熱素的撞擊來解釋熱機的運轉(zhuǎn)。1672年奧?馮?蓋里克在一本書中描述了一臺早期的摩擦起電機；1709年弗?豪克斯貝（,16871763）在《物理數(shù)學實驗》中談到摩擦旋轉(zhuǎn)著的玻璃球、封蠟或硫磺球會產(chǎn)生火花的實驗。他提出了關(guān)于單電流體的一元論，認為所有物體都包含有一種電流體，這種電流體超量則物體帶正電，這種電流體不足則物體帶負電。這種新技術(shù)以其顯效的事實駁斥了教會的蠱惑宣傳，很快在歐洲流行，最終甚至連教堂的屋頂也高高聳立起避雷針。但把這個物理現(xiàn)象從生理學范疇中分離出來并做出物理學解釋的是伏打（17451827）。不管怎樣，從靜電到流電的研究畢竟標志著電學認識上的一次飛躍。如伽利略、笛卡兒、默森(Marin Mcrsne，15881648)、胡克等人均證明了—個律音的音調(diào)由產(chǎn)生它的振動之頻率所決定。牛頓在計算空氣中所產(chǎn)生聲波的波長時曾利用了索維爾的測定頻率裝置。關(guān)于聲音的傳播媒質(zhì)，在亞里斯多德時代人們就已猜到空氣是聲音的通常媒質(zhì)。他將一容器中放人可用時鐘機構(gòu)敲響的鈴，并用抽氣機抽去容器中的空氣。后來普利斯特列證明聲音可在空氣之外的其他氣體中傳播?！贝送猓死徇€研究過縱波，以及聲音在不同氣體中的傳播速度比等問題。因此近代光學基本是從零開始的。他還研究了球面像差一類復雜現(xiàn)象，為巴羅等后人的幾何光學研究提供了基礎(chǔ)。根據(jù)他于1621年的結(jié)果，可容易地推出現(xiàn)代形式的折射定律。關(guān)于光的本性的波動說，在達?芬奇的著作和伽利略書信中已有跡象。他的光學著作，在他死后兩年被發(fā)表。胡克認為光是一種振動，發(fā)光體的每—次振動或脈動必將以球面向外傳播。用微分幾何的語言來表述，即：波陣面所及的任意點均可看做是新的次波源(即子波中心)，而新的波陣面則是所有次波源向外發(fā)出的半球面次波的包跡。牛頓最初吸取了胡克的波動思想，傾向于把微粒說和波動說結(jié)合起來，1675年他提出彈性以太的思想以解決微粒說的困難。直至1 9世紀初由于偏振、于涉等現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和研究，才使波動說占據(jù)了統(tǒng)治地位。主要代表人物是帕拉塞爾蘇斯和范．海爾蒙脫(LU．vail Helmont，1577～1644)。他在煉金術(shù)的兩元素(“硫”、“汞”)說基礎(chǔ)上增加了“鹽”而提出三元素說，以此作為他的理論觀念來解釋自然界的物質(zhì)變化。帕拉塞爾蘇斯的醫(yī)化學學派在17世紀產(chǎn)生了很大影響。盡管實驗構(gòu)思和結(jié)論是錯誤的，但他的定量研究方法為現(xiàn)代化學奠定了方法論基礎(chǔ)，同時他的無不生有的信念蘊涵著樸素的物質(zhì)不滅思想。海爾蒙脫對波義耳元素定義的形成有很大影響。Biringuccio，1480—1539)等。畢林古修在其名著《火術(shù)》(1540)中，敘述了鑄鐘和鑄炮等各種運用火的生產(chǎn)技術(shù)，并從礦物形成、采礦、提取、冶煉、化合物及其性質(zhì)，一直講到火藥和其他可燃的和可爆的物品。他由于與馬略特分別地發(fā)現(xiàn)了氣體定律而成為著名物理學家。物質(zhì)的機械微粒結(jié)合成更大的粒子團，而這些大大小小的粒子團作為基本單位參加各種化學反應。他用微粒本身的特點來解釋化學反應，是很有意義的。這是燃燒后重量增加的原因。他認為既然不能通過實驗把元素從物體中提取出來，它們就不配作為構(gòu)成物體的元素。應當指出，波義耳的“元素”在多數(shù)情況下相當于現(xiàn)代化學中的“單質(zhì)”概念，后來拉瓦錫正式使用“單質(zhì)”概念，以區(qū)別于“元素”概念。他一生中記錄了很多定性分析的實驗。法國化學家貝歇爾(J．Becher，1635～1682)不同意波義耳把燃燒現(xiàn)象解釋為化合過程，而提出燃燒是一種分解過程即釋放“燃燒性油土”的過程。燃素說的基本觀點是： (1)燃素是構(gòu)成火的元素，當它們聚集在一起時就形成火焰，當它們彌散時只能給人以熱的感覺。火焰是自由的燃素，燃素是被禁錮的火。燃素說傳播日廣，到18世紀中葉時，幾乎被舉世公認，很多著名化學家都成了它的信徒。為了自圓其說，有人設(shè)想燃素具有負重量(“輕量”)，這實際—上是向亞里士多德元素說的倒退；還有人設(shè)想燃素逸出后，有另一種較重的物質(zhì)被吸收?！崩咤a(A．1Lavc~isier，1743—1794)的氧化學說正是在這種背景下應運而生的新學說。他用實驗表明小鼠在充滿這種氣體的環(huán)境里存活時間最長，而人吸了它之后也很舒服。