【正文】 8世紀(jì)的許多數(shù)學(xué)大師如達(dá)蘭貝、丹尼爾?伯努利、布魯克?泰勒(Brook Taylor，1685—1731)、歐拉(1 707—1783)、拉格朗日和拉普拉斯等都曾對弦振動的數(shù)學(xué)處理做出了貢獻(xiàn)。此外，拉普拉斯在牛頓研究的基礎(chǔ)上引入了拉普拉斯因子，從而精確地解釋了聲速與氣體溫度變化的關(guān)系。音的通常媒質(zhì)。17世紀(jì)中葉，作為抽氣機(jī)發(fā)明人的蓋里克最早進(jìn)行了關(guān)于空氣和我們對聲音的感知兩者間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。隨著容器中空氣的稀薄，鈴聲越來越小。在做這一實(shí)驗(yàn)的1705年，他還用實(shí)驗(yàn)證明了聲音可在水中傳播。18世紀(jì)末由于德國科學(xué)家恩斯特?克拉尼(Ernst Chladni，1756 —1827)所進(jìn)行的對弦、桿、薄膜和板的振動研究，使聲學(xué)從數(shù)學(xué)的或音樂的研究方法上升到物理聲學(xué)的高度。拿破侖看了他的聲圖實(shí)驗(yàn)后，說：“克拉尼使聲音變得可以看見了。 光學(xué)古希臘時(shí)期已知道光的直進(jìn)和反射規(guī)律；托勒密在光折射實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出入射角與折射角成正比的思想；而關(guān)于視覺的本質(zhì)，伊壁鳩魯和亞里士多德等提出過一些哲學(xué)猜測。但總的來說，古代與中世紀(jì)的光學(xué)知識是極其有限的。開普勒是近代光學(xué)的奠基人，其地位如伽利略之于力學(xué)和吉爾伯特之于磁學(xué)。開普勒第一次明確提出光度學(xué)基本定律，即光強(qiáng)與離光源的距離平方成反比地變化。關(guān)于視覺理論，他還提出視網(wǎng)膜上的成像本身不構(gòu)成整個(gè)視覺行為的正確思想。第一位提出精確的折射定律的是荷蘭人斯涅爾(W．Sncll，1591—1626)。不過是笛卡兒于1637年第——個(gè)發(fā)表了折射定律，并嘗試給它一個(gè)物理證明，但是否與斯涅爾獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)該定律則尚存疑問。他在《氣象學(xué)》中對虹霓理論的研究成為牛頓對虹霓解釋的前提。但正式認(rèn)真地提出光具有周期性的是意大利數(shù)學(xué)家格里馬力迪(F．F．Grimaldi，1618—1663)。他還指出，顏色的不同乃是眼睛受到速度不同的光振動刺激的結(jié)果，這個(gè)思想對后來的光學(xué)發(fā)展具有根本性意義。在同一年(1665)，胡克的科學(xué)著作《顯微術(shù)》問世，其中光學(xué)部分對多種透明薄膜的閃光顏色現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論的探討。雖然他未能確定厚度與顏色之間的精確關(guān)系，卻為牛頓對“牛頓環(huán)”現(xiàn)象的研究奠定廠基礎(chǔ)。不過，比較系統(tǒng)地提出光的波動理論的還是荷蘭物理學(xué)家惠更斯(1629～1695)。這就是1678年提出的著名的惠更斯原理。牛頓在大學(xué)時(shí)期就對光學(xué)有濃厚興趣，為了制造一種能消除色差的望遠(yuǎn)鏡而開始研究顏色理淪。他對色散的解釋立即引起他與胡克等人的爭論。但他拒絕純粹的波動理論。由于他在科學(xué)界的巨大影響，而使惠更斯提出的較系統(tǒng)的波動說被埋沒百年之久，以致整個(gè)18世紀(jì)光學(xué)處于停頓狀態(tài)。第二節(jié) 化學(xué)的重要進(jìn)展化學(xué)燃素說從煉金術(shù)中的解放經(jīng)歷了約300多年，其中主要經(jīng)過醫(yī)化學(xué)與工藝化學(xué)時(shí)期、燃素說時(shí)期和氧化說時(shí)期。