實驗傳統的興起第1頁，課件共34頁，創作于2023年2月上講回顧什么是博物學西方博物學傳統近代博物學的背景進化論第2頁，課件共34頁，創作于2023年2月本講目錄實驗傳統的三大來源從煉金術到化學：科學革命的化學論線索培根科學拉瓦錫化學革命第3頁，課件共34頁，創作于2023年2月實驗傳統的三大來源博物學傳統與實驗傳統之區別亞里士多德堅持觀察，但觀察不是實驗煉金術－化學傳統人工可以促成或改變自然過程數理傳統本身要求實驗數理科學家的思想實驗實驗作為演示培根傳統干預自然、征服自然新博物學：系統、精確地觀察和發現新現象儀器的大量使用第4頁，課件共34頁，創作于2023年2月數理分析的實驗演示思想實驗：“在內心中設想出潛在的實驗條件，其結果可以根據以前的日常經驗可靠地預見到。”（庫恩）伽利略的自由落體實驗自由落體實驗斜面實驗，研究運動距離與時間的數學關系。從靜止狀態下落，相等的時間間隔走過距離比值是以1開始的奇數序列伽利略不是說“我做了這、做了那，這就是發生過的事情，由此我們可以得出結論……”伽利略是說“這就是要發生的事情”第5頁，課件共34頁，創作于2023年2月帕斯卡的流體壓力實驗大氣壓實驗。來自親戚的信水壓實驗。波義耳表示并不相信。第6頁，課件共34頁，創作于2023年2月科學革命的化學論線索科學革命的數理科學線索：哥白尼－開普勒－伽利略－牛頓，自然的數學化與機械自然觀科學革命的化學論－神秘主義線索：自然法術（naturalmagic）；神秘主義（occultism）；數秘主義（numbermysticism）。神性和諧，大宇宙與小宇宙第7頁，課件共34頁，創作于2023年2月帕拉塞爾蘇斯(1)向自然學習而不是向書本學習煉金術成為理解自然的基礎學科，煉金術向醫藥化學轉變。標志是帕拉塞爾蘇斯特奧弗拉斯特·博姆巴斯特·馮·荷恩海姆（1493－1541）生于瑞士，父親是來自德國的醫生。1527年成為巴塞爾大學醫學教授。自負而又傲慢，自稱“帕拉塞爾蘇斯”，將蓋侖和阿維森納的著作連同硫磺和硝石一起放在黃銅盤子里燒掉。被迫離開巴塞爾，成為德奧等地的游醫。1541年死于薩爾茨堡。死后著作被大量印刷，帕拉塞爾蘇斯學派活躍起來，與蓋倫派作對第8頁，課件共34頁，創作于2023年2月帕拉塞爾蘇斯（2）把煉金術定義成“將不純凈物質變為純凈物質的技藝”，改變了傳統煉金術狹隘的功利目的，而將煉金術上升為一種哲學行為，一種神學行為。創世是一個化學提取、分離、升華和結合的過程，是自然的一種化學展現。改造亞里士多德元素理論，人體中實際起作用的三要素：硫、汞、鹽（精神、靈魂、身體）引進礦物質做藥物，研究了許多金屬的化學反應，引導人們注意化學對醫藥學的重要性發現鋅（稱之為劣等金屬），正式給酒精命名(alcohol)第9頁，課件共34頁，創作于2023年2月帕拉塞爾蘇斯（3）帕拉塞爾蘇斯學派的特點：反叛亞里士多德和蓋倫的傳統，否定體液學說，主張三要素理論強調觀察和實驗，反對本本主義重視化學勝過數學，重視實用化的定量，輕視抽象的幾何證明第10頁，課件共34頁，創作于2023年2月阿格里科拉煉金術與礦物冶煉。阿格里科拉（1494－1555），德國醫生，受帕拉塞爾蘇斯影響對礦物感興趣《論金屬》（1556），精致的插圖，完整的采礦和冶金技術歐洲有悠久的采礦歷史，和相當成熟的采礦冶煉技術，但由于行業保密和手藝人不識字，采礦和冶煉術沒有文字傳世。近代礦物學之父。第11頁，課件共34頁，創作于2023年2月赫爾蒙特從煉金術向化學的過渡赫爾蒙特（1577－1644），比利時貴族出身，醫學博士著迷于化學實驗，自稱“火術哲學家”區分了“空氣”(air)與“氣體”（gas)，但當時收集氣體的實驗技術尚未成熟，他只能給出粗略的氣體分類。用實驗證明“土源于水”。燒瓶實驗。用實驗證明“木源于水”。著名的柳樹實驗。開辟了定量研究的思路第12頁，課件共34頁，創作于2023年2月波義耳波義耳（1627－1691），愛爾蘭貴族后代，家庭富有，先是周游列國，1644年回到英國，接受一大筆遺產。雇胡克為實驗助手，胡克替他制造了抽氣機。1662年皇家學會成立，成為第一批重要會員。