拉瓦錫于1772—1775年從事氣體化學和燃燒理論研究時就對燃燒增重問題產(chǎn)生疑問，他不同意負重量的說法，也不同意波義耳的“火素”，而認為增重的原因是金屬燃燒時從空氣中吸收—廠某種物質(zhì)。拉瓦錫在嚴格定量的基礎(chǔ)上重復了舍勒的燃燒磷實驗和普利斯特列加熱氧化汞實驗，使他的燃燒學說即氧化理論得以確立。1789年在他的《化學大綱》中正式把“純粹空氣”命名為氧氣(gaz oxygene)。盡管兩個月后雅各賓派被推翻，但拉瓦錫已經(jīng)死了。20世紀以來天文學的發(fā)展更為迅速，全心的觀測手段使天文考察達到前所未有的程度，理論上的進展也大大超過以往的年代。賞識機就有人利用恒星視差來測算恒星與我們的距離，測得太陽之外離我們最近的恒星半人馬座α星距離地球約4．3光年。多普勒效應告訴我們，當光源背離我們運動時，我們所觀測到的它的光譜線便有向紅端移動的現(xiàn)象，光源離開我們的速度越大它的紅移量越大。以往的天文學家對恒星的光度已多所研究。天文學家亦已找到測算恒星體積和質(zhì)量的方法。由恒星的體積和質(zhì)量就可以知道它們的密度。恒星時時刻刻向外界輻射的能量究竟從何而來?現(xiàn)代天文學家認為：其一是引力收縮。天文學家推算，太陽剛形成時氫約占其質(zhì)量的78％，這就是說太陽若以氫為“燃料”，它可以保持目前的輻射能量約100億年，現(xiàn)在一般認為太陽的年齡約50億年。1931年美國電信工程師央斯基(Karl Guthe Jansky，1905～1950)終于弄清楚這種干擾來自太空，次年他又斷定這是來自銀河系中心方向的電磁輻射。后來美國入更建成了直徑達305米的射電望遠鏡，其性能更為優(yōu)越。本世紀60年代，天文學家們利用各種觀測手段先后取得了四項重大發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在有記錄的類星體已超過1000個。關(guān)于星際分子的形成及其演化過程現(xiàn)在還不明了，但是際分子的發(fā)現(xiàn)不僅對于進一步探索天體的演化有著重要的意義，并且亦必將有助于揭開地球上生命起源的奧秘。彭齊亞斯和威爾遜因此而獲1978年度諾貝爾物理學獎金。休伊什因他的發(fā)現(xiàn)而榮獲1974年諾貝爾物理學獎。其后美國人又五次登上月球?，F(xiàn)已得知，水星的外貌與月球相似，其上布滿了環(huán)形山。蘇聯(lián)和美國自1961年以來相繼發(fā)射了十多個探測器飛向金星，有些探測器還實現(xiàn)了在金星表面上軟著陸。 火星也是與地球鄰近的行星?；鹦且彩且粋€十分荒涼的世界，沒有植物和動物，生命現(xiàn)象存在的可能性極小。它的大氣外層溫度約—240℃，底層約27℃，中心溫度大約是30000℃?，F(xiàn)在已知它有21～23個衛(wèi)星，實際數(shù)目可能還要多一些，其中最大的一顆衛(wèi)星的大小與地球相當。恒星演化研究首先涉及到恒星的分類。他的觀點大略如下：（1）引力收縮——恒星形成階段 由于彌散于星際間的物質(zhì)分布不均勻，密度較大處便成為引力中心，星際物質(zhì)逐漸向該處聚集形成星際云。（3）紅巨星階段 氫核聚變反應主要在恒星的中心部分進行，隨著時間的推移，靠近中心部分的氫逐漸耗盡而形成為氦核，氦核的周圍則仍然是進行著氫核聚變的殼層。就成為白矮星，現(xiàn)在已經(jīng)觀測到的白矮星有1000顆以上。質(zhì)量超過兩個太陽的將成為“黑洞”。黑洞的存在現(xiàn)時還沒有最后證實，目前認為最有可能是黑洞的天體為天鵝座X一1，其質(zhì)量約為太陽的5．5倍。他從廣義相對論出發(fā)，認為宇宙中的物質(zhì)使時間和空間都發(fā)生了“彎曲”，于1917年提出“有限無邊靜態(tài)宇宙模型”。1922年就有人指出愛因斯坦的模型可能是不穩(wěn)定的，并且提出建立膨脹的、敞開的宇宙模型的主張。根據(jù)哈勃關(guān)系，星系遠離我們的速度與它們和我們的距離成正比，即離我們越遠的星系遠離我們的速度越快。1948年美國物理學家伽莫夫(George Gamow，1904～1968)等人又提出了一個與膨脹宇宙模型類似的“大爆炸宇宙模型”，因為它能較多地說明現(xiàn)時所觀測到的事實，所以成為目前影響最大的宇宙學說。當然，大爆炸宇宙模型也同樣存在著許多尚待解決的疑難，它終究還只是一種假設(shè)。不過，現(xiàn)代天文學理論所提出的許多哲學問題，的確是對一些傳統(tǒng)哲學觀念的沖擊，我們期望學術(shù)界能給予更為合理的、更為準確的概括，這對于科學和哲學的發(fā)展無疑都有積極的意義。到了20世紀，地球冷縮說的一些觀點受到懷疑，以此為據(jù)的大陸固定說也隨之動搖。到了大約2～0．7億年前，原始大陸分裂成若干塊并且各自漂移，最后