盡管它與煉金術(shù)有千絲萬縷的聯(lián)系，但其實(shí)際工作為化學(xué)發(fā)展開辟了新的方向。 前面提到的帕拉塞爾蘇斯不僅是醫(yī)學(xué)史上的改革家，而且對化學(xué)發(fā)展也做出了貢獻(xiàn)。他給煉金術(shù)下了一個(gè)新定義—一把天然原料轉(zhuǎn)化為對人類有用的產(chǎn)品的科學(xué)。他認(rèn)為“硫”是可燃元素，“汞”是揮發(fā)性或可溶性液體兀素，“鹽”則是不揮發(fā)和不可燃元素。他做過制藥、提純等大量化學(xué)實(shí)驗(yàn)，區(qū)分了白礬和藍(lán)礬，研究了二氧化硫的漂白作用，發(fā)現(xiàn)了醚類物質(zhì)及其麻醉作用，并強(qiáng)調(diào)化學(xué)操作中定量的意義。比利時(shí)的范?海爾蒙脫就是這個(gè)學(xué)派的最后一位有影響的代表人物。他通過著名的柳樹實(shí)驗(yàn)論證樹的所有新物質(zhì)幾乎都是由水轉(zhuǎn)化來的。海爾蒙脫還注重氣體化學(xué)的研究，他最早區(qū)分了空氣、水蒸氣和其他氣體．還區(qū)分了呼吸用的空氣和使人中毒的一氧化碳以及可以滅火的二氧化碳等氣體。他倡導(dǎo)化學(xué)教學(xué)應(yīng)當(dāng)用火的操作來證明，并自稱為“火術(shù)哲學(xué)家”。他還提出過人體消化過程中的“酸素”理論，這已經(jīng)孕育了近代生理學(xué)中的酶學(xué)說。這方面的代表人物主要有德國醫(yī)生阿格利柯拉(G，Agricola，1494—1555)、意大利工匠畢林古修(V。阿格利柯拉寫過很多的冶金和礦物學(xué)著作，最著名的是1556年初版的《論金屬》。盡管此書側(cè)重于應(yīng)用方面，但已有部分金屬化學(xué)以及地質(zhì)現(xiàn)象的內(nèi)容。他針對煉金術(shù)，直接提出了“金屬不能轉(zhuǎn)化”的思想。 微素理論17世紀(jì)化學(xué)史上的重要人物之一——波義耳是一位神職人員，兼科學(xué)家。但他再科學(xué)史上更主要的貢獻(xiàn)是在化學(xué)方面。微素理論認(rèn)為構(gòu)成自然界的材料是一些細(xì)小致密、用物理方法不可分割的微粒，正是物質(zhì)的這些機(jī)械微粒決定著物質(zhì)的性質(zhì)及其變化，其中包括：它們的大小、位置、機(jī)械運(yùn)動，以及當(dāng)時(shí)人們所了解的一切物理、化學(xué)性質(zhì)。也就是說，所謂化學(xué)變化就是這些粒子團(tuán)的運(yùn)動、組合、排列從而形成新物質(zhì)的過程。他認(rèn)為化合反應(yīng)中的吸引力或“親和力”，可以解釋為運(yùn)動粒子相互匹配集聚的結(jié)果，而根本不是什么“相親相愛”的結(jié)果。他的微粒說是燃素說的理論前身。他認(rèn)為金屬燃燒后，由于火的微粒(火素)穿過玻璃容器與金屬化合，從而產(chǎn)生金屬灰。盡管波義耳的“火素”不是后來斯塔爾(1660—1734)的“燃素”，但波義耳的微素學(xué)說對燃燒現(xiàn)象的解釋卻是建立燃素說的基礎(chǔ)。波義耳不僅否定古代的元素說，也否定煉金術(shù)和霍亨海姆的元素說。他給元素下了一個(gè)較清楚的定義：元素是“指某種原始的、簡單的、一點(diǎn)沒有摻雜的物體，元素不能用任何其他物體造成，也不能彼此相互造成。”他認(rèn)為化學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)就是把復(fù)雜的物質(zhì)分解為它的組成元素，并由此認(rèn)識物質(zhì)的本性。 作為弗?培根的信徒，波義耳認(rèn)為化學(xué)要建立在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，要對化學(xué)進(jìn)行定量研究。他說，現(xiàn)在不僅要指出自然是由復(fù)雜元素組成的，而且要指出到底由多少種元素組成。