1668年移居倫敦，建立了一家私人實驗室1661年《懷疑的化學家》，開始了近代化學的歷程：脫去實用的改善金屬或制備藥物的目的，化學成為哲學的分支，是一門理論科學，是一種化學論的自然哲學第13頁，課件共34頁，創作于2023年2月波義耳確立化學元素概念：“我所說的元素是指某些原初的和單純的即絲毫沒混合過的物體，它們不由別的物體組成，而一切物體由它們所組成，而且最終分解成它們?！痹夭粫挥兴膫€或三個。區別混合與化合，正確評價“火”作為化學解析工具的作用，火不是如煉金術所說萬能的燃燒研究。在真空中做燃燒實驗，發現空氣而且只是一部分空氣對于燃燒是必要的。他也意識到動物的生命靠空氣來維持?？上麤]有意識到這兩種情況本質上是一回事。但胡克意識到了。第14頁，課件共34頁，創作于2023年2月培根傳統弗蘭西斯·培根（1561－1626）生于英國一個貴族家庭。1584年進入議院，1603年成為爵士，1607年任副檢察長，1618年成為大法官，1621年被控受賄。1605年發表《學術的進展》征服自然、改造自然知識就是力量1620年出版《新工具》觀察－歸納方法論：首先要不帶偏見地搜集事實；其次是分類和鑒別；最后是歸納，形成科學研究的金字塔。不相信數學，不相信1625年出版《新大西島》。所羅門宮－無形學院（1644）－皇家學會（1663）第15頁，課件共34頁，創作于2023年2月培根科學庫恩：“物理科學發展中數學傳統和實驗傳統的對立”（《必要的張力》）古典科學：哥白尼－笛卡爾－伽利略－開普勒－牛頓。天文學、靜力學、光學；數學、和聲學。數學培根科學：吉爾伯特－波義耳－胡克－富蘭克林－卡文迪許－庫侖－拉瓦錫。電學、磁學、熱學、化學。實驗哲學牛頓的特殊性：兩大傳統并存?！对怼放c《光學》直到19世紀，古典科學與培根科學是分離的。但培根科學大量引進了定量分析的思想第16頁，課件共34頁，創作于2023年2月吉爾伯特的磁學研究威廉·吉爾伯特（1544－1603），醫生，1600年任皇家醫學院院長，1601年為宮廷御醫1600年出版《論磁》發現磁傾角地球是一個大磁石提出質量概念，磁力強度與質量成正比創造“電”（electricity），來自希臘文琥珀（elektron）贊同哥白尼日心說第17頁，課件共34頁，創作于2023年2月馬格德堡半球實驗蓋里克（1602－1686），留學荷蘭、法國和英國，學習法律和數學。1646年出任馬格德堡市市長制造抽氣機，制造出真空1654年當眾演示大氣壓力，使用16匹馬第18頁，課件共34頁，創作于2023年2月顯微鏡下的新世界伽利略發現昆蟲的復眼意大利人馬爾比基（1628－1694）發現毛細血管，解釋了靜脈的血是從哪里來的荷蘭人列文虎克（1632－1723）使用單顯微鏡（放大倍率很高的透鏡）發現了大量的新生物：單細胞有機體（原生動物），證實了血液循環，發現紅血球，細菌胡克1665年《顯微圖》，首創細胞（cell)一詞第19頁，課件共34頁，創作于2023年2月18世紀培根科學的兩大領域火學與氣學熱鬧非凡火的研究熱學、光學、電學，均是“火”學定量“流”的研究氣的研究第20頁，課件共34頁，創作于2023年2月18世紀的熱學·測溫學伽利略造出第一根溫度計，以空氣為測溫物質1702年，法國物理學家阿蒙頓（1663－1705）改進了伽利略的溫度計1714年，德國人華倫海（1686－1736）用水銀代替酒精做為測溫物質，擴展了測溫范圍。他把純水的冰點定為32度，人體體溫98.6度，建立了華氏溫標。1724年，華倫海因發明溫度計而當選皇家學會會員。1742年，瑞典天文學家攝爾修斯（1701－1744）以水的沸點為0度，冰的溶點為100度，建立攝氏溫標。第21頁，課件共34頁，創作于2023年2月18世紀的熱學·熱質說1757年，蘇格蘭化學家布萊克（1728－1799）指出溫度(熱的強度)與熱量（熱的分量）的不同。熱容量、比熱概念。發現“潛熱”：冰緩慢加熱熔化時，溫度不變由伽桑狄的熱原子理論到熱質說熱質說可以解釋熱量守恒現象?！盎稹绷鞯亩垦芯康?2頁，課件共34頁，創作于2023年2月18世紀的磨擦電研究（1）電“火”花引起了最大的關注和興趣吉爾伯特發現帶電體與非電體之區別蓋里克發明磨擦起電機1729年，英國修道院的格雷（1675－1736）發現有些物質可以傳導電，有些則不能。主張帶電體不能導電，而非電體卻可以。法國皇家花園管家迪費（1698－1739）經過實驗表明，帶電體與非電體之間并無本質的區別，所有物體都可以帶電。