由于波義耳確立了化學(xué)的獨(dú)立性，給出了比較清楚的化學(xué)元素的定義，并進(jìn)行了大量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而成為近代化學(xué)的奠基人。 燃素說完成化學(xué)學(xué)科統(tǒng)一的并不是波義耳的元素定義，而是在他的“火素”概念基礎(chǔ)上形成的燃素說。所謂“油土”不過是煉金術(shù)中的“燃燒性硫”。他用“燃素”代替波義耳的“火素”和貝歇爾的“油土”，提出了系統(tǒng)的燃素說。 (2)燃素充塞于天地之間，大氣中因?yàn)橛兴艜虚W電，生物體因含有它才富于生命活力，無生命物質(zhì)因含有它才會燃燒。 (3)燃素不會自動從物體中分離出來，只有在借助空氣而發(fā)生燃燒時(shí)，燃素才能釋放出來。 (4)所有燃燒現(xiàn)象都可歸結(jié)為燃素的轉(zhuǎn)移一—吸收或釋放。由于燃素說使包括燃燒現(xiàn)象在內(nèi)的大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)在系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)上得到了說明，從而使化學(xué)擺脫了煉金術(shù)，結(jié)束了化學(xué)在18世紀(jì)中葉以前知識零散、解釋混亂的局面，完成了化學(xué)學(xué)科的統(tǒng)一。 拉瓦錫的氧化學(xué)說燃素說是一種有嚴(yán)重錯(cuò)誤和重大困難的理論。而它最大的困難是，如果確有“燃素”這種物質(zhì)存在，它就應(yīng)具有重量，然而，金屬經(jīng)煅燒釋放燃素后重量非但沒有減少，反而增加。此外，燃素與空氣之間的依賴關(guān)系，以及找不到獨(dú)立存在的燃素，也是燃素說的理論困難，它們使燃素論者之間產(chǎn)生意見分歧。正如化學(xué)史家萊斯特所說：“一旦有某種更加合理的學(xué)說可供利用，燃素說就不可避免地要一敗涂地。在氧化學(xué)說誕生之前，實(shí)驗(yàn)化學(xué)在氣體分離和發(fā)現(xiàn)方面取得了重大進(jìn)步。1774年英國的普利斯特列在實(shí)驗(yàn)中也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)，他稱之為“脫燃素氣體”。但他仍堅(jiān)持燃素說直至去世為止。借助別人制造的武器最終摧毀燃素說的是法國化學(xué)家拉瓦錫。1774年他重復(fù)了波義耳的煅燒金屬(錫)實(shí)驗(yàn)。而舍勒與普利斯特列的新發(fā)現(xiàn)為這種解釋提供了強(qiáng)有力的支持。在1777年9月；日完成、1780年出版的《燃燒通論》中，他提出了如下的學(xué)說：（1）燃燒時(shí)均有光和熱放出； (2)物體只有在純粹空氣(氧氣)存在時(shí)才能燃燒； (3)空氣由可助燃的和不可助燃的兩種成分組成，物質(zhì)燃燒時(shí)由于吸收了空氣中的純粹空氣而增重，增加的重量恰好等于吸收的純粹空氣的重量； (4)—般可燃物(非金屬)燃燒后都變成酸，氧是酸的本質(zhì)；金屬燃燒后所變成的灰燼是金屬的氧化物。到1785年以后，他的氧化理論除普利斯特列等少數(shù)科學(xué)家外已被化學(xué)界普遍接受。這部標(biāo)志著化學(xué)發(fā)展重要里程碑的劃時(shí)代著作給化學(xué)帶來了前所未有的條理性和系統(tǒng)性，它對化學(xué)的貢獻(xiàn)完全可以與牛頓的《原理》對物理學(xué)的貢獻(xiàn)相媲美。在雅各賓派專政時(shí)期，拉瓦錫因涉嫌經(jīng)濟(jì)問題而受到指控，于1794年5月8日被處死。正如拉格朗日所說：“砍下拉瓦錫的頭只需要一瞬間，而在法國再產(chǎn)生這樣一個(gè)頭顱恐怕一百年也不夠。第三節(jié) 天文學(xué)的豐碩成果現(xiàn)代天文學(xué)的進(jìn)步與物理學(xué)的進(jìn)步直接相關(guān)，無論是觀測手段的更新還是各種假說的建立都離不開物理學(xué)的知識和理論。