1734年，迪費發現兩類不同的電荷，一種稱為玻璃電，一類稱為樹脂電。他實際上發現了正負電荷，但命名不確。第23頁，課件共34頁，創作于2023年2月18世紀的磨擦電研究（2）1745年，荷蘭萊頓大學的物理學教授馬森布羅克（1692－1761）發現玻璃瓶可以儲存大量電荷。此瓶被稱為萊頓瓶。整個歐洲全都在演示萊頓瓶的放電功能。法國人諾萊特在巴黎修道院門前調集700修道士，演出一場放電喜劇。路易十五親自出場1746年，美國獨立戰爭的領袖本杰明·富蘭克林（1706－1790）開始研究電現象，他相繼發現：天上的雷電與萊頓瓶中的電是一回事；發明避雷針；提出正電負電的概念。第24頁，課件共34頁，創作于2023年2月18世紀的流電研究（1）1752年，意大利人祖爾策將一片鉛片和銀片放在舌尖上，當它們兩頭相連時，他感覺舌尖上有奇怪的味道。1780年，意大利波侖亞大學醫學教授伽伐尼（1737－1798）解剖青蛙時，發現用不同的金屬與蛙腿接觸可以使蛙腿抽動。伽伐尼主張，存在著動物電，它跟摩擦電完全一樣。金屬只起激發作用。伽伐尼是錯誤的，但激勵了流電研究第25頁，課件共34頁，創作于2023年2月18世紀的流電研究（2）意大利物理學家伏打（1745－1827）對伽伐尼的動物電理論深表懷疑。1792年，伏打用實驗證明了伽伐尼電是兩種金屬加導體造成，蛙腿只起驗電器作用1794年，伏打進一步表明沒有蛙腿，伽伐尼電一樣存在。伏打序列：鋅、錫、鉛、銅、銀、金……前面的金屬與后面的金屬相接觸，前者就帶正電、后者就帶負電；序列的距離越遠，帶電量越多。1800年，伏打依照伏打序列制成伏打電堆。為動電研究打下基礎，推動了電化學的發展。第26頁，課件共34頁，創作于2023年2月電荷力研究：卡文迪許與庫侖卡文迪許（1731－1810），英國貴族，終生未婚獨居，獻身于科學事業，只問耕耘，不問收獲用扭秤在實驗室中測定萬有引力常數G1777年，提出電荷作用的平方反比律：“電的吸引力和排斥力很可能反比于電荷間距離的平方。”法國物理學家庫侖（1736－1806）運用扭秤測定電荷之間的相互作用，證明了電力與電荷量之積成正比，與距離平方成反比。第27頁，課件共34頁，創作于2023年2月燃燒問題研究燃燒問題研究。燃燒完的灰燼不再易燃，而且重量變輕。燃素（phlogiston)：易燃的可分離的東西；燃燒是一種脫燃素的分解過程。德國斯塔爾（1660－1734）在原子論基礎上建立他的燃素學說：空氣只起助燃作用，主要用處是帶走燃素。燃素學說可以解釋氧化－還原反應，但正好相反：凡是氧化（化合）過程均被解釋成分解過程。金屬生銹與木材燃燒是同一類化學過程。問題：燃素有沒有重量？第28頁，課件共34頁，創作于2023年2月氣體研究（1）赫爾蒙特區別“空氣”（air）與“氣體”(gas)1727年，英國植物學家黑爾斯（1677－1761）出版《植物靜力學》，給出了在實驗室收集各種氣體的方法（水面收集法）。他未意識到他所收集到的氣體實際上是不同的氣體。布萊克發現石灰石加熱放出某種氣體而變成生石灰，稱“固定空氣”（包含在固體中的氣體）；還發現，燃燒和呼吸時放出的氣體里一定含有“固定空氣”。第29頁，課件共34頁，創作于2023年2月氣體研究（2）英國化學家普利斯特列（1733－1804）青年時期是位自由主義人文學者，1766年遇富蘭克林之后，對實驗科學發生興趣。1767年出版《電學史》發現啤酒發酵后產生的氣體就是布萊克所發現的“固定空氣”，它能溶于水。1772年發明“蘇打水”，是現代碳酸飲料的始祖認識到，植物的生長需要“固定空氣”，所以動物的呼吸損害大氣，而植物則凈化空氣。第30頁，課件共34頁，創作于2023年2月氣體研究（3）1774年，普利斯特列收集到一種新的氣體，它使火焰劇烈燃燒，使老鼠活得更長，使人吸入后感到舒暢。但他相信燃素說，將該氣體命名為“脫燃素空氣”。1775年向皇家學會報告“脫燃素空氣”的發現。瑞典藥劑師舍勒（1742－1786）也在實驗中制備出了這種氣體，命名為“火空氣”。他的發現于1775年付印，但印刷廠拖拖拉拉，著作直到1777年才問世，喪失了優先權。積勞成疾，藥物中毒。第31頁，課件共34頁，創作于2023年2月化學革命（1）拉瓦錫（1743－