天文學(xué)再次成為自然科學(xué)最活躍的前言之一。本世紀(jì)以來人們又得到了更多的知識。不過這種方法有很大局限性，因?yàn)槌^300光年的恒星視差已小于0″．01，很難測得準(zhǔn)確的數(shù)值。上文曾說及上個(gè)世紀(jì)天文學(xué)家已利用多普勒效應(yīng)測算恒星遠(yuǎn)離我們的速度。1929年美國天文學(xué)家哈勃(Edwin Powell Hubble，1889～1953)等人發(fā)現(xiàn)星系的光譜線紅移與它們和地球的距離存在著粗略的正比關(guān)系，現(xiàn)在人們稱之為“哈勃關(guān)系”?，F(xiàn)時(shí)已知離我們最遠(yuǎn)的天體達(dá)150億光年，這當(dāng)然只是我們目前“視線”所及的距離，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)距離還會不斷地?cái)U(kuò)展。本世紀(jì)初發(fā)明了更好的儀器，測量比過去更為精確。不過人們已能測定恒星的距離，據(jù)此以求出它的真實(shí)光度也就不是難事了。數(shù)據(jù)表明，恒星體積相差極遠(yuǎn)，有些半徑不過l0公里，有些卻是太陽半徑的1000多倍?，F(xiàn)在已知的數(shù)據(jù)是：質(zhì)量最小只有太陽質(zhì)量的百分之幾，最大的為太陽的100多倍，多數(shù)在太陽質(zhì)量的0．1～l0倍之間。恒星密度的差異更大得驚人。一些溫度較高、顏色偏白而體積較小的“白矮星”的密度則可達(dá)水的幾千萬倍，一立方厘米這樣的物質(zhì)的重量就有好幾十噸，不過大多數(shù)恒星的密度均在水的密度的1/100～10倍之間。天體都是大量物質(zhì)的凝聚，引力使天體收縮的時(shí)候就要釋放出能量；其二是核反應(yīng)。按質(zhì)能關(guān)系式E＝mc2可以算出，1克氘聚合為氦時(shí)所釋放的能量約相當(dāng)于11噸煤的熱值。本世紀(jì)以來，各國競相研制大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，一臺口徑為8米的巨型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡正在智利的高山上建造之中。本世紀(jì)初，人們在無線電實(shí)驗(yàn)中注意到，在接收遠(yuǎn)處傳來的無線電波時(shí)總是伴隨著一種無法排除的微弱干擾。他的發(fā)現(xiàn)使人想到，除了光波波段之外，其他波段也有可能用于探測太空，從此開辟了利用射電波研究太空的新紀(jì)元，人們制成了接收宇宙空間電磁輻射的射電望遠(yuǎn)鏡，打開了人類認(rèn)識宇宙的一個(gè)很大的“窗口”，一門嶄新的學(xué)科——射電天文學(xué)從此誕生。70年代德國人建成廠直徑為100米的射電望遠(yuǎn)鏡，它的短波觀測范圍可至厘米波。由于射電望遠(yuǎn)鏡所接收的是波長范圍很寬的無線電波，所以它無論晝夜都可以工作，既不受地球上火氣的影響。自從射電天文學(xué)誕生以來，人們發(fā)現(xiàn)宇宙中發(fā)射電磁波的射電源已3萬多個(gè)，使人們“看”到了距離地球100多億光年的星系，發(fā)現(xiàn)了一系列前所未知的現(xiàn)象。1960年美國天文學(xué)家桑德奇(Allan Rex Sandage，1926～ )等人首次探測的一種前所未知的天體。多數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為這是現(xiàn)時(shí)已知的離開我們最遙遠(yuǎn)的天體。類星體的許多性質(zhì)天文學(xué)家們?nèi)圆簧趺靼?，多種說法尚在探討之中。質(zhì)量最大的是由11個(gè)原子組成的氰基辛四炔(HC9N)?！拔⒉ū尘拜椛洹笔侵复嬖谟谡麄€(gè)宇宙空間的、各向同性的、在微波波段的電磁輻射，這是美國射電天文學(xué)家彭齊亞斯(ArnoPenzias，1933～ )和威爾遜(Robert Woodrow Wilson，1936～ ）于1964年偶然發(fā)現(xiàn)的。后來，他們又確認(rèn)這種輻射相當(dāng)于溫度為2．7K的輻射?！懊}沖星”是不斷地向外發(fā)射短周期脈沖輻射的恒星，這是英國天文學(xué)家休伊什(Antony Hewish，1924～ )等人于1967年首次發(fā)現(xiàn)的，后來的十余年里天文學(xué)家又相繼發(fā)現(xiàn)了好幾百顆這種天體，它們的射電脈沖周期在0．03～4．3秒之間。脈沖星的發(fā)現(xiàn)為星體演化和高能天體物理學(xué)的研究開辟了新的途徑。由于探測技術(shù)的進(jìn)步，尤其是空間技術(shù)的應(yīng)用，本世紀(jì)以來人們對太陽系各成員也得到了許多前所未知的知識。1969年美國的阿波羅11號宇宙飛船更直接把人送上了月球，取回了月面巖石和土壤，并在月面上裝置了多種探測儀器。月面結(jié)構(gòu)特征、月面物質(zhì)的化學(xué)組成及其物理特性等等都已相當(dāng)詳細(xì)地暴露在人們的眼前。自1974年起，美國人發(fā)射的探測器多次飛越水星。水星上有極為稀薄的大氣，有一個(gè)與地球類似的內(nèi)核，其中含有約70～80％的鐵。金星是距離地球最近的行星。現(xiàn)已探明金星上有濃密的大氣層，其中二氧化碳含量在97％以上，氧的含量極少，大氣壓約為地球的90倍。金星上沒有任何類似生活在地球上的動物和植物的存在。1964～1977年美國人接連向火星發(fā)射了八個(gè)探測器，也有多個(gè)探測器實(shí)現(xiàn)了在火星表面上的軟著陸。火星表面晝夜的溫度為27℃～—111℃。70年代美國人發(fā)射的探測器對木星進(jìn)行探測，發(fā)現(xiàn)它有一個(gè)在地球上觀察不到的光環(huán)，已確認(rèn)的衛(wèi)星有16顆之多。木星的表面是流體，內(nèi)部則有一個(gè)由鐵和硅構(gòu)成的固體核。不久前美國伽利略號航天器發(fā)射的探測器進(jìn)入木星的大氣層，成功地發(fā)回了許多數(shù)據(jù)，對木星必將有更為準(zhǔn)確和深入的認(rèn)識。70年代后期美國的宇宙探測器對它作了廣泛的考察。土星有一個(gè)不大的固體的核，它的大氣以氫、氦為主要成分，還含有甲烷和其他氣體。此外，對天王星、海王星和冥王星的觀測也獲得了不少有價(jià)值的資料，對太陽系其他家族成員如彗星、流星和隕星的研究也有許多成果。1905～1907年丹麥天文學(xué)家赫茨普龍(Ejnar Herzsprung，1873～1967)連續(xù)發(fā)表文章討論恒星的顏色與其光度之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。1958年美國天體物理學(xué)家史瓦西(Martin Schwarzschild，1912～ )系統(tǒng)地闡述了他根據(jù)赫羅圖所描畫的一顆恒星一生的發(fā)展史。星際云因引力作用而收縮，起初收縮得比較快，星際云在收縮過程中轉(zhuǎn)化為恒星胎，后來收縮速度轉(zhuǎn)慢，恒星胎逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹阈?。不同質(zhì)量的恒星穩(wěn)定時(shí)期各不相同，質(zhì)量越大的恒星時(shí)間越短，質(zhì)量越小的恒星的時(shí)間越長。當(dāng)氦核的質(zhì)量達(dá)到恒星質(zhì)量的10～15％時(shí)，其核心部分又因引力而收縮，溫度隨之升高，至中心溫度達(dá)到1億度時(shí)，3個(gè)氦核聚合為1個(gè)碳核的核聚變就要發(fā)生。（4）高密恒星——恒星演化的最后階段 當(dāng)紅巨星內(nèi)部能夠發(fā)生核反應(yīng)的物質(zhì)都耗盡時(shí)，它的末日也就來臨。質(zhì)量在1．44～2個(gè)太陽之間的，成為“中子星”。有人運(yùn)用廣義相對論研究中子星結(jié)構(gòu)，認(rèn)為它們的直徑一般只有